设为首页
加入收藏
期刊导航
网站地图
首页
期刊
数学与物理
地球与环境
信息通讯
经济与管理
生命科学
工程技术
医药卫生
人文社科
化学与材料
会议
合作
新闻
我们
招聘
千人智库
我要投搞
办刊
期刊菜单
●领域
●编委
●投稿须知
●最新文章
●检索
●投稿
文章导航
●Abstract
●Full-Text PDF
●Full-Text HTML
●Full-Text ePUB
●Linked References
●How to Cite this Article
Hans Journal o
f Wireless Communications
无线通信
, 201
4
,
4
,
29-34
http://dx.doi.org/10.12677/hjwc.2014.41006
Published Online
February 2014 (http://www.hanspub.org/journal/hjwc
.html
)
Simulation and Analysis on Anti
-Jamming Performance of
Frequency-Hopping Communication System
Kun Liu
,
Fu
hong Zhang
College of Communication Engineering, Hangzhou Dianzi University
, Hangzhou
Email:
lkun_sky@163.com
Received: Jan
.
20
th
,
2014
; revised: Feb
.
10
th
,
2014
; accepted: Feb
.
12
th
,
201
4
Copyright © 201
4 Kun Liu
,
Fuhong Zhang
. This is an open access article distributed under the Creative Commons Attribution License, which permits
unrestricted use, distribution , and reproduction in any medium, provided the orig inal work is properly cited. In accordance o f the Creative Commons
Attribution License all Copyrig hts © 201
4
are reserved for Hans an d the own er of the intell ectual property Ku n Liu
,
Fuhong Zhang
. All Copyright ©
201
4
are guarded by l
aw and by Hans as a guardian.
Abstract:
Frequency
-
hopping
communication is a main
means of military
communication, so it is very important
to
guarantee the normal work of
this system in the complex communication
environment. First
,
this paper introduces the
theory of Frequency-hopping
communication and the simulation of th is syste m.
Then, it analyses sev eral common
types
of jamming in frequency
-
hopping communication, including broadband noise
jamming
,
partial b and
nois e jamming a nd
tracking jamming.
According to the pattern and feature of different
jamming,
it simulates
different
types of jamming by
using Simulink software. At last,
it
gets the Bit Error Rate
(BER) carves of system in different types of jamming by
add
ing interference noises into the
frequency
-
hopping communication system which has been set up. With the ge
t
ting
data and the BER carves,
it
analyses the anti
-
jamming ability of frequency hopping communication system under di
f-
fer
ent type
s
of jamming, summarizes
and proposes some improve
d
methods
.
Keywords:
Frequency
-
Hopping Communication
;
Jammin g
; Simulink; Ber;
Ant i
-
Jamming Ability
跳频通信系统抗干扰性能仿真与分析
刘
坤，张福洪
杭州电子科技大学通信工程学院，杭州
Email:
lkun_sky@163.com
收稿日期：
201
4
年
1
月
20
日；修回日期：
201
4
年
2
月
10
日；录用日期：
201
4
年
2
月
12
日
摘
要：
跳频通信是军事通信的主要手段之一，因此在复杂的通信环境下保证跳频通信系统的正常工作就变得
十分重要。文章首先介绍了跳频系统，并给出了跳频系统整体仿真图。其次分析了跳频系统中常见的几种干扰，
主要包括：宽带噪声干扰、部分频带噪声干扰及跟踪式干扰。根据各个干扰的干扰机制及特点，利用
Simulink
软件对各种干扰类型进行仿真建模。最后通过将各干扰信号加入已搭建好的跳频通信系统模型中得到不同类型
干扰下系统的误码率曲线。通过仿真得到的数据与误码率曲线图，分析跳频通信系统对抗各干扰的能力，总结
并提出了相应的改进措施。
关键词：
跳频通信；干扰；
Simulink
；误码率；抗干扰能力
1.
