短波数字跳频通信抗干扰技术体制仿真研究

第１Ｏ卷第２期（总第３６期）　现代军事通信　Ｖｏ１．１０　ＮＯ．２（Ｓｕｍ　３６）　２００２年６月　Ｊ．ｏｆ　Ｍｏｄｅｒｎ　Ｍｉｌｉｔａｒｙ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ　Ｊｕｎ．２００２　短波数字跳频通信抗干扰技术体制仿真研究　李玉生　朱自强”　姚富强…　王　垄一　摘要：本文设计了一种短波数字跳频通信抗干扰技术体制仿真平台．在该平台上仿真了短波数字跳频通信系统的　抗干扰性能，最后得出了几点结论。　关键词：数字跳频；抗干扰；仿真　０前　言　１仿真平台设计　近年来，国内短波通信的研究取得了很大进展，　１．１设计前的几点考虑　一方面，短波通信数字化水平大大提高；另一方面，　抗干扰技术的应用以及短波模拟跳频通信设备的研　要对一种新的通信干扰技术体制进行仿真，需　制和装备使得短波通信的电子防御能力在很大程度　要考虑几个问题。　・上得到了加强，但未来军事通信中电子对抗制高点　通信抗干扰技术体制仿真研究的基本目的是　的争夺也日益激烈，为了更好地适应未来战场的需　对这种体制的抗干扰性能进行评估并确定其主要技　求，在已有基础上开展短波数字通信设备抗干扰技　术指标，那么这时就不需要研究系统的具体实现而　术的研究变得尤为重要。针对这个课题，国内许多　只需考虑对系统性能影响较大的因素，即突出整体　人士做了大量的理论研究和实际研究工作，希望提　的作用而对影响小的因素作适当的理想化处理。　・出一种符合我军现状的短波数字跳频通信抗干扰技　作为一种新体制，无论是从理论研究上还是　术体制。然而，要确定一种通信新体制，单纯的理　从仿真上来说，对它的考虑总是不够全面的，因此在　论分析和论证是不够的，必须借助于仿真的手段，实　研究时就要有所侧重，既然仿真的目的是评估系统　现论证从定性到定量的过渡，特别是涉及到体制的　的抗干扰性能，那么就应该将重点放在仿真平台抗　指标要求时更是如此。所幸的是，计算机仿真的理　干扰模块的设计与实现上。　・论和方法发展到今天，更趋于成熟和完善，各种功　作为初步研究，主要进行链路级上的系统抗　能强大的一体化通信系统仿真环境在通信领域内发　干扰性能仿真，而暂时可以不考虑组网以后该体制　挥了重要的作用，计算机仿真在通信抗干扰领域的　的整体抗干扰性能，即定位在链路级仿真。　应用也已经得到了有关单位和人士重视，并做了一　１，２仿真平台概述　些初步的工作，为我们进行体制论证提供了良好的　基础。基于此，本文对短波数字跳频通信抗干扰技　基于以上考虑，本文以ＳＰＷ仿真软件为依托，　术体制的抗干扰性能仿真作了一些研究。　设计出的短波数字跳频通信抗干扰技术体制仿真平　台如图１所示。这里给出的是平台最顶层的结构图，　主要包括信源信宿、跳频序列发生器、跳频控制器、　短波跳频信道、干扰产生器、调制解调器、性能估计　器等部分，每一部分又包含许多的底层模块，譬如短　总参第６３研究所工程师南京　总参第６３研究所高级工程师南京　总参第６３研究所研究员南京　总参第６３研究所助理工程师南京　收稿时间：２００２—０３—２９　维普资讯 http://www.cqvip.com

２０　现代军事通信　图１　短波数字跳频通信抗干扰技术体制仿真平台　波跳频信道部分，在底层实际共包含６４个相互独立　的复合基带子信道，每个底层模块的参数既可在顶　２．２抗快速跟踪式干扰性能仿真　层统一设置，也可单独设置，层次化、参数化的设计　快速跟踪式干扰是目前干扰方用得较多的一种　简化了平台结构，方便了操作使用。在平台设计过程　干扰样式，分为引导式跟踪和波形跟踪两种，由于　中，许多常规通信系统所需的模块可以直接从ＳＰＷ　技术实现等原因，引导式跟踪用得更多一些，它的　模块库中提取，而抗干扰模块则无法直接提取，因此　主要思想就是以时间为代价，只要出现载频就快速　只能通过对ＳＰＷ底层库进行改进与扩充得来，如　引导干扰，实现比较简单，目前短波波段实用的引　短波跳频信道、跳频控制器等。　导式跟踪干扰机水平为３Ｏ跳／秒左右，因此这里重　点仿真系统抗引导式跟踪干扰的能力。