一種變結構抗梳狀譜干擾的通信體制

朱金曉，吳樂南

(東南大學 信息科學與工程學院，江蘇 南京210096)

一種變結構抗梳狀譜干擾的通信體制

朱金曉，吳樂南

(東南大學 信息科學與工程學院，江蘇 南京210096)

當代的電磁環境對通信抗干擾的要求不斷提高，必須不斷探索更有效的抗干擾方法以提高通信性能。在此背景下針對高斯信道提出一種變結構抗常見梳狀譜干擾的通信體制，該方法主要利用雙極性脈沖擴展二元相移鍵控調制的優勢，在不同的信道環境下選擇不同的調制方式并調節相應的調制參數。通過仿真分析可以預見，在梳狀譜干擾通信信道下，該通信體制能夠以較小的代價獲得較好的抗干擾效果。

EBPSK調制；梳狀譜；抗干擾；變結構

0 引言

近年來，隨著人類社會的發展，信息化進程不斷推進，而無線通信的空間開放性帶來的各種干擾也越來越嚴重[1]。為了適應軍民用通信發展的需要，系統的抗干擾能力必須不斷滿足更高的要求。梳狀譜干擾[2]是一種人為干擾模式，它在一系列頻點上按照某種調制方式產生一組窄帶干擾信號，主要是針對跳頻抗干擾手段[3]的一種部分頻帶壓制式或全頻帶壓制式的常用干擾方法[4]。仿真發現，擴展的二元相移鍵控(Extended Binary Phase Shift Keying,EBPSK)調制抗梳狀譜干擾的性能優于傳統的二進制相移鍵控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)[5]，但是BPSK調制在無干擾的加性高斯白噪聲(AWGN)信道下解調性能更優，因此本文提出一種隨信道環境而改變調制方式的變結構抗梳狀譜干擾通信體制[6]。

1 EBPSK調制

與傳統的對稱式BPSK調制不同，EBPSK是一種碼元符號調制時間與持續時間不同或者相位跳變小于180°的非對稱調制，以便讓頻譜能量集中在載頻的譜線上，具有較高的頻譜利用率[7]。

設碼元長度為T，每個碼元包含N(N≥1)個載波周期，即T=2πN/ωc；跳變波形持續K(K≤N)個載波周期，時間長度為τ=2πK/ωc。若分別用f0(t)和f1(t)表示“0”和“1”的調制波形，則任意二進制相移鍵控調制信號的統一表達式可定義為[8]：

(1)

當B=A時，若θ=π、τ=T，式(1)為經典的BPSK調制；當選取不同的θ并對τ加以控制，再配合成形濾波器可以縮緊已調信號帶寬，因此將式(1)定義的調制信號形式稱為ExtendedBPSK，即EBPSK調制[9-10]。其中，τ/T=K/N稱為“調制占空比”。本文設定參數B=1,A=0,θ=π，此時的EBPSK調制是一種“雙極性脈沖EBPSK”調制，通過改變調制占空比參數K，可比較EPBSK調制和BPSK調制抗梳狀譜干擾性能的優劣。當調制參數N=5,K=3時，由式(1)產生的碼元“0”和“1”的調制波形如圖1所示。

圖1 EBPSK調制信號波形

2 梳狀譜干擾

梳狀譜干擾是指在有效頻帶內施放多個窄帶干擾信號，其實際干擾帶寬為所有窄帶干擾帶寬之和。當窄帶個數很多時，就相當于寬帶干擾[11-12]。本文所采用的梳狀譜干擾模型為疊加的調頻信號，由梳狀譜干擾的定義可以得到干擾的理論表達式為：

(2)

式中，M表示梳狀譜干擾功率譜的“梳齒”個數。假設fc=455kHz，梳齒個數為3，此時梳狀譜干擾的功率譜如圖2所示。

圖2 梳狀譜干擾功率譜圖

3 仿真實驗

3.1 參數說明

通過前述可知，當N=K時EBPSK調制退化為BPSK調制，因此仿真實驗通過調節K值確定不同信道環境下應采用的更優調制方式。調制信號參數N=379保證EBPSK調制或BPSK調制采用相同的碼率通信。fc=455kHz，10倍采樣，由于EBPSK調制的-40dB帶寬比較寬，通過成形濾波將帶寬控制為24kHz。梳狀譜干擾選擇梳齒數為2，干擾/信號帶寬比為10%，加入干擾后固定信噪比為2.2dB。EBPSK調制和BPSK調制都先采用相干解調變換到基帶，但需要選擇不同的判決方法。EBPSK需要找到跳變位置用斜率法判決，BPSK可以直接進行抽樣判決。

