硕士论文-新型通信测距复合系统中抗干扰性能的研究.pdf

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1、哈尔滨工程大学硕士学位论文新型通信测距复合系统中抗干扰性能的研究姓名：闫建峰申请学位级别：硕士专业：通信与信息系统指导教师：郭黎利20060101啥尔滨工程大学硕士学位论文摘要在一些特殊的场合需要同时进行扩频通信和对待测物体进行定位，这就要求设计一种能够同时满足系统要求的通信速率、测距量程和测距精度的复合式无线通信系统。我们把这种无线通信系统称为复合系统，即利用一套无线通信设备同时完成通信和定位的任务。传统的复合系统就是利用直接序列扩频系统的距离分辨率及测距能力，同时完成扩频通信和测距任务。本文对传统的复合系统结构进行了改进，调和了传统结构的复合系统技术参数(包括测距量程、测距精度、测距实时性

2、和通信效率等)对扩频序列的周期的矛盾需求，重点分析了通信测距复合系统对复合码的要求。构建了复合系统的3 种工作模式，即基于mW 序列的复合系统、基于完备互补序列的复合系统和基于修正互补序列的复合系统。重点对两种基于互补序列的复合系统抑制干扰和噪声的性能进行了分析，进而论证基于修正互补序列的复合系统在抑制干扰，尤其是多径干扰方面的技术优势。在复合系统硬件平台实现方面，对复合系统的硬件实现方案进行了讨论和设计，结合复合系统功能的多样性和具体应用场合的复杂性，提出了以多D s P 为核心的软件无线电模式作为复合系统的硬件实现模式，并且设计了基于交换网络结构的新型复合系统接收机多D s P 平台。为该

3、技术的进一步推广应用奠定了坚实的基础。关键词：复合系统；软扩频；抗干扰性能；互补序列；软件无线电哈尔滨工程大学硕士学位论文A B S T R A C TI ns o m es p e c i a lo c c a s i o n s，w en e e dt oa c c o m p l i s hm es p r e a ds p e c t r u mc o m m u n i c a t i o na n do r i e m a _ c i o ns i m u l t a n e o u s l yI n、，i e wo ft l l i s，am u l t i p l e xr a

4、 d i oc o m m u I l i c a t i o ns y s t e ms h o u l db ed e s i g n e dt or e a l i z es u c hd e s i r e ds y s t e mr e q u i r e m e n t sa sm ee 伍c i e n c yo fc o m m u n i c a t i o n，m er a l l g eo ft e l e m e t e ra n dt 1 1 ep r e c i s i o no ft e l e m e t e LT h em l l l t i p l e xs

5、 y s t e mi sak i n do fs y s t e mw l l i c hi m e 掣a t e st h ec o m m u n i c a t i o na r l do r i e n t a t i o nt a s k si nas i n g l es y s t e m W bc a I ln 锄ei tt h ec o m p l e xs y s t e m，t o o T h e 仃a d i t i o n a lc o m p l e xs y s t e mh a St h ef U n c t i o no fc o m m u n i c a

6、 t i o na n dt e l e m e t r ys i m u l t a n e o u s l yb e c a u s e 廿1 eD S S Sh a st h ea b i l i t vo fs t r o n gd i s c r i m i n a t i o na 1 1 dr a n g i n g mt 1 1 i sp a p e r，血es 乜m c t u r eo fc o m p l e xs y s t e l ni s 锄e l i o r a t e ds o 恤a tt h ei n c o n s i s t e n to ft e c h

7、 n i q u ep a r 锄e t e r sh a sb e e nc o n c i l i a t e di nt r a d“i o n a lc o m p l e xs y s t e m T h e s ep a r a m e t e r si n c l u d em er a l l g eo ft e l 日n e t e r，t h ep r e c i s i o no ft e l e m e t e r，t h er e a lt i m ea b i l i t ya J l dt 1 1 ee m c i e n c yo f c o m m u I l

8、 i c a t i o n 1 1 1 ee m p h a s i sh a sb e e np u to nt h ea 1 1 a l y s i so ft 1 1 ec o n c a t e n a t e ds e r i e s W ei n t r o d u c et l r e el(i n d so fm u l t i p l e xs y s t e mm o d e l s，也a ti st h em u m p l e xs y s t e mb a s e do nt 1 1 emWs e q u e n c e，m em u l t i p l e xs

