一种变结构抗梳状谱干扰的通信体制

朱金晓，吴乐南

(东南大学 信息科学与工程学院，江苏 南京210096)

一种变结构抗梳状谱干扰的通信体制

朱金晓，吴乐南

(东南大学 信息科学与工程学院，江苏 南京210096)

当代的电磁环境对通信抗干扰的要求不断提高，必须不断探索更有效的抗干扰方法以提高通信性能。在此背景下针对高斯信道提出一种变结构抗常见梳状谱干扰的通信体制，该方法主要利用双极性脉冲扩展二元相移键控调制的优势，在不同的信道环境下选择不同的调制方式并调节相应的调制参数。通过仿真分析可以预见，在梳状谱干扰通信信道下，该通信体制能够以较小的代价获得较好的抗干扰效果。

EBPSK调制；梳状谱；抗干扰；变结构

0 引言

近年来，随着人类社会的发展，信息化进程不断推进，而无线通信的空间开放性带来的各种干扰也越来越严重[1]。为了适应军民用通信发展的需要，系统的抗干扰能力必须不断满足更高的要求。梳状谱干扰[2]是一种人为干扰模式，它在一系列频点上按照某种调制方式产生一组窄带干扰信号，主要是针对跳频抗干扰手段[3]的一种部分频带压制式或全频带压制式的常用干扰方法[4]。仿真发现，扩展的二元相移键控(Extended Binary Phase Shift Keying,EBPSK)调制抗梳状谱干扰的性能优于传统的二进制相移键控(Binary Phase Shift Keying,BPSK)[5]，但是BPSK调制在无干扰的加性高斯白噪声(AWGN)信道下解调性能更优，因此本文提出一种随信道环境而改变调制方式的变结构抗梳状谱干扰通信体制[6]。

1 EBPSK调制

与传统的对称式BPSK调制不同，EBPSK是一种码元符号调制时间与持续时间不同或者相位跳变小于180°的非对称调制，以便让频谱能量集中在载频的谱线上，具有较高的频谱利用率[7]。

设码元长度为T，每个码元包含N(N≥1)个载波周期，即T=2πN/ωc；跳变波形持续K(K≤N)个载波周期，时间长度为τ=2πK/ωc。若分别用f0(t)和f1(t)表示“0”和“1”的调制波形，则任意二进制相移键控调制信号的统一表达式可定义为[8]：

(1)

当B=A时，若θ=π、τ=T，式(1)为经典的BPSK调制；当选取不同的θ并对τ加以控制，再配合成形滤波器可以缩紧已调信号带宽，因此将式(1)定义的调制信号形式称为ExtendedBPSK，即EBPSK调制[9-10]。其中，τ/T=K/N称为“调制占空比”。本文设定参数B=1,A=0,θ=π，此时的EBPSK调制是一种“双极性脉冲EBPSK”调制，通过改变调制占空比参数K，可比较EPBSK调制和BPSK调制抗梳状谱干扰性能的优劣。当调制参数N=5,K=3时，由式(1)产生的码元“0”和“1”的调制波形如图1所示。

图1 EBPSK调制信号波形

2 梳状谱干扰

梳状谱干扰是指在有效频带内施放多个窄带干扰信号，其实际干扰带宽为所有窄带干扰带宽之和。当窄带个数很多时，就相当于宽带干扰[11-12]。本文所采用的梳状谱干扰模型为叠加的调频信号，由梳状谱干扰的定义可以得到干扰的理论表达式为：

(2)

式中，M表示梳状谱干扰功率谱的“梳齿”个数。假设fc=455kHz，梳齿个数为3，此时梳状谱干扰的功率谱如图2所示。

图2 梳状谱干扰功率谱图

3 仿真实验

3.1 参数说明

通过前述可知，当N=K时EBPSK调制退化为BPSK调制，因此仿真实验通过调节K值确定不同信道环境下应采用的更优调制方式。调制信号参数N=379保证EBPSK调制或BPSK调制采用相同的码率通信。fc=455kHz，10倍采样，由于EBPSK调制的-40dB带宽比较宽，通过成形滤波将带宽控制为24kHz。梳状谱干扰选择梳齿数为2，干扰/信号带宽比为10%，加入干扰后固定信噪比为2.2dB。EBPSK调制和BPSK调制都先采用相干解调变换到基带，但需要选择不同的判决方法。EBPSK需要找到跳变位置用斜率法判决，BPSK可以直接进行抽样判决。

