（電子科技大學(xué) 通信抗干擾技術(shù)國家重點實驗室,四川 成都 610054）

對快速跳頻通信系統(tǒng)(FFH)抗干擾收發(fā)技術(shù)的研究主要集中在系統(tǒng)敵意干擾環(huán)境下的分集合并算法以及與之相結(jié)合的信道編碼上[1-3]。分集技術(shù)是通信系統(tǒng)提高魯棒性十分有效的方法。所謂分集，就是把包含同一信息的信號分別用多個支路進行傳輸。如果某些支路中的信號經(jīng)歷了深度衰落或敵意干擾，而其他相對獨立的支路中可能仍包含著較強的信號，則在接收端可以得到若干個不同信號樣式的分量。系統(tǒng)根據(jù)一定的判定準(zhǔn)則把這些分量加以處理可增加系統(tǒng)對所傳信息判決的準(zhǔn)確性。常見分集方式有空間分集、頻率分集、時間分集、極化分集等。在FFH系統(tǒng)應(yīng)用中一般采用時間分集。由于跳頻通信的特點，F(xiàn)FH系統(tǒng)的時間分集通常伴隨著頻率分集。頻率分集是在不相關(guān)載頻上傳送相同信息符號，其工作原理是基于在信道相關(guān)帶寬之外的頻率上出現(xiàn)同樣的衰落或干擾概率很小。在理論上，不相關(guān)信道產(chǎn)生同樣衰落的概率是各自產(chǎn)生衰落的概率的乘積。盡管分集合并的方法很多，如線性合并(LC)、自歸一化合并(SZ)、乘積合并(PC)、削波合并(CC)、最大似然合并(ML)等，它們的框架結(jié)構(gòu)是相似的，區(qū)別在于對接收數(shù)據(jù)的處理算法不同。由于乘積合并不需要系統(tǒng)的副信息，并且性能表現(xiàn)較好，因而得到廣泛的應(yīng)用。

以往許多學(xué)者[4-6]都是在最壞部分頻帶干擾條件下研究FFH系統(tǒng)抗干擾的性能，在信干比極低的條件下，最壞部分頻帶干擾就是全頻帶干擾，但是這樣干擾方就會付出相當(dāng)大的代價來實現(xiàn)這種干擾模式，因此實際中在低信干比時非最壞部分頻帶干擾會更普遍，本文也致力于研究在低信干比條件下如何改進傳統(tǒng)的乘積合并接收機(PCR)來提高系統(tǒng)的性能。

1 系統(tǒng)模型

系統(tǒng)模型如圖1所示,定義跳頻總帶寬為Wss,比特持續(xù)時間為Tb,跳頻駐留時間為 Th,Th=Tb/L，B=1/Th為每一跳的跳頻帶寬，部分頻帶干擾因子為r，r表示部分頻帶占總跳頻帶寬的比例，隨機變量ql表示第l跳的干擾狀態(tài)，ql=0表示第l跳未干擾，ql=1表示第l跳被干擾，并且 Pr{ql=0}=1-r,Pr{ql=1}=r。

L個跳頻信號中第l個解跳信號可表示為r(t)[6]：

其中fm表示基帶信號頻率,表示信號幅度，θl是在[0,2π]上服從均勻分布的隨機相位，w(t)表示零均值、方差為N0B的高斯白噪聲，N0為高斯白噪聲的單邊功率譜密度，Jql(t)表示隨機分布在系統(tǒng)工作頻帶上的部分頻帶干擾，干擾和噪聲的方差可以綜合表示為：

其中NJ為部分頻帶的等效單邊功率譜密度,令部分頻帶干擾的總功率為PJT，則:

定義信干比Eb/Nj@SJR。

2 改進的乘積合并算法

傳統(tǒng)的PCR的機理是信息符號在等能量地分配到各支路分集時，各支路乘積值最大。假設(shè)系統(tǒng)各正交信號的相關(guān)分集支路子集能量總和相同，則有相關(guān)分集支路間的能量差異越大，其乘積值越小。通常情況下,信號所處的各分集支路能量差異小，而由于干擾信號和分集支路的非相關(guān)性,故當(dāng)傳輸信道中存在敵意干擾信號時，非信號所處的分集支路能量差異大，但若信干比小于0 dB且部分頻帶干擾為非最壞時,信號分集支路能量可能會非常小而傳空分集支路能量可能會非常大，這種情況下傳統(tǒng)的PCR不能有效地削弱干擾,為了改善系統(tǒng)的性能,可以通過檢測能量差異的方法來改進傳統(tǒng)的PCR，其主要思想是通過檢測信號的L分集支路的能量值差異來判決被干擾跳數(shù)，假設(shè)l跳被干擾，那么就可以利用剩下的(L-l)跳的能量值來估計被干擾跳的能量值。

解跳后的跳頻信號經(jīng)帶寬為B的帶通濾波器后進入平方律檢波器的輸出為 Rm,ql，m=1,2,定義兩支路的 L跳信號能量平均值為:

能量差異檢測系數(shù)設(shè)定為 ρ1、ρ2，則經(jīng)過改進的 PCR輸出的數(shù)據(jù)為：

3 仿真結(jié)果分析

在這一節(jié)中，對改進的乘積合并接收機的抗干擾性能進行了通信鏈路仿真，并結(jié)合傳統(tǒng)的削波合并接收機和乘積合并接收機來比較它們之間性能的差異，削波合并接收機由于利用了系統(tǒng)的副信息(如每條信號功率、噪聲功率)而表現(xiàn)性能最好，在這里可以當(dāng)做是一個參考標(biāo)準(zhǔn)。上一節(jié)中的系數(shù)ρ1和ρ2是通過仿真搜尋的，搜尋的原則是使系統(tǒng)的性能達到最佳。令部分頻帶干擾因子分別為 0.1、0.3、0.5，分集數(shù)設(shè)定為 L=3。

圖2比較了改進的乘積合并接收機和傳統(tǒng)的乘積合并接收機的性能差異。從圖中可以看出，在低信干比的條件下，改進的乘積合并接收機性能要明顯優(yōu)于傳統(tǒng)的乘積合并接收機，隨著部分頻帶干擾因子的增加，系統(tǒng)的誤碼平層逐漸升高，且兩種接收機的性能差異也越來越小。這是由于改進的乘積合并接收機主要是利用未被干擾的數(shù)據(jù)信息來設(shè)置門限的，若干擾概率增加，則通過它設(shè)置的門限就會出現(xiàn)比較大的偏差，但是在干擾因子為0.1、0.3、0.5時,其性能還是要優(yōu)于傳統(tǒng)的乘積合并接收機。

圖3對比了改進的乘積合并接收機與參考標(biāo)準(zhǔn) (削波合并接收機)的差異，圖4對比了傳統(tǒng)的乘積合并接收機與參考標(biāo)準(zhǔn)之間的差異，這兩幅圖整體的趨勢與圖2相似,只是改進的乘積合并接收機更接近于參考標(biāo)準(zhǔn)，而且它是不需要系統(tǒng)的相關(guān)副信息，因而在不增加系統(tǒng)的設(shè)計復(fù)雜度的前提下提高了傳統(tǒng)的乘積合并接收機抗部分頻帶干擾的性能。

本文通過一種能量差異檢測方法改進了乘積合并接收機，有效地削弱了部分頻帶干擾，尤其在低信干比條件下且部分頻帶干擾非最壞時，其性能比傳統(tǒng)的PCR更好。非最壞部分頻帶干擾環(huán)境很有研究意義，因為在通信中，干擾方和抗干擾方其實就是互相博弈，若干擾方采用最壞部分頻帶干擾，則要付出更寬的帶寬和更高的干擾功率，因其代價高昂而被摒棄，所以實際中在低信干比時多采用非最壞干擾模式。在以后的研究中，將會更多地根據(jù)環(huán)境需求或敵意干擾模式采用適合的抗干擾技術(shù)，來對抗干擾技術(shù)內(nèi)容進行深入的探討。

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