9、y s t e mb a s e do nt h ec o m p l e t ec o m p l e m e n t a r ys e r i e sa I l dt h em u l t i p l e xS y s t e mb a s e do nm em o d i 矗e dc o m p l e t ec o m p l e m e n t a r ys e r i e s T h ea 1 1 t i-i n t e r f b r e n c ep e r f oH】a a n c eo ft h e“，om u l t i p l e xs y s t e m sb a s

10、 e do nt h ec o m p l e m e n t a r ys e r i e sh a sb e e na n a l y z e d 趾dc o m p a r e di nd e t a i l T h er e s u l t ss h o w st h a tt h em u l t i p l e xs y s t e mb a s e do nt h em o d i f i e dc o m p l e t ec o m p l e m e n t a r ys e r i e sh a sa1 0 to ft e c h n i q u ea d v a m a

11、 g e si nm e 趾t i i m e 出r e n c ep e r f b n n a n c e，e s p e c i a l l yi nt h ea 1 1 t i-m u l t i p 础i n t e r f e r e n c ea s p e c t I nt h ea s p e c to f h a r d w a r ep l a t f o mo f 血ec o m p l e xs y s t e m，w eh a v ed i s c u s s e da J l dd e s i g n e ds e v e r a lp r o j e c t s

12、 C o m b i n i n gt t l ed i v e r s i t yo fm em n c t i o no ft h ec o r n p l e xs y s t e ma n dt 1 1 ec o m p l e x“yo fa p p l i c a t i o ns i t u a t i o n，w eh a v ep u tf o r w a r dar e l a t i V e l yu n i V e r s a lS o f t w 盯eD e f l n e dR a d i op l a t f o m lw h o s ek e m e li sm

13、 u l t i D S P s，m e a I l w h i l e，ak i n do fm u l t i D S P sr e c e i v e rp l a t f o r mw h i c hi so f哈尔滨工程大学硕士学位论文n e t w o r ks t m c t u r ei sp r e s e n t e da n di m p l e m e m e d A l It h i sw o r kw i np a ys t r o n gm a m n go na p p l i c a t i o no f t h i st e d m i q u e K e

14、yw o r d s：c o m p l e xs y s t e m；t a m e ds p r e a ds p e c t n 蚰1；a n t i i m e r f e r e l l c ep e r f b r n l a l l c e；c o m p l 锄e n t a r ys 翻e s：S o 脚a r eD e f i n 酣R a d i o哈尔滨工程大学学位论文原创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体

15、已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者(签字)：自量盗日期：缈6 年月旭日哈尔滨工程大学硕士学位论文1 1 课题的技术背景第1 章绪论导航是引导运载体按定的航线航行的过程。从导航的“航”和其英文名称N a v i g a t i o n，以及从导航的历史来看，导航最先被应用于海上航行的舰船和海军，以后随着科学技术的发展，其应用对象又被扩展至飞机、导弹、坦克、车辆和单兵等等。这是很自然的，因为在茫茫的海上，根本不可能像陆地那样找到可供利用的参照物。导航过程中应该能够随时提供反映载体运动状态的位置、速度

16、、姿态，以及相对于航行目的的其他一些参数，以便载体沿着航行安全、用时较短、费用经济的路线到达目的地【I】。但在这些参数中，最重要的参数还是确定载体的位置，即定位。要实现导航必须对运动物体实现定时定位，以便与目的地的位置相比较，进而计算前进的距离和方位。目前飞行器的定位主要依靠传统的陆基无线电导航系统(塔康系统、伏尔系统、罗兰c 系统、奥米伽阿尔法)和G P S 卫星定位系统来实现 2】a1 1 1 塔康与伏塔克系统T A c A N(t a c t i c a la i rn a v 迢a t i o n)a I l dV O R l、A c 塔康是战术空中导航系统的简称，是为军用飞机同时提供

17、相对于地面台方位和距离的无线电导航系统，于1 9 5 5 年研制成功，现在世界大多数国家广泛用作空军和海军航空兵的导航。塔康系统由地面(舰载)台和机载设备组成，工作频段和脉冲体制与测距器相同。其测距部分的原理、可接纳的飞机容量和覆盖范围均与测距器完全一样，而其方位测量部分则与伏尔有很大差异。塔康地面台天线的辐射场形是一个带有9 个小瓣的心脏形，以每秒1 5 周的速率顺时针旋转，这样，空间收到的地面台信号为包络受到1 5 H z 和1 3 5 H z 调制的脉冲序列。每当心脏形方向图的瓣尖和小瓣瓣尖转到对准东方时，地面台分别发出指北基准脉冲群哈尔滨工程大学硕士学位论文和辅助基准脉冲群。以这些脉冲