引言
在现代战争大规模的电磁干扰和对抗下，为了争
取良好的战略态势，掌握战争中的主动权，维持通信
系统的稳定性，提高军事指挥的准确性，已成为军事
OPEN ACCESS
29
跳频通信系统抗干扰性能仿真与分析
通信领域的主要研究方向。由于跳频通信技术具有良
好地抗衰落、抗干扰、多址组网能力，
因此
被军事通
信广泛采用
[1]
，与此同时，各种专门针对跳频系统的
干扰也应运而生，对跳频系统的抗干扰能力提出了严
峻的挑战。跳频通信在军事领域中的应用最具代表性
的当属美国的
JTIDS
数据链系统
[2]
，我军也在积极筹
建自己的数据链军事通信系统，由于
跳频系统为数据
链系统中一个非常重要的环节，因此对跳频通信系统
的抗干扰性能进行研究和分析就变得十分重要。
2.
跳频通信系统原理及模型
跳频通信系统全称为频率跳变扩展频谱通信系
统
[3]
(
frequency hopping spread spectrum communication
system
,
FH
-
SS
)
，跳频通
信系统原理如图
1
所示
[4]
。跳
频系统是利用二进制伪随机码序列控制载波频率合
成器产生随伪随机码的变化而跳变的本振载波频率，
利用该本振载频将待发射的信号发送出去。跳频通信
是扩展频谱通信技术之一。
载波频率合成器为跳频技术中的关键，其整体仿
真模型
[5
,6]
如图
2
所示。
由于本文主要讨论跳频通信系统作为一种通信
机制在不同干扰下的性能表现，故系统仿真框架图中
接收端与发射端使用同一频率合成器
[7]
，接收端并未
设置同步模块。在对系统的抗干扰性进行测试时采用
BPSK
调制的跳频系统，仿真系统
[8]
如图
3
所示。
3.
干扰类型及其仿真建模
3.1.
宽带噪声干扰
宽带噪声干扰
[9]
是指干扰方在跳频系统的整个工
作带宽上发送噪声进行干扰，如图
4
所示。假定宽带
噪声功率为
J
，跳频系统带宽为
W
，则可得宽带噪声
功率谱密度为
J
N JW
=
。
宽带噪声本身对通信系统类型不敏感，但由于跳
频通信系统的频带宽度很大，宽带噪声的干扰功率必
须达到足够的强度，才能对跳频系统进行有效的干扰。
此种干扰方式付出的代价相当高，但实现简单。
当宽带噪声干扰被施放时，干扰噪声覆盖整个跳
频频带，由于其特征依然为高斯白噪声，因此直接采
用
AWGN
信道模块来模拟宽带噪声干扰，其仿真模
型
[10]
如图
5
所示。
若信号平均功率为
P
。定 义
JP
为干信比
[11]
，即
干扰信号功率与有用信号功率之比，用
JSR(Jamming
to signal
Ratio
)
表示。
3.2.
部分频带噪声干扰
部分频带噪声干扰
[12,13]
是指干扰机将干扰噪声功
率集中到跳频工作频带的某一部分上，此时形成部分
频带干扰，如图
6
所示。部分频带干扰是战场通信时
调制器
混频器 发射机
频率合
成器
指令译
码器
伪码发
生器
中频振
荡器
解调器混频器
中频滤
波器
频率合
成器
指令译
码器
伪码发
生器
时钟源
时钟源
数据
数据
Figure 1. Simplified block diagram of frequency hopping system
图
1.
频率跳变系统简化原理框图
Figure 2.
Frequency hopping carrier generating module simulation diagram
图
2.
跳频载波生成模块仿真链路图
1
Out1
Zero-Order
Hold
Continuous-Time
V CO
Voltage-Controlled
Oscillator
Unbuffer
Scope
PN Sequence
Generator
PN Sequence
Generator
B u ffe r
Bit to Integer
Converter
Bit to Integer
Converter
OPEN ACCESS
30
跳频通信系统抗干扰性能仿真与分析
Figure 3. Simulation diagram
of
FH/BPSK system
图
3. FH/BPSK
系统仿真图
G
(
f)
f
G(
f)
f
Figure 4. Schematic diagram of broadband noise
图
4.
宽带噪声干扰示意图
Figure 5. D
iagram of b
roadband noise block
图
5.
宽带噪声干扰模块图
G(f)
f
G(f)
f
Figure 6. Schematic diagram of partial band noise
图
6.
