扩频通信中窄带干扰抑制技术研究

系统的调制方式、扩频通信的性能分析。本运用自适应抵消滤波法和自适应抵消法和算法的误码率都低，改进的谱减法要比算法和自适应抵关键字：Nowdays,Becausethespreadspectrumtechnologyistheproductofthecombinationwiththeexpansionalbandwithandcommunication,it esanextremlyimportantresearchbranchanddirectioninthecommunication.Firstly,thedevelopmentsituationsofspectrum-spreadcommunicationandnarrowbandinterference-prooftechnologyathomeandabroadarestudiedinthispaper.Thebasictheoriesofspectrum-spreadcommunicationsarestudied,includingthetheoreticalfoundations,spectrum-spreadclassifications,spectrum-spreadpseudo-randomcodes,spectrum-spreadmodulationsystem,performanceysisofspectrum-spreadcommunication.theusesofadaptiveoffsetfilteringandspectralsubtractionofnarrowbandinterferenceareadoptedtostudyspectrum-spreadcommunicationandnarrowbandinterference-proofsuppression.Secondly,thestudyofthenarrowbandinterference-prooftechnology,whichincludestime-predictiontechnology,frequency-narrowbandinterferencetechnology.Moreover,principlesofadaptiveoffsetfilteringandspectralsubtractionofnarrowbandinterferencemethodsarestudied.Withthesetwomethods,itrestrainsnarrowbandinterferencesignals.andadoptedsimulationtoolstosignalforbersimulation.Theerrorratehasbeencarriedonsimulationtoolwhichbasedon .withthesimilationresultswecanconcludethefollowingthings.WiththesameSNR,theimprovedmethodofspectralsubtractionhasalowererrorrateandhasabettereffectofinterferencesuppressionthanthemethodofadaptiveoffsetandthemethodofalgorithm. algorithm;NarrowbandInterference;Adaptiveoffset 研究背景及其意 国内外发展现 扩频通信的发展现 窄带干扰技术的发展现 扩频通信的理论基 扩频系统分 扩频伪随机 M序 Gold序 M序列和Gold序列的产 相关性比 扩频系统的调制方 扩频通信的性能分 时域预测技 频域窄带干扰技 自适应抵消滤波 谱减法的基本原理及其改 仿真工具简 扩频通信模 扩频通信系统模 扩频通信仿真模 仿真结果和性能分 不同幅度的正弦干扰信号的误码率仿真曲 信号经M序列和Gold序列扩频后的误码率仿真曲 经过改进的谱减法滤波后的误码率仿真曲 经过自适应抵消滤波后的误码率仿真曲 误码率仿真图比 现状，通信技术的发展越来越快，使得通信这一领域出现了多元化的坏境，所以必然会出现复杂多变的通信干扰。正是这样才对民用通信系统和通信系统都会造成极大的和破坏。当前，各地都在花费大量的人力和物力积极研究抵的通信系统和相关技术。例如，扩频通信系统。扩频通信系统拥有一些优越的特点；如具有很好的抗普通干扰和抗多径干扰能力、抗多径、隐蔽性强和很好的抗侦察、、侧向能力、具有很好的选址功能等，这些都是能很好的改善系统性能为我们所用由于扩频通信系统在通信方面拥有这些的特点致使得许多研究人员喜欢把通信干扰抑制当成通信研究的重点，这次 就是对窄带干扰在扩频通信中的干扰抑制技术的研究。来和防御敌人的干扰破坏。至今，扩频技术在民用和通信方面仍处于不（N码N码相乘来进行解调，这样就可恢复出原来的信息数据。这种方法显然与传统的通信方式有所不同，于是便成为一种新型的通信方式，特别引人注意,因此扩频通信技术的发展将是一场信息。随后在军事领域中备受关注。1983年，在通信开放了三个扩频频段，频通信才开始应用于民用的通信领域中，之后窄带干扰抑制技术逐渐受关注。研1时域技时域技术利用窄带信号的强相关性和扩频信号的非相关性进行抑制处理。在研究时域窄带干扰抑制非线性自适应算法时人们经常采用归一化算法相比的算法在一定的程度上减轻了梯度噪声放大问题收敛速度也得到相应提高。扩频通信技术是将传输信息通过调制与伪随机码相乘后达到一定带宽进行发送，在接收端再与伪随机码相乘后经过解调恢复出原来信号，从而达到传输信息目的。扩频通信系统是根据定理为理论作为依据，然后用宽带传输技术来换取信噪比上的好处。即：在白噪声干扰条件下，信息传输速率(或称信道容量)C=B

