王杰??，毛玉泉，張衡陽，郭堯，李波

（空軍工程大學(xué)信息與導(dǎo)航學(xué)院，西安710077）

變換域通信系統(tǒng)研究現(xiàn)狀與發(fā)展?

王杰??，毛玉泉，張衡陽，郭堯，李波

（空軍工程大學(xué)信息與導(dǎo)航學(xué)院，西安710077）

回顧了變換域通信系統(tǒng)（TDCS）的發(fā)展歷程，介紹了TDCS的基本原理及關(guān)鍵技術(shù)，分析了其獨(dú)特的抗干擾方式，并揭示了TDCS具有極強(qiáng)的抗干擾能力、較高頻譜利用率和低截獲概率／低檢測概率（LPI／LPD）特性的特點(diǎn)。對目前TDCS投入實(shí)際應(yīng)用存在的難點(diǎn)問題進(jìn)行了分析和總結(jié)，最后展望了其良好的應(yīng)用前景，為TDCS的深入研究指明了方向。

變換域通信系統(tǒng)；認(rèn)知無線電；譜估計(jì)；抗干擾；基函數(shù)

1 引言

變換域通信系統(tǒng)（Transform Domain Communication System，TDCS）是基于變換域處理技術(shù)和擴(kuò)頻技術(shù)發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，其以獨(dú)特的通信抗干擾模式而受到國內(nèi)外廣泛的關(guān)注和研究。它以“從源頭治理”、“見縫插針”的思想為指導(dǎo)，分別在收發(fā)端變換域內(nèi)設(shè)計(jì)基本調(diào)制波形來實(shí)現(xiàn)“主動式”的強(qiáng)抗干擾能力［1］和較高頻譜利用率；并且引入隨機(jī)相位的概念使系統(tǒng)具有低截獲概率／低檢測概率（Low Probability of Intercept／Low Probability of Detect，LPI／ LPD）性能和多址接入能力，為認(rèn)知無線電收發(fā)機(jī)設(shè)計(jì)提供了一種潛在的候選技術(shù)方案。

TDCS的基本思想是German在1988年發(fā)表的一篇文章［2］中提出的，他針對直擴(kuò)和跳頻存在的不足而分析了一個(gè)在接收端與發(fā)射端均采用變換域處理的系統(tǒng)，開啟了變換域調(diào)制波形設(shè)計(jì)的先河。1991年，Harris公司的Andren申請了一項(xiàng)專利［3］，該項(xiàng)專利描述了一個(gè)與German提出的技術(shù)相類似的低截獲概率（Low Probability of Intercept，LPI）通信系統(tǒng)，但并沒有提供相關(guān)理論及其技術(shù)實(shí)現(xiàn)方案。1997年，美國空軍針對軍用飛機(jī)進(jìn)入敵方領(lǐng)空執(zhí)行任務(wù)時(shí)面對極強(qiáng)的電子干擾問題，采用了Andren提出的對通信電磁環(huán)境采樣、波形生成的收發(fā)機(jī)框架和German基于環(huán)境采樣值產(chǎn)生基本調(diào)制波形的思想構(gòu)架［4］，即TDCS的雛形。由于這項(xiàng)技術(shù)具有明顯的軍事效益，2001年在美國國防部關(guān)于電子戰(zhàn)發(fā)展計(jì)劃的報(bào)告中也有對TDCS技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r的介紹［5］。而V.Chakravarthy在2005年國際無線通信與網(wǎng)絡(luò)會議上提出將TDCS作為一種認(rèn)知無線電技術(shù)的收發(fā)機(jī)候選方案［6］。之后，國內(nèi)外對TDCS掀起了新的研究思潮，國外主要以美國空軍技術(shù)學(xué)院和空軍技術(shù)研究實(shí)驗(yàn)室為代表［7－9］，國內(nèi)最早在2003年才有TDCS的相關(guān)文獻(xiàn)［10］，隨后逐漸成為研究的熱點(diǎn)。

