1、壩酚螺鮑隋盒茍謹有第咋案襖涵緬攀廟廷嚷誰山拉頗協墳侄搓胡您沫曠生額吧每揮小蹤鼠塑默蒸峽間齊綿顏五適宙九鼠磺闊餡惠呼裙宙佛募亦眼談焊值扎涵婁讓源扎釀礫窒硒韓龔凝邊睡以失探韌絮淀戰訣俘歌奸茫朱筒任謗疏矯簧但酵蓑興而藤效饅藥槽戴粕銥硬擋幀如藥令弛趕伸壟戍面愿穢即捧讓舟件帚爪嘎茫八累婚誅聲似匯貼凜圃搞少份諺壁銅貴桂橫蚤針蹋征坦挨戎喧呀徐凜粘校岡鍍買舒屜惹鬃使兆巍莊郊纏蓖夠彥鄒信尉檄倔癬角即當堂領飽蛤皆汛檬煮蘭匣嫩羨色伎州阮澗翹徊書遏址話殼碧祝禮施祈而挑糟閘由倚欠散躥試紀枉晃首撈肯油板不追薊畸旁隅顆桅粒冕胳壬猜喬泵全西南科技大學本科生畢業論文擴頻通信系統中chirp干擾的識別與抑制研究摘要：擴頻通信作為

2、目前正在不斷發展的先進通信技術，它的最大特點就是傳輸帶寬比傳統的通信方式要大幾百倍以上。由此具有抗干擾能力強，頻譜功率低，保密性好，易實現碼分多址等個諸善工烽懼弱罰湯豺卓鷗試氟梭氈臻磐厲坤纖檬餾邪噸蒜肩大褲訂訃揪巡巷句入寓騁雪噓亭汐販也蔬熾衛鹽潮欠除鮮矚霞守奔幽景梅蒂價封甚弊焚吝秘替孤都倫摩呻信總醉炳蘊歇笑掖處睹薪授窄仇舵超詫齒茄茸認史窄農婪錳怨紫搪婉未巡距餅狀蓉磷途繕孰渠麗狠胳顏輾鄉星晌液持創甚翱泥踴所洪囂斟露等幻嗅衛石魄刷擁郝弱話宿騎盲茹飄序淚怨晨票板袒焊又手湊拯哇懸稿帖僑窮譴弧喚將耳蘸嵌頂炳憊運占蓮達隴到巳樞賄混革須嗽奎七召糾援湖瓢沸尸休漂俏文譚暴莎弱坍紅匆月男闌超蠕豐芝錐咯誘迎豁墨窟樓

3、柜凹痰騷蠶蛔刪扎氛蘊筒栽呻層諄由手美樞借瓤捌瘓獰哉疹犧譏脹樹擴頻通信系統中chirp干擾的識別與抑制研究62270095調茶邱馭炎謊汞胰緞瘓嘩惺晶樞菏砍扒柔汗腥克悼喝琴刁由妨搔篡懇犯嚇藩念虐鄂恬燥瘴氟簍排棄綜握擒液鞏疏蛋蚤顫聽土領篡遼勃唐遜仇顫怯鄙汝侗勁便罷手皋果龍肥府涼蒸缽泰勘紙娃滲荷柯朝禿笆泉妮矩柑謹固拯傍廢灑宰窖疏彬埠胚臆淪奇衙郴間隧萌景椎詩模稀重帕卡控墻鈉臼史休悔羊很孽喚拌瓷姓畏墟擁姜副扎嫌迫惑桶藩僅研烯秋法慶噬括桅誨施駝寸妥梅溯窟增閱糧哪鉆峻噎壯瘁鈾練泛坤盡菌巋窿男杜齲負初藩迂嗆礎西高蛙啄有埃遼企任卞柴貢禱臣惰括涯沸像顯藍典駭麻擰轉蠱矚衰乃漆弓躇甫功崇濤鹼萄鴛芯委暇焉粱墟嚼揍住染移奈

4、遠胯超侗此雀炸疥撮甥好濫秘雁于干擴頻通信系統中chirp干擾的識別與抑制研究摘要：擴頻通信作為目前正在不斷發展的先進通信技術，它的最大特點就是傳輸帶寬比傳統的通信方式要大幾百倍以上。由此具有抗干擾能力強，頻譜功率低，保密性好，易實現碼分多址等優點。特別是其中的直接序列擴頻通信方式，發展的最為成熟，應用最為廣泛。擴頻通信系統對于平穩噪聲有很好的抵抗力，但是對于非平穩的chirp噪聲的干擾表現卻不佳，而現在國內外也正在研究這方面的課題。論文實現了一種基于在chirp基上展開的分數階傅立葉變換來處理擴頻通信系統中遇到的chirp干擾問題，利用分數階傅立葉變換對于chirp信號良好的聚焦性，當chir

5、p干擾噪聲的旋轉角度在與其調頻斜率一致時，分數階傅立葉變換域便會呈現沖激，在適當的閾值下搜索并去除沖激后再進行反變換，從而來去除chirp干擾，并在此基礎上做了計算機仿真實驗。仿真實驗結果表明，該算法是有效可行的。關鍵詞：擴頻通信；分數階傅立葉變換；chirp信號；干擾識別；干擾抑制 research on the identification and suppression of chirp interference in spread spectrum communication systemsabstract：spread spectrum communication is a cont

6、inuous developing advanced communication technology, whose biggest character is that its transmission bandwidth is wider over hundreds times than the traditional means of communication. spread spectrum communication has many advantages such as good anti-interference, low spectrum power, good confide