(1+S)b/

BSN直接序列扩频系统是直接序列调制扩展频谱通信系统的简称，其是用待传输KKK。了的目的。由于扩频技术的种类繁多，本主要对直接序列扩频进行了(1)具有较强的能力；(2)具有多址和高的频带利用率；(3)起到频分FH/DS、TH/DS、FH/THMGold序列码[13]。MMM序列，它是最长线性移位寄存器2C0C0CDnDn2.1产生Mf(x

+cx1+cx2+cx3 xn1+c

n 这里系数Ci1表示通，0C01，Cn1M具有周期性，M序列的周期性可由寄存器的级数来确定，nM序列的周期为2n1平稳特性；M011n1/2nR(

1),GoldGold不能满足扩频系统码分多址的要求是因为M码序列有的移位寄存序列的特MGold2.2所示：2.2GoldGold具有平衡性，Gold“1”的码元数比“0”Gold“0”“0”GoldMGoldMM 2 f(x=1+x2x3x5为,则其反馈连接形式为[C,CC 2

MATLA编程产生了一个M序列M序列 M2.3--2.3MM序列。若输入本原多项式的方程，就能在软件中实现自己想要的的M序列。Gold因为2个M序列模2加得到生产Gold序列则本原多项式f(x)=1+x2+x3+x5和f(x)1x2x4x5生成M序列Gold序列以这两个M序列做优选对产生的。再把对应的两个连接反馈形式为和[C1,C2C3,C4,C5]=[0,1,0,1,1]运用 成Gold序列矩阵，这是一个31×31的矩阵，每一行都是Gold序列，列出第一行Gold序列码和画出图2.4：00000000 0--02.4Gold我们可以用工具来求两个伪随机序列的互相关函数首先输入为2.5所示2.52.6图 m序列自相关性图 gold序列自相关性Gold序列的自相关性要好很多，利于检测。图 m序列自相关性图 gold序列自相关性2.82.9MGold序列互相关性的曲线作比较，那么可看出，M序列的互相关曲线相对一点，而Gold序列的互相关曲线则要更平缓一些，GoldMPN码自相关性要好，互相关性要弱。因此本MBPSKBPSK0和来分l0。BFSK通过发射机输出在两个振荡器之间的转换求得发射信号,BFSK信号通过把二进制数据送人到频率调制器而产生的，表达式为ts(t)Accos[2fcDft

其中m(tfJ，BJfJBJB1NJGJ(w

f1oNJBNJoNJBc

JBJNJGc(wBcJJ0J0

S0/S/NJ

NiBcPJ Bd

Bc

方误差准则，时域窄带干扰技术的原理就是利用窄带信号和宽带信号可预测性差异达到抑制干扰的目的。因窄带干扰是非噪声，又拥有很强的样值相频域窄带干扰技术定义：由于时域处理过程中速度的影响，使得时域处理窄带干扰具有一定的局限性。在次基础上我们对它就行了频域变换。频域窄带干扰抑制的原理就是时域带噪信号在进行除噪前先对带噪信号进行快速变换，将时域信号变换成为频域信号后，在进行除噪。滤除噪声结束后，在进行反变换恢复成时域信号的过程。由于自适应抵消系统具有计算量小，易于实现等优点才发展极为迅速，、得到了研究人员的普遍关注并而广泛的应用。运用其自适应滤波器所构成的自适应噪声干扰抵消系统我们可获取自动捕捉噪声干扰源与高信噪比的优异性能若是在航空战斗环境中使用自适应噪声抵消系统，那么则会增大改善航空通信质量，在战斗中起到积极有效的防御敌军的破坏。要是在医学方面，运用于抵消胎儿心电图中母亲的心音，将从母亲腹部取得的信号加在参考输入端，它是心音与母亲心音的叠加，将从母亲胸部取得的信号加在自适应滤波输入端，系统输出的就是心音的最佳估计[15。3.1所示： (n1v'(n03.1设s(nv0nv1(nv0nv1(n具有相关性与s(n)信号不相关。由图可以看出，信源信号s(n)经过主信道受到噪声v0n)扰，形成s(nv(n信号。与参考信号v(n通过自适应滤波后形成的v'(n 信号是v0n的最佳估计。两信号叠加后，便抵消掉主信道上的噪声v0n。输出误差为e(n：e(n)s(n)E[e2(n)]E[(s(n)

