潘 磊 許大琴

(海軍指揮學(xué)院信息系 南京 211800)

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JTIDS多頻點(diǎn)梳狀干擾研究*

潘 磊 許大琴

(海軍指揮學(xué)院信息系 南京 211800)

論文以MSK調(diào)制解調(diào)誤碼率為基礎(chǔ),逐項(xiàng)加入JTIDS系統(tǒng)的抗干擾措施帶來(lái)的影響,獲得同時(shí)采用多種糾錯(cuò)編碼技術(shù)時(shí)的JTIDS誤碼率模型。以此模型為基礎(chǔ),研究了在多頻點(diǎn)梳狀干擾下JTIDS系統(tǒng)的誤碼率模型,得到了干擾覆蓋信道數(shù)、信干比與干擾效果之間的若干關(guān)系,對(duì)有效干擾JTIDS提供了一定的技術(shù)理論支持。

JTIDS; 誤碼率計(jì)算; 多頻點(diǎn)梳狀干擾

Class Number TN919.2

1 引言

現(xiàn)代戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈系統(tǒng)是軍隊(duì)實(shí)施信息化的重要紐帶,信息化、自動(dòng)化程度越高的軍隊(duì)越依賴數(shù)據(jù)鏈的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。JTIDS戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)分發(fā)系統(tǒng)作為美軍多種戰(zhàn)術(shù)數(shù)據(jù)鏈中的集大成者。JTIDS采用了多種糾錯(cuò)編碼與擴(kuò)頻技術(shù)以增強(qiáng)數(shù)據(jù)鏈的抗干擾性能,使得對(duì)其實(shí)施有效干擾十分困難。

2 多頻點(diǎn)梳狀干擾

JTIDS采用快速跳頻技術(shù),每個(gè)脈沖內(nèi)載頻的持續(xù)時(shí)間很短,對(duì)其通信信號(hào)的偵察截獲比較困難。同時(shí)較快的跳頻速度,導(dǎo)致了單一頻率頻信號(hào)的傳輸距離短,這對(duì)于進(jìn)行視距傳輸模式下的JTIDS系統(tǒng)的正常使用影響較小;但對(duì)距離較遠(yuǎn)的欺騙式干擾源來(lái)說(shuō),即使能成功截獲通信信號(hào),發(fā)射出去的干擾信號(hào)到達(dá)接收端時(shí)已經(jīng)和目前處理的脈沖載頻不同頻,會(huì)被較容易地識(shí)別出來(lái)加以屏蔽,形成不了有效干擾。壓制式干擾效率比較低,對(duì)干擾能量要求較高,但對(duì)通信信號(hào)實(shí)時(shí)偵察分析沒(méi)有太高要求,技術(shù)要求較低,戰(zhàn)術(shù)靈活性較強(qiáng)。目前,對(duì)JTIDS系統(tǒng)進(jìn)行壓制式干擾是比較可行的方法[1]。

常用的通信壓制干擾信號(hào)有寬帶干擾,部分頻帶干擾以及梳狀頻帶干擾等。采用寬帶干擾能夠保證覆蓋足夠?qū)挼耐l帶范圍,在對(duì)敵方通信信號(hào)偵察嚴(yán)重不足的情況下,盡可能地實(shí)施干擾行動(dòng)。能夠分配到各個(gè)信道的干擾信號(hào)能量和干擾帶寬的乘積為干擾機(jī)發(fā)射功率,考慮到干擾機(jī)的額定功率有限,如果干擾頻帶較寬,那么每個(gè)通信頻點(diǎn)上的干擾功率會(huì)較小。JTIDS采用了多種糾錯(cuò)編碼與軟擴(kuò)頻技術(shù),在單個(gè)跳頻頻率上的干擾功率過(guò)小將無(wú)法抵消較高的抗干擾增益,無(wú)法對(duì)單個(gè)跳頻頻率的通信信號(hào)實(shí)施有效壓制,達(dá)不到干擾的目的。

多頻點(diǎn)梳狀干擾對(duì)各跳頻點(diǎn)實(shí)施窄帶干擾,既能夠覆蓋足夠的通信頻段,又保持了干擾強(qiáng)度,是對(duì)JTIDS比較合適的干擾方法。圖1為一梳狀干擾信號(hào)的頻譜圖。

