基于可信度函數(shù)的多徑電子通信信號抗干擾方法

摘 要：常規(guī)的多徑電子通信信號抗干擾方法主要使用DSP（Dig-ital Signal Processing）似然函數(shù)決策法提取傳輸特征信息，易受頻率參數(shù)周期性變化影響，導(dǎo)致信號抗干擾增益較低，因此本文提出了一種基于可信度函數(shù)的多徑電子通信信號抗干擾方法。構(gòu)建了多徑電子通信信號模型，利用可信度函數(shù)進(jìn)行電子信號自適應(yīng)干擾抑制處理，從而實(shí)現(xiàn)了多徑電子通信信號抗干擾。試驗(yàn)結(jié)果表明，在不同信干比下，本文設(shè)計(jì)方法的通信信號抗干擾增益均較高，誤碼率較低，證明該信號抗干擾方法的抗干擾效果較好，具有可靠性。

關(guān)鍵詞：可信度函數(shù)；多徑電子通信；信號抗干擾

中圖分類號：TP 911" " " " " " " " " " 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

多徑電子通信信號是一種特殊的通信信號，主要經(jīng)無線電波衍射、反射和散射產(chǎn)生。該信號的傳播路徑較多，接收的信號副本相位與幅度也不相同，因此容易出現(xiàn)信號多路徑衰減問題[1]。在某些狀態(tài)下，多徑電子通信信號會相互疊加或者抵消，顯著增加或者降低通信信號強(qiáng)度，并產(chǎn)生大范圍的信號波動，對通信系統(tǒng)造成不利影響。進(jìn)行多徑電子通信信號抗干擾處理可以有效提高通信信號的傳輸質(zhì)量，避免出現(xiàn)通信信號中斷問題，對滿足用戶正常通信需求具有重要意義。

文獻(xiàn)[2]結(jié)合通信信號的小波能量系數(shù)分布狀態(tài)進(jìn)行了干擾信號定位提取，判斷了信號的集中分布狀態(tài)，再利用NoC架構(gòu)建立信道模型，提高抗干擾處理的實(shí)時(shí)性。但是該方法需要進(jìn)行調(diào)制處理，在復(fù)雜的碼間干擾狀態(tài)下的抗干擾性能較差。文獻(xiàn)[3]分析了信道的衰落特點(diǎn)，利用深度學(xué)習(xí)算法進(jìn)行信號歸一化處理，并基于相位擾動進(jìn)行自動調(diào)整。該方法的處理偏置值過高，無法為信號賦予相應(yīng)標(biāo)簽，不滿足目前的信號抗干擾要求。因此本文提出了一種基于可信度函數(shù)的多徑電子通信信號抗干擾方法。

1 多徑電子通信信號可信度函數(shù)抗干擾方法設(shè)計(jì)

1.1 構(gòu)建多徑電子通信信號模型

多徑電子通信信號具有較強(qiáng)的時(shí)頻性，在相同時(shí)頻下可能會受設(shè)備自身影響，出現(xiàn)信號接收異常問題[4-5]，因此本文根據(jù)多種自干擾因素構(gòu)建了多徑電子通信信號模型[6]。根據(jù)發(fā)送器與接收器位置得到的原始信號表達(dá)式r（n）如公式（1）所示。

r（n）=h（n）·x（τ） （1）

式中：h（n）為遠(yuǎn)端發(fā)送的局部信號；x（τ）為接收器發(fā)送的通信信號[7]。

此時(shí)可以結(jié)合信號發(fā)送接收響應(yīng)狀態(tài)，進(jìn)行線性卷積處理，得到的相對時(shí)延?t如公式（2）所示。

?t=（τr-τvi）·r（n） （2）

式中：τr為正交分頻復(fù)用信號單位發(fā)送時(shí)間；τvi為信號同步傳輸時(shí)間[8]。

當(dāng)有效傳輸信號滿足自干擾超前接收關(guān)系時(shí)[9]，接收的信號R屬于有限信號，如公式（3）所示。

R=h（n）·x（τ）+?t·w（n） （3）

式中：w（n）為通信接收模塊間的通信距離。

上述有限信號中包括原始發(fā)射信號，因此掉干擾信號中的通信采樣點(diǎn)會發(fā)生變化。本地發(fā)射信號的有效數(shù)據(jù)的正交性未發(fā)生破壞，可以進(jìn)行傅里葉變換，得到的接收信號頻域Ri（k）如公式（4）所示。

