CN110730018B

CN110730018B - 一种直扩跳频混合扩频系统的抗干扰方法

Info

Publication number: CN110730018B
Application number: CN201911000591.1A
Authority: CN
Inventors: 陈亚丁; 文言; 尹泽民
Original assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Current assignee: University of Electronic Science and Technology of China
Priority date: 2019-10-21
Filing date: 2019-10-21
Publication date: 2021-07-02
Anticipated expiration: 2039-10-21
Also published as: CN110730018A

Abstract

本发明属于扩频通信技术领域，具体涉及一种直扩跳频(DS/FH)混合扩频系统的抗干扰方法。本发明的目的在于改进干扰检测算法，通过对当前跳频频点的信号进行处理的同时，利用已知跳频图案信息，提前对下一跳频频点的信号状态进行检测，以此来实现对同一跳频频点的两倍跳频周期检测，对驻留在跳频频点的多音干扰信号进行抑制，从而提高多音干扰环境下混合扩频系统通信性能。

Description

一种直扩跳频混合扩频系统的抗干扰方法

技术领域

本发明属于扩频通信技术领域，具体涉及一种直扩跳频(DS/FH)混合扩频系统的抗干扰方法。

背景技术

扩频通信，在早期研究中主要目的是为了提高军事通信的保密和抗干扰性能，而跳频系统和直接扩频系统(简称直扩系统)是应用最多的两种扩频方式。所谓直接序列扩频，就是直接用具有高码率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。在接收端，再用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。跳频系统其工作原理是指收发双方的载波频率按照一定规律进行离散变化的通信方式，也就是说，通信中使用的载波频率受伪随机码的控制而随机跳变。直扩/跳频(DS/FH)混合扩频系统是将直接序列扩频技术和跳频技术相结合，通过直接序列扩频系统信号功率谱密度可低于噪声功率谱密度的特性起到保密的作用，又通过跳频获得超大的频谱宽度，具有很强的抗干扰能力。

大多数文献对扩频通信系统中干扰信号的抑制方法主要体现在采用不同的分集合并算法，如线性合并(LC)，自归一合并(NRC)，自动增益控制合并(AGC)，乘积合并(PC)，削波合并(CC)，最大似然合并(ML)等。这些分集合并技术在不同应用环境下有各自的优缺点，它们能降低扩频系统中干扰信号的影响，但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。随着干扰技术的发展，干扰信号愈来愈复杂，干扰检测与抑制技术成为采用DS/FH混合系统的研究重点。基于时频分布的干扰检测是一种常见的干扰检测与抑制算法，该算法通过分析信号的时频分布，能够有效地完成干扰分量的检测，最后结合信号特征去除干扰信号。时频分布的干扰检测算法运算量大，对系统的硬件要求高，在处理大量数据时，实时性差，占用资源多。

发明内容

本发明的目的在于改进干扰检测算法，通过对当前跳频频点的信号进行处理的同时，利用已知跳频图案信息，提前对下一跳频频点的信号状态进行检测，以此来实现对同一跳频频点的两倍跳频周期检测，对驻留在跳频频点的多音干扰信号进行抑制，从而提高多音干扰环境下混合扩频系统通信性能。

对于一个直扩跳频混合系统，二进制数据流{b₀}通过BPSK调制成二进制符号流{b_s}。设基带信号的带宽为B，T_h＝T/L为跳频周期(即每个跳频信号持续时间)，T为每个数据符号持续时间，L代表每个数据符号的分集水平(即每个数据符号经历的跳频个数)。BPSK调制器的输出信号先与扩频码序列c(t)相乘，进行直接序列扩频。再与频率综合器输出信号通过混频器混频滤波，被搬移到跳频总带宽W内。其中，直接数字频率综合器的输出信号由跳频序列图案发生器控制。最后，被搬移到跳频频带的DS/FH信号经带通滤波后发送出去。DS/FH信号可以表示为：

在接收端，本发明中的接收信号被设计为由DS/FH信号X(t)，高斯白噪声N(t)，以及敌意多音干扰信号J(t)所组成。接收机示意框图如图1所示。不失一般性，图中省略了实际系统中的一些模块。假设系统收发两端已经处于完全同步状态，即发送端与接收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一致。一方面，从BPF输出的信号可通过与跳频图案控制的直接数字频率综合器输出信号f_n混频完成解跳，解跳信号经过滤波后被送入信号处理模块。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，可以得到下一跳跳频信号到来之前所在频点的频谱特征信息。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：提供一种直扩跳频(DS/FH)混合扩频系统的抗干扰方法。该方法包括如下步骤：

