【文章內(nèi)容簡介】 干擾措施: 調(diào)制而形成的。發(fā)送信號的每個脈沖中包含一個32位的片碼(M序列)，代表一個字符，不同的字符用不同的片碼表示，不同的片碼之間為循環(huán)移位關(guān)系，即進行(32,5)軟擴頻，并且直擴碼隨時隙而不同。 ，各個信號脈沖之間的載頻在頻段9601215MHz之間偽隨機選擇，跳頻的頻道間隔為3MHz,跳頻頻道數(shù)為51個，并且跳頻圖案隨時隙變化。JTIDS的跳頻是在時隙的各脈沖之間進行的。 時延，這一隨機時延也是隨時隙號而變化的。 。，數(shù)據(jù)部分采用(31, 15)RS糾錯編碼。這種信道編碼使得31個字符組中，由于干擾或傳播等原因，即便有16個字符無法判決，或者有8個字符判決錯了，在信道譯碼時也均能糾正過來。 本文的主要研究工作 本文在簡要分析擴頻通信技術(shù)原理和特點的基礎(chǔ)，給出了基于自適應(yīng)跳頻技術(shù)航空通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，并總結(jié)了其中的關(guān)鍵技術(shù)。對自適應(yīng)跳頻中的關(guān)鍵技術(shù)做了深入研究，其中包括自適應(yīng)信道質(zhì)量估計、衰落估計和自適應(yīng)控制。并設(shè)計了自適應(yīng)跳頻系統(tǒng)仿真模型，分析了其抗干擾性能。 本文的結(jié)構(gòu)安排如下: 第一章研究了航空通信抗干擾技術(shù)，總結(jié)了抗干擾技術(shù)的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢，以及本文所做的工作。 第二章介紹了擴頻通信的原理和特點，總結(jié)了擴頻通信中幾種擴頻方式的簡要原理。在此基礎(chǔ)上，研究了跳頻和自適應(yīng)跳頻的抗干擾的原理和特點。 第二章給出了基于自適應(yīng)跳頻技術(shù)航空通信系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和原理，并總結(jié)了其中的關(guān)鍵技術(shù)。主要包括信道質(zhì)量估計算法、Viterbi譯碼及其改進算法、交織和系統(tǒng)同步方法的實現(xiàn)過程。 第四章研究了自適應(yīng)跳頻技術(shù)的信道質(zhì)量估計、衰落估計和自適應(yīng)控制。對于改進的自相關(guān)矩陣估計算法給出了其在不同采樣點，不同調(diào)制方式和不同長度下的仿真結(jié)果?？偨Y(jié)了一種衰落估計算法，仿真證明其效率很高。對自適應(yīng)控制，將自適應(yīng)調(diào)制和自適應(yīng)功率控制結(jié)合在一起，仿真結(jié)果表明這種方法比較有效。 第五章設(shè)計了自適應(yīng)跳頻的仿真模型，并與常規(guī)跳頻進行比較，證明了自適應(yīng)跳頻的優(yōu)越性。最后總結(jié)了本文所做的工作以及下一步研究的方向。第二章 擴展頻譜技術(shù) 擴展頻譜(SS ， Spread Spectrum)技術(shù)是一種非常重要的抗干擾通信技術(shù)，目前已經(jīng)被廣泛運用在軍事和民用通信系統(tǒng)中。擴頻是一種信號帶寬大十傳送信息帶寬的傳輸方法。信號帶寬是受某一獨立十傳送信息的序列控制的，在接收端采用同步的序列來進行解擴及信息恢復(fù)。在擴頻理論剛剛形成時，人們將擴頻定義為“信號帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大十傳送信息帶寬”。但是，隨著后來擴頻技術(shù)的應(yīng)用，人們發(fā)現(xiàn)，擴頻系統(tǒng)的信號帶寬并不一定要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大十所傳信息的帶寬，甚至在信號帶寬只有所傳信息帶寬的數(shù)倍時，仍能夠體現(xiàn)擴頻技術(shù)的一些特征。 