蘇飛 高軍軍 唐桂華 趙君

未來基于信息系統(tǒng)的體系作戰(zhàn)強(qiáng)調(diào)網(wǎng)絡(luò)信息體系,各個(gè)作戰(zhàn)節(jié)點(diǎn)高度協(xié)同、信息共享,對(duì)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)和武器平臺(tái)的一體化水平要求非常高,使得遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)建設(shè)成為武器信息系統(tǒng)建設(shè)的重要組成部分[1].目前,武器系統(tǒng)中的遠(yuǎn)程控制[2?4]主要采用有線的方式完成信息的傳輸,以確保信息傳輸?shù)目煽啃院桶踩?隨著武器系統(tǒng)“迅即行動(dòng)、隨機(jī)作戰(zhàn)、隨時(shí)能戰(zhàn)”的作戰(zhàn)使命要求越來越強(qiáng)烈,有線體制帶來的弊端日益突出.有線體制固有的展開撤收耗時(shí)、單兵負(fù)重大、保障條件高等缺點(diǎn),已大幅影響武器系統(tǒng)方便使用與快速維修、影響武器系統(tǒng)快速反應(yīng)作戰(zhàn)、影響武器系統(tǒng)信息化水平,最終限制武器系統(tǒng)的生存、隱蔽和戰(zhàn)斗能力[5].迅猛發(fā)展的無線互聯(lián)技術(shù)對(duì)世界的發(fā)展帶來了極為深刻的影響.將無線體制應(yīng)用于武器系統(tǒng)中必然會(huì)創(chuàng)新性地改變武器平臺(tái)的集成方式和使用方式.在武器系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制過程中,采用無線的方式進(jìn)行信息的傳輸可以使得武器系統(tǒng)的使用更加便捷化、人性化,對(duì)于提高武器系統(tǒng)[6]的機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)能力和協(xié)同作戰(zhàn)能力有相當(dāng)?shù)拇龠M(jìn)作用,是網(wǎng)絡(luò)信息體系[7]下武器系統(tǒng)信息化發(fā)展的重要趨勢(shì).然而,無線通信功率受限和帶寬受限,路徑損耗、陰影衰落和多徑延時(shí)使得無線信道異常復(fù)雜[8?10],加之戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境變化以及敵方針對(duì)性電磁干擾帶來的難以預(yù)測(cè)的影響,導(dǎo)致無線通信無法滿足網(wǎng)絡(luò)信息體系下武器系統(tǒng)高可靠、抗干擾[11]、低截獲的實(shí)戰(zhàn)要求.因此,針對(duì)武器系統(tǒng)控制中的無線遠(yuǎn)程控制這一特殊應(yīng)用場(chǎng)景,提出了一種以“認(rèn)知融合的級(jí)聯(lián)型干擾抑制技術(shù)”、“高可靠信道編譯碼技術(shù)[12?15]”和“基于子帶調(diào)度正交頻分復(fù)用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)的高效傳輸技術(shù)”為主的高可靠、抗干擾、低截獲無線信息傳輸方案.

1 無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

1.1 主要研究內(nèi)容

針對(duì)武器系統(tǒng)控制中的無線遠(yuǎn)程控制這一特殊需求,提出的主要研究內(nèi)容如圖1所示.

圖1 無線遠(yuǎn)控系統(tǒng)總體技術(shù)框圖

1.2 高可靠抗干擾設(shè)計(jì)

無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)面臨的外界環(huán)境主要包括:

1)地面障礙物的反射和散射;

2)我方軍用、民用通信設(shè)施引入的非有意干擾;

3)強(qiáng)敵機(jī)載式或投擲式針對(duì)性電磁干擾.

為了提高無線遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的抗干擾能力、保證其高可靠性,提出了如圖2所示的技術(shù)路線,其中還標(biāo)出了各個(gè)技術(shù)模塊所能夠?qū)崿F(xiàn)的高可靠、抗干擾及低截獲效果.

下面將詳細(xì)闡述其中的關(guān)鍵技術(shù)解決途徑,并給出相應(yīng)的仿真結(jié)果及理論分析.

