針對(duì)信道編碼的高效脈沖干擾方法

邵 堃，雷迎科，羅路為

(國(guó)防科技大學(xué)電子對(duì)抗學(xué)院，安徽 合肥 230037)

0 引言

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)定頻無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)干擾方法的研究主要集中在以下幾個(gè)方面：一是寬帶壓制式干擾[1-3]，即在某一頻段上同時(shí)釋放干擾信號(hào)；二是針對(duì)目標(biāo)信號(hào)的特定調(diào)制方式，研究與之對(duì)應(yīng)的干擾樣式，例如對(duì)PSK調(diào)制方式[4-6]的干擾樣式研究；三是干擾幀同步等字段的靈巧式干擾[7-11]；四是針對(duì)無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)中的信道糾錯(cuò)編碼的特點(diǎn)，研究對(duì)信道編碼的高效干擾方法。文獻(xiàn)[12]討論了級(jí)聯(lián)碼的糾錯(cuò)能力，并給出了脈沖干擾的干擾門(mén)限。文獻(xiàn)[13]分析了Viterbi譯碼和脈沖干擾的特性，并對(duì)脈沖干擾進(jìn)行了建模。文獻(xiàn)[14]針對(duì)典型的級(jí)聯(lián)碼提出同步干擾和脈沖干擾兩種干擾方式。

數(shù)字通信系統(tǒng)中信道編碼技術(shù)的差錯(cuò)控制能力使得傳統(tǒng)干擾方法難以獲得理想的干擾效果，在數(shù)字通信系統(tǒng)中信道編碼、交織和調(diào)制等部分環(huán)環(huán)相扣，要對(duì)信道編碼部分進(jìn)行干擾必然要經(jīng)過(guò)解調(diào)、解交織等環(huán)節(jié)，而現(xiàn)有的針對(duì)信道編碼的干擾方法只著眼于信道編碼的糾錯(cuò)部分，忽略了解碼前的解調(diào)、解交織等步驟對(duì)干擾信號(hào)的影響；并且其中對(duì)級(jí)聯(lián)碼干擾的研究只給出了干擾脈沖長(zhǎng)度的門(mén)限，此類(lèi)干擾并沒(méi)有提高干擾效率，如文獻(xiàn)[12]和文獻(xiàn)[14]中的方法。本文針對(duì)上述問(wèn)題，提出針對(duì)信道編碼的高效脈沖干擾方法。

1 目標(biāo)系統(tǒng)和常見(jiàn)干擾樣式

1.1 無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)

無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)主要包括發(fā)送端和接收端兩部分。在發(fā)送端，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)加密、加擾、編碼、交織、物理成幀、調(diào)制等處理。在接收端，解調(diào)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行幀同步，在捕獲到幀頭位置后提取信息數(shù)據(jù)。對(duì)信息數(shù)據(jù)進(jìn)行解交織、譯碼、解擾和解密后，送入數(shù)據(jù)分接模塊，恢復(fù)業(yè)務(wù)信息。無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)收發(fā)處理流程如圖1所示，可以看出無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)通常采用信道編碼技術(shù)增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性能。

圖1 典型數(shù)字通信系統(tǒng)收發(fā)處理流程Fig.1 Typical digital communication system transceiver and transceiver processing flow

1.2 常見(jiàn)干擾樣式分析

1.2.1 噪聲調(diào)頻干擾

噪聲調(diào)頻干擾如式(1)所示：

(1)

(2)

噪聲調(diào)頻干擾信號(hào)功率譜的表示式為：

(3)

1.2.2 噪聲調(diào)幅干擾

噪聲調(diào)幅干擾如式(4)所示：

J(t)=(U0+Un(t))cos(ωjt+φ)

(4)

噪聲調(diào)幅干擾的功率譜為：

(5)

式(5)中，Gn(f)是基帶噪聲的功率譜，其帶寬為基帶噪聲帶寬的2倍。

噪聲調(diào)幅干擾的總功率為載波功率與基帶噪聲功率之和。

(6)

