安 明，竺小松 （国防科技大学，安徽 合肥 ２３００３７）

摘要：应用正交频分复用调制（ＯＦＤＭ），基于 ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ软件无线电平台开发噪声干扰系统，根据目标信号的频谱 特征，可采用 ＯＦＤＭ 对噪声干扰信号频谱进行灵活控制，产生具有多个不同带宽的干扰信号。同 时，基 于 ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ软件平台与通用软件无线电外设，开发信号处理模块及噪声干扰系统，实现传统硬件信号处理功能，从而使得 信号产生更灵活高效，降低了系统对硬件的依赖性，有利于提高系统的适应性。

关键词：正交频分复用；软件无线电；ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ；噪声干扰

０ 引 言 

    随着电子信息技术在各个领域的广泛应用与快 速发展，电子信息领域的对抗愈加激烈，传统电子对 抗面临更多挑战。在复杂电磁环境条件下，信号频 率范围更宽，通 信 样 式 更 为 复 杂，通信手段更为灵 活［１］；而传统噪声干扰主要是以单载波调制为主，例 如包括噪声调幅干扰、噪声调频干扰、噪声调相干扰 等，通常功耗大，效率低，灵活性差，频率稳定度差， 影响干扰效果。因此，具有宽带、多目标干扰的灵活 便捷干扰成为研究的热点［２］。

    本文通过采用正交频分复用调制，根据目标信 号的频谱特征对干扰信号的频带进行控制，产生具 有相应功率谱的干扰信号，实现多目标干扰；同时， 基于 ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ软件无线电平台开发信号处理模 块及噪声干扰系统，结合通用硬件外设，替代传统硬 件电路的信号处理部分，提高了系统的通用性和灵 活性。

１ ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ软件无线电平台

    软件无线电（ＳＤＲ）是一种多频段 无 线 电，由 天 线、射频前端、模数／数模转换模块等构成，可以满足 多种不 同 的 空 中 接 口 和 协 议，具 有 灵 活 性 和 开 放 性［３］。软件无线电通过软件与硬件相结合的 方 式，实现根据不同用户需求、通信协议甚至某个算法来 对通用硬件平台和搭载的开源软件进行相应的编程 配置，从而实现相应的功能［４］。软件无线电提 供 了 能够满足多模式、多频段、多功能的无线通信解决方 案［５］，用软件编程对通用硬件平台的可重新配置实 现传统硬件电路的功能，所以软件无线电开发不只 是电路设计，更多地是对搭载到通用硬件平台的软 件开发与设计，从而降低对硬件资源的依赖，具有灵 活性。同时，软件无线电支持模块化设计，通过对搭 载的开源软件包提供信号处理模块进行不同组合配 置，能够实现不同无线电业务需求（包括频段、调制 方式等等），具有开放性［６］。

    软件无线电系统主要包括３个部分：基于天线、 收发子板等的射 频 前 端 模 块、数 模／模 数（ＡＤ／ＤＡ） 转换模块以及基于通用处理器的数字信号处理模块 （ＤＳＰ），如图１所示。其中，射频前端模块主要用来 完成射频 信 号 的 接 收 与 发 送；ＡＤ／ＤＡ 转换 模 块 作 为联系模拟信号与数字信号的纽带，用来连接射频 前端模块和数 字 信 号 处 理 模 块；最 后 是 ＤＳＰ 模块， 主要用于实现基带信号的调制／解调以及编码／解码 等等。