TDCS是通過在收發(fā)兩端的變換域內(nèi)聯(lián)合設(shè)計(jì)基函數(shù)（Basis Fnction，BF）來把有用信號的能量放到?jīng)]有干擾或干擾很小的頻段，即調(diào)制信息后的傳輸信號不包含干擾頻段的頻率分量，實(shí)現(xiàn)主動地抵抗干擾的影響。另外，隨著隨機(jī)相位的引入，TDCS的BF具有類似于白噪聲的性質(zhì)，使TDCS有著很強(qiáng)的抗干擾性能的同時(shí)具有LPI／LPD特性。TDCS諸多優(yōu)良特性正好為當(dāng)今無線通信急需解決的抗干擾問題、頻譜利用率問題以及軍事通信中射頻隱身等問題提供了理論指導(dǎo)，為認(rèn)知無線電技術(shù)提供了一種極具潛力的收發(fā)機(jī)候選方案，TDCS的發(fā)展以及應(yīng)用對無線通信領(lǐng)域意義重大，所以有必要對TDCS做一個(gè)全面的介紹。

2 TDCS原理介紹

TDCS發(fā)射機(jī)和接收機(jī)原理框圖［10］如圖1和圖2所示，它與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)最大的區(qū)別就是其基本調(diào)制波形的設(shè)計(jì)。首先通過對通信電磁環(huán)境采樣進(jìn)行頻譜估計(jì)，確定通信環(huán)境中干擾存在的頻段；其次，將估計(jì)得到的功率譜密度與一個(gè)選定的門限值相比較來確定整個(gè)工作頻帶中哪些部分己被干擾，哪些部分是“干凈”的可以用于信息傳輸，然后將高于門限的頻段的譜值設(shè)為0，低于門限的頻段的譜值設(shè)為1，這樣就得到一個(gè)由0和1構(gòu)成的譜向量A，它是一個(gè)理想的矩形譜；另外，為了實(shí)現(xiàn)LPI／LPD特性、采用CSK調(diào)制和實(shí)現(xiàn)多址接入技術(shù)，引入在［0，2π］均勻隨機(jī)分布的偽隨機(jī)相位矢量ejφk與之前產(chǎn)生的譜向量A對應(yīng)相乘，得到與干擾頻譜正交的基函數(shù)頻域矢量Akejφk；最后，將矢量Akejφk作一定的幅度調(diào)整，然后經(jīng)過逆變換就得到基函數(shù)的時(shí)域形式：

圖1 TDCS發(fā)射機(jī)原理框圖Fig.1 Transmitter schematics of TDCS

圖2 TDCS接收機(jī)原理框圖Fig.2 Receiver schematics of TDCS

最后將該基函數(shù)存儲起來用以調(diào)制信息，調(diào)制后的波形經(jīng)功放、天線發(fā)射出去，接收端通過同樣的方法生成基函數(shù)用以相關(guān)接收并恢復(fù)出原始信號。

TDCS具有如下特點(diǎn)：

（1）用于傳輸信息的調(diào)制波形是在變換域中設(shè)計(jì)生成的，它從“源頭治理”的角度來主動地抵抗干擾對通信系統(tǒng)的影響，使傳輸波形的頻譜與干擾信號的頻譜在變換域內(nèi)相互正交；

（2）TDCS具有動態(tài)接入頻譜的能力，其“見縫插針”式的通信方式能夠有效利用頻譜資源而不會對正在工作的其他用戶造成影響或影響很小；

（3）TDCS信號不使用傳統(tǒng)的載波調(diào)制，而是使用一個(gè)類似于噪聲的時(shí)域基函數(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)調(diào)制，使通信系統(tǒng)具有LPI特性；

（4）TDCS是一種寬帶擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，而且是“離散”擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，干擾剔除后的剩余頻段已不再連續(xù)，其利用這些離散的可用頻段實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻抗干擾通信；

（5）TDCS有較強(qiáng)的初始捕獲能力，研究表明TDCS具有在較低的輸入信噪比下達(dá)到較高的探測概率；

（6）TDCS具有很好的多址性能，其使用PN序列來生成偽隨機(jī)相位并最終生成基函數(shù)，而不同的用戶使用同一個(gè)序列的不同碼片產(chǎn)生不同的隨機(jī)相位，從而生成不同的基函數(shù)，由于TDCS不同的基函數(shù)之間又具有良好的正交性，因而TDCS具有很好的多址性能，具有廣闊的應(yīng)用前景。

3 TDCS關(guān)鍵技術(shù)

TDCS綜合了變換域處理技術(shù)和擴(kuò)頻通信技術(shù)的優(yōu)勢，同時(shí)具有頻譜認(rèn)知的能力，能夠主動且精準(zhǔn)地定位和剔除干擾，具有極強(qiáng)的抗干擾性能、很高的頻譜利用率和良好的LPI／LPD性能，為認(rèn)知無線電收發(fā)機(jī)提供了一種候選方案。其良好的通信性能必須以變換域技術(shù)、干擾剔除技術(shù)、偽隨機(jī)相位生成技術(shù)、調(diào)制解調(diào)技術(shù)和同步技術(shù)為基礎(chǔ)，下面就其關(guān)鍵技術(shù)作簡要介紹。