1.2.3 單音干擾

單音干擾就是對(duì)通信系統(tǒng)只發(fā)射一個(gè)正弦波干擾信號(hào)，因此干擾信號(hào)為單頻連續(xù)波，只對(duì)無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)的單一頻點(diǎn)進(jìn)行干擾。

J(t)=Ujcos(ωjt+φ)

(7)

式(7)中，Uj為單音干擾的幅度，ωj是干擾信號(hào)的角頻率，通常要與無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信信號(hào)的載波頻率相同。

1.2.4 高斯噪聲干擾

高斯噪聲干擾就是將高斯噪聲通過(guò)濾波器將干擾能量集中在通信帶寬內(nèi)，設(shè)高斯白噪聲n(t)的均值為0，方差為1，n(t)～N(0,1)。

(8)

式(8)中，w(t)是窗函數(shù)W(jω)的傅里葉逆變換，其帶寬取決于通信系統(tǒng)的帶寬。

(9)

1.2.5 相似信號(hào)干擾

相似信號(hào)干擾即在簡(jiǎn)單的偵察基礎(chǔ)上，由干擾機(jī)產(chǎn)生與通信信號(hào)的調(diào)制方式、碼速度、載頻等參數(shù)相似的干擾信號(hào)，由于干擾信號(hào)的生成方式與通信信號(hào)相似，因此相比于其他干擾樣式，相似信號(hào)干擾更容易進(jìn)入通信接收機(jī)，且很難被通信方濾除。

2 高效脈沖干擾方法

無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)的抗干擾性能除了和調(diào)制方式有關(guān)，還與信道編碼、交織等步驟密切相關(guān)，本節(jié)分別對(duì)采用卷積碼加交織的無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)和采用RS碼加卷積碼加交織的無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)的抗干擾能力進(jìn)行詳細(xì)分析，并對(duì)兩種典型的無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)應(yīng)的高效干擾方法。

2.1 采用卷積碼的數(shù)字通信系統(tǒng)

2.1.1 卷積碼的抗干擾性能分析

對(duì)信道編碼為卷積碼的無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)的抗干擾性能展開(kāi)分析。對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行卷積編碼是為了糾正傳輸過(guò)程中可能出現(xiàn)的誤碼，并使系統(tǒng)獲得編碼增益。卷積碼將k個(gè)信息比特編成n個(gè)比特，編碼后的n個(gè)碼元不僅與當(dāng)前k個(gè)信息有關(guān)，還與前N-1段信息有關(guān)。卷積碼的糾錯(cuò)性能取決于卷積碼的自由距離，設(shè)卷積碼的自由距離為dfree，則其糾錯(cuò)能力為：

(10)

圖2 卷積碼系統(tǒng)Fig.2 Convolutional code system

卷積碼的譯碼的糾錯(cuò)能力還與所采用的譯碼方法有關(guān)。當(dāng)采用概率譯碼時(shí)，卷積碼能在3～5個(gè)約束長(zhǎng)度內(nèi)糾正t個(gè)差錯(cuò)。

卷積碼有很好的糾隨機(jī)錯(cuò)誤的能力，而對(duì)于發(fā)生較連續(xù)的突發(fā)錯(cuò)誤時(shí)，一旦超過(guò)卷積碼的糾錯(cuò)能力后，由于卷積碼的約束關(guān)系可能帶來(lái)新的錯(cuò)誤，因此卷積碼的對(duì)突發(fā)錯(cuò)的糾錯(cuò)能力較差。

因此無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)在卷積編碼之后添加交織器，目的是為了將信道中產(chǎn)生的連續(xù)錯(cuò)碼轉(zhuǎn)化為獨(dú)立錯(cuò)碼，使集中錯(cuò)誤最大限度的分散化，通過(guò)卷積編碼實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)，增加系統(tǒng)的抗干擾性能。發(fā)送端對(duì)卷積編碼后的數(shù)據(jù)按照字節(jié)(1 Byte=8 bit)進(jìn)行交織，采用塊交織技術(shù)，發(fā)送端采用“行入列出”，接收端采用“列入行出”。

