２０ｌ４．＂ 设计与研发 基于认知的跳频系统抗干扰策略研究木 赵拮 （东北石油大学，黑龙江大庆，１６３３１８） 摘要：文章主要从干扰以及抗干扰方式两个方面来进行研究的，首先介绍常规通信和跳频通信中典型的干扰和抗干扰方式， 进而针对跳频的通信体制，并结合认知无线电思想，提出了基于认知的跳频通信系统的完整结构，给出了信号流程以及认知选 频与跳频的结合方式，作为该技术的进一步完善和补充，也为认知跳频理论向实际应用的过渡打下基础。 关键词：认知无线电；跳频通信系统；干扰；抗干扰 中图分类号：ＴＮ０１４文献标识码：Ａ Ａ Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｎ ａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｓｔｒａｔｅｇｙ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ Ｚｈａｏ Ｚｈｅ （Ｎｏｒｔｈｅａｓｔ Ｐｅｔｒｏｌｅｕｍ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｈｅｉｌｏｎｇｊｉａｎｇ Ｄａｑｉｎｇ，１６３３１８） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉ Ｓ ａｒｔｉｃｌｅ ｉＳ ｍａｉｎ１Ｙ ｆｒｏｍ ｔｗｏ ａｓｐｅｃｔＳ。ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ａｎｄ ａｎｔｉ—ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｆｉｒｓｔ ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ ｔｈｅ ｔｙｐｉｃａｌ ｗａｙｓ ｏｆ ｊａｍｍｉｎｇ ａｎｄ ａｎｔｉ—ｊａｍｍｉｎｇ ｉｎ ｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎａｌ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ａｎｄ ｔｈｅｎ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｔｈｅ ｃｏｇｎｉｔｉｏｎ ｒａｄｉｏ ｉｎ ｖｉｅｗ ｏｆ ｔｈｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ ｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｍｂｉｎｉｎｇ ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ ｔｈｏｕｇｈｔ．Ａｌｓｏ ｗｅ ｇａｖｅ ｔｈｅ ｓｉｇｎａｌ ｐｒｏｃｅｓｓ ａｎｄ ｔｈｅ ｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎ ｍｏｄｅ ｏｆ ｃｏｇｎｉｔｉｒｅ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｓｅｌｅｃｔｉｖｅ ａｎｄ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ，ａｓ ｆｕｒｔｈｅｒ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ａｎｄ ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ ｆｏｒ ｔｈｉＳ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，ａｌｓｏ ｌａｙ ｔｈｅ ｆｏｕｎｄａｔｉｏｎ ｆｏｒ ｔｈｅ ｔｒａｎｓｉｔｉｏｎ ｆｒｏｍ ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｔｈｅｏｒｙ ｏｆ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ａｃｔｕａｌ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：Ｃｏｇｎｉｔｉｖｅ ｒａｄｉｏ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ ｈｏｐｐｉｎｇ ｓｙｓｔｅｍ：Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ：Ａｎｔｉ－ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ ０ 引言 现有的多种抗干扰方式，基本可以分为两个大类，一类是扩 展频谱抗干扰技术和非扩频类抗干扰技术。