汽车PEPS系统射频通信抗同频干扰设计方法

电子质量2019年第05期(总第386期)汽车PEPS系统射频通信抗同频干扰设计方法AMethodofRFCo-ChannelInterferenceMitigationinPEPSSystem赵先锋（同济大学汽车学院,上海201804）ZhaoXian-feng(AutomobileschoolTongjiUniversity,Shanghai201804）摘要：该文主要针对汽车无钥匙进入与启动系统(PEPS)射频通信过程中易受同频干扰的问题进行分析，采用一种快搜索式自同步跳频抗干扰方法提升抗干扰性能，并在MATLAB/Simulink平台上通过仿真验证了这种方法对同频干扰的抑制能力。关键词：PEPS；射频；抗干扰；跳频中图分类号：U463.6文献标识码：A文章编号：1003-0107(2019)05-0082-04Abstract:Inthispaper,afastsearchself-synchronousfrequencyhoppinganti-jammingmethodisadoptedtoimprovetheanti-jammingperformanceofthePEPSsystemwhichisverysensitivetotheCo-channelinterfe-renceintheprocessofRFcommunication.TheSimulationresultsinMATLAB/Simulinkplatformshowedthatthismethodcouldenhanceanti-jammingabilitygreatly.Keywords:PEPS;radiofrequency;anti-interference;frequency-hopping(FH)CLCnumber:U463.6Documentcode:AArticleID：1003-0107(2019)05-0082-040引言为了提升抗干扰能力，通常会采用加大汽车钥匙发汽车PEPS系统从钥匙身份识别、车身门锁控制到射端发射功率或降低传输信道噪声的方法，发动机点火控制等过程均由射频识别技术完成，但是射高信噪比。但是在面对强同频干扰时，仅通过提升系统频的辐射功率十分微弱，因此极易受到外界干扰而失传输信道信噪比来抗干扰的成本非常高，效[1-2]。一般来说，同频干扰是PEPS系统各类射频干扰无线电法规的限制，汽车钥匙的辐射功率不可能无限地中最为常见的一种干扰类型，如图1所示。提升[3]。跳频通信是军事通信领域常用的一种抗干扰手段，其理论基础是香农定理，香农定理直接反映了通信系统中信道容量和信号功率、噪声功率、信道通频带宽的函数关系[4]。对于高斯加性白噪声信道，有如下表达式：C=Blog2(1+S/N)式(1)中C为信道容量，B为信号带宽，均功率，N为噪声功率，S/N表示信噪比。从式(1)可以得到一个重要结论，即在信道容量C确定的情况下，图1同频干扰B的增加会降低系统对于信噪比S/N的要求。作者简介院赵先锋(1985-)，男，车辆工程硕士，主要研究方向为汽车电子。E-mail：zhaoxf_11@163.com。82S即尽可能提而且由于国家(1)为信号平带宽但不同于军事通信领域，汽车电子系统对于成本和为了在PEPS系统有限的硬件资功耗十分敏感。因此，源上实现跳频同步并尽可能减小系统功耗，必须针对1PEPS系统跳频通信系统模型本文采用了快搜索方法实现跳频同步[5]，以达到增强抗干扰能力的同时尽可能少地增加静态电流消耗。系PEPS射频通信的特点采用特定的跳频方法。统模型如图2所示。图2快搜索式自同步跳频系统模型在钥匙端，输入信息码序列进行基带调制得到带宽速搜索。如果在Tc/6M时间内，M个频率与接收频率都为W1调制信号m(t)。跳频序列发生器产生的独立跳频不相关，则频率合成器停止搜索，立即进入休眠状态直序列用于控制频率合成器，使其输出频率按设定好的跳至下一个循环开始。为了尽可能最大限度地降低静态电频图案跳跃变化。其表达式为：流，M不宜过大。b(t)=A移M-1(2)在完成同步之后，接收端转入跳频工作状态。信号n=0cos[(棕i+n棕驻)(t-nTc)+渍i]gTc(t-nTc)S(t)经带通滤波器滤波之后，需要有与发送端相同的跳式(2)中，A为信号幅度，M为跳频频率总数，棕i为频频指令去控制本地频率合成器，使其输出的本振信号频率合成器的起始角频率，棕驻为跳频频率间隔，棕i+n棕驻和率随发射频率相应的跳变，从而对接收到的跳频信号进渍i为在nTc臆t臆(n+1)Tc时间内发射信号的角频率和初行解跳。解跳表达式为：始相位，gT(t)为宽度为Tc的闸门函数。n随着时间不断b'(t)=A移M-1c变化，则载波频率相应地变化。调制信号m(t)对随机载n=0cos[(棕j+n棕驻)(t-nTc)+渍j]gTc(t-nTc)频进行调制，得到跳频信号Si(t)，可表示为：式(5)中棕j为本地频率合成器的起始角频率，SM-1只相差一个中频频率。i(t)=Am(t)移n=0cos[(棕i+n棕驻)(t-nTc)+渍i]gTc(t-nTc)(3)棕i渍j为接收端初始相位。在快搜索同步捕获阶段，跳频信号Si(t)经过空间信道的传播，会叠加噪声和的转换频率需要加快6M倍。接收端解跳后，得到干扰信号，在不考虑传输损耗的情况下，接收端接收到其表达式为：的信号为跳频信号与噪声及干扰信号之和，即：Sp(t)=[Si(t)+J(t)+n(t)]b'(t)S(t)=Si(t)+J(t)+n(t)(4)假设发射端和接收端的已经达到同步，且初始相位式(4)中，J(t)为噪声干扰信号，n(t)为零均值的高斯白均相同，经过中频滤波器后，可得：噪声。