基于徑向函數(shù)的通信智能抗干擾系統(tǒng)設(shè)計(jì)

艾散·帕合提，吾斯曼·玉山

（新疆工程學(xué)院信息工程學(xué)院，新疆烏魯木齊 830023）

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，越來(lái)越多的智能通信設(shè)備涌入我們的生活。移動(dòng)電話(huà)、無(wú)線(xiàn)電腦、寬帶等先進(jìn)的智能通信設(shè)備成為人們?nèi)粘Ｉ畹闹匾糠?，與此同時(shí)，人們對(duì)智能通信設(shè)備的要求在不斷提高，這些智能通信設(shè)備需要可靠性高、速度快，對(duì)外界環(huán)境的抗干擾能力強(qiáng)。智能通信設(shè)備更強(qiáng)的抗干擾能力能更好地確保人們的通話(huà)質(zhì)量，因此，如何提高智能通信設(shè)備的抗干擾能力，是近幾年來(lái)科學(xué)家們研究的熱門(mén)話(huà)題之一。評(píng)估智能通信設(shè)備的抗干擾能力需要很多指標(biāo)，落實(shí)到具體的評(píng)估工作時(shí)，要綜合考慮各方面因素對(duì)通信的影響，不能用好與不好來(lái)簡(jiǎn)單地評(píng)估通信設(shè)備的抗干擾能力，對(duì)智能通信設(shè)備抗干擾能力的評(píng)估要細(xì)致、全面地分析，以此來(lái)保證通信智能抗干擾系統(tǒng)的實(shí)用性[1]。

為了達(dá)到智能通信抗干擾的需求，在具體的實(shí)現(xiàn)當(dāng)中需要應(yīng)用調(diào)頻、自適應(yīng)跳頻等抗干擾技術(shù)，根據(jù)干擾環(huán)境的不同來(lái)選擇最佳的抗干擾方案[2]。綜上所述，基于徑向函數(shù)設(shè)計(jì)一種新的通信智能抗干擾系統(tǒng)，與傳統(tǒng)的抗干擾系統(tǒng)相比，該系統(tǒng)模仿了人的思維方式，能夠使通信系統(tǒng)的抗干擾能力和準(zhǔn)確性更強(qiáng)，應(yīng)用更廣泛。

1 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)

基于徑向函數(shù)的通信智能抗干擾系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)如圖1 所示。

圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)

1.1 處理器設(shè)計(jì)

基于徑向函數(shù)的通信智能抗干擾系統(tǒng)的最重要部件是處理器，智能通信抗干擾設(shè)備的通信信號(hào)與中心處理設(shè)備有一定的距離，很難將通信信號(hào)發(fā)送出去，所以需要對(duì)基于徑向函數(shù)的通信智能抗干擾系統(tǒng)的處理器作進(jìn)一步的調(diào)整，對(duì)其信號(hào)進(jìn)行放大，作轉(zhuǎn)換處理，得到轉(zhuǎn)換后的處理結(jié)果[3]。智能通信抗干擾系統(tǒng)的信號(hào)通常將電壓信號(hào)作為頻率信號(hào)，該文選用的智能通信抗干擾系統(tǒng)的處理器內(nèi)部中心件的變換信號(hào)采用YUT 信號(hào)，它是一種具有高性能的數(shù)字信號(hào)，電路上的電流需要控制在50 mA 以上，以便能夠循環(huán)運(yùn)行[4]。處理器結(jié)構(gòu)如圖2 所示。

圖2 處理器結(jié)構(gòu)

根據(jù)圖2 可知，處理器的外部結(jié)構(gòu)分上下兩部分，上部的結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)聯(lián)系通信智能抗干擾設(shè)備，下部結(jié)構(gòu)負(fù)責(zé)聯(lián)系中心緩沖器，時(shí)鐘設(shè)備的工作時(shí)序?yàn)镮/O 時(shí)序，為了提高通信智能抗干擾系統(tǒng)的抗干擾能力，處理器的內(nèi)部需要設(shè)置時(shí)鐘來(lái)記錄運(yùn)行當(dāng)中的時(shí)鐘信號(hào)，運(yùn)行過(guò)程中的時(shí)間要精確到秒，時(shí)鐘的核心芯片選用PA576 芯片，連接4 個(gè)并聯(lián)接口使時(shí)鐘的工作狀態(tài)達(dá)到最佳。處理器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)是保護(hù)二極管、時(shí)鐘設(shè)備、電流、電壓、PA576芯片和YUT信號(hào)[5]。時(shí)鐘設(shè)備如圖3 所示。

圖3 時(shí)鐘設(shè)備

該文選用的處理器在抗干擾方面能力較強(qiáng)，在通信智能抗干擾系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，處理器的各個(gè)硬件設(shè)備處于工作狀態(tài)，硬件設(shè)備和軟件充分配合使系統(tǒng)的傳輸信號(hào)能正常發(fā)送，以免出現(xiàn)錯(cuò)誤。

