專利名稱：一種mfsk/ffh系統(tǒng)差動抗干擾接收機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及采用跳頻通信方式的系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
跳頻通信技術(shù)以其良好的抗干擾特性被廣泛用于軍事通信領(lǐng)域。針對跳頻信號的干擾 與抗干擾技術(shù)，也不斷成為眾多學(xué)者的研究熱點。
對跳頻信號的干擾抑制方法己有很多研究。大多數(shù)文獻對傳統(tǒng)FFH-MFSK接收機(圖 1)中干擾信號的抑制方法還是主要體現(xiàn)在采用不同算法的分集合并技術(shù)上，如線性合并 (LC)，自歸一合并(NRC)，乘積合并(PC)，自動增益控制合并(AGC)，削波合并 (CC)，最大似然合并(ML)等等。見圖2。詳細內(nèi)容見Jonhn S. Bird, E.Barry Felstead, Antijam Performance of Fast Frequency-Hoped M曙ary NCFSK—An Overview [J], IEEE Journal on Selected Areas in Communications, March 1986, 4(2):216-233 ， Y. Han, Kah C. Teh., Maximum-likelihood receiver with side information for asynchronous FFH-MA/MFSK systems over Rayleigh fading channels Communications Letters [J], IEEE Communications Letters, June 2006, 10(6):435-437，以及梅文華，跳頻通信[M].北京國防工業(yè)出版社，2005。
這些分集合并技術(shù)在不同條件下有著各自的優(yōu)缺點，對降低跳頻系統(tǒng)中干擾信號的影 響有一定改善，但當干擾信號較強，即信干比較低情況下，它們的干擾抑制效果就顯得不 盡人意。合并算法的復(fù)雜性，也使得這些設(shè)計對于實際系統(tǒng)應(yīng)用具有很大的局限性。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的任務(wù)是利用接收端對跳頻圖案(FHP: Frequency Hopping Pattern)以及跳速 的先驗知識，通過對兩個相鄰跳頻頻點的頻譜檢測，提出了一種在最壞情況多音干擾環(huán)境 中，應(yīng)用于MFSK/FFH系統(tǒng)的差動干擾抑制(DJR)接收機。采用本發(fā)明方法，在最壞多 音干擾環(huán)境，系統(tǒng)誤碼性能較傳統(tǒng)分集合并技術(shù)(Z=3)提高了 10倍以上。在信干比SJR =-4dB，信噪比SNR=13.35dB條件下，聯(lián)合信道編碼技術(shù)的DJR-Viterbi算法比傳統(tǒng)Viterbi 算法的系統(tǒng)誤碼率有近40dB的提高。
本發(fā)明用于窄帶跳頻通信系統(tǒng)的接收機部分。
本發(fā)明的接收機部分組成包括l、帶通濾波器(ff) ， 2、帶通濾波器(B) ， 3、包 絡(luò)檢測，4、信號處理，5、同步，6、跳頻圖案發(fā)生器，7、直接數(shù)字頻率綜合，8、包絡(luò)檢 測，9、帶通濾波器(5) ， 10、直接數(shù)字頻率綜合。
3本發(fā)明接收機部分工作過程如圖3所示，信號通過天線耦合，下變頻后進入帶寬為 『M的帶通濾波器(BPF)。假設(shè)此時系統(tǒng)收發(fā)兩端已經(jīng)處于完全同步狀態(tài)，即接收端跳頻 圖案發(fā)生器產(chǎn)生的跳頻序列同發(fā)送端跳頻圖案發(fā)生器產(chǎn)生的跳頻序列在時間上和序列上完
全協(xié)調(diào)一致，則一方面，從BPF輸出的第"跳信號 (r)可通過與跳頻圖案發(fā)生器控制的頻 率綜合器輸出信號/"混頻完成解跳。解跳后的跳頻信號^(0經(jīng)濾波后被送入信號處理模塊 進行處理。另一方面，將接收信號與跳頻圖案發(fā)生器控制的下一跳頻率綜合器輸出信號/ + ,混頻，可以得到解析下一跳跳頻信號到來之前所在頻點的頻譜特征信息。
在闡述本發(fā)明方法之前，首先介紹本發(fā)明中所用的術(shù)語
1) 檢測概率是指當設(shè)定某一檢測門限C，然后考察接收信號包絡(luò)超過門限的概率，以 此來判定對信號的檢測程度。
2) 門限C-C(^，式中c為恒虛警門限系數(shù)。
