基于SIMULINK的CDMA信号对无人机系统的干扰仿真分析(4)

第三章扩展频谱通信技术

我们不难理解，单独的一架无人机几乎无法完成任何任务，它必须与控制导引设备、发射回收设备、任务设备以及测控设备结合，组成一个综合的系统共同完成各种任务，对应的相应技术称为无人机技术。要想操纵一台无人机，必须知道当前无人机的飞行位置及飞行状态，并要实时地监控飞行中的无人机。所以对无人机必须始终进行“跟踪测量”，测量出无人机实时的飞行坐标，并不断的把无人机状态的“遥测”数据传到地面站的操纵员那里；同时，操纵员根据这些数据任务要求指挥控制无人机。因此实时测控系统是无人机非常重要的～个组成部分。由于无人机在战场环境下工作，远离自己的控制站而且处于敌方上空，这时最容易受到干扰，尤其对于无人机测控系统的上行线路而言，有效的应用抗干扰技术是必要的。扩频技术由于采用伪随机编码作为扩频调制的基本信号，使它具有很多独特的优点，将扩频技术广泛用于上行遥控信道中，可以有效的抗干扰，降低发射功率谱密度，提高增益。具有低截获率，并能实现码分多址和任意选址功能。这一章就将对扩频技术进行详细的介绍。

３．１扩频技术的理论基础

扩频（ＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍ）是用来传输信息的信号带宽远远大于信息本身带宽的一种传输方式，频带的扩展由独立于信息的扩频码实现，与所传数据无关，在接收端用同步接收实现解扩和数据恢复。系统的射频带宽比原始信号的带宽宽得多。这样做，系统的复杂度比常规系统的复杂度要高得多，付出得代价是昂贵的，能得到什么好处昵？可以从著名的香农（Ｓｈａｎｎｏｎ）定理来看。

３．１．１Ｓｈａｎｎｏｎ定理

Ｓｈａｎｎｏｎ定理指出：在高斯白噪声干扰条件下，通信系统的极限传输速率（或称信容量）为

“引％［１＋别

９协－，式中，Ｃ为信道容量，匆眇；Ｂ为信道带宽（也被称为系统带宽）；Ｓ／Ｎ为信噪比，ｄＢ。由式（１）可得出一个重要结论：对于给定的信息传输速率，可以用不同

基于SIMULINK的CDMA信号对无人机系统的干扰仿真分析

北京邮电大学硕士学位论文基于ＳＩＮＵ咣的Ｃ＇ＤＭＡ信号对无人机系统的干扰仿真分析

的带宽和信噪比的组合来传输。也就是说，在高斯信道中当传输系统的信号噪声功率比ｓ／Ⅳ下降时，可用增加系统传输带宽的办法来保持信道容量ｃ不变。对于任意给定的信号噪声功率比，可以用增大传输带宽来获得较低的信息差错率。扩展频谱技术正是利用这一原理，用高速率的扩频码来达到扩展待传输的数字信息带宽。扩频通信系统的带宽比常规通信体制大几百倍至几千倍，故在相同的信噪比条件下，具有较强的抗噪声干扰的能力。

３．１．２扩频通信系统的数学模型

图３－１为扩频通信系统的数学模型。扩频系统可以认为是扩频和解扩的变换对。要传输的信号ｓＯ）经过扩频变换，将频带较窄的信号ＪＯ）扩展到一很宽的频带口上去，发射的信号为ｓ，ｂＯ）】。扩频信号通过信道后，叠加后噪声ｎ《ｆ）和干扰信号Ｉ，（ｆ），送入解扩器的输入端。对解扩器而言，其解扩过程正好是扩频过程的逆过程，从而有：对信号ｓ－ｌ［ 】的处理，还原出ｓ（ｆ），ｓ；１矗，ｂＯ墙一ｓＯ），而对噪声席Ｏ）和干扰信号．，ｐ），ｇｓ；１ｋ扛）】＝￡函Ｏ）】和ｓｊｌｐ０）】一只ｐ（，）］，即将甩（，）和‘，Ｏ）扩展。这样，在ｓＯ）的频带阢，五】内，ｓ（｜）可以全部通过，而只Ｄ（ｆ）】和墨【ＪＯ）】只有当其功率在【无，五】内时才能通过。眈，丘】相对于口来讲要小得多，所以，噪声和干扰得到很大程度的抑制，提高了系统的输出信噪比或信千比。

