超宽带通信干扰最佳干扰信号带宽分析

� � 中图分类号:TN975� � � � � � � 文献标志码: A � � � � � � � 文章编号: 1674- 2230( 2010) 03- 0045- 03 收稿日期: 2009- 10- 09;修回日期: 2009- 11- 11 作者简介:周扬( 1983- ) ,硕士研究生,中尉,研究方向为超宽带通信干扰技术;王昌宝( 1965- ) ,副教授,副主任,硕士生导师,上校,研究 方向为通信对抗装备新技术;郑世杰(1981- ) ,上尉,研究方向为超宽带通信技术。 超宽带通信干扰最佳干扰信号带宽 周 � 扬1,王昌宝1,郑世杰2 ( 1. 电子学院,合肥 230037; 2. 解放军 65631 部队,锦州 121002) 摘要:针对TH- PPM- UWB体制,从信息战通信干扰角度,利用频域分析方法得出对超宽带通 信干扰存在最佳干扰信号带宽的结论。通过 MATLAB 仿真软件, 对功率相同而干扰信号带宽 不同情况下系统的误码率进行了仿真,其仿真结果验证了分析的正确性。 关键词:UWB; 干扰;误码率; 干扰信号带宽 Analysis on the Optimal Jamming Signal Bandwidth to UWB System ZHOU Yang1, WANG Chang�bao1, ZHENG Shi�jie2 ( 1. Electronic Engineering Institute, Hefei 230037, China; 2. Unit 65631 of PLA, Jinzhou 121000, China) Abstract: In the term of communication countermeasure, optimal jamming signal bandwidth is ana� lyzed to TH�PPM�UWB communication system based on the frequency method. The jamming effect simulations of different signal bandwidths are presented which have the same power with MATLAB, and the analysis is proved to be proper. Key words:UWB; jamming; BER; jamming signal bandwidth 1 � 引言 超宽带(Ultra Wide Band,UWB)通信是一种新 型通信体制[ 1]。它具有系统容量大、传输速率高、 保密性好以及抗干扰性能强的特点。近几年,超 宽带(UWB)通信在国外尤其是美国的军事通信领 域得到了广泛的应用。因此对其干扰效果的研究 也日益受到重视。本文针对 TH�PPM�UWB体制, 通过理论和仿真分析, 得出了对其干扰的最佳带 宽。 2 � 系统模型 � � 超宽带通信的典型调制方式是脉冲位置调制 (Pulse Position Modulation, PPM) ,通过跳时码( TH) 获得多址容量, TH�PPM�UWB 通信系统的基本组 成框图[ 2]如图 1所示。 发送波形表达式[ 3]为: s( t ) = � i= - � Ns- 1 j= 0 g( t - jTf - cjTc - iT b - bi�) ( 1) 式中 g( t )是发送的单周期脉冲,其持续时间设为 Tm。Tf 为脉冲重复周期, Tm< < Tf , bi 是 0、1信 息序列, �表示由信息序列控制的发射脉冲时延, 每 Ns 个单周期脉冲波形传送一个二进制符号, 每bit的持续时间 T b= NS!Tf , cjT c 是由伪随机码 控制的发射脉冲时延, 其中 0 � cj �Nmax, Nmax! Tc+ ��Tf。图 2为 TH�PPM�UWB通信信号的时 域波形,其中脉冲重复周期为 3ns, 每个信息比特 由 5个脉冲组成,字符周期为 15ns, 因为代表每个 信息比特的脉冲距离每一码片的起点有一定的偏 移,所以发送的信息序列为[ 11]。 在接收端,采用接收体制为相关接收,相关解 调的模板信号表达式[ 4]为: 45 电子信息对抗技术!第 25卷 2010年 5月第 3期 周 � 扬,王昌宝,郑世杰 超宽带通信干扰最佳干扰信号带宽分析 v( t ) = �N s- 1 j= 0 [ g( t - jTf - cjT c - iT b) ] - �N s- 1 j= 0 [ g( t - jTf - cjT c - iT b - �) ] ( 2) 图 1� TH�PPM�UWB通信系统的基本组成框图 图 2� TH- PPM- UWB通信信号的时域波形 3 � 最佳干扰带宽理论分析 � � 不管是带限高斯噪声干扰信号还是单音干扰 信号, 其误码率都与接收机数据输出端的干扰功 率有关, 干扰功率越大, 误码率越高, 反之则越 小[ 5]。