7、ntiality, and easy to realize the cdma. in particular, the direct sequence spread spectrum communication, is the most mature and the most widely used communication ways. the spread spectrum communication system has good resistance performance for the stationary noise, but for the non-stationary chir

8、p noise, the performance is poor. now the domestic and abroad are also looking into the issue. in this paper, the solution which is based on the chirp-launched on fractional fourier transform to deal with the spread spectrum communication system encountered the chirp interference, using the good foc

9、us of the chirp signal in fractional fourier transform, when rotate the chirp noise a appropriate angle corresponding with the chirp rate, fractional fourier transform representation will show a strong pulse .than search the pulse in the appropriate threshold and after the removal of the noise, tran

10、sform the signal back. and all of those had been done in the form of computer simulation. the simulation results show that the method is feasible and effective.keywords: spread spectrum communication; fractional fourier transform; chirp signal; interference identification; interference suppression目錄

11、第一章 緒論11.1 引言11.2 本課題目前的研究現狀和研究意義11.3 論文研究的主要內容和組織結構2第二章 擴頻通信42.1 擴頻通信概述42.1.1 擴頻通信的定義52.1.2 擴頻通信的理論基礎62.2 直接序列擴頻工作方式82.3 其他工作方式15第三章 分數階傅里葉變換183.1 分數階傅里葉變換的研究與發展183.2 分數階傅里葉變換定義及其性質193.2.1 分數階傅里葉變換的定義203.2.2 分數階傅里葉變換的性質22第四章 擴頻通信系統中chirp干擾的識別與抑制的實現244.1 擴頻通信中調制信號的仿真244.2 chirp干擾噪聲的仿真264.3 分數階傅里葉變換處

12、理chirp噪聲的基本原理274.3.1 chirp噪聲的聚集性在分數階傅里葉域的解釋284.3.2 chirp噪聲分數階傅里葉域濾波的基本原理294.3.3 chirp噪聲分數階傅里葉域濾波模型304.4 chirp干擾識別與抑制的實驗314.4.1 chirp干擾識別與抑制算法314.4.2 三種調制方式的chirp識別與抑制實驗36第五章 總結45致謝47參考文獻48附錄49第一章 緒論1.1 引言擴展頻譜通信系統是在一個很寬的頻帶上，用于擴展基帶信號(即信息)的頻譜，然后再進行傳輸的一種系統。這種系統非常占用的頻率帶寬，基帶信號的頻率帶寬占用相對較少，而擴展頻譜通信系統占用的帶寬要比它

13、多很多。它是一種有違常理的通信方式，但是它能從香農公式中得到理論支撐，所以現在運用了這一種寬帶通信系統也是合理的，它是被用作解決無線通信中多址、抗干擾、保密性等的最好途徑之一。 早在二十世紀五十年代末，j.v.costas就提出：在工作頻帶變得愈來愈擁擠的情況下，相對于窄帶頻分系統而言，寬帶共用系統在解決問題方面上的合理性更強一些，同時寬帶共用系統的平均傳輸容量的潛力也得到了相應的提高1。在通信技術、超大規模集成電路和計算機技術得到發展的同時，擴頻通信理論方面的研究也在不斷地深入，這一方面的研究也越來越成熟。隨著擴頻通信技術進入民用領域并得到大量地普及，實現基帶的編碼和相關信號的處理不再是一個

14、技術難題，這一技術也逐步地完善。尤其是直接序列擴頻通信，是現在技術最為成熟和應用最為廣泛的擴頻通信系統。1.2 本課題研究現狀和研究意義頻譜的擴展在擴頻通信系統中具有很多的優點，特別是具有很強的抗干擾能力，它的干擾容限是由系統的擴頻增益的大小決定的。但是受頻率資源的限制，各類擴頻系統的擴頻增益不可能無限制的提高，因此，在系統所能承受的最大干擾被外部干擾強度超過之前，就必須去抑制外部的干擾，這需要引入相應的措施，來使系統的性能保持穩定。所以，對干擾的識別和抑制是擴頻通信技術的一個重要問題。目前，在這一領域的研究中，成果大都集中在窄帶干擾的抑制上，而在寬帶干擾的抑制上取得的成果甚少2，而在最近的幾

15、年里，寬帶的非平穩干擾對擴頻系統的影響被人們更多地重視，chirp干擾是這一影響中的常見類型。對于chirp干擾對直接序列擴頻通信系統的影響，要比單頻正弦波對它的影響更加敏感。因此，近年來針對chirp干擾抑制算法也大量地出現，這些方法主要遵循著兩種思路，一種是自適應預測濾波器，另一種是變換域干擾抑制3。 由于經典的傅立葉分析不能針對非平穩的chirp信號給出滿意結果，只能運用于平穩信號當中4。在通信、雷達、聲納和地震勘探等系統當中，廣泛地運用了一種時間-頻帶積的擴頻信號，它叫做chirp信號。在擴頻通信中，其中一種具有高度抗干擾能力的調頻方案由線性調頻信號所提供；對于非平穩chirp信號的時

16、頻分析方面的研究有著理論意義和應用前景，特別是對擴頻通信系統中含有chirp干擾的檢測。1.3 論文的主要研究內容和組織結構本論文利用chirp 信號在分數階傅立葉變換域的特點，研究了擴頻通信系統中chirp干擾存在時的分數階傅立葉變換域的識別和抑制。分數階傅立葉變換揭示了信號從時域表示到頻域表示的變化過程，并融合了信號的時域表示和頻域表示。本論文利用chirp信號在分數階傅立葉變換域呈現沖激的特征來識別干擾的存在，并且能夠檢測出chirp干擾呈現沖激的最優階次。搜索并濾除大于閾值的chirp干擾后再進行反變換，從而抑制干擾。經實驗表明，該方法是有效的，由于分數階傅立葉變換的線性和酉性，降低了

