無線收發(fā)系統(tǒng)的抗干擾研究

1、無線收發(fā)系統(tǒng)的抗干擾研究    關(guān)鍵詞:抗干擾;冗余技術(shù);軟件陷阱技術(shù);中值濾波算法 對于檢測系統(tǒng)而言,可靠性是一個(gè)重要標(biāo)準(zhǔn)?？煽啃约词窍到y(tǒng)最終顯示的結(jié)果是否能夠正確反應(yīng)被測對象的真實(shí)性。工業(yè)系統(tǒng)中的干擾是指在設(shè)備工作過程中出現(xiàn)的并不代表有用信號且對設(shè)備性能或信號傳輸有害的電氣變化現(xiàn)象。這些電氣變化現(xiàn)象迫使有用信號的數(shù)據(jù)發(fā)生變化,增大誤差,甚至使系統(tǒng)發(fā)生失誤和故障。因此為提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性以及信號傳輸?shù)目煽啃?必須從硬件和軟件上提高系統(tǒng)的抗干擾性。在這里主要研究無線收發(fā)系統(tǒng)的軟件抗干擾措施。 1 冗余技術(shù) 1.1 指令冗余指令技術(shù) CPU執(zhí)行程序的過程也就

2、是逐條執(zhí)行指令的過程,而執(zhí)行指令的過程又分為取操作碼,取操作數(shù)和執(zhí)行三個(gè)階段。當(dāng)CPU受到干擾后,會(huì)脫離預(yù)定的順序而出現(xiàn)“跑飛”,此時(shí)程序執(zhí)行就會(huì)產(chǎn)生混亂。為了避免這種現(xiàn)象發(fā)生,常在程序的一些關(guān)鍵部位插入幾個(gè)NOP指令,或?qū)⒂行巫止?jié)指令重復(fù)書寫,這就稱指令冗余。 最常用的做法是在雙字節(jié)或三字節(jié)指令之前插入2條NOP指令,則這條指令就不會(huì)被前面的失控程序拆散,并將被完整執(zhí)行,從而使程序的執(zhí)行走上正軌。也常在一些對程序走向起決定作用的指令之前插入2條NOP指令,以保證CPU“跑飛”后能迅速走上正軌。此類指令有:RET, RETI, LCALL,SJMP, CJNE等。但須注意的是,不宜加入太多的

3、冗余指令,否則會(huì)降低程序的運(yùn)行效率。 1.2 循環(huán)冗余碼差錯(cuò)控制技術(shù)CRC 無線傳輸過程中,數(shù)字信號完全暴露在環(huán)境中,傳輸過程中的誤碼是不可避免的,因此,在接收端必須進(jìn)行差錯(cuò)檢測。鑒于通訊雙方 PC機(jī)和電腦均具有很強(qiáng)的軟件編程功能,這就為實(shí)施軟件差錯(cuò)檢測提供了前提條件。軟件差錯(cuò)檢測具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用不增加硬件開銷的優(yōu)點(diǎn),這里訂介紹一種軟件差錯(cuò)檢測方案-循環(huán)冗余碼差錯(cuò)檢測法(CRC)。 1.2.1 CRC法的原理 CRC的計(jì)算通常是采用多段移位寄存器實(shí)施的,每個(gè)移位寄存器的輸出送入異或門,其中有一個(gè)異或門的輸出反饋送入位于各段移位寄存器之間的異或門。 1.2.2 CRC法的數(shù)學(xué)模型 假設(shè)有一個(gè)(n,k

4、)循環(huán)碼,它有 2k個(gè)碼字,根據(jù)循環(huán)碼的特點(diǎn),它的任一個(gè)碼字的每一次移位得到的是本空間的另一個(gè)碼字,從中取一個(gè)前k-1位為零的碼字以g(x)表示。則g(x),xg(x),xk-1g(x)都是碼字,且這 k個(gè)碼字顯然都是獨(dú)立的,故可作為碼的一組生成基底。除全是零的碼字外,其它碼字中不可能找到連續(xù) k位均為零的碼字,即連續(xù)為零的長度只有 k-1位,至少g(x)的首項(xiàng)和常數(shù)項(xiàng)的這兩項(xiàng)系數(shù)必定為1。也就是說,g(x)是常數(shù)項(xiàng)不為零的 n-k次式項(xiàng)式。更為重要的是,g(x)是碼中次數(shù)為 n-k的唯一的一個(gè)多項(xiàng)式。因?yàn)槿绻袃蓚€(gè)的話,則把這兩個(gè)碼字相加也應(yīng)是一個(gè)碼字,而此碼字的多項(xiàng)式的次數(shù)將小于n-k次。

5、一旦確定了g(x),則整個(gè)(n,k)循環(huán)碼就被確定了。碼的生成矩陣 G(x)的 k行可以用 g(x)的循環(huán)移位構(gòu)成,即: 因此,所有用G(x)生成的碼字都是g(x)的倍式。換言之,凡是碼多項(xiàng)式都可被g(x)除盡。這些碼等效于如下編碼,若用多項(xiàng)式m(x)表示信息組,次數(shù)小于k,則xn-km(x)的次數(shù)就小于n。用g(x)去除xn-kk(x),得到余式r(x),其次數(shù)小于n-k,把此余式作為校驗(yàn)碼元附加在信息組后面,就得到一個(gè)必能被g(x)除盡的多項(xiàng)式,故必是碼字多項(xiàng)式。這可由下式表示: 或c(x)=xn-km(x) r(x)=q(x)g(x) 用這種方法所編出的碼字,前面是原來未變的 k個(gè)信息碼

