短波通信抗干擾技術(shù)綜述?

潘利兵 劉卓耀 王超輪

（中國船舶重工集團(tuán)公司第七二二研究所 武漢 430203）

1 引言

短波信道存在衰減、衰落、多徑時(shí)延和多普勒頻移等現(xiàn)象，傳輸特性不理想，存在強(qiáng)烈的干擾，嚴(yán)重影響信息傳輸?shù)挠行院涂煽啃裕?］。為了能夠在短波信道上有效可靠的傳輸信號(hào)，人們采用了很多措施改善信道本身的時(shí)變色散特性和抗干擾性能，提高信號(hào)傳輸質(zhì)量。在這些措施中，除了在所有無線通信中都可使用的一般措施，如加大發(fā)射功率、提高天線的方向性和均衡等，在短波天波通信中，針對短波天波信道的時(shí)變色散特性，采用高頻自適應(yīng)技術(shù)、抗衰落和抗干擾性能良好的調(diào)制解調(diào)技術(shù)以及短波線路壓擴(kuò)技術(shù)。

上述這些措施主要都是對短波信道的自然條件而設(shè)的，盡管具有一定的抗干擾能力，但在軍事通信環(huán)境下并不能有效對抗人為干擾。為了對抗軍事通信中的人為干擾。目前，短波抗干擾通信可以從時(shí)域、頻域、空域、功率域、速度域甚至變換域等多個(gè)方面出發(fā)，實(shí)現(xiàn)多維空間的抗干擾。具體措施主要采用了擴(kuò)頻、跳頻、混合擴(kuò)頻技術(shù)等。同時(shí)還有非擴(kuò)頻類的抗干擾技術(shù)，如自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)、猝發(fā)通信技術(shù)、高增益的信道編解碼技術(shù)以及分集技術(shù)等。

2 短波通信抗干擾技術(shù)

短波抗干擾通信分為被動(dòng)式與主動(dòng)式，被動(dòng)式是通過降低我方通信信號(hào)的被截獲概率，或者使對手難以估計(jì)我方通信系統(tǒng)的重要參數(shù)（頻段、帶寬和調(diào)制方式等）；還可通過增強(qiáng)軍事無線通信系統(tǒng)對干擾信號(hào)的耐受力來提高潛在對手的干擾成本；主動(dòng)式是對干擾信號(hào)在時(shí)域、頻域和空域上的分布進(jìn)行估計(jì)，然后利用信號(hào)處理手段實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)干擾抑制或干擾分離。下面將介紹目前在短波通信中使用的幾種主要抗干擾技術(shù)。

2.1 短波直擴(kuò)通信技術(shù)

按一定規(guī)律，將信號(hào)頻譜大幅度展寬，分散能量，直至分散譜線的功率淹沒在噪聲之中，指定接收方只有按一定規(guī)律同步才能把分散能量集中起來，達(dá)到通信目的的通信方式即為直擴(kuò)通信技術(shù)。其簡單的原理［2］結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。

圖1 直擴(kuò)通信原理結(jié)構(gòu)圖

信源發(fā)出的信息與本地PN碼進(jìn)行模2加，產(chǎn)生一速率與PN碼速率相同的擴(kuò)頻序列，然后再用擴(kuò)頻序列去調(diào)制載波，得到已擴(kuò)頻調(diào)制的射頻信號(hào)，該信號(hào)經(jīng)信道到達(dá)接收端，接收端用與發(fā)端同步的PN碼對擴(kuò)頻調(diào)制的信號(hào)進(jìn)行解擴(kuò)，繼而進(jìn)行解調(diào)，經(jīng)信道譯碼得到信息。對于干擾信號(hào)和噪聲而言，由于與PN碼不相關(guān)，在相關(guān)解擴(kuò)的作用下，相當(dāng)于進(jìn)行了一次擴(kuò)頻，干擾信號(hào)的譜密度被降低，因而提高了信干比，從而提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。

