地域通信网中QPSK信号的抗干扰能力研究

孔德强，刘旭光，张祥虎

(中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳 471003)

地域通信网中QPSK信号的抗干扰能力研究

孔德强，刘旭光，张祥虎

(中国洛阳电子装备试验中心，河南 洛阳 471003)

System View是由美国ELANIX公司推出的、基于Windows环境下的可视化软件工具，主要用于信号级的系统仿真，是电路与通信系统设计、仿真时强有力的动态系统分析工具。利用System View动态分析仿真平台搭建了地域通信网的QPSK通信系统模型，并通过仿真给出高斯、单音、噪声调频、BPSK和QPSK五种干扰信号在该系统中的干扰效果和误码率。通过用System View对QPSK系统的仿真，可以看出单音和噪声调频是对QPSK通信系统最有效的干扰样式。

System View；QPSK；误码率；干信比

0 引言

BPSK、QPSK、FSK和ASK是数字调制的四种基本方法，但是在实际应用中，信道带宽有限，信道的抗噪声能力也各不相同[1]。在恒参信道下，QPSK调制技术与FSK、BPSK、ASK调制技术相比较，不但抗干扰能力强，所带信息量多，而且能更经济有效地利用频带，适合回传通道的技术要求，因此在地域通信网中得到了广泛的应用。目前，战术级地域通信网中的干线微波通信多采用这种调制方式，因此对QPSK通信系统的抗干扰性能研究具有重要现实意义。

本文利用System View软件平台，在理想信道下，采用了卷积编码、正交载波调制、串并变换等技术，对QPSK信号通信系统中不同形式的干扰样式进行仿真[2-5]，并给出了系统误码率-干信比曲线。

1 QPSK系统原理

1.1 QPSK信号分析

四相相移键控信号(QPSK)，是采用了四进制的数字调制系统。对于矩形包络的QPSK系统，其已调的信号的时域表达式为：

(1)

其中：

(2)

(3)

由此可见，信号可由两路BPSK组成,即同相分量与正交分量组成[6]。

1.2 通信系统抗干扰仿真原理

QPSK通信系统仿真原理如图1所示。其大致由串并变换、调制、传输信道、接收滤波器、解调器和并串变换等几个部分组成。二进制信息编码后经过串-并变换，取出其同相分量I(t)与正交分量Q(t)，采用正交调制，两路信号通过加法器完成调制，产生QPSK信号并与干扰信号一同进入信道。解调部分采用的相干解调，滤除高频的分量，经过判决电路实现波形恢复，最终还原出原始信号，通过收发两端的二进制序列的比对测试，计算出系统在受到干扰后的误码率。

2 QPSK通信系统仿真模型设计

整个QPSK系统的仿真模型包括三个部分。首先，将二进制序列进行QPSK编码，产生传送的信号；其次，信号在理想信道下的传送，并加入各种干扰样式。最后，就是对QPSK信号的解码，恢复出原始的二进制序列。系统采样率设为16.384MHz，Token3是PN序列仿真的二进制码，速率为256kHz，经过卷积编码，具体实现如图2所示。Token136采样器采样频率为512kHz，而后通过串并变换子系统，上下两路采样使得串并变换后码速率减为一半，这样使偶数码元和奇数码元正好相隔一个码元宽度被采样，等到I路和Q路信号后相加完成QPSK调制，加法器后通过带通滤波滤除带外干扰，用同频同相的正弦波与已调信号相乘，经低通滤波器后抽样判决，通过并串变换得到解调信号。

2.1 QPSK基带信号的产生

数字信号由PN序列表示。经过卷积编码后经过串并转换之后分别经过采样和保持产生奇序列和偶数列。接下来分别通过两个正交载波调制，形成一对PSK信号，最后相加得到QPSK信号，调制信号如图3所示。元器件的选择和参数设定情况如下：

根据任务要求，使用数字信号作为输入信号。因此，选取Source Library中的PN Freq图符。当系统速率为512kbps时，参数设定为：幅度为1V，频率为256kHz，模拟数字信号。

卷积编码器的模型设计和参数设置如下，卷积码的输出比特数为1，信息位长1，约束长度为7，时间偏置为0。

信号进行串并转换时，使用两个延时器，然后用采样器和保持器，将信号的奇序列和偶序列分离出来。当系统速率为512kbps时，一路延时器的延时时间为3.90625e-6 s，这样保证采到偶序列。另外一路的延时时间是1.95313e-6 s，保证采到的奇序列。采样，保持的作用是将采到的奇、偶序列分别扩充成连续的信号。因此采样器的频率为256kHz。两路滤波器均采用升余弦模型，由于系统速率为512kbps，滚降系数取0.5，速率为256kHz，抽头数130，输入的采样速率16.384MHz。

为了生成QPSK信号，系统采用正交调制使用一个Source Library中的Sinusiod，频率为1024kHz。一路直接用于调制，一路90°相移之后用于另外一路信号的调制。

2.2 信号的相干接收

通过莱斯信道传送后的信号经带通滤波后，分别通过两个相干解调。然后解调之后的信号一路为同相信号，一路为正交信号。经过判决之后，分别为原始的信号的奇序列和偶序列，再将他们相加就得到接收到的数据序列，图4给出了收发两端信号的相关性。元器件的选择和参数的设定如下：

