DS-SS 窄带干扰抑制滤波器对PN 码捕获性能影响的研究

杨晓波 孙丽娅

（1.石家庄职业技术学院电气与电子工程系 河北 石家庄 050081；2.河北全通通信有限公司网络信息部 河北 石家庄 050021）

0 引言

直接序列扩频 （Direct Sequence Spread Spectrum： DSSS）技术具有良好的保密性、较强的抗干扰能力以及低截获概率和测时测距等特点，因此在军事通信系统、卫星通信系统、测速雷达系统和移动通信系统中得到了广泛应用，DS-SS系统具有一定的干扰容限，当系统处于超出其干扰容限的强干扰环境中时， 通信性能会严重恶化， 为了降低窄带干扰（Narrow Band Interference：NBI） 对系统性能的影响， 通常在PN 码相关器之前插入窄带干扰抑制滤波器[1]。 插入滤波器后由于滤波器的会对接收信号造成影响[2]，首先，影响的就是PN 码的捕获，PN 码的捕获是DS-SS 正常工作的关键技术[3]，因此有必要对窄带干扰抑制滤波器给PN 码捕获性能带来的影响进行深入分析。 文献[2]，[4]中就窄带干扰抑制滤波器对PN 码捕获的影响进行了研究，但就滤波器相位响应对PN 码捕获性能只从滤波理论出发进行了概略的分析，本文就这一问题进行更加深入的研究。

本文窄带干扰抑制采用线性插值滤波器，通过设计结构完全相同，只有相频特性不同的滤波器，研究了滤波器相频特性对PN 码捕获造成影响的原因及影响程度， 并给出了仿真结果。

1 线性插值滤波器原理

线性插值滤波器同时使用过去和未来的值对接收信号的当前值进行估计，双边插值滤波器原理如图1 所示[5]。

图1 线性插值滤波器原理

为了设计得到线性相位插值滤波器， 权值具有对称性，对于线性相位插值滤波器权值有w-l=wl，l=1，2，…，n+m

滤波器的最优解：

其中：

输入矢量的自相关：

2 自适应滤波抑制NBI 模型及对捕获性能的影响

自适应滤波器抑制窄带干扰结构如图2 所示，图中x（k）为按码速率采样的接收信号序列：

x（k）=Adp（k）＋n（k）＋j（k）

图2 自适应滤波抑制NBI 原理

图中自适应滤波器采用线性插值滤波器， 滤波器长度为2M＋1，将滤波器权值统一以h（l），l=-M，…，－2，－1，0，1，2，…，M 定义，h（0）＝1。 则接收信号在一个码周期内的滤波输出为：

由式（17）可看到,采用线性插值滤波器抑制窄带干扰的同时，引入了PN 序列之间的相关性，相关性的强弱主要由滤波器的阶数和冲击响应（滤波器权值最优解）决定，进行PN码捕获时对于线性插值滤波器, -M≤k≤M 的范围内可能会形成较高的相关峰值,甚至超过码捕获门限,使得捕获概率降低，同时，当扩频信号通过滤波器时，由于滤波器相位响应的非线性会造成各频率分量的延迟不相同，解扩后信号的能量不能很好的集中在相关峰上，使得相关旁瓣较大，同样使得捕获概率降低，反之，相关旁瓣较小，不会对捕获概率造成大的影响。

由文献[6]，线性插值滤波器的干扰抑制程度和信噪比的改善在其它条件相同的情况下，只取决于滤波器阶数。 本文在相同的仿真条件下，采用结构完全相同，只有相位响应特性不同的两个线性插值滤波器 （一个考虑线性相位设计，另一个不考虑线性相位设计） 来研究相位特性对PN 码捕获的影响， 由于滤波器权值最优解取决于输入序列统计特性，因此在相同的仿真条件下二者捕获性能差异主要是相位特性造成的。

图3 接收信号频谱

3 仿真结果分析

图4 滤波器幅频响应

图5 滤波器群延迟响应

图6 滤波输出频谱

仿真系统为BPSK 调制，PN 码长度为10230 的GOLD 码序列，窄带干扰信号为单谐波信号，归一化频率fj=0.52；信噪比SNR=-30dB， 伪码捕获过程采用包络检波的恒虚警检测。图3 至图7 为干信比JSR=40dB 的仿真结果， 图3 为接收信号的频谱；图4 为滤波器幅频响应；图5 滤波器群延迟响应，线性相位滤波器的群延迟为常数，这样各频率分量的延迟相同， 信号的时域波形失真相对非线性滤波器要小得多； 图6为滤波输出频谱，发现窄带干扰信号的抑制程度相同，且非线性相位滤波器作用后的频谱发生了较大的变形；图7 为10次平均得到的归一化的PN 码相关输出， 可以看出非线性滤波系统相关出处值相对于线性系统的有较大的旁瓣，并且相关峰值也要比线性滤波要小。

图7 PN 码相关输出

图8 捕获概率

图8 为在不同的信噪比下两个滤波器滤出窄带干扰后正确捕获PN 码相位的概率， 可以看出在信噪比较低的情况下，线性相位滤波器的捕获概率明显高于非线性相位滤波器的捕获概率, 在低信噪比下线性相位滤波器正确捕获概率高于非线性滤波器将近1%， 这是由于非线性相位滤波器的输出与本地PN 码相关的旁瓣较大， 并且相关峰值较线性系统较小造成的。

4 结论

本文在相同的仿真条件下，采用结构完全相同，只有相位响应特性不同的两个线性插值滤波器来研究相位特性对PN 码捕获的影响， 二者捕获性能差异主要是相位特性造成的。 由于线性相位滤波器的输出信号失真小，与本地PN 码相关的旁瓣较小，从相关输出与PN 码的捕获性能结果来看， 线性相位滤波器明显优于非线性相位滤波器，在本文的仿真条件下在低信噪比下线性相位滤波器正确捕获概率高于非线性滤波器将近1%， 因此在实际的窄带干扰抑制过程中，从PN 码的捕获结果看，滤波器的相位响应特性是应该考虑的重要因素之一。

［1］Milstein LB. Interference rejection techniques in spread spectrum communications [J].Proceedings of the IEEE，1988，76（6）：657-671.

［2］李峥嵘,桑怀胜，王飞雪，等.扩频系统中自适应窄带干扰抑制滤波器对PN 码捕获性能的影响[J].电子学报，2002，30（12）：1768-1771.

［3］Iinatti J HJ. On the threshold setting principles in code acquisition of DS-SS signals [J]. IEEE Journal on Selected Areas in Communications，2000，18（1）：62-72.

［4］张春海.DS-CDMA 时域抗窄带干扰接收机性能分析[J].航天电子对抗，2005，21（5）：50-64.

［5］Simon H. Adaptive filter theory [M].Prentice-Hall，1996.

［6］Loh-Ming Li, Milstein LB Rejection of Narrow-Band Interference in PN Spread-Spectrum Systems Using Transversal Filters.IEEE Transactions on communications，1982，30（5）：925-928.