信息技术专业 一种MF-TDMA通信体制下的抗干扰技术

一种MF-TDMA通信体制下的抗干扰技术摘要分析MF-TDMA卫星通信系统，其自身的门限终端就拥有保护时间频率跳变的功能，通过与跳频进行有机结合，从而实现抗干扰的最终目标。本文分析MF- TDMA卫星通信和自适应跳频技术，归纳并总结二者的特征，对比应用范围比较广的自适应跳频技术，同时，严格按照对比分析的结果，提出保护时间MF- TDMA(AFH- MF- TDMA)卫星通信技术。适应时延 MF- TDMA(AFH- MF- TDMA)卫星通信技术本身是基于分布式干扰检测和频点进行集中规划，拥有干扰检测精准度高的特点外，还拥有频率资源综合利用率高的特征，从而将MF-TDMA卫星通信系统的抗干扰能力充分发挥出来。关键词：门限，保护时间，时延，抗干扰Application of Adaptive Frequency-hopping in MF-TDMA Satellite CommunicationAbstract：The MF-TDMA satellite communication system is analyzed, and its own intranet terminal has the function of frequency hopping, and organically combines with frequency hopping to achieve the ultimate goal of anti-interference. This paper analyzes MF-TDMA satellite communication and adaptive frequency hopping technology, summarizes and summarizes the characteristics of the two, compares the widely used adaptive frequency hopping technology, and strictly follows the results of comparative analysis to propose adaptive frequency hopping MF- TDMA (AFH-MF-TDMA) satellite communication technology. The adaptive frequency hopping MF-TDMA (AFH-MF-TDMA) satellite communication technology itself is based on distributed interference detection and frequency point for centralized planning. It has the characteristics of high accuracy of interference detection, and also has the characteristics of high comprehensive utilization of frequency resources. Therefore, the anti-interference ability of the MF-TDMA satellite communication system is fully utilized.Key words: Threshold, Guard time, Delay, Anti-jamming1引言分析门限适应跳频MF-TDMA(AFH- MF- TDMA)卫星通信技术，该技术自身是没有一点抗干扰能力,一般情况下，该技术通过保护时间与跳频相结合，从而达到有效提升MF- TDMA技术的抗干扰能力的目标，并更加有效的适应特俗环境下的应用需求1。作为一种应用范围比较广且比较常见的频率域抗干扰通信手段，门限跳频通信多技术所具有的功能和作用也相对比较突出，不仅具有抗截获强的优势特征，同时，还具有极强的保密性和抗干扰能力，正是凭借上述几点优势特征，该技术被广泛应用于各国军事抗干扰通信领域。基于时延自动信道质量分析的基础和条件下，保护时间自适应跳频技术的应用是作为一种频率自适应工作形式和工作方式而被广泛利用，其可以在在跳频通信过程中对被干扰的频点进行自动绕开，通过最低的被干扰概率来实现通信，最终在受干扰的跳频信道上，实现时延维持良好、高质量通信的目标。2 MF-TDMA 的技术特点MF-TDMA卫星通信系统的帧结构相对比较复杂，不仅含有不同的、各种的载波信道，同时，MF-TDMA卫星通信系统把每个载波进行有效的划分和控制，让其变成非常多个时间帧，其中，每一帧也都会被划分成非常多个时隙，通过相关作用，实现有效通信。一般情况下，几个载波速率都是不一致的，具体如下图1，下图1的设计能够确保几个用户、几个业务接入具有非常高的灵活性，为提升卫星信道的资源利用率提供条件和基础。