基于頻譜信息的網(wǎng)絡多缺陷干擾抑制系統(tǒng)設計

周琦 李明

摘? 要： 為了克服現(xiàn)有干擾抑制系統(tǒng)存在抑制效果差的問題，文章提出并設計基于頻譜信息的網(wǎng)絡多缺陷干擾抑制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件的主要芯片為TMS320C6713B芯片，采用EMIF接口完成硬件設備的連接，采用AIC23B與DSP芯片完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。軟件部分首先對干擾的影響進行分析，依據(jù)影響情況，分析加窗與頻譜泄漏的關系?；陬l譜信息實現(xiàn)多缺陷干擾抑制，完成抑制系統(tǒng)的設計。實驗結(jié)果表明，在強干擾下，該系統(tǒng)可以有效抑制接收信號所存在的干擾，具有極高的干擾抑制能力。

關鍵詞： 多缺陷干擾抑制; 設備連接; 干擾分析; 系統(tǒng)設計; 數(shù)據(jù)傳輸; 相關性分析

中圖分類號： TN711?34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號： 1004?373X（2020）18?0089?03

Abstract： A network multi?defect interference suppression system based on spectrum information is proposed and designed to improve the suppression effect in the existing interference suppression system. In the system hardware， the TMS320C6713B chip is used as the main chip，? the EMIF interface is used to complete the connection of hardware equipment， and AIC23B and DSP chips are used to complete the data transmission of the system. In the software part， the influence of interference is analyzed， and the relationship between windowing and spectrum leakage is analyzed according to the influence. The multi?defect interference suppression is realized based on the spectrum information， and the design of the suppression system is completed. The experimental results show that， under the condition of strong interference， the system can effectively suppress the interference existing in the received signals， which has extremely high interference suppression ability.

Keywords： multi?defect interference suppression; device connection; interference analysis; system design; data transmission; correlation analysis

0? 引? 言

在網(wǎng)絡普及的現(xiàn)在，由于網(wǎng)絡使用環(huán)境的不同，導致網(wǎng)絡出現(xiàn)多種缺陷，需要及時對其造成的干擾進行抑制[1?2]。雖然現(xiàn)有網(wǎng)絡自身均進行抗干擾設計，但其抗干擾能力與網(wǎng)絡存在的缺陷種類密切相關，通常情況下網(wǎng)絡缺陷越多，抗干擾能力越差。通過降低網(wǎng)絡缺陷來提高網(wǎng)絡抗干擾能力，代價是需要增加網(wǎng)絡自身性能及對外界環(huán)境的適應能力[3?5]。

李勝男等提出基于非連續(xù)抽頭模型的干擾抑制系統(tǒng)，采用平移替代法與網(wǎng)絡信號產(chǎn)生隨機映射，基于非連續(xù)抽頭模型產(chǎn)生跳頻信號，對通信網(wǎng)絡中的干擾信號進行抑制，但該系統(tǒng)存在使用受限的問題[6]。黎海濤等提出基于通道失衡的干擾抑制系統(tǒng)，通過對通信通道失衡造成的鏡像干擾進行分析，預測接收機的干擾率，完成干擾系統(tǒng)研究，但該方法只能去除一種干擾，對于其他干擾并不能完全抑制[7]。李方提出采用多端處理方法設計干擾抑制系統(tǒng)，抑制系統(tǒng)由激勵端、檢測端和處理端組成，激勵端進行信號放大處理，檢測端進行干擾源檢測與定位，處理端將檢測端檢測到的干擾信號進行干擾濾除處理，完成抑制系統(tǒng)的設計，但是該抑制系統(tǒng)的抑制效果并不是十分理想[7]。

為了解決上述抑制干擾方法存在的問題，提出并設計了基于頻譜信息的網(wǎng)絡多缺陷干擾抑制系統(tǒng)，實現(xiàn)對干擾的有效抑制。

1? 系統(tǒng)硬件設計

1.1? 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

為了提高系統(tǒng)的干擾抑制性能，設計系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。

1.2? TMS320C6713B芯片介紹

TMS320C6713B芯片是目前應用領域最為廣泛的功能型芯片之一，其程序的總線帶寬為256 bit。取指令的上限為8條，并且每條指令執(zhí)行過程均會形成單獨的功能單元[8]。

1.3? 數(shù)據(jù)與控制接口

抑制系統(tǒng)硬件采用AIC23B數(shù)據(jù)接口進行連接。在AIC23B數(shù)據(jù)接口工作過程中，共具備4種工作模式[9]，當工作模式為DSP模式，其更加適用于網(wǎng)絡信號的緩存串口連接。建立[AIC23B]與[DSP]的數(shù)據(jù)連接采用[IIS]或[DSP]模式在數(shù)據(jù)通信中區(qū)別不大。[DSP]模式下的幀同步信號寬要結(jié)合連接的[DSP]的音頻緩沖串行接口來設置[9]。

2? 系統(tǒng)軟件設計

2.1? 缺陷干擾的影響分析

如果成功地捕獲跟蹤到網(wǎng)絡信號，網(wǎng)絡數(shù)據(jù)的判定是通過[I]路累加數(shù)和背景噪聲大小相比較來決定的。無缺陷干擾下的跟蹤結(jié)果如圖2所示。

在該場景下，捕獲結(jié)果如圖3所示。接收機已無法對網(wǎng)絡信號進行捕獲。

2.2? 加窗與頻譜泄漏

當運用FFT求頻譜時，對時域采樣點進行截斷操作且沒有按照整數(shù)倍的周期采取截斷[10]。觀測窗口數(shù)據(jù)會存在間斷現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是“頻譜泄漏”。正弦信號與截斷信號序列如圖4所示。