部分频带噪声干扰图
干扰方所采用的主要手段之一。
除了传输带宽不同外，部分频带干扰与宽带噪声
干扰基本上相同。由于部分频带干扰带宽更窄，较宽
带噪声干扰更容易产生；同时，部分频带干扰具有一
些类型的扩展频谱
[14]
，也使得它比宽带噪声干扰性能
更好。
设干扰带宽为
J
W
，跳频带宽为
W
，定义干扰因
子
J
WW
ρ
=
，即
ρ
为干扰带宽与跳频带宽之比。
由于部分频带干扰是对某一特定的频段实施干
扰，因此窄带噪声可以看做一个宽带噪声通过带通滤
波器后形成的信号，因此，宽带噪声可由高斯噪声生
成模块来产生，再经过一个带通滤波器，此过程便可
以产生部分频带噪声
[1
5]
，如图
7
所示。
高斯噪声发生器能控制产生干扰信号功率的大
小，可以实现系统输入干信比的改变，进而满足不同
干信比条件下的仿真需要。干扰因子
ρ
可以通过带通
滤波器通带带宽的变化来设定。
3
.3.
跟踪式干扰
跟踪式干扰
[16,17]
是干扰方将干扰噪声调制到与跳
频系统相同的频率上而实施的干扰，如图
8
所示，该
干扰信号的频率必须要拥有与跳频系统相同的跳变
规律，且必须在收发双方跳到一个新的频率之前将干
扰送达到接收机，才能有效的对跳频系统进行干扰。
由于跟踪式干扰的分析与处理需要电子设备的
支持，在信号处理过程中要消耗一定时间。因此在仿
真该干扰模型时，我们直接采用跳频频率合成器模型
与
Transport Delay
延时模块来组合产生，频率合成器
模型主要仿真干扰方对信号处理后的输出波形，而延
时模块主要用来模拟电子设备对信号的处理时间。其
仿真搭建模型如图
9
所示。
4.
仿真结果及分析
对
FH/BPSK
仿真系统进行设置，部分主要参数
FFT
Spectrum
Scope3
FFT
Spectrum
Scope2
FFT
Spectrum
Scope1
FFT
Spectrum
Scope
trans
Signal To
Workspace1
recv
Signal To
Workspace
Random
Integer
Random Integer
Generator
Product1
Product
Out1
Jamming
Out1
FH system
E rror Ra te
Calculation
Tx
Rx
E rror Ra te
Calculation
Di splay
BPSK
BPSK
Modulator
Baseband
BPSK
BPSK
Demodulator
Baseband
AWGN
AWGN
Channel
1
Out1
AWGN
AWGN
Channel
1
In1
OPEN ACCESS
31
跳频通信系统抗干扰性能仿真与分析
Figure
7.
D
iagram of
partial band noise block
图
7.
部分频带噪声干扰模块图
G(
f)
f
G(f)
f
Figure 8. Schematic diagram of tracking jamming
图
8.
跟踪式干扰图
Figure 9. D
iagram of tracking
jamming block
图
9.
频率跟踪式干扰模块图
如下，传输信息的速率：
9600
bits/s
；频率跳变速率：
28,
800
Hop/s
；跳频频点个数：
127
；频点间隔：
50
KHz
；
频带范围：
3 M~
9.35
MHz
。
4
.1
.
宽带噪声干扰
在仿真时不断改变宽带干扰噪声的功率设置，得
到如图
10
所示的误码率曲线图，其中横轴为干信比。
从图
10
中可以看出，在干信比很小时，仿真值
的误码率为
0
，主要是由于仿真数据有限造成的。之
后，随着干信比的增长，仿真值在理论值上下进行波
动，仅略有偏差，仿真值与理论值基本处于重合状态，
说明对
FH/BPSK
系统的仿真设计是正确的，为下面
干扰类型仿真分析的正确性提供了验证。从图
10
中
还可以看出，在误码率为
10
−
2
时，干信比已达到
24
dB
，
Figure 10. BER curves
of FH/BPSK
in broadband noise
图
10.
宽带噪声干扰下
FH/BPSK
误码率图
1
Out1
Zero-Order
Hold
B -FFT
Spectrum
Scope
Gaussian
Gaussian Noise
Generator
cheby1
Analog
Fi lter Desi gn
1
In1
1
Out2
Zero-Order
Hold
Continuous-Time
V CO
Voltage-Controlled
Oscillator
Unbuffer
Transport
Delay
Scope
Product
PN Sequence
Generator
PN Sequence
Generator
Gaussian
Gaussian Noise
Generator
Buffe r
Bit to Integer
Converter
Bit to Integer
Converter
15 20 25 30 35 40 45 5055
10
-6
10
-5
10
-4
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
干信比
/d B
误码率
理论值
仿真值
OPEN ACCESS
32
跳频通信系统抗干扰性能仿真与分析
想要更有效的干扰通信需要付出更大的干扰功率。
4
.2
.