图１ ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ软件无线电架构

ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ是常见软件无线电平台之一，是由 麻省理工学院（ＭＩＴ）开发的一个开源软件开发工具 包，能够提供丰富的信号处理模块，使用通用软件无 线电外围设 备（ＵＳＲＰ），基于射频硬件及通用处理 器开发相应功能［７］。它既能应用于创建软件无线电 平台，也可以用于仿真环境中。ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ支持多 种多样的信号处理，利用不同信号处理模块的组合 创建应用程序并通过硬件设备发送或接收数据，实 现不同的信 号 处 理 功 能。ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ具有 丰 富 的 元件库，同时它也能支持这些元件相互连接，将数据 从一个模块传递到另一个模块，支持流图式设计，从 而有利于 软 件 部 分 开 发。如果需要特定功能的模 块，也支持扩展 ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ元件库，创建并添加所 需功能的模块。ＧＮＵＲａｄｉｏ应用程序主要使用Ｐｙｔｈｏｎ编程语言编写，一些复杂的信号处理也可以使 用 Ｃ ＋＋语言来实现。基于以上特点，ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ 软件无线电平台得到广泛应用。

２ 基于 正 交 频 分 复 用（ＯＦＤＭ）的噪 声干扰系统

２．１ ＯＦＤＭ 基本原理

ＯＦＤＭ 是一种多载波数字调制方式，其原理如 图２所示通过串并转换将输入的串行数据流调制到 Ｎ 个并行的子载波发射，从而使子载波的符号周期 增大，有利 于 抗 多 径 延 时［８］。设 ＯＦＤＭ 系统 有 Ｎ 个并行的子 信 道，符 号 持 续 周 期 为 Ｔ，子信 道 的 待 传输数据为Ａｉ（ｉ＝０，１，…，Ｎ －１），第０个子载波 频率为ｆｃ，第ｉ个子载波频率为，则 ＯＦＤＭ 符号可表示为：

    通常采用离散傅里叶变换来实现 ＯＦＤＭ 调制， 设 Ｘｋ（ｋ＝０，２，…，Ｎ －１）表示待传输信号，经过逆 向傅里叶变换后则得到信号序列ｘｎ，其中ｘｎ 与Ｘｋ 满足：    

    因此，ＯＦＤＭ 调制可采用离散傅里叶逆变换 （ＩＤＦＴ）实现，将待发送数据 Ｘｋ 分别映射到对应的 子载波作为频域数 据，经 过ＩＤＦＴ 运算 后 即 得 到 时 域信号ｘｎ。 在应用过程中，也可以采用ＩＦＦＴ 运算 来实现，从而有效降低算法复杂度。

    ＯＦＤＭ 子载波间是相互正交的，一 个 ＯＦＤＭ 符号的周期是每个子载波周期的整数倍，且相邻子 载波之间相差１个周期，即：

    所以，在每个子载波上可以根据不同背景环境 对子信道采用相应的调制方式或控制［９］。利用这一 特点，可在侦察目标的频谱特征后，通过对干扰信号 子信道的幅度控制，产生相应频带范围和功率的干 扰信号，从而灵活控制干扰信号功率谱。

２．２ 基于 ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ的噪声干扰设计 

    噪声干扰信号产生原理如图３所示，首先根据 频谱感知侦察周围电磁环境信息，并根据侦察得到 的情报选择噪声序列，在串并转换后通过频谱干扰 控制模块设置产生对应的干扰信号频谱控制参数， 在经过快速傅里叶 逆 变 换（ＩＦＦＴ）模块 以 及 并 串 转 换后即得到具有特定频谱的时域干扰信号。

图３ 噪声干扰系统原理

    首先，进行系统控制部分设计。系统控 制 主 要 分４个部分：系统参数配置、噪声类型选择、干扰信 号配置类型、噪声序列及干扰频谱显示。首先是系 统参数配置，可设置子载波个数，选择干扰信号配置 类型以及 ＵＳＲＰ终端射频中心频率；其次是噪声序 列类型选择，包 括 均 匀 噪 声、高斯噪声以及混沌噪 声；第三部分是干扰信号配置类型，包括音频干扰以 及部分频带干扰（多音干扰即使用单个或多个正弦 波的干扰信号，当使用单个正弦波时即为单音干扰， 相对地使用多个正弦波时则为多音干扰。在音频干 扰模式下，可根据目标信号频谱特征选择相应的一 个或多个相应的子信道映射噪声序列，从而产生相 应的干扰信号；部分频带干扰将频带划分为一个或 多个子频带，从而使得干扰能量更为集中，提高干扰 效果，在部分频带干扰模式下，可分别设置多个具有 不同带宽的干扰频带）；最后是显示部分，实时显示 当前输出的时域噪声干扰信号及其频谱，从而可根 据目标信号的频谱特征对干扰信号作相应调整。