18、群为基准，可测出1 5 H z 和1 3 5 H z 包络的相位，而这个相位是与飞机所处的相对于地面台的方位角相对应的，其中1 5 H z包络的相位对应着飞机在3 6 0。内的方位，1 3 5 H z 对应4 0。范围的方位，即前者为方位粗测，后者为精测。塔康由于地面台天线比伏尔小，适于机动和装舰。其精度指标为方位土2 5。，测距误差与测距器相同。伏塔克(V O R T A c)是把伏尔地面台与塔康地面台安装在一起构成的，由于塔康的测距部分与测距器完全相同，这样即可为装备V O R D M E 机载设备的民用飞机服务，又可为装备塔康机载设备的军用飞机提供方位与距离信息。1 1 2 罗兰C 恰卡

19、系统L O R A NC c h a v k a 二者都是远程双曲线导航系统。罗兰c 中的L O R A N是远程导航的缩写。第二次世界大战中期研制成功了罗兰A，2 0 世纪5 0 年代末在罗兰A 基础上研制的罗兰C 投入使用，1 9 7 4 年罗兰C 向民用开放。罗兰c为产生定位信息至少需要有3 个地面发射台组成台链，彼此精确同步。用户接收到来自2 个台的信号时，只要测出它们到达的时间差，便知道自己处于条以这两个台为焦点的双曲线上。同时又测出来自另外两个台的信号到达时间的差值，便又知道处于另一条双曲线上。也就是说，它必然处于这两条双曲线的交点上，从而确定出自己的位置。罗兰c 工作频率为1 0

20、 0 k H z，电波沿地表传播，发射台功率大，天线高，使电波可传到上千海里的远处。罗兰C 使用脉冲信号，为实现台间同步，以及用户对信号到达时间差的测量，它不仅利用了信号脉冲的包络，而且还利用了载频相位，因此精度较高。罗兰c 的性能指标是：定位精度在信噪比为1：3 时为O 2 5 r 1 I I l。到目前为止，全世界己建立起2 5 个台链，主要分布在北半球。在陆基无线电导航系统里，罗兰C 的用户数量是最多的，主要是航海用户，还用于航空与陆上导航。恰卡(c h a y k a)是前苏联研制的与罗兰十分相似的系统，近年来为了和国际罗兰C 联成台链，正在修改成与罗兰C 系统完全兼容。哈尔滨工程大学

21、硕士学位论文1 1 3 奥米伽阿尔法系统O m e g a 甜p h a 二者都是超远程无线电导航系统。奥米伽在1 9 8 2 年完全建成，在全世界共建有8 个发射台，实现了导航信号的全球覆盖。奥米伽的工作频率在l O k H z 左右，每个台有特大的发射功率和巨型天线，电波沿由地表与电离层之间的大气波导来回反射而传播到很远的地方。奥米伽采用与罗兰C 类似的双曲线定位法，但使用的是连续波，因此定位数据有多值性，需要有先验信息或其他方法辅助，以解多值性。另外定位精度较差，为3 5 7 k m，且定位信息每l o s 更新一次。奥米伽系统工作后，其用户以越洋和在边远地区飞行的航空用户最多，其次是海

22、上用户。由于电波能穿入水下一定深度，对潜艇水下导航有一定意义。随着G P S 正式投入运行，奥米伽已于1 9 9 7 年9 月3 0日正式关闭。阿尔法(A I p h a)是前苏联开始建设的类似于奥米伽的系统。计划共有5 个台，全部分布在前苏联境内，其中有3 个台已经建成，另有1 个台即将投入使用。1 1 4G P S 定位系统O P S 是2 0 世纪7 0 年代初美国出于军事目的而开发的技术，现已发展成为非常成熟的卫星导航定位系统，具有全方位实时三维导航与定位能力。其基本定位原理是：位于地面的接收机检测G P s 卫星发送的扩频信号，通过相关运算获取T C l A 信息并由此计算出卫星到接

