覃振江 王昌寶 畢大慶

（電子工程學(xué)院 合肥 230037）

1 引言

超寬帶（Ultra Wide Band，UWB）通信是一種以無載波的類高斯脈沖作為信息載體的新型通信體制［1］。它具有頻帶寬、傳輸速率高、平均功率低、保密性好以及抗干擾性能強(qiáng)的特點(diǎn)［2］。近幾年，超寬帶（UWB）通信在國(guó)外尤其是美國(guó)的軍事通信領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，對(duì)超寬帶通信的干擾將成為通信對(duì)抗領(lǐng)域面臨的重要課題［3］。本文針對(duì)THPPM-UWB體制通信信號(hào)，理論上對(duì)脈沖干擾對(duì)該通信體制的影響進(jìn)行了分析，并運(yùn)用MATLAB對(duì)干擾效果進(jìn)行了仿真，仿真結(jié)果表明，在給定干擾功率下，通過合理選擇脈沖干擾信號(hào)的脈沖重復(fù)周期和脈沖寬度，能夠?qū)Τ瑢拵В║WB）系統(tǒng)形成有效的干擾。

2 系統(tǒng)模型

超寬帶通信的典型調(diào)制方式是脈沖位置調(diào)制（Pulse Position Modulation，PPM），通過跳時(shí)碼（TH）獲得多址容量，TH-PPM-UWB通信系統(tǒng)的基本組成框圖如圖1所示［4］。

圖1 TH-PPM-UWB通信系統(tǒng)的基本組成框圖

發(fā)送波形表達(dá)式如下：

式中g(shù)（t）是發(fā)送的單周期脈沖，其持續(xù)時(shí)間設(shè)為Tm。Tf為脈沖重復(fù)周期，Tm?Tf，bi是0、1信息序列，ε表示由信息序列控制的發(fā)射脈沖時(shí)延，每Ns個(gè)單周期脈沖波形傳送一個(gè)二進(jìn)制符號(hào)，cjTc是由偽隨機(jī)碼控制的發(fā)射脈沖時(shí)延，其中0≤cj≤Nmax，Nmax·Tc＋ε≤Tf。

在接收端，采用接收體制為相關(guān)接收，相關(guān)解調(diào)的模板信號(hào)為［5］：

3 脈沖干擾分析

3.1 脈沖干擾信號(hào)產(chǎn)生

脈沖干擾信號(hào)工作時(shí)間短促，可以獲得很大的峰值功率，使接收機(jī)解調(diào)之后發(fā)生突發(fā)性錯(cuò)誤。脈沖干擾信號(hào)一般都經(jīng)過寬帶噪聲信號(hào)調(diào)制，其干擾策略類似于部分頻帶噪聲干擾，只不過前者是時(shí)間上的一部分，后者是頻譜上的一部分［6］。圖2是脈沖干擾信號(hào)的產(chǎn)生模塊。

圖2 脈沖干擾信號(hào)的產(chǎn)生模塊

3.2 脈沖干擾分析

脈沖干擾是由一連串周期重復(fù)的窄脈沖組成的干擾信號(hào)，要注意的是這種脈沖干擾是有載波調(diào)制的射頻脈沖，脈沖寬度為τ，脈沖重復(fù)周期為T，脈沖幅度為AJ。這樣的脈沖信號(hào)可以表示為［7］：

式中g(shù)（t）為寬度為τ的矩形函數(shù)，fJ為載波頻率，φ0為初始相位。該周期信號(hào)的傅里葉變換為（設(shè)φ0＝0）：

式中ωJ＝2πfJ，GT（ω）為周期性矩形脈沖串的傅里葉變換，由下式給出：

其中G（ω）為矩形脈沖的傅里葉變換，由下式給出：

也就是說，重復(fù)周期為T的脈沖干擾信號(hào)，其傅里葉變換由間隔為ω0＝2π／T的沖激序列組成，沖激序列的幅度為

則脈沖信號(hào)的單邊功率譜可以表示為

假設(shè)解調(diào)模板信號(hào)中由偽隨機(jī)碼控制的各周期中脈沖起點(diǎn)位置為p1，p2，…，pNs，其中pi＝（i－1）Tf＋ciTc，i＝1，2，…，則相關(guān)器的傳輸函數(shù)的模為［9］

