馮 振,張彩月,沈丹璐

(1.中國(guó)人民解放軍63999部隊(duì),北京100094;2.解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院,北京100039)

0 引言

噪聲干擾是一種幅度、頻率、相位按隨機(jī)和無(wú)規(guī)則變化的電磁波信號(hào),包括純?cè)肼暩蓴_和各種噪聲調(diào)制干擾,由于它們對(duì)各種工作方式下的通信系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生明顯的干擾效果,所以是最重要的一種干擾方式[1,2]。下面主要針對(duì)噪聲干擾中的噪聲調(diào)相干擾信號(hào)進(jìn)行研究,分析其對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的影響,仿真不同干擾參數(shù)下的干擾效果。

1 噪聲調(diào)相干擾信號(hào)基本原理

廣義平穩(wěn)隨機(jī)噪聲調(diào)相干擾過(guò)程為:

式中,調(diào)制噪聲u(t)為零均值;方差為的廣義平穩(wěn)隨機(jī)過(guò)程;φ為[0,2π]均勻分布,且為與u(t)獨(dú)立的隨機(jī)變量;Uj為噪聲調(diào)相信號(hào)的幅度;ωj為常數(shù),噪聲調(diào)相信號(hào)的中心頻率;KPM為常數(shù)。經(jīng)推導(dǎo)可得J(t)的均值為:

相關(guān)函數(shù)為:

式中,D=KPMσ2n稱為有效相移;ΔΩn=2πΔFn。當(dāng)D＞＞1時(shí),噪聲調(diào)相信號(hào)的功率譜為:

噪聲調(diào)相信號(hào)的功率為:

其帶寬為:

當(dāng)D＜＜1時(shí),噪聲調(diào)相信號(hào)的功率譜為:

噪聲調(diào)相信號(hào)的功率為:

其帶寬為:

2 仿真模型

通過(guò)分析噪聲調(diào)相干擾的數(shù)學(xué)模型,采用Matlab中的Simulink仿真平臺(tái)來(lái)建立干擾系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)仿真模型[5],如圖1所示,發(fā)射端發(fā)送的直擴(kuò)信號(hào)經(jīng)過(guò)信道到達(dá)接收端,并進(jìn)行誤碼率測(cè)試來(lái)分析系統(tǒng)的性能。

圖1 干擾系統(tǒng)模型

信道部分模擬傳輸信道中的高斯白噪聲N(t)以及人為干擾噪聲調(diào)相信號(hào)J(t),這些噪聲與發(fā)射的擴(kuò)頻信號(hào)相加后成為信號(hào)接收系統(tǒng)的中頻輸入信號(hào)。信道部分仿真模型信道仿真模型如圖2所示。

圖2 信道仿真模型

根據(jù)噪聲調(diào)相信號(hào)的表達(dá)式,構(gòu)建噪聲調(diào)相信號(hào)的仿真模塊如圖3所示。

圖3 噪聲調(diào)相信號(hào)的仿真模塊

圖3中模塊Fcn實(shí)現(xiàn)了2個(gè)信號(hào)組合功能,即cos(2πfju(1)+KPMu(2)+φ),其中u(1)為 Ramp產(chǎn)生持續(xù)時(shí)間t,u(2)為Gaussian Noise Generator產(chǎn)生的高斯白噪聲。

3 仿真結(jié)果

根據(jù)噪聲調(diào)相的仿真模塊產(chǎn)生其頻譜圖如圖4所示,其中D取0.01。從圖4中可以看出干擾信號(hào)的載頻功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于旁頻功率,干擾主要都來(lái)自于載頻功率。

圖4 噪聲調(diào)相信號(hào)的頻譜

通過(guò)改變載波中心頻率、帶限高斯白噪聲的帶寬和信號(hào)的幅度可以改變?cè)肼曊{(diào)相信號(hào)的中心頻率、帶寬和功率,從而得出不同的頻率偏移和不同的干擾帶寬下的噪聲調(diào)相信號(hào)對(duì)直接序列擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的干擾效果。其中,直擴(kuò)系統(tǒng)數(shù)據(jù)速率為10 kHz,碼速率為1.28 MHz,載波頻率為5.12 MHz,信道的信噪比為-20 dB,D為0.01。不同頻率偏移時(shí)的誤碼率曲線如圖5所示。

圖5 不同干擾頻率下的系統(tǒng)誤碼率性能

不同干擾帶寬下的系統(tǒng)誤碼率仿真曲線如圖6所示,其中信噪比SNR=-20 dB。

圖6 不同干擾帶寬下的系統(tǒng)誤碼率性能

從圖5和圖6的仿真結(jié)果可以看出,無(wú)論是干擾頻率還是干擾帶寬都對(duì)干擾結(jié)果產(chǎn)生很大的影響。在相同的干信比下,干擾頻率并非精確對(duì)準(zhǔn)中心頻率時(shí)干擾效果最好,而是有一定的頻率偏移,但當(dāng)頻率偏移增大到一定的程度時(shí)干擾效果反而下降。同樣,在相同干信比的情況下,隨著干擾帶寬的不斷增大,系統(tǒng)的誤碼率不斷增大,即干擾效果越來(lái)越好,但當(dāng)干擾帶寬繼續(xù)增加到一定程度后,誤碼率反而減小,其原因是由于落入信息頻帶內(nèi)的信號(hào)功率在帶寬增大到一定程度后開始下降,因此在相同的干擾功率的情況下,干擾帶寬并不是越大越好,而是存在著一個(gè)最佳的干擾帶寬。

4 結(jié)束語(yǔ)

分析了噪聲調(diào)相干擾信號(hào)的性能,建立了干擾系統(tǒng)和噪聲調(diào)相干擾信號(hào)的仿真模型,仿真出不同干擾頻率和不同帶寬下對(duì)直擴(kuò)系統(tǒng)影響的誤碼率曲線。由仿真結(jié)果和分析可知,若采用噪聲調(diào)相信號(hào)作為干擾信號(hào),需要較準(zhǔn)確地控制干擾信號(hào)的帶寬和頻率,對(duì)敵方直擴(kuò)通信信號(hào)的檢測(cè)和估計(jì)需要較為準(zhǔn)確,并且對(duì)自身的信號(hào)產(chǎn)生設(shè)備提出較高要求。

[1]林象平.雷達(dá)對(duì)抗原理[M].西安:西北電訊工程學(xué)院出版社,1985.

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[3]郭黎利,孫志國(guó).通信對(duì)抗應(yīng)用技術(shù)[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,2007.

[4]曲婧華.有源噪聲調(diào)制干擾的仿真及性能分析[J].空軍工程大學(xué)學(xué)報(bào),2007,2(1):44-46.

[5]徐明遠(yuǎn),邵玉斌.Matlab仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社,2005.