S1、初始化，具体为：

S11、假设此时为第i个数据符号，根据预先知道的跳频图案，对第n-1跳跳频信号进行解跳处理时，同时对第n跳跳频信号所在频点进行提前的状态检测；

S12、接收信号X(t)与频率综合器输出的信号f_n-1混频，经过带宽为B的带通滤波器后，得到驻留在第n-1跳跳频频点的接收信号r_n-1(t)为：r_i,n-1(t)＝b_ic(t)+pJ(t)+N(t)，其中p＝1表示存在多音干扰，p＝0表示无多音干扰；

同时，接收信号X(t)与频率综合器输出信号f_n混频，经过带宽为B的带通滤波器后，预先得到驻留在第n跳跳频频点的状态检测信息r_n′(t+T_h)为：r_n′(t+T_h)＝pJ(t+T_h)+N(t+T_h)；

S13、根据第n跳跳频信号到达前所在频点的信号状态检测信息，预先判断是否存在多音干扰。当r_n′(t+T_h)≤C时取p＝0，当r_n′(t+T_h)>C时取p＝1，其中C为设定的检测门限；

S2、对第n跳跳频信号进行解跳处理时，同时对第n+1跳跳频信号所在频点进行提前的状态检测。接收信号X(t+T_h)与频率综合器输出的信号f_n混频，经过带宽为B的带通滤波器后，得到驻留在第n跳跳频频点的接收信号r_n(t+T_h)为：r_n(t+T_h)＝b_ic(t+T_h)+pJ(t+T_h)+N(t+T_h)；

同时，接收信号X(t+T_h)与频率综合器输出信号f_n+1混频，经过带宽为B的带通滤波器后，预先得到驻留在第n+1跳跳频频点的状态检测信息r_n+1′(t+2T_h)为：r_n+1′(t+2T_h)＝pJ(t+2T_h)+N(t+2T_h)；

S3、根据第n+1跳跳频信号到达前所在频点的信号状态检测信息r_n+1′(t+2T_h)，预先判断是否存在多音干扰。当r′_n+1(t+2T_h)≤C时取p＝0，当r′_n+1(t+2T_h)>C时取p＝1，其中C为设定的检测门限；

S4、将解跳后的信号集合{…，r_i,n-1(t)，r_i,n(t+T_h)，r_i,n+1(t+2T_h)，…}，n＝1,…,L在数据符号持续时间T内对齐，再进行线性合并，输出信号为

其中

为加权系数，当p＝1时修改加权系数为

系数α≥1；

S5、得到干扰抑制后的信号z(t)，输出信号z(t)再进行解扩等信号处理。

本发明的有益效果为，能有效提高多音干扰环境下混合扩频系统通信性能。

附图说明

图1为本发明接收机工作原理图；

图2为本发明的误码性能曲线图。

具体实施方式

下面结合附图和仿真示例说明本发明的实用性。

实施例

采用Matlab2018a仿真平台进行运行实验，其中，仿真参数为：通信信道为多音干扰与加性高斯白噪声信道，数据符号为i＝200，扩频码序列选用WALSH码，长度为512，跳频工作频点数为N＝8，分集水平为L＝3。在低信噪比[-22,-21,-20,-19,-18,-17,-16]，信干比SJR＝-20dB下，测试硬解调和软解调下的抗干扰性能。

如图1所示，具体步骤如下：

步骤1：初始化

1.1根据预先知道的跳频图案，对第1跳跳频信号所在频点进行提前的状态检测，无接收信号时，预先得到驻留在跳频频点f_1，1的状态检测信息r′_1,1(t)；

1.2根据预先知道的跳频图案，对第1跳跳频信号进行解跳处理时，同时对第2跳跳频信号所在频点进行提前的状态检测；接收信号x₁(t)与频率综合器的输出信号f_1，1混频，经过带宽为B的带通滤波器后，得到驻留在跳频频点f_1，1的接收信号r_1，1(t)；

