音頻干擾對(duì)FSK調(diào)制系統(tǒng)的對(duì)抗效果研究

高君豐，高鑫偉

（1.解放軍92785部隊(duì)，秦皇島066200；2.西安通信學(xué)院，西安710106）

0 引 言

電子對(duì)抗是敵對(duì)雙方圍繞電磁頻譜的控制權(quán)和使用權(quán)開展的對(duì)抗斗爭(zhēng)，它包括電子對(duì)抗偵察、電子進(jìn)攻和電子防御。通信對(duì)抗作為電子對(duì)抗的重要組成部分，其主要目的包括：偵破敵方密碼，獲取敵方信息以及通信系統(tǒng)的有關(guān)戰(zhàn)技指標(biāo)，了解掌握敵方兵力部署和作戰(zhàn)意圖的情報(bào)；使敵方通信系統(tǒng)在關(guān)鍵時(shí)刻暫時(shí)失效，造成敵方指揮系統(tǒng)的癱瘓，令其喪失關(guān)鍵性戰(zhàn)機(jī)［1－2］。靶場(chǎng)通信對(duì)抗訓(xùn)練中，為了尋求有效的干擾方式，就必須將一些基本干擾波形的干擾效果進(jìn)行詳細(xì)分析。本文主要研究了音頻干擾對(duì)頻移鍵控（FSK）調(diào)制系統(tǒng)的干擾效果，通過(guò)建立仿真模型，在一定信噪比、干信比條件下得出有效結(jié)論。

1 FSK調(diào)制系統(tǒng)模型

FSK調(diào)制屬于基本的數(shù)字頻帶調(diào)制方式。在二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制中，正弦載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f22個(gè)頻點(diǎn)之間變化，則產(chǎn)生二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)（2FSK信號(hào)），其調(diào)制波形如圖1所示。如果將二進(jìn)制基帶信號(hào)的1符號(hào)對(duì)應(yīng)于載波頻率f1，0符號(hào)對(duì)應(yīng)于載波頻率f2，則二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為：

2FSK信號(hào)可以采用模擬調(diào)頻電路產(chǎn)生，也可以采用數(shù)字鍵控的方法來(lái)產(chǎn)生，由于2FSK調(diào)制屬于非線性調(diào)制，因此，還沒有通用的分析方法對(duì)其頻譜特性進(jìn)行研究，但是在一定條件下近似研究2FSK信號(hào)頻譜特性的方法卻有很多。這里采用把2FSK信號(hào)看成是2個(gè)相位不連續(xù)的二進(jìn)制幅移鍵控（2ASK）信號(hào)疊加的方法來(lái)進(jìn)行分析。

圖1 2FSK信號(hào)的調(diào)制波形

（1）2FSK信號(hào)的相干解調(diào)

2FSK信號(hào)的相干解調(diào)就是在接收端對(duì)調(diào)制載波的2個(gè)載頻分量進(jìn)行恢復(fù)，將2個(gè)分量分別與接收的信號(hào)相乘，并通過(guò)低通濾波器得到基帶信號(hào)的解調(diào)方法，如圖2所示。2路載波信號(hào)分別與接收信號(hào)相乘后，通過(guò)低通濾波器輸出2路基帶信號(hào)，再經(jīng)抽樣判決即可恢復(fù)出原始碼元信息。

（2）2FSK信號(hào)的非相干解調(diào)

如圖2所示，接收信號(hào)分別通過(guò)對(duì)應(yīng)載頻頻率的帶通濾波器，可以把對(duì)應(yīng)頻率的信號(hào)分離出來(lái)，經(jīng)過(guò)低通濾波器獲得的包絡(luò)即為原始碼元信息。通過(guò)對(duì)最后輸出的多路包絡(luò)進(jìn)行定時(shí)檢測(cè)即可將原始碼元恢復(fù)。

圖2 原始信號(hào)經(jīng)FSK解調(diào)波形

2 音頻干擾的基本方式

對(duì)于不同的目標(biāo)類型，每種干擾波形都有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)。干擾裝備可以對(duì)同一個(gè)通信系統(tǒng)采用各種波形來(lái)進(jìn)行干擾。對(duì)于不同的抗干擾系統(tǒng)，每種干擾波形的干擾效果也不盡相同。因此，目標(biāo)信號(hào)模型決定了干擾波形的選?。?－3］。

音頻干擾是把一個(gè)或者多個(gè)干擾音頻根據(jù)需要置于頻譜內(nèi)的相應(yīng)位置上。這些音頻的位置及數(shù)量都會(huì)影響干擾性能。音頻干擾屬于功率型干擾，它分為單音干擾和多音干擾。單音干擾是將一個(gè)單一頻率的干擾置于頻譜上相應(yīng)的地方；多音干擾則是將具有多個(gè)頻率的干擾分布在幾個(gè)音頻之間［3］。