3) 頻點狀態(tài)向量f( )，是指對跳頻頻點所在信號的檢測狀態(tài)。
5)跳頻信號判斷向量(5w-[g,W,&W,…,^W]，是指根據(jù)跳頻圖案和跳頻周期對接收頻
點上的跳頻信號進行判斷的結(jié)果，其中g(shù)j)"j)e^("7;) 附-l，2，…,M。
差動干擾抑制的方法是系統(tǒng)同步狀態(tài)條件下，通過跳頻頻點上跳頻信號到達前后的 頻譜信息差動變化，以及干擾信號與跳頻信號的時頻非相關(guān)性對干擾信號進行差動抑制， 進而提高信號檢測性能，降低傳輸誤碼概率。
本發(fā)明提出了 FFH-MFSK系統(tǒng)差動抗干擾抑制方法，包括以下步驟 步驟1按跳頻圖案，在對第"-l跳跳頻信號進行處理時，完成對第w跳跳頻信號到達 前所在頻點的信號狀態(tài)檢測，當c(f + 7;)^C時取z(/ + 7;) = 0 ，當；c(/ + 7;)>C時取
步驟2根據(jù)第"跳跳頻信號到達前所在頻點的信號狀態(tài)檢測結(jié)果，構(gòu)建系統(tǒng)第《跳
跳頻信號到達前所在頻點狀態(tài)向量f (r+rj=(r+t;), z2 (,+rj，…，^ "+rA )〗；
步驟3根據(jù)第"-i跳頻點狀態(tài)向量和第w跳頻點狀態(tài)向量，計算第《跳跳頻信號判斷
向量(5(0 = [&(,),《2(0，...,^(0]，其中^(0 = ^( ) ^("7;) (W = 1,2,.",M);
步驟4當^(,) = 0且、(,)=1時，取義 (/)=0，除此之外取ko = ； 步驟5依6(t"Max(《(t)，X2(t), ...,^w(t))判決得到發(fā)送符號，或者將XXt)作為其它糾錯技術(shù)的輸入數(shù)據(jù)進行進一步的處理。本發(fā)明的工作流程如圖4所示。
需要說明的是步驟1可以采用除包絡(luò)檢測外的其它檢測方法。檢測的目的是獲得接收信號的特征參數(shù)，以作為干擾信號的判別依據(jù)。
本發(fā)明的工作原理從信號檢測角度來看，系統(tǒng)傳輸誤碼率體現(xiàn)在噪聲和干擾信號的虛警概率和對傳輸信號的漏檢概率上。通過理論推導(dǎo)和仿真可以得到一個無干擾環(huán)境下的經(jīng)驗檢測門限值C。即大多數(shù)情況下，某頻率上的跳頻信號若未被干擾，則M個調(diào)制頻點的信號檢測中僅會有一個頻點的信號包絡(luò)檢測大于C。若某跳信號被干擾，則M個調(diào)制頻
點信號中除了傳輸信號包絡(luò)檢測大于c，通常還有干擾信號包絡(luò)檢測大于c。而當某頻點
上的跳頻信號還未發(fā)送時，則該頻點上的干擾信號很容易被檢測。由于本文接收機的特殊設(shè)計使得系統(tǒng)具有跳頻傳輸信號到達前一時刻所在頻點的頻譜信息，通過跳頻頻點上跳頻信號到達前后的頻譜信息差動變化，可以完成對跳頻信號所在頻點的干擾識別和抑制。
結(jié)論從上面的理論分析可知，該方法算法簡單有效，在最壞多音干擾環(huán)境，系統(tǒng)誤
碼性能較傳統(tǒng)分集合并技術(shù)(丄=3)提高了 10倍以上。在信干比SJR=-4dB，信噪比SNR=13.35dB條件下，聯(lián)合信道編碼技術(shù)的DJR-Viterbi算法比傳統(tǒng)Viterbi算法的系統(tǒng)誤碼率有近40dB的提高。
本發(fā)明創(chuàng)新點現(xiàn)有的MFSK/FFH系統(tǒng)接收機大多采用各種分集合并算法來抑制干擾信號對傳輸信號的影響，它們幾乎都以犧牲系統(tǒng)頻帶利用率，降低系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率為代價。與采用的通過多個分集支路的均衡合并來抑制干擾信號的機理不同，本發(fā)明方法從另一個思路出發(fā)，利用接收端對跳頻圖案(FHP: Frequency Hopping Pattern)以及跳速的先驗知識，通過跳頻頻點上跳頻信號到達前后的頻譜信息差動變化，完成對跳頻信號所在頻點的干擾識別和抑制，從而提高多音干擾環(huán)境下MFSK/Fra系統(tǒng)通信性能。
本發(fā)明的實質(zhì)相對于傳統(tǒng)MFSK/FFH系統(tǒng)接收機中的干擾抑制方法，本發(fā)明的核心思想是通過跳頻頻點上跳頻信號到達前后頻譜信息的差動變化，使系統(tǒng)接收機可以直接對干擾信號進行抑制，從而降低千擾信號對系統(tǒng)傳輸性能的影響。
本發(fā)明的工程實現(xiàn)與傳統(tǒng)的MFSK/FFH系統(tǒng)接收機相比，具有的特點在于系統(tǒng)接收端僅僅增加帶通濾波，數(shù)字頻率綜合和包絡(luò)檢測電路。通過檢測跳頻頻點上跳頻信號到達前后的頻譜信息差動變化，使系統(tǒng)接收機可以對干擾信號進行直接抑制，而不是通過多個分集支路的均衡合并來抑制干擾信號。
