CN108616473A - 一种基于双边带的抗干扰传送方法 - Google Patents

一种基于双边带的抗干扰传送方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于双边带的抗干扰传送方法，属于无线通信网络抗干扰技术领域，其在发送端，选用中频载波信号进行一次调制，在载频调制时利用乘法器获得频率间隔为二倍中频频率值的上边带信号和下边带信号，实现跨频段冗余传送；在接收端，上边带信号和下边带信号作为两个独立信号分路由上边带通路和下边带通路各自处理；通过比对上边带通路和下边带通路上预处理的用户数据信息的误码率指标优劣，选择符合误码率阈值要求的上边带通路或下边带通路输出的用户基带数据作为接收机有效输出的用户数据信息传送给系统的上位机；本发明使得系统能够在兼顾利用高频段和低频段信道的传送特性优势的前提下，获得冗余传送能力，有效解决了传送可靠性问题。

Description

一种基于双边带的抗干扰传送方法
技术领域
本发明涉及一种基于双边带的抗干扰传送方法，适用于强干扰战场通信环境，其属于无线通信网络抗干扰技术领域。
背景技术
高机动平台间组网是实现高机动平台自主编队作战的基本条件。平台间组网重要地是受制于无线通信波形的稳定性和抗干扰能力。由于机动平台空间狭窄且自身维持能力弱，同时也对平台通信系统的SWaP提出了较高要求。因此合理设计无线信道传送波形，将在较少增加算法处理消耗和小型化的基础上，提供尽可能强的传送可靠性和主动抗干扰能力，是平台上载无线网络的设计难题。
通常的无线信道传送可靠性采取多个信道备份方式实现传送保障，而考虑抗干扰问题，多个信道的载波频率通常跨频段选用，这带来无线通信装置的电路复杂度提高，体积、功耗和重量呈几何增加。而对于敌方干扰而言，系统多个频点工作和频点间尽可能大的频率间隔，无论采用瞄准式干扰还是频段压制式干扰，都将增加敌人的干扰成本。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供了一种基于双边带的抗干扰传送方法，可在一定程度上避免上述应用背景中的技术不足和系统复杂性。
为解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：
一种基于双边带的抗干扰传送方法，在发送端，选用频率与发射机输出载波频率之比为1/4～1/2的中频载波信号进行一次调制，在载频调制时利用乘法器一次性获得频率间隔为二倍中频频率值的上边带信号和下边带信号，实现上边带信号和下边带信号跨频段冗余传送；
在接收端，上边带信号和下边带信号作为两个独立信号分路由上边带通路和下边带通路各自处理，各自输出对应的解调信息和预处理的用户数据信息；通过比对上边带通路和下边带通路上预处理的用户数据信息的误码率指标优劣，采用软切换方式选择符合误码率阈值要求的上边带通路或下边带通路输出的用户基带数据作为接收机有效输出的用户数据信息传送给系统的上位机。
选用频率与发射机输出载波频率之比为1/4～1/2的中频载波信号，是实现上下边带具有较大频率间隔的基础。
进一步的，在所述发送端，具体包括如下步骤：
步骤1、选用频率与发射机输出载波频率之比为1/4～1/2的中频载波信号，将基带调制信号与中频载波信号经过第一乘法器进行一次混频，滤取上边带信号，作为中频调制信号Sif(t)，表示为公式(1)：
Sif(t)＝A1(t)cos2π(fz+f)t (1)
其中，fz为中频调制频率；
f为基带调制信号频率；
A1(t)为中频调制信号幅值；
步骤2、将中频调制信号与发射载波信号经过第二乘法器实现二次混频后，保留一次性同时得到的上边带信号和下边带信号作为射频输出信号ST(t)，表示为公式(2)：
ST(t)＝A0(t)[cos2π(fc+fz+f)t+cos2π(fc-fz-f)t] (2)
其中，ST(t)为混频输出的包含上边带信号和下边带信号的射频输出信号；