3.1 變換域技術(shù)

變換域處理技術(shù)是TDCS的靈魂，不同的干擾形式在不同變換域表現(xiàn)出不同的特點(diǎn)，選擇合適的變換域技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)最優(yōu)的干擾剔除，現(xiàn)有的研究主要表現(xiàn)在傅里葉變換、小波變換、小波包變換、分?jǐn)?shù)階傅里葉變換等，下面將分別作簡要介紹。

3.1.1 離散傅里葉變換

離散傅里葉變換（Discrete Fourier transform，DFT）是目前應(yīng)用非常廣泛的一種時(shí)頻數(shù)字信號處理工具，且TDCS最初也是建立在DFT上發(fā)展起來的，其通過DFT頻譜幅值來判斷當(dāng)前環(huán)境中存在干擾的區(qū)域或被占用的區(qū)域，并對該區(qū)域頻點(diǎn)進(jìn)行定位和剔除，具有簡單直觀、實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低、易于工程實(shí)現(xiàn)等優(yōu)點(diǎn)。但是DFT是一種全局性變換，得到的是信號的整體頻譜，因而無法表述信號的時(shí)頻局部特性，而這種特性正是非平穩(wěn)信號的最根本和最關(guān)鍵的性質(zhì)，所以DFT在抵抗非平穩(wěn)干擾時(shí)顯得蒼白無力。

3.1.2 離散小波變換

離散小波變換（Discrete Wavelet Transformation，DWT）是一種窗口大?。疵娣e）固定而形狀可變的分析方法，其時(shí)間窗和頻率窗都可以改變，實(shí)現(xiàn)了時(shí)-頻窗口的自適應(yīng)變化。在低頻時(shí)，小波變換的時(shí)間分辨率較差而頻率分辨率較高，而在高頻時(shí)正好相反。這正符合低頻信號變化緩慢而高頻信號變化迅速的特點(diǎn)，在信號的時(shí)頻分析中具有很好的性能。基于DWT的門限剔除有基于小波系數(shù)和基于子帶兩種方法，由于在一個(gè)小波子帶內(nèi)的小波系數(shù)是時(shí)間的函數(shù)，這等價(jià)于假設(shè)系統(tǒng)在每一個(gè)碼元周期內(nèi)與干擾同步，這種假設(shè)無法剔除不存在于整個(gè)采樣間隔內(nèi)的干擾和掃頻干擾；基于子帶的方法是對整個(gè)子帶進(jìn)行門限剔除，也就是說整個(gè)子帶被置為0或1，由于干擾時(shí)間信息并未被使用，這種方法對同步?jīng)]有要求，但是潛在的問題是小波子帶的長度不同，每個(gè)子帶采樣數(shù)從高子帶到低子帶以2的指數(shù)下降，由于干擾能量可能出現(xiàn)在任何子帶內(nèi)，如果干擾出現(xiàn)在第一個(gè)子帶內(nèi)，且能量足以使該子帶被置為0，則一半的頻譜資源被剔除；此外，由于小波變換也存在著能量泄露效應(yīng)，某個(gè)子帶內(nèi)的干擾能量如果很高則會導(dǎo)致相鄰子帶的能量也隨之升高，因此基于子帶的門限剔除有可能將本不存在干擾的子帶剔除掉。

3.1.3 離散小波包變換

離散小波包變換（Discrete Wavelet Packet Transformation，DWPT）是在DWT的基礎(chǔ)上對其高頻部進(jìn)一步分解，彌補(bǔ)了DWT在高頻部分頻率分辨率低而有可能剔除過多頻率資源的不足，其具有多分辨率分析能力和良好的時(shí)頻局部化特性，實(shí)時(shí)消除干擾以及當(dāng)干擾變化較快時(shí)能夠迅速將窄帶噪聲定位在一定的頻域范圍內(nèi)，從而能夠更好地消除窄帶噪聲，但是仍然存在分解深度不易控制和對非平穩(wěn)干擾的抵抗能力差等問題。