圖1是傳統(tǒng)MFSK7FFH系統(tǒng)接收機的工作原理圖
其中l(wèi)是帶通濾波器(『)，2是帶通濾波器(5) ， 3是包絡(luò)檢測，4是信號處理，5是同步，6是跳頻圖案發(fā)生器，7是直接數(shù)字頻率綜合；圖2是分集合并工作原理圖
其中信號檢測例舉了包絡(luò)檢測方法。除了包絡(luò)檢測，檢測模塊還可以根據(jù)信號各項特征進行其它方式的檢測，其檢測的目的是為信號認知處理模塊提供頻率因子的計算依據(jù)。分集合并算法包括線性合并算法，乘積合并算法，自歸一合并算法等等。
圖3是采用本發(fā)明提出的新的跳頻信號捕獲方法在跳頻通信系統(tǒng)中的工作原理圖
其中l(wèi)是帶通濾波器(『)，2是帶通濾波器(B) ， 3是包絡(luò)檢測，4是信號處理，5是同步，6是跳頻圖案發(fā)生器，7是直接數(shù)字頻率綜合，8是包絡(luò)檢測，9是帶通濾波器
(B) ， IO是直接數(shù)字頻率綜合；
圖4是本發(fā)明的工作流程圖
具體實施例方式
本發(fā)明主要創(chuàng)新是通過合理的門限設(shè)置，通過檢測跳頻頻點上跳頻信號到達前后的頻譜信息差動變化，使系統(tǒng)接收機可以對干擾信號進行直接抑制，然后，聯(lián)合其它模塊，組成本發(fā)明的接收機系統(tǒng)。
理論推導(dǎo)及性能仿真表明，在傳輸環(huán)境為最壞多音干擾信號與加性高斯白噪聲信道，
系統(tǒng)工作頻點個數(shù)A^32，解調(diào)方式為BFSK非相干解跳，信噪比S/A^13.35dB，條件下，系統(tǒng)誤碼性能較傳統(tǒng)分集合并技術(shù)(Z = 3)提高了 IO倍以上。在信干比SJR二-4dB，信噪比SNR=13.35dB條件下，聯(lián)合信道編碼技術(shù)的DJR-Viterbi算法比傳統(tǒng)Viterbi算法的系統(tǒng)誤碼率有近40dB的提高。采用該方法可進一步提高FFH/MFSK系統(tǒng)的頻帶利用率和抗干擾容限。
權(quán)利要求
1、一種MFSK/FFH系統(tǒng)差動抗干擾接收機，包括信號處理模塊(4)，包絡(luò)檢測模塊(8)，帶通濾波模塊(9)、直接數(shù)字頻率綜合模塊(10)等；其特征在于增加的包絡(luò)檢測模塊(8)、帶通濾波模塊(9)，直接數(shù)字頻率綜合模塊(10)。它是按照下面步驟工作的步驟1按跳頻圖案，在對第n-1跳跳頻信號進行處理時，完成對第n跳跳頻信號到達前所在頻點的信號狀態(tài)檢測，當x(t+Th)≤C時取z(t+Th)＝0，當x(t+Th)＞C時取z(t+Th)＝1；步驟2根據(jù)第n跳跳頻信號到達前所在頻點的信號狀態(tài)檢測結(jié)果，構(gòu)建系統(tǒng)第n跳跳頻信號到達前所在頻點狀態(tài)向量<maths id="math0001" num="0001" ><math><![CDATA[ <mrow><mover> <mi>s</mi> <mo>→</mo></mover><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <msub><mi>T</mi><mi>h</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow> <mo>[</mo> <msub><mi>z</mi><mn>1</mn> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><msub> <mi>T</mi> <mi>h</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <msub><mi>z</mi><mn>2</mn> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><msub> <mi>T</mi> <mi>h</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mo>·</mo> <mo>·</mo> <mo>·</mo> <mo>,</mo> <msub><mi>z</mi><mi>M</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>+</mo><msub> <mi>T</mi> <mi>h</mi></msub><mo>)</mo> </mrow> <mo>]</mo></mrow><mo>;</mo> </mrow>]]></math> id="icf0001" file="A2008100445500002C1.tif" wi="78" he="5" top= "102" left = "84" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>步驟3根據(jù)第n-1跳頻點狀態(tài)向量和第n跳頻點狀態(tài)向量，計算第n跳跳頻信號判斷向量<maths id="math0002" num="0002" ><math><![CDATA[ <mrow><mover> <mi>G</mi> <mo>→</mo></mover><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mrow> <mo>[</mo> <msub><mi>g</mi><mn>1</mn> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <msub><mi>g</mi><mn>2</mn> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>,</mo> <mo>·</mo> <mo>·</mo> <mo>·</mo> <mo>,</mo> <msub><mi>g</mi><mi>M</mi> </msub> <mrow><mo>(</mo><mi>t</mi><mo>)</mo> </mrow> <mo>]</mo></mrow><mo>,</mo> </mrow>]]></math> id="icf0002" file="A2008100445500002C2.tif" wi="48" he="5" top= "122" left = "29" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>其中<maths id="math0003" num="0003" ><math><![CDATA[ <mrow><msub> <mi>g</mi> <mi>m</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msub> <mi>z</mi> <mi>m</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>)</mo></mrow><mo>⊕</mo><msub> <mi>z</mi> <mi>m</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <mi>t</mi> <mo>+</mo> <msub><mi>T</mi><mi>h</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow> </mrow>]]></math> id="icf0003" file="A2008100445500002C3.tif" wi="39" he="3" top= "123" left = "90" img-content="drawing" img-format="tif" orientation="portrait" inline="yes"/></maths>(m＝1，2，…，M)；步驟4當gm(t)＝0且zm(t)＝1時，取Xm(t)＝C，除此之外取Xm(t)＝xm(t)。；步驟5依b(t)＝Max{X1(t)，X2(t)，...，XM(t)}判決得到發(fā)送符號，或者將Xm(t)作為其它糾錯技術(shù)的輸入數(shù)據(jù)進行進一步的處理。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種MFSK/FFH系統(tǒng)差動抗干擾接收機，其特征是所述步驟1 中C的取值不限。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種MFSK/FFH系統(tǒng)差動抗干擾接收機，在帶通濾波模塊1后增加了包絡(luò)檢測模塊8，帶通濾波模塊9，和直接數(shù)字頻率綜合模塊10，用以對系統(tǒng)接收機的多音干擾信號進行檢測和抑制。采用本發(fā)明的通信方法，可以極大改善窄帶FFH/MFSK系統(tǒng)在最壞多音干擾環(huán)境中的傳輸性能。
文檔編號H04L1/00GK101557242SQ200810044550
公開日2009年10月14日 申請日期2008年4月8日 優(yōu)先權(quán)日2008年4月8日
發(fā)明者劉曉暉, 李功明, 李少謙, 程郁凡, 鄒顯炳, 陳亞丁 申請人:電子科技大學(xué)