金 芳，鄭緒剛

(中國(guó)人民解放軍91404 部隊(duì)，河北 秦皇島 066001)

0 引 言

自適應(yīng)選頻技術(shù)是指在通信過(guò)程中，發(fā)信方對(duì)信道中的多個(gè)可用頻點(diǎn)進(jìn)行周期性的探測(cè)，同時(shí)結(jié)合收信方對(duì)探測(cè)信號(hào)的回應(yīng)來(lái)評(píng)估傳輸質(zhì)量，以確定信息傳輸?shù)淖罴杨l率。根據(jù)實(shí)時(shí)探測(cè)的結(jié)果，自適應(yīng)選擇出最適合當(dāng)前環(huán)境工作的頻率，以保證收發(fā)雙方永遠(yuǎn)工作在最佳頻率上，這樣既可以將干擾降到最低，還能合理利用頻譜資源，提高通信傳輸?shù)男?，進(jìn)而擴(kuò)大網(wǎng)絡(luò)容量，保障通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的高可靠通信[1]?；诳鐚痈兄淖赃m應(yīng)綜合抗干擾技術(shù)示意圖如圖1 所示。

圖1 跨層綜合抗干擾技術(shù)示意圖Fig. 1 Schematic diagram of cross-layer integrated anti-jamming technology

通過(guò)自適應(yīng)選頻進(jìn)行干擾躲避，可提高信息傳輸系統(tǒng)的抗干擾能力。實(shí)現(xiàn)高效率的頻率自動(dòng)選擇和快速的干擾響應(yīng)時(shí)間，才能達(dá)到干擾出現(xiàn)的情況下，通信鏈路不中斷[2]。

1 干擾探測(cè)

自適應(yīng)選頻抗干擾技術(shù)的核心前提就是準(zhǔn)確高效的干擾探測(cè)[3]，采用頻譜監(jiān)測(cè)的方式進(jìn)行干擾探測(cè)，用于發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)中的干擾頻點(diǎn)，收集外部電磁環(huán)境情況下，每個(gè)頻點(diǎn)上的通信質(zhì)量[4]。頻譜探測(cè)流程如圖2所示。

圖2 干擾探測(cè)流程Fig. 2 Interference detection flow

首先由主控模塊根據(jù)用戶配置自適應(yīng)選頻感知頻率集合；自適應(yīng)選頻模塊收到配置信息后，根據(jù)MAC 當(dāng)前幀結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，配置主動(dòng)感知頻率集合、廣播頻率集合及探測(cè)信息給MAC 調(diào)度模塊；對(duì)于主動(dòng)感知頻率集合，MAC 根據(jù)時(shí)隙設(shè)計(jì)與物理層交互，實(shí)現(xiàn)具體感知操作；自適應(yīng)選頻信道傳輸報(bào)文，MAC 只需按照交互控制報(bào)文規(guī)定的時(shí)隙、頻率發(fā)送報(bào)文即可。

2 信道感知反饋交互

信道感知反饋交互主要是反饋其感知的信道過(guò)程，告知鄰居節(jié)點(diǎn)本端節(jié)點(diǎn)探測(cè)報(bào)文接收質(zhì)量情況[5]；告知本端節(jié)點(diǎn)自動(dòng)感知的頻點(diǎn)質(zhì)量情況。鄰居節(jié)點(diǎn)將自適應(yīng)選頻交互信道接收的信息、信道質(zhì)量信息轉(zhuǎn)交給自適應(yīng)選頻控制模塊；鄰居節(jié)點(diǎn)將上述信息與本時(shí)間段內(nèi)的本地感知信息進(jìn)行融合分析，對(duì)當(dāng)前自適應(yīng)選頻頻表中的頻點(diǎn)質(zhì)量進(jìn)行排序；鄰居節(jié)點(diǎn)將融合信息在自己的自適應(yīng)選頻交互信道、固定TDMA 控制信道發(fā)送給本端，使用固定TDMA 控制信道的發(fā)送原因是提高信息傳輸?shù)募皶r(shí)性；本端節(jié)點(diǎn)根據(jù)每個(gè)鄰居匯報(bào)的狀態(tài)，形成自己可供使用的發(fā)送頻率集合；干擾感知反饋時(shí)，需考慮頻率瞬時(shí)偶發(fā)干擾不做異常判斷等機(jī)制。感知反饋是一個(gè)長(zhǎng)期過(guò)程，整個(gè)過(guò)程如圖3所示。

圖3 感知反饋交互過(guò)程Fig. 3 The perceptual feedback interaction process

3 自適應(yīng)選頻決策

自適應(yīng)選頻決策過(guò)程主要用于節(jié)點(diǎn)根據(jù)鄰居上報(bào)的可用時(shí)隙中，選擇最優(yōu)的頻率發(fā)送控制信息過(guò)程。決策目的是，給自適應(yīng)選頻頻率集的頻率質(zhì)量進(jìn)行排序，選舉“最好”的頻率用于自己的控制信道數(shù)據(jù)發(fā)送。

