基于分布式自适应选频的舰船通信传输抗干扰技术

金 芳，郑绪刚

(中国人民解放军91404 部队，河北 秦皇岛 066001)

0 引 言

自适应选频技术是指在通信过程中，发信方对信道中的多个可用频点进行周期性的探测，同时结合收信方对探测信号的回应来评估传输质量，以确定信息传输的最佳频率。根据实时探测的结果，自适应选择出最适合当前环境工作的频率，以保证收发双方永远工作在最佳频率上，这样既可以将干扰降到最低，还能合理利用频谱资源，提高通信传输的效率，进而扩大网络容量，保障通信传输网络的高可靠通信[1]。基于跨层感知的自适应综合抗干扰技术示意图如图1 所示。

图1 跨层综合抗干扰技术示意图Fig. 1 Schematic diagram of cross-layer integrated anti-jamming technology

通过自适应选频进行干扰躲避，可提高信息传输系统的抗干扰能力。实现高效率的频率自动选择和快速的干扰响应时间，才能达到干扰出现的情况下，通信链路不中断[2]。

1 干扰探测

自适应选频抗干扰技术的核心前提就是准确高效的干扰探测[3]，采用频谱监测的方式进行干扰探测，用于发现系统中的干扰频点，收集外部电磁环境情况下，每个频点上的通信质量[4]。频谱探测流程如图2所示。

图2 干扰探测流程Fig. 2 Interference detection flow

首先由主控模块根据用户配置自适应选频感知频率集合；自适应选频模块收到配置信息后，根据MAC 当前帧结构设计，配置主动感知频率集合、广播频率集合及探测信息给MAC 调度模块；对于主动感知频率集合，MAC 根据时隙设计与物理层交互，实现具体感知操作；自适应选频信道传输报文，MAC 只需按照交互控制报文规定的时隙、频率发送报文即可。

2 信道感知反馈交互

信道感知反馈交互主要是反馈其感知的信道过程，告知邻居节点本端节点探测报文接收质量情况[5]；告知本端节点自动感知的频点质量情况。邻居节点将自适应选频交互信道接收的信息、信道质量信息转交给自适应选频控制模块；邻居节点将上述信息与本时间段内的本地感知信息进行融合分析，对当前自适应选频频表中的频点质量进行排序；邻居节点将融合信息在自己的自适应选频交互信道、固定TDMA 控制信道发送给本端，使用固定TDMA 控制信道的发送原因是提高信息传输的及时性；本端节点根据每个邻居汇报的状态，形成自己可供使用的发送频率集合；干扰感知反馈时，需考虑频率瞬时偶发干扰不做异常判断等机制。感知反馈是一个长期过程，整个过程如图3所示。

图3 感知反馈交互过程Fig. 3 The perceptual feedback interaction process

3 自适应选频决策

自适应选频决策过程主要用于节点根据邻居上报的可用时隙中，选择最优的频率发送控制信息过程。决策目的是，给自适应选频频率集的频率质量进行排序，选举“最好”的频率用于自己的控制信道数据发送。

自适应选频决策的方法如下：

步骤1根据频点的可用度、质量进行分档划分，划分为不可用、最低速率可通、基本可用、稳定可用4 挡，每档里面根据信道质量排序；

步骤2信道质量评估大致算法为新频点质量 = 旧频点质量×0.4 + 0.6×本次汇报质量；

步骤3自适应选频决策做出换频决策的前提是只有在发生了当前频率不可用、当前频率只能最低速率可用的时候才考虑更换频率；

步骤4自适应选频决策出来的用频在2×N个子帧后生效，N为在网节点数目，确保理论上每个节点都能收到一次决策信息。

4 基于子带扣除的抗干扰技术

当通信传输过程具有高带宽的通信需求时，可采用频谱资源利用率较高的OFDM 技术体制，当信道中有效频率范围部分频点、频段存在干扰的情况下，会影响系统的通信性能，降低通信速率。如何提高OFDM 技术体制下的宽带通信抗干扰通信能力，是本文需解决的一个重要问题。

由于采用OFDM 波形体制，当信道中有效频率范围部分频点、频段存在干扰，将对子载波的正交性造成破坏[6]，也会干扰信号的定时和频率同步，导致误帧、误码。通常的频率选择方案，只是避开中心干扰频段，但是干扰信号还会在其他频段引入噪声，从而降低其他频段的通信性能。

系统波形利用OFDM 调制完成多个正交子载波进行调制，实现高速率传输。然而，由于其占用带宽较宽，干扰信号通常在通带内，这将直接影响其通信质量。因此，需在通信频带内进行自适应选频，选用未受干扰的子载波进行有效数据传输。同时由于干扰信号会破坏OFDM 载波正交性，距离越近影响越大，为提升受干扰状态下的通信性能，需结合扩频、自适应编译码等多种抗干扰手段提升抗中通的效果。

本文研究的自适应选频方案，有2 大优势。第一，高效率，如图4 所示，将通信带宽分为8 个子带[7]，利用入网阶段同步竞争信道的频率扫描实现子带干扰的识别，不要分配专门的频谱扫描资源，实现灵活、高效的多子带抗干扰设计方案。第二，提升抗中通性能，参考5G 技术的F-OFDM 技术[8]，结合MIMO 多天线技术，同时具备频率分集、天线分集、时间分集效果，有效提升抗中通的性能。

图4 子带分配Fig. 4 Subband allocation

通过对宽带内子载波进行子带划分，剔除受干扰的频段，达到躲避干扰的目的，如图5 所示。基于子带划分的方式，通过BSNP 频谱识别算法结合判决反馈的方式，具有干扰检测准确的优点。根据用户需求和服务质量，对不同子带进行有效的资源分配，躲避干扰的子载波，提高子带传输效率。

图5 干扰子带扣除Fig. 5 Interference subband deduction

利用系统初始同步过程和后续测距过程的控制通道交互过程，在多个子带进行频率扫描发送同步符号、FCH 符号，接收端在多个子带并行进行FCH 解析，根据频谱检测结果、FCH 译码情况判断哪些子带被干扰，并将被干扰子带信息报上层软件，在同步交互消息告知向周围节点。

5 结 语

研究通信抗干扰技术可极大改进通信质量，尤其是本文提出的以干扰探测为前提。通过信道感知反馈交互和自适应选频决策而完成分布式自适应选频抗干扰技术，可有效扣除干扰子带，提升通信抗干扰水平。