如圖3所示，交織器行數(shù)P2=5，列數(shù)P2=26，其中圓圈表示被連續(xù)干擾后的字節(jié)。可見(jiàn)，在解交織后錯(cuò)誤字節(jié)被離散化，錯(cuò)字節(jié)間的最小間隔為M=26，而卷積碼對(duì)分散的隨機(jī)錯(cuò)有很好的糾錯(cuò)能力，因此傳統(tǒng)的通信干擾對(duì)采用卷積加交織的無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)很難取得理想的干擾效果。

圖3 交織器Fig.3 Interleaver structure

2.1.2 針對(duì)卷積碼的高效脈沖干擾方法

當(dāng)采用概率譯碼時(shí)，卷積碼能在3～5個(gè)約束長(zhǎng)度內(nèi)糾正t個(gè)差錯(cuò)；當(dāng)存在交織器時(shí)，連續(xù)的錯(cuò)誤會(huì)被分散到整個(gè)通信序列中，轉(zhuǎn)化為獨(dú)立的錯(cuò)誤。在一定干擾功率的前提下，傳統(tǒng)通信干擾方法對(duì)無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)行干擾時(shí)，卷積編碼和交織編碼會(huì)降低干擾方的干擾效率，因此本文提出高效脈沖干擾方法，該干擾方法通過(guò)干擾特定的碼元，在相同干擾功率下產(chǎn)生放大誤碼率的效果。

對(duì)于采用卷積碼加交織的無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)的干擾波形設(shè)計(jì)可以遵循以下原則:

1) 采用對(duì)特定調(diào)制方式的最佳干擾樣式，結(jié)合交織器結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)在譯碼前產(chǎn)生連續(xù)突發(fā)錯(cuò)誤的干擾波形;

2) 結(jié)合干擾發(fā)射功率，尋找在特定發(fā)射功率下卷積碼誤碼率放大的干擾方式。

圖4 針對(duì)卷積碼的高效脈沖干擾時(shí)序圖Fig.4 Sequence diagram of high efficiency pulse jamming for convolutional codes

干擾信號(hào)可以建模為一矩形脈沖串與對(duì)特定調(diào)制方式的最佳干擾樣式相乘，即：

(11)

式(11)中，J(t)為對(duì)特定調(diào)制方式的最佳干擾信號(hào)，例如相似干擾信號(hào)、噪聲調(diào)制干擾信號(hào)等；a(t)是矩形脈沖串，它包括m個(gè)周期為T(mén)，脈寬為τ的子脈沖，u(t)是階躍函數(shù)。在脈沖寬度內(nèi)p(t)的頻譜特性與J(t)的頻譜特性相似，p(t)的帶寬與J(t)帶寬相同。

2.2 采用級(jí)聯(lián)碼的數(shù)字通信系統(tǒng)

2.2.1 級(jí)聯(lián)碼的抗干擾性能分析

當(dāng)無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)需要傳輸較大量的數(shù)據(jù)時(shí)，就必須保證系統(tǒng)具有較強(qiáng)的糾錯(cuò)能力。RS碼作為外碼與卷積內(nèi)碼組成的級(jí)聯(lián)碼具有優(yōu)異的差錯(cuò)控制性能，其中RS碼是一種擴(kuò)展的非二進(jìn)制分組循環(huán)碼，級(jí)聯(lián)碼系統(tǒng)框圖如圖5所示。

