不同干擾模式和跳頻頻率集下跳頻通信系統(tǒng)抗干擾性能分析

羅 春，楊夢婕，廖志高

（中國電子科技集團公司第二十九研究所，四川 成都 610036）

0 引 言

無線通信是部隊在執(zhí)行任務中的通信保障的主要手段，由于無線通信非常容易被截獲或者干擾，若通信設備在難以預料的戰(zhàn)場環(huán)境中不采用一定的抗干擾技術，將失去戰(zhàn)場的主動權，也就難以保證任務的完成[1]。跳頻技術可以使通信系統(tǒng)的抗干擾能力產(chǎn)生質(zhì)的飛躍，在通信環(huán)境越來越惡劣的當下，逐漸成為通信領域發(fā)展的熱點[2]。

研究表明，跳頻技術相比傳統(tǒng)的常規(guī)通信，具有更好的抗干擾能力和隱蔽性，能夠為信息傳輸構建一道安全走廊，極大地遏制敵方的電子干擾，有效保證在電子對抗日趨激烈的戰(zhàn)場環(huán)境中的通信暢通。20世紀70年代，跳頻通信進入了快速發(fā)展的階段，以戰(zhàn)爭實踐證明了它是對抗無線電干擾的“殺手锏”，因而倍受青睞；跳頻電臺的誕生，迅速引領了無線通信發(fā)展的新潮流。由此，世界各國軍隊逐步開始研發(fā)和裝備跳頻電臺，并進行改良和完善。同時，技術的不斷革新也表明了各國對跳頻技術的重視程度。我國對跳頻技術的研究較遲，第一臺實用的短波跳頻電臺于1996年才問世。但隨著跳頻技術在我國的迅速發(fā)展，跳頻電臺的部分性能指標也已達到了國際先進的水平。

本文嘗試利用仿真實驗分析的方法，通過MATLAB/Simulink建模軟件建立了跳頻通信仿真干擾模型，并在此基礎上對不同跳頻頻率集參數(shù)和噪聲干擾下跳頻通信系統(tǒng)的抗干擾性能進行對比分析，為更好地掌握軍事通信系統(tǒng)中跳頻技術的抗干擾性能奠定基礎。

1 基于Simulink的干擾模塊建模

基于層次結構的Simulink仿真平臺是MATLAB軟件提供的最重要的組件之一，它提供了信源、信源編碼、差錯控制、交織、調(diào)制、濾波、信道、同步、信宿等通信模塊庫，簡化了通信系統(tǒng)模型化的過程，能方便地構造出復雜的通信系統(tǒng)并仿真[3]。本文中使用的通信仿真模塊，主要來源于Simulink的Signal Processing Blockset和 Communication Blockset兩 個 目錄，并可通過其中的Display模塊對得到的誤碼率作進一步的分析。利用Simulink仿真平臺，分別構建了背景噪聲干擾、單頻干擾、部分頻帶干擾、電磁脈沖干擾及跟蹤式干擾的仿真模型。

2 不同跳頻頻率集的跳頻通信系統(tǒng)效能分析

通過比較不同類型的干擾噪聲在設置了不同的跳頻頻率集時所導致的跳頻通信系統(tǒng)的誤碼率，其目的是比較系統(tǒng)在受到干擾時所產(chǎn)生的誤碼率，以分析為改善跳頻通信質(zhì)量而所需的跳頻頻率集的數(shù)量。如表1所示，在跳頻通信系統(tǒng)的仿真模型中，設置PN碼發(fā)生器模塊的Generator polynomial參數(shù)和相應的Initial states參數(shù)，即可生成對應的m序列，從而實現(xiàn)跳頻頻率集的改變。

表1 跳頻頻率集對應的模塊參數(shù)表

按表1中參數(shù)設置后，將5種類型的干擾模塊分別載入到系統(tǒng)中。首先設置PN碼發(fā)生器Generator polynomial的參數(shù)為[111]，即跳頻頻率集為3，得到的誤碼率如表2所示，誤碼率變化曲線如圖1所示。

表2 在跳頻頻率集為3時得到的誤碼率

圖1 在跳頻頻率集為3時得到的誤碼率曲線圖

結合表2和圖1分析，當跳頻通信的跳頻頻率集為3時，系統(tǒng)所受到的部分頻帶干擾的影響最大，從圖1中可以觀察到，其誤碼率變化趨勢由增長迅速而逐漸變得緩慢。單頻干擾和電磁脈沖干擾對通信系統(tǒng)的影響也比較大，但增長率基本保持不變。背景噪聲干擾和跟蹤式干擾的誤碼率增長率較緩慢，其中背景噪聲干擾對跳頻通信的干擾最小，這可能是由于背景噪聲的干擾分布到了各個頻帶上，導致其針對某一頻帶的噪聲功率較低。