3.2 高斯信道仿真

当AWGN信道无干扰时，按照上述参数及调制解调方法仿真得到BPSK调制和EBPSK调制的误码率曲线如图3所示。

图3 无干扰AWGN信道不同调制方式的误码率曲线

由图3可以发现，BPSK调制在AWGN信道可获得更优的通信效果，当信道不含人为梳状谱干扰时，1x10-4量级误码率下BPSK调制的信噪比要求可以低至-23dB。

3.3 抗梳状谱干扰性能仿真

假设梳状谱干扰为信道所包含的主要干扰成分，那么最接近真实情况的信道模型是梳状谱干扰与AWGN的混合信道模型。根据3.2节AWGN信道的仿真结果可知，无论是BPSK调制还是EBPSK调制，当信噪比SNR超过-13dB时都可以达到通信要求。在仿真抗梳状谱干扰性能时设置SNR=2.2 dB，对EBPSK调制在不同调制参数K也就是不同调制占空比下的性能进行重点仿真，主要选择K=10、K=20和K=50这3种调制参数，得到以干信比为横坐标的2种调制方法的抗干扰仿真结果。

如图4所示，EBPSK调制方式的抗梳状谱干扰性能要优于BPSK调制方式，同时，随着K值也就是调制占空比的降低，EBPSK调制的性能会有所提高。从图4中发现，当K=10时，满足通信要求的干信比可以达到14dB，比BPSK调制方式高出7dB以上。

图4 AWGN信道梳状谱干扰下的误码率曲线

4 结束语

本文依据双极性脉冲EBPSK调制在AWGN信道抗梳状谱干扰能力比传统BPSK调制更强、BPSK调制在无干扰AWGN信道性能更优的现象，将二者结合提出了一种AWGN信道变结构的抗梳状谱干扰通信体制：无人为干扰时可利用BPSK调制通信；当通信效果恶化时可尝试转换到小K值EBPSK调制通信。并且通过仿真实验证明，当干扰为梳状谱干扰时，这种变结构通信体制只需改变一个波形参数即可获得更强的抗干扰效果，为抗干扰方法的改进提供了新的思路。

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[12] 姚富强.通信抗干扰工程与实践[M].北京：电子工业出版社,2008.

A Variable Structure Communication Scheme for Anti-comb-spectrum-interference in Gaussian Channel

ZHU Jin-xiao,WU Le-nan

(School of Information Science and Engineering,Southeast University,Nanjing Jiangsu 210096,China)

The requirement for anti-interference capability in current electromagnetic environment is increasingly high,which needs more effective anti-interference methods to improve the communication performance constantly.A new variable structure communication scheme in Gaussian channel is proposed to solve this problem,which is mainly designed for common comb spectrum interference.It utilizes the advantages of bipolar pulse EBPSK modulation with various waveforms used under different channel environments.The simulation result indicates that better communication effects can be achieved with less cost.

EBPSK modulation;comb spectrum;anti-interference;variable structure

10.3969/j.issn.1003-3114.2017.03.04

朱金晓,吴乐南.一种变结构抗梳状谱干扰的通信体制[J].无线电通信技术,2017,43(3): 21-22,42.

[ZHU Jinxiao, WU Le’nan. A Variable Structure Communication Scheme for Anti-comb-spectrum-interference in Gaussian Channel [J].Radio Communications Technology, 2017,43(3):21-22,42.]

2016-12-07

朱金晓(1993—)，女，硕士研究生，主要研究方向：通信信号处理。吴乐南(1952—)，男，教授、博士生导师，中国电子学会会士，中国通信学会和中国计算机学会高级会员，主要研究方向：通信信号处理和多媒体信息处理。

TN973.1

A

1003-3114(2017)03-21-2