擴頻通信的理論基礎(chǔ) 雖然目前人們一般認(rèn)為擴頻技術(shù)的理論基礎(chǔ)是香農(nóng)的信道容量公式，但是擴頻理論實際上是和香農(nóng)的信息理論幾乎在同一時期逐漸發(fā)展并建立起來的。香農(nóng)理論雖然不能直接用到抗干擾的研究中，但是它給出的結(jié)果確確實實影響了通信工程師們的想法。 香農(nóng)信道容量公式給出了帶限加性白噪聲(AWGN， Additive White Gaussian Noise)波形信道的信道容量公式:C=Wlb(1+S/N) (21) 其中:S/N為信道的信號噪聲功率比，簡稱信噪比。W為信道帶寬。N=NoW，No是噪聲功率譜密度。 由式(21)可知，高斯信道中在信號功率及信道容量不變的情況下，可以通過加大信號帶寬來降低系統(tǒng)對信噪比的要求。在信號噪聲功率比下降時，可以通過加大信號帶寬的方法保持信道容量不變。擴頻技術(shù)正是利用這一原理，用高速率的擴頻碼來達(dá)到擴展待傳輸?shù)臄?shù)字信息帶寬的目的。 目前，在對擴頻通信的研究中，很多情況下將擴頻偽隨機序列稱為擴頻向量，即從向量空間的角度來理解擴頻的作用:擴頻相當(dāng)于將原來低維度向量空間的信號向量(即常規(guī)通信信號)用擴頻向量擴展到高維的信號向量空間，而信號承載的信息量不變。也就是說，擴頻是在用一種高維數(shù)的向量來傳遞低維數(shù)的信息，因而大大增加了信號的冗余度。利用增加的信號冗余度并結(jié)合相關(guān)處理，最終達(dá)到抗干擾的目的。任何擴頻系統(tǒng)都有這樣一個特性，即經(jīng)過解擴器后信干比得到提高。顯然，信干比提高幅度的高低體現(xiàn)了擴頻系統(tǒng)的抗干擾性能。人們將擴頻系統(tǒng)的這一指標(biāo)定義為擴頻系統(tǒng)的處理增益。處理增益(Processing Gain)是指擴頻系統(tǒng)接收機相關(guān)檢測器(解擴器)輸出信噪比與接收機輸入信噪比的比值。處理增益越大，標(biāo)志著擴頻系統(tǒng)對干擾的抑制能力也越強。處理增益用Gp表示，即式: (22) 針對不同的干擾樣式，同一個系統(tǒng)的處理增益是不同的。目前人們一般采用針對高斯白噪聲干擾的理論值來定義處理增益，即將理想處理情況下，相關(guān)解擴器對高斯白噪聲干擾信噪比的提高倍數(shù)作為系統(tǒng)的處理增益。處理增益雖然給出了系統(tǒng)對進入接收機的干擾的抑制能力，但通過處理增益并不能直觀的知道擴頻系統(tǒng)的抗干擾能力。由十我們最關(guān)心的是系統(tǒng)在接收機輸入端所能忍受的最大干擾度，因此，衡量擴頻抗干擾能力的另一個更直觀的指標(biāo)是干擾容限。 干擾容限定義為擴頻系統(tǒng)在解調(diào)性能滿足要求的前提下，接收機前端所能容忍的最大信干比，一般用M，來表示。干擾容限綜合考慮了影響系統(tǒng)抗干擾能力的各種因素，是一個非常直觀的指標(biāo)。既然干擾容限與處理增益都直接或間接地反映了擴頻系統(tǒng)的抗干擾能力，那么它們之間的關(guān)系在用分貝表示時，可用式 (23)來表示。式(23)中，(S / N)min為系統(tǒng)解調(diào)滿足要求的情況下，相關(guān)解擴器輸出端的最小信噪比。L定義為系統(tǒng)的執(zhí)行損耗 系統(tǒng)的執(zhí)行損耗包括由系統(tǒng)前端射頻放大器噪聲系數(shù)、射頻濾波器損耗、同步剩余誤差和相關(guān)解擴器實際解擴處理時的非理想性等各種因素造成的系統(tǒng)信噪比的損失。系統(tǒng)的執(zhí)行損耗是在實際系統(tǒng)實現(xiàn)時是不可避免的，但是可以通過各種技術(shù)措施來降低系統(tǒng)的執(zhí)行損耗，如采用低噪聲系數(shù)的射頻前端放大器，提高擴頻系統(tǒng)的同步精度等。 為了提高系統(tǒng)的干擾容限，可以通過提高處理增益，降低系統(tǒng)解調(diào)對信噪比的要求，降低系統(tǒng)的執(zhí)行損耗等方法來進行。