几种信号干扰方式在无线通信系统中的特点

无线通信中的信号处理技术　，　Ｅ　ｕＫｉｏ￣ｎｄｉａ　ｅ　ｅｒｉｎｇ　嘞脚擞感　＠⑥　舟　闶凹向６＠囿　６◎圊匡０＠＠　旷⑥圈＠⑥凹　锄＠　堕焦电声　几种信号干扰方式在无线　通信系统中的特点　刘轲翟，张争气　（西北工业大学航海学院，陕西西安７１００７２）　・技术分析・　【摘要】分析了在无线通信中对信号进行干扰的三种方式，并以ＣＰＦＳＫ信号为例仿真了在随机噪声，相同调　制随机干扰和相同调制部分已知干扰这三种干扰方式下的误比特率，并分析了各自的特点。　【关键词】无线通信；ＣＰＦＳＫ信号；高斯白噪声信道；误比特率　【中图分类号】ＴＮ９１２　【文献标志码】Ａ　ＬＩＵ　Ｋｅｚｈａｉ，ＺＨＡＮＧ　Ｚｈｅｎｇｑｉ　Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ　ｏｆ　Ｓｅｖｅｒａｌ　Ｋｉｎｄｓ　ｏｆ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　Ｗｉｒｅｌｅｓｓ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍａｒｉｎｅ　Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ　Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ　７１００７２，Ｃｈｉｎａ）　【Ａｂｓｔｒａｃｔ】Ｔｈｒｅｅ　ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ　ｊａｍ　ｍｅｔｈｏｄｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｃｏｎｄｉｔｉｏｎ　ａｒｅ　ａｎＭｙｚｅｄ．Ｔａｋｉｎｇ　ｔｈｅ　ＣＰＦＳＫ　ｓｉｇｎａｌ　ａｓ　ｅｘａｍｐｌｅ，ｔｈｅｉｒ　ｂｉｔ　ｅｒｒｏｒ　ｒａｔｅｓ　ｗｉｔｈ　ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ　ｒａｎｄｏｍ　ｎｏｉｓｅ　ｓｉｇｎａｌ，ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｒａｎｄｏｍ　ｊａｍ　ｓｉｇｎａｌ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ　ｐａｔｒ　ｋｎｏｗｎ　ｊａｍ　ｓｉｎａｌｇ　ａｒｅ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ．Ｔｈｅｉｒ　ｏｗｎ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ａｒｅ　ｌｓａｏ　ｂｅｅｎ　ａｎａｌｙｚｅｄ．　【Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ】ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ；ＣＰＦＳＫ　ｓｉｇｎａｌ；ＡＷＧＮ；ｂｉｔ　ｅｒｒｏｒ　ｒａｔｅ　１　引言　无线通信系统在现代各行业中都有广泛的　应用，相对于有线通信方式，无线通信系统具有　成本低、设备简单、可达范围广的特点。因此，随　量，带限后会引起包络起伏的缺点，因此在数字通信　领域有着广泛应用　］。理论上，可以把ＣＰＦＳＫ信号　表示成下式　ｃｏｓ（２　（１）　着电子技术和大规模集成电路的发展，无线通信　技术得到了巨大的发展。无线通信作为通信领　域发展最快、最积极和最活跃的分支之一被广泛　式中，Ｅ是信号能量　是载波频率；　（ｔ，ａ）是相位函　数，它可以表示成　应用于传送语言、文字、图像、数据等信息。但相　对于有线通信系统，在无线通信系统中，信号的　传播路径十分复杂，在传输过程中信号更易受到　很多的干扰和衰减的影响。因此，无线通信中　干扰方法的研究和预防一直是无线通信技术研　究的热点。笔者针对无线通信系统中广泛应用　的ＣＰＦＳＫ信号，通过ＭＡＴＬＡＢ仿真比较了在独　立随机噪声、相同调制随机干扰和相同调制部　分已知干扰这三种干扰方式下ＣＰＦＳＫ信号的　误比特率。　（ｔ，口）＝２，ｒｒｈ∑ａｉｑ（ｔ—　）　。　