于坤 田源

摘?要：隨著網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)在船舶通信系統(tǒng)中的廣泛應(yīng)用，數(shù)字信號(hào)已成為船舶通信的主要信號(hào)模式。與傳統(tǒng)通信信號(hào)不同，數(shù)字通信信號(hào)具有傳輸速率快、數(shù)據(jù)傳輸安全性高的特點(diǎn)。但是，網(wǎng)絡(luò)通信信號(hào)在傳輸過程中，受到干擾數(shù)據(jù)源的影響，仍然存在噪聲，因此在通信信號(hào)傳輸過程中，需要采用數(shù)字降噪技術(shù)，通過濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行噪聲抑制，達(dá)到提升信號(hào)傳輸速率，凈化信號(hào)純凈度的目的。經(jīng)過長期實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)算法對(duì)信號(hào)的傳輸優(yōu)化效果并不明顯，信號(hào)噪聲對(duì)傳輸速率影響仍舊十分嚴(yán)重。為此提出船舶通信信號(hào)傳輸算法優(yōu)化，對(duì)傳統(tǒng)算法存在的問題進(jìn)行針對(duì)性解決?；诖?，本篇文章對(duì)船舶通信過程重疊干擾自適應(yīng)弱化方法進(jìn)行研究，以供參考。

關(guān)鍵詞：船舶;通信過程重疊干擾;自適應(yīng);弱化方法

引言

作為海上運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵工具?船舶也受到了前所未有的關(guān)注。海上船舶數(shù)量的增加，勢(shì)必會(huì)提升海上交通的復(fù)雜度，也對(duì)岸上指揮站提出了更高的挑戰(zhàn)。為了避免海上船舶交通事故的發(fā)生，引入了無線通信技術(shù)，保障船舶之間、船舶與指揮站之間的通信順暢。但是由于船舶通信環(huán)境較為復(fù)雜，再加之海上天氣變化莫測(cè)，導(dǎo)致船舶通信信號(hào)傳輸質(zhì)量無法得到保障，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致接收的通信信號(hào)惡化，誤碼率極高，如何精確檢測(cè)船舶通信信號(hào)的傳輸質(zhì)量成為無線通信技術(shù)領(lǐng)域重點(diǎn)研究課題之一。所以，為了解決傳統(tǒng)船舶數(shù)據(jù)通信過程干擾自適應(yīng)的弱化方法，結(jié)合網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化調(diào)度算法對(duì)船舶通信方法進(jìn)行優(yōu)化研究，以提高數(shù)據(jù)通信質(zhì)量和效率。

1船舶通信分類

船舶通信方式通常分為聲信號(hào)通信、視覺信號(hào)通信和無線電通信等，受船舶航行環(huán)境制約和安全性、可靠性、便攜性等多方面因素考慮，無線電通信逐漸成為船舶通信的主要方式。無線電通信根據(jù)信道頻率、波長可以分為超長波、長波、中波、短波、超短波和微波，超長波通常用于海岸潛艇通信及海上導(dǎo)航，長波通常用于地下通信和海上導(dǎo)航，中波通常用于廣播和海上導(dǎo)航，短波、超短波及微波是目前船舶常用且相對(duì)可靠的通信方式。

2船舶通信技術(shù)發(fā)展回顧

上世紀(jì)七八十年代，在地面通信系統(tǒng)中，窄帶直接印字帶你報(bào)和無線電話技術(shù)在船舶通信中得到應(yīng)用，衛(wèi)星通信技術(shù)逐漸進(jìn)入船舶通信行列中。隨著船舶現(xiàn)代化程度及其管理水平的提高，為滿足船舶管理與船員日常通信需求，大量的現(xiàn)代通信技術(shù)在船舶上得到廣泛應(yīng)用，視頻、語音、圖片及各類船舶參數(shù)的海量數(shù)據(jù)信息，導(dǎo)致不得不在同一船上安裝各波段通信設(shè)備，但同時(shí)也帶來了電磁干擾的隱患通病。

