基于软件无线电架构的地面终端抗干扰技术研究

李军峰，刘 进

(中国电子科技集团公司第20研究所 通信事业部，陕西 西安 710068)



基于软件无线电架构的地面终端抗干扰技术研究

李军峰，刘 进

(中国电子科技集团公司第20研究所 通信事业部，陕西 西安 710068)

针对传统硬件电路存在的设备研发周期长、开发成本高的问题，文中基于软件无线电架构设计了可配置、可重构、可扩展的地面终端系统，并在此基础上开展了抗干扰技术研究。通过设计快速跳变窄带滤波器，采用跳频、扩频相结合的混合抗干扰措施，使得该地面终端可有效对抗地面环境存在的多径干扰、阻塞式及跟踪式干扰。在实验室搭建的抗干扰测试环境，验证了该终端在跳频模式下抗干扰容限优于20 dB，能够满足其性能指标要求。

软件无线电；快速跳变窄带滤波器；混合抗干扰；抗干扰容限

从20世纪70年代开始，随着数字处理技术的发展和微电子技术的成熟，传统的军用无线电台逐步实现了从模拟到数字的转换[1-4]。近年来，随着通信行业的竞争日趋激烈，市场要求不断提高，新技术的研究、验证、投入周期缩短，开发成本逐步降低。同时，电子技术也在飞速发展，处理器性能不断提高，制造成本逐步下降，许多由硬件实现的功能可以改由软件方法获得，使得复用性高、开放性好、生存周期长的无线通信系统的建立成为可能[5-8]。

为克服传统无线电台功能、用途单一，系统开发成本大、周期长、不易升级、不同产品之间无法互联互通的问题，1992年5月Joseph Mitola Ⅲ 博士在美国电信会议上首次提出软件无线电的概念[9-13]。软件无线电论坛对软件无线电的定义为：软件无线电是一种新型的无线电体系结构，它通过硬件和软件的结合使系统和用户终端具有可重配置能力[14-16]。软件无线电不仅可实现设备功能的可重构，同时，通过软件无线电技术的应用可有效地解决模拟电路带来的本振漂移、相位噪声、混频产生的虚假信号、放大时产生的谐波以及互调等问题。

因此，新一代无线通信系统要求在射频、中频和基带处理上，通过系统与终端的可重构，以及软件编程进行联合处理，在全面兼容现有的无线通信体制基础上，做到对未来无线通信体制的良好适应，从技术角度对软件无线电产生了迫切的需求。

1 地面无线通信系统

地面无线通信系统主要应用于解决地面复杂环境下的数据和话音业务通信需求，其中核心装备为地面终端设备。考虑到开发成本以及功能可升级等方面的因素，地面终端采用软件无线电体系架构来实现。

地面终端主要由天线、射频前端模块及信号与信息处理模块组成。射频前端主要完成射频信号预选、放大、滤波，发射信号的激励、放大，并配合数控衰减器匹配ADC输入电平及DAC输出电平；信号与信息处理模块完成模拟信号与数字信号的A/D、D/A转换、数字信号处理、数据及话音等业务消息处理功能。地面终端组成原理框图如图1所示。

图1 地面终端组成原理框图

参考软件通信体系结构规范(SCA)的思想，实现设备的软件无线电设计，应用软件的设计与通用平台的开发相分离，软件的设计独立于硬件平台，尽可能减少硬件平台的具体结构对应用软件设计的影响，有效提高软件设计的可移植性、可重复性和互操作性，实现系统功能的可配置、可重构、可扩展性。

2 系统抗干扰技术分析

地面终端主要应用于地面复杂环境，要求系统既能抗地面多径干扰，同时能抗典型的针对通信系统的阻塞式、跟踪式等人为干扰[17-18]。为方便全网用户灵活组网，系统采用全向天线，同时由于用户不可能有大的容纳空间和大功率电源，因而也排除了系统采用大功率发射和空间分割的方法产生抗干扰性能的可能，因此综合考虑系统的抗干扰方式主要采用跳扩频加纠错编码体制。

为使终端具有较强的抗干扰能力，系统采用跳频、扩频体制，跳频的范围应均匀地占满整个工作频段，为躲避敌方的跟踪干扰，需要高速跳频。跳频后的信号频谱均匀地布满了所占用的频段，敌方只好在宽范围内采用梳状式压制干扰，这就使得敌方干扰机功率一定的条件下，单位频带内的干扰功率减小，因而降低了干扰效能。

跟踪式干扰分为两种基本类型：波形跟踪和转发式跟踪，前者从破译跳频图案着手实现跟踪，由于终端采用跳频、扩频技术，终端频率按照伪随机序列跳变，重复的概率非常小，因此实现波形跟踪的难度很大。

对于转发式跟踪干扰，由于终端发送数据时，干扰信号必须在信号驻留时间内到达通信接收机，才有可能实现有效干扰。假如干扰机距离系统收发信机200 km，距离Rtr、Rjt、Rjr分别为干扰机到通信发射机和接收机的距离，为确保系统不被转发式跟踪方式有效干扰，系统跳频速率大于每秒2 000跳，则敌方很难实施跟踪式干扰，干扰示意图如图2所示。

图2 转发式干扰示意图

如图1所示，终端采用的软件无线电体系架构直接对射频信号进行数字化处理，是一个宽带系统，即系统接收通道同时工作在整个射频带宽上，接收通道在接收有用信号的同时，也会同时接收工作频段内的干扰信号。因此，地面终端射频前端模块的设计将对整个系统的抗干扰性能影响非常大。射频前端的主要功能是：尽可能多地滤除不需要的干扰信号，对接收有用信号进行变换，使频率、电平与后端ADC相匹配。

