劉 芳，李成旺，貢勝男

(沈陽理工大學通信與網(wǎng)絡工程中心，沈陽 110159)

相位鍵控(PSK)調(diào)制[1-2]信號作為通信信號的典型代表，已應用到衛(wèi)星導航[3]、移動通信、電子對抗[4]等系統(tǒng)中，尤其是直接序列擴頻系統(tǒng)(DSSS)。 PSK 調(diào)制機理是將待傳輸?shù)男畔⑼ㄟ^射頻調(diào)制處理后發(fā)射，接收端通過相應的逆處理手段恢復原始信息。 信號在傳輸過程中，由于受到自然環(huán)境及人為因素等復雜環(huán)境的擾亂，會對同步環(huán)路[5-7]造成一定影響。 為實現(xiàn)數(shù)據(jù)的正確接收，接收端通常以判斷兩個信號相似性的運算，即基于快速傅里葉變換(FFT)的相關運算為核心，建立同步處理以解決未知條件下的干擾及噪聲影響問題。

由于PSK 調(diào)制信號頻譜呈現(xiàn)包絡形式，其信號帶寬與基帶信號參數(shù)存在緊密關系，且其信號能量較集中，對于信號接收機的同步環(huán)而言，復雜環(huán)境下信號的抗干擾能力不強。 信號頻譜具有均勻特性的信號，對其同步環(huán)路的影響更為顯著。 因此，本文從頻譜分布、中心頻點偏移等多角度，分析均勻頻譜信號對PSK 信號的同步環(huán)路影響，為通信系統(tǒng)接收機的抗干擾研究[8-9]提供技術基礎。

1 均勻頻譜信號

鋸齒波[10-12]調(diào)頻屬于線性調(diào)頻[13]，在調(diào)頻指數(shù)遠大于1 的條件下，已調(diào)制信號的功率譜密度與調(diào)制信號的概率密度之間存在線性關系。 鋸齒波信號VS(t)數(shù)學表達式為

式中:AS為鋸齒波的斜率；u(t)為單位階躍函數(shù)；TS為鋸齒波的周期。

鋸齒波調(diào)頻信號SS(t)的數(shù)學表達式為

式中:A為信號幅度；?為相位；ω0為頻率。鋸齒波信號的概率密度函數(shù)P(VS)為

由此可見，鋸齒波調(diào)頻信號的功率譜是均勻的。

圖1為PSK 通信信號的頻譜包絡圖，圖中信號1、信號2、信號3 為均勻頻譜信號。

圖1 頻譜包絡圖

由圖1 可知，PSK 調(diào)制信號的頻譜為包絡形式，信號1、信號2、信號3 所對應的均勻頻譜信號帶寬、頻點、能量有所不同，對PSK 信號的影響也不同。

2 同步環(huán)路模型

通信信號接收機接收環(huán)節(jié)為同步環(huán)路，且通常采用以FFT 為核心的相關運算提高處理效率。因此，以同步處理為核心，研究復雜環(huán)境下PSK調(diào)制信號的抗均勻頻譜，通過同步處理的門限判決分析抗干擾的能力，典型的有效同步環(huán)路流程如圖2 所示。

圖2 同步環(huán)路處理流程

圖3 不同B 條件下的測試結果(1)(Δf ＝0 MHz)

