船舶通信過程重疊干擾自適應弱化方法

于坤 田源

摘?要：隨著網(wǎng)絡通信技術在船舶通信系統(tǒng)中的廣泛應用，數(shù)字信號已成為船舶通信的主要信號模式。與傳統(tǒng)通信信號不同，數(shù)字通信信號具有傳輸速率快、數(shù)據(jù)傳輸安全性高的特點。但是，網(wǎng)絡通信信號在傳輸過程中，受到干擾數(shù)據(jù)源的影響，仍然存在噪聲，因此在通信信號傳輸過程中，需要采用數(shù)字降噪技術，通過濾波器對信號進行噪聲抑制，達到提升信號傳輸速率，凈化信號純凈度的目的。經(jīng)過長期實踐發(fā)現(xiàn)，傳統(tǒng)算法對信號的傳輸優(yōu)化效果并不明顯，信號噪聲對傳輸速率影響仍舊十分嚴重。為此提出船舶通信信號傳輸算法優(yōu)化，對傳統(tǒng)算法存在的問題進行針對性解決?；诖?，本篇文章對船舶通信過程重疊干擾自適應弱化方法進行研究，以供參考。

關鍵詞：船舶;通信過程重疊干擾;自適應;弱化方法

引言

作為海上運輸?shù)年P鍵工具?船舶也受到了前所未有的關注。海上船舶數(shù)量的增加，勢必會提升海上交通的復雜度，也對岸上指揮站提出了更高的挑戰(zhàn)。為了避免海上船舶交通事故的發(fā)生，引入了無線通信技術，保障船舶之間、船舶與指揮站之間的通信順暢。但是由于船舶通信環(huán)境較為復雜，再加之海上天氣變化莫測，導致船舶通信信號傳輸質(zhì)量無法得到保障，嚴重時會導致接收的通信信號惡化，誤碼率極高，如何精確檢測船舶通信信號的傳輸質(zhì)量成為無線通信技術領域重點研究課題之一。所以，為了解決傳統(tǒng)船舶數(shù)據(jù)通信過程干擾自適應的弱化方法，結合網(wǎng)絡優(yōu)化調(diào)度算法對船舶通信方法進行優(yōu)化研究，以提高數(shù)據(jù)通信質(zhì)量和效率。

1船舶通信分類

船舶通信方式通常分為聲信號通信、視覺信號通信和無線電通信等，受船舶航行環(huán)境制約和安全性、可靠性、便攜性等多方面因素考慮，無線電通信逐漸成為船舶通信的主要方式。無線電通信根據(jù)信道頻率、波長可以分為超長波、長波、中波、短波、超短波和微波，超長波通常用于海岸潛艇通信及海上導航，長波通常用于地下通信和海上導航，中波通常用于廣播和海上導航，短波、超短波及微波是目前船舶常用且相對可靠的通信方式。

2船舶通信技術發(fā)展回顧

上世紀七八十年代，在地面通信系統(tǒng)中，窄帶直接印字帶你報和無線電話技術在船舶通信中得到應用，衛(wèi)星通信技術逐漸進入船舶通信行列中。隨著船舶現(xiàn)代化程度及其管理水平的提高，為滿足船舶管理與船員日常通信需求，大量的現(xiàn)代通信技術在船舶上得到廣泛應用，視頻、語音、圖片及各類船舶參數(shù)的海量數(shù)據(jù)信息，導致不得不在同一船上安裝各波段通信設備，但同時也帶來了電磁干擾的隱患通病。

3船舶通信過程重疊干擾自適應弱化方法

3.1通信干擾

無線通信系統(tǒng)中，干擾的基本分類主要有：（1）同頻干擾。同頻干擾是指相鄰兩個或幾個基站的覆蓋重疊區(qū)內(nèi)，接受點場強是來自各基站信號場強之和;（2）臨頻干擾。臨頻干擾指的是干擾信號載頻類似于有用信號，造成其功率落入接收機幾首有用信號的頻譜帶內(nèi)，對接受及產(chǎn)生影響。（3）互調(diào)干擾?；フ{(diào)干擾是指因兩種以上不同頻率有用信號在穿過同一非線性電路過程中，有用信號間會出現(xiàn)互相調(diào)制，由此產(chǎn)生新頻率成分現(xiàn)象。（4）雜散干擾。雜散干擾只要是指由于發(fā)射機倍頻器的濾波特性不好，而使一些二次和三次諧波分量在發(fā)射機輸出級輸出，產(chǎn)生雜波輻射信號。

3.2重疊干擾信道劃分算法下的重疊干擾源信道劃分

用G代表通信數(shù)據(jù)流量集合，令干擾源特征數(shù)據(jù)流gn的負載為ai，qn代表擾源特征數(shù)據(jù)流gn的信道參量。對H（B，R）進行加權計算，從而獲得干擾源重疊加權數(shù)據(jù)流子圖Gg=（Bg，Rg），則重疊干擾源鏈路a上的權重和load（a）：load（a）=∑gn∈Gtn×tagn，（1）令鏈路層an=（on，bn）與ak=（on，bn）間的歐式距離為f（an，ak），其對應的鏈路層an上的任意一個節(jié)點與鏈路層ak上的任意一個節(jié)點間距離為歐氏距離，且滿足歐氏距離的最小約束條件，即f（an，ak）=min（f（on，ok），f（on，bk），f（on，bn），f（bn，bk）），（2）通過分析發(fā)現(xiàn)，重疊的干擾源信號具有不同的頻率，則干擾源信號的分布信道TN（v）的函數(shù)表達式為：TN（0）=f（an，ak）= ，（3）將重疊干擾信號分布時間間隔υ導入變量關系式，可推導得到干擾源信號的分布信道TN（v）的信道劃分范圍為：TN（υ）=Nt（υ）×TN（0）。（4）