2.3? 發(fā)送端干擾抑制預編碼技術

采用破零波束成形技術，以容量最大化為目標，就是要有1組預編碼[wk，k=1，2，…，K]，最大化每個用戶的信干比。第[k]個用戶的接收信號計算公式為：

式中：[hk]表示通信信道矢量值，[vk]表示破零波束成形矢量值;[sk]表示基站發(fā)送信號;[Pk]與[nk]分別表示發(fā)送給用戶[k]的信噪功率、接收噪聲。用戶[k]的接收信噪比可以表示為：

為了能夠使其他用戶的接收信號不再受到當前用戶信號干擾，用戶的波束需要滿足[11]：

這樣就可以消除式（3）之間的用戶干擾。

3? 系統(tǒng)性能驗證

實驗在Matlab平臺上進行，實驗數(shù)據(jù)長度為1 000 MB。以I路與Q路的跟蹤情況與干擾抑制效果為實驗指標，將所提系統(tǒng)與文獻[6]、文獻[7]系統(tǒng)進行對比，具體實驗過程如下。

3.1? I路跟蹤結(jié)果

在強干擾下，所設計系統(tǒng)用于3種不同濾波器的I路跟蹤，跟蹤結(jié)果如圖5所示。

分析圖5可知，在所設計系統(tǒng)的抑制下，3種濾波器的I路跟蹤結(jié)果與無干擾下的跟蹤結(jié)果相同，說明所設計抑制系統(tǒng)可有效抑制強干擾造成的影響。

3.2? Q路跟蹤結(jié)果

為了使系統(tǒng)驗證更加充分，同樣在強干擾下驗證3種濾波器的Q路跟蹤結(jié)果，如圖6所示。

從圖6中可以明顯看出，在所提系統(tǒng)抑制下，3種濾波器的Q路跟蹤結(jié)果基本未出現(xiàn)受干擾情況，與未干擾狀態(tài)下的跟蹤結(jié)果基本一致。

3.3? 干擾抑制對比

為了使系統(tǒng)的抑制性能得到更加充分的驗證，選取存在強干擾的接收信號，分別采用所提系統(tǒng)與文獻[6]、文獻[7]系統(tǒng)進行抑制。接收信號干擾抑制前的頻譜域如圖7所示。

采用3種系統(tǒng)對上述干擾抑制前的接收信號進行抑制，抑制結(jié)果分別如圖8～圖10所示。

對比分析圖8～圖10可知，經(jīng)文獻[6]系統(tǒng)抑制后，接收信號仍然存在較大的幅值波動。從文獻[7]系統(tǒng)抑制后的放大結(jié)果可知，接收信號存在斷裂現(xiàn)象。而所提系統(tǒng)的抑制效果較好，抑制后接收信號幅值變化趨于穩(wěn)定，充分說明所設計的基于頻譜信息的網(wǎng)絡多缺陷干擾抑制系統(tǒng)具有較好的抑制性能。

4? 結(jié)? 論

為了提高對網(wǎng)絡多缺陷干擾的抑制能力，文章提出一種基于頻譜信息的網(wǎng)絡多缺陷干擾抑制系統(tǒng)。為了提高系統(tǒng)的抑制能力，針對性地設計系統(tǒng)硬件與軟件結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)軟件設計部分，分析加窗與頻譜泄漏關系，完成軟件設計。實驗結(jié)果表明，與現(xiàn)有干擾抑制系統(tǒng)相比，所設計的系統(tǒng)抗干擾能力較強，對信號干擾抑制的結(jié)果十分理想，具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1] 席圣渠，姚遠，徐鋒，等.基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡的缺陷報告分派方法[J].軟件學報，2018，29（8）：2322?2335.

[2] 唐博.動態(tài)網(wǎng)絡模糊域數(shù)據(jù)缺陷實時修正方法仿真[J].計算機仿真，2018，35（4）：266?269.

[3] 和何，李琳琳，路云飛.相遇概率與中心方向位置在戰(zhàn)場容遲容斷網(wǎng)絡分簇中的應用[J].計算機工程，2018，44（7）：98?102.

[4] 吳明，張思耀，金星虎.基于節(jié)點對接觸模型容延網(wǎng)絡的路由算法研究[J].科學技術與工程，2017，17（1）：224?230.

[5] 朱江，明月，王森.基于深度自編碼網(wǎng)絡的安全態(tài)勢要素獲取機制[J].計算機應用，2017，37（3）：771?776.

[6] 李勝男，李永貴，牛英滔，等.動態(tài)頻譜抗干擾系統(tǒng)中動態(tài)寬間隔跳頻序列研究[J].計算機工程，2018，44（2）：147?150.

[7] 黎海濤，錢一名.IQ通道失衡對同時收發(fā)認知抗干擾系統(tǒng)的影響[J].北京航空航天大學學報，2017，43（3）：449?456.

[8] 李方.網(wǎng)絡入侵中的異常信號抗干擾檢測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術，2017，40（6）：10?13.

[9] 張偉.移動網(wǎng)絡通信入侵干擾信號優(yōu)化檢測仿真[J].計算機仿真，2017，34（10）：265?268.

[10] 謝銳，裴東興，姚琴琴.高頻信號動態(tài)測試中的信號完整性分析[J].儀器儀表學報，2017，38（3）：773?779.

[11] 張超逸，曾丹丹，李金海，等.改進的GNSS信號快速捕獲檢測算法[J].哈爾濱工程大學學報，2017，38（10）：1609?1615.