其中跳频技术就属于 扩展频谱抗干扰，跳频系统由于其自身的原理和特性，已具有良 好的抗干扰能力，但是和其它抗干扰技术一样，虽各有其优势，却 都属于盲抗干扰，一旦敌方针对性的干扰超出其干扰容限就会造 成通信中断。 通信体系结构，并给出其详细架构和信号流程。 １ 跳频通信中的干扰技术 通信过程中遇到的干扰分压制性干扰和欺骗性干扰。欺骗性 干扰，分为无线电通信冒充和无线电通信干扰伪装，通常采用的 手段是产生与真实目标回波相近的调频、调相、调幅脉冲或连续 波的虚假信息，产生距离门拖引、速度门拖引、角度等欺骗，误导 对方的接收信息；压制性干扰，是在敌方通信的频率上发射功率 认知技术具有实时感知外界环境的能力，能够通过感知周围 环境、并实时调整通信频率、发送功率、调制方式、编码体制等通 信参数，使其不再盲目选频和削弱干扰信号，从根本上提高跳频 上… …… 一…ｉ…－一ｉ…… …… …一………… ………一 （ａ）跳 通信懒段 （ｄ）单煳 ｒ拢 系统抗干扰能力。同时，也大大提高了频谱利用的效率。 现虽已有一些自适应跳频技术的研究，如文献［２］能够检测 并自动更换被干扰频点，但没有复杂环境下智能学习和决策的功 能，也不能改变当前通信参数。文献中的认知跳频结合技术也仅 限于将二者的理论结合在一起，研究其抗干扰性能等，其并没有 详细规划其信号走向和流程。因此提出了适用于跳频体制的认知 ［二二二二二二二］（ｂ）垒 段Ｈ尤 …工……一Ｔ＿＿Ｔ…Ｔ＿＿……一 （ｅ Ｊ多颧 ｆ 扰 一一一———— 口口口 口口口 ｒ）职踪式干扰 （ｃ）挪分频带干扰 图１干扰策略示意图 设计与研发 ２０１４．１１ 强大的干扰信号，包括噪声干扰连续波干扰以及脉冲干扰，以压 外界环境中干扰的具体情况及时调整通信参数，达到智能避开干 制敌方的通信信号，破坏其有效通信。 干扰还有其它不同的划分形式，但从干扰的频谱特点来看， 可分为单频、多频、瞄准式、阻塞式、扫频式、跟踪转发式干扰等。 下图ｌ是常用的几种干扰策略示意图。 一扰的目的。 ３基于认知的跳频抗干扰体系 我们将认知技术融入跳频系统中，简单来说，就是利用其认 个跳频系统除可能受上述一般方式的干扰外，若敌方了解 知功能感知环境中的干扰信息，通过认知决策功能判断出被干扰 并改变跳频频率集，制定最优通信策略， 了其跳频体制，还可能做出针对性干扰。对跳频通信系统的干扰 或授权用户占用的频段，方法可以分为：对跳频同步系统的干扰和对通信信号的干扰。 以避开这些被干扰的频段，达到抗干扰的目的。与常规跳频通信 同步系统是跳频通信正常工作的核心，也是这种通信的薄弱 系统相比，基于认知的跳频通信系统，加入了频谱感知和认知决 环节，一旦遭到破坏，通信就会完全瘫痪，这种干扰的关键就是要 找准传送同步信号频道、发送规律和发送时刻。对通信信号的干 扰，干扰方只要成功地干扰掉其中一部分信息，就可以破坏通信 方正常通信。实践表明，语音传输被干扰大约３０％或以上，就会大 大降低语音的理解程度；跳频通信等数字通信方式，其误比特率 在１／１０时，就会使通信链路（特别是慢跳频通信）的可靠性大为 减弱。 ２典型的抗干扰方法 无线通信信号是由三维空间中的域组成：频率域、时间域的 功率域，千扰信号也是无线通信的信号，因此归纳起来，相应的抗 干扰技术也可以从这三方面来分：时域（跳时通信的技术，自适 应差错控制技术，猝发通信技术）；频域（跳频通信技术，自适应频 率控制技术，频率分集技术）；功率域（ＤＳ扩频技术，自适应天线 技术）以及以上几种的混合技术，如ＤＳ／ＦＨ，ＤＳ／ＴＨ，ＤＳ／ＦＨ／ＴＨ等。 这些综合抗干扰技术在理论上相对成熟，在很大程度上可以弥补 单一抗干扰技术的不足。 对于前节提到的一般干扰方式，跳频系统根据其自身的特 点，可用如下方式对抗干扰： １）增加跳频速率。跳频速率越高，抗跟踪干扰的能力越强。 ２）增大跳频带宽。带宽越宽，其抗宽带和部分频带阻塞干扰 的能力越强。 ３）加大跳频序列周期。跳频序列周期越长，敌方破译越困 难，抗截获的能力就越强。 ４）增大跳频频率数目，跳频频率数越多，抗单频、多频和梳 状干扰的能力就越强。 同跳频通信系统一样，任何一种电子防御和抗干扰体制虽有 其优势，但都不是万能的，使用范围也有各自的局限性。因此就需 要通信系统实时感知电磁环境和干扰样式，并有针对性地采取 相应的抗干扰措施。考虑到认知无线电技术能够在不干扰频谱授 权用户的前提下，尽量保证非频谱授权用户的可靠通信。而干扰 和授权用户的频谱对于通信用户来说都是要避开的，换言之，我 们可以考虑在跳频通信系统中引入认知技术，使其根据感知到的 策部分，可以通过频谱感知算法，检测空闲信道组成跳频频率集， 进行跳频信号传输。因此，本文结合认知无线电技术，设计了适用 于跳频通信的系统结构，如图２所示。 ｌｆ 编码｝ 调制 调；｝｛；ｌ； 般＿卜’’…一一 Ｊ 一＿ｆ…一 一’’ 一 一 一“Ｉ ｆ蕊颟产 ｒ铂髓 ｌ生嚣 ； ＿剁 Ｌ一一～～一一 一一一。 ＿ ：：＝二二：二：二：：：：……一…… 二二：：二０ … 一……； …一 自适嘤敖婴箍ｉ…一 …～ 一 ————ｉ——一频谱动态分配 试翘聚绫 ； 曩 丽 瑚 ｝疆弹； ＊ｌ决簧 。 一 …一ｉ～一……～…≯…～’：：：ｉ＝二：一… ……。…’一一…一…～ 一一一……～ ｆ 解鹳 Ｉ解调 解调 捌步 ’一。』 图２基于认知的跳频通信系统结构 本系统中，通信设备主要包含信道编解码，信息调制与解调， 跳频调制与解调，跳频图案的产生，ＲＦ天线等功能模块；认知设 备包括频谱感知、认知决策、频谱动态分配和自适应参数调整等 模块。认知系统是该架构的核心，通过对环境信息的感知、决策制 定出最佳通信策略，由频谱动态分配模块指导跳频产生部分避开 感知到的干扰频点，由自适应参数调整模块控制通信参数，以适 应外部环境的变化。 其中，频谱感知是建立认知无线电系统中最重要的任务，频 谱检测要求可靠、精确、快速的检测出干扰信号。根据检测端的不 同，其基本的检测方法如下图２所示。实际中主要采用的有能量 检测、匹配滤波器检测和循环特征检测等。 在基本的感知周期中，认知无线电系统对所处的无线电环境 进行观察，将获得的可用频谱信息作为频谱感知部分的结果，提 供给认知决策部分。在对得到的环境信息进行频谱分析后，得到 信道中的干扰情况、路径损耗、链路延迟、授权系统的占用情况等 信道状态信息后，来决定如何接入。决策结果包括选择适合本跳 频系统接入的一些频段或频点，交给跳频发生器部分产生跳频表 和跳频图案等；同时制定出通信的一系列参数，如跳频编码方式 和调制体制、传输速率等，控制通信设备的通信参数。目前对于认 知无线电频谱决策研究主要基于博弈论和多目标优化。 ２０ｌ４．” 此外，为了使认知系统在决策时更加智能，推理能力和学习 为该方面的研究作出贡献。 能力也逐渐被引入到认知无线电系统中。也称推理和学习两部分 构成的组件为认知引擎，引擎的作用相当于认知无线电系统的大 脑。 设计与研发 参考文献 ［１］魏奇．基于认知无线电抗干扰技术分析［Ｊ］．无线电通信技 术，２０１１（４）． 跳频产生器的结构如图４所示，认知决策模块根据感知到的 Ｊ］．航天电子 可用频谱信息选出一系列可用的频率集合后，对其进行信道编号 ［２］朱永松，张海勇．自适应跳频通信特性分析［对抗，２００５，２１（６）． 处理，然后对照伪码发生器产生的伪随机序列，进而产生新的跳 ３］刘晓杨．基于认知理论的跳频抗干扰系统研究［Ｄ］．哈尔滨 频表和跳频图案。最后，将选择的跳频集合转换成频率控制字，控 ［制直接数字频率合成器ＤＤＳ产生相应频率的载波信号，来进行跳 频调制和解调。 工程大学，２０１３．３． ［４］宁国强．通信中干扰及抗干扰技术综述［Ｊ］．自动化技术， ２０１ｌ＿５，３２（５）． 覆；～ ｌ发生器｛ ！伪码一信道ｉ ；编号转换 作者简介 ｌ信息 可妻謇菩 一～－蓓 琵一跳频袭 ！ 嘶棚农 工程专业在读，主要研究认知无线电。 ～ 赵掂，男，１９９１年出生，黑龙江人，东北石油大学电子信息 图４跳频发生器结构 ４结束语 赋予认知功能的跳频通信系统，能够在实时感知、学习、调整 和避开干扰的同时，提高频谱的利用效率，这也是认知无线电思 想提出的初衷。虽然认知和跳频技术融合的理论研究较为成熟， 但还未看到其应用前景，相信本文对干扰和抗干扰方式作出的总 结和针对跳频的特点提出的基于认知的跳频通信体系结构可以 图３频谱检测方法 （上接８５页） 等，如图４所示。 确的位置，用户也各取所需，不断汲取新知识。 ３结语 本文提出的将流媒体技术应用于远程教育中极大地丰富了 教学的展现形式及教学内容，同时它对于营造学校教学氛围、实 现师生之间的良好交互起到了革命性的作用，从而为我国终身教 育体系和学习型社会的建立贡献了巨大的力量。 参考文献 图４基于流媒体技术的远程教育系统功能模型图 其中，权限管理模块主要是引导用户注册、登录等程序的操 作；教学资源展示模块是该系统的主要模块之一，主要为学生提 ［１］Ｓｃｈｕｍａｃｈｅｒ—Ｒａｓｍｕｓｓｅｎ。Ｅｒｉｃ．ｔｈｅ ２０１１ ｓｔｒｅａｍｉｎｇ ｍｅｄｉａ Ａｌｌ Ｓｔａｒｓ［Ｊ］．Ｓｔｒｅａｍｉｎｇ Ｍｅｄｉａ Ｍａｇａｚｉｎｅ，２０１１，： ［２］欧丽辉，薛晓光．流媒体技术在远程教育系统中的应用研 究［Ｊ］．河北广播电视大学学报，２０１１，（３） ［３］王侠．基于流媒体技术的多媒体网络教学平台的设计与实 现［Ｄ］．北京邮电大学２０１２ 供教师上传的教学视频、音频、文档等，便于学生在线浏览学习； 信息导航模块要满足大型分类系统的展示需要，让用户能够快速 定位到需要访问的资源；教学内容推荐模块主要是实现让多媒 ［４］郜亚丽，杨艳．网络教学中基于客户端的流媒体同步控制 体教学资源‘主动”的去寻找适合学习的用户，从而让资源寻到正 的研究［Ｊ］．湖南工业职业技术学院学报．２０１０（０６）