步驟1通過參數(shù)配置對同步環(huán)路降頻、采樣、濾波等參數(shù)進行設置。

步驟2接收PSK 信號及可能進入天線的均勻頻譜信號。

步驟3對混合信號進行前端數(shù)據(jù)處理，包括降頻處理、濾波處理等。

步驟4利用同向及正交的載波相位參數(shù)，對混合信號進行I、Q 分路，分為I 支路和Q 支路。

步驟5產(chǎn)生本地基帶信號，并依據(jù)相應參數(shù)進行截短處理，使其與接收信號的數(shù)據(jù)處理量相同。

步驟6截短后的本地數(shù)據(jù)進行FFT 運算。

步驟7I 支路和Q 支路的接收信號分別進行FFT 運算，并進行共軛處理。

步驟8步驟4 和步驟5 的運算結果分別進行復數(shù)乘法運算，然后進行快速傅里葉逆變換(IFFT)運算及絕對值運算。

步驟9分別計算I 支路和Q 之路的比例峰值，即最大峰值與平均峰值的比例，并通過峰值比較得到最大的比例峰值。

步驟10利用最大比例峰值進行相關門限判決，如果成功則進入下一步，否則重新接收信號。

步驟11利用最大比例峰值進行同步門限判決，如果成功則輸出結果，否則重新接收信號。如圖4 所示。

圖4 不同Δf 條件下的測試結果(B ＝5 MHz)

3 影響測試及結果分析

基于仿真平臺，通過不同帶寬、不同頻偏參數(shù)，配置均勻頻譜信號，并對PSK 信號的同步環(huán)路進行影響測試。

1)測試一

輸入?yún)?shù):PSK 信號帶寬為10 MHz，測試均勻頻譜信號的帶寬B分別為3 MHz、4 MHz、5 MHz、6 MHz、7 MHz、8 MHz、9 MHz、10 MHz，即均勻頻譜信號占PSK 信號帶寬比分別為30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%，且與PSK 信號的中心頻偏Δf分別為0 MHz、1 MHz、2 MHz、3 MHz、4 MHz、5 MHz、6 MHz、7 MHz。在Δf＝0 MHz、不同B條件下的測試結果如圖3所示。 在B＝5 MHz、不同Δf條件下的測試結果

不同Δf，且不同B條件下的測試結果如表1所示。

表1 不同條件下的測試結果(1)dB

由表1 可見，在Δf小于3 MHz 時，隨著B的增大，所需的干信比增大；而在Δf大于3 MHz時，隨著B的增大，所需的干信比減小。 表明均勻頻譜信號的帶寬、能量隨著Δf的變化而動態(tài)變化。

2)測試二

輸入?yún)?shù):PSK 信號帶寬為10 MHz，測試均勻頻譜信號的帶寬B分別為6 MHz、10 MHz、13 MHz、16 MHz、19 MHz、22 MHz、26 MHz、30 MHz，且與PSK 信號的中心頻偏Δf分別為0 MHz、2 MHz、4 MHz、6 MHz、8 MHz、10 MHz、12 MHz、14 MHz、16 MHz。 在Δf＝0 MHz、不同B條件下的測試結果如圖5 所示。

圖5 不同B 條件下的測試結果(2)(Δf ＝0 MHz)

在B＝15 MHz、不同Δf條件下的測試結果如圖6 所示。

圖6 不同Δf 條件下的測試結果(B ＝15 MHz)

不同Δf、不同B條件下的測試結果如表2所示。

表2 不同條件下的測試結果(2)dB

由表2 可見，在Δf小于8 MHz 時，隨著B的增大，所需的干信比增大；在Δf大于8 MHz 時，隨著B的增大，所需的干信比減小。 表明均勻頻譜信號的帶寬、能量隨著Δf的變化而動態(tài)變化。

通過上述的統(tǒng)計分析表明，當Δf與PSK 信號帶寬的比值小于30%條件下，隨著B的增大，所需的均勻頻譜信號能量增大；而當Δf與PSK 信號帶寬的比值大于30%條件下，隨著B的增大，所需的均勻頻譜信號能量減小。 因此，不同條件下，可按需配置滿足用戶需要的參數(shù)，從而達到最佳抗干擾的目的。

4 結論

考慮到具有均勻頻譜特性信號對PSK 調(diào)制信號的同步環(huán)路影響較為顯著，從頻譜分布、中心頻點偏移等多角度出發(fā)，分析均勻頻譜信號對PSK 信號的同步環(huán)路影響。 通過統(tǒng)計分析表明，當Δf與PSK 信號帶寬的比值小于30%條件下，隨著B的增大，所需的均勻頻譜信號能量增大；而當Δf與PSK 信號帶寬的比值大于30%條件下，隨著B的增大，所需的均勻頻譜信號能量減小。