    根据系统设计，在 ＧＮＵＲａｄｉｏ开发平台中开发 噪声干扰信号产生系统。系统信号处理模块的基带 信号处理在 ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ软件平台完成，主要包括３ 个方面，即流图、信号处理模块以及作为流图与信号 处理模块间 接 口 的 ＳＷＩＧ（Ｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄ Ｗｒａｐｐｅｒａｎｄ ＩｎｔｅｒｆａｃｅＧｅｎｅｒａｔｏｒ）。ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ 软 件 平 台 主 要 基于 Ｐｙｔｈｏｎ语言和 Ｃ＋＋语言编程实现，其中 Ｃ＋＋编程执行效率较高，主要用于底层的 ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ 信号处理模块；Ｐｙｔｈｏｎ编程更为简单且具有面向对 象的特点，用于信号处理模块相互组合连接，得到不 同基带信号处理功能的应用设计。由于信号处理模 块采用 Ｃ＋＋语言编程，而流图采用 Ｐｙｔｈｏｎ语言来 连接信号处理模块，因此需要接口（ＳＷＩＧ）实现 Ｐｙ－ ｔｈｏｎ和 Ｃ＋＋之间的转换。ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ软件平台 包含丰富的信号处理模块库，因此可以通过直接调 用这些模块并连接得到流图，最后作为应用程序运 行，实现相应的信号处理功能，这样一定程度上避免 了直接底层 Ｃ＋＋编程细节，提高了开发效率。

    基于 ＧＮＵＲａｄｉｏ平台开发混沌噪声产生模块， 并安装到 ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ信号处理库。混沌现象介于 确定与随机关系之间，是客观存在的一种重要的形 式，看似没有规则的非周期的运动现象，但对初始条 件很敏感，微小的变化也会产生无法确定的结果，具 有很强的复杂性和奇异性，因而相对其他伪随机序 列得到了更多关注［１０－１１］。本文采用 Ｌｏｇｉｓｔｉｃ混沌模 型产生 混 沌 序 列，其 方 程 为 ｘｎ＋１ ＝μ·ｘｎ ·（１－ ｘｎ），取初 值 ｘ０ 为 ０．２２，μ 取值 为 ４。第 １ 步，在 Ｌｉｎｕｘ系统 下，利 用 ｇｒ＿ｍｏｄｔｏｏｌｎｅｗｍｏｄ命令 生 成 新 的 模 块 ｇｒ－ｍｙｍｏｄｌｅ，在 新 生 成 的 模 块 ｇｒ－ ｍｙｍｏｄｌｅ中用ｇｒ＿ｍｏｄｔｏｏｌａｄｄ－ｔｓｙｎｃ－ｌｐｙｔｈｏｎ命 令生成新的信号处理模块（ｂｌｏｃｋ），－ｔｓｏｕｒｃｅ选择其 类型为ｓｏｕｒｃｅ，－ｌｐｙｔｈｏｎ编程 语 言 为 Ｐｙｔｈｏｎ，并设 置模块属性（初始值，模块名等）；第２步，在新建模 块中用 Ｐｙｔｈｏｎ编程，通过 Ｌｏｇｉｓｔｉｃ混沌模型产生混 沌序列，由ｏｕｔｐｕｔｉｔｅｍｓ［０］端口输出；第３步，修改 ｘｍｌ文件，设置模块输出以及参量属性，执行“ｍａｋｅ ｉｎｓｔａｌｌ”命令安装模块。

