GMSK跳频通信系统不同调制模式下跟踪干扰性能分析✴

闫云斌，全厚德，崔佩璋

GMSK跳频通信系统不同调制模式下跟踪干扰性能分析✴

闫云斌，全厚德，崔佩璋

（军械工程学院光学与电子工程系，石家庄050003）

对FH-GMSK（Frequency Hopping-Gaussian Filtered Minimum Shift Keying）通信系统进行了研究，分析了GMSK调制的基本原理，给出了该跳频通信系统的模型。分析了对FH-GMSK通信系统实施跟踪干扰采用的调制方式，在Simulink平台下搭建了FH-GMSK通信系统和各种调制模式下跟踪干扰模块。分析了不同BT值下该系统的误码率性能。仿真结果表明，随着信噪比的增加，未受跟踪干扰时，误码率逐渐降低，在跟踪干扰下误码率有一定的下降，但始终保持在0.3以上；采用不同调制的跟踪干扰中，2FSK调制干扰效果最佳，MSK和GMSK调制次之，FM调制效果最差。

跳频通信；高斯滤波最小频移键控；跟踪干扰；调制方式

1 引言

跳频通信因其良好的抗干扰性、低截获概率及组网能力，在战术通信中得到了广泛的应用。GMSK作为一种高效的调制技术，其信号功率谱主瓣宽度小，能量集中，因此在战场频谱资源极其宝贵的情况下，更加适合窄带信道中输出；在固定的信道带宽下采用GMSK调制还可以获得更高的数据传输率［1］，同时它对邻道干扰较小，抗干扰能力强。因此，结合了两者优势的跳频无线传输设备在跳频通信领域中得到了广泛的应用［2-4］。

针对跳频通信的干扰包括阻塞干扰和跟踪干扰。在跟踪干扰的实现过程中，干扰机通过对跳频信号进行侦察、引导，在相应的频点上把窄带噪声或随机脉冲信号经过调制后发射出去。在现有的干扰机中已有能同时监控80个相邻信道、扫描搜索速度为80 000信道／秒的侦察接收机问世，这种侦察接收机对一定跳速下的跳频图案截获概率几乎达到100%，这是迄今为止对付跳频通信最理想的干扰手段［5-6］。跟踪干扰根据产生方式不同分为调制跟踪干扰和非调制跟踪干扰，调制跟踪干扰又可分为模拟调制跟踪干扰和数字调制跟踪干扰，其中非调制跟踪干扰主要指单音跟踪干扰。

本文分析了GMSK调制的基本原理，给出了FH -GMSK通信系统的模型，对FH-GMSK通信系统中实施的跟踪干扰进行了研究。利用Simulink仿真工具直观方便、参数容易调整等优点，搭建了FHGMSK通信系统，建立了不同调制模式下的跟踪干扰模块，分析了不同BT值下该系统的误码率性能。通过对上述几种不同调制模式下跟踪干扰的误码率进行计算，分别得到了不同调制模式下跟踪干扰对FH-GMSK通信系统的误码率性能。

2 GMSK调制原理及跳频系统模型

2.1 GMSK调制原理

GMSK是在MSK的基础上改进而成的，具体的实现过程中首先用高斯低通滤波器作为MSK调制的前置滤波器，以便除去信号中的高频分量，得到比较紧凑的功率谱。文献［7］中给出了该高斯滤波器必须满足的要求：带宽要窄，并且过渡带要尖锐；具有低峰突的冲激响应；保持输出脉冲的面积不变，以保证π／2相移。图1给出了GMSK调制的结构框图。

高斯预调制滤波器的矩形脉冲响应函数g（t）可以表示为

式中：

式中，Bb为3 dB基带带宽，Tb为基带码元间隔。

MSK是2FSK信号的改进型，其相位是连续变化的，信号没有突跳，其表达式如公式（3）所示［8］：

式中，ωc为载波角频率，Ts为码元宽度，ak为第k个码元中的信息，取值为±1，φk为第k个码元的相位常数，在时间（k-1）Ts≤t≤kTs内保持不变。

由高斯滤波器的矩形脉冲响应为g（t）和MSK信号表达式，得出GMSK信号的表达式为［3］

2.2 FH-GMSK调制系统原理和模型

FH-GMSK通信系统的原理框图如图2所示，主要由信源、GMSK调制解调器、跳频器、信道和相关的滤波器组成。具体的实现过程中，在发射端传输的基带数据首先经GMSK调制，与跳频器产生的跳频载波信号混频后经射频发送到噪声信道。在信道传输过程中经过高斯白噪声信道。接收系统将接收到的信号经接收滤波器滤波，与本地跳频载波混频后完成跳频信号的解跳，经低通滤波器进行滤波，最后通过GMSK解调后将信息还原后输出。在该模型框图中跳频器的设计是关键。

