DSSS 系统窄带干扰抑制技术

摘要：本文分析直接序列扩频系统通信中的基于时域和变换域等传统干扰抑制方法存在的不足,提出一种基于离散傅立叶变换(D FT)的时域自适应陷波技术。

当干扰为时变窄带干扰时,基于D FT的时域陷波技术优于传统时域和变换域的窄带干扰抑制技术。

针对基于加窗离散傅里叶变换(DFT) 的直接序列扩频(DSSS) 系统窄带干扰抑制工程实现中的关键技术,分析了重叠相加法减小加窗对接收信号失真的效果, 并首次提出一种基于频域谱线的模平方服从指数分布假设条件下的干扰检测和处理算法——自适应多门限检测干扰抑制算法, 分析和仿真的结果表明, 该算法有较强的自适应性能, 可抑制扩频系统中存在的多种窄带干扰。

关键词：直接序列扩频；窄带干扰抑制；陷波器；自适应多门限检测；子带判决门限Abstract：This text analyzes the traditional interference suppression method shortcomings that based on time-domain and transform domain of the direct sequence spread spectrum system communication, as proposed Time-domain adaptive notch technology based on discrete Fourier transform (D FT). When the interference becomes narrow-band interference, the time-domain notch technology based on the D FT is superior to the narrowband interference suppression techniques of the traditional time-domain and transform domain technology. For key technologies of the direct sequence spread spectrum (DSSS) system narrow-band interference suppression project based on the windowed discrete Fourier transform (DFT) , the text analysis the effect of overlap-add and reduces windowed method to the received signal .For the first time proposed a method of Interference detection and processing algorithms under the assumption of Modulus square based on frequency domain spectrum obey exponential distribution- adaptive multi-threshold detection interference suppression algorithms, analysis and simulation results show that the algorithm has a strong adaptive properties, can inhibit a variety of narrow-band interference exist in the spread-spectrum systems .Keywords: direct sequence spread spectrum; narrowband interference suppression; notch filter; adaptive multi-threshold detection; sub-band Decision Threshold1 引言由于扩频通信具有抗干扰能力强、信息信号隐蔽、便于加密、任意选址、以及易于组网等独特优点，近几年来世界各国对扩频技术的研究已形成高潮，因而扩频通信作为一种新型通信方式得到了迅速发展和广泛应用。

也由于扩频通信在可靠性和抗毁性等方面具备了常规有线通信无法提供的优势，因此扩频通信成为对可靠性敏感的商业及工业机构建立专网的重要手段。

扩频通信的研究和应用之所以在近年来能够进入一个更广泛的领域，表现出很强的抗干扰能力，一方面是因为其本身具有独特的工作方式，在抗干扰方面性能卓著；另一方面是因为在这些特有的工作方式基础上，又采用了先进的干扰抑制技术，能够不断解决通信中存在的难题。

在许多情况下,扩频系统本身所固有的扩频增益可以提供足够的抗干扰能力,但在强干扰存在的情形下,扩频通信系统性能会严重恶化。

因此,用信号处理技术来弥补扩频处理增益的不足,通过信号处理的技术在不提高系统处理增益的情况下增强系统的干扰抑制能力是一种行之有效的方法。

由于直接序列扩频(DSSS) 通信系统有良好的保密性、灵活的信道分配以及较强的抗多址干扰能力, 所以在军事通信、卫星通信、移动通信以及室内无线网中得到广泛的应用。

虽然扩频通信系统本身具有一定的抗窄带干扰能力, 但是当窄带干扰较强时, 系统性能会明显下降, 为了减轻窄带干扰对系统性能的影响, 通常是在相关器之前插入一个窄带干扰抑制滤波器。

窄带干扰抑制常用的方法有参数估计法和非参数估计法, 参数估计法也叫预测/相减法, 该方法通过利用扩频信号和白噪声的弱相关性和窄带干扰信号的强相关性实现对窄带干扰信号的平滑估计或预测, 然后从接收信号中减去对窄带干扰信号的估计, 从而有效去除干扰分量, 这种预测- 相减方案在窄带干扰信号为平稳信号或慢变化的非平稳信号时效果较好, 可以有效抑制接收信号中存在的窄带干扰信号, 但是当干扰信号随时间变化比较剧烈时, 受自适应滤波器的收敛速度和稳态性能的影响, 时域预测算法往往不能准确跟踪干扰信号的变化。

非参数估计方法也叫变换域处理方法, 该方法利用扩频信号和窄带干扰信号在变换域的不同特征, 使接收信号中的扩频信号分量尽可能地均匀分布在整个频段, 同时将窄带干扰信号尽可能地压缩到有限的几个较窄的子带(或谱线) 内, 通过对包含干扰信号的子带(或谱线) 进行处理, 有效降低干扰信号的影响。