（２）　式中，ａｉ为信息序列；　为调制指数；ｇ（ｔ）为相位响应　函数；　为一个码元的持续时间　。将ＣＰＦＳＫ信号　的基带形式用指数形式来表示　ｓ（ｔ）＝Ａｅ　，　’　（３）　式中，　代表基带信号信息。信号通过无线信道后在　接收端的信号为ｒ（ｔ）。　ｒ（ｔ）＝ｓ（ｔ）ｅ　‘　＋ｇ（ｆ）　（４）　２　ＣＰＦＳＫ信号简介　ＣＰＦＳＫ信号由于其相位的连续性，不仅具有实　现容易、适用频带宽、抗干扰能力强、解调无需相干载　波等优点，而且避免了ＣＰＦＳＫ信号由于在频率转换　点上的相位不连续，而使功率谱产生很大的旁瓣分　●鼻投●投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ＡｕｄｉｏＥ．ｃａ　式中，ｇ（ｆ）表示在无线信道中的干扰信号　。　为了方便，假设在信道传输中只存在笔者讨论的　干扰信号，并且收端采用同样的解调方法对信号进行　处理。　下面依次介绍这三种不同的干扰方法。　２‘—０—１——３—￣３７卷第４期　—————————’。。。‘。　‘上ｌ　—‘—————’●■＿＿　１　而吾　＠匐　６⑥闶匡０＠＠　⑥囿＠⑥凹ｓ锕＠ｓ　通信电声　７臣　ｄｉｏ　ｇｉｎ　ｅ　ｅ　ｒｉｎｇ　咖脚城麟　无线通信中的信号处理技术　．　，　…　３　不同调制干扰信号对ＣＰＦＳＫ信号的　影响　建立无线通信干扰的仿真模型，如图１所示。　在此基础模型条件下，分别分析３种干扰信号的　误比特率及特点。　（１）于ＣＰＦＳＫ信号的随机噪声　此类干扰信号为于信号源的随机噪声，　在无线信道中，随机噪声是一种很直接也很隐蔽　的干扰方法。这里讨论的随机噪声是加性高斯白　噪声。　在仿真中，白噪声的产生是通过干信比计算出　干扰信号的功率，然后利用ＭＡＴＬＡＢ中的白噪声产　生函数ＷＡＮ（ａ，ｂ，‘功率’）来得到随机噪声的　』。　（２）ＣＰＦＳＫ信号调制方式相同的随机干扰信号　此类干扰信号是以已知被干扰信号的调制方式　为前提，不过与被干扰信号源不同的是干扰信号是随　机产生的。　（３）ＣＰＦＳＫ信号调制方式相同的信号且知道部　分信号源的干扰信号　此类干扰信号方式是在已知被干扰信号的调制　方式和部分信号信息为前提的条件下进行的干扰。　由于知道部分信号信息，为了达到干扰的目的，在干　扰信号的产生过程中就将已知信号信息反相而得到　相应的干扰信息　Ｊ。　４计算机仿真　利用ＭＡＴＬＡＢ进行仿真，发端产生的信号是调　制指数ｈ＝２／３的ＣＰＦＳＫ信号，载波频率的选择为　１　７００　Ｈｚ。因此频率键控信号的频率分别是１　３００　Ｈｚ　和２　１００　Ｈｚ。码元持续时间是１／１　２００　Ｓ　Ｊ。具体的　表达为　ｆ５１（ｔ）＝ｃｏｓ（２，ｔｒ×１　３００　Ｘｔ），发送比特为１时…　（ｆ）＝ｃｏｓ（２￣ｒ　ｘ２　１００Ｘｔ），发送比特为０时　而在接收端，由于发端的频点分别为１　３００　Ｈｚ　和２　１００　Ｈｚ，如果采用快速傅里叶变换来解调，为了　能准确地解调出信号，在变换得到的频域上应该包　ｌ５２Ｉ　２０１３￣：３７卷第４期　含有这两个频率点　］。这样信号的频率分辨率至　少应该是１００，对于采样为９　６００　Ｈｚ的信号来说，信　号的长度应该至少为１／１００；而实际信号的长度为　１／１　２００。所以这里采用正交接收的方法来解调。　正交接收的框图如图２所示。　图３是在不同干信比条件下，三种不同干扰方　法的误比特曲线图：其中“一　”曲线代表的是在随　机噪声干扰下的误码率曲线，“…”是第二种干扰方　法的曲线即采用相同调制方式的随机干扰信号的　误比特曲线，实线则是第三种干扰方法的误比特　曲线　５　结论　笔者介绍了相位连续的频移键控（ＣＰＦＳＫ）信号　条件下，三种不同调制干扰方式对该信号的影响。从　分析的结果来看：在干信比小于１的条件下，随机噪　（下转第５７页）　●■投●投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ＡｕｄｉｏＥ．ｃｎ　无线通信中的信号处理技术　咖离投蘸　Ｕ　ｃｌｉｏ　ｎｏｉｎｅ‘ｔｉｎ８　通信电声　＠⑥　［嗣凹响６＠固　６⑨闶匡０＠＠　⑥国＠◎凹§锄＠　ｃｓ系统方案。这种系统需要在发射端对信源序列进　行随机编码变换来达到对原始信号的有效观测，系统　是线性的，结构简单，而且解决了传统模拟滤波器采　样方案中由于因果性而产生的观测矩阵实效问题。　本文系统接收机端只需低速ＡＤＣ采样也可以获得较　好的ＵＷＢ信道估计性能，在对１ＥＥＥ　８０２．１５．