干扰参数设　置为：跟踪速率３Ｏ跳／秒，干信比３ｄＢ，干扰时间７１，　２抗干扰性能仿真　占跳频驻留时间７１　比例】７（７１，／７１　）为５　～５０　；为　了便于比较，系统跳频速率设置两种：３Ｏ跳／秒、　在设计出仿真平台后，下面重点对短波数字跳　４０跳／秒。　频通信系统（以下简称“系统”）在两种典型干扰下的　图２、图３分别显示了跳频速率为３Ｏ跳／秒、４０　抗干扰性能进行仿真。　２．１　系统基本参数设置　一组典型短波数字跳频通信系统主要参数如　下：信源为模拟话音信号；经数字化后数据速率为　２４００ｂｐｓ；短波信道用典型的Ｒｕｍｍｌｅｒ模型来仿真，　并可设置参数改变信道的多径、衰落特性；另外可根　据需要设置背景噪声的强度，这里为了突出干扰的　作用，弱化背景噪声的影响，取信噪比为３０ｄＢ￣跳频　图２短波数字跳频通信系统（３０跳／秒）在跟踪式　频率数６４个，信道间隔４ｋＨｚ，跳频带宽２５６ｋＨｚ；跳　干扰（３０跳／秒）下的话音信号波形　频速率可在１０～１００跳／秒之间设置，典型速率４０　跳／秒；可通过设置跳频序列发生器初态及多项式来　跳／秒的系统在受到跟踪速率为３Ｏ跳／秒的快速跟　改变序列特性。　踪式干扰时话音信号的恢复能力。两张图的最上面　维普资讯 http://www.cqvip.com

总第３６期　李玉生等：短波数字跳频通信抗干扰技术体制仿真研究　２１　出较大的代价。当快速跟踪式干扰不能奏效时，干扰　方往往会采用这种干扰样式，对短波通信来说。目前　部分频带阻塞式干扰的实现多为在部分通信频段内　发射功率足够大的均匀宽频带噪声。仿真中干扰参　数设置为：最大干扰带宽２５６ｋＨｚ，干扰频段占通信　频段的比例即干扰频带系数ｌＤ在１～１／８之间可变，　干信比１８～０ｄＢ；对应比特信干比Ｅｂ／Ｎｊ为０～　１８ｄＢ（跳频频率数６４的系统处理增益为１８ｄＢ）。　图５显示了干信比为１０ｄＢ时系统在部分频带　图３短波数字跳频通信系统（４０跳／秒）在跟踪式　干扰（３０跳／秒）下的话音信号波形　一组波形均为原始输入话音信号，图２中下面依次　是　取０、５　、１０　９／６、１５　、２０　时系统输出话音信　号波形；图３中下面依次是当　取１０　、２Ｏ　、３Ｏ　时系统输出话音信号波形。　图４则给出了相应的系统误码性能，对照图２、　图４可以看出，在跳频速率、干扰跟踪速率均为３０　跳／秒的情况下，　小于１５　９／５时，系统误码率在１０　图５短波数字跳频通信系统在部分频带　阻塞式干扰下的话音信号波形　阻塞式干扰环境下话音信号的恢复能力比较，图中　波形从上到下分别是原始话音信号、干扰频带系数　ｐ一１．０、１／ｚ、１／４、１／８时的输出话音信号，此时话音　信号基本无法恢复，而且随着干扰频带系数的减小，　信号恢复变得困难。图６给出了此时系统的误码性　图４　短波数字跳频通信系统抗快速跟踪式干扰性能　以下，话音信号也能得到较好地恢复，随着　的增　大，系统性能变差，当　超过２Ｏ％后，误码率在１Ｏｑ　以上，话音信号能勉强恢复出来，但此时的话音可懂　度较差，　超过３０　后，话音信号完全无法恢复。而　从图３和图４下面一条曲线可以看出，跟踪速率３０　跳／秒的快速跟踪式干扰对跳频速率４０跳／秒的系　统已基本构不成很大威胁，此时系统的误码率在　１０　４量级，误码主要是由于随机碰撞造成的。　２．３抗部分频带阻塞式干扰性能仿真　图６短波数字跳频通信系统抗部分频带　阻塞式干扰性能　能，可以看出，此时系统的性能较差，在相同干扰总　功率下，随着干扰频带系数的减小，系统性能逐渐变　部分频带阻塞式干扰的主要思想是采用宽带大　功率干扰机对某一频段内出现的跳频通信实施连续　干扰，阻塞该频段内的所有通信以达到干扰的目的，　这种干扰的特点是带有压制性，干扰效果好，但要付　差，比如，系统要获得１０　的误码性能，在宽带阻塞　式干扰下（』Ｄ一１．０）需要约１３．７ｄＢ的比特信干比，　在干扰频带系数为１／ｚ时，则要１６．５ｄＢ的比特信　干比，性能相差２．８ｄＢ。　维普资讯 http://www.cqvip.com