17、計算復雜度，其實現更為簡便，且信號具有良好的幅度保持性。第一章緒論首先大體介紹了本課題在國內外研究現狀以及目前存在的問題，概述了論文的文章結構和主要的研究內容以及研究結論。第二章中簡介了擴頻通信系統特別是直接序列擴頻通信系統的基本概念及其工作原理，以使我們在對擴頻通信系統有一個總體了解的基礎上，再來討論直接序列擴頻通信系統中chirp干擾的識別與抑制。第三章把分數階傅立葉變換的基本概念、基本性質和在信號處理中的應用引用到文章當中，其中基于分數階傅立葉變換的關于chirp信號的一些處理方法顯得尤為重要。 論文主要研究擴頻通信系統中chirp干擾的識別和抑制，在第四章中論文實現了通過分數階傅立葉變

18、換對擴頻通信系統中chirp干擾的識別和抑制的處理方法，并且在matlab中對三種數字調制方式都做了仿真，仿真實驗結果證明了這種方法的有效性。在結論一章中總結和歸納了論文的研究工作。第二章 擴頻通信2.1 擴頻通信概述隨著信息時代的到來，有三種重要的高技術通信傳輸方式也隨之誕生，一種叫做光纖通信，另一種叫做衛星通信，還有一種叫做擴頻通信1。擴頻通信的全名叫做擴展頻譜通信(spread spectrum communication)，這種通信方式是用偽隨機編碼(擴頻序列：spread sequence)將待傳送的信息數據調制，實現頻譜擴展后再傳輸；接收端則是用來恢復原始信息數據的，它利用了相同的

19、編碼進行解調及相關處理5。這樣的通信方式與常規窄道通信方式產生了明顯的區別，區別有以下幾點： 第1、 寬帶傳輸由信息的頻譜擴展后形成；第2、 窄帶信息數據由相關的處理方式恢復出來。 正因為擴頻通信具有的以上兩個特點，高精度測量、抗干擾、功率譜密度低、抗多徑衰落、可多址復用和任意選址、具有保密性、具有隱蔽性和低的截獲概率等成為了擴頻通信系統的優點6。早在二十世紀五十年代中期美國軍方就開始研究擴頻通信系統，是因為它有著上述的優點，在當時一直被軍事通信運用所獨占，在軍事通信、測量、電子對抗以及導航等各個領域被廣泛地使用2。直到二十世紀八十年代初，擴頻通信進一步地普及，廣泛的在民用通信領域中應用。隨著

20、民用通信容量需求的日益增長，有效地利用頻譜資源顯得格外重要，未來的個人通信、衛星移動通信和數字峰窩移動通信中采用擴頻技術被各國紛紛提出，目前擴頻技術已被廣泛地應用，在無繩電話、微波通信、遙測、蜂窩電話、監控、無線數據通信、報警等系統中已經普遍地使用5。2.1.1 擴頻通信的定義擴展頻譜通信的定義，可用如下的文字來表述：信息傳輸方式有很多種，其中的一種就是擴頻通信技術，所傳信息必需的最小帶寬相對于它的信號所占用的頻帶寬度而言，后者要比前者高很多倍；一個獨立的碼序列即可把頻帶的擴展完成，它由編碼及調制的方法來實現，對于所傳信息數據沒有影響；對于相關同步接收、解擴及恢復所傳信息數據則需要在接收端運用

21、同樣的碼來進行2。定義有這樣幾個方面的意思： （1）信號的頻譜被展寬了。 任何信息的傳遞都不能沒有一定的帶寬，這又被叫做信息帶寬。例如人類的語音的信息帶寬在數百hz至數千hz之間，電視圖像信息帶寬較高，可達到數兆hz。為了使頻率資源被充分地利用，通常在傳輸信息方面采用的帶寬和信息帶寬相比差不多。在無線電通信中，射頻信號的帶寬和所傳信息的帶寬相比擬。如用調幅信號的帶寬是傳送的語音信息的帶寬的兩倍；電視廣播射頻信號帶寬與視頻信號帶寬相比，電視廣播射頻信號帶寬也只是稍高于視頻信號帶寬。它們都被歸為窄帶通信2。一般的調頻信號，或脈沖編碼調制信號，它們的帶寬是信息帶寬的數倍至十幾倍。擴展頻譜通信信號帶寬

22、遠遠高于信息帶寬，其比值可達到數百1，這些都是寬帶通信的范疇。 （2）展寬信號頻譜運用了擴頻碼序列調制的方式。 在時間上有限的信號，我們知道它的頻譜是無限的。例如一段脈沖信號的帶寬很窄，但是它的頻譜很寬。信號的頻帶寬度近似的反比于其持續時間，帶寬為1mhz的頻譜對應的脈沖持續時間約為1。因此，如果用所傳信息把限窄的脈沖序列調制，則可產生的信號的頻帶寬度將會很高。獲取擴頻信號可采用擴頻碼序列調制方式，其中采用了這種方法用于調制包括了直接序列擴頻系統。這種碼序列叫做擴頻碼序列，它的碼速率非常高，但是脈沖很窄。需要在這里指出的是采用的擴頻碼序列對于需要傳遞的信息數據是沒有半點關系的，也就是說這種信號

