文献标识码:A
文章编号: 0258-7998(2012)05-0109-04
跳频通信因其良好的抗干扰性、低截获概率及组网能力,在战术通信中得到了广泛的应用。GMSK作为一种高效的调制技术,其信号功率谱主瓣宽度小,能量集中,因此在战场频谱资源极其宝贵的情况下,更加适合窄带信道中输出[1]。在固定的信道带宽下采用GMSK调制还可以获得更高的数据传输率,同时它对邻道干扰较小,抗干扰性能强。因此结合二者优势的军用跳频电台在跳频通信领域中得到了广泛的应用。
针对跳频通信的干扰包括阻塞干扰和跟踪干扰,在跟踪干扰的实现过程中,干扰机通过对跳频信号进行侦察、引导,在相应的频点上实施窄带噪声干扰或随机脉冲信号。在现有的干扰机中已有能同时监控80个相邻信道且扫描搜索速度为80 000信道/s的侦察接收机问世,这种侦察接收机对一定跳速下的跳频图案截获概率几乎达到100%。这是迄今为止对付跳频通信最理想的干扰手段[2]。跟踪干扰的干扰载体信号特征与跳频通信载体信号特征相吻合,其区别有两方面,一是调制的信息不同,二是与跳频信号存在时间延迟。
1 FH-GMSK基本原理及系统模型
GMSK是在MSK的基础上发展起来的一种数字调制方式,MSK信号没有一个紧凑的功率谱密度,频谱利用率较低。为了改善频谱利用率,在频率调制前用一个低通滤波器对基带信号进行预滤波,除去了信号中的高频分量,给出了比较紧凑的功率谱。因此GMSK调制信号实质上是先利用高斯滤波器将基带信号变成高斯型脉冲,然后再进行MSK调制。它保留了MSK信号包络恒定,并且带外功率谱密度下降快的优点,同时其信号的功率谱密度集中,减小了对邻道的干扰,由于数字信号在调制前进行了高斯预调制滤波,调制信号在交越零点不但相位连续,而且平滑过渡。因此在数字移动通信中得到了广泛使用。
3 计算机仿真及结果分析
为了验证跟踪干扰对FH-GMSK通信系统的性能影响,以超短波无线通信设备中的一些相关参数作为仿真的依据,在Simulink下构建了FH-GMSK通信系统和跟踪干扰模块。仿真中假设信息传输速率为1 200 b/s,跳速为200 Hops/s, 跳频频率数目为64、 跳频信道间隔为25 kHz,BT值取0.3,信道采用高斯加性噪声信道,调制和解调都采用相同跳频器产生的本地跳频载波以便实现同步。为了仿真需求,本文假定跟踪干扰每次都能跟踪上跳频信号。跟踪干扰中干扰信号源采用随机数字码流,干扰调制方式采用GMSK调制。下面分别对不同时间延迟下和不同信噪比下FH-GMSK通信系统误码率进行分析,分析跟踪干扰对其性能的影响。
3.1 不同时间延迟下跟踪干扰的误码性能分析
分析在不同时间延迟下跟踪干扰对FH-GMSK通信系统的性能影响,通过仿真,在信噪比一定的情况下,对FH-GMSK通信系统在跟踪干扰下的误码率进行计算。
在仿真过程中,跳速为200 Hops/s,因此每一跳信号的驻留时间为0.005 s,把干扰机侦察引导时间通过时间延迟器代替,在仿真中跟踪干扰的跳频器采用和FH-GMSK通信系统中相同的跳频器,假设干扰机每次都能够跟踪上跳频信号,误码率曲线图如图5所示。
从图5可以知道,当时间延迟为零时,此时跟踪干扰完全跟上跳频信号,为波形跟踪干扰,此时的误码率为最大。随着时间延迟的增加,误码率逐渐减小,当时间延迟接近跳频信号驻留时间时,误码率逐渐趋近于零,当时间延迟大于跳频信号驻留时间时,此时跟踪干扰没有跟上跳频信号,干扰失效。
通过对时间延迟的研究可知,在跳频通信中跟踪干扰识别过程中,可以对跟踪干扰信号和跳频信号本身的时延进行估计。如果在一定的观测时间内跳频信号的每跳信号与某个信号的时延均小于跳频周期,则可以判断该跳频通信中存在跟踪干扰。
3.2不同信噪比下跟踪干扰的误码率性能分析
下面分析在时间延迟一定的情况下,不同信噪比下跟踪干扰对FH-GMSK通信系统的性能影响,把干扰机侦察引导时间通过时间延迟器代替,这里假设为0.75 ms[9],图6给出了在不同信噪比下未受跟踪干扰和施加跟踪干扰下FH-GMSK通信系统的误码率曲线图。
从图6可以知道,随着信噪比的增加,未受跟踪干扰的FH-GMSK通信系统中的误码率逐渐减小,而受到跟踪干扰的误码率曲线随着信噪比的增加,误码率有一定的下降,但是最终趋于一个定值,而且大于0.3,基本导致FH-GMSK通信系统无法正常工作,对跳频通信的正常工作造成了很大的威胁。
本文以研究不同时间延迟和不同信噪比下跟踪干扰对FH-GMSK通信系统性能的影响为目的,分析了FH-GMSK通信系统的基本原理和系统模型,研究了跟踪干扰的基本原理和系统实现模型,在Simulink下搭建了FH-GMSK通信系统和跟踪干扰模块,分析计算了不同时间延迟和不同信噪比下跟踪干扰对系统的误码率性能。仿真结果表明,在时间延迟为零时,跟踪干扰为波形跟踪干扰,系统误码率最大;随着时间延迟的增加,误码率逐渐下降,当时间延迟大于跳频信号驻留时间时,跟踪干扰失效。而随着信噪比的增加,受到跟踪干扰的系统误码率有一定的下降,但最终趋于一个定值,给FH-GMSK通信系统的正常工作造成了很大的威胁。因此有必要对跟踪干扰的抗干扰措施进行研究,但是对跟踪干扰进行抗干扰的前提是对跟踪干扰信号的识别。下一步研究的内容是通过对跟踪干扰与跳频信号之间的时延进行估计,以时延估计作为特征参数对跳频通信中的跟踪干扰进行识别。
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