3 FSK通信信號(hào)的單音干擾效果仿真

2FSK信號(hào)在一個(gè)碼元持續(xù)時(shí)間內(nèi)可以表示為：

設(shè)目標(biāo)通信接收機(jī)采用非相干解調(diào)器（即包絡(luò)解調(diào)器）解調(diào)信號(hào)。該解調(diào)器有2個(gè)獨(dú)立的通道，使頻率ω1通過(guò)的通道稱為“傳號(hào)”通道，使頻率ω2通過(guò)的通道稱為“空號(hào)”通道［4］。

2FSK信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)器模型如圖3所示。

設(shè)單音干擾信號(hào)與目標(biāo)信號(hào)的頻率完全重合，則它可以表示為：

圖3 2FSK信號(hào)的包絡(luò)解調(diào)器模型

發(fā)“1”時(shí)，傳號(hào)通道和空號(hào)通道輸出的合成信號(hào)為：

式中：x11（t），x12（t）分別為合成信號(hào)的包絡(luò)和相位；n1（t）和n2（t）分別為傳號(hào)通道和空號(hào)通道輸出的窄帶高斯噪聲，它包括2個(gè)部分：一部分是接收機(jī)內(nèi)部噪聲；另一部分是有意干擾噪聲，設(shè)其平均功率（方差）為：

同理，發(fā)“0”時(shí)，傳號(hào)通道和空號(hào)通道輸出的合成信號(hào)分別為：

發(fā)“1”或發(fā)“0”時(shí)，傳號(hào)通道和空號(hào)通道輸出的合成信號(hào)是個(gè)隨機(jī)過(guò)程，當(dāng)采用包絡(luò)檢波器檢測(cè)時(shí)，輸出包絡(luò)均服從廣義瑞利分布。檢測(cè)器對(duì)傳號(hào)通道和空號(hào)通道進(jìn)行判決，當(dāng)傳號(hào)通道輸出大于空號(hào)通道輸出時(shí)，判決為“1”；否則判決為“0”。可以證明，發(fā)“1”或發(fā)“0”時(shí)的錯(cuò)誤概率分別為：

式中：I0（·）為零階貝塞爾函數(shù)；N0＝N1＋N2。

當(dāng)發(fā)“1”和發(fā)“0”等概率時(shí)，總的誤碼率為：

式（13）是在單音干擾初始相位已知條件下的誤碼率的表達(dá)式。一般情況下，單音干擾的初始相位是內(nèi)均勻分布的隨機(jī)變量，此時(shí)總誤碼率為：

當(dāng)只對(duì)傳號(hào)通道進(jìn)行單音干擾時(shí)，在式（5）中，令A(yù)j2＝0，則B2＝A，N0＝N1＝N2＝Nt，分別代入式（11）、式（12），可以得到：

根據(jù)貝塞爾函數(shù)定義，有：

式（17）中π的第1項(xiàng)表示為：

因此，總誤碼率為：

由圖4可以看出，信噪比一定的情況下誤碼率隨著干信比增大而增大，同一干信比情況下信噪比越小誤碼率越大，信噪比在10～20之間，干信比大于0時(shí)，誤碼率大于0.2，達(dá)到3級(jí)干擾效果。

圖4 FSK系統(tǒng)誤碼率與干信比的關(guān)系

圖5 是FSK系統(tǒng)誤碼率與信噪比的關(guān)系。

圖5 FSK系統(tǒng)誤碼率與信噪比的關(guān)系

由圖5可以看出干信比小于0時(shí)，影響誤碼率的主要因素為信噪比，隨著信噪比的增大誤碼率逐漸減?。桓尚疟却笥?時(shí)，影響誤碼率的主要因素為干擾信號(hào)，隨著信噪比增大誤碼率逐漸增大；當(dāng)干信比為0時(shí)，誤碼率不受信噪比影響，為恒定值。

4 結(jié)束語(yǔ)

本文完成了FSK調(diào)制方式的調(diào)制與解調(diào)器仿真模型的建立，并且以單音干擾為例，對(duì)2FSK調(diào)制信號(hào)進(jìn)行了干擾仿真分析，通過(guò)仿真計(jì)算，得出了誤碼率與干信比、信噪比的關(guān)系圖，進(jìn)一步分析了單音干擾對(duì)FSK調(diào)制方式的通信信號(hào)誤碼率的影響。本論文所得結(jié)論對(duì)軟件接收機(jī)和干擾樣式的設(shè)計(jì)都具有一定的參考價(jià)值。

［1］馮小平，李鵬，楊紹全.通信對(duì)抗原理［M］.西安：西安電子科技大學(xué)，2009.

［2］《電子戰(zhàn)技術(shù)與應(yīng)用——通信對(duì)抗篇》編寫組.電子戰(zhàn)技術(shù)與應(yīng)用——通信對(duì)抗篇［M］.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

［3］Poisel Richard A.現(xiàn)代通信干擾原理與技術(shù)［M］.通信對(duì)抗技術(shù)國(guó)防科技重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室譯.北京：電子工業(yè)出版社，2005.

［4］張辰光.數(shù)字通信系統(tǒng)噪聲干擾方法與仿真［D］.西安：西安電子科技大學(xué)，2007.