(n)v'00(n)v'(n))2]00

0000E[s2(n)]0000

(n)v'(n))2]2E[s(n)(v(n)v'由于v(nv(ns(ns(n)与v'(n E[s(n)(v0n)v(n)]0'000E[e2(n)]E[s2(n)]0

(n)v'(n))2

0E[s2(n)]000E(e2(n))最小，等价于使E[(v v'(n))2]最小。再有，由(3.25)式，得到00000v(n)v'(n)e(n) 000

(nv'(n2最小时，E[(e(ns(n2也达到最小，e(n是设r(ts(t

n(t

r(ts(tn(tR(w)S(w)N(w

R(w)S(w)NR(w)2S(w)2N(w)22Re[S(w)N*

E(R(w)2)E(S(w)2)E(N(w)2)2E{Re[S(w)N*

由于s(t)和n(t)具有相对独立的特性，则经过变换后的S(w)和N(w)也N(wRe[S(w)N*w)]0，则上式变形为：E[R(w)2]=E[S(w)2]+E[N(w)2

R(w)2=S(w)2+N(w)

1S(w)(R(w)2N(w)2)

3.2所示：21()3.2S(w)(R(w)

1N(w)

1和2总体信号的完整性情况下考虑，对谱减法的被减项加系数（βN（w））进称为被减项权值处理，功率谱计算2改为计算（这里不一定为整数可以增加灵活性，这种方称为功率谱修正处理。对（3.12）1S(w)=(R(w)α-βN(w)α)α

1R(w为带噪信号r(tN(w为噪声信号n(t为被减项大则残留噪声衰1r(tw3.3本章主要是在仿真环境下，对带噪扩频信号分别采用算法是目前流行的第四代计算机语言，基本主要应用在科学计算、网络学、物理学、通信系统、DSP处理系统、电子商务等领域广泛应用以及它自身所MonteCarlo是用来估计通信误码率的法，因为对通信系统来说不确定的时间。本MonteCarlo4.1为直接扩频系统的系统简化框图。4.14.2s(ts(te( 4.2信源产生信号为s(t，信息数据码元持续时间为Ts∞

=1TssTsbngs(t

伪随机序列为a(t)Ra，带宽为TaTaN

)a(tRaR

an为伪随机码码元，取1s(t)和a(t)相乘，扩频后Ra，扩展后序列d(t)s(t)a(t)，扩频后的序列再去w(t)d(t)cosw0ts(t)a(t)exp[j(w0t0w0为载频，0接收端接收信号中含有有用信号、噪声信号n(t)、干扰信号J(t)(tr

r'(t)w(t)a(t)n(t)a(t)J

J(t)n(t)a(t)w(t)a(t)r;;(t)w(t)a(t)exp[j(wt)] n(t)a(t)exp[j(w0t1)J(t)a(t)exp[j(w0t4.3PN噪声PN噪声PN器4.3于每个信息所包含的伪码片数，并与伪随机码PN02N/2的噪声在解调端进行与PN序列互相关运算并且对样本求和，0A(0n)，01AA2，A6A=0每比片数Lc=31实验次数0白噪声的方差21.4.44.14,1可以清楚看出，对每一列，所对应同增益不同正弦干扰幅度时，随着干扰信号的幅度越大，误码率越高。对每一行，对于同一幅度的干扰信号，随着增益的提高，误码率就越低。4.44.1 MGold既要在白噪声信道下信号经过M序列和Gold序列扩频后的信号过扩频的信号误码率曲线，如图4.5所示其中相应参数为：每比片数Lc=31，M序列为：[-111-11-1-111-1-1-1-1-1111-1-11-1-1-11-11-11111]，Gold序列为：[1-1-1-11111-11111-1-111111-11-1-11-11111传送N=2000Asin(w0nA6w02