圖5 級(jí)聯(lián)碼系統(tǒng)Fig.5 Cascade code system

級(jí)聯(lián)碼能夠在較低的信噪比條件下實(shí)現(xiàn)可接受的誤碼率數(shù)據(jù)傳輸?shù)脑蚴荲iterbi譯碼的特性，約束長(zhǎng)度為7的卷積譯碼器不能正確譯碼的比特錯(cuò)位為連續(xù)的突發(fā)錯(cuò)，因此通過(guò)交織將信道中產(chǎn)生的連續(xù)突發(fā)錯(cuò)變成相互獨(dú)立的錯(cuò)誤，通過(guò)卷積譯碼器糾正一部分錯(cuò)誤，(255,223)RS編碼作為外碼與(2,1,7)卷積內(nèi)碼可以很好地匹配，這是因?yàn)榫矸e譯碼器輸出的突發(fā)錯(cuò)誤通常其長(zhǎng)度是幾個(gè)比特到幾個(gè)卷積碼約束長(zhǎng)度，這相應(yīng)于RS外碼中有數(shù)量較少的字節(jié)錯(cuò)誤，(255,223)RS編碼的糾錯(cuò)能力為：

(12)

即在一個(gè)RS碼字內(nèi)可以糾正不超過(guò)16 Byte的誤碼。以8位2進(jìn)制表示每個(gè)碼元，每個(gè)碼元內(nèi)錯(cuò)1 bit和8 bit是等價(jià)的，因?yàn)榻?jīng)過(guò)Viterbi譯碼器后，較短的隨機(jī)錯(cuò)誤已經(jīng)被糾正，Viterbi譯碼器比特錯(cuò)誤與RS符號(hào)大小差不多長(zhǎng)度的突發(fā)形式發(fā)生，3或4個(gè)Viterbi譯碼器比特錯(cuò)誤一般可以集中在一個(gè)RS符號(hào)內(nèi)，這樣促使只有更少的單個(gè)比特錯(cuò)誤出現(xiàn)，有利于RS外碼譯碼糾錯(cuò)。總的來(lái)說(shuō)，適當(dāng)?shù)慕豢椏梢詫⑿诺乐械漠a(chǎn)生的突發(fā)錯(cuò)離散化，通過(guò)卷積譯碼器糾正較短的獨(dú)立錯(cuò)誤，從約束長(zhǎng)度為7的卷積譯碼器送出的突發(fā)錯(cuò)誤有足夠的長(zhǎng)度將比特錯(cuò)誤集中到單個(gè)RS符號(hào)中，利用RS外碼可以實(shí)現(xiàn)突發(fā)錯(cuò)誤的糾錯(cuò)。

2.2.2 針對(duì)級(jí)聯(lián)碼的高效脈沖干擾方法

針對(duì)上述級(jí)聯(lián)碼的糾錯(cuò)編碼和糾錯(cuò)能力的分析，提出針對(duì)級(jí)聯(lián)碼的高效脈沖干擾方法，分析干擾方法對(duì)采用級(jí)聯(lián)碼加交織的無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)的影響。

針對(duì)級(jí)聯(lián)碼的高效脈沖干擾方法是周期性的發(fā)射具有一定占空比的干擾信號(hào)，占空比決定了平均功率和峰值功率之間的關(guān)系，干擾效果取決于峰值功率以及該信號(hào)返回到接收機(jī)的頻度。所以針對(duì)級(jí)聯(lián)碼的高效脈沖干擾方法的平均功率比其他干擾方法的平均功率低，但該干擾方式可以產(chǎn)生特定的錯(cuò)誤比特位置，使譯碼后的數(shù)據(jù)產(chǎn)生誤碼，減低信道傳輸數(shù)據(jù)質(zhì)量。

