基于頻譜信息的網(wǎng)絡(luò)多缺陷干擾抑制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

周琦 李明

摘? 要： 為了克服現(xiàn)有干擾抑制系統(tǒng)存在抑制效果差的問題，文章提出并設(shè)計(jì)基于頻譜信息的網(wǎng)絡(luò)多缺陷干擾抑制系統(tǒng)。系統(tǒng)硬件的主要芯片為TMS320C6713B芯片，采用EMIF接口完成硬件設(shè)備的連接，采用AIC23B與DSP芯片完成系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸。軟件部分首先對(duì)干擾的影響進(jìn)行分析，依據(jù)影響情況，分析加窗與頻譜泄漏的關(guān)系?；陬l譜信息實(shí)現(xiàn)多缺陷干擾抑制，完成抑制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，在強(qiáng)干擾下，該系統(tǒng)可以有效抑制接收信號(hào)所存在的干擾，具有極高的干擾抑制能力。

關(guān)鍵詞： 多缺陷干擾抑制; 設(shè)備連接; 干擾分析; 系統(tǒng)設(shè)計(jì); 數(shù)據(jù)傳輸; 相關(guān)性分析

中圖分類號(hào)： TN711?34? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)： 1004?373X（2020）18?0089?03

Abstract： A network multi?defect interference suppression system based on spectrum information is proposed and designed to improve the suppression effect in the existing interference suppression system. In the system hardware， the TMS320C6713B chip is used as the main chip，? the EMIF interface is used to complete the connection of hardware equipment， and AIC23B and DSP chips are used to complete the data transmission of the system. In the software part， the influence of interference is analyzed， and the relationship between windowing and spectrum leakage is analyzed according to the influence. The multi?defect interference suppression is realized based on the spectrum information， and the design of the suppression system is completed. The experimental results show that， under the condition of strong interference， the system can effectively suppress the interference existing in the received signals， which has extremely high interference suppression ability.

Keywords： multi?defect interference suppression; device connection; interference analysis; system design; data transmission; correlation analysis

0? 引? 言

在網(wǎng)絡(luò)普及的現(xiàn)在，由于網(wǎng)絡(luò)使用環(huán)境的不同，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)多種缺陷，需要及時(shí)對(duì)其造成的干擾進(jìn)行抑制[1?2]。雖然現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)自身均進(jìn)行抗干擾設(shè)計(jì)，但其抗干擾能力與網(wǎng)絡(luò)存在的缺陷種類密切相關(guān)，通常情況下網(wǎng)絡(luò)缺陷越多，抗干擾能力越差。通過降低網(wǎng)絡(luò)缺陷來提高網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力，代價(jià)是需要增加網(wǎng)絡(luò)自身性能及對(duì)外界環(huán)境的適應(yīng)能力[3?5]。

李勝男等提出基于非連續(xù)抽頭模型的干擾抑制系統(tǒng)，采用平移替代法與網(wǎng)絡(luò)信號(hào)產(chǎn)生隨機(jī)映射，基于非連續(xù)抽頭模型產(chǎn)生跳頻信號(hào)，對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)中的干擾信號(hào)進(jìn)行抑制，但該系統(tǒng)存在使用受限的問題[6]。黎海濤等提出基于通道失衡的干擾抑制系統(tǒng)，通過對(duì)通信通道失衡造成的鏡像干擾進(jìn)行分析，預(yù)測(cè)接收機(jī)的干擾率，完成干擾系統(tǒng)研究，但該方法只能去除一種干擾，對(duì)于其他干擾并不能完全抑制[7]。李方提出采用多端處理方法設(shè)計(jì)干擾抑制系統(tǒng)，抑制系統(tǒng)由激勵(lì)端、檢測(cè)端和處理端組成，激勵(lì)端進(jìn)行信號(hào)放大處理，檢測(cè)端進(jìn)行干擾源檢測(cè)與定位，處理端將檢測(cè)端檢測(cè)到的干擾信號(hào)進(jìn)行干擾濾除處理，完成抑制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，但是該抑制系統(tǒng)的抑制效果并不是十分理想[7]。

為了解決上述抑制干擾方法存在的問題，提出并設(shè)計(jì)了基于頻譜信息的網(wǎng)絡(luò)多缺陷干擾抑制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)干擾的有效抑制。

