港口无线调度认知跳频通信系统部分频带干扰抑制性能分析

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 港口无线调度认知跳频通信系统部 分频带干扰抑制性能分析 摘要：针对港口无线调度中部分 频带干扰严重危害常规跳频通信系统性 能的问题，将认知无线电与跳频相结合， 给出一种认知跳频通信系统模型，分析 该系统在部分频带干扰条件下的性能， 得到误码率闭合表达式，并通过仿真验 证，将该通信系统与常规跳频通信系统 的部分频带干扰抑制性能进行比较.理论 分析和仿真结果表明，在理想同步情况 下，认知跳频通信系统能够有效避开干 扰频段，在较为“ 干净” 的频谱空穴中动 态调整跳变频率，较常规跳频通信系统 具有更强的部分频带干扰抑制能力. 中国论文网 /4/view-12760077.htm -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 关键词：港口调度；跳频通信； 认知跳频；部分频带干扰；干扰抑制 中图分类号： U675.75；TN914.41 文献标志码：A 0 引言 保障港口运输的快速有序进行是 日常港口调度指挥的核心任务，无线调 度通信系统具有区域性强、呼叫建立迅 速的特点，在港口调度中得到广泛应用， 其中，跳频（Frequency Hopping，FH） 通信由于具备良好的抗多径性和抗衰落 性，并且可以极大地提高通信系统的抗 干扰能力，被广泛应用于港口调度中.傅 洪深等提出基于专用短程通信技术的港 口设备/车辆综合动态实时管理调度系统， 利用先进的无线数据通信与定位技术， 实现对设备/车辆“无盲区” 的实时定位. 蒋天发等讨论无线局域网的扩展频率技 术的特点与调制方式，提出提高无线调 度抗干扰能力的方法.杜卫华等针对泊位 和岸桥集成调度优化造成调度相互干扰 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 问题，建立集成调度模型.然而，港口现 场电磁环境复杂，FH 通信性能受到现 场多种干扰的制约，主要有：全频段干 扰、部分频带干扰、单频干扰、多频干 扰以及跟踪式干扰，其中部分频带干扰 是指将总的干扰功率随机地分布在整个 跳频带宽的一部分上，与其他几种干扰 相比，部分频带干扰的干扰功率较为集 中，且更符合实际干扰的分布情况，对 常规 FH 通信的危害较大，是目前 FH 通信面临的主要威胁.部分频带干扰能严 重影响 FH 通信的同步，并增加系统的 误码率，因此如何有效抑制部分频带干 扰，进一步提升 FH 通信系统的性能， 已成为港口无线调度中 FH 通信的一个 重要问题. 1999 年 JOSEPH 博士提出认知 无线电（Cogni-tive Radio，CR）的概念， 为解决 FH 通信的部分频带干扰抑制的 问题提供了一种新的途径，通过将 CR 的频谱感知技术应用于 FH 通信中一引， 提出认知跳频（Cognitive Frequency -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 Hopping，CFH）技术.在受到部分频带 干扰时，认知技术能够使 FH 电台实时 感知频谱状况，使 FH 电台有效避开干 扰频段进行通信，从而提高 FH 通信系 统的部分频带抑制性能，目前对 CFH 技术的研究主要侧重于系统同步问题以 及设备兼容问题，但对 CFH 技术的部 分频带抑制性能，尤其是它在港口无线 调度中的应用研究较少.本文基于 CFH 通信系统对其在部分频带干扰下的干扰 抑制性能进行较为具体的理论分析和仿 真验证，并与常规 FH 通信的部分频带 干扰抑制性能进行对比，提出提高港口 无线调度通信系统性能的可行性方法. 1 CFH 系统结构 CFH 技术的核心理论是通过对电 磁环境进行实时感知，找出“频谱空穴” 作为传输频带，使信号在这些频带中进 行 FH 通信，从而取得较好的干扰抑制 效果，本文以港口无线调度为研究对象， 根据 CFH 的功能，基于最佳接收和最 大化频谱利用率的 FH 通信思想，设计 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 一种具体实现方案，其结构主要由跳频 单元和认知单元组成，见图 1. 如图 l 所示，系统主要包含信道 编码、信息调制、跳频序列产生、频谱 检测等一系列模块.其中，信道编码用于 将信息编码后，送至发送端；信息调制 模块将编码后的信息调制，生成调频序 列，发送端信码经编码后送人调制器， 认知单元通过频谱检测及频谱分析给出 可用的频率集，跳频单元再根据认知单 元给出的频率集生成可用的载波频率和 调制信号进行上变频处理.接收端再通过 相同处理进行解调、译码，还原发送信 码.本文旨在分析系统对部分频带的干扰 抑制性能，对系统的各部分结构原理不 再详述. 2 CFH 系统部分频带干扰抑制性 能分析 2.1 部分频带干扰数学模型 港口无线调度系统中部分频带干 扰是指将总的干扰功率随机地分布在整 个跳频带宽的一部分，相对于宽带噪声 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 干扰而言，部分频带干扰的干扰功率较 为集中.