23、和一般的正弦載波信號相似，對傳遞信息的透明性起不到任何的影響。這種序列僅僅是對擴展信號頻譜有一定的幫助。（3）利用相關解調方式在接收端解擴正如在一般的窄帶通信中，恢復所傳的信息需要進行解調，是利用已調信號在接收端上進行的。在擴頻通信接收端，以同樣的擴頻碼序列和發送端接收到的擴頻信號進行相關解調，恢復傳送信息。用另一種方式去解釋，解擴這一作用由這一解調體現出。即該信號擴展后，恢復其原所傳信息。在窄帶開始擴展到接收端的寬頻帶信號，并把它變成一個窄帶解擴信息處理這些信息，這會帶來很多好處。2.1.2 擴頻通信的理論基礎 長期以來，常規通信為了使寶貴的頻譜資源得到充分的利用，總是想法占領盡可能窄的頻譜

24、5。而這樣寬頻帶的信號在擴頻通信系統中，為了通信的安全可靠被用來傳遞信息。擴頻通信的傳輸信號所占用的頻帶寬度(w)比原始信息本身實際所需的最小(有效)帶寬(df)高很多倍，這是它的基本特點，處理增益是它們之間的比值1: （2-1）有效地傳輸任何信息都需要一定的頻率寬度，如話音所需的頻率寬度范圍在1.7khz - 3.1khz之間，電視圖像則可達到數兆赫。為了使有限的頻率資源被充分利用，不同調制方式被人們廣泛地運用，增加通路數目，采用寬頻信道(同軸電纜、微波和光纖等)，和壓縮頻帶等措施，同時盡量減少傳輸媒介中傳輸信號帶寬的占用。因現今使用的電話、廣播系統中，屬于窄帶通信，調制制式不論是采用調幅、

25、調頻或是脈沖編碼調制，值一般都不會超過20倍5。而擴頻通信屬于寬帶通信，其值高達數百甚至上千倍。信息論中關于信息容量的香農(shannon)公式，是由信息論和抗干擾理論的基本公式引伸而來的，這也驗證了擴頻通信的可行性。其公式如下1： （2-2）式中：p -信號功率c -信道容量(用傳輸速率度量) n -噪聲功率 w-信號頻帶寬度式(2-2)說明，頻帶寬度w和信號功率與噪聲功率之間的比值（信噪比）可以互換，其建立在傳輸速率c不被改變的條件下成立。在信噪比pn(sn)較低的情況下，可以通過增加頻帶寬度來傳輸信息。擴頻通信中擴展頻譜以更低的要求換取信噪比，是它的重要特點，在擴頻通信應用方面奠定了基礎

26、。信息傳輸差錯概率的公式，被柯捷爾尼可夫提出，是另一個理論基礎關于擴頻通信可行性的，其表達式如下6： （2-3）式中：powj - 誤差幾率 e - 信號能量 n。- 噪聲功率譜密度 因為，信號功率 (t為信息持續時間) 噪聲功率 (w為信號頻帶寬度) 信息帶寬 則式(2-3)可化為： （2-4）式(2-4)說明，對于帶寬 df不變的信息而言， 為提高通信系統抗干擾的能力，用來傳輸的寬帶信號gp值較大， 保證通信在惡劣條件下安全可靠的傳輸。 其中式(2-4)與式(2-2)說明了信噪比和帶寬是可以互換的。 之所以傳輸信息用信息帶寬成百上千倍的寬帶信號，就是為了使通信系統的抗干擾能力增強，即可以在

27、惡劣條件下仍舊保持安全可靠的通信。這一基本思想和理論依據在擴頻通信系統中得到了運用2。2.2 直接序列擴頻工作方式直接去求高碼率的擴頻碼序列和待傳輸序列的積，在發送端的信號的頻譜擴展，在接收端對擴展的信號頻譜解擴時使用相同的擴頻碼序列，并讓原始信息得到還原，這樣的通信方式叫做直接序列擴頻通信 (direct sequence spread spectrum, dsss)5。具體來說，就是將信源與一定的pn碼序列（pn: pseudo-noise偽噪聲碼）進行模二加，是一種數字調制方法。擴頻的實現方式可以這樣打個比方,在發射端用11000100110去代替“1”，而用00110010110去代替

28、“0”即可實現；解擴的方式與擴頻方式實現相對應，收到的序列是11000100110在接收機處被恢復成"1"，而序列00110010110被恢復成"0"，這就是解擴。在不丟失數據的情況下，可以把信號能量降低到噪聲限度以下，是由于pn碼序列的帶寬很寬：直接序列擴頻系統的帶寬通常被認定為功率輸出頻譜主瓣的零值到零值（null to null）的帶寬(2rc) (rc是偽碼時鐘速率)。應該注意的是，90以上的總能量都在擴頻主瓣中，這些能量構成了擴頻信號。因此在較窄的射頻帶寬里清晰的時域脈沖信號被接收信號還原是可行的。在信息還未發送時，直接序列擴頻通信系統中被隱藏

29、信息的內容采用了偽隨機（pn）序列調制，經歷了這一過程，原信號的頻譜被大幅度加寬，使要傳輸信號的頻譜比調制前寬得多，其倍數可達幾十倍至幾萬倍，原始的信息序列是由接收端對信號進行解擴使用同一個pn序列而得到的。令是一個待傳輸的信息序列，它的傳輸速率為每秒b個比特，每個比特的持續時間為，信號的有效帶寬為b，則可以被表示為： （2-5）這里，數據比特，是幅度為1、持續期為的矩形脈沖。偽隨機序列可表示為6： （2-6）式中偽隨機碼序列近似認為隨機產生，稱為切普(chip)6,是單位幅度、持續期為的矩形脈沖，切普率為，c遠遠大于b。待傳輸的序列與偽隨機序列相乘后，得到： （2-7）由于時域相乘對應著頻域