3 跟踪干扰模型建立

跟踪干扰，是指干扰信号能跟踪跳频信号频率跳变的一种干扰方式。跟踪干扰的干扰载体信号特征与跳频通信载体信号特征相吻合，只不过双方的调制信号不同，干扰的调制信号可以是窄带噪声和随机脉冲。对于跟踪干扰形成的条件和分类笔者在文献［9］有详细的论述，跟踪干扰按照典型的实现可以分为波形跟踪干扰、引导跟踪干扰和转发跟踪干扰。其中波形跟踪干扰实现起来非常困难，而转发跟踪干扰可以理解为多径干扰，所以本文中提到的跟踪干扰特指引导跟踪干扰。

在跟踪干扰的实现过程中，首先干扰机将侦察到的跳频信号进行频谱分析，提取跳频信号中的瞬时频点，在该频点上把干扰信号源调制后施放出去，整个过程必须有较强的电子支援设备的支持。对于FH-GMSK跳频通信系统，干扰机对接收到的跳频信号的频谱特征和相关特性进行分析，使得干扰机发挥性能较好的调制方式可以为FM、FSK、MSK和GMSK。本文主要分析跟踪干扰分别采用上述调制方式对FH-GMSK通信系统的性能影响。

FH-GMSK通信系统跟踪干扰信号产生框图如图3所示，干扰信号源可以是窄带噪声或者随机数字码流。对于模拟调制方式FM，干扰信号源采用窄带噪声；对于其它的数字调制方式，干扰信号源为随机数字码流。

4 仿真及结果分析

为了得到不同信噪比下FH-GMSK通信系统在不同调制模式下跟踪干扰的误码率性能，假设VHF跳频无线传输设备的传输速率为1 200 bit／s、跳速为200 hop／s、跳频频率数目为64、跳频信道间隔为25 kHz。信道采用高斯加性白噪声信道，调制和解调都采用相同跳频器产生的本地跳频载波以便在仿真中实现同步，系统实现如图4所示。

图4中随机信号源采样率为1／1200，经过双极性转换变为双极性序列码，再经过GMSK调制模块和跳频载波混频后变为跳速为200 hops／s、跳频频率数目为64、跳频信道间隔为25kHz的GMSK跳频信号，经过高斯噪声信道，经解跳、低通滤波、GMSK解调模块和单极性转换器恢复出原始数据。误码率测试模块完成误码率的统计。当测试不同调制模式下跟踪干扰的误码率性能时，可以在FH-GMSK通信系统中把不同调制模式下的跟踪干扰模块分别叠加到FH-GMSK解跳模块前，计算误码率性能。由于在FH-GMSK通信系统和跟踪干扰产生模块中都会用到跳频载波模块，下面详细说明跳频载波在Simulink下的具体实现［3］。其实现框图如图5所示。

其中伪随机序列采用m序列，采样率为1／1200，Buffer中长度设置为6，对应跳频信号的跳频速率为200 hop／s。其本原多项式为x6+x+1，周期为63个码元，对应64个跳频点。将伪随机序列通过相应的变换成为与之对应的整数s，送到压控振荡器输入控制端，压控振荡器振荡频率为f，输入灵敏度为d，那么瞬时输出的频率为m=f+（d×s），则当s从0～63变化时，就能够产生64个跳频点。仿真中设置f=40 MHz，d=25 kHz，所以得到跳频载波的频率范围为40～41.6 MHz。

4.1 不同BT值下FH-GMSK误码率分析

在FH-GMSK通信系统中，设置不同的BT值，当信道间隔一定的情况下，通过仿真观察其对误码率的影响，误码率曲线如图6所示。在仿真中可以看到，当SNR=-8 dB时，系统的误码率在BT=0.2

时最大，而在BT=0.9时最小，因此可以得出BT越小，误码率越高。从原理上可以知道，GMSK在调制前经过了高斯滤波器，主瓣衰落快，邻道干扰小，但是其频谱特性的改进是通过牺牲误码率性能实现的，高斯滤波器的带宽越窄，即BT值越小，频谱越集中，丢失的频谱分量就越多，误码率就会越高，文献［10］证明当BT=0.588 7时由高斯滤波器产生的码间干扰所引起的误码率将达到最小，但是实际的应用中应该从频谱利用率和误码率双方面考虑，BT应该折衷选择。本文在仿真中依据上面分析，结合频谱利用率和高斯滤波器码间干扰两方面考虑取中间值，设定BT取0.3。

