抗多徑干擾能力的分析

抗多徑干擾能力的分析一、多徑干擾的影響二、雙波束、多波束對(duì)直接序列的影響三、多波束信號(hào)對(duì)頻率跳變系統(tǒng)的影響四、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)抗多徑干擾的物理機(jī)理抗多徑干擾能力的分析一、多徑干擾的影響1、多徑干擾：電波在傳播過程中，遇到各種發(fā)射體（電離層、對(duì)流層、高山和建筑物等）引起發(fā)射或散射，接收機(jī)收到的直接路徑信號(hào)與這些群發(fā)射信號(hào)之間的隨機(jī)干涉就形成多徑干擾，多徑干擾是乘性干擾，它在衛(wèi)星通信、散射通信、移動(dòng)通信、飛機(jī)與衛(wèi)星通信中均產(chǎn)生相當(dāng)嚴(yán)重的后果。2、多徑干擾對(duì)常規(guī)通信系統(tǒng)影響：雙波束（兩徑）傳輸模型：發(fā)收y1(t)y2(t)(a)雙波束傳輸模型y1(t)y2(t)2pf0ty(t)j))(b)信號(hào)矢量圖抗多徑干擾能力的分析接收端收到這兩路信號(hào)為：設(shè)兩個(gè)傳輸路徑的傳輸系數(shù)相同，僅僅路程不同。由于路程差使兩個(gè)信號(hào)延遲差為

，因而信號(hào)之間有的相位差。則合成信號(hào)為式⑴每一個(gè)波束的信號(hào)功率為，令合成信號(hào)的功率為，則式⑴成為式⑵分析：合成信號(hào)功率將隨著因子（）的變化而變化。只要大于接收機(jī)所要求的功率值，系統(tǒng)正常工作。然而實(shí)際上傳播條件不斷變化，各種反射不是固定不變的，它們都在一定范圍內(nèi)起伏而且起伏方式是隨機(jī)的。當(dāng)時(shí)，合成信號(hào)的功率是0，這時(shí)通信中斷?？苟鄰礁蓴_能力的分析克服多徑衰落常用的方法是采用分集技術(shù)。通過選擇時(shí)間、工作頻率或接收點(diǎn)的位置，使得不能成立，即所謂的時(shí)間分集、頻率分集或空間分集。利用分集的方法，從多個(gè)波束中選出其中最強(qiáng)的一束，同時(shí)把其他的波束抑制掉，從而避免了相互間的干涉。如利用兩高度不同的接收天線來實(shí)現(xiàn)的二重垂直空間分集，就是利用了電場(chǎng)在不同高度的干涉場(chǎng)是不一樣的，分集天線相對(duì)位置的安排，使得一個(gè)天線的接收信號(hào)處于場(chǎng)強(qiáng)的谷值時(shí)，另一天線正好處于干涉場(chǎng)的峰值。但是由于體制中，多徑衰落是一個(gè)難以解決的問題。傳播路徑的隨機(jī)性，特別是在移動(dòng)通信中，利用分集的方法克服多徑衰落都不能達(dá)到比較理想的效果?？苟鄰礁蓴_能力的分析二、雙波束、多波束信號(hào)對(duì)直接序列系統(tǒng)的影響1、雙波束信號(hào)對(duì)直接序列系統(tǒng)的影響假設(shè)在高斯信道上，傳輸?shù)淖罴研盘?hào)形式是具有白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)的情形。接收機(jī)接收到的兩路信號(hào)分別為和。于是合成信號(hào)的功率為

式⑶ 式中，是的歸一化自相關(guān)函數(shù)，且是的自相關(guān)函數(shù)，且高斯白噪聲的自相關(guān)函數(shù)具有函數(shù)的性質(zhì)，在時(shí)有，這樣就得到

抗多徑干擾能力的分析由此可見，利用具有高斯白噪聲統(tǒng)計(jì)特性的信號(hào)傳送信息，當(dāng)取的任何值時(shí)，都為零，即這種通信系統(tǒng)不會(huì)發(fā)生干涉衰落，從而接收信號(hào)的平均功率因?yàn)闆]有干涉現(xiàn)象而恒定不變，因此這種通信系統(tǒng)是抗多徑干擾的理想系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，不可能找到理想的高斯白噪聲信號(hào)，因而這只能是理論上的極限值。抗多徑干擾能力的分析因?yàn)樵跀U(kuò)頻系統(tǒng)中，使用偽噪聲碼來逼近白噪聲信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性。具有和噪聲相類似的自相關(guān)函數(shù)：

式⑷

在直接序列系統(tǒng)中，載波不是單一的正弦波，總的應(yīng)該是有偽隨機(jī)碼和擴(kuò)頻碼調(diào)制的：合成的信號(hào)功率為：其中，將帶入該式子中，可得

式⑸

抗多徑干擾能力的分析分析：偽隨機(jī)碼尖銳的相關(guān)特性使多徑波束完全獨(dú)立：當(dāng)時(shí)，反射信號(hào)與有用信號(hào)疊加，使合成信號(hào)的功率發(fā)生起伏，起伏的大小與和的比值有關(guān)。所以只有當(dāng)路徑傳播時(shí)延小于偽隨機(jī)編碼的碼元寬度時(shí)，直接序列系統(tǒng)才發(fā)生輕度衰落（相對(duì)于常規(guī)通信體制而言）。當(dāng)時(shí)，反射信號(hào)與有用信號(hào)疊加，接收信號(hào)的功率不發(fā)生起伏衰落，此時(shí)，多徑發(fā)射信號(hào)被直接序列系統(tǒng)當(dāng)作噪聲處理掉了。因此擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有抗多徑干擾能力，也即擴(kuò)頻系統(tǒng)對(duì)多徑干擾不是很敏感。

