通信系统共址干扰的仿真与分析
现代军事的战术指挥和控制越来越依赖于无线通信技术的发展。但多部电台近距离工作时出现的严重共址干扰对战术无线通信带来极大的不利影响。由于空间狭小，设备繁多，这种干扰现象普遍存在于现役或正在研发的舰载、机载、装甲及轮式/履带指挥车等多种系统装载平台中。
【关键词】共址干扰 跳频电台
现代军用通信系统需要具有快速跳频这样的扩频抗干扰能力。在这种系统中，收发射机的工作频率在一个较宽的频带上（如：60～108MHz）快速变化，以防止受到阻塞干扰。在跳频电台组网中，由于收发信机距离太近而形成的射频干扰会造成电台性能的显著恶化。应在系统的早期设计过程中尽早确定系统内部共址干扰所引起的性能下降，否则，在后期的实际应用中任一个干扰问题的解决，都会非常困难，且要付出昂贵的代价。
因此有必要针对典型的战术跳频通信系统提出一种分析模型及分析手段，既可用于准确评估共址干扰对系统性能的影响，也可对不同缓解技术进行效果评估。
1 系统仿真结构模型的建立
典型通信系统中共址问题如图2-1所示。图中，受干扰接收机的干扰来自于一部或多部发射电台。这些电台可能使用不同的天线发射，也可能在某些条件下共同使用一根天线。
在计算机中，建立图2-1所示共址系统的系统结构模型如图2-2。其中包括多部共址发射电台（发信机部分）、一部共址接收电台（接收机部分）以及电台之间的天线耦合矩阵。
天线耦合矩阵内包含各电台天线之间耦合度的测量或计算值。收发信机后各模块表示与共址仿真相关的设备或电路单元，如：滤波器、功放、功合器、收发开关、多路耦合器、低噪放、混频器等。每一模块的输入参数包括：前向传输函数、后向传输函数以及由不同频率上截止点描述的非线性特性。为了使仿真结果更准确，上述相关参数最好是通过对电台的实际测量得到。
发射机的工作频度由各电台的收发概率比和平均信息长度确定，可以从0到100%。也可令某些发射机同步工作。接收机就假定一直处于接收工作状态。
该结构既适用于定频系统也适用于跳频系统。对于跳频系统，电台的跳频频段、跳频速率、频段间隔、禁止频段都可以进行灵活定义。
2 系统仿真的分析模型
共址系统仿真的核心在于干扰分析模型的建立。造成共址干扰的机制有以下几种：
（1）在两部或多部共址发射机内部产生的互调（IM）失真产物（反向IM）。
（2）所谓的“锈蚀螺栓”问题引起的非线性机制所产生外部互调产物。
（3）由于接收机内部非线性，在受干扰接收机产生的互调产物。
（4）由干扰发射机产生的宽带或边带噪声，落入受干扰接收机处理通带内。
（5）由于接收机前端通带内存在强干扰，产生接收机本振噪声的倒溢混频现象。
（6）由于接收机前端通带内存在强干扰，造成前端限幅或增益压缩。
系统仿真过程流图如图3-1所示。
在计算机的分析模型构造中，将上述共址干扰产生的所有机制统一综合在一起考虑，而将前三个机制（互调干扰）与后三个机制（接收机减敏）作为两个基本的子模型分别处理，用以预测受损链路的误码率特性。
互调分析子模型——这一模型基于蒙特卡罗仿真，以确定接收机信道被双音互调产物阻塞的概率。它包括了上述罗列的前三种机制。
接收机灵敏度子模型——这一模型基于算法和实测数据。实测数据包括待分析电台的发射机和接收机本振频率特性。它包括了上述罗列的后三种机制。
采用这两个模型所获得的结果，共同用于评估目标射频分系统的所有共址误码率特性。另外，还可以使用这些模型来评估跳频滤波器（FHF）及自适应干扰抵消设备（AIC）等共址干扰缓解技术的性能。图3-2列出了该分析模型的关键特性，并说明如何用于评估共址误码率性能。
对多个干扰源所引起的误码率特性评估，可以按以下步骤进行：
（1）使用接收机灵敏度模型计算一个干扰源的BER特性。若多个干扰源的发射电平不同，或它们耦合到受损接收机的幅度不同，应按每一种干扰电平分别计算BER结果。
（2）将（1）所得的多个干扰源电平的BER预计结果相加。
（3）再将互调分析的BER结果与（2）所得结果相加，得到总的BER预计结果。
以上计算过程基于干扰源的频率间相互独立，并且假定跳频所产生的互调产物的分布是平均的。当环境及接收机端口噪声不是BER特性的主要决定因素时，步骤2对全频段跳频的情况是同样有效的。
3 共址系统仿真分析实例
3.1 系统配置
采用上述仿真方法对实际战术跳频电台共址系统进行了分析。电台的跳频速率约300跳，与典型的SINCGARS超短波电台相似。表4-1列出了接收机、远端发射机及近端共址干扰发射机的主要参数。
3.2 通信距离仿真
在一部干扰发射机的条件下，针对受干扰接收机与干扰发射机不同的天线间距，计算受干扰通信链路的极限通信距离。在仿真过程中，以10%的信道误码率为极限通信距离的计算条件，因为这是超短波跳频电台进行数字话音通信所能承受的极限信道误码率。仿真结果如图4-1。从图中可见，在车载平台上很小的天线距离会导致通信距离的急剧下降。
3.3 传输误码率仿真
假设两部干扰发射机天线之间的距离为3米，并且它们距受干扰接收机天线的距离都为2米。在不同的通信距离下对信道误码率进行仿真。结果如图4-2。并且，为了便于对比，图中也绘出了无干扰及一部发射机干扰条件下的误码情况。
3.4 不同干扰机制的影响对比
图4-3为不同天线隔离度条件下，发射机噪声、接收机减敏/交叉调制、接收机互调及发射机互调几种主要的共址干扰机制分别作用以及综合作用时，受干扰话音通信链路信纳比（SINAD）小于10dB（可接受最小值）的概率仿真曲线。一般认为该概率大于10%时，话音质量已无法接受，接收机被阻塞。
从图4-3中可见，在仿真的隔离度范围内，发射机噪声是最主要的共址干扰机制。而接收机和发射机的互调即使共同作用也不会产生严重的阻塞影响。这是因为只有三部干扰发射机工作时，所产生的互调产物总数量尚不足以对跳频系统产生严重影响。当隔离度小于30dB时，接收机减敏/交叉互调可能产生明显的影响。确定干扰机制主次对于研发低成本高效率共址缓解设备是非常有益的。对于该例，显然接收机最少需要35dB的隔离。若实际装车条件只能提供30dB隔离，根据图4-3，为了解决共址干扰问题，不必在减小互调干扰投入太多，而应集中精力着重减小发射机的噪声。
4 结论
本文介绍了一种适用于通信系统的共址干扰仿真分析方法。该分析方法将干扰产生机理与电台的实测性能相结合，对通信平台中的相关设备和收发统计概率进行建模。对一个实例系统进行了较全面的仿真分析。其中对不同干扰机制影响的定量对比非常有助于缓解措施的选择和优化。
参考文献
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[2]周铁仿.战术电台车共址干扰的计算机仿真研究[J].计算机仿真，2002（11）：13-14，59.
[3]Isaacs J.，Robertson W.and Morrison R.，A cosite analysis method for frequency hopping radio systerms. IEEE MILCOM，1991：522-526.
作者简介
王战永（1981-），男，广东省广州市人。现为中国电子科技集团公司第七研究所工程师。
作者单位
中国电子科技集团公司第七研究所 广东省广州市 510310