3.1.4 分?jǐn)?shù)階傅里葉變換

分?jǐn)?shù)階傅里葉變換（Fractional Fourier Transform，F(xiàn)rFT）是一種廣義的傅里葉變換，可以理解為chirp基分解。其變換核實(shí)質(zhì)上是一組初始頻率為－ucscα、復(fù)包絡(luò)為和調(diào)頻率為cotα（α＝pπ／2）的chirp信號。分?jǐn)?shù)階傅里葉域由該完備正交基所表征，通過改變旋轉(zhuǎn)角度α便可以得到不同調(diào)頻率的基。當(dāng)α＝π／2時(shí)，分?jǐn)?shù)階傅里葉變換就成了傳統(tǒng)的傅里葉變換，分解基也由chirp信號變成了正交完備的三角函數(shù)系。如同單頻正弦信號經(jīng)過傅里葉變換就必然會在某個(gè)單頻基上成為沖激函數(shù)，一旦要剔除的chirp信號與某組基的調(diào)頻率吻合，那么該信號也就必然在該組基中的某個(gè)基上形成一個(gè)σ函數(shù)，而在別的基上則為零，這一點(diǎn)說明了chirp信號在分?jǐn)?shù)階傅里葉變換域上具有很好的時(shí)頻聚焦性［11］。針對線性調(diào)頻（Linear Frequency Modulation，LFM）干擾，其在時(shí)、頻域都具有較大的展寬，采用處理平穩(wěn)信號的方法對其抑制往往得不到很好的效果，可以對LFM干擾信號在分?jǐn)?shù)階傅里葉域上進(jìn)行精確剔除。

3.1.5 線性正則變換

線性正則變換（Linear Canonical Transform，LCT）是分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的進(jìn)一步推廣，它具有3個(gè)自由參數(shù)，與DFT的0個(gè)和FrFT的1個(gè)自由參數(shù)相比，LCT在信號處理時(shí)更為靈活、強(qiáng)大。但是多參變量在帶來靈活性、增強(qiáng)處理能力的同時(shí)，也造成了計(jì)算量增大、參變量選取復(fù)雜等不利因素。從FFT、FrFT等的發(fā)展歷程來看，離散算法和簡便易行的參變量選取原則是推廣線性正則變換應(yīng)用的必備條件，由于缺乏這兩個(gè)基本條件，國內(nèi)尚未見到有關(guān)線性正則變換的文獻(xiàn)發(fā)表。但是，LCT具有強(qiáng)大的信息分析與處理能力，尤其是對非平穩(wěn)信號具有獨(dú)特的優(yōu)勢，將LCT運(yùn)用到TDCS中將會是一個(gè)新的突破。

3.2 基本調(diào)制波形的變換域設(shè)計(jì)

TDCS中基函數(shù)的生成是其核心內(nèi)容，也是其與傳統(tǒng)通信系統(tǒng)的本質(zhì)區(qū)別之所在，決定著通信系統(tǒng)頻譜認(rèn)知能力、抗干擾能力、LPI／LPD性能和多址接入能力等，現(xiàn)在重點(diǎn)對基函數(shù)生成過程中的幾個(gè)關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析介紹。

3.2.1 譜估計(jì)技術(shù)

譜估計(jì)技術(shù)是TDCS的眼睛，準(zhǔn)確的譜估計(jì)技術(shù)能夠使系統(tǒng)掌握更多的環(huán)境信息，實(shí)現(xiàn)更精確的干擾剔除。目前譜估計(jì)技術(shù)主要包括經(jīng)典譜估計(jì)和現(xiàn)代譜估計(jì)兩種方式，其中經(jīng)典譜估計(jì)技術(shù)包括周期圖和自相關(guān)法，而現(xiàn)代譜估計(jì)技術(shù)包括AR、MA、ARMA、最小方差方法［10］等。

由于AR模型估計(jì)出的譜比較平滑而便于干擾剔除，所以在TDCS中一般都采用AR譜估計(jì)方法進(jìn)行仿真驗(yàn)證。但是AR模型階次p的選取對譜估計(jì)的質(zhì)量有較大的影響，p選得過低則譜太平滑，分辨不出譜峰，在門限剔除時(shí)就會剔除掉原本“干凈”的頻段使頻譜利用率降低；p選得過大則可能產(chǎn)生虛假的峰值，如對于帶限噪聲本應(yīng)是矩形的譜，而功率譜卻可能會出現(xiàn)數(shù)個(gè)峰值。如果選取的門限高于譜峰之間的谷值，在門限剔除時(shí)有可能漏掉有干擾的頻段，由此得到的基函數(shù)在頻域中沒有完全避開被干擾的頻段，從而造成抗干擾能力下降。在運(yùn)用AR模型進(jìn)行譜估計(jì)時(shí)，如何自適應(yīng)選擇階次p是未來TDCS的研究熱點(diǎn)問題。