而误码率又是衡量对通信系统干扰效果的 最重要的指标。在干扰信号时就是要使接收 机数据输出端的干扰功率尽可能大。 以下研究的干扰信号主要拟定为基带噪声干 扰信号[ 6] , 产生基带噪声干扰信号的方法是先产 生整个频带上的高斯白噪声, 然后通过宽带的低 通滤波器。干扰效果取决于接收机数据输出端干 扰功率的大小, 为使其达到最大值,需要研究最佳 干扰信号的带宽问。 假设接收机已同步, 接收机输入端的基带噪 声干扰信号为 nJ ( t ) ,干扰信号的带宽为 BJ。则 干扰信号的功率谱为: GJ ( f ) = N J | f | < BJ 0 其它 ( 3) 假设解调模板信号中由伪随机码控制的各周 期中脉冲起点位置为 p 1, p 2, ∀, pNs, 其中 p i = ( i- 1) Tf + c iT c, i= 1, 2, ∀, 则相关器的传输函数 的模为[ 7] : | H ( f ) | = | 2sin(�f�) G (f ) ( e- j2�!f!P1+ e- j2�!f!P2+ ∀+ e- j2�!f!PNs ) | ( 4) 式( 4)中, G( f )为 g ( t )的幅度谱。 基带噪声干扰信号通过相关器的输出的功率 谱为: GR( f ) = GJ (f ) !| H ( f ) | 2 = N J !| H ( f ) | 2, | f | < BJ � 0, � � 其它 ( 5) 解调输出基带噪声干扰信号的功率为: PJ = #GR( f )df = N J#BJ - B J | H (f ) | 2df ( 6) 理论分析表明:基带噪声干扰信号的干扰效 果与基带噪声功率谱密度 N J、干扰带宽 BJ 和传 输信号的模| H (f ) |有关。 4 � 最佳干扰带宽仿真分析 � � 仿真条件: 在 AWGN信道下,信噪比取 8dB, 发射脉冲为实际中最普遍采用的高斯脉冲二阶导 函数, 平均发射功率 Pow 为- 30dBm, 平均脉冲重 复周期(帧周期) Tf 为 3ns, 每个比特映射的脉冲 数N s 为 3个, 码片时间 Tc 为 1ns, 跳时码的最大 值上界Nmax为3, 周期N p 为 3,冲激响应持续时间 (脉宽 ) Tm 为 0 5ns, 脉冲波形形成因子 为 0 25ns, PPM时移 �为 0 5ns, 干扰信号采用受到 带限的高斯白噪声信号, 采样频率 f c 为 50GHz,取 20000个bit进行仿真。 图3和图 4分别仿真了传输函数的模和基带 噪声干扰信号的功率谱。 通过图 3 和图 4, 我们先来定性的分析一下 式( 6) ,由于基带噪声干扰信号功率为定值,当增 加干扰带宽 BJ 时,相应的功率谱密度 NJ 便会随 之减小。当干扰信号带宽 BJ 较窄时, 虽然功率 谱密 N J 度大, 但| H ( f ) | 2 落入干扰带宽的能量 小,增大干扰信号带宽 BJ , 虽然 | H ( f ) | 2 落入干 扰带宽 BJ 的能量变大, 干扰信号的功率谱密度 N J 随之减小,最终解调输出的干扰功率不一定会 持续增大。由此我们可以定性的判断存在一个最 46 周 � 扬,王昌宝,郑世杰 超宽带通信干扰最佳干扰信号带宽分析 电子信息对抗技术!第 25卷 2010年 5月第 3期 佳带宽, 使得在干扰信号功率谱密度 NJ 和干扰 带宽BJ 之间找到一个折中点,使得解调输出的干 扰信号功率最大,干扰效果最好。 图 3 � 传输函数的模 图 4 � 基带噪声干扰信号的功率谱 图5仿真了式( 7)基带噪声干扰信号解调输出功 率与干扰信号带宽的关系。 图 5 � 解调输出功率与干扰信号带宽的关系 从图 5可以看出,正如前面理论分析的一样, 干扰带宽增加, 在保持相同的干扰功率的前提下 (应相应减小功率谱密度) ,干扰信号解调输出功 率不是呈现单调的变化趋势, 而是存在一个最大 值,即存在一个最佳干扰信号带宽,使得干扰信号 解调输出功率最大, 其后随带宽的增大而减小。 对于本仿真条件,最佳干扰信号带宽为 3 5GHz左 右。 图6是对 TH- PPM- UWB通信系统的数据 解调部分进行仿真后得出的误码率曲线。 图 6� 不同干扰带宽时的误码率曲线 从图 6可以看出, 系统的误码率随干扰功率 的增加而增加,在相同信干比的情况下,随着信号 带宽的增大,其误码率也增大,但当带宽增大到一 定程度后其误码率随着带宽的增大而慢慢减小, 最佳的干扰带宽是 3 5GHz左右,而在实际中考虑 到各种抗干扰时, 可以适当的增加干扰信号 的带宽。 