信号通过带通滤波器后，采用相干解调。使用一个与QPSK信号正交调制相同的频率的调制信号。Source Library中的Sinusiod，频率为1024kHz。一路直接用于解调，一路90°相移之后用于另外一路信号的解调。同时用滤波器把相干解调的2倍载波的信号滤除，只保留基带信号。因此采用巴特沃斯低通滤波器，系统速率为512kbps时，截止频率为256kHz，采样速率16.384e+6 Hz。分别对解调滤波之后的同相信号和正交信号进行采样和保持。

这里为了达到并串转换，可对两路信号输入脉冲串，当系统速率为512kbps时，频率为256kHz，脉宽为1.953125e-6 s。这样用它的高低电平1和0来对输入的正交和同相信号作为奇、偶序列进行选择和相加,形成一个完整的序列数据。

卷积译码器参数输出长度为2，信息位长1，约束长度为7，维特比译码器路径长度15，偏置为4。

2.3 干扰样式库设计

System View仿真平台提供了Source Library库和Function Library库，可根据Gauss Noise模块、Sinusoid模块、PSK Carrier模块分别搭建高斯白噪声、单音、BPSK和QPSK干扰样式，根据Fred Mod模块来搭建噪声调频干扰样式。本文设计的干扰源模型包括高斯白噪声、噪声调频信号、单音信号、BPSK信号和QPSK信号五种常用的干扰样式。干扰信号产生后，通过增益器加入到信号中，进而仿真其干扰情况下该系统的误码率。

3 仿真结果及分析

比特误码率(BER)衡量一个通信系统优劣的重要指标之一[7]。本文使用System View软件对BER的仿真时，设定每次循环后将干信比递增1dB，即噪声增加1dB。运行系统仿真，到系统分析窗口，对接收到的经过处理后的数据信号，通过BER计数器与原始数据信号比较，求出循环一次所得到的误码率，不断的改变噪声增益来改变干信比，得到误码率-干信比曲线。误码率-干信比仿真曲线如图5～9所示。

对比可以发现，BPSK和QPSK干扰情况下的干信比曲线相似，干信比在0～5dB范围内，误码率迅速

增加，此后随干信比增加，误码率趋于稳定，但干扰效果不同。而噪声调频和单音干扰效果最好，调频干信比在0～5dB范围内，误码率迅速增大，但此后增大缓慢，大于约14dB后误码率稳定在50%左右；单音干扰能力最强，在0～1dB范围内，误码率极剧增大，在1～12dB范围，随干信比增加，误码率变化不大，干扰效果不明显，而后随干信比增大误码率迅速增大，直至极值50%；高斯噪声的干信比曲线明显不同于其它四种样式，干信比在0～5dB范围内，干扰效果不明显，干扰继续增大，干信比为10dB时，误码率才缓慢增加到30%，干扰的效果十分不明显。

为比较不同干扰样式的干扰效果，干扰信号使通信系统的误码率增大到25%时的干扰被认为是有效的干扰，即达到干扰门限值。表1是五种干扰信号在相同功率的情况下的干扰门限值。

表1 不同干扰样式下的QPSK通信系统干扰门限值

由仿真得出，五种干扰信号对通信系统干扰，使其误码率达到25%时，干信比从0～11dB不等，其中单音和噪声调频干扰效果较好，QPSK干扰次之，高斯白噪声和BPSK干扰效果最差。

4 结束语

通过用System View对QPSK系统的仿真，可以看出单音和噪声调频是对QPSK通信系统最有效的干扰样式，而System View是系统仿真与分析的强有力的工具，有效利用它可以在短时间内完成对系统的仿真与分析、设计，对于开展内场系统的性能仿真研究并在系统上作进一步设计，提供了极大的便利。■

[1] 马万治.无线通信抗干扰技术性能研究[D].成都：电子科技大学,2012.

[2] 徐升槐.基于System View的QPSK仿真与分析[J]. 实验技术与管理,2009，26(4):73-75.

[3] 张之越.基于System View的单载波调制解调系统性能对比[J]. 电子世界,2016(13):135-136.

[4] 李娜,张威虎,刘文霞,等.基于System View的直序扩频调制解调系统仿真研究[J].延安大学学报,2009,28(1):40-43.

[5] 张晓慧,张红燕.基于System View的BPSK、QPSK与OQPSK仿真与分析[J].信息通信, 2015(12):1-3.

[6] 汤永清,张银明.用System View实现对QPSK系统的仿真与分析[J]. 福建电脑,2003(4):38-49.

[7] 杨亮,齐林,刘艳霞.基于System View的比特误码率测试的仿真[J]. 现代电子技术,2005(2):109-111.

Research on the anti-jamming ability of QPSK signal in the regional communication network

Kong Deqiang, Liu Xuguang, Zhang Xianghu

(Luoyang Electronic Equipment Test Center, Luoyang 471003, Henan,China)

System View is a visualization software tool based on Windows produced by American ELANIX, mainly used for system simulation, signal level, design, circuit simulation and communication system dynamic system powerful analysis tool. Based on System View dynamic analysis simulation platform,a QPSK communication system model of communication network is built .The simulation results of Gauss, BPSK, tone, noise FM and QPSK five kinds of interference signal interference effect in the system and the bit error rate are given. By using System View simulation of the QPSK system, tone and FM noise is the most effective jamming of QPSK communication system.

System View; QPSK; bit error rate; dry signal ratio

2016-11-30;2017-01-17修回。

孔德强(1982-)，男，工程师，硕士，主要从事通信对抗与网络对抗工作。

TN975

A