fc为输出载波频率；
f为基带调制信号频率；
A0(t)为射频输出调制信号幅度；
步骤3、将射频输出信号ST(t)经滤波和宽带功放放大后同时将上边带信号和下边带信号发射输出。
进一步的，在所述接收端，具体包括如下步骤：
步骤1、从天线接收下来的射频信号首先经过前置滤波，然后进入前置低噪声放大器(LNA)进行缓冲放大，之后使用二分路器将缓冲放大后的射频信号分为进入上边带接收通路和下边带接收通路的信号；
步骤2、所述二分路器输出的射频信号分别通过上边带接收通路和下边带接收通路进行信号处理后，获得由信道传送的用户基带数据；
步骤3、将获得的所述用户基带数据按其顺序写入对应的分区双口存储器中，供后续的上位机受控读取；所述分区双口存储器包括上区双口存储器和下区双口存储器；将获得的所述用户基带数据提供给通路选择判别器，用于触发通路切换操作；
步骤4、所述通路选择判别器，首先对两个接收通路提供的用户基带数据进行检错计算，统计误码率数值并进行数值平滑处理，通过通路选择判别器对上边带接收通路和下边带接收通路提供的用户基带数据误码率值进行滤波平滑处理，目的是消除各通路上暂态的误码率异常值，避免频繁触发通路选择切换操作，维护信道的传送稳定性；
然后通过对滤波平滑后的用户基带数据误码率值进行超阈值判别，将通路选择判别器输出的通路切换指令传送给切换执行器。
在接收端步骤中4中，提出基于误码率指标的通路选择控制策略，一是通过增加对误码率值的平滑过滤，避免暂态的指标劣化引起无效的通路切换；二是提出切换指令产生策略，采取不指定主用信道，平等选择机制，保证好通路可选的出，无可用通路也不震荡切换，从而保证信道稳定输出。
步骤5、所述切换执行器根据通路切换指令“使能”选择对应的上区双口存储器或下区双口存储器，并提供上区双口存储器和下区双口存储器的复用的控制总线、地址总线和数据总线，与上位机的控制总线、地址总线和数据总线适配，支持上位机按需读取所选上边带接收通路或下边带接收通路已收到的用户基带数据信息。
在接收端步骤中5中，提出在分区双口存储器的通路侧双路顺序将解析出的用户基带数据写入各指定分区双口存储器，在分区双口存储器的输出侧受通路切换指令控制选择性读出指定通路对应的分区双口存储器中预存的用户基带数据，实现双通路无缝软切换，避免切换对数据的损伤；还可以通过回溯读取切换前和切换中的预存数据，从而强化数据传送的准确性和完整性。
进一步的，在所述接收端的具体步骤2中，所述上边带接收通路和下边带接收通路的信号处理流程和其功能模块组成相同，其均包括从入到出依次连接的乘法器、滤波器、A/D转换器、数字化解调处理器和信息预处理模块；其区别在于所述上边带接收通路和下边带接收通路进行下变频的本振频率不同，分别对应上边带信号和下边带信号的中心频率，即(fC+fZ)和(fC-fZ)。
所述二分路器输出的射频信号分别通过上边带接收通路和下边带接收通路中的乘法器、滤波器、A/D转换器、数字化解调处理器和信息预处理模块后，获得由信道传送的用户基带数据。
进一步的，在所述接收端的具体步骤2中，获得的由信道传送的所述用户基带数据信息是由信息预处理模块输出的。
进一步的，所述通路选择判别器按照下述规则输出通路切换指令：
①当前输出通路的用户基带数据误码率值没有超出阈值时，则接收机有效输出信号维持选择当前通路不变；
②当前输出通路的用户基带数据误码率值超出阈值，而备用通路的用户基带数据误码率值未超出阈值时，则接收机有效输出信号将切换至备用通道；
③当前输出通路和备用通路的用户基带数据误码率值均超出阈值时，则接收机有效输出信号维持选择当前通路不变；
④被切换为备用通路的用户基带数据误码率值改善后，仍将根据当前输出通路的用户基带数据误码率是否超出阈值而判定是否进行通路切换。
进一步的，所述切换执行器选择的切换点在上边带接收通路和下边带接收通路的用户基带数据输出端，目的是实现通路无缝切换，避免数据损伤。