采用高效脈沖干擾時(shí)，譯碼過(guò)程如圖6所示。

圖6 級(jí)聯(lián)碼譯碼及干擾示意圖Fig.6 Concatenated code decoding and jamming diagram

分析高效脈沖干擾的干擾效果時(shí)不考慮干擾對(duì)同步字節(jié)的影響，無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)采用的塊交織技術(shù)，由于卷積碼對(duì)連續(xù)錯(cuò)的糾錯(cuò)能力較差，因此干擾信號(hào)要分布在解交織器每行的碼字上，保證在解交織后可以出現(xiàn)連續(xù)的突發(fā)錯(cuò)誤，迅速達(dá)到卷積碼的糾錯(cuò)上限，破壞卷積碼的糾錯(cuò)能力，圖為級(jí)聯(lián)碼系統(tǒng)中的交織器，其中圓圈表示被干擾后的字節(jié)。

圖7中交織器行數(shù)4，列數(shù)P1=128，其中圓圈表示被連續(xù)干擾后的字節(jié)。對(duì)于8進(jìn)制的RS，每個(gè)碼元內(nèi)錯(cuò)1 bit和8 bit是等價(jià)的，因此在一定的干擾功率下，干擾脈沖在每個(gè)碼字中越分散，產(chǎn)生的誤碼率越高，在L2處干擾脈沖的最佳分布如圖8所示。

圖7 交織器Fig.7 Interleaver structure

圖8 對(duì)RS碼最佳干擾脈沖分布Fig.8 Optimal distribution of jamming pulse for RS code

對(duì)于采用級(jí)聯(lián)碼加交織的無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)的干擾波形設(shè)計(jì)可以遵循以下原則:

1) 采用對(duì)特定調(diào)制方式的最佳干擾樣式，結(jié)合交織器結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)產(chǎn)生超過(guò)卷積碼糾錯(cuò)能力的連續(xù)突發(fā)錯(cuò)誤的干擾波形;

2) 在保證錯(cuò)誤長(zhǎng)度超過(guò)卷積碼糾錯(cuò)上限的前提下，使錯(cuò)誤比特盡量分散在多個(gè)字節(jié)中。

針對(duì)級(jí)聯(lián)碼的高效脈沖干擾在L1處干擾時(shí)序如圖9所示。

圖9中T為干擾周期取5 Byte/速率，W為干擾脈寬，通過(guò)改變W和干擾周期內(nèi)的干擾脈沖個(gè)數(shù)這兩個(gè)參數(shù)值達(dá)到在干擾功率不變的情況下放大級(jí)聯(lián)碼的誤碼率的效果，實(shí)現(xiàn)對(duì)級(jí)聯(lián)碼無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)的高效干擾。

干擾信號(hào)可以建模為兩個(gè)矩形脈沖串與對(duì)特定調(diào)制方式的最佳干擾樣式相乘，即：

(13)

圖9 針對(duì)級(jí)聯(lián)碼的高效脈沖干擾時(shí)序圖Fig.9 Sequence diagram of high efficiency pulse jamming for concatenated codes

式(13)中，J(t)為對(duì)特定調(diào)制方式的最佳干擾信號(hào)，例如相似干擾信號(hào)、噪聲調(diào)制干擾信號(hào)等；a(t)是矩形脈沖串，它包括m個(gè)周期為T(mén)1，脈寬為τ1的子脈沖，b(t)也為矩形脈沖串，它包括n個(gè)周期為T(mén)2，脈寬為τ2的子脈沖，u(t)是階躍函數(shù)。a(t)和b(t)的波形如圖10所示。

圖10 矩形脈沖串Fig.10 Rectangular pulse train

通過(guò)控制τ1和τ2的寬度改變干擾脈沖的分布，尋找在一定干擾功率下使誤碼率放大的干擾參數(shù)。

3 仿真實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)選取DPSK作為調(diào)制方式。

實(shí)驗(yàn)一 不同干擾樣式對(duì)DPSK調(diào)制的干擾效果

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：調(diào)制方式為DPSK調(diào)制，解調(diào)方式為相干解調(diào)；傳輸速率為40 kbps；發(fā)送端采用根升余弦成型濾波的方法實(shí)現(xiàn)成型濾波，滾降系數(shù)為0.25；噪聲調(diào)頻干擾的有效調(diào)頻指數(shù)為0.4；干擾信號(hào)的載波頻率與目標(biāo)信號(hào)的一致。