Ri（k）=H（k）·X（k）+W（k）·R （4）

式中：H（k）為遠(yuǎn)端發(fā)送信號；X（k）為近端發(fā)送信號；W（k）為通信信號包含的噪聲頻域。

在此基礎(chǔ)上可以進(jìn)行信號均衡變換，抵消全部干擾信號，此時(shí)構(gòu)建的多徑電子通信信號模型如圖1所示。

由圖1可知，上述多徑電子通信信號模型可以獲得信號的重建抵消形態(tài)，放置合理的智能體信號接收窗，確定信號所處的超前位置。當(dāng)抗干擾處理時(shí)，上述模型需要根據(jù)相應(yīng)順序生成固定的處理帶寬，隨機(jī)選擇梳狀頻譜，實(shí)現(xiàn)干擾功率分配。此時(shí)得到的對應(yīng)信號能量D（y）如公式（5）所示。

D（y）=Ri（k）·pn （5）

式中：pn為信號抵消處理門限值。

使用上述模型可以進(jìn)行多元輻射定位，最大程度地提高信號對干擾項(xiàng)的容忍度，保證抗干擾的修正補(bǔ)償效果。

1.2 基于可信度函數(shù)進(jìn)行電子信號自適應(yīng)干擾抑制處理

可信度函數(shù)屬于一種描述型概率函數(shù)，可以根據(jù)集合的信任度關(guān)系進(jìn)行決策，降低隨機(jī)決策風(fēng)險(xiǎn)，因此，本文方法利用可信度函數(shù)進(jìn)行電子信號自適應(yīng)干擾抑制處理?？梢愿鶕?jù)電子信號的干擾信任度關(guān)系確定干擾等級，此時(shí)的干擾信號熵值K（L）如公式（6）所示。

K（L）=P（l）·D（y） （6）

式中：P（l）為干擾陣元。

可以結(jié)合數(shù)據(jù)鏈與抗干擾波束加權(quán)關(guān)系確定天線陣列的輸出向量，進(jìn)行信號加權(quán)處理，并計(jì)算干擾抑制輸出功率Q，如公式（7）所示。

Q=E·[W·X（m）a（m）]·K（L） （7）

式中：E為輸入向量；W為加權(quán)向量；X（m）為輸入向量權(quán)值；a（m）為加權(quán)向量權(quán)值。

此時(shí)的陣元天線陣包括多個對接干擾信號，可基于可信度函數(shù)生成數(shù)據(jù)相關(guān)矩陣，調(diào)整信號的貢獻(xiàn)值，由此生成的電子信號自適應(yīng)干擾抑制處理流程如圖2所示。

由圖2可知，利用上述處理流程可以獲取最優(yōu)權(quán)重向量，解決抗干擾處理過程中存在的約束優(yōu)化問題。在多徑電子通信信號實(shí)際處理過程中，還可以利用最小方差準(zhǔn)則求解可信度無失真響應(yīng)，判斷不同處理階層的自相關(guān)系數(shù)，構(gòu)建Hennitian矩陣，完成遞推求解。自適應(yīng)干擾抑制處理完成后即可輸入信號初始值，并多次迭代，得到高質(zhì)量多徑電子通信信號。

2 試驗(yàn)分析

為了驗(yàn)證設(shè)計(jì)的基于可信度函數(shù)的多徑電子通信信號抗干擾方法的抗干擾效果，本文選取了有效的實(shí)驗(yàn)平臺，將其與文獻(xiàn)[2]、文獻(xiàn)[3]2種常規(guī)的多徑電子通信信號抗干擾方法進(jìn)行比較。