进一步的，所述切换执行器的切换方式为支持上位机回溯读取存储器数据，目的是使数据的连续性和完整性得到加强。
进一步的，在所述接收端的步骤中2中，所述上边带通路和下边带通路分别并行独立处理，对上边带通路和下边带通路内各功能模块实现技术无约束，以高可靠恢复出信道传送的用户基带数据为基本要求。
进一步的，在所述接收端，对信道和通路传送质量的衡量，以用户基带数据的传送误码率为度量，作为选择优质通路的依据，将无线信道整体性能作为考核基础。
进一步的，所述无线信道整体性能包括空间传送特性及其变化、抗敌方干扰能力、解码算法性能、放大及滤波性能。
本发明的有益效果如下：
1.大间隔的双边带同传技术：
为了有效解决传送可靠性问题，本发明提出了基于高中频的二次调制发送方案。采用乘法器混频处理，可以一次性得到承载相同信息的上边带信号和下边带信号；而采用高中频设计，则可以使得上下边带间频率间隔足够大。大间隔的上下边带信号同时发送输出，可使得系统能够在兼顾利用高频段和低频段信道的传送特性优势的前提下，同时获得冗余传送能力，从而提高系统的传送可靠性。对敌方而言，可降低被敌方侦测概率，也使得敌方实施干扰的成本增加。
2.基于误码率指标的通路选择控制策略：
传送信息的误码率是直观反映信道传送特性和收发处理损伤的指标，本发明提出采用信息误码率作为双接收通路则有选择和切换操作的特征指标。误码率考量避免了传统的基于信噪比、信干比等比对的弊端，使得对接收信道过程处理算法的选择引入与优化设计相对独立。为降低误码率指标的暂态性异常波动引起无效的切换操作，本发明引入了对误码率指标的平滑处理算法。在通路选择切换策略上既要保证高质量通道能选的上，又要降低误切换假切换等无效操作出现概率，降低对传送连续性和信息完整性的影响。
3.基于分区存储的通路无缝软切换方法：
为发挥双边带并行接收处理的优势，本发明提出将双通路已经预处理完成的信道上接收的用户基带数据通过双口存储器进行上下分区存储的办法，当误码率指标变化引发通路切换操作时，只需要修改上位机读取接收机输出信息的分区指针，即完成软件控制的通路切换过程。切换后，上位机还可以上溯读取活动分区已存储的切换过程信息，从而可以做到无缝切换，避免切换引起的传送断续。
附图说明
图1为本发明中发送端的功能示意图。
图2为本发明中接收端的功能示意图。
图3为本发明中切换处理的控制流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步说明。
如图1-图3所示，本实施例涉及一种基于双边带的抗干扰传送方法，包含了发送端大间隔双边带信号生成发送，接收端双通道并行接收处理、通道切换控制策略和无缝软切换方法，发送端参见图1，接收端参见图2、图3，各自处理过程包括如下步骤：
在发送端，参见图1：
1)基带调制信号与中频载波信号经过第一乘法器进行一次混频，由滤波器滤取上边带信号，获得中频信号，；
2)中频信号与载波信号经过第二乘法器实现二次混频，上下边带信号同时作为有效信号输出，；
3)经滤波和宽带功放，将上下双边带信号同时发射输出。
在接收端，参见图2、图3：
1)从天线接收下来的射频信号首先经过前置滤波，进入前置低噪声放大器(LNA)进行缓冲放大，使用二分路器将信号分为上边带接收通路和下边带接收通路。
2)上边带接收通路和下边带接收通路的信号处理流程和功能组成相同，区别在于进行下变频的本振频率不同，分别对应上边带信号和下边带信号的中心频率(fC+fZ)和(fC-fZ)。通过乘法器、滤波、A/D转换、数字化解调处理和信息预处理功能模块，可以恢复获得信道传送的用户数据信息。其中，乘法器完成射频信号下变频；带通滤波器用于滤取基带信号；A/D转换实现将模拟基带调制信号通过采样转换为数字化基带调制信号；数字化解调处理模块主要完成将基带调制信号解调还原为用户基带数字信息；信息预处理模块主要完成数字信息的格式化处理，还原出系统通过信道传送的用户基带数据信息。以上各功能模块的技术实现，在具体系统设计中择优采用，这里没有进行约束，突出本方法的通用性思想。
