朱金曉，吳樂(lè)南

(東南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京210096)

一種變結(jié)構(gòu)抗梳狀譜干擾的通信體制

朱金曉，吳樂(lè)南

(東南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 南京210096)

當(dāng)代的電磁環(huán)境對(duì)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(duì)高斯信道提出一種變結(jié)構(gòu)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(kuò)展二元相移鍵控調(diào)制的優(yōu)勢(shì)，在不同的信道環(huán)境下選擇不同的調(diào)制方式并調(diào)節(jié)相應(yīng)的調(diào)制參數(shù)。通過(guò)仿真分析可以預(yù)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(jià)獲得較好的抗干擾效果。

EBPSK調(diào)制；梳狀譜；抗干擾；變結(jié)構(gòu)

0 引言

近年來(lái)，隨著人類社會(huì)的發(fā)展，信息化進(jìn)程不斷推進(jìn)，而無(wú)線通信的空間開放性帶來(lái)的各種干擾也越來(lái)越嚴(yán)重[1]。為了適應(yīng)軍民用通信發(fā)展的需要，系統(tǒng)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(diǎn)上按照某種調(diào)制方式產(chǎn)生一組窄帶干擾信號(hào)，主要是針對(duì)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(fā)現(xiàn)，擴(kuò)展的二元相移鍵控(Extended Binary Phase Shift Keying,EBPSK)調(diào)制抗梳狀譜干擾的性能優(yōu)于傳統(tǒng)的二進(jìn)制相移鍵控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)[5]，但是BPSK調(diào)制在無(wú)干擾的加性高斯白噪聲(AWGN)信道下解調(diào)性能更優(yōu)，因此本文提出一種隨信道環(huán)境而改變調(diào)制方式的變結(jié)構(gòu)抗梳狀譜干擾通信體制[6]。

1 EBPSK調(diào)制

與傳統(tǒng)的對(duì)稱式BPSK調(diào)制不同，EBPSK是一種碼元符號(hào)調(diào)制時(shí)間與持續(xù)時(shí)間不同或者相位跳變小于180°的非對(duì)稱調(diào)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(shè)碼元長(zhǎng)度為T，每個(gè)碼元包含N(N≥1)個(gè)載波周期，即T=2πN/ωc；跳變波形持續(xù)K(K≤N)個(gè)載波周期，時(shí)間長(zhǎng)度為τ=2πK/ωc。若分別用f0(t)和f1(t)表示“0”和“1”的調(diào)制波形，則任意二進(jìn)制相移鍵控調(diào)制信號(hào)的統(tǒng)一表達(dá)式可定義為[8]：

(1)

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

圖1 EBPSK調(diào)制信號(hào)波形

2 梳狀譜干擾

梳狀譜干擾是指在有效頻帶內(nèi)施放多個(gè)窄帶干擾信號(hào)，其實(shí)際干擾帶寬為所有窄帶干擾帶寬之和。當(dāng)窄帶個(gè)數(shù)很多時(shí)，就相當(dāng)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(diào)頻信號(hào)，由梳狀譜干擾的定義可以得到干擾的理論表達(dá)式為：

(2)

式中，M表示梳狀譜干擾功率譜的“梳齒”個(gè)數(shù)。假設(shè)fc=455kHz，梳齒個(gè)數(shù)為3，此時(shí)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(shí)驗(yàn)

3.1 參數(shù)說(shuō)明

通過(guò)前述可知，當(dāng)N=K時(shí)EBPSK調(diào)制退化為BPSK調(diào)制，因此仿真實(shí)驗(yàn)通過(guò)調(diào)節(jié)K值確定不同信道環(huán)境下應(yīng)采用的更優(yōu)調(diào)制方式。調(diào)制信號(hào)參數(shù)N=379保證EBPSK調(diào)制或BPSK調(diào)制采用相同的碼率通信。fc=455kHz，10倍采樣，由于EBPSK調(diào)制的-40dB帶寬比較寬，通過(guò)成形濾波將帶寬控制為24kHz。梳狀譜干擾選擇梳齒數(shù)為2，干擾/信號(hào)帶寬比為10%，加入干擾后固定信噪比為2.2dB。EBPSK調(diào)制和BPSK調(diào)制都先采用相干解調(diào)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(jìn)行抽樣判決。

3.2 高斯信道仿真

當(dāng)AWGN信道無(wú)干擾時(shí)，按照上述參數(shù)及調(diào)制解調(diào)方法仿真得到BPSK調(diào)制和EBPSK調(diào)制的誤碼率曲線如圖3所示。

圖3 無(wú)干擾AWGN信道不同調(diào)制方式的誤碼率曲線

由圖3可以發(fā)現(xiàn)，BPSK調(diào)制在AWGN信道可獲得更優(yōu)的通信效果，當(dāng)信道不含人為梳狀譜干擾時(shí)，1x10-4量級(jí)誤碼率下BPSK調(diào)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(shè)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(shí)情況的信道模型是梳狀譜干擾與AWGN的混合信道模型。根據(jù)3.2節(jié)AWGN信道的仿真結(jié)果可知，無(wú)論是BPSK調(diào)制還是EBPSK調(diào)制，當(dāng)信噪比SNR超過(guò)-13dB時(shí)都可以達(dá)到通信要求。在仿真抗梳狀譜干擾性能時(shí)設(shè)置SNR=2.2 dB，對(duì)EBPSK調(diào)制在不同調(diào)制參數(shù)K也就是不同調(diào)制占空比下的性能進(jìn)行重點(diǎn)仿真，主要選擇K=10、K=20和K=50這3種調(diào)制參數(shù)，得到以干信比為橫坐標(biāo)的2種調(diào)制方法的抗干擾仿真結(jié)果。

如圖4所示，EBPSK調(diào)制方式的抗梳狀譜干擾性能要優(yōu)于BPSK調(diào)制方式，同時(shí)，隨著K值也就是調(diào)制占空比的降低，EBPSK調(diào)制的性能會(huì)有所提高。從圖4中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)K=10時(shí)，滿足通信要求的干信比可以達(dá)到14dB，比BPSK調(diào)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(jié)束語(yǔ)

本文依據(jù)雙極性脈沖EBPSK調(diào)制在AWGN信道抗梳狀譜干擾能力比傳統(tǒng)BPSK調(diào)制更強(qiáng)、BPSK調(diào)制在無(wú)干擾AWGN信道性能更優(yōu)的現(xiàn)象，將二者結(jié)合提出了一種AWGN信道變結(jié)構(gòu)的抗梳狀譜干擾通信體制：無(wú)人為干擾時(shí)可利用BPSK調(diào)制通信；當(dāng)通信效果惡化時(shí)可嘗試轉(zhuǎn)換到小K值EBPSK調(diào)制通信。并且通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)證明，當(dāng)干擾為梳狀譜干擾時(shí)，這種變結(jié)構(gòu)通信體制只需改變一個(gè)波形參數(shù)即可獲得更強(qiáng)的抗干擾效果，為抗干擾方法的改進(jìn)提供了新的思路。

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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(lè)南.一種變結(jié)構(gòu)抗梳狀譜干擾的通信體制[J].無(wú)線電通信技術(shù),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(hào)處理。吳樂(lè)南(1952—)，男，教授、博士生導(dǎo)師，中國(guó)電子學(xué)會(huì)會(huì)士，中國(guó)通信學(xué)會(huì)和中國(guó)計(jì)算機(jī)學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員，主要研究方向：通信信號(hào)處理和多媒體信息處理。

TN973.1

A

1003-3114(2017)03-21-2