圖1 梳狀干擾信號(hào)頻譜圖

3 JTIDS系統(tǒng)誤碼率建模

3.1 JTIDS未被干擾時(shí)的誤碼率模型

當(dāng)JTIDS使用“1”類信息時(shí),所發(fā)送信息依次通過(guò)CRC編碼、RS編碼、交織編碼、CCSK編碼多種糾錯(cuò)編碼,再進(jìn)行MSK調(diào)制、快速跳頻;在接收端按照與發(fā)送端相反的順序進(jìn)行解調(diào)和解碼。

接收端首先對(duì)32個(gè)CCSK碼元使用相干解調(diào)時(shí),進(jìn)行MSK解調(diào)單個(gè)碼元錯(cuò)誤概率為

(1)

其中Ee為碼元能量,n噪聲功率譜密度。

CCSK編碼是將每個(gè)符號(hào)5比特信息用32個(gè)碼元表示,則有:

Es=5Eb=32Ee

(2)

Es為每符號(hào)能量,Eb為每比特信號(hào)能量。則有:

(3)

經(jīng)過(guò)RS編碼前后符號(hào)能量不同,假設(shè)RS編碼速率為r,則有:r=15/31。同時(shí)再考慮采用信息傳輸格式,L=1表示單脈沖傳輸,L=2表示雙脈沖傳輸。則Pj可進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為

(4)

其中Eb/n=SNR0為輸入端信噪比。

CCSK解碼時(shí)將32個(gè)碼元一組的數(shù)據(jù)還原為5個(gè)碼元一組的字符,這32個(gè)碼元中存在k個(gè)碼元錯(cuò)誤都有導(dǎo)致解碼出錯(cuò)的可能,這種可能導(dǎo)致誤字符的概率為:Q(erro|N=k),其中N為碼元出錯(cuò)數(shù)。而32個(gè)碼元中k個(gè)錯(cuò)誤的概率為

(5)

則CCSK解碼的誤字符概率Qs為

(6)

設(shè)CCSK解碼條件錯(cuò)誤概率Q(erro|N=k)的最大值為Mk,可通過(guò)查表獲得[2]。將Q(erro|N=k)都取為Mk,綜合以上分析,Qs可轉(zhuǎn)化為

(7)

對(duì)RS(31,15)解碼來(lái)說(shuō),輸入解碼器的為每組5比特的字符,其碼元錯(cuò)誤概率即為CCSK解碼錯(cuò)誤概率為

(8)

RS(n,k)的解碼誤符號(hào)概率為

(9)

對(duì)于RS(31,15),k=15、n=31、t=8,其解碼誤符號(hào)概率為

(10)

JTIDS系統(tǒng)在RS編碼之后為了增大突發(fā)誤碼的糾錯(cuò)能力,進(jìn)行了分組交織編碼,其實(shí)質(zhì)就是延長(zhǎng)了RS編碼能夠糾錯(cuò)的誤碼長(zhǎng)度。對(duì)于深度為p的交織器,RS(n,k)編碼轉(zhuǎn)變?yōu)镽S(pn,pk)。若使用深度為3的交織器,則Qr可轉(zhuǎn)化為

(11)

3.2 多頻點(diǎn)壓制式干擾下的JTIDS誤碼率模型

多頻點(diǎn)梳狀干擾就是在多個(gè)頻點(diǎn)上形成窄帶信號(hào)對(duì)相應(yīng)的通信跳頻點(diǎn)實(shí)施有針對(duì)性的干擾。實(shí)施多頻點(diǎn)梳狀干擾的前提是對(duì)敵方通信系統(tǒng)的跳頻點(diǎn)數(shù)量、位置有基本的認(rèn)識(shí),并且在需要干擾的頻點(diǎn)上保留足夠的干擾強(qiáng)度。

假設(shè)干擾機(jī)的額定功率為Pj,干擾頻點(diǎn)數(shù)為k,通信信號(hào)跳頻點(diǎn)落入干擾頻點(diǎn)范圍的概率為Q1、未落入干擾頻點(diǎn)范圍的概率為Q2,JTIDS跳頻點(diǎn)處的帶寬為B?，F(xiàn)在考慮單個(gè)頻點(diǎn)處干擾帶寬和該頻點(diǎn)處通信帶寬相重合的理想情況[3]。

