CN101557242A - 一种mfsk/ffh系统差动抗干扰接收机 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种MFSK/FFH系统差动抗干扰接收机，在带通滤波模块1后增加了包络检测模块8，带通滤波模块9，和直接数字频率综合模块10，用以对系统接收机的多音干扰信号进行检测和抑制。采用本发明的通信方法，可以极大改善窄带FFH/MFSK系统在最坏多音干扰环境中的传输性能。

Description

一种MFSK/FFH系统差动抗干扰接收机

技术领域

本发明属于通信技术领域，特别涉及采用跳频通信方式的系统。

背景技术

跳频通信技术以其良好的抗干扰特性被广泛用于军事通信领域。针对跳频信号的干扰与抗干扰技术，也不断成为众多学者的研究热点。

对跳频信号的干扰抑制方法已有很多研究。大多数文献对传统FFH-MFSK接收机(图1)中干扰信号的抑制方法还是主要体现在采用不同算法的分集合并技术上，如线性合并(LC)，自归一合并(NRC)，乘积合并(PC)，自动增益控制合并(AGC)，削波合并(CC)，最大似然合并(ML)等等。见图2。详细内容见Jonhn S.Bird，E.Barry Felstead，AntijamPerformance of Fast Frequency-Hoped M-ary NCFSK-An Overview[J]，IEEE Journal onSelected Areas in Communications，March 1986，4(2)：216-233，Y.Han，Kah C.Teh.，Maximum-likelihood receiver with side information for asynchronous FFH-MA/MFSK systemsover Rayleigh fading channels Communications Letters[J]，IEEE Communications Letters，June2006，10(6)：435-437，以及梅文华，跳频通信[M].北京：国防工业出版社，2005。

这些分集合并技术在不同条件下有着各自的优缺点，对降低跳频系统中干扰信号的影响有一定改善，但当干扰信号较强，即信干比较低情况下，它们的干扰抑制效果就显得不尽人意。合并算法的复杂性，也使得这些设计对于实际系统应用具有很大的局限性。

发明内容

本发明的任务是利用接收端对跳频图案(FHP：Frequency Hopping Pattern)以及跳速的先验知识，通过对两个相邻跳频频点的频谱检测，提出了一种在最坏情况多音干扰环境中，应用于MFSK/FFH系统的差动干扰抑制(DJR)接收机。采用本发明方法，在最坏多音干扰环境，系统误码性能较传统分集合并技术(L＝3)提高了10倍以上。在信干比SJR＝-4dB，信噪比SNR＝13.35dB条件下，联合信道编码技术的DJR-Viterbi算法比传统Viterbi算法的系统误码率有近40dB的提高。

本发明用于窄带跳频通信系统的接收机部分。

本发明的接收机部分组成：包括1、带通滤波器(W)，2、带通滤波器(B)，3、包络检测，4、信号处理，5、同步，6、跳频图案发生器，7、直接数字频率综合，8、包络检测，9、带通滤波器(B)，10、直接数字频率综合。

本发明接收机部分工作过程：如图3所示，信号通过天线耦合，下变频后进入带宽为W_ss的带通滤波器(BPF)。假设此时系统收发两端已经处于完全同步状态，即接收端跳频图案发生器产生的跳频序列同发送端跳频图案发生器产生的跳频序列在时间上和序列上完全协调一致，则一方面，从BPF输出的第n跳信号r_n(t)可通过与跳频图案发生器控制的频率综合器输出信号f_n混频完成解跳。解跳后的跳频信号r_n(t)经滤波后被送入信号处理模块进行处理。另一方面，将接收信号与跳频图案发生器控制的下一跳频率综合器输出信号f_{n+ 1}混频，可以得到解析下一跳跳频信号到来之前所在频点的频谱特征信息。

在阐述本发明方法之前，首先介绍本发明中所用的术语：

1)检测概率是指当设定某一检测门限C，然后考察接收信号包络超过门限的概率，以此来判定对信号的检测程度。

2)门限 $C=c{\widehat{\mathrm{\σ}}}_w^2,$ 式中c为恒虚警门限系数。

3)频点状态向量

是指对跳频频点所在信号的检测状态。

5)跳频信号判断向量 $\stackrel{\→}{G}\left(t\right)=[g_1\left(t\right),g_2\left(t\right),...,g_M\left(t\right)],$ 是指根据跳频图案和跳频周期对接收频点上的跳频信号进行判断的结果，其中 $g_m\left(t\right)=z_m\left(t\right)\⊕z_m(t+T_h)$ m＝1，2，...，M。