1? 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

1.1? 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

為了提高系統(tǒng)的干擾抑制性能，設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件組成如圖1所示。

1.2? TMS320C6713B芯片介紹

TMS320C6713B芯片是目前應(yīng)用領(lǐng)域最為廣泛的功能型芯片之一，其程序的總線帶寬為256 bit。取指令的上限為8條，并且每條指令執(zhí)行過程均會(huì)形成單獨(dú)的功能單元[8]。

1.3? 數(shù)據(jù)與控制接口

抑制系統(tǒng)硬件采用AIC23B數(shù)據(jù)接口進(jìn)行連接。在AIC23B數(shù)據(jù)接口工作過程中，共具備4種工作模式[9]，當(dāng)工作模式為DSP模式，其更加適用于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的緩存串口連接。建立[AIC23B]與[DSP]的數(shù)據(jù)連接采用[IIS]或[DSP]模式在數(shù)據(jù)通信中區(qū)別不大。[DSP]模式下的幀同步信號(hào)寬要結(jié)合連接的[DSP]的音頻緩沖串行接口來設(shè)置[9]。

2? 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

2.1? 缺陷干擾的影響分析

如果成功地捕獲跟蹤到網(wǎng)絡(luò)信號(hào)，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的判定是通過[I]路累加數(shù)和背景噪聲大小相比較來決定的。無缺陷干擾下的跟蹤結(jié)果如圖2所示。

在該場(chǎng)景下，捕獲結(jié)果如圖3所示。接收機(jī)已無法對(duì)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)進(jìn)行捕獲。

2.2? 加窗與頻譜泄漏

當(dāng)運(yùn)用FFT求頻譜時(shí)，對(duì)時(shí)域采樣點(diǎn)進(jìn)行截?cái)嗖僮髑覜]有按照整數(shù)倍的周期采取截?cái)郲10]。觀測(cè)窗口數(shù)據(jù)會(huì)存在間斷現(xiàn)象，這種現(xiàn)象是“頻譜泄漏”。正弦信號(hào)與截?cái)嘈盘?hào)序列如圖4所示。

2.3? 發(fā)送端干擾抑制預(yù)編碼技術(shù)

采用破零波束成形技術(shù)，以容量最大化為目標(biāo)，就是要有1組預(yù)編碼[wk，k=1，2，…，K]，最大化每個(gè)用戶的信干比。第[k]個(gè)用戶的接收信號(hào)計(jì)算公式為：

式中：[hk]表示通信信道矢量值，[vk]表示破零波束成形矢量值;[sk]表示基站發(fā)送信號(hào);[Pk]與[nk]分別表示發(fā)送給用戶[k]的信噪功率、接收噪聲。用戶[k]的接收信噪比可以表示為：

為了能夠使其他用戶的接收信號(hào)不再受到當(dāng)前用戶信號(hào)干擾，用戶的波束需要滿足[11]：

這樣就可以消除式（3）之間的用戶干擾。

3? 系統(tǒng)性能驗(yàn)證

實(shí)驗(yàn)在Matlab平臺(tái)上進(jìn)行，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)長(zhǎng)度為1 000 MB。以I路與Q路的跟蹤情況與干擾抑制效果為實(shí)驗(yàn)指標(biāo)，將所提系統(tǒng)與文獻(xiàn)[6]、文獻(xiàn)[7]系統(tǒng)進(jìn)行對(duì)比，具體實(shí)驗(yàn)過程如下。

3.1? I路跟蹤結(jié)果

在強(qiáng)干擾下，所設(shè)計(jì)系統(tǒng)用于3種不同濾波器的I路跟蹤，跟蹤結(jié)果如圖5所示。

分析圖5可知，在所設(shè)計(jì)系統(tǒng)的抑制下，3種濾波器的I路跟蹤結(jié)果與無干擾下的跟蹤結(jié)果相同，說明所設(shè)計(jì)抑制系統(tǒng)可有效抑制強(qiáng)干擾造成的影響。

3.2? Q路跟蹤結(jié)果

為了使系統(tǒng)驗(yàn)證更加充分，同樣在強(qiáng)干擾下驗(yàn)證3種濾波器的Q路跟蹤結(jié)果，如圖6所示。

從圖6中可以明顯看出，在所提系統(tǒng)抑制下，3種濾波器的Q路跟蹤結(jié)果基本未出現(xiàn)受干擾情況，與未干擾狀態(tài)下的跟蹤結(jié)果基本一致。

