《電子技術(shù)應(yīng)用》
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GMSK跳頻通信跟蹤干擾性能分析
來(lái)源：電子技術(shù)應(yīng)用2012年第5期
閆云斌， 全厚德， 崔佩璋
軍械工程學(xué)院 光學(xué)與電子工程系，河北 石家莊 050003
摘要： 對(duì)FH-GMSK（Frequency Hopping-Gaussian Filtered Minimum Shift Keying）通信系統(tǒng)進(jìn)行了研究,分析了FH-GMSK通信系統(tǒng)的基本原理和系統(tǒng)模型；對(duì)跳頻通信中的跟蹤干擾進(jìn)行了研究；在Simulink下搭建了FH-GMSK通信系統(tǒng)和跟蹤干擾模塊；分析了在不同時(shí)間延遲和不同信噪比下跟蹤干擾對(duì)FH-GMSK通信系統(tǒng)的誤碼率性能。仿真結(jié)果表明，在信噪比一定的情況下，時(shí)間延遲為零時(shí)，跟蹤干擾效能最佳，隨著時(shí)間延遲的增加，誤碼率逐漸下降，當(dāng)時(shí)間延遲大于跳頻駐留時(shí)間時(shí)，干擾失效；而當(dāng)時(shí)間延遲一定時(shí)，隨著信噪比的增加，誤碼率始終保持在0.3以上，給FH-GMSK通信系統(tǒng)造成極大的威脅。
中圖分類號(hào)： TN914.3
文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A
文章編號(hào)： 0258-7998(2012)05-0109-04
Performance analysis of follower jamming in GMSK frequency-hopping communication
Yan Yunbin, Quan Houde, Cui Peizhang
Optical and Electronic Engineering Department, Ordnance Engineering College, Shijiazhuang 050003, China
Abstract： In this paper, The FH-GMSK communication system is researched, the basic principle and the model of FH-GMSK communication system is analyzed; The modulation mode of follower jamming which bring to the FH-GMSK communication system is studied，the FH-GMSK communication system and follower jamming module are simulated by the Simulink; The bit error rate in different time delay and the different signal-to-noise ratio（SNR）of follower jamming to FH-GMSK communication system is analyzed; The simulation results show that, when the SNR is given, the efficiency of follower jamming is best as the time delay is zero, bit error rate is gradually decreased with the increase of time delay, the follower jamming is failed when the time delay greater than the residence time of the Frequency hoping ; When the time delay is given, the bit error rate is above the 0.3 with the increase of the SNR, which can bring big threaten to the FH-GMSK communication system.
Key words : frequency-hopping communication; GMSK modulation; Simulink simulation; follower jamming; time delay; bit error rate

    跳頻通信因其良好的抗干擾性、低截獲概率及組網(wǎng)能力，在戰(zhàn)術(shù)通信中得到了廣泛的應(yīng)用。GMSK作為一種高效的調(diào)制技術(shù)，其信號(hào)功率譜主瓣寬度小，能量集中，因此在戰(zhàn)場(chǎng)頻譜資源極其寶貴的情況下，更加適合窄帶信道中輸出[1]。在固定的信道帶寬下采用GMSK調(diào)制還可以獲得更高的數(shù)據(jù)傳輸率，同時(shí)它對(duì)鄰道干擾較小，抗干擾性能強(qiáng)。因此結(jié)合二者優(yōu)勢(shì)的軍用跳頻電臺(tái)在跳頻通信領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。