1.2 顯示器設(shè)計(jì)

通信智能抗干擾系統(tǒng)的顯示器選用RT-375，其芯片采用目前最先進(jìn)的NMI645 芯片，不管通信設(shè)備的外界環(huán)境有多糟糕，這種芯片都可以將系統(tǒng)的抗干擾信號(hào)清晰地顯示出來(lái)。NMI645 芯片示意圖如圖4 所示。

圖4 NMI645芯片示意圖

顯示器的電壓控制在10 kV，電流為5 mA，具有10 個(gè)驅(qū)動(dòng)器和20 個(gè)接收器，以此來(lái)保證顯示器能高效、穩(wěn)定運(yùn)行，顯示器內(nèi)部電平采用單向電平，防止通信智能抗干擾系統(tǒng)中的交流信號(hào)出現(xiàn)重疊。顯示器的供電電壓必須大于5 V，以防影響通信智能抗干擾系統(tǒng)的抗干擾能力，顯示器的內(nèi)部電平在正常工作時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)速度要小于650 kbps。

1.3 擴(kuò)頻器設(shè)計(jì)

擴(kuò)頻在傳統(tǒng)模式下是較為成熟的通信抗干擾技術(shù)，其應(yīng)用了CDMA 擴(kuò)頻方法，在運(yùn)行中需要較少的整數(shù)乘法次數(shù)，以整數(shù)或負(fù)整數(shù)的擴(kuò)頻碼對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行擴(kuò)頻，選用的通信智能抗干擾系統(tǒng)的擴(kuò)頻器為YUI768擴(kuò)頻器，其符號(hào)速率為259 kbps，碼元速率為350 kbps，同階碼擴(kuò)頻因子為該階碼的數(shù)量，低階碼和其子碼在運(yùn)行時(shí)不能同時(shí)使用。擴(kuò)頻器結(jié)構(gòu)如圖5所示。

圖5 擴(kuò)頻器結(jié)構(gòu)

擴(kuò)頻器的碼字速率選擇384 kbps，擴(kuò)頻因子小于1，擴(kuò)頻器的子碼要用于控制信道，控制信道包括上行物理信道和下行物理信道，下行物理信道采用qpsk的調(diào)制方式，在運(yùn)行過(guò)程中進(jìn)行串并變換控制變量同時(shí)輸入。上行物理信道采用bpsk 調(diào)制方式，其比特傳輸速率要大于235 kbps，上行擴(kuò)頻因子是下行的3 倍，上行擴(kuò)頻系數(shù)選用10和1，這樣可顯示通信智能抗干擾系統(tǒng)的抗干擾系數(shù)，可固定擴(kuò)頻系數(shù)。擴(kuò)頻器電路如圖6 所示。

圖6 擴(kuò)頻器電路

通信智能抗干擾系統(tǒng)的終端顯示碼信息，通過(guò)擴(kuò)頻碼可判斷其他終端碼、峰值速率隨著抗同頻干擾的能力增強(qiáng)而增加，下行物理信道可由動(dòng)態(tài)分配的時(shí)隙來(lái)進(jìn)行，而上行物理信道不存在這樣的約束，可不用判斷碼的問(wèn)題。

2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

基于徑向函數(shù)的通信智能抗干擾系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)[6]主要采用徑向函數(shù)的工作原理[7]。徑向函數(shù)是一個(gè)取值依賴(lài)離原點(diǎn)距離的實(shí)值函數(shù)，這可以被解釋成一個(gè)簡(jiǎn)單的網(wǎng)絡(luò)，在通信智能抗干擾系統(tǒng)中，需要感知頻譜[8]、信道干擾評(píng)估[9]、通信智能設(shè)備連接等。與傳統(tǒng)的抗干擾技術(shù)相比，采用徑向函數(shù)的抗干擾系統(tǒng)，其基本結(jié)構(gòu)是在系統(tǒng)的接收端獲得動(dòng)態(tài)頻譜感知能力，將預(yù)先設(shè)置值作為子載波頻率，這種抗干擾技術(shù)是無(wú)線(xiàn)電技術(shù)與顯示技術(shù)的整合，中間信號(hào)的傳輸速率介于比特速率與頻譜速率之間，在頻域構(gòu)造中含有抗干擾的信號(hào)波形[10]，再與擴(kuò)頻器相結(jié)合，可將通信智能抗干擾系統(tǒng)的通信信號(hào)擴(kuò)展到整個(gè)頻譜段[11]。徑向函數(shù)的信號(hào)波形如圖7 所示。