3.3? 干擾抑制對(duì)比

為了使系統(tǒng)的抑制性能得到更加充分的驗(yàn)證，選取存在強(qiáng)干擾的接收信號(hào)，分別采用所提系統(tǒng)與文獻(xiàn)[6]、文獻(xiàn)[7]系統(tǒng)進(jìn)行抑制。接收信號(hào)干擾抑制前的頻譜域如圖7所示。

采用3種系統(tǒng)對(duì)上述干擾抑制前的接收信號(hào)進(jìn)行抑制，抑制結(jié)果分別如圖8～圖10所示。

對(duì)比分析圖8～圖10可知，經(jīng)文獻(xiàn)[6]系統(tǒng)抑制后，接收信號(hào)仍然存在較大的幅值波動(dòng)。從文獻(xiàn)[7]系統(tǒng)抑制后的放大結(jié)果可知，接收信號(hào)存在斷裂現(xiàn)象。而所提系統(tǒng)的抑制效果較好，抑制后接收信號(hào)幅值變化趨于穩(wěn)定，充分說明所設(shè)計(jì)的基于頻譜信息的網(wǎng)絡(luò)多缺陷干擾抑制系統(tǒng)具有較好的抑制性能。

4? 結(jié)? 論

為了提高對(duì)網(wǎng)絡(luò)多缺陷干擾的抑制能力，文章提出一種基于頻譜信息的網(wǎng)絡(luò)多缺陷干擾抑制系統(tǒng)。為了提高系統(tǒng)的抑制能力，針對(duì)性地設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件與軟件結(jié)構(gòu)，在系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)部分，分析加窗與頻譜泄漏關(guān)系，完成軟件設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與現(xiàn)有干擾抑制系統(tǒng)相比，所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)抗干擾能力較強(qiáng)，對(duì)信號(hào)干擾抑制的結(jié)果十分理想，具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1] 席圣渠，姚遠(yuǎn)，徐鋒，等.基于循環(huán)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的缺陷報(bào)告分派方法[J].軟件學(xué)報(bào)，2018，29（8）：2322?2335.

[2] 唐博.動(dòng)態(tài)網(wǎng)絡(luò)模糊域數(shù)據(jù)缺陷實(shí)時(shí)修正方法仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2018，35（4）：266?269.

[3] 和何，李琳琳，路云飛.相遇概率與中心方向位置在戰(zhàn)場(chǎng)容遲容斷網(wǎng)絡(luò)分簇中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)工程，2018，44（7）：98?102.

[4] 吳明，張思耀，金星虎.基于節(jié)點(diǎn)對(duì)接觸模型容延網(wǎng)絡(luò)的路由算法研究[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2017，17（1）：224?230.

[5] 朱江，明月，王森.基于深度自編碼網(wǎng)絡(luò)的安全態(tài)勢(shì)要素獲取機(jī)制[J].計(jì)算機(jī)應(yīng)用，2017，37（3）：771?776.

[6] 李勝男，李永貴，牛英滔，等.動(dòng)態(tài)頻譜抗干擾系統(tǒng)中動(dòng)態(tài)寬間隔跳頻序列研究[J].計(jì)算機(jī)工程，2018，44（2）：147?150.

[7] 黎海濤，錢一名.IQ通道失衡對(duì)同時(shí)收發(fā)認(rèn)知抗干擾系統(tǒng)的影響[J].北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，43（3）：449?456.

[8] 李方.網(wǎng)絡(luò)入侵中的異常信號(hào)抗干擾檢測(cè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2017，40（6）：10?13.

[9] 張偉.移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)通信入侵干擾信號(hào)優(yōu)化檢測(cè)仿真[J].計(jì)算機(jī)仿真，2017，34（10）：265?268.

[10] 謝銳，裴東興，姚琴琴.高頻信號(hào)動(dòng)態(tài)測(cè)試中的信號(hào)完整性分析[J].儀器儀表學(xué)報(bào)，2017，38（3）：773?779.

[11] 張超逸，曾丹丹，李金海，等.改進(jìn)的GNSS信號(hào)快速捕獲檢測(cè)算法[J].哈爾濱工程大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，38（10）：1609?1615.