被干擾頻點(diǎn)處的噪聲包括環(huán)境噪聲與干擾兩部分,則處于各干擾頻點(diǎn)處的平均MSK解調(diào)誤碼率為

(12)

未被干擾頻點(diǎn)處只有背景噪聲,則處于被干擾頻點(diǎn)外的MSK解調(diào)誤碼率為

(13)

在k個(gè)頻點(diǎn)被干擾的情況下有:

(14)

可以得到在多頻點(diǎn)梳狀干擾下的MSK解調(diào)誤碼率為

Qe=Q1Qe+Q2Qe

(15)

令Eb/n=SNR0,為輸入端信噪比;Eb/Pj=SNRj,為輸入端信干比,可得:

(16)

將式(16)代入式(9)中,可以得到在多頻點(diǎn)梳狀干擾下的JTIDS誤碼率模型。

4 仿真結(jié)果分析

由式(16)可知,多頻點(diǎn)梳狀干擾下JTIDS誤碼率的大小取決于三個(gè)因素:接收機(jī)輸入端信噪比、接收機(jī)信干比和干擾頻點(diǎn)。首先研究在無(wú)主動(dòng)電磁干擾的情況下,接收機(jī)輸入端信噪比的大小。表1為通用電磁干擾環(huán)境的等級(jí)劃分標(biāo)準(zhǔn)[4]。

表1 通用電磁干擾環(huán)境的等級(jí)劃分

可以將0級(jí)電磁環(huán)境視為無(wú)主動(dòng)電磁干擾的情況,此時(shí)環(huán)境背景噪聲信噪比設(shè)置為10dB。同時(shí),取信干比分別為-3dB、-5dB、-8dB、-10dB,根據(jù)多頻點(diǎn)梳狀干擾下的誤碼率模型,可得到誤碼率、信干比和被干擾信道數(shù)的關(guān)系,如圖2所示。

圖2 不同信干比條件下,干擾頻點(diǎn)與誤碼率關(guān)系

觀察圖2可得,在不同的信干比條件下,存在使誤碼率最高的干擾頻點(diǎn)數(shù),低于或高于該頻點(diǎn)數(shù),干擾效果都會(huì)下降。當(dāng)信干比分別為-5dB、-8dB和-10dB時(shí),對(duì)應(yīng)最大誤碼率的干擾頻點(diǎn)數(shù)分別為10、19和30。通常當(dāng)通信系統(tǒng)的誤碼率達(dá)到10-5級(jí)別時(shí),其正常工作將會(huì)受到影響。而當(dāng)信干比降低到-12dB,干擾頻點(diǎn)為21時(shí),對(duì)應(yīng)的誤碼率達(dá)到10-5,能夠?qū)TIDS系統(tǒng)形成有效干擾。

5 結(jié)語(yǔ)

本文從JTIDS處于無(wú)主動(dòng)干擾情況下誤碼率分析入手,研究了處于多頻點(diǎn)梳狀干擾中的JTIDS誤碼率分布情況,獲得了采用多頻點(diǎn)梳狀干擾時(shí)有效干擾JTIDS的必要條件,為進(jìn)一步研究有效干擾JTIDS的方法提供了理論基礎(chǔ)。

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Multi Frequency Comb Interference of JTIDS

PAN Lei XU Daqin

(Department of Information, Naval Command College, Nanjing 211800)

Based on the MSK modulation demodulation error rate, this paper added the effects of anti-interference measures of JTIDS, obtained the BER model of JTIDS with a variety of error correction coding technology. Based on this model, the BER model of JTIDS with multi frequency comb interference was studied, the relationship between interference cover channel number, SIR and jamming effect were obatined. This offered a certain of technical and theoretical support to interfering JTIDS effectively.

JTIDS, BER calculation, multi frequency comb interference

2015年6月11日,

2015年7月24日

潘磊,男,碩士研究生,研究方向:信息戰(zhàn)理論與研究。許大琴,女,副教授,研究方向:信息戰(zhàn)理論研究。

TN919.2

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.042