2 認(rèn)知融合的級(jí)聯(lián)型干擾抑制技術(shù)

圖2 高可靠抗干擾技術(shù)方案

提出認(rèn)知融合的級(jí)聯(lián)型干擾抑制技術(shù),如圖3所示.通過認(rèn)知干擾檢測(cè),獲得干擾源定位信息、干擾信號(hào)類型以及信號(hào)強(qiáng)度、到達(dá)時(shí)間、干擾信道等干擾信號(hào)參數(shù),融合認(rèn)知干擾檢測(cè)的結(jié)果,將空時(shí)聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)零作為前級(jí)干擾抑制技術(shù),基于信干比的迭代干擾消除作為后級(jí)干擾抑制技術(shù).

圖3 認(rèn)知融合的級(jí)聯(lián)型干擾抑制技術(shù)

2.1 空時(shí)聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)

自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)是在陣列天線和陣列信號(hào)處理基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項(xiàng)技術(shù).實(shí)際的干擾環(huán)境中,不同方向的干擾可能同時(shí)包含寬帶干擾和窄帶干擾信號(hào).傳統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)只能從空域?qū)筂-1個(gè)寬帶干擾,而空時(shí)聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)通過引入時(shí)間自由度,可以抑制額外的窄帶干擾.接收機(jī)利用窄帶干擾的信號(hào)相關(guān)性,通過時(shí)域?yàn)V波設(shè)計(jì)濾除窄帶干擾.空時(shí)聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)是從空、時(shí)兩個(gè)維度進(jìn)行聯(lián)合處理,從而可以抑制大于陣元個(gè)數(shù)M的干擾信號(hào).抑制干擾的數(shù)量和效果與濾波器的設(shè)計(jì)優(yōu)化有關(guān).認(rèn)知干擾檢測(cè)所獲得的干擾信號(hào)相關(guān)信息,用于約束和優(yōu)化聯(lián)合處理則可以獲得更好的系統(tǒng)性能.提出基于認(rèn)知檢測(cè)的空時(shí)聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)零技術(shù),如圖4所示,通過天線陣元、認(rèn)知干擾檢測(cè)獲得空域、時(shí)域和干擾信息的聯(lián)合約束,自適應(yīng)計(jì)算和調(diào)整波束合成的權(quán)重.

圖4 基于認(rèn)知檢測(cè)的空時(shí)聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)

相比于傳統(tǒng)的自適應(yīng)調(diào)零,上述提出的干擾抑制技術(shù)能夠增加兩個(gè)優(yōu)點(diǎn):

1)基于認(rèn)知干擾檢測(cè),獲得干擾源定位、干擾類型以及干擾信號(hào)參數(shù)等關(guān)鍵信息,從而約束和優(yōu)化調(diào)零權(quán)值計(jì)算,獲得最優(yōu)的干擾抑制性能.其中,基于多點(diǎn)認(rèn)知獲知的干擾信息,優(yōu)先抑制強(qiáng)干擾信號(hào)和敏感干擾信號(hào).首先,從干擾信號(hào)功率上看,強(qiáng)干擾是重點(diǎn)需要抑制的干擾;其次,從信號(hào)類型上看,不同類型干擾信號(hào)的干擾原理不同,實(shí)際的抗干擾接收機(jī)很難做到對(duì)抗所有類型的干擾信號(hào),因此,對(duì)接收機(jī)干擾效果明顯的敏感干擾信號(hào)是另一種需要優(yōu)先抑制的干擾.因此,上述提出的自適應(yīng)調(diào)零能夠融合認(rèn)知的結(jié)果,有選擇性地抑制干擾.

2)理論上講,空時(shí)處理由于自由度的增加,如接收天線陣元個(gè)數(shù)為M,可以產(chǎn)生大于陣元M個(gè)的零陷,為抑制大于等于陣元M個(gè)干擾提供了可能.它抑制干擾的效果和數(shù)量隨時(shí)域?yàn)V波器階數(shù)的增加而改善.

