超短波电台跳扩模式下采用卷积编码的抗干扰性能仿真研究∗

（海军航空大学青岛校区 青岛 266041）

1 引言

随着超短波通信技术的发展，通信的可靠性与时效性成为了研究的重点，超短波电台DS、FH、DS/FH等模式[1]的相继应用极大地提升了通信的可靠性和抗干扰能力。TCM-8PSK编码调制主要的形式有基于卷积编码以及RS编码[2]。而将编码与调制相结合，既不增加频带宽度，又不降低信息传输速率，可使系统的频带利用率和功率资源同时得到有效利用[3]。本文主要采用Matlab仿真研究了超短波跳扩频通信在宽带、部分频带和多音三种干扰模式下，对基于卷积编码和RS不同编码的TCM-8PSK系统，进行了抗干扰性能的对比，从而得出相关结论并给出应用建议。

2 模型建立

通信系统通常具有给定的误码率指标要求，这一指标是系统译码后最终能达到的误码率指标要求，对应的译码前传输误码率因编码方式不同而异，一种好的信道编码方式应具有较强的纠错能力，从而允许译码前产生相对较大的误码率，对应系统传输所需的比特能量噪声密度比较小，与非编码传输相比TCM-8PSK所节省的比特能量噪声密度比较大[4]。采用较强纠错能力的编码方式允许信号在传输过程中产生大于系统指标的误码率，使得系统在降低载噪比的情况下仍然能达到误码率指标要求，因此采用此技术可以提高系统的可靠性和降低系统成本[5]。

在采用Simulink所建立的DS/FH模式下通信系统仿真结构如图1所示。

图1 结合TCM-8PSK的DS/FH通信系统仿真模型

在图1的DS/FH通信系统中，产生的模拟音频信号经过PCM编码器后变成信息码序列，再经过TCM-8PSK调制后送至扩频模块，这里TCM-8PSK分别建立了基于卷积编码和RS编码两种模型，卷积编码的结构组成[6]可用（[1 3]，[1 0 0；0 5 2]）来表示，其中[1 3]表示卷积码结构并行2级，1表示第一级的约束长度为1，3表示第二级的约束长度为3，[1 0 0；0 5 2]表示卷积码的结构是2输入，3输出（行表示输入端口个数，列表示输出端口个数），码率为2/3，矩阵的第一个元素1表示第一个输出端口和第一个输入端口的关系，矩阵的第二个元素0表示第二个输出端口和第一个输入端口的关系，依次类推；RS编码的结构组成可用（2，15）来表示，应知道经PCM编码处理后的输出为8bit，故有k*(l o g2(N+1))=8 ，可知当（k，N）=（2，15）时满足该式，这里k为信息段，N为码长。PN码（扩频）与TCM-8PSK调制后的信号相乘便实现了扩频[7]；另一PN码（跳频）产生跳频序列与扩频信号相乘得到跳扩频信号。其中系统各参数设置如表1。

表1 FH、DS/FH通信系统参数设置

信号经过AWGN信道与PN码（跳频）相乘实现解跳，再与PN码（扩频）相乘得到解扩后的信号，在经过TCM-8PSK译码和PCM译码器输出解码后的信号。

将解码出的信号与原信号相对比，进行误码率计算。因解调后的信号相对于原信号有延迟，所以加入延时模块（Z-1）[8]。

宽带噪声（BBN）干扰是指将噪声能量施加到敌方通信电台所使用的整个频谱带宽上，它也被称为全频段干扰，有时也称为拦阻式干扰[9]。

部分频段噪声（PBN）干扰将噪声干扰能量集中在目标使用的频谱范围内的多个信道上，但并不是在所有信道上，这些信道可能是相邻的，也可能是不相邻的[10]。

多音干扰[11]是多个单音施加在对应工作频点上的干扰，并且施加单音的个数和选择频点的位置不同对通信系统的干扰影响也会不同。考虑到现代电子对抗中干扰机具有分析慢跳速信号的能力，因此在仿真中设置的多音干扰频率大部分位于跳频点上。