直擴(kuò)通信技術(shù)具有信號(hào)隱蔽、抗干擾和抗多徑等特性，能提供相對較為準(zhǔn)確的時(shí)間，從而可以進(jìn)行測距和定位。在通信有效性要求不是特別高，如每秒只有幾個(gè)比特甚至更低速率（如短波極慢速抗干擾通信），但對可靠性要求極高的場合采用直擴(kuò)技術(shù)能獲得較大的處理增益，是實(shí)現(xiàn)短波最低限度應(yīng)急保障通信的一種有效手段。但是由于該技術(shù)的實(shí)現(xiàn)需要較寬且傳輸特性較好的頻帶，而短波信道帶寬窄、頻譜擁擠，限制了直擴(kuò)技術(shù)在短波信道上的應(yīng)用，一般可采取短波帶內(nèi)擴(kuò)頻（擴(kuò)頻后帶寬仍為3KHz左右），它是以犧牲通信的有效性換取通信的高可靠性，另外還有帶外擴(kuò)頻，如美國SICOM公司研制的寬帶直接序列擴(kuò)頻短波收發(fā)信機(jī)［3］，其數(shù)據(jù)速率高達(dá)57.6kbps，帶寬高為1.5MHz。

2.2 跳頻擴(kuò)頻通信技術(shù)

跳頻通信是擴(kuò)頻通信的一個(gè)分支，它的突出優(yōu)點(diǎn)是抗干擾性強(qiáng)，因而很適用于軍事領(lǐng)域。當(dāng)20世紀(jì)70年代末第一部跳頻電臺(tái)問世以后，就預(yù)示著其發(fā)展勢頭銳不可當(dāng)。系統(tǒng)的工作頻率在不停地跳變，在每個(gè)頻點(diǎn)上駐留時(shí)間僅為毫秒甚至微秒級（如美軍的短波CHESS系統(tǒng)），因此在一個(gè)相對的時(shí)間段內(nèi)，就可以看作在一個(gè)寬的頻帶內(nèi)分布了傳輸信號(hào)。其實(shí)現(xiàn)方法是載頻信號(hào)以一定的速度和順序，在多個(gè)頻率點(diǎn)上跳變傳遞，接收端以相應(yīng)的速度和順序接收并解調(diào)。這個(gè)預(yù)先設(shè)定的頻率跳變的序列就是PN碼。在PN碼的控制下，收發(fā)雙方按照設(shè)定的序列在不同的頻點(diǎn)上進(jìn)行通信。跳頻通信系統(tǒng)的原理［4］框圖如圖2所示。

圖2 跳頻通信系統(tǒng)的原理框圖

實(shí)現(xiàn)跳頻通信，關(guān)鍵是通信雙方的工作頻率要“同頻諧變”，嚴(yán)格同步。跳頻的速度越快，跳變的頻帶越寬，偵察干擾就越困難。按其跳頻速率可以將其分為慢跳頻和快跳頻。

跳頻與直擴(kuò)技術(shù)的簡單比較如表1所示。

表1 跳頻與直擴(kuò)技術(shù)比較

由于中低跳頻難以實(shí)現(xiàn)高速數(shù)據(jù)傳輸，可靠性也難以保證，而高速跳頻雖然具有很強(qiáng)的抗跟蹤干擾能力，但跳速提高受諸如用戶信息速率、頻率合成器換頻時(shí)間、信道切換時(shí)間等因素的制約，因此短波自適應(yīng)跳頻技術(shù)又成為新寵。

傳統(tǒng)意義上的自適應(yīng)主要是指頻率自適應(yīng)，是以實(shí)時(shí)信道估值為基礎(chǔ)，采用自動(dòng)鏈路建立和鏈路質(zhì)量分析技術(shù)，因此也稱之為實(shí)時(shí)選頻技術(shù)［5］。它通過分析波段上的頻率占用率，自動(dòng)搜索無干擾或未被占用的跳頻信道進(jìn)行跳頻，不僅避免了自然干擾，也不會(huì)受到短波頻譜大量占用的影響。它會(huì)根據(jù)需要自動(dòng)地改變跳頻序列，有效地適應(yīng)惡劣環(huán)境。以色列Yadiran通信公司的HF-6000自適應(yīng)HF/SSB跳頻電臺(tái)，可在全頻段自適應(yīng)跳頻，其跳速在15～20跳/秒范圍可變。具有自適應(yīng)射頻功率輸出，自動(dòng)化信道頻率選擇，機(jī)內(nèi)自動(dòng)建立鏈路等功能。在未來信息時(shí)代，網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信將成為主要的通信方式，但是單一的頻率自適應(yīng)還無法滿足網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)通信的要求，由于短波通信中各種新技術(shù)的出現(xiàn)，特別是分組交換和各種自適應(yīng)短波通信技術(shù)的發(fā)展，為短波數(shù)據(jù)網(wǎng)的發(fā)展打下了基礎(chǔ)，頻率自適應(yīng)技術(shù)可與其他自適應(yīng)功能綜合構(gòu)成全自適應(yīng)短波通信系統(tǒng)。未來短波通信的需求促進(jìn)了短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)正在向全自適應(yīng)技術(shù)的方向發(fā)展。