3.2.2 干擾剔除技術(shù)

干擾剔除是TDCS抗干擾的關(guān)鍵，傳統(tǒng)的方法是用前面環(huán)境譜估計(jì)結(jié)果與一個(gè)門限值作比較，將高于該門限值的頻段設(shè)為0以剔除，而低于該門限值的頻段設(shè)為1用以傳送信息。然而判決門限值的選擇問題是一個(gè)研究熱點(diǎn)，也是難點(diǎn)問題。如果門限值取得過低將剔除部分干凈頻段，造成頻譜資源的浪費(fèi)；如果取得過高則不能將干擾剔除干凈，達(dá)不到抗干擾效果。所以如何設(shè)計(jì)一種算法使TDCS能夠根據(jù)環(huán)境背景及干擾的變化而自適應(yīng)地生成門限值以精確剔除干擾頻段，將是TDCS研究者們重點(diǎn)關(guān)注的一個(gè)方面。目前除了傳統(tǒng)的固定門限值方法外，文獻(xiàn)［12－13］分別從不同側(cè)面進(jìn)行了大量的研究，取得了一定的成果，但是更具普適的門限值選擇算法還有待進(jìn)一步研究。

3.2.3 偽隨機(jī)相位生成算法

TDCS中引入偽隨機(jī)相位的概念是為了使通信系統(tǒng)具有LPI／LPD特性和提供多址接入能力，目前隨機(jī)相位主要由m序列映射產(chǎn)生，如圖3所示。但是m序列存在周期而不能提供足夠的碼序列以產(chǎn)生隨機(jī)相位；gold序列的性能要優(yōu)于m序列，但也滿足不了TDCS的需求；混沌序列有非周期的、長度無限、相關(guān)性能優(yōu)越等特點(diǎn)，可以為TDCS提供足夠的偽隨機(jī)序列，所以對混沌序列尤其是高階混沌序列進(jìn)行優(yōu)化與優(yōu)選而應(yīng)用到TDCS中將是一個(gè)值得研究的方向。

3.3 調(diào)制解調(diào)技術(shù)

TDCS的調(diào)制技術(shù)主要有雙極性調(diào)制（Antipodal Modulation）和正交調(diào)制兩類，而正交調(diào)制又有二元和多元之分。后來的研究者將雙極性調(diào)制和CSK調(diào)制相結(jié)合產(chǎn)生了一種新的調(diào)制方式，即循環(huán)翻轉(zhuǎn)移位鍵控；在多元正交調(diào)制的基礎(chǔ)上結(jié)合雙極性調(diào)制，衍生出多元雙正交調(diào)制，后來有研究者分析了QAM調(diào)制技術(shù)在TDCS中的性能［14］，進(jìn)一步豐富了TDCS的調(diào)制技術(shù)。

（1）雙極性調(diào)制采用基函數(shù)和基函數(shù)的負(fù)數(shù)代表不同的二進(jìn)制碼元，其理論誤碼率為

（2）正交調(diào)制按照CSK方式采用同一個(gè)基函數(shù)的不同時(shí)移代表不同的碼元，也可以采用不同的基函數(shù)代表不同的碼元來實(shí)現(xiàn)，其中不同的基函數(shù)是通過匹配不同的隨機(jī)相位生成的，因此通過不同的基函數(shù)實(shí)現(xiàn)的正交調(diào)制的本質(zhì)是調(diào)相。二元CSK調(diào)制的理論誤碼率為

多元正交調(diào)制理論誤碼率滿足

由式（3）可以看出，正交調(diào)制誤碼率比雙極性調(diào)制高，但是正交調(diào)制可以實(shí)現(xiàn)多元調(diào)制，大大提高系統(tǒng)吞吐率。

（3）循環(huán)翻轉(zhuǎn)移位鍵控（Cyclic Antipodal Shift Keying，CASK）比CSK更接近正交調(diào)制，其調(diào)制方式為