3.3自適應干擾抑制算法的弱化計算

首先，將重疊干擾信號濾波器的抑制參量設置為同步狀態(tài)，在同步狀態(tài)下，導入重疊干擾源信號，并獲取樣本抑制變量，其函數(shù)特征式為：xl=dl+il+nl。（5）式中：dl為重疊干擾源的二維特征信號濾波器的數(shù)據(jù)信號;il為干擾源中的噪聲信號比;nl為同時具有干擾特征與噪聲特征的信號;3個參量之間相互獨立。令干擾源噪聲抑制過程為ST，則nl=∑qk=1?knl?k+fl。（6）式中：fl為噪聲值為0的白噪聲均值系數(shù);?k為噪聲協(xié)方差。根據(jù)上述噪聲抑制過程，重疊干擾源自適應弱化的函數(shù)輸出量為：qb（b）=12[I?（b?1）+I?（b+1）]。（7）

3.4電磁兼容方案

對于雷達與其他無線電系統(tǒng)間的電磁兼容，目前較為有效的方法是進行各個系統(tǒng)間電磁兼容性的統(tǒng)一管理。一是合理分配工作頻率，對雷達的基波輻射和諧波等寄生輻射進行計算及現(xiàn)場測量，得出最佳頻率配置才能有效防止雷達對無線電系統(tǒng)的干擾;二是統(tǒng)一規(guī)劃站點設置布局，對大功率發(fā)射設備和高敏感度接收設備，進行統(tǒng)一規(guī)化布局以減小耦合干擾。布局應考慮極化隔離去耦，采用不同的極化方式布置干擾設備，以增加電磁干擾的去耦度;三是采取有效地屏蔽，利用導電或導磁材料制成屏蔽體限制電磁干擾，達到抑制干擾能量的泄露和防止外來干擾進入的成效。常用的電磁屏蔽由靜電屏蔽、磁場屏蔽和電纜屏蔽。除了以上幾種措施以外，還可以通過利用吸收材料進行微波吸收的電磁吸收技術、能保持設備和整個系統(tǒng)穩(wěn)定工作的系統(tǒng)接地手段等進行電磁兼容設計。此外，針對于雷達輻射干擾可能會造成無線電系統(tǒng)接收機端發(fā)生脫敏的問題，可以在雷達發(fā)射機末端采用腔體濾波器，以減少進入AIS等接收機通帶內(nèi)的寬帶噪聲?；蛘咴诖拿總€AIS天線前采用腔體濾波器，以減少進入通訊系統(tǒng)接收機通帶內(nèi)的寬帶噪聲，還要避免船舶與船舶、船舶與衛(wèi)星以及船舶與岸基之間分配相同的信道，防止同頻道干擾的風險。

3.5干擾抵消技術算法

干擾抵消技術歸屬于數(shù)字信號處理的范疇，在無線通信領域中的應用非常廣泛。通過對中繼設備的合理利用來達到擴大信號的目的，從而實現(xiàn)覆蓋范圍的優(yōu)化整合，借助干擾抵消算法，減少同頻干擾而引起的信號失真，確保通信系統(tǒng)的可靠性。對于船舶通信系統(tǒng)而言，需要在較強的干擾信號下，檢測有用的信號，而這一過程需要進行干擾抵消，所以在船舶通信系統(tǒng)構建時，干擾抵消算法成為重要的組成部分之一。最小均方算法簡稱LMS，是通過對最陡下降算法進行改進之后得到的算法，理論基礎是維納濾波。在計算的過程中，無需已知輸入信號以及期望信號的統(tǒng)計特征，利用上一時刻的權系數(shù)加上負均方誤差梯度的比例項，便可得到當前時刻的權系數(shù)。LMS算法的計算過程較為簡單，具有良好的收斂性，穩(wěn)定性非常高。該算法的性能主要受到收斂速度、穩(wěn)態(tài)誤差、算的復雜程度等因素的影響。其中LMS算法能夠對信道做出有效估計，同時，為對有用信號給濾波器造成的干擾進行抑制，LMS算法要選擇比較低的步長。從計算的復雜程度上看，LMS算法在干擾抑制方面的效果比較好，步長越小，干擾抑制效果就越好。

結束語

船舶無線網(wǎng)絡通信作為現(xiàn)代無線通信中的核心研究領域，對船舶安全航行以及無線網(wǎng)絡的發(fā)展具有重要意義。為了在復雜海洋環(huán)境下保證船舶通信質(zhì)量，提出重疊干擾自適應弱化方法在船舶大數(shù)據(jù)通信中的應用方法，通過對通信數(shù)據(jù)進行優(yōu)化調(diào)度和去噪處理，從而有效提高通信數(shù)據(jù)調(diào)度效率，保證通信效果，為船舶通信研究提出參考建議。

參考文獻

[1]徐益華.船舶通信系統(tǒng)的異常數(shù)據(jù)檢測[J].上海企業(yè)，2019（11）：75-77.

[2]袁可可.多噪聲干擾下船舶遠程通信數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化[J].艦船科學技術，2019，41（12）：148-150.

[3]姚美菱，張震強.船舶通信系統(tǒng)中的信道分配算法設計[J].艦船科學技術，2019，41（10）：148-150.

[4]董峰.船舶通信系統(tǒng)的激光通信與燈光通信技術研究[J].艦船科學技術，2018，40（24）：133-135.

[5]秦洪.船舶通信系統(tǒng)的異常數(shù)據(jù)檢測[J].艦船科學技術，2018，40（02）：169-171.