超宽带信号抗干扰性能分析

而信号解调输出功率为
) | F ( f J ) |2 | ( e
j 2 f J p1
e
j 2 f J p2
+ ... e
j 2 f J pN s
)|
2
（22）
ps = m 2 m=
t Ti
（23）
Wb ( t ) Vb ( t ) dt
NS mp
（24）
m p = W ( t )V ( t ) dt
E p (1 =
)
（25） 为 （26）
式中， E p 为单脉冲能量； m p 为单脉冲信号经相关解调后的输出信号在抽样时刻的幅度值；
=
W ( t )W ( t
b
) dt /
W 2 ( t ) dt
每比特信号解调输出的信号功率为
2 Ps = E p (1
)
2
N s2
（27）
Vb ( t ) = Wb ( t ) Wb ( t
1 f 2 fc
2
（5）
式（4）和式（5）中， A p 为脉冲的幅度， f c 为脉冲的中心频率。 TH-PPM 接收信号 r ( t ) 采取相关解调[8]。为简化分析,假设仅考虑单用户 k 且信号已同步，则
r ( t ) = AS ( k ) ( t ) n ( t )
式中， n ( t ) 是双边功率密度为 N 0 / 2 的高斯白噪声， A 为信号幅度的衰减因子。 对于 TH-PPM 调制方式，其标准假设检验如下：
perror =
SIR
exp ( x 2 / 2 )dx
（30）
结合以上推导，超宽带（UWB）无线通信抗干扰特性的进一步分析如下 （1）合理选择系统的参数 ，使 sin
2
(
fJ
) =0，则式（22）所计算的干扰输出功率为
0,此时单
频干扰不会对超宽带无线电系统造成干扰，由此可得消除 TH-PPM 调制的超宽带无线通信系统单频干 扰的系统参数选择为
)
2 j 2 f J 2T f
1+ e
e
+ ... e
j 2 f J ( N s 1)T f
)
（32）
|2
若选择干扰频率满足
f J T f = k k = 0,1, 2,3,...
则| 1+ e
（33）
(
j 2 fJ Tf
e
j 2 f J 2T f
+ ... e
j 2 f J ( N s 1)T f
)
（8）
调制信号的最佳接收器就是具有比特持续时间的相关器[9]，最佳判决原则如下：
H 0 为真 H1 为真
t Ti
r ( t )Vb ( t ) dt r ( t )Vb ( t ) dt
0 0
（9） （10）
t Ti
其中 Ti 为第 i 个发比特符号的持续时间。 1.2 TH-PAM 调制解调系统模型 TH-PAM 调制也是超宽带无线通信的一种典型调制方式，信号波形为
[2] [6]
1
1
系统模型
超宽带无线通信有两种典型调制方式分别为跳时脉冲位置调治(Time Hopping Pulse Position
Modulation TH-PPM)和跳时脉冲幅度调制(Time Hopping Pulse Amplitude Modulation TH-PAM) 1.1 TH-PPM 调制解调系统模型 受到广泛关注的跳时脉冲位置调制是最典型的超宽带无线通信调制方式,其信号形式如下:
S (k ) =
j=
) e[( k p t j/N ]
s
(
jT f
C (j k )tc
)
0 1 M 1
（12）
式中：对于二进制系统， e j
(k)
{
1, 1} ；对于多进制系统， e(jk )
{ A , A ,..., A } 。其它有关符号的
说明同 TH-PPM 调制方式。TH-PAM 与 TH-PPM 的主要差别在于，前者用信息符号控制脉冲幅度，后 者用信息符号控制发射信号的时延。 TH-PAM 系统解调过程同 TH-PPM 系统唯一不同之处是解调模板信号。TH-PAM 系统的解调模板
)
（28）
于是，根据（22）式和（27）式，可得输出信干比为
SIR = PS / PJ = 2a 2 sin 2 ( f J
) | F ( f J ) |2 | ( e
1 2
2 Ep (1
)
2
N s2 +e
j 2 f J p2
j 2 f J p1
... + e
j 2 f J p Ns
)|
（29）
2
系统误码率为
3
信号为 Wb ( t ) 。 对接收信号 r ( t ) 采取相关解调。为简化分析，假设仅考虑单用户 k 且信号已同步，则
r ( t ) = AS ( k ) ( t ) n ( t )
其标准假设检验过程如下：
（13）