式中，ε表示由信息序列控制的發(fā)射脈沖時(shí)延，F(xiàn)（ω）為接收脈沖的幅度譜。

相關(guān)器輸出的干擾信號(hào)的單邊功率譜為

解調(diào)后輸出的干擾信號(hào)的功率為

將式（10）帶入上式，得到

每比特信號(hào)解調(diào)輸出的信號(hào)功率為［10］

Ns為每個(gè)比特映射的脈沖數(shù)。

輸出信干比為

系統(tǒng)誤碼率為

由上式可見，脈沖干擾的干擾效果相當(dāng)于把總功率分配到不同音調(diào)上的多音干擾效果的總和，與功率譜中各離散譜線的位置（nω0＋ωc）和τ有關(guān)。

4 干擾性能仿真與分析

仿真條件：在AWGN信道下，信噪比取8dB，發(fā)射脈沖為實(shí)際中最普遍采用的高斯脈沖二階導(dǎo)函數(shù)，平均發(fā)射功率Pow為－30dBm，平均脈沖重復(fù)周期（幀周期）Tf為3ns，每個(gè)比特映射的脈沖數(shù)Ns為3個(gè)，碼片時(shí)間Tc為1ns，跳時(shí)碼的最大值上界Nmax為3，周期Np為5，沖激響應(yīng)持續(xù)時(shí)間（脈寬）Tm為0.5ns，脈沖波形形成因子α為0.25ns，PPM時(shí)移ε為0.5ns，采樣頻率fc為50GHz，取20000個(gè)bit進(jìn)行仿真。

仿真分析：在相同的脈沖重復(fù)周期但不同占空比條件下，脈沖干擾信號(hào)對(duì)超寬帶通信性能的影響，并與寬帶噪聲干擾信號(hào)（即占空比為1時(shí)的脈沖干擾信號(hào)）進(jìn)行了比較，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖3所示。

圖3 相同的脈沖重復(fù)周期不同占空比時(shí)的仿真結(jié)果

仿真結(jié)果分析與結(jié)論：不同占空比條件下的脈沖干擾信號(hào)對(duì)超寬帶通信的影響應(yīng)分兩種情況進(jìn)行討論，一是在小信干比（信干比小于－18dB）情況下，脈沖干擾信號(hào)的占空比越小，干擾效果越差。二是在大信干比（信干比大于－8dB）情況下，干擾效果正相反，脈沖占空比越小，干擾效果越好。說明在通信信號(hào)功率不變的情況下，隨著干擾信號(hào)功率的減小，小占空比脈沖干擾信號(hào)的優(yōu)勢(shì)越來越明顯。因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)依據(jù)接收機(jī)處的信干比情況，合理選取脈沖干擾信號(hào)的占空比，以達(dá)到更好的干擾效果。

圖4仿真了不同脈沖重復(fù)周期和工作比（占空比）情況下脈沖干擾對(duì)超寬帶通信系統(tǒng)的比特誤碼率曲線圖。

圖4 不同脈沖重復(fù)周期和工作比干擾仿真圖

仿真結(jié)果分析如下：在工作比（占空比）低端（＜40%）和高端（60%90%）時(shí)，選擇較小的脈沖重復(fù)周期時(shí)干擾效果更好，在工作比（40%60%）時(shí)，脈沖重復(fù)周期的選擇對(duì)干擾影響不大。因此在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)依據(jù)不同的占空比，合理選取脈沖干擾信號(hào)的脈沖重復(fù)周期，以達(dá)到更好的干擾效果。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從通信干擾角度出發(fā)，簡(jiǎn)單地介紹了超寬帶通信的系統(tǒng)模型，針對(duì)TH-PPM-UWB通信體制，設(shè)計(jì)了脈沖干擾信號(hào)產(chǎn)生模塊，理論分析了脈沖干擾的干擾效果，并運(yùn)用MATLAB仿真軟件，對(duì)干擾效果進(jìn)行了仿真和分析，給出了有益的結(jié)論，為實(shí)現(xiàn)對(duì)超寬帶（UWB）通信干擾的實(shí)裝研制打下理論基礎(chǔ)，具有一定的參考價(jià)值。

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