3 仿真分析与结论

下面以TCM-8PSK中基于卷积编码以及RS编码的两种DS/FH通信系统为例，研究它们的抗宽带噪声干扰、部分频带噪声干扰、多音干扰能力。

3.1 抗宽带噪声干扰

在仿真参数设置中，结合相关装备实际，主要通过改变DS/FH通信系统中的跳数、扩频增益（频谱扩展倍数）等参数来验证对宽带噪声干扰的抗干扰性能。

图2为改变扩频增益时的DS/FH通信系统误码率曲线，参数设置为跳数1000跳，扩频增益选择50x和100x，高斯白噪声信道信噪比为10dB。由图中分析得出以下结论：

1）随着信干比的不断增大，DS/FH通信系统总体误码率呈下降趋势，表明干扰功率的减弱会减轻干扰效果；

2）在相同功率噪声的干扰下，扩频增益大的系统抗干扰性能较强，这表明扩频增益对提升系统抗干扰性能有较大帮助，在卷积编码中性能提升约为2dB，RS编码中约为1dB；

3）横向比较采用的两种编码方式，其中采用基于卷积编码的系统比RS编码系统更快地到达了10-4误码率，也即基于卷积编码的TCM-8PSK对于系统的误码性能提升更有效，抗干扰能力效果更强。

图2 基于不同编码的系统在不同扩频增益下的性能比较

3.2 抗部分频带噪声干扰

在施加部分频带干扰时，主要考虑占频比这一参数，它改变的是干扰频带宽度。仿真中，主要对基于卷积和RS编码的两种DS/FH仿真系统施加占频分别比为0.05、0.1、0.3、0.5的干扰，然后观察其误码率变化情况。

仿真结果如图3所示。由此可得出以下结论：

1）不同的占频比对于系统性能的影响不同，可以发现占频比越大，相对于干扰效果就越好，表明在大功率干扰条件下选择更宽的频带进行干扰效果会更显著；

2）在信干比较小时，对于不同比例部分频段噪声干扰而言，所需功率较小，同时，这时对于占频比的影响较小。

3）对于上图分析可以发现对于部分频带噪声干扰而言，相对于信干比的数值而言，占频比所占影响较大，选择一个合适的占频比往往能达到最佳干扰效果。

4）横向比较两种编码，相同占频比情况下，采用基于卷积编码的系统更快地到达了10-4误码率，当干信比达到12dB时，基于RS编码的系统误码率大部分仍在10-3以上，也即卷积编码对于系统的误码性能提升更有效，抗干扰能力效果更强。

图3 基于不同编码的系统在不同占频比下的性能比较

3.3 抗多音干扰

在仿真中，主要将5个音调分别位于扩频载波频率的Δf=±1/Tc,±1/2Tc和0处，分别比较干扰功率为ζ1=10dB,ζ2=20dB,ζ3=30dB 的误码率特性曲线。

对图4进行分析并得出结论如下：

1）随着信噪比的增大，不同干扰功率下的系统误码率均呈下降趋势；

2）随着干扰功率的加大，系统误码率也随之升高；

3）相较于宽带噪声干扰和部分频带噪声干扰，音调干扰的效果较好，达到同等误码率情况下所需功率明显小于前两种干扰；

图4 基于不同编码的系统在不同多音干扰功率性能比较

4）横向比较两种编码，采用基于卷积编码的系统抗干扰性能要优于RS编码，相同信干比提升情况下，采用基于卷积编码的系统误码性能提升更多。

4 结语

本文讨论了基于卷积和RS编码的两种TCM-8PSK跳扩通信系统的抗干扰性能。跳扩频信号由于采用了扩频与跳频相结合的调制方式，可以较好地抵抗宽带和部分频带干扰，而在多音干扰环境下跳扩频信号的抗干扰性能较低。根据仿真得出的卷积编码以及RS编码误码率特性曲线，可知基于卷积编码的系统抗干扰性能更强，因此在超短波电台中得到实际运用。同时为了达到更好的通信抗干扰能力，应当尽可能采用跳扩频增益较大的系统。后续建议可考虑加入采用交织技术的Turbo码[12]取代卷积编码，以进一步提升超短波电台的通信抗干扰性能。