6、元,后面為 r個(gè)檢驗(yàn)碼元。 1.2.3 CRC法在收 /發(fā)雙方的軟件實(shí)現(xiàn) 根據(jù)前面所得的數(shù)學(xué)模型,可以編制 CRC程序,需要發(fā)送的數(shù)據(jù)信息為8位(即信息組m(x)為8位), 選用CRC多項(xiàng)式g(x)=x5 x2 1。實(shí)際上 CRC程序的關(guān)鍵在于求余式r(x)(即求冗余校驗(yàn)碼元)。 假設(shè)需發(fā)送的數(shù)據(jù)為 1 1 1 0 1 1 1 0,則m(x)=m(x)=x7 x6 x5 x3 x2 x 則數(shù)據(jù)和校驗(yàn)碼的完整的多項(xiàng)式為: C(x)=xn-km(x) r(x) 先將校驗(yàn)碼均設(shè)為零,則與xn-km(x)對應(yīng)的二進(jìn)制數(shù)為 1 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0,相當(dāng)于將數(shù)據(jù)信息左移了n-k位,

7、(n-k=r就是校驗(yàn)位數(shù),這里g(x)是5次冪,故r=5),根據(jù)上式將數(shù)據(jù)代入得: 即r(x)=0 1 0 1 1 則實(shí)際要發(fā)送的整個(gè)信息為: G(x)=x5 r(x)1 1 1 0 1 1 1 0 0 1 0 1 1,如果在傳輸過程中沒有發(fā)生差錯(cuò),G(x)一定能被接收方的g(x)整除。若不能除盡,則表示發(fā)生差錯(cuò)。 用CRC法進(jìn)行差錯(cuò)檢測的問題,接收方如果發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,則回一信息,通知發(fā)送端該數(shù)據(jù)以前的信息均正確收到,要求重發(fā)該數(shù)據(jù)及其之后的信息;若沒有發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤,則不回送信息。由此可以提高收發(fā)效率。實(shí)踐證明 CRC法在無線通訊的差錯(cuò)檢測中應(yīng)用是非常有效的。 2 軟件陷阱技術(shù) 指令冗余不能完全解決程

8、序“跑飛”的問題。若“跑飛”后產(chǎn)生的新執(zhí)行點(diǎn)沒有落到程序區(qū)時(shí),指令冗余就無法再使程序的執(zhí)行步入正規(guī)。對于這種情況,可以用設(shè)置軟件陷阱的方法來解決。所謂“軟件陷阱”,就是一段引導(dǎo)程序,該程序能將捕獲的程序引向錯(cuò)誤處理程序或復(fù)位地址0OOOH,使CPU能提示錯(cuò)誤或重新執(zhí)行任務(wù)。例如:把錯(cuò)誤處理程序的入口地址記為ERROR,則“軟件陷阱”程序段為:        NOP NOP LJMP ERROR 軟件陷阱通常安排在程序中以下位置: 2.1 系統(tǒng)中空的ROM區(qū)。將未用的ROM區(qū)域都寫上軟件陷阱程序,只要程序執(zhí)行點(diǎn)落入該

9、區(qū)域,CPU就會(huì)被引入正軌或自動(dòng)重新運(yùn)行。 2.2 表格的頭、尾處。由于表格數(shù)據(jù)是無序的“指令”代碼,在其頭、尾設(shè)置軟件陷阱可以使程序執(zhí)行點(diǎn)落入數(shù)據(jù)表格區(qū)后也能被引入正軌。 2.3 程序中沒有使用的中斷向量處?！芭茱w”的程序可能意外地開啟了已關(guān)閉的中斷,若在未用的中斷向量處設(shè)置軟件陷阱可以控制這種現(xiàn)象發(fā)生。 2.4 程序體內(nèi)的“斷裂處”。所謂“斷裂處”是指程序中跳轉(zhuǎn)指令之后,下一新的程序段之前的位置。在此設(shè)置軟件陷阱,可以保證程序不順序向下執(zhí)行。 3 數(shù)據(jù)格式的抗干擾措施 由于在無信號輸出時(shí),串口輸出是隨機(jī)數(shù)據(jù),所以在所發(fā)送的數(shù)據(jù)前加“0xFF00”,后面加“dddd”作為標(biāo)識符,在接收數(shù)據(jù)時(shí),控制機(jī)首先檢測數(shù)據(jù)前后是否有“0xFF00”、“dddd”的標(biāo)識符,若含有則認(rèn)為所接收的數(shù)據(jù)為正確數(shù)據(jù),否則認(rèn)為此組數(shù)據(jù)無效,舍棄數(shù)據(jù),繼續(xù)接收下組數(shù)據(jù)。 4 中值濾波算法 中值濾波方法對緩慢變化的信號中由于偶然因素引起的脈沖干擾具有良好的濾波效果。其原理是:對信號連續(xù)進(jìn)行 次采樣,然后對采樣值排序,并取序列中位值作為采樣有效值,采樣次數(shù) 一般取為大于3的奇數(shù)。在實(shí)際應(yīng)用中可編制中值濾波程序,把干擾濾掉。例如:連續(xù)三次采樣,并對這三次采樣值進(jìn)行比較,去掉最大的和最小的,留中間值作為采樣值,這樣就把