23、收机的距离，再结合卫星广播的星历信息计算卫星的空间位置，完成定位计算。有3 颗可见卫星时，若卫星和接收机的钟差很小即可实现二维定位，4 颗可见卫星可实现三维定位，更多的可见卫星可提高定位精度p J。G P s 定位的一个弱点是定位时间较长。对于多通道接收器如果在最后一次定位位置的附近，冷启动时的定位时间一般为3 5 m i n，热启动时为1 5 3 0 s；而对于双通道接收器，冷启动时大多超过1 5m i n，热启动时为2 5 m i n。虽然在移动台内置多通道高性能接收机可缩短定位时间，但会造成移动台成本偏高，不易被用户接受。在定位时，网络通过跟踪G P S 卫星信号，解调出哈尔滨工程大学硕

24、士学位论文G P s 导航信号，并将这些信息传送给移动台，移动台利用这些信息可以快速地搜索到有效的G P s 卫星，从而缩短定位时间。接收到卫星信号后，计算移动台位置的工作可以由网络实体或移动台完成。1 2 课题的发展现状随着无线通信业务的普及和业务量的激增，无线通信信道的电磁环境变得日益复杂。无线通信系统应该具备完成主要业务的能力的同时，完成多种附加业务的能力，这种系统可以在一定程度上提高系统的频带利用率和工作效率，在一定业务容量的前提下降低无线通信信道电磁环境的复杂性。全球卫星定位系统(G P S)和具有定位功能的c D M A 系统就是具有复合通信能力的无线通信系统【”。除了电磁环境复杂

25、度的因素以外，无线通信设备的复杂度、设备利用率和功耗在某些特殊的应用场合也有较为严格的限制。例如，正处于进场状态的飞机和机场塔台进行超短波通信，同时塔台还要对飞机进行定位操作，这样塔台和飞机需要有两套独立的无线设备完成通信和测距的任务，即利用超短波电台完成通信任务，利用塔康系统完成导航任务。独立工作的无线通信模式增加了机上通信设备的数量，对飞机的机动性构成很大的技术障碍，在某些特殊的场合也增加了电磁频谱暴露的可能性，降低了系统的通信隐蔽性能。基于以上的分析，提高电磁频谱利用率和系统设备利用率的一条可行的途径是，设计具有能够同时完成多种无线通信业务能力的无线通信设备系统。目前，在民用和军用无线通

26、信系统中，媒体通信和定位业务是两类最重要的无线通信业务，因此设计能够同时完成通信和定位(测距)任务的无线通信系统具有重要的理论和工程意义。一般，能够同时完成通信和测距f 定位、导航)任务的无线通信系统称为复合系统，即利用套无线通信设备同时完成通信和定位的任务。复合系统较传统的分离式系统具有以下的技术优势：1 无线通信设备集约化、简便化，利于飞机等通信终端机动性的提升：哈尔滨工程大学硕士学位论文2 简化无线通信的电磁环境复杂度，有利于多址通信能力和无线通信性能的提升，降低电磁兼容性对无线通信系统设计的制约：3 有利于整合无线通信设备，提升系统的隐蔽性和顽存性。因此，常规的扩频通信系统，尤其是直接

27、序列扩频系统可作为隐蔽通信、多址通信、遥感、测距和定位无线系统的核心技术。但是，以往的扩频通信系统承载的业务较为单一，或通信，或定位。虽然G P s 和C D M A 等基于直扩技术的无线通信系统可以提供复合业务，但是G P S 系统的控制权和高成本性，C D M A 定位的精度低等诸多问题，使得这些一般意义的复合系统不适合作为某些特殊场合的应用。因此，必须在现有技术的基础上，对适用于飞机进场、舰船间通信、舰艇进港等一些特殊场合的通信测距复合系统进行设计，并对相关的实现技术进行探讨。1 3 论文的内容和章节安排本文对以下的问题进行了论述和分析：扩频通信测距复合系统的结构研究：在对常规的直接序列

28、扩频通信系统的系统结构进行分析的基础上，引入软扩频通信和链接序列等相关技术和理念，提出了新型复合系统的概念和系统模型；通过软扩频技术的应用，提升了系统扩频通信的速率；而链接序列的引入在一定程度上解决了传统扩频系统的技术性能(通信速率、测距量程和测距精度)对伪随机序列技术特性(周期)矛盾的要求，在确保测距量程的同时实现了高精度测距任务的完成。1 链接序列技术特性和内部序列选取的研究：复合系统应用在多用户通信的场合(同时对多架飞机进行定位和通信)时，复合系统同时和多个用户进行无线业务的传输，需要复合系统具有多址通信能力。链接序列的外部序列是实现多址通信的技术保障，这就要求外部序列具有良好的正交特性