由前面分析及仿真结果可知, 基带噪声干扰 信号的带宽应具有一定宽度, 但也不是越宽越好, 当干扰带宽超过一定程度后, 在同样功率的情况 下其干扰效果将变差。其原因是基带噪声干扰信 号只有在一定带宽的情况下才能使其通过接收机 的输出干扰功率最大。 5 � 结束语 � � 超宽带通信是一种新型通信体制, 应用于军 事通信有很多优势, 因此, 寻求最佳的超宽带 (UWB)通信干扰信号带宽具有现实意义。本文基 于频域分析方法, 针对 TH- PPM- UWB 通信体 制,得出了对其干扰存在最佳干扰带宽,从仿真试 验可以看出,在最佳带宽的干扰时,其干扰信号所 产生的干扰效果要优于宽带干扰以及一般的干扰 带宽。 参考文献: [ 1] � 陈传红, 吕然 . 值得关注的一种新兴无线通信技术 ∃ ∃ ∃ 超宽带 UWB[ J] .移动通信, 2009( 9) : 24- 29. (下转第53页) 47 电子信息对抗技术!第 25卷 2010年 5月第 3期 周 � 扬,王昌宝,郑世杰 超宽带通信干扰最佳干扰信号带宽分析 引信早启动时, 引信早爆点 ( 46m, 20m, 65m) 探测的多普勒频率为 0Hz,相关数检测为 0 8198, 如图 11所示。 显然,启动点远离交会点,复杂电磁环境 3使 引信早启动。 5 � 结论 � � 本文针对伪随机码引信的工作原理和信号特 点,从理论上分析了复杂电磁环境对其接收并提 取多普勒回波信号,并进行相关处理的影响。在 此基础上, 采用计算机仿真的方式验证了伪随机 码引信引战配合效果可受复杂电磁环境影响的结 论,因此采取抗干扰措施是十分必要的。 参考文献: [ 1] � 张志鸿. 防空导弹引战配合技术的发展[ J] . 制导与 引信 , 2001( 3) : 28- 34. [ 2] � 杨祖杰,刘志杰, 等. 面空导弹引信的抗干扰技术和 发展趋势[ J] . 舰载武器, 2002( 4) : 39- 43. [ 3] � 崔占忠, 宋世和, 等. 近感引信原理[ M] . 北京: 北京 理工大学出版社, 1997. [4] � 梁棠文. 防空导弹引信设计及仿真技术 [ M] . 北京: 宇航出版社, 1995. [ 5] � 张居正.伪随机码调相引信原理与设计[ J] . 制导与 引信 , 2003( 3) : 1- 7. [ 6] � 谢雪康. 复杂电磁环境下连续波多普勒引信信号抗 干扰性分析[ J] . 电子信息对抗技术, 2008, 23( 3) : 39 - 42, 50. [ 7] � 李洪涛,宋文利, 张娜. 一种连续波多谱勒引信的干 扰波形研究[ J] . 电子信息对抗技术, 2009, 24( 4) : 63 - 67, 75. [ 8] � JAMES BAO- YEN TSUI.电子战微波接收机[ M] . 成 都: 29所情报室, 1986. (上接第 47页) [ 2] � 通信对抗篇编写组. 电子战技术与应用 ∃ ∃ ∃ 通信对 抗篇[M ] . 北京:电子工业出版社, 2005. [ 3] � WIN M Z, SCHOLTZ R A . 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[ 7] � 贝尼迪特, 吉安卡拉. 超宽带无线电基础[ M ] . 葛利 嘉,译. 北京:电子工业出版社, 2005. 澳大利亚选定 ITT�EDO 公司为防空驱逐舰电子战系统供应商 [据法国航宇防务网 2010年 4月 14日报道]澳大利亚宣布将授予 ITT�EDO监视与侦察系统公司价 值约 3000万澳元(合 2790万美元)的合同,作为%霍巴特&级防空驱逐舰电子战系统的供应商,以增强防 空驱逐舰对陆上、空中和海上威胁的感知能力。电子战能力包括探测和识别雷达、数据传输、以及截获 通信信号。 ITT 公司与 Jenkins工程防务系统公司、Ultra Electronics Avalon 系统公司合作生产电子战系统。Ultra Electronics Avalon 系统公司负责升级多功能数据接收器, 并将它与 ITT 公司的系统进行集成; Jenkins工 程防务系统公司提供低频雷达接收器, 并在澳大利亚对整个系统进行陆基测试;另外它还负责为防空驱 逐舰安装、测试电子战系统,这项工作将借鉴为%柯林斯&级潜艇安装系统的经验。(刘雯) 53 电子信息对抗技术!第 25卷 2010年 5月第 3期 谢雪康,杨晓蓉 复杂电磁环境下伪随机码引信信号抗干扰性分析