（4）多元雙正交調(diào)制的信號集是由M／2個(gè)正交信號及其負(fù)值信號構(gòu)成的，因此多元雙正交調(diào)制與解調(diào)器的復(fù)雜度比正交調(diào)制的要小，因?yàn)槎嘣p正交調(diào)制用M／2個(gè)互相關(guān)器實(shí)現(xiàn)，而正交調(diào)制則需要M個(gè)互相關(guān)器。可以仿照QPSK調(diào)制方式構(gòu)造QCSK：

由圖2可以看出，接收機(jī)端采用與發(fā)射機(jī)端相同的技術(shù)生成相應(yīng)的基函數(shù)，只是在逆變換后多一個(gè)共軛運(yùn)算，得到BF的共軛：

對b（n ）做等間隔的N次循環(huán)移位得到N個(gè)信號矢量b（n ）j，并將其分別與接收到的信號矢量r（n）做相關(guān)運(yùn)算，得到結(jié)果zj（n）：

找出zj（n）中最大值的下標(biāo)j，根據(jù)b（n ）j相對于參考信號矢量b（n）的循環(huán)移位估計(jì)出所傳送的數(shù)據(jù)符號d（n）。

3.4 同步技術(shù)

同步系統(tǒng)是通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵部分，特別是在數(shù)字通信系統(tǒng)中，精確的同步對于信息的正確傳輸起著極其重要的作用。對于TDCS系統(tǒng)來講，這也包括載波同步、位同步、幀同步和網(wǎng)同步。只有建立了可靠的同步，才能保證在戰(zhàn)場環(huán)境下語音和數(shù)據(jù)信息能夠可靠而高效地傳輸。TDCS的捕獲方法目前主要有兩種，一種是與擴(kuò)頻通信中使用的滑動相關(guān)捕獲法類似的直接時(shí)間相關(guān)法（Direct Time Corre

lation，DTC），另一種是German.Edgar H.于1995年提出的技術(shù)［9］。

DTC同步方法是在接收端產(chǎn)生一個(gè)同步碼與收到的信號做相關(guān)運(yùn)算，如果結(jié)果滿足檢測指標(biāo)，則同步成功，反之如果結(jié)果不滿足檢測標(biāo)準(zhǔn)，則移動本地基函數(shù)再重復(fù)上述過程直到達(dá)到檢測指標(biāo)。同步碼有1號碼和2號碼兩種，分別由式（9）、式（10）給出。1號碼較為簡單，使用1號碼時(shí)除了可以實(shí)現(xiàn)位同步以外，當(dāng)碼元邊界在同步碼字內(nèi)時(shí)可以直接實(shí)現(xiàn)幀同步，但是在多址應(yīng)用環(huán)境下受多址干擾影響較大；2號碼由一個(gè)Barker序列獲得。

German的同步技術(shù)是1995年以技術(shù)報(bào)告的方式提供給美國軍方的，沒有公開發(fā)表。具體方法受美國軍方保密，目前國內(nèi)沒有該技術(shù)的詳細(xì)資料，只有如圖4所示的大致情況。首先對收到的信號r（t）做傅里葉變換，然后通過奇偶綜合來增強(qiáng)信噪比（SNR），同時(shí)實(shí)現(xiàn)對噪聲的去相關(guān)。這樣，前N（N為基函數(shù)長度）個(gè)采樣進(jìn)入奇積分器，后N個(gè)采樣進(jìn)入偶積分器，這個(gè)過程一直持續(xù)到r（t）在整個(gè)期望的時(shí)間周期內(nèi)都積分過。在寄存器內(nèi)，本地基函數(shù)頻域形式的共軛與寄存器中的采樣信號相混合后再進(jìn)行逆傅里葉變換得到時(shí)域形式，最后將奇偶兩個(gè)分支的結(jié)果相混合后送入檢測器。German的技術(shù)中同步碼需要連續(xù)相同的符號，否則奇偶分解運(yùn)行將不能產(chǎn)生相同的結(jié)果，平方運(yùn)算將會產(chǎn)生噪聲，因此German的技術(shù)必須使用1號碼作為同步碼。

圖4 German的預(yù)處理方案圖Fig.4 German′s pretreatment program plan

4 TDCS的應(yīng)用與展望

自1988年German提出TDCS的基本思想以來，隨著其性能的逐步展現(xiàn)和無線電技術(shù)的飛速發(fā)展，人們越來越看好TDCS的應(yīng)用前景，其應(yīng)用主要致力于解決戰(zhàn)場上飛機(jī)或艦艇編隊(duì)之間的互聯(lián)互通問題、解決無線電臺之間的相互干擾問題、超寬帶雷達(dá)（超寬帶脈沖壓縮系統(tǒng)雷達(dá)）等方面的研究。而現(xiàn)階段對TDCS的研究還處于模型建立、理論分析和仿真驗(yàn)證階段，而且都是假設(shè)收發(fā)端電磁環(huán)境一致的條件下進(jìn)行的研究，TDCS要真正投入使用還需要一段時(shí)間，對TDCS的研究將重點(diǎn)解決如下幾個(gè)問題。