So(t)=1A2系统接收端的频率合成器有两种工作状态：一种是2m(t)cos[(棕i-棕j)t]+J'(t)+n'(t)跳频工作状态，即在完成同步捕获之后，在跳频序列的最后，将So(t)经过解调处理后便可以恢复出原始的作用下，按约定的跳频图案输出本地跳频信号；另一种数据信息m(t)。是同步捕获过程中的快搜索工作状态，频率合成器被设n'(t)分量为噪声n(t)对m(t)接收造成的影响，置为在固定频率组上周期性输出M个本地频率，该本为高斯白噪声，经混频后，噪声分量与一般的非跳频系地频率与跳频频率相差一个中频频率。若发射端一个跳统一样，没有变化，即跳频系统对白噪声没有处理增益。频频率持续时间为Tc，每一个频率的搜索时间为Tc/6M，J'(t)是由于J(t)对m(t)接收造成的影响，如果J(t)与跳频变则频率合成器的频率转换速度提高了6M倍，以实现快化规律不一致，经混频后，不能进入解调器，也不能形成干扰。(5)它与b'(t)Sp(t)，(6)(7)n(t)83由于电子质量2019年第05期(总第386期)2抗干扰性能仿真验证为了验证该跳频模型抗同频干扰的有效性，本节在Matlab/Simulink仿真平台上搭建了仿真模型，如图3所示。图3快搜索式自同步跳频系统仿真模型该仿真模型采用M-FSKModulatorBaseband作为FSK载波信号调制器，调制元数为2；基带信号发生器模块(Basebandsignal)以固定的数据格式循环发送；跳频载波频率同样由M-FSKModulatorBaseband实现；跳频序列发生器模块(FHSequenceGenerator)有M种状态顺同频干序循环跳频；AWGNChannel为高斯白噪声信道；扰模块(Jamming-signal)由另一个M-FSKModulatorBaseband组成，该干扰信号的增益可以任意调节。叠加完同频干扰后，再叠加宽带噪声干扰模块(Bandlimitedwhitenoise)，信号强度可调。接收端的解跳模块由RxFrequencySynthesizer实现，RxFrequencySynthesizer有由FastScanRepeating两种工作状态，一种快搜索状态，SequenceStairs模块完成；另一种是解跳状态，由FHSequenceGenerator完成；两种状态的选择由Synthesizer采用M-FSKDemodulatorBase-Detect模块决定。最后，band作为解调器，解码后的波形与基带信号波形都加入ErrorRateCalculation单元中进行误码率分析。在开启跳频通信方式前，假定同频干扰信号增益为5，则AWGN信道信噪比与误码率的关系如图4所示。从图4可知，在信噪比为3dB~8dB这一段，误码率但是在超过8dB之虽然是随着信噪比的增加有所下降，在12dB信噪比下，误码后误码率几乎没有明显的下降，率仍然高达20.63%。图5所示为使用跳频通信之后AWGN信道信噪比变化时误码率的变化情况。图5跳频系统对同频干扰的抑制能力图4同频干扰下信噪比对误码率的影响从图5中得知，当信噪比为12dB时，即使出现了同频干扰，误码率仍可以保持在0.09%。下转89页84[2]张鹏.灵敏度时间控制技术的研究[J].电子科技,1997,(4):47-51.[3]柳良,陈泾浦.数字自动增益控制和模数转换数值抖动研究[J].现代电子技术,2013,36(15):119-122.[4]田源.CPLD实现雷达自动增益控制的优化[J].火控雷达技术,2003,32(4):12-14,24.[5]葛福兰.一种精准数控STC设计方法[J].雷达与对抗,2006,(4):45-48,55.[6]赵悔,黄晞,朱广萍.船用雷达信号STC曲线抑制的设计与仿真[J].福建师范大学学报(自然科学版),2015,31(4):49-53.[7]李秀金,王坤,范江涛,等.雷达检测概率模型研究[J].现代电子技术,2013,(21):18-20.[8]宁敏东,熊中朝,李天超,等.基于实验方法揭示竞争冒险的成因奥秘[J].半导体技术,2006,31(12):915-919.[9]EichelbergerEB.HazardDetectioninCombinationalandSequentialSwitchingCircuits[J].IBMJouranlofResearchandDevelopment,1965,9(2):90-99.上接84页3结论从理论分析和仿真结果来看，跳频通信方式以带宽换取信噪比的方式可以有效避免同频干扰信号的影响，降低通信过程中的误码率。这种快搜索自同步跳频抗干对于在PEPS系统中扰方式无需增加额外的硬件资源，的产业化应用也是可行的。[2]AlrabadyAI,MahmudSM.Analysisofattacksagainstthesecurityofkeyless-entrysystemsforvehiclesandsugges-tionsforimproveddesigns[J].IEEETransactionsonVehi-cularTechnology,2005,54(1):41-50.[3]中华人民共和国信息产业部.微功率(短距离)无线电设备的技术要求[S].2005.[4]周志强.跳频通信系统抗干扰关键技术研究[D].成都:电子科技大学,2010.[5]李晓品,李署坚.跳频通信系统快速扫描式自同步法的研究[C].全国第十届信号与信息处理四届DSP应用技术联合学术会议论文集,2006:185-188.参考文献：[1]BahaweresRB,FikiansyahF,AlaydrusM.Analysisofinterferencefromwirelesstrafficlightcontrolleruponremotekeylessentryforvehicles[C].InternationalConferenceonWirelessandTelematics,2015:1-5.89