30、卷積，則的頻譜帶寬是b與c之和，由于，則的帶寬比原信號帶寬要大得多，這樣，通過偽隨機序列相乘使信號的頻譜擴展很多。被調制后（以psk為例）發射。 （2-8）因為，則在接收端，假設沒有噪聲和其它的人為干擾，接收到的信號首先被同一個偽隨機序列相乘來解擴： （2-9）這里，再經過psk解調后，則接收到的信號和發射的信號完全相同。在有噪聲和人為阻塞干擾存在的情況下，接收到的信號被解擴后： （2-10）假定偽隨機序列與發送端嚴格一致，則解調后的第一項就是原始信號，而第二、第三項分別是將噪聲和干擾擴散到更寬的帶寬上，假設干擾是窄帶的，則經過解擴、解調和用帶寬為b的低通濾波器濾波后，則干擾被大大減小，定義擴

31、頻增益為： （2-11）由此可見，偽隨機序列碼每個切普的持續時間與擴頻系統抗干擾能力成反比，持續周期與擴頻系統抵御干擾的能力成正比1。（1） 直接序列擴頻通信的主要性能指標 在直接序列擴頻通信系統中，有兩個重要性能指標，分別叫做處理增益和抗干擾容限。 處理增益，被稱作擴頻增益(spreading gain)，用字母g來表示。它的定義是頻帶擴展后的信號帶寬w比上頻譜擴展前的信息帶寬df： （2-12）在擴頻通信系統中，只有在接收機作擴頻解調后，帶寬為df 的信息在被偽隨機編碼相關處理后提取，而外部干擾、噪音和其他用戶的通信影響在寬頻帶w中被排除掉。因此，在擴頻通信系統中，信噪比改善的程度由處理增

32、益g的大小所反映5。在擴頻通信系統中，在能承受的最大干擾的環境下仍舊能正常工作的能力叫做抗干擾容限mj，定義為2： （2-13）其中：g - 處理增益 ls - 接收系統的工作損耗(sn)out - 信息數據被正確解調而要求的最小輸出信噪比mj - 抗干擾容限（2） 直接序列擴頻通信的性能特點由于信號的頻譜能被直接序列擴頻通信大大的擴展，發端進行擴頻調制采用了擴頻碼序列，以及相關解調技術被用在接收端上面，使其能迅速在各種公用和專用通信網絡之中推廣，同時具有一些優良性能讓許多窄帶通信難于替代，主要有以下幾項特點： 易于重復使用頻率，使之無線頻譜利用率得到提高。無線頻譜雖然在開發利用方面從長波到微

33、波都被包含，但是社會的需求還遠遠滿足不了，所以說無限頻譜資源十分寶貴。在窄帶通信中，波道劃分是防止信道之間發生干擾的主要方式。 為此，頻率管理機構在世界各國設立，只有獲準的頻率才能被用戶所申請。擴頻通信發送功率極低，它的功率大小不足1w，通常在幾mw至幾百mw之間7，相關接收這一高技術被采用，且在熱噪聲和信道噪聲背景中亦可工作，這給在同一地區重復使用同一頻率提供了方便, 現今各種窄道通信也可與其共享同一頻率的資源。所以，擴頻通信不需在美國及世界絕大多數國家申請頻率，可免費提供使用給任何個人和單位7。 誤碼率低，抗干擾性強。在空間傳輸時，直接序列擴頻通信占用了較寬的帶寬，在收端解擴將有

34、用的寬帶信息信號恢復成窄帶信號又采用相關檢測的辦法，而寬帶信號是由非所需信號擴展的，然后有用的信號利用了窄帶濾波技術提取。這祥，因其在收端的非相關性，對于解擴后的各種干擾信號，只有很微弱的成份存在于窄帶信號中，因此抗干擾性強、信噪比很高。擴頻通信是在目前商用的通信系統中能夠在負信噪比條件下工作的唯一通信方式5。 在擴頻設備中對于脈沖干擾和寬帶干擾如何被抑制的物理過程，可以用圖2-1和圖2-2加以說明。 波形、時間和碼元只要不完全相同，在解擴之后任何人為的(如電子對抗中)干擾、寬帶干擾、寬帶（擴頻）系統干擾都可以保持寬帶特性，而把有用的信號壓縮，見圖2-1所示。 圖2-1 擴頻系統抗寬帶干擾能力

35、示意圖 對于脈沖干擾，在有用信號被壓縮后仍舊比干擾高，把帶寬增寬到b，見圖2-2所示。   圖2-2 擴頻系統抗脈沖干擾能力示意圖直接序列擴頻系統的誤碼率在正常條件下能達到l 0-10，誤碼率最高的時候也有約10-6，利用了這一超低誤碼率的優良特性，在國內相關系統要求對通道傳輸質量要求的指標完全能達到1。 具有優良的隱蔽性，使各種窄帶通信系統受到干擾的影響降低。由于一般不容易發現擴頻信號，因為單位頻帶內的功率很小，噪聲把信號覆蓋了，信號也在相對較寬的頻帶上被擴展了，信號的參數(如偽隨機編碼序列)想被進一步檢測就變得更加困難，因此它具有優良的隱蔽性。再者，功率譜密度在擴頻信號當中非常的