人們雖然受到香農(nóng)公式的啟發(fā)而開始研究擴頻技術(shù)，但是香農(nóng)公式卻沒有給出擴頻實現(xiàn)的途徑。人們在探索擴頻技術(shù)的過程中，逐漸統(tǒng)一了對擴頻調(diào)制體制與常規(guī)調(diào)制體制的認(rèn)識，目前一般認(rèn)為它們的區(qū)別主要體現(xiàn)在兩個方面:。 。 雖然寬帶模擬調(diào)頻信號的帶寬也遠(yuǎn)大于傳輸?shù)幕鶐盘枎挘?，由于其帶寬不是由擴頻函數(shù)決定的，因此不屬于擴頻技術(shù)。 人們普遍將擴頻技術(shù)分為以下幾種:DS, FH,跳時(TH, Time Hopping)、線性調(diào)頻(Chirp)和混合體制 1. DS系統(tǒng)又稱“平均”系統(tǒng)或偽噪聲系統(tǒng)，它是目前應(yīng)用較廣泛的一種擴頻系統(tǒng)。GPS(Global Position System)就是一種典型的直擴系統(tǒng)。它是直接用擴頻碼序列在發(fā)端擴展信號頻譜，即用高速的偽隨機碼序列去調(diào)制相對低速的數(shù)據(jù)信息，達(dá)到擴展信號頻譜的功能。在收端用相同的擴頻碼序列去解擴，還原出原始的信息。偽隨機序列矩形波變化速度不和信息碼兀速率T相比較而言，PN序列的設(shè)定速度要快得多，即T Tc。這里的T和Tc常用頻率來表征，所以T時間寬度稱作比特區(qū)間(bit duration),Tc時間寬度稱作切普區(qū)間(chip duration)，它們的倒數(shù)分別稱作比特速率和切普速率。 2. FH系統(tǒng)跳頻系統(tǒng)是用擴頻碼序列去進行移頻鍵控，使發(fā)射信號的載頻不斷地變化，在通信瞬間，通信信號的頻譜形態(tài)與其基帶信號的頻譜相同，只不過信號的載頻的變化是受擴展函數(shù)控制的，即信號頻譜的中心頻率隨擴展序列變化，實現(xiàn)實時窄帶通信，宏觀上寬帶擴頻通信。 3. TH系統(tǒng)跳時擴頻系統(tǒng)用偽隨機序列來鍵控發(fā)射機，將一個信息碼元的持續(xù)時間分成若干個時隙，由偽隨機序列控制在哪一個時隙中發(fā)射信號。由于信號不是連續(xù)發(fā)射的，因此跳時擴頻信號的占空比小于1。由于跳時信號的占空比小于1，在發(fā)射瞬時功率不變的情況下，比特能量降低，對發(fā)射機的利用率降低。因此，跳時技術(shù)通常在擴頻系統(tǒng)中不單獨使用，而是與其它擴頻方式結(jié)合，組成混合式擴頻方式，如與FHSS混合使用，或者利用偽隨機序列控制的跳時來實現(xiàn)時分多址TDMA(Time Division Multiple Access)。 4. ChirpSS線性調(diào)頻擴頻系統(tǒng)是基于線性調(diào)頻信號的擴頻系統(tǒng)。由于線性調(diào)頻信號在壓縮過程中多普勒頻移不敏感，因此被廣泛應(yīng)用在脈沖壓縮體制的雷達(dá)系統(tǒng)中。線性調(diào)頻信號是一種信號瞬時頻率隨時間線性變化的信號。一般認(rèn)為線性調(diào)頻系統(tǒng)的處理增益等于調(diào)頻信號的時帶積。線性調(diào)頻信號經(jīng)過匹配濾波后輸出的連續(xù)相關(guān)峰信號的處理，與其它擴頻信號匹配后處理的過程類似。 ，就能得到只使用一種擴頻方法所不能達(dá)到的性能，甚至有可能降低系統(tǒng)的實現(xiàn)難度。常用的混合擴頻調(diào)制方式有:FH/DS, Chip/DS, TH/DS和TH/FH。 擴頻信號是不可預(yù)測的偽隨機的寬帶信號，其帶寬遠(yuǎn)大于欲傳輸數(shù)據(jù)(信息)的帶寬，同時，接收機中必須有與寬帶載波同步的副本。由于擴頻信號的上述特性，擴頻系統(tǒng)具有以下特點: 擴頻技術(shù)將信號擴展到很寬的頻帶上，在接收端對擴頻信號進行相關(guān)處理，恢復(fù)出原信號。