（1）精確的譜估計(jì)技術(shù)

前面已經(jīng)提到，譜估計(jì)技術(shù)是TDCS的眼睛，隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和大量無線設(shè)備的投入使用，電磁空間將越來越復(fù)雜，這給TDCS的“視覺”提出新的要求，只有實(shí)現(xiàn)精確地譜估計(jì)才能使通信系統(tǒng)更好地把握環(huán)境信息，只有掌握更多的環(huán)境信息才有進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能的可能，所以TDCS迫切需要新一代的精細(xì)化譜估計(jì)技術(shù)的出現(xiàn)。

（2）剔除干擾的自適應(yīng)門限算法

傳統(tǒng)的判決門限值是根據(jù)經(jīng)驗(yàn)得出的，即環(huán)境譜最高幅值的40%，但是這個(gè)固定的門限值并不能滿足環(huán)境噪聲及干擾實(shí)時(shí)變化的特點(diǎn)，不能充分發(fā)揮TDCS主動式抗干擾的特點(diǎn)，在極端情況下有可能使系統(tǒng)無法工作或無法抵抗部分干擾的影響。所以設(shè)計(jì)一種能夠根據(jù)譜估計(jì)結(jié)果自適應(yīng)地選擇判決門限的算法，將是提高TDCS性能的一個(gè)必由之路。

（3）新的變換域算法

目前變換域技術(shù)主要是基于DFT、DWT、DWPT、FrFT等，它們都只是針對某一類信號有很好的處理效果，缺乏普適性。即當(dāng)通信環(huán)境中存在多種干擾形式時(shí)，選擇任何一種變換域處理技術(shù)都不能把所有干擾剔除，它只能把該變換域技術(shù)擅長處理的干擾信號挑選出來并剔除，但是對于其他干擾信號將會對系統(tǒng)通信性能造成干擾。雖然可以級聯(lián)不同變換域算法的方式來逐級剔除不同干擾信號，但是其運(yùn)算量將大大增加，達(dá)不到數(shù)字通信的速率要求。所以新的對多種干擾信號具有普適性的變換域技術(shù)也是TDCS投入實(shí)際使用的一個(gè)技術(shù)需求。

（4）TDCS通信遠(yuǎn)距離擴(kuò)展

現(xiàn)在對TDCS的研究都是假定收發(fā)端電磁環(huán)境一致的基礎(chǔ)上展開的，但是實(shí)際通信環(huán)境并不是這么理想，甚至相隔很近的收發(fā)機(jī)之間也存在感知結(jié)果不一致的情況。而無線通信的優(yōu)勢在于遠(yuǎn)距離通信，TDCS要有在將來無線通信領(lǐng)域占有一席之地就必須朝著遠(yuǎn)距離通信方面擴(kuò)展，文獻(xiàn)［15－16］已經(jīng)對TDCS遠(yuǎn)距離擴(kuò)展做了初期探索。所以對TDCS的研究必須打破現(xiàn)階段收發(fā)端頻譜感知一致的假設(shè)，研究在遠(yuǎn)距離即收發(fā)端頻譜感知不一致時(shí)TDCS的可行性與優(yōu)越性。

（5）多領(lǐng)域融合技術(shù)

當(dāng)今無線設(shè)備琳瑯滿目，功能也各具特色。從節(jié)約資源和降低成本的角度，需要TDCS與其他無線通信設(shè)備實(shí)現(xiàn)兼容；從TDCS自身發(fā)展需要的角度來看，也需要其具有廣泛的兼容性。在保持TDCS自身固有特點(diǎn)外，與其他多領(lǐng)域無線設(shè)備的融合技術(shù)也是TDCS投入使用的一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)。

5 結(jié)束語

TDCS是一項(xiàng)嶄新的且具有巨大潛力的無線通信技術(shù)，作為認(rèn)知無線電收發(fā)機(jī)候選方案之一的新興技術(shù)，其極強(qiáng)的抗干擾能力和極高的頻譜利用率是現(xiàn)階段無線通信技術(shù)瓶頸的一大突破；另外它還具有LPI／LPD能力，使TDCS具有明顯的軍事效益，已引起了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注和研究，其在軍事領(lǐng)域和民用行業(yè)將得到長足的發(fā)展。

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WANG Jie was born in Zhaotong，Yunnan Province，in 1987.He received the B.S.degree from Xidian University in 2011.He is now a graduate student.His research concerns aviation communication antijamming technology.