不同的变换域处理算法主要区别在于以下 3 个方面: ①变换基的选取; ②干扰检测算法; ③陷波算法。

2 DS扩频通信体制2.1 DS扩频通信体制优点（1）抗宽带干扰能力强DS 系统通过接收机的相关解扩处理，将输入的宽带有用信号的频谱压缩成窄带，而宽带干扰的频谱不仅没有得到压缩，而且被扩展得更宽，从而通过相关解扩器后面的窄带滤波器可将大部分宽带干扰滤除，其抗干扰能力与处理增益成正比，只要处理增益足够大，DS系统对宽带干扰有很好的抑制能力。

（2）信号隐蔽性、保密性好由于DS 扩频信号是宽带信号，功率谱密度低，接收机可以在低于噪声的功率谱密度下工作，信号的功率谱完全淹没在背景噪声下，再加上扩频码的伪噪声特性，这就决定了DS 信号具有较强的隐蔽性。

（3）抗多径干扰能力强在DS 信号的多径传播过程中，由于多径信号存在时延差，接收机可检测到来自多个传播路径的信号，本地解扩码可以通过同步系统锁定在最强的直达路径电波上使直达路径信号得到解扩。

当其它路径电波与直达路径传播时延差大于扩频码的一个码元宽度时，由于多径信号与本地扩频码不同步，无法解扩，它们的作用类似于白噪声而被抑制。

在DS 扩频通信体制中，可在接收机端采用多个相关器，分别同步于不同的多径信号，对不同路径扩频信号分别接收和合并，并实现多径分集。

从频域角度讲，多径分集起到了信道频域均衡的作用，能克服多径效应引起的频率选择性衰落。

可见DS 系统具有很强的抗多径干扰能力。

（4）具有很好的抗多址干扰能力所谓多址通信，即多址用户在同一频率上同时进行通信，由于各地址信号所用扩频码正交或准正交，使得接收机通过相关处理，与本地解扩码相同的地址信号得到解扩，而其它多址信号不仅不能被解扩，反而被扩展到更宽的频带上，从而得到抑制。

DS 系统在移动通信组网时可以采用自动功率控制(APC)措施，通过自动调节各用户的发射功率，以利于减小多址干扰，提高DS系统的多址能力。

2.2 DS扩频通信体制不足（1）抗窄带瞄准干扰能力有限由于部分频带干扰能量相对集中，对DS 系统的危害要比全频带干扰大些，即在输入干扰总功率相同情况下，部分频带噪声干扰对DS 系统的影响要比全频带干扰严重。

同样，DS 系统对频率与其中心频率相等的瞄准式单频或窄带干扰的抑制能力比对宽带干扰的抑制能力低3dB,。

因为对单频干扰的抑制能力与处理增益有关，当处理增益不够时，大功率单频或窄带干扰将对DS 系统产生严重的干扰。

（2）有远—近效应的影响在多址系统中，当其它一些用户的功率比较大时，它们将淹没小功率有用信号，这就是远—近效应。

对于DS 系统，由于各地址信号所用的扩频码并非完全正交，即使完全正交，如果各用户地址码不同步或存在同步误差，那么对于网中一个DS 信号来说，多址通信的各邻台信号都是宽带干扰。

实际的DS通信系统对多址信号的抑制能力并非无穷大，因此在进行多址通信时就存在着严重的远-近效应。

这种效应将极大地限制DS扩频通信系统的容量，从而影响到通信的质量。

3 一种有效的窄带干扰抑制技术窄带干扰对直扩系统的性能影响,可以通过在解扩前对信号进行滤波来改善。

常用的干扰抑制技术包括时域处理和变换域处理两种。

时域处理又分为线性自适应滤波和非线性自适应滤波。

变换域处理又有离散傅立叶变换、小波变换等变换域内的自适应干扰抑制技术。

3.1时域窄带干扰抑制技术时域窄带干扰抑制技术主要是利用自适应的算法来调整一个横向滤波器的系数,以达到抑制干扰的目的。

窄带干扰是非高斯的,样值间有很强的相关性,可以从过去取样值来估计当前样值; 而扩频信号和噪声频谱平坦,以切普率取样的样值之间几乎不相关。

当接收信号同时包含宽带成分和窄带成分时,如果产生一个接收信号的预测值,那么预测值中将主要是窄带信号的预测值。

利用窄带信号和宽带信号在可预测性上的差异,得到一个窄带干扰的精确复制,然后在接收信号中消除复制出的信号,从而达到抑制窄带干扰的目的。

时域窄带干扰抑制技术的优点是不需要很多干扰信号的先验知识, 就可以有效地抑制窄带干扰,且基于时域的抑制技术能更彻底的抑制干扰,但自适应算法需要迭代运算,需要收敛时间,使得实时性比较差,同时其收敛速度慢,往往只能处理平稳的窄带干扰。