29、。链接序列的内部序列需要进行软扩频调制和参与内部T D O A 的估算法，因而内部序列的相关特性也直接影响到系统通信和测距性能。本文分别选用mw序列、完备互补序列和修正互补序列作为内部序列，m 序列、G O L D 序列作哈尔滨工程大学硕士学位论文为外部序列，构建了适应不同应用场合的三种新型复合系统，即适用于系统时钟严格同步的mW 复合系统，适用于系统时钟难以严格同步的完备互补复合系统和适用于信道中存在较为严重的多径干扰的修正互补复合系统。2 对比mw 序列、完备互补序列和修正互补序列作为内部序列，m 序列、G O L D 序列作为外部序列，构建的三种新型复合系统在各种干扰下的性能，著对完备互

30、补序列加修正算法后抗多径干扰的实际应用效果进行验证。3 硬件实现平台的研究：本文结合复合系统内部构造的特殊性、适用场合的多样性，提出了开放式系统的设计理念。在对多种硬件体系和软件体系进行分析的基础上，选取以多块D s P 为处理核心的软件无线电系统作为复合系统的硬件实现平台。提出了两种具体的系统设计方案，即多D S P 以流水线结构互联的复合系统和多D s P 以交换网络模式互联的复合系统，这两个系统分别适合作为复合系统调试样机和定型系统的硬件平台。全文共分五章，各章的主要工作概括如下：第1 章为绪论，介绍能够同时完成通信和测距任务的无线通信系统的研究意义，简要介绍了具有复合功能的无线通信技术

31、的相关知识和最新的进展情况，最后介绍了本文的主要工作和章节安排。第2 章首先对通信测距复合系统进行了概述，在分析常规通信测距复合系统的基础上，提出了新型复合系统的系统构架。采用mw 序列作为链接序列的内部序列，构建了基于mw 序列的通信测距复合系统，对mw 序列的相关特性进行了理论论证和实验仿真，并且分析了系统时钟同步精度对mw 复合系统技术性能的制约现象。第3 章针对m W 复合系统的局限性提出了两种新型复合系统，即基于完备互补序列的复合系统和基于修正互补序列的复合系统，对完备互补序列和修正互补序列的定义、生成方式和相关特性进行了详尽的分析，为构建复合系统提供了有利的技术保障。第4 章主要对

32、mw 复合系统和新型复合系统抑制干扰的性能进行了详尽的仿真分析比较，利用大量的仿真试验进一步佐证了新型复合系统的技术哈尔滨工程大学硕士学位论文优势和工程可实现性。第5 章主要从硬件实现平台设计的角度，对复合系统的硬件实现方案进行了讨论和设计。结合复合系统功能的多样性和具体应用场合的复杂性，提出了多D s P 为核心的软件无线电模式作为复合系统的硬件实现模式，并且设计了基于交换网络结构的新型复合系统接收机多D S P 平台。哈尔滨工程大学硕士学位论文第2 章新型通信测距复合系统2 1 常规通信测距复合系统概述常规通信测距复合系统(简称为：通信测距复合系统或复合系统)在进行直接序列扩频通信的同时完

33、成通信基站和通信终端之间距离测定，进而实现对待测移动物体的定位任务吼直接序列扩频系统利用基站发射信号到目标反射回该信号被接收到的时间差(T D O A T i m eD i 腩r e n c eo f 山T i v a l)，进行基站和待测物体之间距离的测量，工作原理如图2 1 所示【6 j。经待测物体变频转发图2l 直扩伪随机序列的测距原理直接序列扩频系统测距的原理是由基站的发射部分发射经过直接扩频和对载波调制的无线电波，待测物体接收该信号，进行变频转发，同时完成与基站的扩频通信任务。由待测物体转发的射频扩频信号在基站的接收机部分经过变频、相关解扩处理后，求出发射信号和接收信号的间隔0 啊，