如圖11所示，在相同干信比的條件下，相似信號(hào)干擾樣式對(duì)DPSK系統(tǒng)的干擾效果明顯優(yōu)于其他的干擾樣式，因此應(yīng)選擇相似信號(hào)干擾作為高效脈沖干擾方法中的干擾樣式。

圖11 不同干擾樣式的干擾效果Fig.11 Jamming effects of different jamming modes

實(shí)驗(yàn)二 相似干擾對(duì)DPSK調(diào)制的干擾效果分析

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：目標(biāo)信號(hào)的載波頻率取2 MHz，相似信號(hào)干擾的載波頻率分別取2 MHz，2.005 MHz，2.01 MHz，2.02 MHz，2.03 MHz和2.05 MHz，其他實(shí)驗(yàn)參數(shù)與實(shí)驗(yàn)一一致。

如圖12所示，可見(jiàn)當(dāng)干擾信號(hào)的載波頻率取大于2.03 MHz時(shí)干擾效果顯著下降，這是因?yàn)闊o(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)采用了根升余弦成型濾波，其滾降系數(shù)為0.25，其帶寬是Rs(1+α)，其中α為滾降系數(shù)，Rs為碼元速率，所以濾波器的通帶帶寬為50 kHz，半帶帶寬為25 kHz，當(dāng)干擾信號(hào)的載波頻率與目標(biāo)信號(hào)的載波頻率相差較大時(shí)，干擾信號(hào)的頻率大部分落到濾波器的通帶之外，使得大部分相似信號(hào)干擾被濾波器濾除。

圖12 相似干擾對(duì)DPSK系統(tǒng)的干擾效果Fig.12 Jamming effect of similar jamming on DPSK system

實(shí)驗(yàn)三 卷積碼的抗干擾性能分析

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)采用(2,1,7)卷積編碼，碼率為1/2。碼生成多項(xiàng)式為(171,133)，即G1=1111001，G2=1011011，約束長(zhǎng)度為7，譯碼方式為維特比譯碼，編碼后的數(shù)據(jù)部分共130 Byte即1 040 bit。令無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)接收端解調(diào)后的數(shù)據(jù)產(chǎn)生50個(gè)錯(cuò)誤比特，并使這些錯(cuò)誤比特在[0,160] bit內(nèi)至[0,1 040] bit的數(shù)據(jù)段內(nèi)隨機(jī)分布。

圖13 錯(cuò)誤分布對(duì)卷積碼譯碼的影響Fig.13 Effect of error distribution on decoding of convolutional codes

實(shí)驗(yàn)四 針對(duì)卷加碼的高效脈沖干擾方法的干擾性能分析

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)采用(2,1,7)卷積編碼，編碼參數(shù)同實(shí)驗(yàn)三，采用塊交織技術(shù)，并對(duì)數(shù)據(jù)按照字節(jié)(1 Byte=8 bit)進(jìn)行交織，發(fā)送端采用“行入列出”，接收端采用“列入行出”，交織深度為5，調(diào)制方式為DPSK調(diào)制，干擾樣式為相似信號(hào)干擾。

如圖14所示，仿真了不同干擾占空比時(shí)高效脈沖干擾對(duì)卷積碼系統(tǒng)的干擾效果，其中干擾的周期為5 Byte/速率，可見(jiàn)當(dāng)干擾功率有限時(shí)，適當(dāng)?shù)販p小干擾的占空比，增加干擾峰值功率，可以增強(qiáng)對(duì)卷積碼的干擾效果；在功率達(dá)到一定大小時(shí)，開(kāi)始展寬干擾脈沖寬度，增加數(shù)據(jù)段中錯(cuò)誤比特的可能產(chǎn)生位置，增強(qiáng)干擾效果；當(dāng)干擾信號(hào)占空比達(dá)到90%左右時(shí)，此時(shí)的占空比為高效脈沖干擾的最佳干擾占空比，因?yàn)榫矸e碼中存在的約束關(guān)系會(huì)帶來(lái)新的錯(cuò)誤，因此該干擾占空比可以提高干擾效率，使譯碼器輸出的誤碼率迅速最大化。

