JTIDS多频点梳状干扰研究*

潘 磊 许大琴

(海军指挥学院信息系 南京 211800)



JTIDS多频点梳状干扰研究*

潘 磊 许大琴

(海军指挥学院信息系 南京 211800)

论文以MSK调制解调误码率为基础,逐项加入JTIDS系统的抗干扰措施带来的影响,获得同时采用多种纠错编码技术时的JTIDS误码率模型。以此模型为基础,研究了在多频点梳状干扰下JTIDS系统的误码率模型,得到了干扰覆盖信道数、信干比与干扰效果之间的若干关系,对有效干扰JTIDS提供了一定的技术理论支持。

JTIDS; 误码率计算; 多频点梳状干扰

Class Number TN919.2

1 引言

现代战术数据链系统是军队实施信息化的重要纽带,信息化、自动化程度越高的军队越依赖数据链的正常运转。JTIDS战术数据分发系统作为美军多种战术数据链中的集大成者。JTIDS采用了多种纠错编码与扩频技术以增强数据链的抗干扰性能,使得对其实施有效干扰十分困难。

2 多频点梳状干扰

JTIDS采用快速跳频技术,每个脉冲内载频的持续时间很短,对其通信信号的侦察截获比较困难。同时较快的跳频速度,导致了单一频率频信号的传输距离短,这对于进行视距传输模式下的JTIDS系统的正常使用影响较小;但对距离较远的欺骗式干扰源来说,即使能成功截获通信信号,发射出去的干扰信号到达接收端时已经和目前处理的脉冲载频不同频,会被较容易地识别出来加以屏蔽,形成不了有效干扰。压制式干扰效率比较低,对干扰能量要求较高,但对通信信号实时侦察分析没有太高要求,技术要求较低,战术灵活性较强。目前,对JTIDS系统进行压制式干扰是比较可行的方法[1]。

常用的通信压制干扰信号有宽带干扰,部分频带干扰以及梳状频带干扰等。采用宽带干扰能够保证覆盖足够宽的通频带范围,在对敌方通信信号侦察严重不足的情况下,尽可能地实施干扰行动。能够分配到各个信道的干扰信号能量和干扰带宽的乘积为干扰机发射功率,考虑到干扰机的额定功率有限,如果干扰频带较宽,那么每个通信频点上的干扰功率会较小。JTIDS采用了多种纠错编码与软扩频技术,在单个跳频频率上的干扰功率过小将无法抵消较高的抗干扰增益,无法对单个跳频频率的通信信号实施有效压制,达不到干扰的目的。

多频点梳状干扰对各跳频点实施窄带干扰,既能够覆盖足够的通信频段,又保持了干扰强度,是对JTIDS比较合适的干扰方法。图1为一梳状干扰信号的频谱图。

图1 梳状干扰信号频谱图

3 JTIDS系统误码率建模

3.1 JTIDS未被干扰时的误码率模型

当JTIDS使用“1”类信息时,所发送信息依次通过CRC编码、RS编码、交织编码、CCSK编码多种纠错编码,再进行MSK调制、快速跳频;在接收端按照与发送端相反的顺序进行解调和解码。

接收端首先对32个CCSK码元使用相干解调时,进行MSK解调单个码元错误概率为

(1)

其中Ee为码元能量,n噪声功率谱密度。

CCSK编码是将每个符号5比特信息用32个码元表示,则有:

Es=5Eb=32Ee

(2)

Es为每符号能量,Eb为每比特信号能量。则有:

(3)

经过RS编码前后符号能量不同,假设RS编码速率为r,则有:r=15/31。同时再考虑采用信息传输格式,L=1表示单脉冲传输,L=2表示双脉冲传输。则Pj可进一步转化为

(4)

其中Eb/n=SNR0为输入端信噪比。

CCSK解码时将32个码元一组的数据还原为5个码元一组的字符,这32个码元中存在k个码元错误都有导致解码出错的可能,这种可能导致误字符的概率为:Q(erro|N=k),其中N为码元出错数。而32个码元中k个错误的概率为

(5)

则CCSK解码的误字符概率Qs为

(6)

设CCSK解码条件错误概率Q(erro|N=k)的最大值为Mk,可通过查表获得[2]。将Q(erro|N=k)都取为Mk,综合以上分析,Qs可转化为

(7)

对RS(31,15)解码来说,输入解码器的为每组5比特的字符,其码元错误概率即为CCSK解码错误概率为

(8)

RS(n,k)的解码误符号概率为

(9)

对于RS(31,15),k=15、n=31、t=8,其解码误符号概率为

(10)

JTIDS系统在RS编码之后为了增大突发误码的纠错能力,进行了分组交织编码,其实质就是延长了RS编码能够纠错的误码长度。对于深度为p的交织器,RS(n,k)编码转变为RS(pn,pk)。若使用深度为3的交织器,则Qr可转化为