    針對(duì)跳頻通信的干擾包括阻塞干擾和跟蹤干擾，在跟蹤干擾的實(shí)現(xiàn)過(guò)程中，干擾機(jī)通過(guò)對(duì)跳頻信號(hào)進(jìn)行偵察、引導(dǎo)，在相應(yīng)的頻點(diǎn)上實(shí)施窄帶噪聲干擾或隨機(jī)脈沖信號(hào)。在現(xiàn)有的干擾機(jī)中已有能同時(shí)監(jiān)控80個(gè)相鄰信道且掃描搜索速度為80 000信道/s的偵察接收機(jī)問(wèn)世，這種偵察接收機(jī)對(duì)一定跳速下的跳頻圖案截獲概率幾乎達(dá)到100%。這是迄今為止對(duì)付跳頻通信最理想的干擾手段[2]。跟蹤干擾的干擾載體信號(hào)特征與跳頻通信載體信號(hào)特征相吻合，其區(qū)別有兩方面，一是調(diào)制的信息不同，二是與跳頻信號(hào)存在時(shí)間延遲。
1  FH-GMSK基本原理及系統(tǒng)模型
    GMSK是在MSK的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種數(shù)字調(diào)制方式，MSK信號(hào)沒(méi)有一個(gè)緊湊的功率譜密度，頻譜利用率較低。為了改善頻譜利用率，在頻率調(diào)制前用一個(gè)低通濾波器對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行預(yù)濾波，除去了信號(hào)中的高頻分量，給出了比較緊湊的功率譜。因此GMSK調(diào)制信號(hào)實(shí)質(zhì)上是先利用高斯濾波器將基帶信號(hào)變成高斯型脈沖,然后再進(jìn)行MSK調(diào)制。它保留了MSK信號(hào)包絡(luò)恒定，并且?guī)夤β首V密度下降快的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)其信號(hào)的功率譜密度集中，減小了對(duì)鄰道的干擾，由于數(shù)字信號(hào)在調(diào)制前進(jìn)行了高斯預(yù)調(diào)制濾波，調(diào)制信號(hào)在交越零點(diǎn)不但相位連續(xù)，而且平滑過(guò)渡。因此在數(shù)字移動(dòng)通信中得到了廣泛使用。



3 計(jì)算機(jī)仿真及結(jié)果分析    
      為了驗(yàn)證跟蹤干擾對(duì)FH-GMSK通信系統(tǒng)的性能影響，以超短波無(wú)線通信設(shè)備中的一些相關(guān)參數(shù)作為仿真的依據(jù),在Simulink下構(gòu)建了FH-GMSK通信系統(tǒng)和跟蹤干擾模塊。仿真中假設(shè)信息傳輸速率為1 200 b/s，跳速為200 Hops/s， 跳頻頻率數(shù)目為64、 跳頻信道間隔為25 kHz，BT值取0.3，信道采用高斯加性噪聲信道，調(diào)制和解調(diào)都采用相同跳頻器產(chǎn)生的本地跳頻載波以便實(shí)現(xiàn)同步。為了仿真需求，本文假定跟蹤干擾每次都能跟蹤上跳頻信號(hào)。跟蹤干擾中干擾信號(hào)源采用隨機(jī)數(shù)字碼流，干擾調(diào)制方式采用GMSK調(diào)制。下面分別對(duì)不同時(shí)間延遲下和不同信噪比下FH-GMSK通信系統(tǒng)誤碼率進(jìn)行分析，分析跟蹤干擾對(duì)其性能的影響。
3.1 不同時(shí)間延遲下跟蹤干擾的誤碼性能分析
    分析在不同時(shí)間延遲下跟蹤干擾對(duì)FH-GMSK通信系統(tǒng)的性能影響，通過(guò)仿真，在信噪比一定的情況下，對(duì)FH-GMSK通信系統(tǒng)在跟蹤干擾下的誤碼率進(jìn)行計(jì)算。
　在仿真過(guò)程中，跳速為200 Hops/s，因此每一跳信號(hào)的駐留時(shí)間為0.005 s，把干擾機(jī)偵察引導(dǎo)時(shí)間通過(guò)時(shí)間延遲器代替，在仿真中跟蹤干擾的跳頻器采用和FH-GMSK通信系統(tǒng)中相同的跳頻器，假設(shè)干擾機(jī)每次都能夠跟蹤上跳頻信號(hào)，誤碼率曲線圖如圖5所示。

 

 