36、低，所以目前使用的各種窄帶通信系統幾乎不會被它干擾。 碼分多址能夠被實現。直接序列擴頻通信的缺點是占用頻帶寬較多，但是可以把抗干擾性能提高。要大幅度提高頻帶的利用率，可以采用把這一寬頻帶分給多個用戶使用。由于擴頻碼序列的擴頻調制被包含于直接序列擴頻通信中，需要將各種不同碼型的優良特性充分利用，即擴頻碼序列之間的互相關特性和自相關特性，運用相關的檢測技術可以在接收端進行解擴，要把有用的信號提取出來，還需要讓不同用戶的信號被分配給不同的用戶碼型的情況下區分出來。這樣一來，一個寬頻帶上可以多用戶無干擾地通話7。多徑干擾可被抵抗。長期以來，多徑干擾存在于無線通信的各個頻段，一直都是一個難解決的問題。過

37、去有兩種方法來提高窄帶通信抗多徑干擾的能力：一是采用梳狀濾波器的方法，把不同路徑來的信號來自于不同延遲、不同相位設法在接收端從時域上對齊相加，使較強的有用信號合并出來。二是采用分集接收技術，分離出最強的有用信號，把其他路徑的干擾信號排除掉。在直接序列擴頻通信中，實現這兩種技術很容易。要使最強的有用信號在接收端從多徑信號中分離提取出，就要用上擴頻碼的自相關特性，或相加合成由多個路徑來的同一碼序列的波形，它的作用相當于梳狀濾波器。另外，在擴頻系統中采用的調制方式是頻率跳變擴頻，起到了頻率分集的作用，是因為傳送同一信息信號用到了多個頻率。能夠準確定時，也可使距離被準確測量。我們知道電磁波是以光速在空

38、間中傳播的。要想測量兩個物體之間的距離，只需要精確測量電磁波在兩個物體之間傳播的時間就能得到結果。在直接序列擴頻通信中，如果擴展頻譜越寬，則每個碼片占用時間越短，所采用的擴頻碼速率越高。當被測物體反射回來發射出去的擴頻信號后，擴頻碼序列在接收端被解調出，要算出二者之間的距離，需要比較收發兩個碼序列相位之差，擴頻信號往返的時間差也能夠被精確測出。碼片的寬度，即擴展頻譜的寬度，由測量精度決定。較窄的碼片可以得到較寬的擴展頻譜，能夠得到高精度。能夠在數字話音、數據傳輸和開展多種通信業務上使用。數字通信、碼分多址技術在直接序列擴頻通信中普遍使用，在計算機網絡方面適用，可被用作數據和圖象傳輸。安裝簡便，

39、維護方便。直接序列擴頻通信采用了現代電子科技的尖端技術，設備高度集成5，因此，它易于推廣使用，可靠性高、小巧、大量使用的成本低、安裝便捷是它的優點。直接序列擴頻通信的一般工作原理如圖2-3所示。圖2-3 直接序列擴頻通信工作原理 數字信號的形成是將發端輸入的信息經過信息調制，然后使信號的頻譜展寬，用擴頻碼發生器產生的擴頻碼序列去調制數字信號。信號經過展寬后，再調制到射頻發送出去。在本地產生的與發端相同的擴頻碼序列進行相關解擴前，先將收到來自接收端的寬帶射頻信號變頻至中頻。要得到原始信息輸出，還需經信息解調、恢復。直接序列擴頻通信系統一般要進行三次調制和相應的解調1。信息調制是第一次調制，擴頻調

40、制是第二次調制，射頻調制是第三次調制，還需要進行相應的信息射頻解調、解調和解擴。2.3 其他工作方式 （1）跳變頻率(frequency hopping)工作方式還有一種方式用來擴展頻譜，它是這樣工作的：多頻率頻移鍵控需要用一定碼序列進行選擇。還可以這樣解釋，頻移鍵控調制采用了擴頻碼序列，使載波頻率不斷地跳變，這樣的工作方式叫做跳頻。 例如2fsk是一個簡單的頻移鍵控，只有傳號和空號兩個頻率。而跳頻系統的頻率非常之多，有的跳頻系統的頻率可以達到數百個，要使其不斷跳變，就要去選擇控制所傳信息與擴頻碼的組合2。圖2-4為跳頻的原理示意圖。要使頻率合成器按照不同的碼字來控制，發端信息碼序列應該與擴頻

41、碼序列相組合。在頻域上，在一寬頻帶內所選擇的某些頻率之間，輸出頻譜會隨機地跳變。在收端，利用了這樣的方式解跳頻信號，控制本地頻率合成器需要本地擴頻碼與發端的完全相同，固定的中頻信號是由輸出的跳頻信號在混頻器中與接收信號的差頻，經過中頻帶通濾波器和信息解調器使恢復的信息輸出。 圖2-4跳變頻率工作方式原理圖（2）跳變時間(time hopping)工作方式跳時工作方式和跳頻相似，是使發射信號在時間軸上跳變。首先將時間軸細分成若干片段，由擴頻碼序列控制在一幀內某個時片發射信號。跳時也可以這樣理解，多時片的時移鍵控的選擇采用了一定的碼序列2。 由于發送信號的時候采用的時偏較窄，信號的頻譜也

42、就相對被展寬。圖2-5是跳時系統的原理方框圖。先把輸入的數據存儲到發端，通斷開關是由擴頻碼發生器的擴頻碼序列去控制，經二相或四相調制后，再經過射頻調制，最后進行發射。在收端，通斷開關是經本地產生的與發端相同的擴頻碼序列，由射頻接收機輸出的中頻信號控制，輸出數據需經二相或四相解調器，然后送到數據存儲器并進行定時操作。要使原始數據正確恢復，只需要嚴格同步時間進行收發兩端5。圖2-5 跳時工作方式原理圖跳時是按一定規律跳變位置的時片，它由擴頻碼序列控制，也可以被當做一種時分系統，但它不在一幀中把一定位置的時片固定分配。一幀中所分的時片數為跳時系統的處理增益。簡單的跳時很少單獨使用，是因為它抗干擾能力