自適應(yīng)選頻決策的方法如下：

步驟1根據(jù)頻點(diǎn)的可用度、質(zhì)量進(jìn)行分檔劃分，劃分為不可用、最低速率可通、基本可用、穩(wěn)定可用4 擋，每檔里面根據(jù)信道質(zhì)量排序；

步驟2信道質(zhì)量評(píng)估大致算法為新頻點(diǎn)質(zhì)量 = 舊頻點(diǎn)質(zhì)量×0.4 + 0.6×本次匯報(bào)質(zhì)量；

步驟3自適應(yīng)選頻決策做出換頻決策的前提是只有在發(fā)生了當(dāng)前頻率不可用、當(dāng)前頻率只能最低速率可用的時(shí)候才考慮更換頻率；

步驟4自適應(yīng)選頻決策出來(lái)的用頻在2×N個(gè)子幀后生效，N為在網(wǎng)節(jié)點(diǎn)數(shù)目，確保理論上每個(gè)節(jié)點(diǎn)都能收到一次決策信息。

4 基于子帶扣除的抗干擾技術(shù)

當(dāng)通信傳輸過(guò)程具有高帶寬的通信需求時(shí)，可采用頻譜資源利用率較高的OFDM 技術(shù)體制，當(dāng)信道中有效頻率范圍部分頻點(diǎn)、頻段存在干擾的情況下，會(huì)影響系統(tǒng)的通信性能，降低通信速率。如何提高OFDM 技術(shù)體制下的寬帶通信抗干擾通信能力，是本文需解決的一個(gè)重要問(wèn)題。

由于采用OFDM 波形體制，當(dāng)信道中有效頻率范圍部分頻點(diǎn)、頻段存在干擾，將對(duì)子載波的正交性造成破壞[6]，也會(huì)干擾信號(hào)的定時(shí)和頻率同步，導(dǎo)致誤幀、誤碼。通常的頻率選擇方案，只是避開(kāi)中心干擾頻段，但是干擾信號(hào)還會(huì)在其他頻段引入噪聲，從而降低其他頻段的通信性能。

系統(tǒng)波形利用OFDM 調(diào)制完成多個(gè)正交子載波進(jìn)行調(diào)制，實(shí)現(xiàn)高速率傳輸。然而，由于其占用帶寬較寬，干擾信號(hào)通常在通帶內(nèi)，這將直接影響其通信質(zhì)量。因此，需在通信頻帶內(nèi)進(jìn)行自適應(yīng)選頻，選用未受干擾的子載波進(jìn)行有效數(shù)據(jù)傳輸。同時(shí)由于干擾信號(hào)會(huì)破壞OFDM 載波正交性，距離越近影響越大，為提升受干擾狀態(tài)下的通信性能，需結(jié)合擴(kuò)頻、自適應(yīng)編譯碼等多種抗干擾手段提升抗中通的效果。

本文研究的自適應(yīng)選頻方案，有2 大優(yōu)勢(shì)。第一，高效率，如圖4 所示，將通信帶寬分為8 個(gè)子帶[7]，利用入網(wǎng)階段同步競(jìng)爭(zhēng)信道的頻率掃描實(shí)現(xiàn)子帶干擾的識(shí)別，不要分配專門的頻譜掃描資源，實(shí)現(xiàn)靈活、高效的多子帶抗干擾設(shè)計(jì)方案。第二，提升抗中通性能，參考5G 技術(shù)的F-OFDM 技術(shù)[8]，結(jié)合MIMO 多天線技術(shù)，同時(shí)具備頻率分集、天線分集、時(shí)間分集效果，有效提升抗中通的性能。

圖4 子帶分配Fig. 4 Subband allocation

通過(guò)對(duì)寬帶內(nèi)子載波進(jìn)行子帶劃分，剔除受干擾的頻段，達(dá)到躲避干擾的目的，如圖5 所示?；谧訋澐值姆绞剑ㄟ^(guò)BSNP 頻譜識(shí)別算法結(jié)合判決反饋的方式，具有干擾檢測(cè)準(zhǔn)確的優(yōu)點(diǎn)。根據(jù)用戶需求和服務(wù)質(zhì)量，對(duì)不同子帶進(jìn)行有效的資源分配，躲避干擾的子載波，提高子帶傳輸效率。

圖5 干擾子帶扣除Fig. 5 Interference subband deduction

利用系統(tǒng)初始同步過(guò)程和后續(xù)測(cè)距過(guò)程的控制通道交互過(guò)程，在多個(gè)子帶進(jìn)行頻率掃描發(fā)送同步符號(hào)、FCH 符號(hào)，接收端在多個(gè)子帶并行進(jìn)行FCH 解析，根據(jù)頻譜檢測(cè)結(jié)果、FCH 譯碼情況判斷哪些子帶被干擾，并將被干擾子帶信息報(bào)上層軟件，在同步交互消息告知向周圍節(jié)點(diǎn)。

5 結(jié) 語(yǔ)

研究通信抗干擾技術(shù)可極大改進(jìn)通信質(zhì)量，尤其是本文提出的以干擾探測(cè)為前提。通過(guò)信道感知反饋交互和自適應(yīng)選頻決策而完成分布式自適應(yīng)選頻抗干擾技術(shù)，可有效扣除干擾子帶，提升通信抗干擾水平。