34、可知基站与待测物体的的距离三为：上=m r o 爿叫2(2 1)哈尔滨工程大学硕士学位论文式中，C=3 O 1 0 8 州s 为光速。不难看出当发射的伪噪声随机序列长度为N，够高的接收灵敏度，则最大测量距离k。为：k。=o 爿c 2：晏J v c 瓦式中，瓦为伪噪声随机序列的码元宽度。连续发射信号且基站有足(2 2)考虑到一个实际的扩频测距系统。则相应的0 爿公式和基站与待测物体的距离三可分别表示为(2 3)和(2 4)两个式子。(M=A 一一r(2 3)rr 上=叻伽詈=(五I t 1)(2-4)2上面两式中三为待测物体与基站的距离、0 爿为到达时间差、五为接收端本地序列与接收序列的相差的码

35、元个数、为伪噪声随机序列的码元宽度、t 为待测物体变频转发的处理时间，一般为常数，假设已知、r 为接收端求解T D O A 的处理时间，即相位捕获时间，一般为与旯有关的时间函数，可以根据五和处理器的处理时间求得，假设已知。如果伪噪声随机序列的周期很长，序列的相关特性可以十分优秀f 拥有两值尖锐的相关曲线)，采用相关检测的方法，可以使扩频通信的抗干扰能力大大增强，同时测距量程也可以大大增加。因此采用伪噪声随机序列的直接序列扩频系统可以在实现扩频通信的同时完成测距任务。2 2 新型通信测距复合系统地提出在应用常规通信测距复合系统进行定位时，距离的测量主要通过测量接收的扩频序列和本地序列的相位差(即

36、到达时间差T D O A)实现的，而目前T D O A 的求解主要是通过接收序列和本地序列的互相关运算完成的。但是基于到达时间差(T D O A)理论的扩频测距通信复合系统在采用普通的直扩技术时，存在着许多矛盾。1 对扩频码序列的周期和码速率的技术参数要求是相互矛盾的。哈尔滨工程大学硕士学位论文测距量程L 竽(2 5)Z I C，通信速率也2 告(2 _ 6)式中c 为光速，N 为扩频序列周期，f，为扩频序列的码速率。扩频测距通信复合系统要求序列的N 周期足够长，以增大测距距离；但是对于扩频通信，在扩频序列码速率正受限制的情况下，要求扩频序列的周期N 不要太大，可以在接收机中快速完成信号的互相

37、关运算，以适应高速率的数据传输。如果采用滑动相关法进行相关接收时，系统接收机必须使本地扩频序列在1 小个码片的精确位置内完成与接收到的扩频序列同步。在需要测距系统具有快速定位的特性时，长周期、高c h i p 速率的序列很难实现快速相关，从而是测距精度降低，在测距精度和测距量程之间存在矛盾。本文提出了应用链接序列代替普通的直扩序列，可以解决系统对扩频序列技术参数要求的矛盾性。2 针对复合系统的通信效率低的特点，采用软扩频系统进行扩频内通信。依据理论和实际仿真结果选用具有良好互相关性的扩频序列族，以减少序列之间的互扰，提高T D O A 的求解精度。综上所述，本文提出了一种新型的扩频通信系统模型

38、，采用链接序列技术解决扩频测距复合通信系统对扩频序列的矛盾的技术要求：应用软扩频技术提高扩频通信的通信效率。2 2 1 软扩频技术和内部序列相关特性由于新型复合系统采用扩频技术实现高速率的数据传输，参与扩频通信的多个内部序列的相关特性将产生严重的互扰，所以链接序列的内部序列的选取将直接影响复合系统的技术特性。下面对高斯白噪声信道中，序列相关特性对软扩频系统性能的影响进行分析【”。设定待传输的数字信息n(r 1 如下式所示。；。；。；坠垒鎏三垄盔主堡圭兰堡篁圣日(f)=吼g。(卜”。)f 2 7)式中：n。为信息码元：(r)为门函数，在O f L 为1；L 为信息码元宽度；输入信号的信息速率为也

39、=l 疋。将日。(f)按女位分割(即对(，)进行位并行处理)，可得吼(f)=q 岛(r 一，)(2 8、式中：r=t 瓦=t 为伪随机序列的周期；I 为伪噪声随机序列(内码)的码元宽度：为伪噪声随机码的周期a 求位信息码元的加权值：艺q 2r，此时对应位信息码的伪随机的标号，即根据引，立信息码选择对应的伪随机码为q(，)，(，=O，1，2，r，2+一1)。所以经软扩频系统扩频后，发射信号J 0)为J(o=巳(，一 t 丁)一c o s(脚。，)(2 9)信号s(r)在受污染的信道中传输，受到噪声或干扰的污染，所以接收端的接收到的信号，(，)为，(f)=J(f)十一(r)(2 1 0)式中：n(