圖7 徑向函數(shù)的信號(hào)波形

通過(guò)顯示器的掃描顯示，通信智能設(shè)備的頻譜值與原有值進(jìn)行對(duì)比可得出新的頻譜值。通信信號(hào)頻率可作為軟件分析中的初值，采用徑向函數(shù)的分類(lèi)策略選取可用頻譜[12]。設(shè)置有效輻射功率為376 W，通信速度為100 kbps，在通信設(shè)備受到不明干擾時(shí)，通信信號(hào)的幅度值可忽略不計(jì)。

基于徑向函數(shù)的通信智能抗干擾系統(tǒng)的工作流程可分為以下幾步：

首先，顯示通信數(shù)據(jù)，對(duì)通信智能抗干擾系統(tǒng)的數(shù)據(jù)進(jìn)行初始化操作并記錄，記錄的數(shù)據(jù)保存在云端數(shù)據(jù)庫(kù)中。通過(guò)處理器采集通信信號(hào)傳輸過(guò)程中的各個(gè)數(shù)據(jù)[13]，除數(shù)據(jù)外的通信信息可由采集節(jié)點(diǎn)傳輸給系統(tǒng)接收端，利用采集的節(jié)點(diǎn)控制整個(gè)干擾數(shù)據(jù)[14]，通信智能設(shè)備的顯示器通過(guò)采集節(jié)點(diǎn)的傳輸顯示通信設(shè)備發(fā)送的抗干擾數(shù)據(jù)[15]。

圖8 工作流程

然后，整理干擾通信設(shè)備正常運(yùn)行的因素，使用無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)處理通信設(shè)備的抗干擾性能。通過(guò)采樣的各個(gè)信息，處理采樣的抗干擾數(shù)據(jù)，分析通信智能抗干擾設(shè)備的抗干擾能力。如果顯示器顯示的抗干擾信號(hào)數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)，則說(shuō)明此通信智能抗干擾系統(tǒng)的抗干擾能力很好，干擾報(bào)警系統(tǒng)不會(huì)正常運(yùn)行；如果通信智能抗干擾系統(tǒng)的顯示器顯示的數(shù)據(jù)超出范圍，則說(shuō)明抗干擾能力受到了影響[16-19]，報(bào)警器會(huì)啟動(dòng)報(bào)警。

最后，將通信系統(tǒng)得到的由無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)傳遞的干擾信息通過(guò)A/D 轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換，處理器處理得到結(jié)果，如果干擾的元素值正常波動(dòng)，則表示抗干擾系統(tǒng)正常工作，顯示器的顏色為綠色；如果干擾的元素值異常波動(dòng)，則表示抗干擾系統(tǒng)抗干擾能力下降，顯示器的顏色為紅色。

3 實(shí)驗(yàn)研究

為了研究該文提出的基于徑向函數(shù)的通信智能抗干擾系統(tǒng)的有效性，與傳統(tǒng)的基于數(shù)據(jù)挖據(jù)的通信智能抗干擾系統(tǒng)和基于物聯(lián)網(wǎng)的通信智能抗干擾系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)對(duì)比。穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果如圖9 所示。

根據(jù)圖9 可知，所設(shè)計(jì)的基于徑向函數(shù)的通信智能抗干擾系統(tǒng)穩(wěn)定性高于傳統(tǒng)系統(tǒng)。這是因?yàn)樵O(shè)計(jì)系統(tǒng)通過(guò)頻譜感知減少干擾波形的變化，在某些干擾情況下，通過(guò)徑向函數(shù)原理也可改善通信質(zhì)量，使系統(tǒng)的抗干擾能力得以正常發(fā)揮。根據(jù)系統(tǒng)波形的復(fù)雜度對(duì)干擾的影響因子進(jìn)行分類(lèi)，從而選擇最佳的抗干擾通信波形或者針對(duì)不同因素的干擾進(jìn)行相應(yīng)的抵消。顯示器的時(shí)鐘顯示不需花費(fèi)大量時(shí)間，該系統(tǒng)在短時(shí)間能使抗干擾能力增強(qiáng)，具有很強(qiáng)的實(shí)時(shí)性，確保了通信數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，使通話(huà)更快速、穩(wěn)定。

圖9 穩(wěn)定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

4 結(jié)束語(yǔ)

智能通信設(shè)備在人們的日常生活中扮演著重要角色，人們對(duì)通信設(shè)備的要求不斷提升，智能通信設(shè)備是目前最重要的通信設(shè)備之一，設(shè)計(jì)新的抗干擾技術(shù)與方案成為如今的熱點(diǎn)，抗干擾能力影響著通信設(shè)備的正常運(yùn)行，該文基于徑向函數(shù)設(shè)計(jì)的通信智能抗干擾系統(tǒng)具有極強(qiáng)的抗干擾能力，能夠很好地確保通信過(guò)程的穩(wěn)定性。