在军事卫星通信领域,直接序列扩频技术(DSSS)是一种广泛使用的技术,它通过扩频码的扩散作用来提高信号的抗干扰能力。然而,当干扰信号的功率非常强大时,即便经过扩频,信号的信噪比(SNR)也可能无法满足解调器正常工作的需求,这种现象被称为干扰信号超出了系统容忍的干扰容限。在敌对干扰环境下,这种情况尤为常见。为此,需要在转发器前端采取措施,阻止干扰信号的侵入,而干扰抑制技术正好能够完成这项任务。
干扰抑制技术的基本思路是降低解扩解调器输入信号中干扰信号的功率,确保其不会超过直接序列扩频系统的干扰容限。基于加窗重叠快速傅里叶变换(FFT)抗窄带干扰技术,在处理算法复杂度不变的情况下,能够有效抑制多个窄带干扰信号,因此在工程实现时被优先考虑。
文章提出的研究首先对加窗重叠FFT变换抗窄带干扰技术的原理、结构和处理流程进行了探讨,随后通过计算机仿真优化了算法实现时的参数,最终在FPGA平台上实现了该算法。硬件测试的结果表明,在干信比为50dB、基限信噪比为5dB的条件下,插损小于1.5dB,满足了系统性能指标的要求。
文章中提到的加窗重叠FFT变换抗窄带干扰技术涉及到的主要步骤如下:
1. 时域重叠:将输入信号分为两部分并重叠,这一过程有助于减少因加窗操作而产生的信号包络变化。
2. 加窗处理:在时域重叠后对信号进行加窗处理,这有助于减少频谱泄露。
3. FFT变换:将加窗处理后的信号进行快速傅里叶变换,变换到频域进行分析和处理。
4. 频域处理:在频域中进行背景噪声估计、门限值设定、干扰检测和干扰消除等操作。
5. IFFT变换:经过干扰消除后的信号需要通过逆快速傅里叶变换恢复到时域。
6. 去重叠处理:将变换回时域的信号进行去重叠处理,以消除之前时域重叠引入的冗余。
7. 幅度调节模块:调整输出信号的幅度,确保信号对解扩解调器的自动增益控制(AGC)适应性。
整个处理流程中,干扰检测模块包括一个旁路开关,当干扰检测模块不需要工作时,旁路可以将信号直接送入解扩解调器,确保通信系统的灵活性。
文章中还提到,由于扩频信号的频谱类似白噪声,具有宽带平坦特性,且功率谱密度小,因此扩频信号常常会淹没在噪声中。与之相反,窄带干扰信号在频域中表现得比较集中,因此比较容易识别和抑制。在频域干扰抑制算法中,通过保留信号的相位信息,就可以恢复原始信号,因为信号的信息特性主要与频谱相位有关,而信号功率则由幅度谱表示。
通过上述的技术实现,可以在不增加处理复杂度的前提下,有效抑制多个窄带干扰信号,从而在实际应用中达到提升通信系统抗干扰能力的目的。这项研究及其在FPGA上的实现,为解决实际卫星通信中的窄带干扰问题提供了可行的技术方案。