40、f)为信道噪声或干扰。在接收端进行相关接收时，第m 条相关支路对伪噪声随机序列组的第m 个序列c。(f)进行相关，本地参考码为(f)，O s f 茎，。因此第m 条支路相关器输出为2 j 7()m()啪s(q f)加(2 1 1)式中：包括信号和噪声成分，其中噪声成分为2 音J o(，)(f)硪(2 1 2)不失一般性地设伪随机序列组的伪随机序列的相关特性为p 晰研=雠：Z陪rI o1 c，”，哈尔滨工程大学硕士学位论文式中：三为一整数。第聊条支路相关器输出儿是服从广义瑞利分布的随机变量，即舯知等n 卅挲，陪蹦咖知c 等州一挲，p。；，式中：盯：笠：型：互为相关器输出的噪声功率。4对于2 个相

41、关器的输出(卅=0，l，2 一，2。一1)，进行门限判决，在f=r时刻只能有一支路的输出超过门限值，则根据超过门限值输出的支路的支路号，恢复出发送的位信息比特。第m 条支路的正确检测概率为P D=P(y。K n y。K ，=O，l，2-2 2 一l，m)(2-1 6)考虑到(肌=O，1，2 2 一1)之间两两不相关，所以第条支路的正确检测概率为尸。=P(y。)P 2。1(y，一2 0 d 日均可正常工作，具有较强的抑制单频干扰的能力。由图4 3 可见，复合系统抑制单频干扰的能力随着干扰频率和载波频率偏差的加大而提升。2 抑制多音干扰的性能设基于完备互补序列的复合系统和基于修正完备互补序列的复合

42、系统接收端存在多音干扰f(女)为f(t)=2 j 4 c o s(q+q)(4 3)J=I其中：4 为第j 个单频干扰的幅度；哆为第f 个单频干扰的载频，在仿真中q为不相同的固定值：口为第i 个单频于扰的相位初始值，在 0，2”】间均匀分布：H 表示多频干扰由月个固定频率的单频干扰组成。图44 新型复合系统抑制多音干扰的性能图4 4 为新型复合系统抑制多音干扰性能曲线，多音干扰的各个单频干扰能量相同。图中多音干扰为2 单频，频率分别为载波频率的，=正和哈尔滨工程大学硕士学位论文，=2 3 3 正a由图可见，三种新型的复合系统都具有较好的抑制多音干扰能力，信噪比鄹艘 一l O 船均可正常工作。3

43、 抑制高斯白噪声的性能图45 为信道中只存在高斯白噪声时，反增益P 和信噪比肼艘的关系曲线。由图4 5 可见，三种新型复合系统抑制高斯白噪声的能力近似，在信噪比姗 一2 5 棚时可以确保复合系统通信和测距任务的完成。图4 5 新型复合系统抑制高斯白噪声的性能4 抑制多径干扰的性能设复合系统中的存在多址干扰m“Z(f)m“f(f)=4 伽(f 一靠)(4 4)k t l其中：4 为第个用户信号的幅度值，靠为第女个用户信号的传输延迟，为信道中多址用户的数量。图46 为新型复合系统抑制多径干扰的性能曲线。设定=3；三条路径通信信号的幅度衰落相同，即4=4=4；时延为q=O、2=丁、勺=2 r，其中r

44、 为内部序列的码元宽度。哈尔滨工程大学硕士学位论文由图4 6 可见，基于修正互补序列的复合系统抑制多径干扰的能力明显加强。图4 7 和图4 8 分别为基于完备互补序列的复合系统和基于修正互补序列的复合系统抑制多径干扰的性能曲线。仿真条件为：信道中存在4、5、6 条通信路径，各个通信路径信号幅度衰落相同，时延为1=3 丁、岛=4 r、f，=5 丁。由图4 7 和图4 8 可见，基于完备互补序列的复合系统在多径为4，5，6条时其抑制多址干扰的性能下降很快；相比而言，基于修正完备互补序列的复合系统抑制多址干扰的性能下降明显减缓。图4 6 新型复合系统抑制多径干扰的性能图4 7 基于完备互补序列的复合