部分频带干扰
利用不同宽度的频带干扰，得到干扰因子
ρ
分别
取
0.2
ρ
=
、
0.3
ρ
=
、
0.5
ρ
=
、
1.0
ρ
=
时的噪声。得
到不同干扰因子条件下的误码率
如图
11
所示。
从图
11
中可以看出，在不同的
ρ
值下，每条曲
线都对应着一个极值，且
ρ
越大极值越大。说明在干
扰功率很大的情况下选择的干扰频带越宽干扰效果
越好。同时，在还可看到在干信比较小的情况下，若
要达到
10
−
2
量级的误码率，
ρ
值越大所需要的干扰功
率也越大，而
1.0
ρ
=
时干扰噪声就变为宽带噪声，可
知要达到相同的干扰效果，宽带噪声干扰所需的干扰
功率比部分频带干扰所需的功率要大。同时从
图
11
中还可以看出，在干信比为
20
dB
~
30
dB
之间时，不
同的干信比总有一个对应的干扰带宽使误码率达到
最大。
将干信比设置为
28
dB
，将干扰因子
ρ
在
[0.1
，
1]
间取值，步进值设为
0.1
，在此种情况下对跳频系统
进行仿真，得到图
12
所示的干扰因子
-
误码率关系曲
线图。
从图
12
中可以看到，
ρ
从
0.1
逐渐增大到
1.0
的
过程中，理论值与仿真值均在
0.7
ρ
=
时误码率达到最
大。因此，部分频带干扰在干扰功率有限的情况下，
总是存在一个最佳的
ρ
值能够使干扰效果达到最好。
因此对于通信破坏方而言，在干扰功率有限时如何设
Figure 11. BER curves
of FH/BPSK
in partial band noise
图
11 .
部分频带噪声干扰下
FH/BFSK
误码率图
置最优的干扰频带宽度是十分关键的。
仿真结果分析
在仿真时将信息处理设备耗费的时间用
p
T
表示，
每个频率持续的时间用
d
T
表示，仿真中已假设收发两
端信号间没有时延，定义干扰因子
j
为：
( )
dpd
jTTT
= −
，由前文中的分析可知，只有当
pd
TT
<
，即干扰因子
j
满足
01
j
≤<
时，跟踪干扰才
能有效对跳频通信进行干扰。
将干扰加入
FH/
BP
SK
系统中进行仿真，得到如
图
13
所示的误码率曲线结果。
从图中可以看出，固定干扰因子，系统误码率随
着干信比的增加而不断增大，当干扰信号比
JSR = 8
Figure 12. BER curves
of
different
ρ
values when JSR is fixed at 28
dB
图
12.
干信比固定为
28
dB
时
ρ
取不同值的误码率图
Figure 13. BER curves of tracking jamming in different jamming
factors
图
13.
不同干扰因子下的频率跟踪式干扰误码率图
15 20 2530 3540 4550 5560
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
干信比
/d B
误码率
ρ
=0.2
ρ
=0.3
ρ
=0.5
ρ
=1.0
0.1
0.2
0.3 0.40.50.6 0.7 0.8 0.9
0. 03
0. 04
0. 05
0. 06
0. 07
0. 08
0. 09
干扰因子
ρ
误码率
理论值
仿真值
-15 -10-5
05 10
10
-3
10
-2
10
-1
10
0
干信比
/dB
误码率
干扰因子
j=0.2
干扰因子
j=0.5
干扰因子
j=0.7
干扰因子
j=0.9
OPEN ACCESS
33
跳频通信系统抗干扰性能仿真与分析
dB
时，对于所有的
j
，误码率都基本上达到最大值，
之后再提高干扰功率对系统的影响已经很有限。从图
13
中我们还可以看到，对于不同的干扰因子
j
，无论
干信比大小，总是
j
越大干扰效果越好。
5.