差动干扰抑制的方法是：系统同步状态条件下，通过跳频频点上跳频信号到达前后的频谱信息差动变化，以及干扰信号与跳频信号的时频非相关性对干扰信号进行差动抑制，进而提高信号检测性能，降低传输误码概率。

本发明提出了FFH-MFSK系统差动抗干扰抑制方法，包括以下步骤：

步骤1按跳频图案，在对第n-1跳跳频信号进行处理时，完成对第n跳跳频信号到达前所在频点的信号状态检测，当x(t+T_h)≤C时取z(t+T_h)＝0，当x(t+T_h)＞C时取z(t+T_h)＝1；

步骤2根据第n跳跳频信号到达前所在频点的信号状态检测结果，构建系统第n跳跳频信号到达前所在频点状态向量 $\stackrel{\→}{s}(t+T_h)=[z_1(t+T_h),z_2(t+T_h),...,z_M(t+T_h)];$

步骤3根据第n-1跳频点状态向量和第n跳频点状态向量，计算第n跳跳频信号判断向量 $\stackrel{\→}{G}\left(t\right)=[g_1\left(t\right),g_2\left(t\right),...,g_M\left(t\right)],$ 其中 $g_m\left(t\right)=z_m\left(t\right)\⊕z_m(t+T_h)$ (m＝1，2，...，M)；

步骤4当g_m(t)＝0且z_m(t)＝1时，取X_m(t)＝C，除此之外取X_m(t)＝x_m(t)。；

步骤5依b(t)＝Max{X₁(t)，X₂(t)，...，X_M(t)}判决得到发送符号，或者将X_m(t)作为其它纠错技术的输入数据进行进一步的处理。

本发明的工作流程如图4所示。

需要说明的是步骤1可以采用除包络检测外的其它检测方法。检测的目的是获得接收信号的特征参数，以作为干扰信号的判别依据。

本发明的工作原理：从信号检测角度来看，系统传输误码率体现在噪声和干扰信号的虚警概率和对传输信号的漏检概率上。通过理论推导和仿真可以得到一个无干扰环境下的经验检测门限值C。即大多数情况下，某频率上的跳频信号若未被干扰，则M个调制频点的信号检测中仅会有一个频点的信号包络检测大于C。若某跳信号被干扰，则M个调制频点信号中除了传输信号包络检测大于C，通常还有干扰信号包络检测大于C。而当某频点上的跳频信号还未发送时，则该频点上的干扰信号很容易被检测。由于本文接收机的特殊设计使得系统具有跳频传输信号到达前一时刻所在频点的频谱信息，通过跳频频点上跳频信号到达前后的频谱信息差动变化，可以完成对跳频信号所在频点的干扰识别和抑制。

结论：从上面的理论分析可知，该方法算法简单有效，在最坏多音干扰环境，系统误码性能较传统分集合并技术(L＝3)提高了10倍以上。在信干比SJR＝-4dB，信噪比SNR＝13.35dB条件下，联合信道编码技术的DJR-Viterbi算法比传统Viterbi算法的系统误码率有近40dB的提高。

本发明创新点：现有的MFSK/FFH系统接收机大多采用各种分集合并算法来抑制干扰信号对传输信号的影响，它们几乎都以牺牲系统频带利用率，降低系统数据传输速率为代价。与采用的通过多个分集支路的均衡合并来抑制干扰信号的机理不同，本发明方法从另一个思路出发，利用接收端对跳频图案(FHP：Frequency Hopping Pattern)以及跳速的先验知识，通过跳频频点上跳频信号到达前后的频谱信息差动变化，完成对跳频信号所在频点的干扰识别和抑制，从而提高多音干扰环境下MFSK/FFH系统通信性能。