45、系统抑制多径干扰的性能哈尔滨工程大学硕士学位论文图4 8 基于修正互补序列的复合系统抑制多径干扰的性能4 3 本章小结本章主要对新型复合系统抑制各种干扰和噪声的特性进行了仿真分析，验证了新型复合系统在复杂信道中的通信适应能力。得到了以下的结论：1 基于完备互补序列的复合系统和基于修正完备互补序列的复合系统具有较强的抗干扰能力；2 完备互补序列加修正以后抑制多径干扰的能力明显加强，验证了互补序列加修正算法的可行性。哈尔滨工程大学硕士学位论文第5 章基于多D S P 的复合系统实现方案5 1 引言新型复合系统的基站部分的发射部分应完成内部序列生成、通信数据模式转换、软扩频处理、外部序列的生成、调制

46、等任务；雨基站的接收部分也应完成解调、内部序列捕获、内部序列T D O A 求解、通信数据恢复、外部序列捕获和外部序列1 D O A 求解等任务。由于复合系统的大部分功能模块是在基带上对数字信号进行处理的，所以复合系统的硬件实现系统应该以D s P 和F P G A 等数字信号处理的器件作为系统的处理单元。考虑到复合系统的系统性能(实时性、有效性)和数据处理业务量关系的协调，需要采用多片D s P 和F P G A 构建一个高效的处理平台口3 J I 4 j。由于复合系统体系和相关技术研究尚在起步阶段，系统的结构和关键功能模块还不成熟，可能需要不断地进行软件和硬件的升级与完善：即使对于相对成型

47、的复合系统，由于在不同的应用场合可能需要不同的系统配置和参数设置。这要求所设计的复合系统的硬件实现系统应具有较好的硬件可配置性和软件可升级性，即在开放式平台上实现扩频通信和测距任务的同时完成。软件无线电平台是一种典型的开放式系统模式，通过硬件通用平台把尽可能多的功能用软件来实现，其优势在于系统的结构通用，功能实现灵活；系统的改进和升级方便。可见，基于软件无线电模式的开放式硬件平台是一种较为适用的复合系统硬彳牛实现方案。由以上分析可见，基于多D s P 的软件无线电平台是复合系统较为理想的硬件实现平台。丽多个并行工作的D s P 的互联模式(硬件模式和软件模式)将直接影响到复合系统的性能和工程实

48、用性f 35 J p”。本文提出两种多D S P 互联方案，郎流水线结构的多D S P 互联方案和中心交换结构的多D S P 互联方案。流水线结构的多D S P 互联方案适用于复合系统初期研究阶段，便于系统构建和性能分析；中，D 交换结构的多D s P 互联哈尔滨工程大学硕士学位论文方案适用于复合系统的工程实旋阶段，提升系统硬件的可配置性和功能的可选取性。下面介绍这两种复合系统的硬件实现方案。5-2 系统的软硬件体系系统的体系结构包括硬件、软件和接口协议等部分，开放式系统的核心。具有实用价值的软件无线电软硬件体系结构有流水线结构、总线结构、交换网络结构和计算机网络结构；软件体系结构有总线结构、

49、软件库结构和分层体系结构1 3 8】-【4”。本文对开放式系统(软件无线电)的特性进行分析和比较，选取不同的软硬件体系构建适用于不用场合的复合系统硬件实现平台5，2 1 硬件体系结构从不同的技术层面，硬件体系结构具有不同的划分标准。若按照硬件平台的物理介质的不同，可分为以D S P 和F P G A 为基础进行的数字信号处理和以P c 机和工作站为基础进行的数字信号处理。若按照功能模块的连接方式的不同，可分为流水线结构、总线式结构、交换式网络结构、基于P c 和L A N的结构。下面将对不同的模块连接模式的技术特征进行分析，选取适用于不同场合的硬件系统结构(功能模块的连接方式)4 2 1 5”

50、。1 流水线结构流水线结构的软件无线电系统包括天线、多频段射频(R F)转换、宽带帅和D A 转换器以及基带数字信号处理器等，流水线结构的软件无线电系统要求将A 仍，D A 尽量向R F 靠拢，同时用高速D S P c P U 代替传统的专用数字电路和低速D S P c P U，做A D 后的一系列处理。流水线结构有很高的效率，但它的主要缺点是各功能模块的耦合过于紧密、独立程度并不高，且系统的硬件可配置性较弱。如果改变、增加、削减、替换或修改某个功能单元，就必须改变其它功能单元甚至是箍个结构，因此该结构不具开放性。哈尔滨工程大学硕士学位论文因此流水线结构适合作为系统设计初期的系统硬件体系，因为