    從圖5可以知道，當(dāng)時(shí)間延遲為零時(shí)，此時(shí)跟蹤干擾完全跟上跳頻信號(hào)，為波形跟蹤干擾，此時(shí)的誤碼率為最大。隨著時(shí)間延遲的增加，誤碼率逐漸減小，當(dāng)時(shí)間延遲接近跳頻信號(hào)駐留時(shí)間時(shí),誤碼率逐漸趨近于零,當(dāng)時(shí)間延遲大于跳頻信號(hào)駐留時(shí)間時(shí),此時(shí)跟蹤干擾沒(méi)有跟上跳頻信號(hào)，干擾失效。
    通過(guò)對(duì)時(shí)間延遲的研究可知，在跳頻通信中跟蹤干擾識(shí)別過(guò)程中，可以對(duì)跟蹤干擾信號(hào)和跳頻信號(hào)本身的時(shí)延進(jìn)行估計(jì)。如果在一定的觀測(cè)時(shí)間內(nèi)跳頻信號(hào)的每跳信號(hào)與某個(gè)信號(hào)的時(shí)延均小于跳頻周期，則可以判斷該跳頻通信中存在跟蹤干擾。
3.2不同信噪比下跟蹤干擾的誤碼率性能分析
    下面分析在時(shí)間延遲一定的情況下，不同信噪比下跟蹤干擾對(duì)FH-GMSK通信系統(tǒng)的性能影響，把干擾機(jī)偵察引導(dǎo)時(shí)間通過(guò)時(shí)間延遲器代替,這里假設(shè)為0.75 ms[9]，圖6給出了在不同信噪比下未受跟蹤干擾和施加跟蹤干擾下FH-GMSK通信系統(tǒng)的誤碼率曲線圖。
    從圖6可以知道，隨著信噪比的增加，未受跟蹤干擾的FH-GMSK通信系統(tǒng)中的誤碼率逐漸減小，而受到跟蹤干擾的誤碼率曲線隨著信噪比的增加，誤碼率有一定的下降，但是最終趨于一個(gè)定值，而且大于0.3，基本導(dǎo)致FH-GMSK通信系統(tǒng)無(wú)法正常工作，對(duì)跳頻通信的正常工作造成了很大的威脅。

    本文以研究不同時(shí)間延遲和不同信噪比下跟蹤干擾對(duì)FH-GMSK通信系統(tǒng)性能的影響為目的,分析了FH-GMSK通信系統(tǒng)的基本原理和系統(tǒng)模型,研究了跟蹤干擾的基本原理和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)模型，在Simulink下搭建了FH-GMSK通信系統(tǒng)和跟蹤干擾模塊，分析計(jì)算了不同時(shí)間延遲和不同信噪比下跟蹤干擾對(duì)系統(tǒng)的誤碼率性能。仿真結(jié)果表明，在時(shí)間延遲為零時(shí)，跟蹤干擾為波形跟蹤干擾，系統(tǒng)誤碼率最大；隨著時(shí)間延遲的增加，誤碼率逐漸下降，當(dāng)時(shí)間延遲大于跳頻信號(hào)駐留時(shí)間時(shí)，跟蹤干擾失效。而隨著信噪比的增加，受到跟蹤干擾的系統(tǒng)誤碼率有一定的下降，但最終趨于一個(gè)定值，給FH-GMSK通信系統(tǒng)的正常工作造成了很大的威脅。因此有必要對(duì)跟蹤干擾的抗干擾措施進(jìn)行研究，但是對(duì)跟蹤干擾進(jìn)行抗干擾的前提是對(duì)跟蹤干擾信號(hào)的識(shí)別。下一步研究的內(nèi)容是通過(guò)對(duì)跟蹤干擾與跳頻信號(hào)之間的時(shí)延進(jìn)行估計(jì)，以時(shí)延估計(jì)作為特征參數(shù)對(duì)跳頻通信中的跟蹤干擾進(jìn)行識(shí)別。
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