研究MF-TDMA卫星通信系统的结构和作用，其拥有与全网相一致、相统一的时刻精准尺度，因此，在通信过程中，都需要对MF-TDMA卫星通信系统进行极为严格的定时控制，此外，还需要对频率和功率进行严格的控制，在通信过程中，网内终端将在控制时隙、广播时隙变转到与之相对应的载波上，对相对应突发加以接收，在其它时刻，就在各个值守载波上进行值守，对数据突发进行有效的接收。经上分析，结合上述的所有特征，一般情况下，MF-TDMA卫星通信网中的终端拥有非常强大的能力，包含有非常强的突发时序控制能力和非常高的收发频率跳变的能力，除此之外，还极易与跳频抗干扰技术进行有机的结合。3 MF-TDMA 自适应跳频技术分析卫星通信系统，上行链路干扰和下行链路干扰是应用最广泛的干扰根据干扰方式，按照干扰信号特征来划分，则可划分为宽带噪声干扰、部分频带噪声干扰等在内的几种干扰2，对于上述几种干扰，自适应跳频通信系统具有非常好的抑制效果和削弱作用。自适应跳频通信系统接收端相较于常规跳频通信系统接收端而言，其多一个干扰检测设备，在应用的过程中，有助于将该技术实现优质通信，通过对信道质量进行实时评估、有效规避各种干扰，分析可知，自适应跳频通信系统的关键技术主要包含有两种技术，即：干扰检测技术和自适应干扰躲技术。在MF-TDMA卫星通信系统应用自适应跳频通信技术时，要利用干扰检测技术，对上、下链路信道质量进行实时分析,对干扰类型和干扰影响进行有效的识别，同时，在跳频通信过程中，运用最好的干扰躲避技术，有效的规避和主动的降低被干扰的概率和可能性，结合MF-TDMA 所具有的技术特征，能够充分开发和利用其全网定时基准，让跳频图案得以生成，从而实现跳频通信，与此同时，选用合适的干扰检测技术，对干扰频点进行有效的躲避，最终实现预期的自适应跳频 MF-TDMA 通信。在卫星通信系统系统中的多条载波具有非常显著的功能，能够利用群路跳频或正交跳频的形式或者手段，对跳频频点资源进行利用。原有MF-TDMA系统中的空闲时隙在跳频通信过程中，可以分配到空闲站，并并哑数据突发进行发送，从而很好的保护关键帧和帧结构。自适应跳频 MF-TDMA 即AFH-MFTDMA，其所具有的跳频同步流程非常简单易操作，具体如下图2：4 干扰检测对受干扰信道的实时干扰估计的技术是自适应跳频的基础条件和环境，所经常使用到或者被广泛应用到的干扰估计方法有很多，诸如：误码特性和信噪比的判别等等3。接收机在AFH-MF-TDMA通信过程中可以将频点利用信息和精确的定时信息进行提取，干扰检测所采用的最佳方法是FFT分析方法，具有准确、快速的优势特征，在必要时，可使用误码特性和信噪比判别这两种方法，辅助判断FFT分析结果，同时，对不可用频点进行识别。 在跳频通信过程中，结合AFH-MF-TDMA卫星通信系统的特征，干扰检测设备充分利用本站在频带中对突发的功率进行接收和信噪比估计各频点要对干扰检测门限进行有效的利用，在接收各跳有效突发数据期间内，使用FFT算法，对跳频带宽内无信号频点的功率进行高效、快速的分析和研究，对受干扰的频点进行确定。在跳频带宽逐步变宽或接收机处理能力受到一定限制时，运用逐频带分析的手段，对受干扰频点进行综合确定。要特别注意的一点，在MFTDMA卫星通信系统中， 要想达到具有高灵活性特征的大小站间组网或 者扩展接收能力，通常情况下会增加解调器的配置数量，除此之外，还要对两个以上载波的突发数据进行解调，同时，在AFH-MF-TDMA通信不仅要配置多解调器终端，同时，还要使用非主解调器，依靠其去实现有效的干扰检测功能。5 自适应干扰躲避分布控制方式和集中控制方式是实现自适应跳频内的自适应躲避的最主要方式，其中，分布控制方式指的是把干扰检测设备有效的配置到网的各个业务站内，同时，在各业务站的下行链路上对干扰频点进行有效的检测，使用分布控制方式，业务站在对各个突发进行接收的情况下，对下一突发的发送频点进行检测，同时，还要明确接收频点上是否存在干扰信号，在通信频点有干扰的情况下，收发业务站就会躲避其发生，干扰躲避的方式的实时性非常好，可以快速响应那些变化的干扰信号。集中控制方式是通过在主站或干扰检测站进行干扰检测设备的合理设置，监测信道状态，同时，在控制突发或广播突发中内下发被干扰频点，一旦入网终端对干扰频点信息进行有效接收和在跳频频率集中对被干扰频点进行同步屏蔽，从而实现干扰躲避的最终目标效果，这种方式不需要业务站的参与，就可以对频带内的受干扰频点进行准确的检测，此外，因全网只使用到1台干扰检测设备，因此，保证不增加过多成本的前提下，对干扰检测设备进行控制，择优选取设计处理能力更强的干扰检测设备。 分析上述分布控制方式和集中控制方式两种方式在对卫星通信中上行链路所遭到的干扰方面，发挥非常好的躲避效果，不过，使用在对抗网内各个区域内的下行链路干扰方面表现出显著的不足，分布控制方式的使用会导致通信双方的干扰检测结果出现差异性和不一致性，在实施干扰躲避的时候会导致丢帧情况的发生。采用集中控制的方式是没有办法对其它区域的业务站下行链路干扰频点进行检测，同时，在主站下行路遭到干扰的情况下，其他业务站同样没有办法利用被干扰频点。