,白噪声的方4.5MGold4.5多。在很大程度上提高了系统的性能，具有很好的能力。M序列具有GoldMGold的误码率低。在白噪声信道下，带噪信号用改进的谱减法滤波后的误码率仿真曲线如列为：[-111-11-1-111-1-1-1-1-1111-1-11-1-1-11-11-11111]N=2000个数据，干扰信号Asin(w0n)的幅度A2、A6、A10,w01 噪声的方差21.每比片数Lc=500。选取被减项权值0.3，2采hanningFs=1000Hz25610-10-10- 4 4.44.84.14.2采用谱减法的误码率明显低于只经过扩频的信号的误码率，对于同一信噪比的带噪信号，干扰小的误码率低，对于同一幅度的干扰信号，随着信噪比的增加，误码率有所降低。因此用谱减法处理的不同幅度干扰的信号，误码率都有了明显的改善，使得系统性能都有了很大的提高。A=6的干扰信号实验次数作出调整，如N=1000，N=2000，N=50004.94.2 4.74.94.33d00.3420.09800.09750dB3dB0.098,7dB0.016。因此同一实验次数，随着信噪比的增加，误码率有所降低。看见提高试验次数，能够让实验结果更准确。有利于提高系统性能。4.3 列为：[-111-11-1-111-1-1-1-1-1111-1-11-1-1-11-11-11111]N=2000Asin(w0nA2、A6、A10w01声的方差21.Lc=500.并采用blackman窗函数，来减少频谱泄漏，采样频率为10-10-10- 4 4.84.44.64.8可以看出，采用自适应抵消滤波法处理的干扰信： 算法中滤波器长度N=5，收敛因子0.0002，M序列为：[-111-11-1-111-1-1-1-1-1111-1-11-1-1-11-11-11111]，：输N=2000个数据，干扰信号Asin(w0n)的幅度A6w02

声的方差10-10-10- 图 算法和谱减法误码率仿真曲10-10-10- 4 4.104.11 4 图 、自适应抵消滤波法、谱减法误码率仿真曲表 自适 谱减 未作处 无干 4.114.43dB时，算法的误码率为由于目前的宽度干扰抑制技术的研究已经比较成熟。所以本主要是针对与时域算法相比，改进的谱减法抑制技术可采用快速算法(FFT)实时由于时间及作者能力有限，在本中仅仅完成上述工作量，还有许多工作本BPSKASK、FSK、MPSK、QAM等扩频系统，需要的研究。本在扩频系统中对于自适应抵消滤波只考虑了参考信号一定要与待消 完成之际，首先要衷心感谢导师夏，感谢她在我读学期间对我的关心与教诲。一开始从这选题再到文中的每一个重要成果，包括的撰写工思想，都是夏老师无私提供的。要是没有严格要求，耐心指导与热情鼓励，我是很难能完成工作的。夏老师做事严谨、很强的责任心、又很有耐心给我留下了难忘的印象；谢！ 陈健.CDMA移动通信技术的应用[J].机械管理开发.2010,3(25):96-吴言.CDMA.运营商运[J].通信世界.2006:35-张贤达著.现代信号处理[M].,2003,4:47-J.QProakis著.数字通信.张力军,张宗橙,等译.第四版[M].电子工业1:156-C.Carlemalm,H.V.Poor,andA.Logothetis.Suppressionofmultiplenarrowbandinterferersinaspread-spectrumcommunicationsystem[R].IEEEJ.Select.AreasCommun.2000:1365-1374.C.N.Li,GGR.Hu,andM.J.Liu.Narrow-bandinterferenceexcisioninspread-spectrumsystemsusingself-orthogonalizingtransform-adaptivefilters[R].IEEEJ.Select.AreasCommun.2000:403-406.M.Lops,GRicci,andA.M.Tulino.Narrow-band-interferencesuppresstioninultiuserCDMAsyst