其数学模型为：将港口无线调度 系统中部分频带干扰模拟为加性高斯噪 声，设港口无线调度通信跳频带宽为 Ws，现场部分频带干扰的带宽为 WJ， 则 WJ 与 WS 之比被称为干扰因子 ，=WJ/WS，0J=J/WS ，在现场部分频 带干扰条件下，干扰带宽 WJ 内，噪声 的等效单边功率谱密度 NJ 为 由上式可见，在干扰所处的跳频 带宽内，现场部分频带干扰功率谱密度 NJ 是宽带干扰功率谱密度 NJ 的 I/ 倍， 因此现场部分频带干扰对无线调度 FH 通信的干扰显得更有效. 2.2 部分频带干扰情况下性能分 析 理论研究表明，一个常规 FH 通 信系统在没有干扰的情况下的调制方式 为 BPSK，为非相干解调，其误码率为 式中：Eb 为信号的每比特能量；N0 为 高斯白噪声的单边功率谱密度. 假设在高斯白噪声信道中，系统 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 能够实现理想同步，且所有信道都能使 用，设有 N 个 FH 工作信道，m 个受部 分频带干扰的 FH 信道，则 m=N ， 部分频带干扰的干扰功率 J 在这 m 个信 道上均匀分布， 常规 FH 通信采用事先规划好的 跳频工作表进行随机跳频，不能随意改 变跳频工作表，仍然在这 m 个被干扰的 信道上传输信息，因此，被干扰信道的 误码率为 P（ Eb/（N0+NJ/p） ） ，未受干 扰信道的误码率为 P（Eb/N0）.因此， 常规 FH 通信系统的平均误码率为 在 CFH 系统中，在无线调度通信之前 或者静默期间，为使无线调度系统获得 较小的误码率，首先需要通过对信道进 行频谱检测确定干扰所在频段，从而选 择无干扰或干扰较小的频段作为工作信 道， 假设在一个时隙中，CFH 系统通 过频谱检测在 N 个 FH 信道中选出 Nc 个信道（NcminNccmin 为 CFH 系统正 常工作时所需的最小信道数）作为工作 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 信道，然后在这些工作信道中生成动态 跳频图案进行通信.根据干扰因子 取值 的不同，分 3 种情况进行讨论. （1）当 0c/N 时， N-mNc，即 现场干扰未占用的无线调度通信信道数 能够满足 CFH 系统的工作信道数，则 CFH 系统肯定能避开 m 个干扰信道， 且还有 N-m-Nc 个好信道备用，此时， CFH 系统的误码率与无现场干扰情况下 的常规 FH 系统误码率相同，其误码率 可用式（2）表示. （2）当 p=1-Nc/N 时，N- m=Nc，即现场干扰未占用的无线调度 通信信道数正好满足 CFH 系统的工作 信道数，则 CFH 系统正好能避开 m 个 干扰信道，在无干扰信道上进行通信.其 误码率也可用式（2）表示. （3）当 1-Nc/Nc，即现场干扰未 占用的无线调度通信信道数不能够满足 CFH 系统的工作信道数，则 CFH 系统 选择的c 个无线调度通信信道中含有 Nc-（N-m）个坏信道和 N-m 个好信道， -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 它避开了 m-（Nc- （N-m） ）=N-Nc 个坏 信道，其误码率由两部分构成，一部分 是 N-m 个好信道上的误码率，另一部 分是 Nc-（N-m）个坏信道上的误码率， 故其平均误码率为 3 CFH 系统部分频带干扰抑制性 能仿真 通过 MATLAB 仿真，进一步验 证无线调度通信 CFH 系统和常规 FH 系 统部分频带干扰抑制性能.仿真系统中采 用 BFSK 调制方式，取 N=80， Ws=80MHz.由于信息速率 Rs 和 跳频速率 Rc 满足 Rs=Rc，取 Rs=1600b/s， Rc=1600 次/s，CFH 选取 的最小信道数 Ncmin=40. （1）假设干信比为 20dB 不变， 常规 FH 系统和 CFH 系统分别受到干扰 因子 p 为 0.3，0.5 和 0.6 的部分频带干 扰，CFH 系统和常规 FH 系统的误码率 与信噪比的关系曲线见图 2. 由图 2 可以看出，在 =0.3 和 =0.5 时，即干扰未占用的无线调度通 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 10 信信道数能够满足 CFH 系统的工作信 道数时，CFH 系统的误码率小于常规 FH 系统的误码率，这说明 CFH 系统的 部分频带干扰抑制性能明显好于常规 FH 系统.同时，可以看出，随着信噪比 的增大，这种优势更为明显，在 p=0.6 时，即现场干扰未占用的无线调度通信 信道数不满足 CFH 系统的工作信道数 时，CFH 系统的性能略有下降，但仍优 于常规 FH 系统，在 =0.3 和 p=0.5 时， CFH 系统的性能表现最佳. （2）假设 =0.3 不变，干信比 分别为 O，10，20dB 时，CFH 系统和 常规 FH 系统的误码率与信噪比的关系 曲线见图 3. 从图 3 可以看出，在 p-定的情况 下，CFH 系统和常规 FH 系统的误码率 基本不受干信比的影响，但 CFH 系统 的误码率随信噪比的增大而不断减小， 表现出良好的抗干扰性能，而常规 FH 系统的误码率基本保持不变. 4 结论 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 11 以港口无线调度通信系统为研究 对象，针对跳频（FH）通信抗干扰性