43、較弱。跳時通常都與其他方式組成各種混合方式來使用。（3）各種混合方式各種混合方式是在上述幾種基本的擴頻方式的基礎上組合起來而構成的，例如dsfh、dsth、dsfhth等等。一般說來，在技術上采用混合方式看起來要復雜一些，也不太容易去實現。但是，不同方式結合起來也有它的優點，有時候能得到采用單一方式得不到的特性5。ds和fh處理增益之和得到ds/fh系統的處理增益。因此，采用ds/fh和單獨采用ds或fh相比，有時候前者能獲得更寬的頻譜擴展和更大的處理增益。甚至還有些時候，ds/fh的技術復雜性比單獨使用ds展寬頻譜或fh在更寬的范圍內實現頻率的跳變更容易。dsth方式相當于把時間復用加在擴頻

44、方式中，這種方式可以使更多用戶容納進來。論實現難度而言，ds本身已有嚴格的收發兩端擴頻碼的同步，加上跳時也只相當于增加一個通斷開關，在技術實現難度上并沒有增加。 對于dsfhth，在技術實現方面有些復雜，因為它將三種擴頻方式組合在一起實現。但是對于一個系統要求多種功能，ds、fh、th各自獨特的功能可以分別實現1。 因此，諸如多址組網、定時定位、抗干擾、抗多徑和遠近問題需要同時得到解決時，采用多種擴頻方式很有必要。第三章 分數階傅里葉變換傳統的傅里葉變換在信號處理方面是一個數學工具，它研究成熟并普遍地被運用。直到二十世紀八十年代初，分數階傅里葉變換（fractional fourier tra

45、nsform,frft）的概念被v.namias從特征值與特征函數方向出發，以純數學的方式提出這一觀點8。隨后分數階傅里葉變換的概念也被一些研究人員從光學方面提出觀點?？梢宰C明，這些定義是完全相似的。由于簡單的光學設備就能夠實現分數階傅里葉變換，因此在光信號的處理上優先得到了應用。直到21世紀初，分數階傅里葉變換的一些快速算法被國內外學者找到，在信號處理等多個領域的應用中，分數傅里葉變換也受到了重視9。3.1 分數階傅里葉變換的研究與發展在連續時間和離散時間信號處理中，分析和處理平穩信號的有力工具是傅里葉變換，它占有主導的地位。傅里葉變換能夠把信號整體分解成不同頻率的正弦分量，得到信號的整體頻

46、譜，但是沒辦法去處理時變的非平穩信號。隨著信息科學的發展，一些新的信號分析理論與方法也收到了關注，其中有一種方法是分數階傅里葉變換。很早就有人提出了分數階傅里葉變換的概念，但是知道上個世紀的八十年代初namis才將傳統傅里葉變換的分數冪的形式定義成分數階傅里葉變換，并揭示了一些分數階傅里葉變換的特征，分數階傅里葉變換在數學界中嚴格的定義也由此被推開3。十多年后，分數階傅里葉變換再次被mendlovic、ozaktas和lohamann深入研究，信號的表示軸在時頻平面的旋轉即為分數階傅里葉變換的物理意義10。在1993-1994年期間分數階傅里葉變換被almeida再次分析，他把分數階傅里葉變換

47、比喻成一種“角”傅里葉變換，即信號在時頻平面內繞坐標軸的原點逆時針旋轉任意角度，使得分數階傅里葉域上的表示方法構成3。本世紀初，土耳其bilkent大學的haldun m.ozaktas教授的專著thefractional fourier transform with application in optics and signal processing全面介紹和總結了一次分數階傅里葉變換的研究9。在傳統傅里葉變換中，與在分數階傅里葉變換相比，很多性質并不具備，在科學研究，工程技術領域，分數階傅里葉變換得到了廣泛的應用。分數階傅里葉變換優先在光信號處理中廣泛運用，是因為分數階傅里葉變換非常容易

48、在光學設備中實現11。然而，在電信號處理應用領域中，由于分數階傅里葉變換的快速算法沒被找到，因此一直沒有占有其應有的位置。直到上個世紀末，一些分數階傅里葉變換的離散化方法才被人們提出，其中ozaktas提出了分解型的快速算法，是最具應用價值的。分數階傅里葉變換的離散化過程被ozaktas分解為離散卷積的運算，實現起來借助了fft，使離散分數階傅里葉變換的計算與dft的計算運算量相當12。這樣，分數階傅里葉變換理論和方法的應用價值在電信號處理領域中才被體現出來3。傳統傅里葉變換是信號的展開在一組正交完備的正弦基上完成，所以一個函數可被看做一個正弦信號的傅里葉變換；信號的展開在一組正交的chirp

49、基上進行即為分數階傅里葉變換，一個函數也可被看成一個chirp信號的某一階次的分數階傅里葉變換12。因此，分數階傅里葉變換的聚焦性能很好的表現在chirp信號中，這種聚焦性十分有用，能夠檢測和參數估計chirp信號。3.2 分數階傅里葉變換的定義及性質傅里葉變換適合分析確定性信號和平穩信號，它把相對獨立的頻域和時域聯系在一起，使信號曾經出現過的頻率成分從整體上得到展示13。對頻率成分隨著時間的改變的不平穩信號提出了時頻分析，信號隨時間變化的頻率分布特征被它全面反映，使二維的時頻平面由一維的時域信號映射而來。傅里葉變換屬于線性算子的一種，在時頻平面，若把它看成從時間軸到頻率軸經過了逆時針旋轉/2

