抗多徑干擾能力的分析

1、抗多徑干擾能力的分析 一、多徑干擾的影響 二、雙波束、多波束對直接序列的影響 三、多波束信號對頻率跳變系統(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與這些群發(fā)射信號之間的隨機(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)

2、(b)信號矢量圖抗多徑干擾能力的分析 接收端收到這兩路信號為： 設(shè)兩個傳輸路徑的傳輸系數(shù)相同，僅僅路程不同。由于路程差使兩個信號延遲差為t，因而信號之間有的相位差 。 則合成信號為 式 每一個波束的信號功率為 ，令合成信號的功率為 ，則式成為 式 分析：合成信號功率將隨著因子（ ） 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)，合成信號的功率是0，這時(shí)通信中斷。1020( )cos 2( )cos 2 ()y tAf ty tAf t)2cos()(0jtfxty222200

3、2cos(2)21 cos(2)xAAAfAfp tp t20/2PAt02 f2/2Px0021cos(2)PPfpt0ft0021cos(2)Pfpt0(21)/(2)nft抗多徑干擾能力的分析 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，就是利用了電場在不同高度的干涉場是不一樣的，分集天線相對位置的安排，使得一個天線的接收信號處于場強(qiáng)的谷值時(shí)，另一天線正好處

4、于干涉場的峰值。但是由于體制中，多徑衰落是一個難以解決的問題。傳播路徑的隨機(jī)性，特別是在移動通信中，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。0(21)/(2)nft抗多徑干擾能力的分析 二、雙波束、多波束信號對直接序列系統(tǒng)的影響 1、雙波束信號對直接序列系統(tǒng)的影響 假設(shè)在高斯信道上，傳輸?shù)淖罴研盘栃问绞蔷哂邪自肼暯y(tǒng)計(jì)特性的信號 的情形。接收機(jī)接收到的兩路信號分別為 和 。 于是合成信號的功率為 式 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 ( )rt( ) t( ) t()tt( ) t( )( )(0

5、)RrRtt2220 ( )() ( ) ()2 ( ) ()21( )PEttEtEtEttPrtttt( ) ( ) ()REtttt( )Rt( ) t( ) t( )0rt0t0021( )2PPrPt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)不會發(fā)生干涉衰落，從而接收信號的平均功率因?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，因而這只能是理論上的極限值?？苟鄰礁蓴_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的統(tǒng)計(jì)特性。具有和噪聲相類似

6、的自相關(guān)函數(shù)： 式 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： 合成的信號功率為： 其中 ， 將 帶入該式子中，可得 式 1( )0ccccTTRTtttt22200 ( )() ( ) ()2 ( ) ()21( )cos(2)cPEttEtEtEttPRfttttpt20/2PA( )cRt00021 (1)cos(2)2cccTPfPTTPttptt)2cos()()(0tftActp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)，反射信號與有用信號疊加，使合成信號的功率發(fā)生起伏，起伏的大小與 和 的比值有關(guān)。所以只有當(dāng)路

7、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（相對于常規(guī)通信體制而言）。 當(dāng) 時(shí)，反射信號與有用信號疊加，接收信號的功率不發(fā)生起伏衰落，此時(shí) ，多徑發(fā)射信號被直接序列系統(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)對多徑干擾不是很敏感。 cTttcTcTtcTt 0tcR抗多徑干擾能力的分析2、多波束信號對直接序列系統(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。

8、 下面分析多徑干擾對直接序列系統(tǒng)的影響：設(shè)發(fā)射信號為經(jīng)過傳播后到達(dá)接收機(jī)的信號為 002cosjptftctAdts jdjdjdMjjtfTtcTtdAtrjp012cos-抗多徑干擾能力的分析 其中 為第 j徑電波信號的幅度， 為第j徑電波信號的傳播延時(shí)， 為第 j 徑電波信號的載波相移， 時(shí)的信號時(shí)所需要接收的信號, 時(shí)的信號為多徑干擾信號。假設(shè)系統(tǒng)已經(jīng)同步，即 , ,接收機(jī)本震信號為則混頻器的輸出為 式式中第一項(xiàng)是所期望的接收信號，第二項(xiàng)是多徑干擾信號， jAjdTjdj1jMj, 3 , 2ddTT100ff dd11jj ddtfTtctb1012cos2jp djddjdjdMj