圖14 高效脈沖干擾對(duì)卷積碼系統(tǒng)干擾效果Fig.14 Jamming effect of high efficiency pulse jamming on convolutional code system

采用相似信號(hào)干擾樣式對(duì)卷積碼系統(tǒng)進(jìn)行傳統(tǒng)脈沖干擾，圖15中占空比表示干擾時(shí)間占通信時(shí)間的比例。

圖15 傳統(tǒng)干擾方法對(duì)卷積碼系統(tǒng)干擾效果Fig.15 Jamming effect of traditional jamming method on convolutional code system

圖16為卷積碼系統(tǒng)下新型高效脈沖干擾與傳統(tǒng)脈沖干擾的干擾效果對(duì)比，可見(jiàn)在相同干信比和干擾占空比的條件下，高效脈沖干擾的干擾效果都不同程度地優(yōu)于傳統(tǒng)脈沖干擾。

圖16 高效脈沖干擾方法與傳統(tǒng)干擾方法的干擾效果對(duì)比Fig.16 Comparison of jamming effect between high efficiency pulse jamming method and traditional jamming method

實(shí)驗(yàn)五 RS碼的抗干擾性能分析

實(shí)驗(yàn)參數(shù)：無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)采用RS(255，223)編碼，生成多項(xiàng)式為F(x)=x8+x4+x3+x2+1，信息位取8，監(jiān)督碼元2t=32，編碼后的數(shù)據(jù)部分共2 040 bit。令解RS碼前的數(shù)據(jù)中產(chǎn)生60個(gè)錯(cuò)誤比特，并使這些錯(cuò)誤比特在數(shù)據(jù)段中60 bit的范圍內(nèi)至2 000 bit范圍內(nèi)隨機(jī)分布。

RS(255，223)能糾正16個(gè)字節(jié)的錯(cuò)誤，即128 bit，如圖17所示，當(dāng)錯(cuò)誤比特在小于128 bit的范圍內(nèi)分布時(shí)，所有的錯(cuò)誤比特都會(huì)被RS碼糾正過(guò)來(lái)，譯碼器輸出誤符號(hào)率為0；隨著錯(cuò)誤比特在消息分組中分布得越來(lái)越分散，譯碼器輸出的誤符號(hào)率也隨之增加，根據(jù)2.2節(jié)中的分析，要使60個(gè)錯(cuò)誤比特產(chǎn)生最大誤符號(hào)率，則錯(cuò)誤比特的分布為每個(gè)字節(jié)中只存在一個(gè)錯(cuò)誤比特。

圖17 錯(cuò)誤分布對(duì)級(jí)聯(lián)碼譯碼的影響Fig.17 Effect of error distribution on decoding of concatenated codes

實(shí)驗(yàn)六 針對(duì)級(jí)聯(lián)碼的高效脈沖干擾方法的干擾性能分析

無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)采用級(jí)聯(lián)碼，其中RS碼的參數(shù)同實(shí)驗(yàn)五，卷積碼的參數(shù)同實(shí)驗(yàn)三；交織方式與實(shí)驗(yàn)四相同，交織深度為4；調(diào)制方式為DPSK調(diào)制，級(jí)聯(lián)碼編碼后的數(shù)據(jù)部分共512 Byte(4 096 bit)。干擾樣式為相似信號(hào)干擾，2.2.2節(jié)中的矩形脈沖b(t)的周期為4 Byte/速率，其占空比τ2分別取25%，50%，75%和100%時(shí)，改變矩形脈沖a(t)的占空比τ1，觀察高效脈沖干擾對(duì)級(jí)聯(lián)碼的干擾效果，其中a(t)的周期為1 Byte(8 bit)/速率，b(t)的周期為4 Byte(32 bit)/速率。

