GMSK通信短波電臺帶內(nèi)干擾抑制技術(shù)研究

崔立東，譚志良，畢軍建，陳立偉

(軍械工程學院靜電與電磁防護研究所，河北石家莊050003)

0 引言

短波通信是20世紀30年代發(fā)展起來的一種無線電通信方式，由于其成本低、設(shè)備簡單、方便靈活，現(xiàn)已成為中遠距離通信的重要手段，在民用和軍事方面都發(fā)揮了重大作用［1－3］。隨著多種抗干擾工程與實踐的完善，使短波通信自身存在問題得到良好解決，通信可靠性、穩(wěn)定性都已提升到一個新的水平［4－7］。

短波跳頻通信因具有良好的抗干擾性能，現(xiàn)已在戰(zhàn)場、局部戰(zhàn)爭中得到廣泛應用，戰(zhàn)場上各種帶內(nèi)干擾已成為軍事通信面臨的重要問題。因此加強短波電臺的通信抗干擾性能尤為重要［8－10］。

為了提高通信電臺的抗干擾性能，本文重點構(gòu)建了GMSK短波跳頻電臺模型，并在此基礎(chǔ)上搭建了干擾抗干擾模型，仿真中通過改變干擾類型，采用自適應干擾對消器對干擾進行抑制，通過仿真得到了在不同信噪比下干擾對消前后對不同干擾的抑制作用。

1 自適應干擾對消原理

基于自適應對消原理的短波電臺帶內(nèi)干擾抑制實現(xiàn)的前提是從包含有用信號和干擾信號的環(huán)境中提取出干擾信號作為參考輸入［11－13］。

自適應對消方法原理如下:采集干擾信號的時間與采集有用信號時間緊密相連，在足夠短的時間內(nèi)，可以認為干擾信號是平穩(wěn)的，這樣就可以基于干擾信號的自相關(guān)性和干擾特征，采用自適應對消方法有效抑制干擾，提高信號質(zhì)量。自適應對消方法原理框圖如圖1所示，原始輸入由攜帶信息的信號和互不相關(guān)的干擾信號組成，而參考輸入為相關(guān)形式的干擾。對于自適應濾波器，采用基于LMS算法進行抽頭權(quán)值自適應的橫向濾波器。該濾波器使用參考輸入，對包含在原始輸入端的信號進行估計。從原始輸入中減去自適應濾波器輸出，即可消除干擾影響。

圖1 自適應對消方法原理

這種對消方法可以適用于敵方白噪聲干擾、定頻干擾、梳狀干擾和跟蹤式干擾的干擾抑制。同時，進行電磁干擾自適應對消的另一關(guān)鍵問題是自適應濾波器的設(shè)計，本文采用的算法是基于維納濾波理論的最小均方算法(LMS)，LMS算法具有較低的計算復雜度和較好的收斂穩(wěn)定性。

2 GMSK調(diào)制原理及短波跳頻電臺通信原理

2.1 GMSK調(diào)制原理

GMSK是在最小頻移鍵控(MSK)的基礎(chǔ)上改進而成的，MSK信號主要優(yōu)點是包絡(luò)恒定，并且?guī)夤β首V密度下降快。為了進一步使信號的功率譜密度集中和減小對鄰道的干擾，在進行MSK調(diào)制前先通過一個高斯型的低通濾波器。此高斯型低通濾波器的頻率特性表示為:

式中，B為濾波器的3 dB帶寬。

將式(1)做逆傅里葉變換，得到此濾波器的沖激響應為:

式中，

由于h(t)為高斯特性，故稱為高斯型濾波器。

2.2 跳頻電臺通信原理

跳頻電臺通信原理框圖如圖2所示。

圖2 跳頻電臺通信原理

基本工作原理如下:在發(fā)射機中，輸入的信息對頻率為fs的載波進行調(diào)制，得到調(diào)制信號。獨立產(chǎn)生的跳頻序列控制頻率合成器在不同的時隙內(nèi)輸出頻率跳變的本振信號。用它對調(diào)制信號進行變頻，使變頻后的射頻信號頻率按照跳頻序列跳變，即為跳頻信號。在接收機中，與發(fā)射機跳頻序列一致的本地跳頻序列控制頻率合成器，使輸出的本振信號頻率按照跳頻序列相應地跳變。跳變的本振信號，對接收到的跳頻信號進行變頻，將頻率搬回到固有頻率，實現(xiàn)解跳。解跳后的調(diào)制信號，在本地載波作用下，經(jīng)解調(diào)后，恢復出信息［14，15］。