３ａ　ＣＭ１　［６］ＣＨＡＲＴＲＡＮＤ　Ｒ，ＳＴＡＮＥＶＡ　Ｖ．Ｒｅｓｔｒｉｃｔｅｄ　ｉｓｏｍｅｔｒｙ　ｐｒｏｐｅｒ—　ｔｉｅｓ　ａｎｄ　ｎｏｎｃｏｎｖｅｘ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ［Ｊ］．Ｉｎｖ．Ｐｒｏｂ１．，　２００８，２４（３）：１—１４．　［７］ＳＴＯＪＮＩＣ　Ｍ，ＰＡＲＶＡＲＥＳＨ　Ｆ，ＨＡＳＳＩＢＩ　Ｂ．Ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｅｏｎ—　ｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｂｌｏｃｋ—ｓｐａｒｓｅ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｗｉｔｈ　ａｎ　ｏｐｔｉｍａｌ　ｎｕｍｂｅｒ　ｏｆ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，２００９，５７　（８）：３０７５　３０８５．　信道仿真中可以看出，基于随机编码变换的ｃｓ系统　可以成功实现信道估计。　ｃＳ理论是近几年研究比较热门的理论，但在　［８］ＥＬＤＡＲ　Ｙ，ＭＩＳＨＡＬＩ　Ｍ．Ｒｏｂｕｓｔ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｏｆ　ｓｉｇｎａｌｓ　ｆｒｏｍ　ａ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ　ｕｎｉｏｎ　ｏｆ　ｓｕｂｓｐａｃｅｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ，　２００９，５５（１１）：５３０２—５３１６．　ＵＷＢ通信中的应用还很不成熟，许多问题还有待解　决，但其在降低采样率方面已经表现出了很大的优　势。本文仅讨论了ｃｓ理论在信道估计方面的问题，　而其他问题如稀疏信号的重构算法的优化、观测矩阵　的选取和误码性能的界限分析等问题仍需进一步深　入研究。　参考文献　［９］ＢＲＩＴＯ　Ａ　Ｅ，ＣＡＢＲＥＲＡ　Ｓ　Ｄ．Ａｎａｌｙｓｉｓ　ｏｆ　ａｎ　ａｄａｐｔｉｖｅ　ｅｘ—　ｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎ　ａｌｇｏｒｉｔｈｍ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｏｆ　ｈａｒｍｏｎｉｃ　ｓｉｇｎａｌｓ　［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．３４ｔｈ　Ａｓｉｌｏｍａｒ　Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ　ｏｎ　Ｓｉｇｎａｌｓ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　ａｎｄ　Ｃｏｍｐｕｔｅｒｓ．Ｐａｃｉｆｉｃ　Ｇｒｏｖｅ，ＣＡ：［Ｓ．ｎ．］，２０００（１）：２３３　—２３７．　［１０］ＨＥＧＤＥ　Ｃ，ＤＵＡＲＴＥ　Ｍ　Ｆ，ＣＥＶＨＥＲ　Ｖ．Ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｅｎｓｉｎｇ　ｒｅｃｏｖｅｒｙ　ｏｆ　ｓｐｉｋｅ　ｔｒａｉｎｓ　ｕｓｉｎｇ　ａ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ　ｓｐａｒｓｉｔｙ　ｍｏｄｅｌ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃ．Ｗｏｒｋｓｈｏｐ　Ｓｉｇｎａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　ｗｉｔｈ　Ａ—　ｄａｐｔ．Ｓｐａｒｓｅ　Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄ　Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎｓ（ＳＰＡＲＳ）．Ｓａｉｎｔ　［１］ＣＨＩＡＮＩ　Ｍ，ＧＩＯＲＧＥＴＦＩ　Ａ．