抗多徑干擾能力的分析2、多波束信號(hào)對(duì)直接序列系統(tǒng)的影響以上討論的是雙路徑情況，并假設(shè)了兩路徑傳播損耗是完全相同的。但在實(shí)際工程中，電波的傳播是要多于兩徑，并且每徑的傳播損耗都不可能相等，除直達(dá)波束外，其余到達(dá)接收機(jī)的波束經(jīng)過一次或多次的反射或折射，傳播損耗要大于直達(dá)波束的傳播損耗。下面分析多徑干擾對(duì)直接序列系統(tǒng)的影響：設(shè)發(fā)射信號(hào)為經(jīng)過傳播后到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)為抗多徑干擾能力的分析其中為第j徑電波信號(hào)的幅度，為第j徑電波信號(hào)的傳播延時(shí)，為第j徑電波信號(hào)的載波相移，

時(shí)的信號(hào)時(shí)所需要接收的信號(hào),時(shí)的信號(hào)為多徑干擾信號(hào)。假設(shè)系統(tǒng)已經(jīng)同步，即,

,接收機(jī)本震信號(hào)為則混頻器的輸出為

式⑹式⑹中第一項(xiàng)是所期望的接收信號(hào)，第二項(xiàng)是多徑干擾信號(hào)，

抗多徑干擾能力的分析由于二次項(xiàng)不能通過低通濾波器，在式中已被忽略。因?yàn)榈屯V波器的帶寬很窄，第二項(xiàng)中的高頻分量不能通過，其低頻分量為式中為歸一化延遲差，令，多徑干擾信號(hào)通過低通濾波器的輸出為假設(shè)在上均勻分布，則的均值為，

的方差為

式⑺抗多徑干擾能力的分析式⑺在頻域表示為當(dāng)時(shí)，（當(dāng)擴(kuò)頻碼長(zhǎng)度N足夠長(zhǎng)時(shí)），到達(dá)接收機(jī)的多徑信號(hào)通過相關(guān)解擴(kuò)時(shí)，被作為隨機(jī)干擾抑制掉了。當(dāng)由于，所以，多徑干擾的影響消失了。抗多徑干擾能力的分析三、多波束信號(hào)對(duì)頻率跳變系統(tǒng)的影響若跳頻信號(hào)的載波頻率數(shù)為N，則跳頻信號(hào)可表示為

到達(dá)接收機(jī)的信號(hào)為

式⑻

式⑻中，

為所需要的接收信號(hào)，

為多徑干擾信號(hào)。接收機(jī)本地振蕩器的輸出為抗多徑干擾能力的分析假設(shè)接收機(jī)已與所需要的接收信號(hào)取得了同步，即

，在忽略第二次項(xiàng)后，接收機(jī)混頻器的輸出為

式⑼式中的第一項(xiàng)是所需要的信號(hào)通過混頻器后的響應(yīng)，第二項(xiàng)是多徑干擾信號(hào)通過混頻器后的響應(yīng)。只有當(dāng)時(shí)，多徑干擾才能通過中頻濾波器，所以多徑干擾信號(hào)通過中頻濾波器的輸出為抗多徑干擾能力的分析式中當(dāng)時(shí)，上式為0。在這種情況下，到達(dá)接收機(jī)的多徑信號(hào)不會(huì)對(duì)接收機(jī)的輸出產(chǎn)生影響。這一點(diǎn)很好理解，因?yàn)榈竭_(dá)接收機(jī)的多徑信號(hào)因延遲太大，接收機(jī)中本地振蕩器輸出的信號(hào)已經(jīng)跳變到另一個(gè)頻率上了。式⑽抗多徑干擾能力的分析令帶入到式（11），有下面求求解的功率值。假設(shè)中頻濾波器的帶寬很窄，由式（12）可以看出，只有中的直流（緩變）分量與頻譜的卷積才能通過中頻濾波器，而的直流（緩變）分量為式（11）式12）抗多徑干擾能力的分析假設(shè)

在上均勻分布，則的均值為0，由于因此，的方差為

式（13）其他式（14）抗多徑干擾能力的分析上式在頻域表示為式（15）式（16）抗多徑干擾能力的分析四、擴(kuò)頻通信系統(tǒng)抗多徑干擾的物理機(jī)理擴(kuò)頻系統(tǒng)抗多徑干擾的原因歸納如下：⑴對(duì)于直接序列系統(tǒng)，由于偽隨機(jī)碼的自相關(guān)函數(shù)具有尖銳的峰值特性。當(dāng)多徑傳播時(shí)延小于一個(gè)碼元寬度時(shí)，反射信號(hào)與直接信號(hào)疊加，可看作信號(hào)的一部分，對(duì)有用信號(hào)產(chǎn)生影響，疊加在偽隨機(jī)碼上的信號(hào)只影響其幅度，二不產(chǎn)生對(duì)偽隨機(jī)碼寬度的展寬或壓縮，所以不影響系統(tǒng)的信息傳輸。當(dāng)多徑時(shí)延超過一個(gè)碼元寬度時(shí)，由于，表明反射信號(hào)和直接信號(hào)不相關(guān)，系統(tǒng)將其作為干擾噪聲處理了。⑵當(dāng)偽隨機(jī)碼的碼元