1.3同时，接收信号x₁(t)与频率综合器输出信号f_1，2混频，经过带宽为B的带通滤波器后，预先得到驻留在跳频频点f_1，2的状态检测信息r′_1,2(t)；

1.4根据第2跳跳频信号到达前所在频点的信号状态检测信息，预先判断是否存在多音干扰。当r′_1,2(t)≤C时取p₂＝0，当r′_1,2(t)>C时取p₂＝1，其中C取1；

步骤2：继续进行跳频频点检测，具体为：

2.1对第2跳跳频信号进行解跳处理时，同时对第3跳跳频信号所在频点进行提前的状态检测。接收信号x₁(t)与频率综合器输出的信号f_1,2混频，经过带宽为B的带通滤波器后，得到驻留跳频频点f_1,2的接收信号r_1,2(t)；

2.2接收信号x₁(t)与频率综合器输出信号f_1,3混频，经过带宽为B的带通滤波器后，预先得到驻留在跳频频点f_1,3的状态检测信息r_1,3′(t)；

2.3根据第3跳跳频信号到达前所在频点的信号状态检测信息，预先判断是否存在多音干扰。当r′_1,3(t)≤C时取p₃＝0，当r′_1，3(t)>C时取p₃＝1，其中C取1；

步骤3：进行干扰消除，将解跳后的信号集合{r_1，1(t)，r_1,2(t)，r_1,3(t)}进行线性加权合并，输出信号为

其中加权系数为

根据跳频图案预先得出的检测信息p_n，修改加权系数。当p＝1时，c_n′＝0.5c_n，当p＝0时，c_n′＝c_n，最后输出信号为

步骤4：继续处理接收信号序列{x₂(t),x₃(t),…,x₁₀₀(t)}，重复步骤1～3。

如图2所示，该方法根据已知跳频图案提前对下一跳频点进行干扰检测，能消除部分多音干扰。当误码率达到10^-4时，硬解调情况下性能提升了1dB左右，软解调情况下性能提升了2dB左右。

Claims

1.一种直扩跳频混合扩频系统的抗干扰方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、初始化，具体为：

S11、对第i个数据符号，根据已知的跳频图案，对第n-1跳跳频信号进行解跳处理时，同时对第n跳跳频信号所在频点进行状态检测；

S12、接收信号X(t)与频率综合器输出的信号f_n-1混频，经过带宽为B的带通滤波器后，得到驻留在第n-1跳跳频频点的接收信号r_n-1(t)为：r_i,n-1(t)＝b_ic(t)+pJ(t)+N(t)，其中p＝1表示存在多音干扰，p＝0表示无多音干扰，b_i为二进制符号，为1或者0，c(t)为扩频码序列，J(t)为敌意多音干扰信号，N(t)为高斯白噪声；

同时，接收信号X(t)与频率综合器输出信号f_n混频，经过带宽为B的带通滤波器后，预先得到驻留在第n跳跳频频点的状态检测信息r′_n(t+T_h)为：r′_n(t+T_h)＝pJ(t+T_h)+N(t+T_h)，T_h＝T/L为跳频周期，T为每个数据符号持续时间，L代表每个数据符号的分集水平；

S13、根据第n跳跳频信号到达前所在频点的信号状态检测信息，预先判断是否存在多音干扰：当r′_n(t+T_h)≤C时取p＝0，当r′_n(t+T_h)>C时取p＝1，其中C为设定的检测门限；

S2、对第n跳跳频信号进行解跳处理时，同时对第n+1跳跳频信号所在频点进行提前的状态检测；接收信号X(t+T_h)与频率综合器输出的信号f_n混频，经过带宽为B的带通滤波器后，得到驻留在第n跳跳频频点的接收信号r_n(t+T_h)为：r_n(t+T_h)＝b_ic(t+T_h)+pJ(t+T_h)+N(t+T_h)；

S3、根据第n+1跳跳频信号到达前所在频点的信号状态检测信息r_n+1′(t+2T_h)，预先判断是否存在多音干扰：当r′_n+1(t+2T_h)≤C时取p＝0，当r′_n+1(t+2T_h)>C时取p＝1，其中C为设定的检测门限；

S4、将解跳后的信号集合{…，r_i,n-1(t)，r_i,n(t+T_h)，r_i,n+1(t+2T_h)，…}，n＝1,…,L，在数据符号持续时间T内对齐，再进行线性合并，输出信号为

其中

为加权系数，当p＝1时修改加权系数为

系数α≥1，i为数据符号个数；

S5、得到干扰抑制后的信号z(t)。