3)信息预处理模块将用户基带数据由其顺序写入对应的分区双口存储器中，同时将用户基带数据提供给“通路选择判别器”，用于计算用户基带数据的误码率。
4)通路选择判别器按照图3的信息处理流程进行工作。首先对两个接收通路提供的用户基带数据进行检错计算，统计误码率数值并进行数值平滑处理，目的是消除各通路上暂态的误码率异常值，避免频繁触发通路选择切换操作，维护信道的传送稳定性。通过对滤波后的误码率值进行超阈值判别，通路选择判别器按照下述规则输出通路切换指令：①当前输出通路的信号误码率没有超出阈值时，接收机有效输出信号维持选择当前通路不变；②当前输出通路的信号误码率指标超出阈值，而备用通路信号误码率未超出阈值，则接收机有效输出信号将切换至备用通道；③当前输出通路和备用通路的信号误码率均超出阈值，接收机有效输出信号维持选择当前通路不变；④被切换为备用通路的通路误码率指标改善后，不能独立引发通路选择操作。
5)通路选择判别器输出的通路切换指令给“切换执行器”，执行器有两个功能，一是根据通路切换指令“使能”选择对应的“上区双口存储器”或“下区双口存储器”；二是提供上区双口存储器和下区双口存储器的复用的地址总线和数据总线，以及与“上位机”的地址总线和数据总线的接口适配，支持上位机按需读取已收到的用户基带数据。切换点选择在两个通路数据输出端，可以实现通路无缝切换，避免数据损伤，另外这种切换方式还可支持上位机回溯读取存储器数据，使数据的连续性和完整性得到加强。
本实施例提供了一种无线抗干扰波形传送实现方法，可在一定程度上避免上述应用背景中的技术不足和系统复杂性。
选用一个较高的中频频率，与本振信号相乘，将一次性得到一对镜像的包含相同信息的双边带信号，经过带通滤波和宽带放大，将两个边带信号同时发送出去，两个边带的频率间隔达到两倍的中频频率；在接收端，采用两套接收电路对上下边带信号进行并行处理，将获得两路包含相同信息的基带信号，通过检测基带信号恢复出的用户数据的误码率值，可比较确定选择哪一边带信号通路输出作为接收机有效输出，而有干扰的边带信号通路则被屏蔽。
本实施例所要解决的技术问题由以下技术方案实现：
在发射端，通过乘法器一次性获得承载相同信息的上下变频信号，经过上下边带带通滤波和宽带功放，可同时将两个独立的具有较大频率间隔的载频信号冗余发射出去；合理选择较高中频频率，可使得上下变频信号频率间隔足够宽，起到冗余发送和一定的信号隐藏作用。发射信号表示为：
ST(t)＝A0cos2π(fc+fz+f)t+A0cos2π(fc-fz-f)t
其中，ST(t)表示发射信号，fC为载波频率，fZ为中频频率。
在接收端，采用两路并行接收，分别经过基于(fC+fZ)和(fC-fZ)的变频及滤波处理后，可获得两个独立的基带信号Rx1和Rx2，分别对应发射端的上边带和下边带信号，两个通路独立进行基带信号解码处理并检测用户数据的误码，计算统计用户数据的误码率，则可以选用一个质量优的通道作为接收机的有效输出给系统的上位机，从而使系统获得较高的传送质量和可靠性。
具体的接收端处理包括如下步骤：
1)节点接收信号经过带通滤波和前端放大后分为两路：上边带通路和下边带通路；
2)对上边带通路和下边带通路分别同时进行混频获得下变频信号，本振频率分别为(fC+fZ)和(fC-fZ)；
3)在上边带通路和下边带通路对下变频信号进行数字化采样处理，对双边带基带信号进行自相关解调处理，获得基带数字信号；分别对数字信号进行格式化处理，将用户数据帧分别存入分区段存储器，同时进行误码判别和误码率统计计算。对于获得的上边带通路和下边带通路的实时误码率指标，分别对N个(根据系统要求和信道特性决定)连续实时误码率指标进行平滑滤波处理，以减少通路频繁切换引起的传送信号中断概率。