將跳頻仿真模型中的PN碼發(fā)生器的Generator polynomial參數(shù)設置為[1011]，即跳頻頻率集為7，可得到表3中所記錄的數(shù)據(jù)。根據(jù)表中的數(shù)據(jù)可繪制得到圖2所示的誤碼率曲線圖。

表3 在跳頻頻率集為7時得到的誤碼率

圖2 在跳頻頻率集為7時得到的誤碼率曲線圖

從表3和圖2中可以觀察到，當跳頻通信的跳頻頻率集為7時，部分頻帶干擾和電磁脈沖干擾的誤碼率的增長率接近。但相較于表2中的數(shù)據(jù)而言，系統(tǒng)在電磁脈沖干擾下的誤碼率有所增長，而部分頻帶干擾和單頻干擾的誤碼率則相對有所下滑，且部分頻帶干擾的降幅較大。這就說明了在跳頻頻率集為7時，跳頻通信對電磁脈沖噪聲的抗干擾能力較差而對部分頻帶噪聲和單頻干擾的抗干擾性能較好。跟蹤式干擾的誤碼率的迅速增長也表明了，當跳頻通信的跳頻頻率集為7時，在采用的跳頻頻率集大于跳頻通信的跳頻頻率集后，跟蹤式干擾對其具有較強的針對性。

繼續(xù)按照表1中所列的參數(shù)，將跳頻仿真模型中的PN碼發(fā)生器的Generator polynomial參數(shù)設置依次設置為表1中后續(xù)四種參數(shù)，即跳頻頻率集分別為15、31、63、127，可分別得到表4和圖3所記錄的數(shù)據(jù)。

3 實驗結果分析

結合表4和圖3數(shù)據(jù)可得，當跳頻通信系統(tǒng)通過改變不同的跳頻頻率集進行通信時，對其造成影響最大的是部分頻帶干擾噪聲，造成的系統(tǒng)誤碼率最高達到59.54%。這主要是由于部分頻帶干擾將干擾噪聲的功率都集中在了50～100 kHz的頻帶范圍內(nèi)發(fā)射，雖然50～100 kHz只占了頻帶的一部分，但是跳頻通信的主要頻率仍然還是分布在其中的。所以，集中在50～100 kHz的頻帶上的部分頻帶干擾，可以實現(xiàn)對跳頻通信的最大干擾效果。

表4 跳頻通信在不同跳頻頻率集時受到噪聲干擾所產(chǎn)生的誤碼率

圖3 跳頻通信在不同跳頻頻率集時受到噪聲干擾所產(chǎn)生的誤碼率

此外，單頻干擾和電磁脈沖干擾同樣也對會跳頻通信產(chǎn)生較大的影響。其原因主要是兩者的噪聲功率都是集中在一些固定的頻點上。由表3數(shù)據(jù)可知，在跳頻通信工作頻帶的帶寬不變的情況下，跳頻頻率集的不斷增加會導致跳頻通信系統(tǒng)的頻點數(shù)出現(xiàn)重復。因此，系統(tǒng)在遭受單頻干擾和電磁脈沖干擾時，也會有比較大的影響。

由于背景噪聲的噪聲干擾功率比較小，故對跳頻通信所造成的影響并不是很大。跟蹤式噪聲只能對具有特定的跳頻頻率集的跳頻通信形成較為顯著的干擾，其中受其影響最大的是當跳頻頻率集為7時的跳頻通信系統(tǒng)。其原因主要是兩者所使用的跳頻頻率集在消息的傳輸過程中出現(xiàn)了交叉，并由此而造成了一定的干擾。

通過表4數(shù)據(jù)分析，在上述5種干擾下，并不是跳頻頻率集越多越能提高跳頻通信系統(tǒng)的抗干擾性能。雖然跳頻通信系統(tǒng)受到的跟蹤式干擾的影響是最大的，但是從總體上觀察，當系統(tǒng)所使用的跳頻頻率集為7時，即通過3階的m序列來控制跳頻通信的生成載波時，相對于使用其他的跳頻頻率集而言，可以獲得較好的抗干擾性能。

4 結 論

由于跟蹤式干擾主要通過匹配通信系統(tǒng)的跳頻頻率集以進行干擾，具有較強的針對性，因此，在面臨敵意的人為干擾時，跳頻通信的跳頻頻率集并非是設置得越多越好的。當跳頻頻率集為31或63時，可以適當?shù)販p少跟蹤式干擾影響效果；而當跳頻頻率集設置為7時，通信系統(tǒng)對其他噪聲的抗干擾能力都有了較為顯著的增強，誤碼率曲線上升得比較緩慢，而對跟蹤式干擾所造成的影響沒有明顯的改善。所以，在提高跳頻通信系統(tǒng)的抗干擾性能時，應根據(jù)可能面臨的干擾噪聲來選擇合適的跳頻頻率集。