２２　现代军事通信　３　基本结论　４　结束语　通过以上对不同干扰情况下系统抗干扰性能仿　本文通过对短波数字跳频通信系统在常见干扰　真与分析，可以得出以下基本结论。　下性能的仿真，得到了有关该体制主要抗干扰技术指　１）对于短波数字跳频通信系统而言，当系统跳　标的一些定量结果和初步结论，这对体制的论证有所　频速率低于或等于跟踪干扰机跟踪速率时，系统无　帮助，但要最终确立该体制，仅有这些结果是不够的，　法抵抗，性能较差。为了有效对抗敌方目前最高水平　还需要做进一步的理论研究和加强仿真手段的应用，　的快速跟踪干扰（３Ｏ跳／秒），跳频速率必须大于３Ｏ　比如仿真它在其它干扰环境下的性能、仿真中更多地　跳／秒，如跳速为４０跳／秒的系统具有良好的抗跟踪　改变一些系统参数以期得到更全面的结果与结论等。　干扰性能。可见，提高跳速是对抗快速跟踪式干扰的　有效途径。　参　考　文　献　２）如果敌方实施功率足够的部分频带阻塞式干　［１］　Ｍｉｃｈｅｌ　Ｃ．Ｊｅｒｕｃｈｉｍ．Ｐｈｉｌｉｐ　Ｂａｌａｂａｎ．Ｋ．Ｓａｍ　Ｓｈａｎ・　扰，系统信号受到完全压制，话音信号已很难恢复。　ｍｕｇａｎ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｙｓｔｅｍｓ　Ｉ－Ｍ－］．　改变跳速对提高系统抗干扰性能无任何增益，有关　Ｎｅｗ　Ｙｏｒｋ＆Ｌｏｎｄｏｎ．Ｐｌｅｎｕｍ　Ｐｒｅｓｓ．１　９９２．　研究表明，加大跳频带宽、增加跳频频率数将有利于　［２］　Ｍａｒｖｉｎ　Ｋ．Ｓｉｍｏｎ．Ｊｉｍ　Ｋ．Ｏｍｕｒａ．Ｒｏｂｅｒｔ　Ａ．　Ｓｃｈｏｌｔｚ，Ｂａｒｒｙ．ｅｔｃ．Ｓｐｒｅａｄ　Ｓｐｅｃｔｒｕｍ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａ—　提高系统抗部分频带阻塞式干扰性能。　ｔｉｏｎｓ　Ｉ－Ｍ－］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ　Ｓｃｉｅｎｃｅ　Ｐｒｅｓｓ．１９８５．　Ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ　Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｏｆ　ＨＦ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｈ０ｐｐｉｎｇ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ａｎｔｉ－ｊａｍｍｉｎｇ　Ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ　Ｉ．ｉ　Ｙｕｓｈｅｎｇ　Ｚｈｕ　Ｚｉｑｉａｎｇ　Ｙａｏ　Ｆｕｑｉａｎｇ　Ｗａｎｇ　Ｋｕｎ　Ａｂｓｔｒａｃｔ　Ａ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｐｌａｔｆｏｒｍ　ｏｆ　ＨＦ　Ｄｉｇｉｔａｌ　ＦＨ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｔｉ—ｊａｍｍｉｎｇ　ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎｅｄ，ｔｈｅ　ｐｅｒｆｏｒ—　ｍａｎｃｅ　ｏｆ　ｆｌ　ｔｙｐｉｃａｌ　ＨＦ　Ｄｉｇｉｔａｌ　ＦＨ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｓｙｓｔｅｍ　ｕｎｄｅｒ　ｓｏｍｅ　ｆａｍｉｌｉａｒ　ｊａｍｍｉｎｇ　ｉｓ　ｓｉｍｕｌａｔｅｄ，ａｎｄ　ｆｉｎａｌｌｙ　ｓｏｍｅ　ｕｓｅｆｕｌ　ｃｏｎｃｌｕｓｉｏｎｓ　ａｒｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ．　Ｋｅｙ　Ｗｏｒｄｓ　Ｄｉｇｉｔａｌ　ＦＨ；Ａｎｔｉ—ｊａｍｍｉｎｇ；Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