2.3 其他抗干擾技術(shù)

1）各種抗干擾技術(shù)結(jié)合的抗干擾技術(shù)

將各種抗干擾技術(shù)結(jié)合在一起有利于揚(yáng)長避短，充分發(fā)揮各種抗干擾技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)而盡可能地規(guī)避其缺點(diǎn)，具有更優(yōu)越的抗干擾性能。常用的有將MDS（多進(jìn)制直擴(kuò)）與FH相結(jié)合抗干擾技術(shù)、FCS（空閑信道掃描）與FH相結(jié)合抗干擾方式等。MDS具有窄帶直擴(kuò)功能，該技術(shù)通過多進(jìn)制處理，使直擴(kuò)保留抗干擾容限，同時(shí)占用窄帶的頻譜。因此，更有利于在短波頻段應(yīng)用。FCS方式能對抗局部阻塞干擾，用FH方式來對抗跟蹤干擾，二者結(jié)合各取所長，具有綜合抗干擾能力。

2）猝發(fā)通信技術(shù)

猝發(fā)通信技術(shù)是一種有效的抗偵察、抗干擾技術(shù)，與擴(kuò)頻技術(shù)相比，其主要特性表現(xiàn)在時(shí)域和速度域方面。它的工作方式是先將信息存儲(chǔ)起來，然后在某一瞬間以正常速度的10～100倍或更高速率猝發(fā)。因此，猝發(fā)信號(hào)具有隨機(jī)性和短暫性，能較好地避開敵方截獲、側(cè)向和干擾等威脅。比如流星余跡通信就是一種猝發(fā)通信抗干擾技術(shù)。目前，這種技術(shù)已有很好的產(chǎn)品投入使用，如Racal公司的6248型數(shù)據(jù)終端，采用猝發(fā)傳輸，具有強(qiáng)糾錯(cuò)能力、高保密性，且大大縮短了傳輸時(shí)間。美國Harris公司的RF-7100、以色列Tadiran公司的HF-2000電臺(tái)等都配有猝發(fā)通信模塊或裝置。隨著新技術(shù)的不斷涌現(xiàn)，抗干擾技術(shù)也必會(huì)向更高的方向發(fā)展，更好地適應(yīng)作戰(zhàn)要求。

3）自適應(yīng)天線技術(shù)

自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)是空域干擾抑制技術(shù)的核心技術(shù)，它實(shí)際上是一種自適應(yīng)空間濾波器，由于它具有對不同方向信號(hào)的選擇接收的能力，因而具有很強(qiáng)的抗干擾能力，可同時(shí)抑制來自不同方向的多個(gè)干擾，處理增益可達(dá)幾十分貝。

干擾以不同的空間方向到達(dá)接收天線，采用自適應(yīng)天線可以調(diào)整其各個(gè)單元上的振幅和相位分布，使波瓣在這些干擾方向上形成零點(diǎn)，從而減小或避免干擾信號(hào)的影響，如果干擾源在空間不斷運(yùn)動(dòng)，自適應(yīng)天線則可以相應(yīng)改變波瓣零點(diǎn)的位置，繼續(xù)對干擾信號(hào)進(jìn)行抑制。如果是寬帶的干擾信號(hào)，自適應(yīng)天線還可以在對應(yīng)的方向處，形成較寬角度的凹口，以對抗寬頻帶干擾，自適應(yīng)天線對干擾信號(hào)實(shí)現(xiàn)了“空域?yàn)V波”功能。但是自適應(yīng)調(diào)零天線無法抑制來自與信號(hào)同方向的干擾，因此，自適應(yīng)干擾抑制濾波器隨之出現(xiàn)，利用輸入接收機(jī)的信號(hào)在時(shí)域或變換域上分布性的差別，對接收信號(hào)進(jìn)行處理。

4）交織編碼和交錯(cuò)編碼技術(shù)