对于带通采样系统而言，射频前端内部预选滤波器起到滤除带外干扰信号的作用，确保后端A/D器件不被干扰信号阻塞；另外，地面终端是一个高速跳频系统，要求射频前端预选滤波器在信号同步段能够同时接收4个频点的有用信号，并且工作频点可高速跳变。因此将该滤波器定义为快速跳变窄带滤波器，它的性能指标对整个接收通道来说都非常关键，不仅要求该滤波器工作带宽宽，而且要求它具有较低的插损和高的选择性。

3 快速跳变窄带滤波器

为确保地面终端的性能，提高接收通道对有用信号的选择性，保证天线接收进来的强干扰信号不会阻塞后端A/D器件，要求快速跳频窄带滤波器的跳频速率≤10 μs，信号3 dB带宽≥13 MHz，插入损耗≤6 dB，信号选择性40 dBc@F0±45 MHz，通过信号控制该滤波器最多可同时工作在4个频率点上，且中心频率点每1 MHz连续可调。滤波器实际测试结果如图3所示。

图3 快速跳变窄带滤波器实际测试结果

4 抗干扰试验

如图4所示，在实验室环境下搭建地面终端抗干扰测试环境，按照单频点和跳频两种工作模式分别测试了地面终端的抗干扰能力。

图4 干扰试验测试环境原理框图

4.1 单频点工作模式

(1)同频单音频干扰。如图5所示，终端以点频方式工作，耦合输入的干扰信号是有效信号射频载波，无调制，理论带宽0 Hz，通过信号源产生，功率电平可控制。此项测试主要验证终端对抗单音频干扰信号的能力；

图5 同频单音频干扰示意图

(2)临近信道多频率信号干扰。如图6所示，终端以点频方式工作，耦合输入的干扰信号是有效信号射频载波的左右频偏，无调制，理论带宽0 Hz，连续波，通过信号源产生，功率电平可控制。此项测试主要验证终端对抗临道多频点干扰信号的能力；

图6 临近信道多频率信号干扰示意图

(3)同频单载波同带宽干扰信号。如图7所示，终端以点频方式工作，耦合输入的干扰信号是有效信号射频载波，信号带宽与载波调制信号一致，理论带宽5 MHz，连续波，通过信号源产生，功率电平可控。此项测试主要验证终端对抗同频同带宽信号干扰信号的能力；

图7 同频单载波同带宽干扰示意图

(4)多路径干扰信号。如图8所示，多路径干扰信号通过对接收信号进行A/D采样延迟后和采样数据代数相加产生，其时延和功率电平精确可控。其中时延控制精度达到10 ns级，最大延迟量3 μs；功率控制精度1 dB，最大10 dB。

图8 多径干扰试验示意图

4.2 跳频工作方式

如图9所示，终端工作在跳频模式下，通过耦合输入多个带内射频载波信号，测试终端对谱线干扰信号对抗能力。干扰谱线数最多不超过40%。干扰信号功率电平可控，多谱线干扰信号分梳妆谱、连续谱及随机谱3种分布方式输入。

图9 跳频工作方式下多普线干扰试验示意图

按照单频点和跳频两种方式分别在实验室环境下开展抗干扰测试试验，测试结果表明，在单频点工作模式下，同频单音频干扰在信干比优于-5 dB条件下信道接收指标符合要求；临近信道单载波信号干扰方式下，在干扰信频率偏离射频载波5 MHz以上，信干比优于-60 dB时信道接收指标符合要求；同频单载波同带宽干扰方式下，信干比优于2 dB时信道接收指标符合要求；在多径干扰方式下，主径干扰信号延迟大于0.4 μs的情况下信道接收指标符合要求。在跳频模式下，设备抗干扰容限优于20 dB。综合试验数据，该地面终端能够有效地对抗多径及人为阻塞式、跟踪式干扰。

5 结束语

为解决传统通信系统开发成本大、周期长、不易升级等问题，本文基于软件无线电架构对地面终端的抗干扰技术进行了研究，针对该系统技术体制设计了快速跳变窄带滤波器，通过搭建实验室抗干扰测试环境，模拟外场实际多径、阻塞式、跟踪式等多种干扰方式，验证了该地面无线通信系统对上述干扰方式的抗干扰性能。

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Research on Anti-jamming Technology for Ground Terminals Based on Software Defined Radio Architecture

LI Junfeng，LIU Jin

(Communications Division,20th China Electronics Technology Group Corporation Institute,
Xi’an 710068,China)

Aiming at the long research cycle and high cost shortcomings of the traditional hardware circuits, the anti-jamming technology for the ground terminals based on software defined radio architecture is proposed in this paper. The fast hopping narrow band filter is designed, which adopts the multipath anti-jamming measure combining frequency hopping and spread-spectrum technique. The ground terminals have the countermeasure ability to cope with the existing multipath interference, block type and tracking interference of the ground environment. Finally, it is proved that better than 20dB anti-jamming margin performance can be obtained through the laboratory anti-jamming environments.

software defined radio;multipath anti-jamming measure;fast hopping narrow band filter;anti-jamming margin

2017- 03- 21

国家自然科学基金(61372067,91338108)

李军峰(1978-)，男，硕士。研究方向：卫星通信。刘进(1986-)，男，博士。研究方向：卫星通信。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.06.019

TN929.5

A

1007-7820(2017)06-069-04