如圖18所示，可見(jiàn)對(duì)于矩形脈沖a(t)來(lái)說(shuō)，占空比τ1取25%時(shí)與占空比取大于37.5%時(shí)所能達(dá)到的最大誤符號(hào)率相差不大，但是τ1取25%時(shí)的高效脈沖干擾方法可以用更小的干信比使級(jí)聯(lián)碼的輸出誤符號(hào)率更快地達(dá)到最大。當(dāng)干擾功率達(dá)到一定大小時(shí)，在保證達(dá)到卷積碼糾錯(cuò)上限的前提下，展寬矩形脈沖b(t)的占空比τ2，使輸出的錯(cuò)誤比特在數(shù)據(jù)中分布得更為分散，RS碼譯碼器輸出的錯(cuò)誤符號(hào)數(shù)量也隨之增加。

圖18 高效脈沖干擾對(duì)級(jí)聯(lián)碼系統(tǒng)的干擾效果Fig.18 The jamming effect of high efficiency pulse jamming on concatenated code system

圖19—圖22中高效脈沖干擾的圖例為占空比τ1的大小，因此高效脈沖干擾方法的總干擾時(shí)間占目標(biāo)信號(hào)通信時(shí)間的比例為τ1×τ2，與之對(duì)應(yīng)的傳統(tǒng)脈沖干擾的干擾占空比如圖(b)中的圖例所示，可以看出，在相同干信比和干擾占空比的條件下，高效脈沖干擾方法的干擾效果較傳統(tǒng)干擾方法的干擾效果都有較大幅度的提升，這是因?yàn)楦咝}沖干擾方法可以使錯(cuò)誤比特更均勻地分布在數(shù)據(jù)段中，增加包含錯(cuò)誤比特的字節(jié)的個(gè)數(shù)，因此高效脈沖干擾方法比傳統(tǒng)脈沖干擾方法的干擾效率更高。

圖19 占空比τ2為25%的高效脈沖干擾與傳統(tǒng)干擾的干擾效果對(duì)比Fig.19 Comparing the jamming effect of high efficiency pulse jamming and traditional jamming with 25% duty cycle

圖20 占空比τ2為50%的高效脈沖干擾與傳統(tǒng)干擾的干擾效果對(duì)比Fig.20 Comparing the jamming effect of high efficiency pulse jamming and traditional jamming with 50% duty cycle

圖21 占空比τ2為75%的高效脈沖干擾與傳統(tǒng)干擾的干擾效果對(duì)比Fig.21 Comparing the jamming effect of high efficiency pulse jamming and traditional jamming with 75% duty cycle

圖22 占空比τ2為100%的高效脈沖干擾與傳統(tǒng)干擾的干擾效果對(duì)比Fig.22 Comparing the jamming effect of high efficiency pulse jamming and traditional jamming with 100% duty cycle

4 結(jié)論

本文提出了針對(duì)信道編碼的高效脈沖干擾方法，該方法根據(jù)信道編碼的糾錯(cuò)特點(diǎn)，采用相似信號(hào)干擾作為干擾樣式，通過(guò)矩形脈沖串控制干擾信號(hào)干擾數(shù)據(jù)段中的特定比特，產(chǎn)生使譯碼器誤碼率放大的錯(cuò)誤分布。對(duì)采用卷積碼的無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)和采用級(jí)聯(lián)碼的無(wú)線(xiàn)數(shù)字通信系統(tǒng)進(jìn)行干擾并分析干擾效果，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，高效脈沖干擾方法可以用更小的干擾功率迅速破壞信道編碼的糾錯(cuò)能力，放大譯碼器的輸出誤符號(hào)率。