(11)

3.2 多频点压制式干扰下的JTIDS误码率模型

多频点梳状干扰就是在多个频点上形成窄带信号对相应的通信跳频点实施有针对性的干扰。实施多频点梳状干扰的前提是对敌方通信系统的跳频点数量、位置有基本的认识,并且在需要干扰的频点上保留足够的干扰强度。

假设干扰机的额定功率为Pj,干扰频点数为k,通信信号跳频点落入干扰频点范围的概率为Q1、未落入干扰频点范围的概率为Q2,JTIDS跳频点处的带宽为B。现在考虑单个频点处干扰带宽和该频点处通信带宽相重合的理想情况[3]。

被干扰频点处的噪声包括环境噪声与干扰两部分,则处于各干扰频点处的平均MSK解调误码率为

(12)

未被干扰频点处只有背景噪声,则处于被干扰频点外的MSK解调误码率为

(13)

在k个频点被干扰的情况下有:

(14)

可以得到在多频点梳状干扰下的MSK解调误码率为

Qe=Q1Qe+Q2Qe

(15)

令Eb/n=SNR0,为输入端信噪比;Eb/Pj=SNRj,为输入端信干比,可得:

(16)

将式(16)代入式(9)中,可以得到在多频点梳状干扰下的JTIDS误码率模型。

4 仿真结果分析

由式(16)可知,多频点梳状干扰下JTIDS误码率的大小取决于三个因素:接收机输入端信噪比、接收机信干比和干扰频点。首先研究在无主动电磁干扰的情况下,接收机输入端信噪比的大小。表1为通用电磁干扰环境的等级划分标准[4]。

表1 通用电磁干扰环境的等级划分

可以将0级电磁环境视为无主动电磁干扰的情况,此时环境背景噪声信噪比设置为10dB。同时,取信干比分别为-3dB、-5dB、-8dB、-10dB,根据多频点梳状干扰下的误码率模型,可得到误码率、信干比和被干扰信道数的关系,如图2所示。

图2 不同信干比条件下,干扰频点与误码率关系

观察图2可得,在不同的信干比条件下,存在使误码率最高的干扰频点数,低于或高于该频点数,干扰效果都会下降。当信干比分别为-5dB、-8dB和-10dB时,对应最大误码率的干扰频点数分别为10、19和30。通常当通信系统的误码率达到10-5级别时,其正常工作将会受到影响。而当信干比降低到-12dB,干扰频点为21时,对应的误码率达到10-5,能够对JTIDS系统形成有效干扰。

5 结语

本文从JTIDS处于无主动干扰情况下误码率分析入手,研究了处于多频点梳状干扰中的JTIDS误码率分布情况,获得了采用多频点梳状干扰时有效干扰JTIDS的必要条件,为进一步研究有效干扰JTIDS的方法提供了理论基础。

[1] 李德银,刘昊.噪声干扰Link-16数据链的干扰功率分配方法[J].航天电子对抗,2009,25(3):7-9.

[2] 尹俊.对JTIDS战术数据链的干扰研究[J].舰船电子工程,2010,33:35-36.

[3] 李鼎.多频点阻塞式干扰JTIDS系统方法分析[J].指挥控制与仿真,2013,35(5):122-123.

[4] 杨林茂.战术无线电通信系统所面临的复杂电磁环境建模与仿真[J].信息通信,2012,1:1-2.

[5] 尹俊.对JTIDS战术数据链的干扰研究[J].舰船电子工程,2010(33):35-36.

[6] 陈旗.16号数据链干扰战术应用研究[J].计算机仿真,2009,26(1):43-44.

[7] 毕崇.短波通信系统的分布式干扰仿真分析[J].舰船电子工程,2009,29(10):84-85.

[8] 李鼎.多频点阻塞式干扰JTIDS系统方法分析[J].指挥控制与仿真,2013,35(5):122-123.

[9] 杨林茂.战术无线电通信系统所面临的复杂电磁环境建模与仿真[J].信息通信,2012,1:1-2.

Multi Frequency Comb Interference of JTIDS

PAN Lei XU Daqin

(Department of Information, Naval Command College, Nanjing 211800)

Based on the MSK modulation demodulation error rate, this paper added the effects of anti-interference measures of JTIDS, obtained the BER model of JTIDS with a variety of error correction coding technology. Based on this model, the BER model of JTIDS with multi frequency comb interference was studied, the relationship between interference cover channel number, SIR and jamming effect were obatined. This offered a certain of technical and theoretical support to interfering JTIDS effectively.

JTIDS, BER calculation, multi frequency comb interference

2015年6月11日,

2015年7月24日

潘磊,男,硕士研究生,研究方向:信息战理论与研究。许大琴,女,副教授,研究方向:信息战理论研究。

TN919.2

10.3969/j.issn.1672-9730.2015.12.042