小结
上文对几种干扰进行了介绍与仿真，通过结果可
以看到，由于宽带噪声干扰要覆盖全部跳频带宽，想
要有效干扰跳频系统就需要很大的功率，因此，提高
跳频频带宽度是对抗该种干扰的有效措施
[18]
；对于部
分频带干扰，跳频系统可以采用空闲信道搜索
[19]
及自
适应技术
[20]
来缓解；由于跟踪干扰必须在跳频驻留时
间内将干扰送达才能有效的干扰跳频信号，因此，缩
短跳频信号的驻留时间，即提高跳频速率就可以有效
抵抗跟踪干扰。
参考文献
(References)
[1]
程凡超
,
曹泽阳
,
孙舒
(
2008
)
军事通信对抗中抗干扰技术
和国内外发展研究现状
.
第十二届全国青年通信学术会议论
文集
,
4
, 1284
-
1289.
[2]
Paradise
, R.
Y
. (1992
)
Technology
insertion
in JTIDS
terminals.
Conference R
ecord.
IEEE
Military Communication
s Conference
on
Communic
ations
-
Fusing Command
,
Control and
Intelligence
,
2
,
513
-
518.
[3]
Peterson, R.L. and Ziemer, R.
E.
(2006)
扩频通信导论
.
沈丽丽
译
.
电子工业出版社
,
北京
,
17
-
18
.
[4]
田日才
(
2007
)
扩频通信
.
清华大学出版社
,
北京
, 1-
6.
[5]
常文武
(
2010
)
浅析跳频通信的关键技术
.
电子科学
,
4
,
14
.
[6]
张宝强
(
2010
)
高速跳频的关键技术研究与实现
.
硕士学位
论文
,
西安电子科技大学
,
西安
.
[7]
赵岩
(
2010
)
跳频通信系统抗干扰性能研究
.
硕士学位论文
,
哈尔滨工业大学
,
哈尔滨
, 34-
35
.
[8]
邵玉斌
(
2007
) Matlab/Simulink
通信系统建模与仿真实例分
析
.
清华大学出版社
,
北京
,
62
-
85.
[9]
姜 恩光
(
2013
)
跳频通信系统设计及同步捕获研究与仿真
.
硕士学位论文
,
杭州电子科技大学
,
杭州
, 37
-
38
.
[10]
寇志刚
(
2010
)
跳频通信系统干扰技术研究与仿真
.
硕士学
位论文
,
西安电子科技大学
,
西安
.
[11]
梅文华
,
王淑波
(
200
5)
跳频通信
.
国防工业出版社
,
北京
,
226
-
227, 236
-
238
.
[12]
赵岩
,
郭庆
,
贾敏
(
2010
)
基于
Simulink
的跳频通信系统抗
干扰性能分析
.
通信技术
,
11
,
15
-
20
.
[13]
王壮
,
余国文
,
胡一明
(
2012
)
部分频带干扰对跳频通信系
统影响分析
.
舰船电子对抗
,
12
,
36
-
39
.
[14]
崔晶
,
汪立新
,
卢聪敏
(
2011
)
多定频干扰中的跳频信号分
离技术
.
电子技术应用
,
5
, 107
-
109
.
[15]
胡晓娇
(
2006
)
跳频通信系统抗干扰性能研究及仿真分析
.
硕士学位论文
,
华中科技大学
,
武汉
.
[16]
张帅帅
(
2011
)
数据链跳频抗干扰技术研究与仿真分析
.
硕
士学位论文
,
电子科技大学
,
成都
,
62
-
66
.
[17]
马文勇
,
杨曦
,
尹斌
(
2009
)
跳频通信系统抗跟踪式干扰性
能研究
.
舰船电子工程
,
2
,
75
-
76
.
[18]
陈静
,
杨明
(
2008
)
跳频系统抗干扰能力研究
.
无线电工程
,
1
,
26
-
28.
[19]
翟临博
,
刘元安
,
刘凯明
(
2010
)
利用最优空闲信道的认知
无线电
MAC
协议
.
北京邮电大学学报
,
2
, 121
-
125
.
[20]
Stabellini, L.
, Shi
, L.
, Al Rifai
, A.
, Espino
, J
. and
Magoula
, V
.
(
2009
)
A new probabilistic approach for adaptive frequency
hopping
.
IEEE
20
th International
Symposium
on Personal
,
I
n-
door and Mobile Radio Communications
,
Tokyo
,
13
-
16
Se
p-
t
emb er
2009, 2147
-
2151
.
OPEN ACCESS
34