    最后，基于 ＧＮＵＲａｄｉｏ平台实现干扰系统。采 用随机序 列 模 块 Ｒａｎｄｏｍ Ｓｏｕｒｃｅ及混 沌 噪 声 模 块 作 为 信 源 输 入，经 过 子 载 波 映 射 模 块 （ＯＦＤＭ ＣａｒｒｉｅｒＡｌｌｏｃａｔｏｒ）分配 到 各 子 载 波，并 通 过 信 道 控 制模块来控制子信道，产生不同带宽的干扰信号频 谱，然后通过快速傅里叶变换（ＦＦＴ）模块进行ＩＦＦＴ 运算（这 里 ＦＦＴ 模 块 的 Ｆｏｒｗａｒｄ／Ｒｅｖｅｒｓｅ设 置 为 Ｒｅｖｅｒｓｅ，实现ＩＦＦＴ 功能），同时增加 ＱＴ 模块来显 示输入的噪声序列以及输出干扰信号的频谱，最后 通过 ＵＳＲＰＳｉｎｋ模块由硬件平台进行输出，系统界 面如图４所示。

３ 系统测试 

    将 ＰＣ 端通过网线与硬件前端 ＵＳＲＰ连接，从而将 ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ平台产生的基带噪声干扰传输到 ＵＳＲＰ；同时将 ＵＳＲＰ输出端与频谱分析仪连接，通 过频谱分析 仪 观 察 ＵＳＲＰ 输 出的噪声干扰信号频 谱，如图５所示。运行噪声干扰系统顶层模块，选择 不同的频谱控制参数配置类型并观察相应的噪声干 扰信号频谱。

    首先，选择噪声干扰信号配置类型为部分频带 干扰，ＦＦＴ 长度为６４，硬件前端 ＵＳＲＰ中心频率为 ８５０ＭＨｚ，设置信号采样率为１０ ＭＨｚ，则相邻子载 波频率间隔为０．１５６ＭＨｚ，选择２个子频带对应的 子载波编号分别为２０～４０，５３～５５，则对 应 的 频 带 宽度分别 为３．２７６ ＭＨｚ和０．４６８ ＭＨｚ，如图６所 示。图７为通过频谱分析仪测得的部分频带噪声干 扰信号频谱。

    选择噪声干扰信号配置类型为音频干扰，ＦＦＴ 长度为６４，硬件前端 ＵＳＲＰ中心频率为８５０ ＭＨｚ， 信号采样率为１０ＭＨｚ，选择子载波编号分别为２７， ３３，４０和５０，则对 应 的 频 率 分 别 为８４９．０６２ ＭＨｚ， ８５０．００ＭＨｚ，８５１．０９４ＭＨｚ，８５２．６５６ ＭＨｚ，如图８ 所示。图９为通过频谱分析仪测得的音频噪声干扰 信号频谱。

    通过测试，基 于 ＯＦＤＭ 的 ＧＮＵ Ｒａｄｉｏ噪声 干 扰信号产生系统可通过配置频谱控制参数选择相应 图６ 部分频带干扰 图７ 部分频带干扰测试 图８ 多音干扰 的子载波，实现对噪声干扰信号频谱的灵活控制，能 够产生具有不同带宽的部分频带噪声干扰信号以及 多音干扰信号。

４ 结束语 

    本文应用 ＯＦＤＭ 调制方式基于 ＧＮＵＲａｄｉｏ平 台开发了噪声干扰信号产生系统，ＯＦＤＭ 具有频谱 控制灵活的优势，可根据目标信号的频谱特征产生具有不同带宽的干扰信号，从而实现对干扰信号功 率谱的灵活控制。最后，基于 ＧＮＵＲａｄｉｏ软件无线 电平台结合 ＵＳＲＰ开发了噪声干扰信号产生系统， 较传统信号产生方式更为灵活高效，节省了硬件资 源，提高了系统的适应性。

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