鄰頻干擾對跳頻系統中斷概率的影響研究

李梓寧

（長訊通信服務有限公司）

鄰頻干擾對跳頻系統中斷概率的影響研究

李梓寧

（長訊通信服務有限公司）

本文以跳頻系統中的某個特定通信頻點為切入點，對該通信頻點的鄰頻干擾功率進行假設，并以此為前提，進行鄰頻干擾對跳頻系統中斷概率的影響研究。并通過對接收端SINR的分布函數的分析，得出以可用頻點數、干擾臺站數以及信道參數為變量的中斷概率公式，并進行仿真驗證，以期能為臺站布置及跳頻系統的性能分析提供參考。

鄰頻干擾；跳頻系統；中斷概率；影響研究

1 引言

通信站臺布置在同一區域內會相互產生干擾，如何依據已知的系統配置，對系統性能的影響，是當前系統配置中必須解決的問題。國內外學者主要從接收端干擾信號的特征函數和聯合概率密度函數分析接收端的信干噪比（Signal－to－Interference－and－NoiseRatio，SINR），得到誤碼率、傳輸容量以及中斷概率等性能指標。如果服從空間泊松對干擾臺站進行分布，從能量層與信號層兩個角度分析干擾信號的特征函數，得到接收端干擾功率服從S（α，β，γ）偏正態分布的結論，并將其應用于通信系統、分組交換網、AdHoc網中。在上述研究的基礎上，針對蜂窩通信系統，假定干擾臺站分布于圓環區域內分布，得到中斷概率的上、下限。上述研究都是基于系統內通信臺站服從某一分布的假設上展開并取得的結論，并沒有對系統內通信臺站服從于任意位置的情況進行考慮。以聯合概率密度函數為切入點，對處于不同位置上的干擾站臺進行分析，即空間泊松分布、均勻分布以及位置固定，跳頻系統受鄰頻干擾影響的傳輸容量與中斷概率。通過頻表規劃，傳跳頻系統，有效減小了同頻干擾，但基于對用頻效率的考慮，鄰頻干擾在一定程度上仍然存在。因此，本文中對鄰頻干擾對跳頻系統中段概率的影響研究具有很強的現實意義。

2 系統模型

2．1 系統布置

如圖1所示，為典型的美國陸軍超短波跳頻系統應用場景，接收方R0在周邊布置多個通信臺站i={1，2，…，M}，其中M所代表的是通信臺站在區域內總和。接收遠端在向外進行信號發射時，很容易受附近臺站信號發射的鄰頻干擾。

圖1 系統配置

以接收方所在位置為原點，建立極坐標系，Ri為接收方與第i個干擾臺站的間距，R0為通信距離，各臺站在進行通信過程中，必須始終維持在固定的位置上。干擾臺站i頻譜發射的鄰頻功率為Pi，i={1，2，…，M}，信號功率為P0。鄰頻干擾概率為：

F為區域整體所分配的可用頻點數。基于對頻表計劃所產生的鄰頻干擾概率增益的考慮，式（1）還可以表現為：

其中，G所代表的就是利用頻表規劃所可能增長的鄰頻干擾概率。

2.2 信道模型

信道的功能主要體現在小尺度衰落、陰影衰落以及路徑損耗上，利用信道的作用，接收端與干擾臺站i之間功率為：

εi～N（0，σ）為第i條信道的陰影衰落因子。n為路徑損耗指數，通常在3～8范圍內；gi=α2i且E[gi]=1，αi為小尺度衰落因子。因為αi的分布遵循Nakagami-m，所以gi也需遵循進行分布，中段概率中反映密度的函數為：