定義天線陣接收到的信號(hào)為其中,s(t)表示空間有用信號(hào)矢量,A表示有用信號(hào)的導(dǎo)向矢量.ji(t)、ai分別表示第i個(gè)干擾和其相應(yīng)的導(dǎo)向矢量,n(t)表示噪聲,P為干擾個(gè)數(shù).

天線陣列t時(shí)刻輸出信號(hào)為

其中,{wml}為天線加權(quán)系數(shù),M為天線陣元個(gè)數(shù),L為時(shí)間延遲單元數(shù).定義自相關(guān)矩陣R=E(xxH),以及權(quán)重設(shè)計(jì)準(zhǔn)則Wopt=argminWHRW,可以得到

其中,? ={?s??t|Ψ}表示基于認(rèn)知干擾檢測(cè) Ψ的空時(shí)二維導(dǎo)向矢量, ?s=[1,e?jφ2,···,e?jφM]T為空間方向矢量,φm與干擾導(dǎo)向矢量相關(guān);?t=[1,e?jw?T,···,e?jw(N?1)?T]T為時(shí)間方向矢量,代表信號(hào)時(shí)延,N為濾波器階數(shù).根據(jù)認(rèn)知的結(jié)果,不同時(shí)刻、位置的干擾信號(hào)強(qiáng)度不同,根據(jù)強(qiáng)干擾和敏感干擾的方向,設(shè)置表示干擾信號(hào)來波方向的空間向量以及表示信號(hào)到達(dá)時(shí)間的時(shí)間向量,達(dá)到所需的抑制效果.其中,濾波器階數(shù)N影響著空時(shí)處理消除干擾的性能.

空時(shí)聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)可以抑制3個(gè)方向的干擾,如圖5所示,節(jié)點(diǎn)a擬采用Y型天線的天線陣列,通過認(rèn)知干擾檢測(cè)和估計(jì),接收機(jī)預(yù)估干擾源位置和強(qiáng)度等參數(shù),并通過自適應(yīng)調(diào)整權(quán)重來調(diào)節(jié)波束抑制方向.實(shí)際中3個(gè)強(qiáng)干擾方向的抑制已經(jīng)足夠抑制獲得理想的抗干擾性能,殘留的干擾信號(hào)和弱干擾信號(hào)可以通過干擾消除技術(shù)和干擾對(duì)抗技術(shù)進(jìn)行二級(jí)抑制.

接收機(jī)誤碼率是最終檢測(cè)抗干擾算法以及自適應(yīng)調(diào)零天線性能的手段.圖6仿真了當(dāng)接入節(jié)點(diǎn)信號(hào)的SNR為–23dB,干擾信號(hào)為寬帶干擾信號(hào)時(shí)接收機(jī)的誤碼率性能.

從圖6中可看出,當(dāng)采用基于干擾檢測(cè)的空時(shí)聯(lián)合自適應(yīng)調(diào)零算法時(shí),干擾信號(hào)比通信信號(hào)強(qiáng)67dB以下時(shí),接收機(jī)的誤碼率都小于10?4,說明空時(shí)算法保護(hù)信號(hào)的效果很好.當(dāng)干信比大于65dB,隨著干信比的提高,誤碼率逐漸變大,這說明,干擾信號(hào)的強(qiáng)度超過了空時(shí)處理的動(dòng)態(tài)范圍,導(dǎo)致接收機(jī)性能急劇下降.而相比之下傳統(tǒng)的空域自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)只能使接收端抗干擾的能力達(dá)到55dB,在抗干擾以及保護(hù)通信信號(hào)的能力方面相對(duì)弱些.上圖的結(jié)果只針對(duì)自適應(yīng)調(diào)零模塊而言,描述了10?4量級(jí)誤碼率性能時(shí)的抗干擾能力.對(duì)于實(shí)際的無線遠(yuǎn)控系統(tǒng),考慮到實(shí)際信道的影響以及系統(tǒng)所采用高可靠編譯碼的性能,在整個(gè)系統(tǒng)10?8量級(jí)誤碼率的情況下,自適應(yīng)調(diào)零模塊擬實(shí)現(xiàn)每個(gè)方向的對(duì)抗干擾能力為25dB(即接收到的干擾比通信信號(hào)強(qiáng)25dB).