图３－１扩额通信系统的数学模型

３．１．３扩频通信系统的物理模型图３．２为扩频系统的物理模型，信源产生的信号经过第一次调制——信息调

基于SIMULINK的CDMA信号对无人机系统的干扰仿真分析

北京邮电大学醺士学位论文基于￥１ＭＵＬＩＮＫ的ＣＩ）ＭＡ信号对无人机系统的干扰仿真分析制（如信源编码）成为一数字信号，再进行第二次调制——扩频调制，即用一扩频码将数字信号扩展到很宽的频带上，然后进行第三次调制，把经扩频调制的信号搬移到射频上发送出去。在接收端，接收到发送的信号后，经混频后得到一中频信号，再用本地扩频码进行相关解扩，恢复成窄带信号，然后进行解调，将数字信号还原出来。在接收的过程中，要求本地产生的扩频码与发端用的扩频码完全同步。

（ｂ）接收。，

图３－２扩频系统物理模型

３．２扩频系统的特点

１．抗干扰能力强

由于利用了扩展频谱技术，将信号扩展到很宽的频带上，在接收端对扩频信号进行相关处理即带宽压缩，恢复成窄带信号。对于干扰信号而言，由于扩频信号不相关，则被扩展到一个很宽的频带上，使之进入信号通频带内的干扰功率大大降低，相应的增加了相关器输出端的信号／干扰比，因而具有较强的抗干扰能力。扩频系统的抗干扰能力主要取决于系统的扩频增益，或称之为处理增益。对大多数人为干扰而言，扩频系统都具有很强的对抗能力。

２．可进行多址通信

扩频通信本身就是一种多址通信，即扩频多址（ＳＳＭＡ，ＳｐｒｅａｄＳｐｅｃｔｒｕｍ

ＭｕｌｔｉｐｌｅＡｃｃｅｓｓ），用不同的扩频码构成不同的网，类似于码分多址（ＣＤＭＡ）。ＣＤＭＡ是未来全球个人通信的首选多址方式。虽然扩频系统占据了很宽的频带，完成信息的传输，但其很强的多址能力保证了它的高的频谱利用率，其频谱利用１１

基于SIMULINK的CDMA信号对无人机系统的干扰仿真分析

北京郎电大学硕士学位论文基于ＳＩＭＵＬＩＮＫ的ＣＤＭＡ信号对无人机系统的干扰仿真分析率比单路单载波系统还要高很多，这种多址方式组网灵活，入网迅速，适合于机动灵活的战术通信和移动通信。

３．安全保密

扩频通信也是一种保密通信。扩频系统发射的信号的谱密度低，近似于噪声，有的系统可在．２０～．１５ｄＢ信噪比条件下工作，对方很难测出信号的参数，从而达到安全保密通信的目的。扩频信号还可以进行信息加密，如要截获和窃听扩频信号，则必须知道扩频系统用的伪随机码、密匙等参数，并与系统完全同步，这样就给对方设置了更多的障碍，从而起到了保护信息的作用。

４．数模兼容

扩频系统可以传输数字信号，也可以传输模拟信号。

５．抗衰落

由于扩频信号的频带很宽，当遇到衰落，如频率选择性衰落，它只影响到扩频信号的一小部分，因而对整个信号的频谱影响不大。

６．抗多径

多径问题是通信中，特别是移动通信中必须面对的，但又难以解决的问题，而扩频技术本身具有很强的抗多径能力，只要满足一定条件，就可达到抗干扰甚至可以利用多径能量来提高系统性能的目的。而这一条件在一般的扩频系统中是很容易满足的。

３．３扩频系统的分类

扩频系统具有许多优点，特别是具有很强的抗干扰性能，越来越受到人们的重视，其应用领域也在不断的扩大。目前扩频技术的应用主要在军事通信上，这是由它良好的抗干扰性能决定的。据权威人士预测，今后的军事通信，特别是战场通信，只有扩频通信系统能胜任，因而各国军方对此都十分重视，投入了大量的人力、财力进行研究。除了在军事通信中的应用外，扩频技术正迅速的渗透到民用通信的各个领域，并显示出了强大的生命力。扩频技术正广泛的应用于通信、雷达、导航、测距、定位等领域。