4)初始设定：①选择上边带通路输出的用户基带数据信号做为接收机有效输出信号，下边带通路为备用通道；②设定系统可接受的传送误码率阈值。持续采集双通路的误码率值，当输出通路误码率指标劣化超出阈值后将可能引起信号通路的选择变化，以保证获得高质量的信息输出，具体规则如下：
①当前输出通路的用户基带数据误码率没有超出阈值时，接收机有效输出信号维持选择当前通路不变；
②当前输出通路的用户基带数据误码率指标超出阈值，而备用通路数据误码率未超出阈值，则接收机有效输出信号将切换至备用通道；
③当前输出通路和备用通路的用户基带数据误码率均超出阈值，接收机有效输出信号维持选择当前通路不变；
④被切换为备用通路的通路误码率指标改善后，仍将根据当前输出通路的用户基带数据误码率是否超出阈值而判定是否进行通路切换，不能独立引发通路切换操作。
5)为减少通路切换对信号完整性的破坏，降低信道中重要信息重传概率，将两个通路解码输出的数字信号同时进行分区预存储，通路的选择切换是一种软切换，即存储分区指针与存储块指针的切换。
在接收端：
步骤2)中将上下边带信号分别作为独立信号,通过分别选择本振频率(fC+fZ)和(fC-fZ)，进行直接下变频，分别得到上下边带信号对应的基带信号。
步骤3)中，分别对上下边带对应的基带信号进行数字化采样，利用DSP或FPGA运行自相关解调算法，获得上下边带通路所承载的用户基带数字信息。根据已知的系统信息帧格式和差错检验算法对接收的信息进行误码率统计，具体误码统计算法随系统设计，并分别将上下边带通路输出的用户基带数据进行分区存储处理。由于误码率指标将作为通路切换的依据，为提高系统稳定性，对两个通路的误码率指标进行平滑滤波处理，消除短期异常数值引起的通路误切换操作。
步骤中4)中，规定了可接受的误码率阈值，并规定了通路切换操作的执行规则，其基本思想一是要选择高质量信号通路保证有效信息输出，二是尽可能避免无效的通路切换操作，以降低信号中断的概率。
步骤5)中，通路切换操作引入了一种软切换方式，在步骤3)中，已将上边带和下边带通路接收处理的信息顺序存储到双口存储器的上区和下区，通过修改接收信息的读取操作的分区指针即可实现通路信息的切换输出。另外，将接收信息进行分区存储的一个优点是，当发生通路切换操作后，可以从原备用通路存储区中恢复读出解码处理正确的信息，从而发挥备用通路的解码处理的效能，提高接收机信息输出正确性和完整性，降低信道重传概率。
尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种基于双边带的抗干扰传送方法，其特征在于：在发送端，选用频率与发射机输出载波频率之比为1/4～1/2的中频载波信号进行一次调制，在载频调制时利用乘法器一次性获得频率间隔为二倍中频频率值的上边带信号和下边带信号，实现上边带信号和下边带信号跨频段冗余传送；
在接收端，上边带信号和下边带信号作为两个独立信号分路由上边带通路和下边带通路各自处理，各自输出对应的解调信息和预处理的用户数据信息；通过比对上边带通路和下边带通路上预处理的用户数据信息的误码率指标符合性，采用软切换方式选择符合误码率阈值要求的上边带通路或下边带通路输出的用户基带数据作为接收机有效输出的用户数据传送给系统的上位机。
2.根据权利要求1所述的基于双边带的抗干扰传送方法，其特征在于：在所述发送端，具体包括如下步骤：
步骤1、选用频率与发射机输出载波频率之比为1/4～1/2的中频载波信号，将用户基带数据经基带调制形成的基带调制信号与中频载波信号经过第一乘法器进行一次混频，滤取上边带信号，作为中频调制信号Sif(t)，表示为公式(1)：
Sif(t)＝A1(t)cos2π(fz+f)t (1)
其中，fz为中频调制频率；
f为基带调制信号频率；
A1(t)为中频调制信号幅值；
步骤2、将中频调制信号与发射载波信号经过第二乘法器实现二次混频后，保留一次性同时得到的上边带信号和下边带信号作为射频输出信号ST(t)，表示为公式(2)：