采用數(shù)字技術(shù)和糾錯(cuò)編碼技術(shù)在一定程度上可提高抗干擾性能。糾錯(cuò)編碼能糾正因受干擾而產(chǎn)生的隨機(jī)錯(cuò)誤，交織編碼能對抗衰落和干擾引起的突發(fā)錯(cuò)誤，一般說交織的作用是打散突發(fā)錯(cuò)誤，使之變?yōu)殡S機(jī)錯(cuò)誤，然后再通過糾錯(cuò)編碼糾正這些隨機(jī)錯(cuò)誤。因此許多設(shè)備都有糾錯(cuò)編碼功能，特別是跳頻系統(tǒng)，如法國的PR4G系列電臺(tái)，TRC-930VHF電臺(tái)等。

5）分集技術(shù)

分集技術(shù)包括兩方面的內(nèi)容：分離技術(shù)（時(shí)間、頻率、空間、極化分集等）、合并技術(shù)［6］（等增益合并、選擇合并、最大信噪比合并等）。通過分離與合并，提高接收端的信噪比，從而獲得分集增益。分集技術(shù)在對抗多徑傳輸引起的包絡(luò)衰落和時(shí)延方面，其作用十分明顯。美、俄等國的散射通信設(shè)備中都采用了分集技術(shù)，包括隱分集技術(shù)。

6）軟件無線電技術(shù)

軟件無線電就是利用現(xiàn)場可編程器件（FPGA，DSP等）和現(xiàn)代數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在同一硬件平臺(tái)上實(shí)現(xiàn)多種的編/解碼、調(diào)制/解調(diào)方式，使得能夠根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境選擇恰當(dāng)?shù)耐ㄐ朋w制，為通信提供有效的保障，特別是隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，可控微波、短波器件的出現(xiàn)，為軟件無線電技術(shù)的廣泛應(yīng)用提供了廣闊的前景，同時(shí)也為通信抗干擾技術(shù)創(chuàng)造了新的天地。

7）Smart AGC干擾抑制技術(shù)

Smart AGC技術(shù)［7］是一種基于時(shí)域信號(hào)包絡(luò)處理的新型干擾抑制技術(shù)，它和直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)（DSSS）配合使用，可以有效提高系統(tǒng)的干擾容限。因此，DSSS與Smart AGC的結(jié)合技術(shù)在軍用通信抗干擾技術(shù)中得到充分的應(yīng)用，Smart AGC是一種射頻抗干擾技術(shù)，能夠以較小代價(jià)獲得較強(qiáng)的抗干擾性能，其主要思想是根據(jù)強(qiáng)干擾信號(hào)與直擴(kuò)信號(hào)包絡(luò)特性的不同特點(diǎn)，通過自適應(yīng)包絡(luò)變換達(dá)到抑制強(qiáng)干擾的目的。

3 結(jié)語

信息化戰(zhàn)是現(xiàn)代戰(zhàn)爭的高技術(shù)較量，而通信又已成為現(xiàn)代戰(zhàn)爭中軍隊(duì)的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。獲取戰(zhàn)場態(tài)勢、情報(bào)以及指揮控制命令的下達(dá)都離不開通信系統(tǒng)。通信電子武器已成為數(shù)字化戰(zhàn)場中電子兵器的重要組成部分，利用具有迅速、保密、不間斷和抗干擾的指揮通信對分散部署的部隊(duì)進(jìn)行調(diào)遣，采取快速機(jī)動(dòng)的作戰(zhàn)行動(dòng)是取得戰(zhàn)爭勝利的重要保證。針對未來信息化戰(zhàn)中通信對抗的特點(diǎn)，研究各種用于軍事通信的抗干擾技術(shù)，加快通信對抗裝備的研發(fā)與應(yīng)用，尤其是短波通信的抗干擾技術(shù)，為未來戰(zhàn)爭中控制戰(zhàn)場的制電磁權(quán)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，具有極其重要的意義。

［1］張爾揚(yáng).短波通信技術(shù)［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2001.

［2］田日才.擴(kuò)頻通信（第2版）［M］.北京：清華大學(xué)出版社，2014.

［3］張邦寧，魏安全，郭道省.通信抗干擾技術(shù)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

［4］梅文華.跳頻通信［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2005.

［5］胡中豫.現(xiàn)代短波通信［M］.北京：國防工業(yè)出版社，2003.

［6］沈琪琪，朱德生.短波通信［M］.北京：電子工業(yè)出版社，1989.

［7］賴平，陸銳敏，沈俊，等.一種改進(jìn)的Smart AGC擴(kuò)頻干擾抑制技術(shù)［J］.通信技術(shù)，2013，46（12）：1-4.