本发明的实质：相对于传统MFSK/FFH系统接收机中的干扰抑制方法，本发明的核心思想是：通过跳频频点上跳频信号到达前后频谱信息的差动变化，使系统接收机可以直接对干扰信号进行抑制，从而降低干扰信号对系统传输性能的影响。

本发明的工程实现与传统的MFSK/FFH系统接收机相比，具有的特点在于：系统接收端仅仅增加带通滤波，数字频率综合和包络检测电路。通过检测跳频频点上跳频信号到达前后的频谱信息差动变化，使系统接收机可以对干扰信号进行直接抑制，而不是通过多个分集支路的均衡合并来抑制干扰信号。

附图说明

图1是传统MFSK/FFH系统接收机的工作原理图：

其中：1是带通滤波器(W)，2是带通滤波器(B)，3是包络检测，4是信号处理，5是同步，6是跳频图案发生器，7是直接数字频率综合；

图2是分集合并工作原理图：

其中信号检测例举了包络检测方法。除了包络检测，检测模块还可以根据信号各项特征进行其它方式的检测，其检测的目的是为信号认知处理模块提供频率因子的计算依据。分集合并算法包括线性合并算法，乘积合并算法，自归一合并算法等等。

图3是采用本发明提出的新的跳频信号捕获方法在跳频通信系统中的工作原理图：

其中：1是带通滤波器(W)，2是带通滤波器(B)，3是包络检测，4是信号处理，5是同步，6是跳频图案发生器，7是直接数字频率综合，8是包络检测，9是带通滤波器(B)，10是直接数字频率综合；

图4是本发明的工作流程图

具体实施方式

本发明主要创新是通过合理的门限设置，通过检测跳频频点上跳频信号到达前后的频谱信息差动变化，使系统接收机可以对干扰信号进行直接抑制，然后，联合其它模块，组成本发明的接收机系统。

理论推导及性能仿真表明，在传输环境为最坏多音干扰信号与加性高斯白噪声信道，系统工作频点个数N＝32，解调方式为BFSK非相干解跳，信噪比S/N＝13.35dB，条件下，系统误码性能较传统分集合并技术(L＝3)提高了10倍以上。在信干比SJR＝-4dB，信噪比SNR＝13.35dB条件下，联合信道编码技术的DJR-Viterbi算法比传统Viterbi算法的系统误码率有近40dB的提高。采用该方法可进一步提高FFH/MFSK系统的频带利用率和抗干扰容限。

Claims (2)

1、一种MFSK/FFH系统差动抗干扰接收机，包括信号处理模块(4)，包络检测模块(8)，带通滤波模块(9)、直接数字频率综合模块(10)等；

其特征在于增加的包络检测模块(8)、带通滤波模块(9)，直接数字频率综合模块(10)。它是按照下面步骤工作的：

步骤1按跳频图案，在对第n-1跳跳频信号进行处理时，完成对第n跳跳频信号到达前所在频点的信号状态检测，当x(t+T_h)≤C时取z(t+T_h)＝0，当x(t+T_h)＞C时取z(t+T_h)＝1；

步骤2根据第n跳跳频信号到达前所在频点的信号状态检测结果，构建系统第n跳跳频信号到达前所在频点状态向量 $\stackrel{\→}{s}(t+T_h)=[z_1(t+T_h),z_2(t+T_h),\·\·\·,z_M(t+T_h)];$

步骤3根据第n-1跳频点状态向量和第n跳频点状态向量，计算第n跳跳频信号判断向量 $\stackrel{\→}{G}\left(t\right)=[g_1\left(t\right),g_2\left(t\right),\·\·\·,g_M\left(t\right)],$ 其中 $g_m\left(t\right)=z_m\left(t\right)\⊕z_m(t+T_h)$ (m＝1，2，…，M)；

步骤4当g_m(t)＝0且z_m(t)＝1时，取X_m(t)＝C，除此之外取X_m(t)＝x_m(t)。；

步骤5依b(t)＝Max{X₁(t)，X₂(t)，...，X_M(t)}判决得到发送符号，或者将X_m(t)作为其它纠错技术的输入数据进行进一步的处理。

2、根据权利要求1所述的一种MFSK/FFH系统差动抗干扰接收机，其特征是所述步骤1中C的取值不限。

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