9、jdTtcTtcTtdATtdAtu11211cosjj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didTtcTtc1/ didcicTtcTtcETR1cdidiTTT/1didid1jjj jdathTRTdAtvjdcicjdMjjcos22jdjp2,0 tv2 02tvE tv2 jjddhhRTRAddthathTdTdTRTRAAEtvDccjcMjjMiMjjdidjdidcj

10、ccicji 2222222coscos抗多徑干擾能力的分析式 在頻域表示為 當(dāng) 時(shí)， （當(dāng)擴(kuò)頻碼長度N足夠長時(shí)），到達(dá)接收機(jī)的多徑信號通過相關(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。 cjcMjjdcjcMjjvTRAdffHfSTRAP22222222221i02cicTR1j221jcjcTR4/, 11222MjjvjAP抗多徑干擾能力的分析三、多波束信號對頻率跳變系統(tǒng)的影響若跳頻信號的載波頻率數(shù)為N，則跳頻信號可表示為 到達(dá)接收機(jī)的信號為 式 式中， 為所需要的接收信號， 為 多徑干擾信號。接收機(jī)本地振蕩器的輸出為 mcCTNkkkmNTtkTtgtf

11、tAdtscjp12cos mccjdTNkjkjdMjjmNTtkTTtgtfTtdAtrcjp1012cos1jMj, 3 , 2 mccdTNkkIFkmNTtkTTtgtfftbcjp2cos21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 式式中的第一項(xiàng)是所需要的信號通過混頻器后的響應(yīng)， 第二項(xiàng)是多徑干擾信號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，所以多徑干擾信號通過中頻濾波器的輸出為kkddkkTTff11,jjki1()()cos(2)jdIFutAdt Tf tp1211()cos2 ()MNN

12、jjdIFikijkjkiA d tTfffpjj1()()()ccTjdcTdccmgtTkT gtTiTtmNT抗多徑干擾能力的分析jkkjkjjj1/2211( )()cos(2)()()()()MNjjdIFjkjkcjdccdccmvtA dTfgTTkTgTTkTmNTh tdpj 式中當(dāng) 時(shí)，上式為0。在這種情況下，到達(dá)接收機(jī)的多徑信號不會對接收機(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)的多徑信號因延遲太大，接收機(jī)中本地振蕩器輸出的信號已經(jīng)跳變到另一個頻率上了。cdjdTTT1式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

13、（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 1( )()()ccjkTjdcTdcGtgtTkT gtTkT2( )vt1( )NjkkGt1( )NjkkGt( )d t()cmtmNT/221( )()cos(2)( ) ()MNjjdIFjkjkjkv tA dTfGh tdpj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 2()v t/jkj1( )1NjkjkEGt式（式（13）0,2 p/cos(2)cos(2)IFjkIFjkEffpjpj1co s2()20IFf

14、pijkl其他2( )v t式（式（14）抗多徑干擾能力的分析上式在頻域表示為2222( )(1)()2cos2() ( )( )MjjdjIFAD v tRfhhd dp 222222221(1)()()22( )(1)4MjvjdIFdIFjMjjjAPSffSffAH fdf式（式（15）式（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：對于直接序列系統(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)延小于一個碼元寬度時(shí)，反射信號與直接信號疊加，可看作信號的一部分，對有用信號產(chǎn)生影響，疊加在偽隨機(jī)碼上的信號只影響其幅度，二不產(chǎn)生對偽隨機(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)延超過一個碼元寬度時(shí)，由于，表明反射信號和直接信號不相關(guān)，系統(tǒng)將其作為干擾噪聲處理了。當(dāng)偽隨機(jī)碼的碼元寬度相當(dāng)窄，并且碼長N(周期)很長