其中假定mi在一個符號周期內保持不變。其所表示的就是第i條信道上的Nakagami參數。

2.3 接收端信干噪比

接收端干擾功率與信號功率之間的比率即為接收端信干噪比，以公式來說明就是：

3 系統中斷概率

跳頻通信系統中斷概率具體就是指出現某一中段門限高于接收端SINR的概率，以公式進行表現就是：

其中，fyy→（）為接收端干擾功率的聯合概率密度函數為接收端信號功率的概率密度函數。結合上式（4）可求出s的概率密度函數的公式為｝。其中，M為干擾臺站數，mi，i={0，1，…M}為對應的信道參數，其他參數為中間變量。

4 仿真結果

以美陸軍超短波頻段中55MHz的頻點作為對象，對上述中斷概率公式是否正確進行驗證。跳頻系統中斷概率的仿真模擬，應當在充分考慮到多種條件下的Nak-agami可用頻點數、臺站數量和信道參數的基礎上進行。仿真實驗進行100000次。首先，對仿真實驗中所需的3個仿真參數進行確定：信噪比在-5～25dB范圍內轉換，干擾臺站發射頻譜的鄰頻功率Pi=-20dBm，i={1，2，…，M}，噪聲功率N=-30dBm。干擾臺站均勻的分布于2～8km范圍內，通信雙方之間的距離為10km，中斷門限β=0dB，鄰頻干擾概率增益G=1。結果詳情可見圖2～4。

圖2 pa=1、M=4時，Pout與SNR關系Fig

圖3 F=10、m0=1、mi=3時，Pout與SNR關系

圖4 M=4、m0=1、mi=3時，Pout與SNR關系

利用Rice因子與KNakagami信道參數m之間的關系m=（K+1）22K+1（20），表明m在某種層面上來講直接表示的是直射路徑的能量，也就是Nakagami信道中K0=4.5，Ki=4.5，i={1，2，…，M}，混合信道中K0= 0，Ki=4.5，i={1，2，…，M}和Rayleigh信道中K0=0，Ki=0，i={1，2，…，M}。對圖2進行分析，可以得出：當SNR較大時，Nakagami信道與對比混合信道相比，后者由于通信信道沒有直射能量存在，相較于Nakagami信道中斷概率更小；當SNR較小時，Rayleigh信道與對比混合信道相比較，后者由于干擾信道中有直射能量存在，相較于Rayleigh信道，中斷概率也會更大；但隨著SNR的不斷升高，中斷概率受臺站干擾的程度越來越低，Nakagami信道、對比混合信道、Rayleigh信道三者的中斷概率也會逐步趨于0。為使試驗更加簡單與便捷，實驗3和4中，使4個干擾信道的均在同樣的信道狀態下（混合信道條件）進行。如圖3所示：可用頻點數與信道參數在相同的狀態下，如果SNR較小時，影響中段概率吧的主要因素就在于干擾能量，如果干擾臺站數越多，其中斷概率也會隨之增大。但隨著SNR的不斷升高，中斷概率受臺站干擾的程度越來越低，Nakagami信道、對比混合信道、Rayleigh信道三者的中斷概率也會逐步趨于0。圖4表明：干擾臺站數與信道狀態相同的情況下，依照干擾頻數與可用頻點數的聯系，中斷概率變小，可用頻點數增多；但鄰頻干擾概率與可用頻點數之間呈類反比關系。但如果可用頻點數越來越多，中斷概率變化也會越來越小，鄰頻干擾概率也越小。

5 結束語

綜上，文章中以跳頻通信中的某一通信頻點，針對鄰頻干擾對跳頻系統中斷概率的影響，在干擾臺站布置已知的基礎上，進行仿真實驗，并得出跳頻系統中斷概率的計算式，并就跳頻系統中的可用頻點數、干擾臺站數及信道參數等重要參數進行科學計算。理論和仿真結果表明：信道參數與干擾臺站數對于跳頻系統中斷概率之間存在著密切的關聯，有效證實了理論的正確性，為跳頻系統的性能分析和不同信道條件下的臺站布置提供了指導。

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1004-7344（2016）24-0274-02

2016-8-8