ST(t)＝A0(t)[cos2π(fc+fz+f)t+cos2π(fc-fz-f)t] (2)
其中，ST(t)为混频输出的包含上边带信号和下边带信号的射频输出信号；
fc为输出载波频率；
f为基带调制信号频率；
A0(t)为射频输出调制信号幅度；
步骤3、将射频输出信号ST(t)经滤波和宽带功放放大后同时将上边带信号和下边带信号发射输出。
3.根据权利要求1或2所述的基于双边带的抗干扰传送方法，其特征在于：在所述接收端，具体包括如下步骤：
步骤1、从天线接收下来的射频信号首先经过前置滤波，然后进入前置低噪声放大器(LNA)进行缓冲放大，之后使用二分路器将缓冲放大后的射频信号分为进入上边带接收通路和下边带接收通路的信号；
步骤2、所述二分路器输出的射频信号分别通过上边带接收通路和下边带接收通路进行信号处理后，获得由信道传送的用户基带数据；
步骤3、将获得的所述用户基带数据按其顺序写入对应的分区双口存储器中，供后续的上位机受控读取；所述分区双口存储器包括上区双口存储器和下区双口存储器；将获得的所述用户基带数据提供给通路选择判别器；
步骤4、所述通路选择判别器，首先对两个接收通路提供的用户基带数据进行检错计算，统计误码率数值并进行数值平滑处理；然后通过对滤波平滑后的用户数据误码率值进行超阈值判别，将通路选择判别器输出的通路切换指令传送给切换执行器；
步骤5、所述切换执行器根据通路切换指令“使能”选择对应的上区双口存储器或下区双口存储器，并提供上区双口存储器和下区双口存储器的复用的控制总线、地址总线和数据总线，与上位机的控制总线、地址总线和数据总线适配，支持上位机按需读取所选上边带接收通路或下边带接收通路已收到的用户基带数据信息。
4.根据权利要求3所述的基于双边带的抗干扰传送方法，其特征在于：在所述接收端的具体步骤2中，所述上边带接收通路和下边带接收通路的信号处理流程和其功能模块组成相同，其均包括从入到出依次连接的乘法器、滤波器、A/D转换器、数字化解调处理器和信息预处理模块；其区别在于所述上边带接收通路和下边带接收通路进行下变频的本振频率不同，分别对应上边带信号和下边带信号的中心频率，即(fC+fZ)和(fC-fZ)。
5.根据权利要求4所述的基于双边带的抗干扰传送方法，其特征在于：在所述接收端的具体步骤2中，获得的由信道传送的所述用户基带数据信息是由信息预处理模块输出的。
6.根据权利要求3所述的基于双边带的抗干扰传送方法，其特征在于：所述通路选择判别器按照下述规则输出通路切换指令：
①当前输出通路的用户基带数据误码率值没有超出阈值时，则接收机有效输出信号维持选择当前通路不变；
②当前输出通路的用户基带数据误码率值超出阈值，而备用通路的用户基带数据误码率值未超出阈值时，则接收机有效输出信号将切换至备用通道；
③当前输出通路和备用通路的用户基带数据误码率值均超出阈值时，则接收机有效输出信号维持选择当前通路不变；
④被切换为备用通路的用户基带数据误码率值改善后，仍将根据当前输出通路的用户基带数据误码率是否超出阈值而判定是否进行通路切换。
7.根据权利要求3所述的基于双边带的抗干扰传送方法，其特征在于：所述切换执行器选择的切换点在上边带接收通路和下边带接收通路的用户数据输出端。
8.根据权利要求3所述的基于双边带的抗干扰传送方法，其特征在于：所述切换执行器的切换方式为支持上位机回溯读取存储器数据。
9.根据权利要求4所述的基于双边带的抗干扰传送方法，其特征在于：在所述接收端的步骤中2中，所述上边带通路和下边带通路分别并行独立处理。
10.根据权利要求3所述的基于双边带的抗干扰传送方法，其特征在于：在所述接收端，对信道和通路传送质量的衡量，以用户数据的传送误码率为度量，作为选择优质通路的依据，将无线信道整体性能作为考核基础。
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