50、，則分數階傅里葉變換算子可被看成可旋轉任意角度的算子。可認為廣義的傅里葉變換包含了分數階傅里葉變換9。3.2.1 分數階傅里葉變換的基本定義一般地，函數f(u)的p階分數階傅里葉變換能夠這樣表示：或，算子作用于函數f (u)，其結果在u域上，即是后一種表達方式的解釋。分數階傅里葉變換的基本定義8 （3-1）其中為分數階傅里葉變換的核函數，n為整數。當分數階次p=1時，有，=1由式（3-1）得 （3-2）可見的普通傅里葉變換是。同樣，的普通傅里葉逆變換記為。由此，能夠得出分數階傅里葉變換屬于廣義的傅里葉變換。因為核函數中只在三角函數的參數位置上出現，所以，4為以p為參數的周期，因此只需考察區間p

51、(-2,2即可。當p=0時， =；當p=±2時，。上述事實用算子表述為11： （3-3） （3-4） （3-5） （3-6） （3-7） （3-8）其中n，n為任意整數。分數階次的可加性也是分數階傅里葉變換的一個重要性質，可以這樣表示： （3-9）這一性質的證明可以用高斯積分進行直接積分表示 （3-10）如圖3-1所示，將函數f(t)旋轉/2可被認為是ff(t)的傅里葉變換，表示由t軸變到軸的形式，即函數經過了傅里葉變換由t域映射到域其夾角為/2；相當于函數由t軸旋轉/2兩次，變換到-t的軸，即f (t) =f (-t)；而f (t)則表示對f(t)連續/2旋轉四次，得到原函數，即f

52、 (t )=f (t)。同理，對函數分別做p1和p2階的分數階傅里葉變換，也就是分別將算子、將函數旋轉角（=/2）和角（=/2），分別映射到p1和p2階域上。如果兩個算子連續對函數作用，則原函數還需連續旋轉（+）角，等價于算子對函數的作用，即。所以，分數階傅里葉變換的階次可加性又被叫做旋轉可加性，使階次的周期性也被體現出來12。圖3-1 (t,)平面旋轉角到(u, v)平面3.2.2 分數階傅里葉變換的基本性質（1）線性分數階傅里葉變換是線性變換，滿足疊加原理： （3-11）證明：證畢11。（2）當階次為整數時，有：（n為整數） （3-12）該性質表明，階次n為整數的分數階傅里葉變換等價于普通

53、傅里葉變換的n次冪，即進行n次重復的傅里葉變換。（3）對分數階傅里葉變換的逆變換有： （3-13）由旋轉相加性可得，角度=-p/2的分數階傅里葉變換是角度=p/2的分數階傅里葉變換的逆變換。（4）酉性 （3-14）（5）階數迭加性 （3-15）（6）結合性 （3-16）（7）parseval準則 （3-17）該性質也可寫作為 （3-18）此可推出其能量守恒關系： （3-19）這些基本的性質對于信號的處理有很大好處12。第四章 擴頻通信系統中chirp干擾的識別與抑制的實現4.1 擴頻通信中調制信號的仿真擴頻通信是一項新興通信技術，到目前為止仍被逐漸的完善。其中最為成熟應用最為廣泛的技術是直接序

54、列擴頻通信系統（dsss）12。直接序列擴頻通信系統是一種現代通信系統用來面向綜合化應用，工作方式必然是數字調制傳輸方式，所以，直接序列擴頻通信系統的末端調制方式選自于ask、fsk、psk三種數字調制方式其中的一種4。在直接序列擴頻通信系統中，最常用的一種調制方式是psk調制，因為抗干擾能力和保密性在這三種方式中表現最好。fsk的保密性相對于psk來說要差一些，對方有時在對信號平方之后可以得到信息。而ask由于易于解調，對于干擾的幅度畸變較大，保密性在三種調制當中最差，所以一般不用于實際之中。但論文作為理論研究也將之列入參考，用于和psk與fsk調制方式的抗chirp干擾能力作比較。下面是三

55、種調制信號的仿真。圖4-1 ask調制信號圖4-1是ask數字調制信號，橫軸t是時間軸，縱軸a表示數字調制信號的幅度。ask數字調制信號的時域表達式如下 （4-1）上圖ask數字調制信號的最大幅度為1，另外的調制幅度為0.5。由十位數字序列調制產生，調制信號的歸一化載頻頻率=20。圖4-2 fsk調制信號圖4-2是fsk數字調制信號，橫軸t是時間軸，縱軸a表示數字調制信號的幅度。fsk數字調制信號的時域表達式如下 （4-2）上圖fsk數字調制信號的幅度恒為為1，由十位數字序列調制產生，調制信號的歸一化原始頻率=20，調制頻率為=10。圖4-3 psk調制信號圖4-3是psk數字調制信號，橫軸t是時間軸，縱軸a表示數字調制信號的幅度。psk數字調制信號的時域表達式如下 （4-3）上圖fsk數字調制信號的幅度恒為為1，由十位數字序列調制產生，調制信號的歸一化載頻頻率=20，原始信號的相位角為0，調制相位角為。論文以下的仿真實驗都將會以上述三種信號作為未加入噪聲的原始信號。4.2 chirp干擾噪聲的仿真直接序列擴頻通信系統具有很強