3船舶通信過程重疊干擾自適應(yīng)弱化方法

3.1通信干擾

無線通信系統(tǒng)中，干擾的基本分類主要有：（1）同頻干擾。同頻干擾是指相鄰兩個(gè)或幾個(gè)基站的覆蓋重疊區(qū)內(nèi)，接受點(diǎn)場(chǎng)強(qiáng)是來自各基站信號(hào)場(chǎng)強(qiáng)之和;（2）臨頻干擾。臨頻干擾指的是干擾信號(hào)載頻類似于有用信號(hào)，造成其功率落入接收機(jī)幾首有用信號(hào)的頻譜帶內(nèi)，對(duì)接受及產(chǎn)生影響。（3）互調(diào)干擾。互調(diào)干擾是指因兩種以上不同頻率有用信號(hào)在穿過同一非線性電路過程中，有用信號(hào)間會(huì)出現(xiàn)互相調(diào)制，由此產(chǎn)生新頻率成分現(xiàn)象。（4）雜散干擾。雜散干擾只要是指由于發(fā)射機(jī)倍頻器的濾波特性不好，而使一些二次和三次諧波分量在發(fā)射機(jī)輸出級(jí)輸出，產(chǎn)生雜波輻射信號(hào)。

3.2重疊干擾信道劃分算法下的重疊干擾源信道劃分

用G代表通信數(shù)據(jù)流量集合，令干擾源特征數(shù)據(jù)流gn的負(fù)載為ai，qn代表擾源特征數(shù)據(jù)流gn的信道參量。對(duì)H（B，R）進(jìn)行加權(quán)計(jì)算，從而獲得干擾源重疊加權(quán)數(shù)據(jù)流子圖Gg=（Bg，Rg），則重疊干擾源鏈路a上的權(quán)重和load（a）：load（a）=∑gn∈Gtn×tagn，（1）令鏈路層an=（on，bn）與ak=（on，bn）間的歐式距離為f（an，ak），其對(duì)應(yīng)的鏈路層an上的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)與鏈路層ak上的任意一個(gè)節(jié)點(diǎn)間距離為歐氏距離，且滿足歐氏距離的最小約束條件，即f（an，ak）=min（f（on，ok），f（on，bk），f（on，bn），f（bn，bk）），（2）通過分析發(fā)現(xiàn)，重疊的干擾源信號(hào)具有不同的頻率，則干擾源信號(hào)的分布信道TN（v）的函數(shù)表達(dá)式為：TN（0）=f（an，ak）= ，（3）將重疊干擾信號(hào)分布時(shí)間間隔υ導(dǎo)入變量關(guān)系式，可推導(dǎo)得到干擾源信號(hào)的分布信道TN（v）的信道劃分范圍為：TN（υ）=Nt（υ）×TN（0）。（4）

3.3自適應(yīng)干擾抑制算法的弱化計(jì)算

首先，將重疊干擾信號(hào)濾波器的抑制參量設(shè)置為同步狀態(tài)，在同步狀態(tài)下，導(dǎo)入重疊干擾源信號(hào)，并獲取樣本抑制變量，其函數(shù)特征式為：xl=dl+il+nl。（5）式中：dl為重疊干擾源的二維特征信號(hào)濾波器的數(shù)據(jù)信號(hào);il為干擾源中的噪聲信號(hào)比;nl為同時(shí)具有干擾特征與噪聲特征的信號(hào);3個(gè)參量之間相互獨(dú)立。令干擾源噪聲抑制過程為ST，則nl=∑qk=1?knl?k+fl。（6）式中：fl為噪聲值為0的白噪聲均值系數(shù);?k為噪聲協(xié)方差。根據(jù)上述噪聲抑制過程，重疊干擾源自適應(yīng)弱化的函數(shù)輸出量為：qb（b）=12[I?（b?1）+I?（b+1）]。（7）