为避免上述两种方式在实施干扰躲避上的不足，基于分布式干扰检测的基础上设计一种契合AFH-MF-TDMA 应用的干扰检测，一种适合其应用的干扰躲避技术，如下图3。网内业务站在对本站下一跳频点的信道受干扰情况进行检测时，会使用非主解调器或干扰检测设备，使用分布式控制进行干扰躲避的情况下，会把分布式控制的干扰检测结果发送到申请突发，并转发给主站，此时，接收到各站干扰检测结果后的突发申请的主站就采取某部分的的策略，对上、行干扰进行综合识别，在控制突发中把被干扰频点往下发送，全网终端对频率集中的被干扰频点进行同步屏蔽；面对检测结果中的下行干扰，就对各站被干扰的频点进行记录，进行信道资源分配的过程中，对每时隙的接收频点进行计算，按照目的站的被干扰的频点，对时隙分配方案进行调整，从而实现干扰躲避的最终成效。上述自适应跳频策略实施后，能够对全网的干扰分布状态进行全面的检测，当下行链路遭受干扰时，则可择优选择最好的干扰躲避策略，干扰频点，对该干扰所属区域中的业务站实施自适应躲避，即躲避干扰点，同时，还不对其它区域内的业务站对该干扰频点的使用产生任何的影响。当上行链路遇到干扰时，自适应干扰躲避的过程会缩短，同理，相关业务站的干扰检测过程会缩短到一个突发范围内，这种变化具有极其高的实时性.6.卫星链路和MF-TDMA干扰预算链路预算是 MF-TDMA 网规划很重要的步骤， 是结合气象信息，使用给定的卫星转发器参数，进行链 路预算，结果应满足链路可用度要求，且功率带宽占 用基本平衡。 卫星链路计算公式包括4: ( 1) 上行载噪比( C/T) u 单位 dBW/K ( C/T)u= EIPeLu+(G/T)s= WsBOi+(G/T)s +101g42( 1) 式中: EIPe 为地球站有效全向辐射功率(dBW);Lu为上行线路总损耗(dB);(G/T)s为卫星接收系统品 质因素(dB/K);Ws为卫星饱和通量密度( dBW/m2);BO为卫星输入补偿(dB);101g42为接收天线单位有效面积的增益(dB) 。（2)下行载噪比C/T)d单位dB/K (C/T)d=EIPsBOo+(G/T)eLd， ( 2) 式中:EIP为卫星有效辐射功率(dBW);BOo为卫星输出补偿(dB);Ld为下行链路总损耗(dB);(G/Te为接收站的品质因数(dB/K)。(3) 交调载噪比:(C/T)IM 及其他干扰 通常用实验或计算机模拟的方法5来求得载 波功率与互调噪声平均功率谱密度之比C/N0IM，并用等效噪声温度折算处理( 虽然它实际并不是白 噪声) ,即C/T IM =C/N0IM228. 6。此外通常 给出的数据是对应卫星单载波饱和的,因而对应于 实际工作点，载波总功率与互调噪声等效噪声温度 之比为: C/TIM=CS/TIM BO0， ( 3) 式中，CS/TIM是卫星转发器单载波饱和输出功率与实际工作点上落入所关心频带内的互调噪声等效噪声温度之比的分贝数，它本身是随输入补偿加大 而较快地增加的。除交调外,其他干扰还有邻道干扰、邻星干扰、共信道干扰和交叉极化干扰等一般说来这些干扰 噪声的频谱也不是平坦的，但在实验的基础上可把 它们等效成热噪声处理。使用计算中可参考卫星 制造公司给出的有关干扰影响的数据资料在信道设计时应留有相应余量。 ( 4) 总载噪比C/Tt (C/T)1t=(C/T)1u +(C/T)1d+(C/T)1i 。 ( 5) 门限载噪比C/Tth ( C/T)th=Eb/No+101g(I)+K+M， ( 5)式中:Eb/N0为每码元能量与噪声功率密度比(dB);I为信息数据率(包括TDMA开销);M为系统余量;K为玻尔兹曼常数K=22.8dBW/KHz。 ( 6) 信道容量: N=(C/T)t(C/T)th(dB).(6) ( 7) 每个载波占用卫星EIPs/ch单位为dBW: EIPs/ch=EIPsBO0N。 ( 7) ( 8) 每个载波所需地球站发射EIPe/ch单位 为 dBW: EIPe/ch=(C/T)u+Lu(G/T)sN。6 结束语本文结合相关的研究，提出门限自适应跳频技术，该技术具有适用于MF-TDMA系统且强化抗干扰能力的优势，基于分布式干扰检测的基础上，对全网的干扰分布状态进行综合分析，在卫星上、下行链路干扰中发挥非常好的干扰躲避效果，特别是在下行链路干扰发生的情况下，能够实现非常高的频谱综合利用率，最大程度的时延下行链路干扰对跳频增益所产生的影响。参考文献1 吴果,米丽.自适应跳频MF-TDMA抗干扰卫星通信技术J.计算机与网络,2012,38(14):63-65.2 吴博,郝学坤.一种优化的MF-TDMA卫星通信体制分析J.无线电通信技术, 2013,39(1):19-21.3 郝学坤.MF-TDMA卫星通信多站型组网体制研究J.无线电通信技术, 2012, 38(1):5-6.4 郝学坤.一种MFTDMA卫星通信混合拓扑网络分析J.无线电通信技术, 2012, 38(2):8-9.5 梅文华.跳频通信M.北京:国防工业出版社,2005:221-223. 6 杨迎辉,刘建武.MF-TDMA卫星通信系统技术体制分析J.电子技术与软件工程，2016(11):69-69.