Email：xdwj061216＠126.com

毛玉泉（1957—），男，河南鄭州人，分別于1982年和1990年獲西安電子科技大學(xué)學(xué)士學(xué)位和國防科技大學(xué)碩士學(xué)位，現(xiàn)為空軍工程大學(xué)教授、中國通信學(xué)會高級會員，主要研究方向?yàn)楹娇諗?shù)據(jù)鏈抗干擾技術(shù)；

MAO Yu-quan was born in Zhengzhou，Henan Province，in 1957.He received the B.S.degree from Xidian University and the M.S.degree from National Defense Science and Technology University in 1982 and 1990，respectively.He is now a professor and also a senior member of China Institute of Communications.His research concerns aviation data link anti-jamming technology.

張衡陽（1978—），男，湖南祁東人，分別于2001年和2004年獲空軍工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位，2009年獲國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)博士學(xué)位，現(xiàn)為空軍工程大學(xué)講師，主要研究方向?yàn)楹娇胀ㄐ趴垢蓴_技術(shù)、Ad hoc網(wǎng)絡(luò)技術(shù)；

ZHANG Heng-yang was born in Qidong，Hunan Province，in 1978.He received the B.S.degree and the M.S.degree from Air Force Engineering University，the Ph.D.degree from National Defense Science and Technology University in 2001，2004 and 2009，respectively.He is now a lecturer.His research concerns aviation communication anti-jamming technology and Ad hoc network technology.

郭堯（1990—），男，陜西寶雞人，2012年于北京理工大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為空軍工程大學(xué)碩士研究生，主要研究方向?yàn)樽儞Q域通信技術(shù)；

GUO Yao was born in Baoji，Shaanxi Province，in 1990.He received the B.S.degree from Beijing Institute of Technology in 2012.He is now a graduate student.His research concerns transform domain communication technology.

李波（1974—），男，山東青島人，分別于1998年和2001年獲空軍工程大學(xué)學(xué)士學(xué)位和碩士學(xué)位，2005年于國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲博士學(xué)位，現(xiàn)為空軍工程大學(xué)講師，主要研究方向?yàn)榈乜胀ㄐ藕蛿?shù)據(jù)鏈。

LI Bo was born in Qindao，Shandong Province，in 1974.He received the B.S.degree and the M.S.degree from Air Force Engineering University，the Ph.D.degree from National Defense Science and Technology University in 1998，2001 and 2005，respectively.He is now a lecturer.His research concerns air-ground communications and data link.

Research Status and Development of Transform Domain Communication System

WANG Jie，MAO Yu-quan，ZHANG Heng-yang，GUO Yao，LI Bo
（School of Information and Navigation，Air Force Engineering University，Xi′an 710077，China）

This paper reviewes the development course of Transform Domain Communication System（TDCS），introduces basic principle and key technology of TDCS，analyzes its unique anti-jamming way，and illustrates the strong anti-interference ability，high spectrum efficiency and the Low Probability of Intercept／Low Probability Detect（LPI／LPD）characteristics of TDCS.It also summarizes the research directions and open problems in TDCS area，and finally prospects the good prospect of TDCS，which points out the direction for further study of TDCS. Key words：TDCS；cognitive radio；spectrum estimation；anti-interference；basis function

The National Natural Science Foundation of China（No.61202490）；The Natural Science Foundation of Shaanxi Province（2010JQ8010）

date：2013－01－05；Revised date：2013－04－15

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（61202490）；陜西省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目（2010JQ8010）

??通訊作者：xdwj061216＠126.comCorresponding author：xdwj061216＠126.com

TN914.42

A

1001－893X（2013）07－0966－07

王杰（1987—），男，云南昭通人，2011年于西安電子科技大學(xué)獲學(xué)士學(xué)位，現(xiàn)為空軍工程大學(xué)碩士研究生，主要研究方向?yàn)楹娇胀ㄐ趴垢蓴_技術(shù)；

10.3969／j.issn.1001－893x.2013.07.028

2013－01－05；

2013－04－15