圖5 三方向干擾抑制

圖6 BER隨干信比(J/S)變化曲線

2.2 基于信干比的迭代干擾消除技術(shù)

在前級(jí)的自適應(yīng)調(diào)零后,輸出信號(hào)仍存在部分的殘余干擾,采用基于信干比的干擾消除技術(shù)對(duì)殘留干擾進(jìn)行二次抑制.此處提出的干擾消除技術(shù)是基于認(rèn)知檢測(cè)、結(jié)合時(shí)頻多點(diǎn)平均的加權(quán)接收和串行干擾消除的迭代干擾消除技術(shù),整體框圖如圖7所示.通過基于導(dǎo)頻的信號(hào)估計(jì)獲得信道信息,由加權(quán)接收進(jìn)行初次殘留干擾信號(hào)消除,之后進(jìn)行基于認(rèn)知干擾檢測(cè)的串行干擾消除,反饋調(diào)整合并權(quán)值,迭代優(yōu)化達(dá)到最優(yōu)的消除性能.

圖7 基于信干比的迭代干擾消除技術(shù)

以最大信干噪比準(zhǔn)則為標(biāo)準(zhǔn),第k個(gè)子載波個(gè)OFDM符號(hào)的接收信號(hào)表示為:其中?M表示殘留干擾信號(hào)的個(gè)數(shù),s0(k,l)為期望的接收信號(hào).H?m(k,l)為信道響應(yīng),包括信號(hào)接收信道和干擾信號(hào)信道,n(k,l)為噪聲向量.信號(hào)協(xié)方差矩陣RS和干擾加噪聲協(xié)方差矩陣R?m+n分別為:

此處提出的干擾消除算法是基于信干比進(jìn)行設(shè)計(jì),其目的是使系統(tǒng)的輸出信干噪比最大,即:

式中:w為權(quán)值,表示選擇最優(yōu)的w使得[·]中的函數(shù)最大.

根據(jù)《膝關(guān)節(jié)功能評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》[3]中的相關(guān)內(nèi)容對(duì)兩組的康復(fù)效果進(jìn)行評(píng)估：（1）優(yōu)：，關(guān)節(jié)活動(dòng)度超過100°。（2）良：關(guān)節(jié)活動(dòng)度為81°～100°。（3）中：關(guān)節(jié)活動(dòng)度為51°～80°。（4）差：關(guān)節(jié)活動(dòng)度小于50°。

這時(shí)得到最優(yōu)權(quán)值向量矩陣為:

權(quán)值向量的精度依賴于信道估計(jì)的精度和協(xié)方差矩陣的精度.因此對(duì)估計(jì)的準(zhǔn)確性會(huì)對(duì)干擾抑制合并的性能產(chǎn)生很大的影響.為了獲得精確的協(xié)方差矩陣,協(xié)方差矩陣需要利用同一資源塊的采樣值和高相關(guān)的相同信道矩陣的平均化.采用減去導(dǎo)頻信號(hào)估計(jì)的干擾與噪聲來計(jì)算其協(xié)方差矩陣,即y(k,l)?H0(k,l)sp(k,l),sp(k,l)為導(dǎo)頻信號(hào).為了獲得更精確的統(tǒng)計(jì)性能,兩種方法都要進(jìn)行時(shí)域和頻域上的多點(diǎn)平均,時(shí)頻多點(diǎn)平均后協(xié)方差矩陣估計(jì)為:

根據(jù)干擾檢測(cè)情況和信令交互自適應(yīng)調(diào)整所要平均的OFDM符號(hào)數(shù)目Nt和相鄰子載波數(shù)目Nf,從而獲得最優(yōu)的權(quán)重向量矩陣.在最初階段,無法利用先驗(yàn)信息.接收信號(hào)通過一系列初始的合并權(quán)值處理,只能基于導(dǎo)頻估計(jì)干擾協(xié)方差,利用干擾抑制合并技術(shù)計(jì)算出合并的權(quán)值.結(jié)合干擾檢測(cè)獲得干擾信道的估計(jì)和干擾參數(shù),輸出經(jīng)過符號(hào)檢測(cè)機(jī)而獲得最強(qiáng)信號(hào)的估計(jì)(可能是干擾或期望信號(hào)),然后從接收信號(hào)中減去估計(jì)信號(hào)來構(gòu)造一個(gè)處理后的接收信號(hào).干擾抑制合并的權(quán)值基于處理后的接收信號(hào)進(jìn)行重新計(jì)算.隨后,處理后的接收信號(hào)供應(yīng)給干擾抑制合并接收機(jī)來更新合并權(quán)值,然后將輸出傳遞給符號(hào)檢測(cè)器來獲得信號(hào)強(qiáng)度第2位的信號(hào).按照上面方式迭代進(jìn)行直至接收信號(hào)有效或者達(dá)到最大迭代次數(shù).在該方法中,假設(shè)期望信號(hào)的軟信息被傳送來進(jìn)行譯碼.

在第x次迭代,已更新的對(duì)

的無偏估計(jì)可以表示為:

單干擾源存在情況下,系統(tǒng)的誤幀率仿真曲線如圖8所示.可以看出,在干擾較強(qiáng)的存在下,采用干擾消除的性能明顯優(yōu)于不采用干擾消除的最大比合并(MRC).所提的迭代干擾消除技術(shù)的性能要好于基于MMSE的干擾抑制合并(MMSE-IRC)和基于信干比的干擾抑制合并(MSINR-IRC).采用所提的迭代干擾消除技術(shù),在前級(jí)經(jīng)過空時(shí)自適應(yīng)調(diào)零技術(shù)抑制之后,對(duì)殘留的干擾信號(hào)進(jìn)行二次抑制,有望進(jìn)一步提升信干比5dB以上.

3 高可靠信道編譯碼技術(shù)

高可靠信息傳輸無論對(duì)于業(yè)務(wù)信道還是控制信道都是非常重要的,采用高可靠的信道編譯碼技術(shù)來保證信號(hào)的可靠傳輸.下面分別針對(duì)業(yè)務(wù)信道和控制信道說明信道編譯碼的改進(jìn)方案.

3.1 業(yè)務(wù)信道高可靠信道編譯碼技術(shù)

傳統(tǒng)的Turbo碼存在明顯的錯(cuò)誤平臺(tái)問題.對(duì)于1000以內(nèi)的碼長,錯(cuò)誤平臺(tái)一般出現(xiàn)在10?6左右,對(duì)于1000至6000的碼長,錯(cuò)誤平臺(tái)一般出現(xiàn)在10?7左右,很難滿足無線遠(yuǎn)控系統(tǒng)10?8誤碼率要求.為了降低錯(cuò)誤平臺(tái),提高傳輸可靠性,提出將CRC的檢錯(cuò)操作引入到Turbo譯碼過程當(dāng)中,將二者有機(jī)結(jié)合起來,有效地降低錯(cuò)誤平臺(tái).

圖8 單干擾源的抗干擾性能

該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)方案如圖9所示.

圖9 CRC輔助的Turbo碼譯碼流程圖

這種技術(shù)方案要求Turbo譯碼器不能只輸出具有最大可靠度的序列作為判決序列,而要求Turbo譯碼器必須生成幾個(gè)具有較高可靠度的序列集合作為備選.可以采用軟輸出SOVA譯碼算法或序列譯碼算法作為分量碼譯碼算法,產(chǎn)生備選數(shù)據(jù)序列.將這些備選數(shù)據(jù)序列按照可靠度大小依次排序,先對(duì)可靠度最高的符號(hào)序列進(jìn)行CRC校驗(yàn),若校驗(yàn)未通過,則把該序列保存下來,并從有序集合中取下一個(gè)序列,再次進(jìn)行CRC校驗(yàn),若校驗(yàn)不通過則丟棄.重復(fù)上述操作直至CRC校驗(yàn)通過或集合中無候選序列為止.如果CRC校驗(yàn)通過則把通過校驗(yàn)的輸出作為最終的輸出,如果所有序列都無法通過CRC校驗(yàn),則仍將具有最高可靠度的序列作為輸出.