3.2 高斯信道仿真

當AWGN信道無干擾時，按照上述參數及調制解調方法仿真得到BPSK調制和EBPSK調制的誤碼率曲線如圖3所示。

圖3 無干擾AWGN信道不同調制方式的誤碼率曲線

由圖3可以發現，BPSK調制在AWGN信道可獲得更優的通信效果，當信道不含人為梳狀譜干擾時，1x10-4量級誤碼率下BPSK調制的信噪比要求可以低至-23dB。

3.3 抗梳狀譜干擾性能仿真

假設梳狀譜干擾為信道所包含的主要干擾成分，那么最接近真實情況的信道模型是梳狀譜干擾與AWGN的混合信道模型。根據3.2節AWGN信道的仿真結果可知，無論是BPSK調制還是EBPSK調制，當信噪比SNR超過-13dB時都可以達到通信要求。在仿真抗梳狀譜干擾性能時設置SNR=2.2 dB，對EBPSK調制在不同調制參數K也就是不同調制占空比下的性能進行重點仿真，主要選擇K=10、K=20和K=50這3種調制參數，得到以干信比為橫坐標的2種調制方法的抗干擾仿真結果。

如圖4所示，EBPSK調制方式的抗梳狀譜干擾性能要優于BPSK調制方式，同時，隨著K值也就是調制占空比的降低，EBPSK調制的性能會有所提高。從圖4中發現，當K=10時，滿足通信要求的干信比可以達到14dB，比BPSK調制方式高出7dB以上。

圖4 AWGN信道梳狀譜干擾下的誤碼率曲線

4 結束語

本文依據雙極性脈沖EBPSK調制在AWGN信道抗梳狀譜干擾能力比傳統BPSK調制更強、BPSK調制在無干擾AWGN信道性能更優的現象，將二者結合提出了一種AWGN信道變結構的抗梳狀譜干擾通信體制：無人為干擾時可利用BPSK調制通信；當通信效果惡化時可嘗試轉換到小K值EBPSK調制通信。并且通過仿真實驗證明，當干擾為梳狀譜干擾時，這種變結構通信體制只需改變一個波形參數即可獲得更強的抗干擾效果，為抗干擾方法的改進提供了新的思路。

[1] 吳 凡,姚富強.跳頻信號偵查的現狀與發展趨勢[J].現代軍事通信,2005,24(2)：55-57.

[2] 徐志化,竺小松.降低頻率非等間隔梳狀譜干擾信號的峰值功率比研究[J].電子信息對抗技術，2015,30(2)：41-44.

[3] 滕振宇,楊 力.一種更高調速梳狀譜干擾新機制的研究[J].系統仿真學報,2009,21(19)：6190-6194.

[4] 卓建榮.寬帶梳狀譜干擾信號的包絡優化技術分析[J].無線電工程,2010,40(6)：17-20.

[5] 張士凱,吳樂南.EBPSK調制信號功率譜分析[J].電波科學學報,2008,23(3)：496-498.

[6] 常 虹,丁佳佳，吳樂南.AWGN信道EBPSK系統解調性能分析[J].東南大學學報，2012,42(1)：14-19.

[7] 戚晨皓，陳國強，吳樂南.二階鎖相環的EBPSK信號解調分析[J].電子與信息學報，2009,31(2)：418-421.

[8] 陳賢卿.高效調制通信系統中檢測與信道編碼的研究[D].南京：東南大學,2013.

[9] 宋文慧,吳樂南.用于EBPSK系統的多徑信道小波變換線性均衡器[J].東南大學學報,2013,43(1)：12-16.

[10] 吳樂南.超窄帶高速通信進展[J].自然科學進展,2007,17(11)：1467-1473.

[11]CHENGHong-bing,MAMeng,JIAOBing-li.OntheDesignofCombSpectrumCodeforMultipleAccessScheme[J].IEEETrans.OnCommunication,2009,57(3)：754-763.

[12] 姚富強.通信抗干擾工程與實踐[M].北京：電子工業出版社,2008.

A Variable Structure Communication Scheme for Anti-comb-spectrum-interference in Gaussian Channel

ZHU Jin-xiao,WU Le-nan

(School of Information Science and Engineering,Southeast University,Nanjing Jiangsu 210096,China)

The requirement for anti-interference capability in current electromagnetic environment is increasingly high,which needs more effective anti-interference methods to improve the communication performance constantly.A new variable structure communication scheme in Gaussian channel is proposed to solve this problem,which is mainly designed for common comb spectrum interference.It utilizes the advantages of bipolar pulse EBPSK modulation with various waveforms used under different channel environments.The simulation result indicates that better communication effects can be achieved with less cost.

EBPSK modulation;comb spectrum;anti-interference;variable structure

10.3969/j.issn.1003-3114.2017.03.04

朱金曉,吳樂南.一種變結構抗梳狀譜干擾的通信體制[J].無線電通信技術,2017,43(3): 21-22,42.

[ZHU Jinxiao, WU Le’nan. A Variable Structure Communication Scheme for Anti-comb-spectrum-interference in Gaussian Channel [J].Radio Communications Technology, 2017,43(3):21-22,42.]

2016-12-07

朱金曉(1993—)，女，碩士研究生，主要研究方向：通信信號處理。吳樂南(1952—)，男，教授、博士生導師，中國電子學會會士，中國通信學會和中國計算機學會高級會員，主要研究方向：通信信號處理和多媒體信息處理。

TN973.1

A

1003-3114(2017)03-21-2