改进的乘积合并接收机部分频带抗干扰性能分析*

（电子科技大学 通信抗干扰技术国家重点实验室,四川 成都 610054）

对快速跳频通信系统(FFH)抗干扰收发技术的研究主要集中在系统敌意干扰环境下的分集合并算法以及与之相结合的信道编码上[1-3]。分集技术是通信系统提高鲁棒性十分有效的方法。所谓分集，就是把包含同一信息的信号分别用多个支路进行传输。如果某些支路中的信号经历了深度衰落或敌意干扰，而其他相对独立的支路中可能仍包含着较强的信号，则在接收端可以得到若干个不同信号样式的分量。系统根据一定的判定准则把这些分量加以处理可增加系统对所传信息判决的准确性。常见分集方式有空间分集、频率分集、时间分集、极化分集等。在FFH系统应用中一般采用时间分集。由于跳频通信的特点，FFH系统的时间分集通常伴随着频率分集。频率分集是在不相关载频上传送相同信息符号，其工作原理是基于在信道相关带宽之外的频率上出现同样的衰落或干扰概率很小。在理论上，不相关信道产生同样衰落的概率是各自产生衰落的概率的乘积。尽管分集合并的方法很多，如线性合并(LC)、自归一化合并(SZ)、乘积合并(PC)、削波合并(CC)、最大似然合并(ML)等，它们的框架结构是相似的，区别在于对接收数据的处理算法不同。由于乘积合并不需要系统的副信息，并且性能表现较好，因而得到广泛的应用。

以往许多学者[4-6]都是在最坏部分频带干扰条件下研究FFH系统抗干扰的性能，在信干比极低的条件下，最坏部分频带干扰就是全频带干扰，但是这样干扰方就会付出相当大的代价来实现这种干扰模式，因此实际中在低信干比时非最坏部分频带干扰会更普遍，本文也致力于研究在低信干比条件下如何改进传统的乘积合并接收机(PCR)来提高系统的性能。

1 系统模型

系统模型如图1所示,定义跳频总带宽为Wss,比特持续时间为Tb,跳频驻留时间为 Th,Th=Tb/L，B=1/Th为每一跳的跳频带宽，部分频带干扰因子为r，r表示部分频带占总跳频带宽的比例，随机变量ql表示第l跳的干扰状态，ql=0表示第l跳未干扰，ql=1表示第l跳被干扰，并且 Pr{ql=0}=1-r,Pr{ql=1}=r。

L个跳频信号中第l个解跳信号可表示为r(t)[6]：

其中fm表示基带信号频率,表示信号幅度，θl是在[0,2π]上服从均匀分布的随机相位，w(t)表示零均值、方差为N0B的高斯白噪声，N0为高斯白噪声的单边功率谱密度，Jql(t)表示随机分布在系统工作频带上的部分频带干扰，干扰和噪声的方差可以综合表示为：

其中NJ为部分频带的等效单边功率谱密度,令部分频带干扰的总功率为PJT，则:

定义信干比Eb/Nj@SJR。

2 改进的乘积合并算法

传统的PCR的机理是信息符号在等能量地分配到各支路分集时，各支路乘积值最大。假设系统各正交信号的相关分集支路子集能量总和相同，则有相关分集支路间的能量差异越大，其乘积值越小。通常情况下,信号所处的各分集支路能量差异小，而由于干扰信号和分集支路的非相关性,故当传输信道中存在敌意干扰信号时，非信号所处的分集支路能量差异大，但若信干比小于0 dB且部分频带干扰为非最坏时,信号分集支路能量可能会非常小而传空分集支路能量可能会非常大，这种情况下传统的PCR不能有效地削弱干扰,为了改善系统的性能,可以通过检测能量差异的方法来改进传统的PCR，其主要思想是通过检测信号的L分集支路的能量值差异来判决被干扰跳数，假设l跳被干扰，那么就可以利用剩下的(L-l)跳的能量值来估计被干扰跳的能量值。

解跳后的跳频信号经带宽为B的带通滤波器后进入平方律检波器的输出为 Rm,ql，m=1,2,定义两支路的 L跳信号能量平均值为:

能量差异检测系数设定为 ρ1、ρ2，则经过改进的 PCR输出的数据为：

3 仿真结果分析

在这一节中，对改进的乘积合并接收机的抗干扰性能进行了通信链路仿真，并结合传统的削波合并接收机和乘积合并接收机来比较它们之间性能的差异，削波合并接收机由于利用了系统的副信息(如每条信号功率、噪声功率)而表现性能最好，在这里可以当做是一个参考标准。上一节中的系数ρ1和ρ2是通过仿真搜寻的，搜寻的原则是使系统的性能达到最佳。令部分频带干扰因子分别为 0.1、0.3、0.5，分集数设定为 L=3。

图2比较了改进的乘积合并接收机和传统的乘积合并接收机的性能差异。从图中可以看出，在低信干比的条件下，改进的乘积合并接收机性能要明显优于传统的乘积合并接收机，随着部分频带干扰因子的增加，系统的误码平层逐渐升高，且两种接收机的性能差异也越来越小。这是由于改进的乘积合并接收机主要是利用未被干扰的数据信息来设置门限的，若干扰概率增加，则通过它设置的门限就会出现比较大的偏差，但是在干扰因子为0.1、0.3、0.5时,其性能还是要优于传统的乘积合并接收机。

图3对比了改进的乘积合并接收机与参考标准 (削波合并接收机)的差异，图4对比了传统的乘积合并接收机与参考标准之间的差异，这两幅图整体的趋势与图2相似,只是改进的乘积合并接收机更接近于参考标准，而且它是不需要系统的相关副信息，因而在不增加系统的设计复杂度的前提下提高了传统的乘积合并接收机抗部分频带干扰的性能。

本文通过一种能量差异检测方法改进了乘积合并接收机，有效地削弱了部分频带干扰，尤其在低信干比条件下且部分频带干扰非最坏时，其性能比传统的PCR更好。非最坏部分频带干扰环境很有研究意义，因为在通信中，干扰方和抗干扰方其实就是互相博弈，若干扰方采用最坏部分频带干扰，则要付出更宽的带宽和更高的干扰功率，因其代价高昂而被摒弃，所以实际中在低信干比时多采用非最坏干扰模式。在以后的研究中，将会更多地根据环境需求或敌意干扰模式采用适合的抗干扰技术，来对抗干扰技术内容进行深入的探讨。

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