3.4電磁兼容方案

對(duì)于雷達(dá)與其他無線電系統(tǒng)間的電磁兼容，目前較為有效的方法是進(jìn)行各個(gè)系統(tǒng)間電磁兼容性的統(tǒng)一管理。一是合理分配工作頻率，對(duì)雷達(dá)的基波輻射和諧波等寄生輻射進(jìn)行計(jì)算及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量，得出最佳頻率配置才能有效防止雷達(dá)對(duì)無線電系統(tǒng)的干擾;二是統(tǒng)一規(guī)劃站點(diǎn)設(shè)置布局，對(duì)大功率發(fā)射設(shè)備和高敏感度接收設(shè)備，進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)化布局以減小耦合干擾。布局應(yīng)考慮極化隔離去耦，采用不同的極化方式布置干擾設(shè)備，以增加電磁干擾的去耦度;三是采取有效地屏蔽，利用導(dǎo)電或?qū)Т挪牧现瞥善帘误w限制電磁干擾，達(dá)到抑制干擾能量的泄露和防止外來干擾進(jìn)入的成效。常用的電磁屏蔽由靜電屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽和電纜屏蔽。除了以上幾種措施以外，還可以通過利用吸收材料進(jìn)行微波吸收的電磁吸收技術(shù)、能保持設(shè)備和整個(gè)系統(tǒng)穩(wěn)定工作的系統(tǒng)接地手段等進(jìn)行電磁兼容設(shè)計(jì)。此外，針對(duì)于雷達(dá)輻射干擾可能會(huì)造成無線電系統(tǒng)接收機(jī)端發(fā)生脫敏的問題，可以在雷達(dá)發(fā)射機(jī)末端采用腔體濾波器，以減少進(jìn)入AIS等接收機(jī)通帶內(nèi)的寬帶噪聲。或者在船的每個(gè)AIS天線前采用腔體濾波器，以減少進(jìn)入通訊系統(tǒng)接收機(jī)通帶內(nèi)的寬帶噪聲，還要避免船舶與船舶、船舶與衛(wèi)星以及船舶與岸基之間分配相同的信道，防止同頻道干擾的風(fēng)險(xiǎn)。

3.5干擾抵消技術(shù)算法

干擾抵消技術(shù)歸屬于數(shù)字信號(hào)處理的范疇，在無線通信領(lǐng)域中的應(yīng)用非常廣泛。通過對(duì)中繼設(shè)備的合理利用來達(dá)到擴(kuò)大信號(hào)的目的，從而實(shí)現(xiàn)覆蓋范圍的優(yōu)化整合，借助干擾抵消算法，減少同頻干擾而引起的信號(hào)失真，確保通信系統(tǒng)的可靠性。對(duì)于船舶通信系統(tǒng)而言，需要在較強(qiáng)的干擾信號(hào)下，檢測(cè)有用的信號(hào)，而這一過程需要進(jìn)行干擾抵消，所以在船舶通信系統(tǒng)構(gòu)建時(shí)，干擾抵消算法成為重要的組成部分之一。最小均方算法簡(jiǎn)稱LMS，是通過對(duì)最陡下降算法進(jìn)行改進(jìn)之后得到的算法，理論基礎(chǔ)是維納濾波。在計(jì)算的過程中，無需已知輸入信號(hào)以及期望信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特征，利用上一時(shí)刻的權(quán)系數(shù)加上負(fù)均方誤差梯度的比例項(xiàng)，便可得到當(dāng)前時(shí)刻的權(quán)系數(shù)。LMS算法的計(jì)算過程較為簡(jiǎn)單，具有良好的收斂性，穩(wěn)定性非常高。該算法的性能主要受到收斂速度、穩(wěn)態(tài)誤差、算的復(fù)雜程度等因素的影響。其中LMS算法能夠?qū)π诺雷龀鲇行Ч烙?jì)，同時(shí)，為對(duì)有用信號(hào)給濾波器造成的干擾進(jìn)行抑制，LMS算法要選擇比較低的步長。從計(jì)算的復(fù)雜程度上看，LMS算法在干擾抑制方面的效果比較好，步長越小，干擾抑制效果就越好。

結(jié)束語

船舶無線網(wǎng)絡(luò)通信作為現(xiàn)代無線通信中的核心研究領(lǐng)域，對(duì)船舶安全航行以及無線網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展具有重要意義。為了在復(fù)雜海洋環(huán)境下保證船舶通信質(zhì)量，提出重疊干擾自適應(yīng)弱化方法在船舶大數(shù)據(jù)通信中的應(yīng)用方法，通過對(duì)通信數(shù)據(jù)進(jìn)行優(yōu)化調(diào)度和去噪處理，從而有效提高通信數(shù)據(jù)調(diào)度效率，保證通信效果，為船舶通信研究提出參考建議。

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