對干擾信號而言，由于與擴頻信號不相關(guān)，則被擴展到一個很寬的頻帶上，使之進入信號通頻帶內(nèi)的干擾功率大大降低，相應(yīng)地增加了相關(guān)器輸出端的信干比，因此具有很強的抗干擾能力。由于擴頻通信系統(tǒng)在傳輸過程中擴展了信號帶寬，所以，即使信噪比很低，甚至是在有用信號功率低于干擾信號功率的情況下，仍能夠高質(zhì)量地、不受干擾地進行通信，擴展的頻譜越寬，其抗干擾性越強。 擴頻信號的功率相當(dāng)于被均勻地分布在很寬的頻帶上，以至于被傳輸信號的功率密度很低，使偵察接收機難以監(jiān)測到。因此，擴頻通信系統(tǒng)具有低截獲概率性。 由于在擴頻通信系統(tǒng)中增加了擴頻調(diào)制與解擴過程，這樣可以利用擴頻碼序列間的相關(guān)特性，在接收端解擴時用相關(guān)技術(shù)從多徑信號中分離出最強的有用信號，或?qū)⒍鄰叫盘栔械南嗤a序列信號疊加，這樣就可以有效地消除無線通信中多徑干涉造成的信號衰落現(xiàn)象。 在一定的發(fā)射功率下，由于擴頻信號分布在很寬的頻帶內(nèi)，無線信道中有用信號功率譜密度極低。這樣，信號可以在強噪聲背景下，甚至是在有用信號被噪聲淹沒的情況下進行可靠通信，使外界很難截獲傳送的信息。同時，對不同用戶使用不同的碼，其他人無法竊聽他們的通信，所以擴頻系統(tǒng)的保密性很高。 擴頻系統(tǒng)既可以傳輸數(shù)字信號，也能傳輸模擬信號。 在通信系統(tǒng)中，可充分利用擴頻調(diào)制中所使用的擴頻碼序列之間良好的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性，在接收端利用相關(guān)檢測技術(shù)進行解擴，則在分配給不同用戶、不同碼型的情況下，系統(tǒng)可以區(qū)分不同用戶的信號。這樣在同一頻帶上，許多用戶可以同時通話而互不干擾。 跳頻系統(tǒng)。 設(shè)信源產(chǎn)生的信號為雙極性信號，調(diào)制采用PSK調(diào)制，由頻率合成器產(chǎn)生的頻率為，則。 偽隨機碼決定，在用調(diào)制頻率合成器產(chǎn)生的頻率所得到的射頻信號為: (24)接收端的信號為: (25) 式中: n（t）為噪聲分量(白噪聲)。s(t)為信號分量。J(t)為干擾信號分量。 為不同網(wǎng)的跳頻信號。 接收端頻率合成器產(chǎn)生的頻率由與發(fā)端相同的偽隨機碼控制，產(chǎn)生的頻率，即: 。在混頻器中，接收到的信號與本振相乘，可以得到 (26)可簡化為: (27)其中: (28)由十收發(fā)兩端頻率合成器產(chǎn)生的頻率是一一對應(yīng)的，而且受相同的偽隨機碼控制，只是兩個偽隨機碼的初始相位可能不同。若是兩個偽隨機碼的初始相位相同則就可使雙方頻率合成器產(chǎn)生的頻率同步，即i= j。這樣，收端的頻率正好比發(fā)端的頻率相差一個中頻，經(jīng)混頻后，取下邊帶，可得信號分量為: (29)經(jīng)濾波后為 (210)是一個固定的中頻信號，與非跳頻系統(tǒng)送入解調(diào)器的信號是相同的，解調(diào)后可恢復(fù)出傳送的信號。 對分量，由十為高斯白噪聲，經(jīng)混頻后，噪聲分量與一般的非跳頻系統(tǒng)一樣，沒有變化。也就是說，跳頻系統(tǒng)對白噪聲無處理增益。 對干擾分量，因為和跳頻系統(tǒng)不同步，經(jīng)混頻后被搬到中頻頻帶以外，不能進入解調(diào)器，形成干擾。 對于，由于它是其它網(wǎng)產(chǎn)生的跳頻信號，不同的網(wǎng)有不同的跳頻圖案。不同網(wǎng)的信號由于頻率跳變的規(guī)律不同，所以不能形成干擾。 在一個頻帶W內(nèi)，可用頻率數(shù)為N，即N個頻道，頻率間隔為△F，信息帶寬為B。定義跳頻系統(tǒng)的處理增益為射頻帶寬與信息帶寬之比，當(dāng)B=△F時 (211) 即跳頻系統(tǒng)的處理增益等于跳頻頻率數(shù) (1)抗白噪聲干擾