3 GMSK跳頻電臺通信仿真模型建立

GMSK跳頻電臺通信模型如圖3所示。仿真模型包括:信號源、信道、調(diào)制解調(diào)器、混頻器、跳頻器、干擾模塊和誤碼率計算模塊。干擾信號模塊分別設(shè)置為白噪聲干擾、一定頻率的正弦信號、多個正弦信號疊加來模擬窄帶噪聲、定頻干擾和梳狀干擾。

圖3 GMSK跳頻電臺通信模型

在圖3基礎(chǔ)上加入自適應對消器(基于LMS算法)，如圖4所示。LMS模塊desired端為有用信號與干擾信號的混合信號，input端為干擾信號，由于2個端口都有干擾信號，分析2路干擾信號的相關(guān)性，LMS輸出端輸出對消后的信號。

子系統(tǒng)跳頻器由PN序列PN Sequence Generator模塊、Buffer、Bit to integer Converter、Unbuffer和壓控振蕩器Discrete－Time VCO模塊組成，如圖5所示。PN Sequence Generator的采樣率為1/250，其本原多項式為x4+x3+1，周期為31個碼元，對應64個調(diào)頻點。偽隨機序列通過Bit to integer Converter產(chǎn)生與之相對應的整數(shù)s，輸入到壓控振蕩器，則當s在0～31變化時，就能夠產(chǎn)生32個跳頻點。壓控振蕩器頻率為4 kHz，靈敏度為100 Hz/V，所以得到跳頻載波的頻率范圍為4 ～7．2 kHz。

圖4 加入自適應對消器的短波電臺通信模型

圖5 GMSK跳頻電臺跳頻器模塊

4 仿真結(jié)果分析

在圖4所示系統(tǒng)中，設(shè)置AWGN信道BT=0．3，為了得到不同信噪比下，加入不同干擾方式下的誤碼率性能，通過改變AWGN信道的SNR參數(shù)，分別設(shè)置為 －20 dB、－15 dB、－10 dB、－5 dB和0 dB，分別記錄加入干擾前后的誤碼率，統(tǒng)計后得到的誤碼率曲線如圖6、圖7和圖8所示，分別代表了加入白噪聲、定頻干擾和梳狀干擾后的誤碼率曲線。

在仿真中可以看到當信噪比逐漸增大時，誤碼率逐漸變小;比較圖6、圖7和圖8所示可以看出，梳狀干擾對通信性能影響較嚴重，定頻干擾與白噪聲干擾次之;當干擾信號為白噪聲時，經(jīng)過自適應對消后的系統(tǒng)誤碼率逐漸減小，并在SNR=－15 dB時趨于穩(wěn)定，誤碼率得到很大的改善;當干擾信號為定頻干擾和梳狀干擾時，可以看出，當SNR=－15 dB時經(jīng)過自適應干擾對消后與未加入干擾時的誤碼率曲線趨于吻合。由此可以得出:加入自適應干擾對消器的GMSK短波通信電臺對白噪聲、定頻干擾和梳狀干擾起到了明顯的干擾抑制作用，并且對梳狀干擾的抑制作用最為明顯，定頻干擾次之，其次則是白噪聲干擾。產(chǎn)生這種情況的主要原因在于，梳狀干擾、定頻干擾信號的自相關(guān)性較強，通過自適應對消后，會得到很好的抑制作用。

圖6 加入白噪聲前后的誤碼率

圖7 加入定頻干擾前后的誤碼率

圖8 加入梳狀干擾前后的誤碼率

5 結(jié)束語

短波通信電臺易受干擾，為了解決帶內(nèi)干擾，得到較好的通信性能，采用了基于自適應干擾對消的干擾抑制方法。主要分析了自適應干擾對消原理、GMSK調(diào)制原理以及調(diào)頻電臺通信原理，并且建立了帶有干擾模塊以及基于自適應干擾對消方法的短波電臺通信仿真模型。仿真結(jié)果表明，梳狀干擾對通信性能的影響較為明顯，定頻干擾和白噪聲干擾次之;在加入自適應對消器消除干擾后，干擾對消器對梳狀干擾抑制效果也最為顯著;同時當SNR=－15 dB時，誤碼率趨于穩(wěn)定，此時誤碼率最小。

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