H d : r ( t ) = AdWb ( t ) n ( t )
对于二进制系统并且 e j 佳判决规则如下：
f L ) ，其中， f H 表示信号高端频率, f L 表示信号低端频率， ( f H
f L ) 表示信号带
宽，既有 信号的相对带宽= 式中： f c = ( f H
2 ( fH fL ) fH fL = fH + fL fc
0.25
（1）
f L ) / 2 ，为信号的中心频率。
目前“超宽带”的定义只是针对信号频谱的相对带宽而言，没有界定信号的时域波形特征，因此， 有多种方式产生超宽带信号。其中，最典型的实现方法是采用冲激无线电(IR，Impulse Radio，又称脉 冲无线电，Pulse Radio)——它是以占空比很低的窄脉冲（纳秒级宽度）而不是以正弦载波作为载体的 无线电技术 。所以以下所称“超宽带”都是指这种基于窄脉冲实现的超宽带，也即超宽带冲激无线电 (Ultra Wideband Impulse Radio) 自从 2002 年 4 月，美国 FCC 通过了超宽带技术的商用许可，超宽带无线通信在民用领域开始受到 普遍关注 。与常规无线电相比，超宽带无线电具有频带宽、平均功率低、抗截获性能好、穿透能力强、 成本低及其优良的抗多径效应能力等突出优点， 被认为是无线通信领域具有革命性的进展。 这一技术在 无线通信、雷达跟踪和精确定位等领域具有广阔的前景。 作为一种新技术超宽带面临很多问题， 其中干扰问题是影响超宽带无线通信技术被有效使用的重要 问题。 如何提高超宽带无线通信的抗干扰性能一直是无线通信领域所关注的热点， 以下将着重分析超宽 带无线通信系统抗单频正弦干扰、部分频带干扰、阻塞干扰以及常规窄带信号干扰的性能，得出提高超 宽带信号抗干扰性的系统参数选择标准， 使超宽带无线通信有较强的抗干扰能力， 并简要讨论在超宽带 系统中的抗干扰技术。
脉冲带宽 wc
( N max tc + ) / T f < 1 ，但若 ( N max tc + ) / T f 太小，在多址系统中不同用户可能产生冲突，若选取较大
的 ( N max tc + ) / T f 和性能好的跳时序列， 多址干扰可等效为高斯随机过程[5]。 跳时序列周期越长调制信 号功率谱的平滑程度越好，抗检测性能越好；跳时序列的自相关性越好，不同用户跳时序列之间的互相 关性越小， 系统性能越好。 和 wb 在同一数量级， 为了提高系统性能， 应调整 使 W ( t ) 与 W ( t 关性最小。 为保证多址通信系统性能，采用的窄脉冲应满足[3]
)相
w ( t )dt = 0
（3）
常用的脉冲有高斯脉冲及其微分后的脉冲波形。这里，假设发射信号为高斯脉冲，接收脉冲为其一阶微 分。这样，在上述假设下，接收脉冲可表示为
W ( t ) = 2 e Ap tf c e
其幅度谱为
2( tf c )2
（4）
2
F( f )
1 2e Ap f = e 2 f c2
) F ( f )(e
j 2 fp1
e
j 2 fp2
+ ...e
j 2 fp N S
)|
（20）
式中, F ( f ) 为 W ( t ) 的幅度谱。 相关器输出的干扰信号的双边功率谱为
4
G R ( f ) = G J ( f ) | H ( f ) |2
解调后输出的干扰信号的功率为
（21）
PJ = 4 J sin 2 ( f J
“超宽带（Ultra Wide Bandwidth） ”的概念首先由美国军方于 1990 年提出 ，其定义的特征是信 号 的 相 对 带 宽 （ Fractional Bandwidth ） 大 于 25% 的 任 何 波 形 。 这 里 ， 信 号 的 相 对 带 宽 是 指
[1]
2 ( fH
fL ) / ( fH
超宽带信号抗干扰性能分析
摘 要： 主要分析了超宽带无线通信系统抗单频正弦干扰、部分频带干扰、阻塞干扰以及常
规窄带信号干扰的性能， 得出了提高超宽带信号抗干扰性能的系统参数选择标准， 使超宽带无 线通信系统有较强的抗干扰能力，最后简要讨论在超宽带系统中的抗干扰技术。 关键词: 超宽带信号；调制；抗干扰性能；分析
nJ ( t ) = a cos ( 2 f J t )
接收信号为
（17）
r (t ) =
W t
j=
(
jT f
C (j1) tc
) d[(1 j/N
s
]
)
nJ ( t )
（18）
干扰信号的功率为 J = a 2 / 2 ，则 nJ ( t ) 的双边功率谱 GJ