GMSK通信短波电台带内干扰抑制技术研究

崔立东，谭志良，毕军建，陈立伟

(军械工程学院静电与电磁防护研究所，河北石家庄050003)

0 引言

短波通信是20世纪30年代发展起来的一种无线电通信方式，由于其成本低、设备简单、方便灵活，现已成为中远距离通信的重要手段，在民用和军事方面都发挥了重大作用［1－3］。随着多种抗干扰工程与实践的完善，使短波通信自身存在问题得到良好解决，通信可靠性、稳定性都已提升到一个新的水平［4－7］。

短波跳频通信因具有良好的抗干扰性能，现已在战场、局部战争中得到广泛应用，战场上各种带内干扰已成为军事通信面临的重要问题。因此加强短波电台的通信抗干扰性能尤为重要［8－10］。

为了提高通信电台的抗干扰性能，本文重点构建了GMSK短波跳频电台模型，并在此基础上搭建了干扰抗干扰模型，仿真中通过改变干扰类型，采用自适应干扰对消器对干扰进行抑制，通过仿真得到了在不同信噪比下干扰对消前后对不同干扰的抑制作用。

1 自适应干扰对消原理

基于自适应对消原理的短波电台带内干扰抑制实现的前提是从包含有用信号和干扰信号的环境中提取出干扰信号作为参考输入［11－13］。

自适应对消方法原理如下:采集干扰信号的时间与采集有用信号时间紧密相连，在足够短的时间内，可以认为干扰信号是平稳的，这样就可以基于干扰信号的自相关性和干扰特征，采用自适应对消方法有效抑制干扰，提高信号质量。自适应对消方法原理框图如图1所示，原始输入由携带信息的信号和互不相关的干扰信号组成，而参考输入为相关形式的干扰。对于自适应滤波器，采用基于LMS算法进行抽头权值自适应的横向滤波器。该滤波器使用参考输入，对包含在原始输入端的信号进行估计。从原始输入中减去自适应滤波器输出，即可消除干扰影响。

图1 自适应对消方法原理

这种对消方法可以适用于敌方白噪声干扰、定频干扰、梳状干扰和跟踪式干扰的干扰抑制。同时，进行电磁干扰自适应对消的另一关键问题是自适应滤波器的设计，本文采用的算法是基于维纳滤波理论的最小均方算法(LMS)，LMS算法具有较低的计算复杂度和较好的收敛稳定性。

2 GMSK调制原理及短波跳频电台通信原理

2.1 GMSK调制原理

GMSK是在最小频移键控(MSK)的基础上改进而成的，MSK信号主要优点是包络恒定，并且带外功率谱密度下降快。为了进一步使信号的功率谱密度集中和减小对邻道的干扰，在进行MSK调制前先通过一个高斯型的低通滤波器。此高斯型低通滤波器的频率特性表示为:

式中，B为滤波器的3 dB带宽。

将式(1)做逆傅里叶变换，得到此滤波器的冲激响应为:

式中，

由于h(t)为高斯特性，故称为高斯型滤波器。

2.2 跳频电台通信原理

跳频电台通信原理框图如图2所示。

图2 跳频电台通信原理

基本工作原理如下:在发射机中，输入的信息对频率为fs的载波进行调制，得到调制信号。独立产生的跳频序列控制频率合成器在不同的时隙内输出频率跳变的本振信号。用它对调制信号进行变频，使变频后的射频信号频率按照跳频序列跳变，即为跳频信号。在接收机中，与发射机跳频序列一致的本地跳频序列控制频率合成器，使输出的本振信号频率按照跳频序列相应地跳变。跳变的本振信号，对接收到的跳频信号进行变频，将频率搬回到固有频率，实现解跳。解跳后的调制信号，在本地载波作用下，经解调后，恢复出信息［14，15］。

3 GMSK跳频电台通信仿真模型建立

GMSK跳频电台通信模型如图3所示。仿真模型包括:信号源、信道、调制解调器、混频器、跳频器、干扰模块和误码率计算模块。干扰信号模块分别设置为白噪声干扰、一定频率的正弦信号、多个正弦信号叠加来模拟窄带噪声、定频干扰和梳状干扰。

图3 GMSK跳频电台通信模型

在图3基础上加入自适应对消器(基于LMS算法)，如图4所示。LMS模块desired端为有用信号与干扰信号的混合信号，input端为干扰信号，由于2个端口都有干扰信号，分析2路干扰信号的相关性，LMS输出端输出对消后的信号。

子系统跳频器由PN序列PN Sequence Generator模块、Buffer、Bit to integer Converter、Unbuffer和压控振荡器Discrete－Time VCO模块组成，如图5所示。PN Sequence Generator的采样率为1/250，其本原多项式为x4+x3+1，周期为31个码元，对应64个调频点。伪随机序列通过Bit to integer Converter产生与之相对应的整数s，输入到压控振荡器，则当s在0～31变化时，就能够产生32个跳频点。压控振荡器频率为4 kHz，灵敏度为100 Hz/V，所以得到跳频载波的频率范围为4 ～7．2 kHz。

图4 加入自适应对消器的短波电台通信模型

图5 GMSK跳频电台跳频器模块

4 仿真结果分析

在图4所示系统中，设置AWGN信道BT=0．3，为了得到不同信噪比下，加入不同干扰方式下的误码率性能，通过改变AWGN信道的SNR参数，分别设置为 －20 dB、－15 dB、－10 dB、－5 dB和0 dB，分别记录加入干扰前后的误码率，统计后得到的误码率曲线如图6、图7和图8所示，分别代表了加入白噪声、定频干扰和梳状干扰后的误码率曲线。

在仿真中可以看到当信噪比逐渐增大时，误码率逐渐变小;比较图6、图7和图8所示可以看出，梳状干扰对通信性能影响较严重，定频干扰与白噪声干扰次之;当干扰信号为白噪声时，经过自适应对消后的系统误码率逐渐减小，并在SNR=－15 dB时趋于稳定，误码率得到很大的改善;当干扰信号为定频干扰和梳状干扰时，可以看出，当SNR=－15 dB时经过自适应干扰对消后与未加入干扰时的误码率曲线趋于吻合。由此可以得出:加入自适应干扰对消器的GMSK短波通信电台对白噪声、定频干扰和梳状干扰起到了明显的干扰抑制作用，并且对梳状干扰的抑制作用最为明显，定频干扰次之，其次则是白噪声干扰。产生这种情况的主要原因在于，梳状干扰、定频干扰信号的自相关性较强，通过自适应对消后，会得到很好的抑制作用。

图6 加入白噪声前后的误码率

图7 加入定频干扰前后的误码率

图8 加入梳状干扰前后的误码率

5 结束语

短波通信电台易受干扰，为了解决带内干扰，得到较好的通信性能，采用了基于自适应干扰对消的干扰抑制方法。主要分析了自适应干扰对消原理、GMSK调制原理以及调频电台通信原理，并且建立了带有干扰模块以及基于自适应干扰对消方法的短波电台通信仿真模型。仿真结果表明，梳状干扰对通信性能的影响较为明显，定频干扰和白噪声干扰次之;在加入自适应对消器消除干扰后，干扰对消器对梳状干扰抑制效果也最为显著;同时当SNR=－15 dB时，误码率趋于稳定，此时误码率最小。

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