Ｃｏｅｘｉｓｔｅｎｃｅ　ｂｅｔｗｅｅｎ　ＵＷＢ　ａｎｄ　ｎａ￣ｏｗｂａｎｄ　ｗｉｒｅｌｅｓｓ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ，　２００９，９７（２）：２３１—２５４．　Ｍａｌｏ，Ｆｒａｎｃｅ：［Ｓ．ｎ．］，２００９．　［１　１］ＣＡＮＤ￣Ｓ　Ｅ　Ｊ，ＴＡＯ　Ｔ．Ｄｅｃｏｄｉｎｇ　ｂｙ　ｌｉｎｅａｒ　ｐｒｏｇｒａｍｍｉｎｇ　［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ，２００５，５１：４２０３　４２１５．　［２］ＷＩＮ　Ｍ　Ｚ，ＤＡＲＤＡＲＩ　Ｄ，ＭＯＬＩＳＣＨ　Ａ　Ｆ，ｅｔ　ａ１．Ｈｉｓｔｏｒｙ　ａｎｄ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ＵＷＢ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｊｏｕｒｎａｌｓ＆Ｍａｇａｚｉｎｅｓ，　２００９，９７（２）：１９８—２０４．　［１２］严国荣．超宽带无线通信技术——ｕｗＢ［Ｊ］．电声技　术，２００２（１２）：６０－６２．　作者简介　［３］　ＣＡＮＤ￣Ｓ　Ｅ　Ｊ，ＲＯＭＢＥＲＧ　Ｊ，ＴＡＯ　Ｔ．Ｒｏｂｕｓｔ　ｕｎｃｅｒｔａｉｎｔｙ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅｓ：Ｅｘａｃｔ　ｓｉｇｎａｌ　ｒｅｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ　ｆｒｏｍ　ｈｉｇｈｌｙ　ｉｎｃｏｍ—　潘剑，硕士研究生，主要研究方向为超宽带（ＵＷＢ）无线通信；　晋本周，博士研究生，主要研究方向为超宽带（ＵＷＢ）无线　ｐｌｅｔｅ　Ｆｏｕｒｉｅｒ　ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ［Ｊ］．１ＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ，　２００６，５２（２）：４８９　５０９．　通信；　张盛，副教授，主要研究方向为基于微处理器的智能信息系统　芯片（ＳＯＣ）研究，宽带无线通信技术及芯片集成实现；　林孝康，教授，博士生导师，主要研究方向为数字通信网、物联　网、智能电网的研究工作。　［责任编辑］丁雪　［收稿日期］２０１２—０４—１８　［４］ＤＯＮＯＨＯ　Ｄ　Ｌ　Ｃｏｍｐｒｅｓｓｅｄ　ｓｅｎｓｉｎｇ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　Ｔｒａｎｓ．　Ｉｎｆ．Ｔｈｅｏｒｙ，２００６，５２（４）：１２８９—１３０６．　［５］ＣＡＮＤ６Ｓ　Ｅ　Ｊ，ＲＯＭＢＥＲＧ　Ｊ．Ｓｐａｒｓｉｔｙ　ａｎｄ　ｉｎｃｏｈｅｒｅｎｃｅ　ｉｎ　ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓａｍｐｌｉｎｇ［Ｊ］．Ｉｎｖｅｒｓｅ　Ｐｒｏｂｌｅｍｓ，２００７，２３（３）：　９６９—９８５．　（上接第５Ｚ页）　声干扰的效果更好一些，在干信比大于１的条件下，　社，１９９６．　后两种方法干扰的效果比随机噪声更好。能起到有　效干扰信号的目的。　［３］ＳＫＬＡＲ　Ｂ．数字通信一基础与应用［Ｍ］．３版．徐平平，译．　北京：电子工业出版社，２００２．　［４］周渊，王炳和，刘斌胜．基于ＭＡＴＬＡＢ的噪声信号采集与　分析系统的设计［Ｊ］．电声技术，２００４（７）：５２—５４．　随着数字信号处理技术的不断发展，干扰技术　也在不断发展。这为研究、选取合适的干扰方法提供　了更为广阔的思路，也为下一步工作打下了良好的　基础。　参考文献　［５］周亮．编码调制基础［Ｍ］．成都：电子科技大学出　版，１９９８．　［６］马雯，黄建国，张群飞．基于正交频分复用的高速水声通　信技术研究［Ｊ］．电声技术，２００４（５）：４０—４２．　作者简介　［１］ＲＡＰＰＡＰＯＲＴ　Ｔ　Ｓ．无线通信原理和应用［Ｍ］．周文安，付　秀花，王志辉，等，译．北京：电子工业出版社，２００２．　刘轲翟，硕士研究生，主要研究方向为信号及信息处理。　［责任编辑］闫雯雯　［收稿日期］２０１２—０９—０７　［２］陈继努，胡庆．数字通信Ｔ程［Ｍ］．北京：人民邮电出版　电声技埔投稿网址：ｈｔｔｐ：／／ＡｕｄｉｏＥ．ｅｎ　生蔓　！鲞蔓　塑团