采用這種算法對(duì)于Turbo碼錯(cuò)誤平臺(tái)的改善效果如圖10所示.從圖中可以發(fā)現(xiàn),基于CRC校驗(yàn)輔助的自檢錯(cuò)高可靠信道編譯碼技術(shù)將Turbo碼的錯(cuò)誤平層降低到10?8以下,提高了傳輸可靠性.

圖10 有無CRC輔助的Turbo譯碼性能比較

3.2 控制信道高可靠信道編譯碼技術(shù)

高可靠傳輸無論對(duì)于業(yè)務(wù)信道還是控制信道都是非常重要的.對(duì)控制信道,由于無法采用干擾躲避措施,需要對(duì)抗窄帶和寬帶干擾,必然需要采用擴(kuò)頻的方式.如果把寬帶干擾看作白噪聲,直接序列擴(kuò)頻本身并不能提高信息傳輸?shù)墓β市?即:擴(kuò)頻前后以Eb/(N0+I0)為橫坐標(biāo)的誤碼率性能曲線保持不變,這里的N0為白噪聲的功率譜密度,I0為寬帶干擾的功率譜密度.如果通過信號(hào)設(shè)計(jì)使得帶寬擴(kuò)展部分形成信號(hào)空間上的冗余,則能夠獲得附加的編碼增益,能夠同時(shí)獲得擴(kuò)頻增益和附加編碼增益的信號(hào)形式是低碼率信道編碼.

Turbo哈達(dá)瑪碼是一種極低碼率信道編碼,它既具有Turbo碼通過迭代譯碼逼近準(zhǔn)最大似然譯碼的特性,也具有哈達(dá)瑪碼可以利用快速哈達(dá)瑪變換簡(jiǎn)化計(jì)算復(fù)雜度的優(yōu)點(diǎn),通過構(gòu)造Turbo哈達(dá)瑪編碼,可以獲得低于1/16的極低碼率信道編碼.Turbo哈達(dá)瑪編碼內(nèi)包含了多個(gè)交織器,這些交織器的存在也可以進(jìn)一步提高控制信道信息的抗截獲能力.

擬采用的Turbo哈達(dá)瑪碼參數(shù)如下:碼率為1/16、碼塊長度640,迭代次數(shù)15次,其誤碼率性能曲線見圖11,在Eb/N0為1.6dB左右誤碼率可達(dá)10?8以下,而同等碼長的傳統(tǒng)1/2 Turbo碼則需要4dB才能獲得類似性能,這種信道編譯碼方式在10?8誤碼率下可以獲得約2.4dB的編碼增益.

圖11 Turbo哈達(dá)瑪碼誤碼率性能

4 基于子帶OFDM的高效傳輸技術(shù)

在數(shù)據(jù)信道傳輸方案中,基于子帶調(diào)度的OFDM與自適應(yīng)調(diào)制是提高傳輸效率的關(guān)鍵.在傳統(tǒng)的OFDM通信系統(tǒng)中,大部分采用子載波連續(xù)映射的方式,而且各個(gè)子載波之間一般采用同樣的調(diào)制方式.

在武器系統(tǒng)無線遠(yuǎn)程控制的應(yīng)用場(chǎng)景中,可能存在窄帶干擾、梳狀干擾和多徑傳播效應(yīng),這些因素的存在會(huì)造成傳輸帶寬內(nèi)不同頻率分量的信道條件嚴(yán)重不平衡.應(yīng)當(dāng)對(duì)這種不平衡性進(jìn)行實(shí)時(shí)測(cè)量,通過子載波調(diào)度和自適應(yīng)調(diào)制技術(shù)獲得更高的傳輸效率和抗干擾能力.但是,對(duì)于每個(gè)子載波分別進(jìn)行信干噪比評(píng)估、調(diào)度和自適應(yīng)調(diào)制,對(duì)干擾測(cè)量、調(diào)度和自適應(yīng)調(diào)制和控制信道開銷等3個(gè)方面都帶來了過高要求,不易實(shí)現(xiàn).