2.1 試驗(yàn)準(zhǔn)備

結(jié)合多徑電子通信信號抗干擾試驗(yàn)要求，本文將LabVIEW作為實(shí)驗(yàn)平臺，構(gòu)建了用戶-基站-干擾機(jī)仿真試驗(yàn)?zāi)Ｐ?。?shí)驗(yàn)平臺的初始頻帶為20 MHz，每間隔1 ms進(jìn)行1次頻帶感知，保留200 ms內(nèi)的試驗(yàn)數(shù)據(jù)。設(shè)置的初始試驗(yàn)用戶信號帶寬和干擾信號帶寬均為4 MHz，滾降系數(shù)為0.5。設(shè)置的干擾模式共7種，包括掃頻干擾、梳狀干擾、動態(tài)干擾、智能干擾、2 MHz隨機(jī)干擾、6 MHz隨機(jī)干擾和8 MHz隨機(jī)干擾。

根據(jù)多徑電子通信信號發(fā)射機(jī)與接收機(jī)分布的關(guān)系，設(shè)置交叉干擾狀態(tài)，將Pycharm Pytorch框架作為仿真試驗(yàn)框架，進(jìn)行干擾源組合，建立四元天線調(diào)節(jié)試驗(yàn)通信陣列，如圖3所示。

由圖3可知，該試驗(yàn)通信陣列的陣元方位角逐漸遞增，滿足全方位試驗(yàn)操控特點(diǎn)，有效避免了試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的觀測模糊問題。假設(shè)用戶在相同時(shí)隙中僅訪問1個信道，即通信時(shí)隙為1 ms，那么此時(shí)設(shè)置的試驗(yàn)仿真參數(shù)見表1。

由表1可知，上述試驗(yàn)仿真參數(shù)滿足通信信號閾值，1 000 ms時(shí)完成收斂。當(dāng)隨機(jī)干擾較復(fù)雜時(shí)，通信概率曲線的收斂速度會發(fā)生一定改變，本文試驗(yàn)進(jìn)行了多域蒙特卡羅聯(lián)合處理，處理流程如圖4所示。

由圖4可知，此時(shí)會產(chǎn)生MATLAB Rand隨機(jī)相位，滿足試驗(yàn)信號抗干擾處理的同步關(guān)系，需要利用PN序列進(jìn)行雙極性調(diào)制，從而輸出可靠的通信信號抗干擾試驗(yàn)結(jié)果。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

結(jié)合上述試驗(yàn)準(zhǔn)備，本文捕獲了不同干擾模式下的電子通信試驗(yàn)信號，將抗擾空間比例間距均值調(diào)整為0.1碼片，并進(jìn)行信號歸一化處理。此時(shí)可以調(diào)整通信過程中的信干比，分別使用本文設(shè)計(jì)的基于可信度函數(shù)的多徑電子通信信號抗干擾方法、文獻(xiàn)[2]的利用NoC架構(gòu)的多徑電子通信信號抗干擾方法以及文獻(xiàn)[3]的基于相位擾動的多徑電子通信信號抗干擾方法進(jìn)行抗干擾處理，使用Analyzer工具檢測3種方法在不同干擾模式下的信號抗干擾增益，試驗(yàn)結(jié)果見表2。

由表2可知，本文方法在不同干擾模式下的抗干擾增益較高，通信信號誤碼率較低；文獻(xiàn)[2]和文獻(xiàn)[3]方法在不同干擾模式下的抗干擾增益相對較低，通信信號誤碼率偏高。上述試驗(yàn)結(jié)果證明，本文設(shè)計(jì)的通信信號抗干擾方法的抗干擾效果較好，具有可靠性和一定的應(yīng)用價(jià)值。

3 結(jié)語

多徑傳播是一種常見的無線通信傳播現(xiàn)象，容易出現(xiàn)接收端接收信號不一致問題，造成嚴(yán)重的通信信號干擾。在無線通信技術(shù)飛速發(fā)展背景下，我國的通信覆蓋面越來越廣，對通信信號傳輸質(zhì)量的要求越來越高。為了滿足高速數(shù)據(jù)、衛(wèi)星等領(lǐng)域的通信要求，需要調(diào)整通信信號的傳輸相位，本文基于可信度函數(shù)，設(shè)計(jì)了一種有效的多徑電子通信信號抗干擾方法。試驗(yàn)結(jié)果表明，本文設(shè)計(jì)的多徑電子通信信號抗干擾方法的信號抗干擾增益較高，抗干擾效果較好，具有可靠性和一定的應(yīng)用價(jià)值，可滿足日益增長的電子通信需求，降低復(fù)雜環(huán)境對電子通信質(zhì)量造成的影響。

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