4.2 不同调制模式下跟踪干扰的误码性能分析

为了分析不同调制下跟踪干扰对FH-GMSK通信系统的性能影响，通过仿真比较在不同信噪比条件下FH-GMSK通信系统中叠加不同调制模式跟踪干扰模块的误码率，其实现框图如图7所示。

图7以2FSK调制跟踪干扰为例给出了Simulink下跟踪干扰信号的仿真模型图，其它调制方式以此为蓝本，更换调制模块衍生出GMSK和MSK调制跟踪干扰，在FM调制跟踪干扰中干扰源采用的是窄带噪声。

在仿真过程中，干扰机侦察引导时间通过时间延迟器代替，这里假设为0.75ms［11］，跟踪干扰的跳频器采用和FH-GMSK通信系统中相同的跳频器，这样假设使得干扰机每次都能够跟踪上跳频信号。误码率曲线如图8所示。

从图8可以知道，随着信噪比增加，未受跟踪干扰的FH-GMSK通信系统中的误码率逐渐减小。而受到跟踪干扰的误码率曲线随着信噪比的增加，误码率有一定的下降，但是最终趋于一个定值，而且基本都大于0.3，给FH-GMSK通信系统造成很大的威胁。而在这几种调制下的跟踪干扰误码性能的比较，以信噪比SNR=-8 dB为例，各调制方式下跟踪干扰误码率分别为：2FSK最大为0.48，FM最小为0.33，而MSK和GMSK基本相同，约为0.38。由此可得出，对FH-GMSK通信系统中实施跟踪干扰时采用2FSK调制时效果最佳，MSK和GMSK调制时次之，FM调制效果最差。

5 结束语

本文以研究不同调制模式下跟踪干扰对FHGMSK通信系统的性能影响为目的，分析了GMSK调制的基本原理，构建了FH-GMSK通信系统，研究了对其产生跟踪干扰存在的调制方式；在Simulink下搭建了FH-GMSK通信系统和各种调制模式下的跟踪干扰模块，分析了不同BT值下系统的误码率性能，建立了不同调制模式下的跟踪干扰模块。仿真结果表明，随着信噪比的增加，未受跟踪干扰时，误码率逐渐降低，而在跟踪干扰存在下，误码率有一定的下降，但最终趋于一个定值，并且都大于0.3。同时，不同调制模式下的跟踪干扰误码率表明，2FSK调制下干扰效果最佳，MSK和GMSK调制时次之，FM调制效果最差。

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YAN Yun-bin was born in Shuozhou，Shanxi Province，in 1984.He is currently working toward the Ph.D.degree.His research concernswireless communication performance test.

Email：zkjysyyb＠163.com

全厚德（1963—），男，博士，教授、博士生导师，主要研究方向为情报指挥系统、通信设备性能测试。

QUAN Hou-de was born in 1963.He is now a professor with the Ph.D.degree and also the Ph.D.supervisor.His research concerns intelligence command system，communication equipment performance test.

Follower Jamm ing Performance Analysis of Different Modulation Modes in a GMSK Frequency-hopping Communication System

YAN Yun-bin，QUAN Hou-de，CUIPei-zhang
（Optical and Electronic Engineering Department，Ordnance Engineering College，Shijiazhuang 050003，China）

The FH-GMSK communication system is researched，the basic principle of GMSK modulation is analysed and themodelof the FH-GMSK communication system is given.Themodulationmode of follower jamming to the FH-GMSK communication system is analysed，and the FH-GMSK communication system and follower jammingmodule in differentmodulations are simulated by Simulink.The bit error rate（BER）under the different BT is given.The simulation results show that，with the increase of SNR，the BER is gradually decreased when the follower jamming does notexist.On the contrary，when the follower jamming is completed，the BER is decreased but keptabove 0.3.When the follower jamming adopts differentmodulations，the 2FSKmodulation provides themosteffective hedge，theMSK and GMSKmodulation are placed in themiddle，the FMmodulation performsworse.

frequency-hopping communication；GMSK；follower jamming；modulation mode

TN914.3

A

10.3969／j.issn.1001-893x.2011.10.010

闫云斌（1984—），男，山西朔州人，博士研究生，主要研究方向为无线电通信性能测试；

1001-893X（2011）10-0046-05

2011-05-26；

2011-09-06