在很多情況下,干擾相對(duì)于100M帶寬是窄帶的,它們相對(duì)于OFDM的子載波而言可能是寬帶的,相鄰的子載波所受到的干擾具有很強(qiáng)的相關(guān)性,因此,可以將它們組合成子帶進(jìn)行調(diào)度和自適應(yīng)調(diào)制.這樣做雖然犧牲了調(diào)度和自適應(yīng)的靈活性,但是能夠降低控制開銷,降低對(duì)控制信道傳輸速率的要求.

圖12給出了子帶OFDM技術(shù)的基本實(shí)現(xiàn)框架.

根據(jù)所測(cè)得的干擾情況對(duì)每個(gè)子帶的信干噪比進(jìn)行分析,實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)調(diào)制.干擾電平大于某一門限時(shí),相應(yīng)的子帶不承載調(diào)制符號(hào);信干噪比能夠支持一定速率的傳輸,但是仍然較低時(shí),采用QPSK調(diào)制方式進(jìn)行傳輸;信干噪比較高時(shí),則選用16QAM調(diào)制方式,信干噪比在20dB以上時(shí),則選擇64QAM調(diào)制方式,從而最大化傳輸效率.

為了能夠?qū)Ξ?dāng)前通信子帶的質(zhì)量進(jìn)行有效地評(píng)估,需要將干擾統(tǒng)一地建模成高斯隨機(jī)變量,從而能夠分析各個(gè)子帶的等效信干噪比,根據(jù)等效信干噪比的大小選擇最好的調(diào)制方式.

圖12 子帶OFDM實(shí)現(xiàn)框架圖

系統(tǒng)支持的最高調(diào)制方式為64QAM調(diào)制,與1/2Turbo編碼相結(jié)合,最高頻譜效率可達(dá)到3bps/Hz.當(dāng)系統(tǒng)遭受多個(gè)強(qiáng)窄帶干擾時(shí),即使有多達(dá)一半的子帶受到干擾,仍可以獲得超過100Mbps的傳輸速率.而在系統(tǒng)受到寬帶干擾時(shí),由于干擾源距離接收機(jī)有一定的距離,干擾功率譜密度低于信號(hào)功率譜密度,此時(shí)至少可以在幾乎所有子帶上以QPSK方式進(jìn)行傳輸,結(jié)合1/2Turbo碼可以獲得約1bps/Hz的傳輸效率,在100MHz帶寬內(nèi)的傳輸速率約為100Mbps,滿足系統(tǒng)要求.

子帶OFDM可以與跳頻技術(shù)[16]相結(jié)合獲得更高的抗截獲能力.子帶OFDM以子帶為單元進(jìn)行調(diào)度和自適應(yīng)調(diào)制,跳頻也以子帶間隔為單位改變業(yè)務(wù)信道傳輸?shù)闹行念l率,兩者統(tǒng)一起來,為干擾測(cè)量帶來便利.以子帶間隔為單位的跳頻與傳統(tǒng)的以信道帶寬為單位的跳頻相比,在同樣的可用帶寬范圍內(nèi)能獲得更多的跳頻點(diǎn),可以大幅度提高抗截獲能力.

5 結(jié)論

在武器系統(tǒng)無線遠(yuǎn)程控制過程中采用高可靠、抗干擾的信息傳輸技術(shù),對(duì)于其提高信息化作戰(zhàn)水平具有重要意義.針對(duì)上述特殊應(yīng)用場(chǎng)景,提出了以干擾抑制技術(shù)、高可靠信道編譯碼技術(shù)及高效的調(diào)制技術(shù)為主的無線信息傳輸方案.仿真及理論分析表明,無線通信系統(tǒng)的誤碼率可顯著降低,同時(shí)干擾抑制能力大幅提高,能夠滿足系統(tǒng)的高可靠和抗干擾要求.