有效解決短波通信干擾問題的路徑探索

吳 輝，林朝營，張新選

（1.78167部隊，四川 成都 610000；2.陸軍工程大學，重慶400010）

0 引 言

短波通信采用頻率范圍為1.6～30 MHz的電磁信號進行無線信息傳輸，無需配置大量的網絡資源，通信裝備攜運方便，操作簡單，極易維護，不受其他通信網絡資源的影響，因此在軍事領域和大型民用、商用方面都有廣泛應用。但由于受到電離層變化及復雜電磁環境的影響，在短波通信過程中極易出現多徑延遲和幅值衰減等現象，使通信質量下降，影響通信效果，因此需要對短波通信相關技術進行不斷創新、改進與完善。

1 短波通信技術的發展意義

短波通信是無線電通信的一種，是遠程通信的主要方式。因其不受網絡中心控制，所以無論未來發生什么重大變化，都具有較強的抗干擾性與自主能力。

由于短波通信距離遠，通信時需要經過電離層反射，電離層的反射效果又與電子濃度密切相關，而電子濃度很容易受自然條件變化的影響，如季節變化、氣候變化以及晝夜時差等均會導致電離層的高度和密度發生變化。另外，短波通信中還存在一些易受干擾的問題，如多徑效應、路徑衰耗以及各種噪聲等，使得短波通信的穩定性降低。因此，如何有效解決短波通信中的干擾問題顯得尤為重要，成為短波通信技術持續、長遠發展的一個難題。

2 短波通信中的干擾問題

引起短波通信產生干擾的因素多種多樣，包括頻率資源的配置、設備自身問題以及電磁環境影響等，歸納起來主要有同頻干擾、鄰道干擾、帶外干擾、互調干擾、阻塞干擾與設備自擾等形式[1]。

2.1 鄰道干擾

鄰道干擾是指相鄰信道間的干擾。在短波通信中，由于邊頻信號成分較多，在信號傳輸過程中存在較大的頻譜誤差，容易造成信號傳輸中某些邊頻信號的失調。從原信道到相鄰信道的移動將導致相鄰信道相互干擾，降低短波通信的穩定性。造成鄰道干擾的原因有很多，其中頻段大小對接收端和鄰道發送端至關重要，傳輸帶寬必須精確，否則會對鄰近信道有較大的干擾，嚴重影響短波通信的實際應用，給短波通信的正常運行帶來障礙。此外，如果接收機的接收端不穩定或不靈敏，也將直接影響鄰近通道。

2.2 同頻干擾

同頻干擾是指無用信號與有用信號的載頻相同，并對接收有用信號的接收機造成干擾。在短波通信過程中，為了誘騙奪取敵方指揮控制權，可通過偵查、跟蹤以及解析等手段獲取敵方信號信息，選擇恰當的時機插入我方想強加給敵方的信息，以誘惑敵方按照我方意志行動，達到消滅對方的目的。同頻干擾原理運用最成功的案例就是利用干擾器不斷發射某一頻率信號導致車主無法正常鎖車門。這種技術的原理就是遙控器與防盜器通過無線通信來進行相關鏈接，干擾器采用同頻原理來干擾遙控器鎖車。

2.3 設備自擾

對短波通信系統而言，發射機在發射信號時會因調制而產生鄰頻輻射和帶外雜散輻射，收信機在接收有用信號時會因干擾信號引起帶內阻塞，因帶外信號引起帶外阻塞，這些都會引起設備間相互干擾。另外，發射機與收信機因設備自身引起的干擾還與整個系統的工作頻段間隔度和收發信機空間隔離度等因素密切相關[2]。

3 短波通信在用的抗干擾技術

3.1 自適應技術

自適應技術能夠通過調整參數來解決短波通信干擾問題，從而達到預期的抗干擾效果。自適應技術通過定期對短波通信的通連情況進行多路同時掃描和分析，檢測短波信號的傳輸質量、實時動態以及匯總數據。當設備在接收到指令后，系統自動進行調整和修正，變換傳輸信道，改善短波通信衰落現象，以保證信號的傳輸效率和傳輸標準，從而大大提高通信質量。

3.2 跳頻技術

跳頻技術就是短波通信時采用連續的周期頻率，在一定的頻譜圖中按照一定的規則進行跳變，以改變頻率波動性，避免受到被搜索、干擾及截獲。檢測故障信號的頻率，調整傳輸信號的頻率點集，屏蔽或清除干擾信號，確保信號的可靠傳輸[3]。由于其跳變頻率點和時間點不確定，使得惡意干擾者在未掌握頻譜圖的前提下無法進行干擾，這是克制同頻干擾的有效手段。

3.3 猝發通信技術

由于信號在空中受氣候變化、太陽活動及工業生產等因素導致的電離層變化影響，傳輸特性不穩定，干擾嚴重，加之長時間在空中暴露，被捕獲、跟蹤的概率極高。為解決上述問題，應運而生了一種有效抗干擾技術，也就是猝發通信技術。猝發通信的原理就是把要發送的數據信號先存儲起來，當傳播條件與時機恰當時，通過加快信息傳輸速度，同時利用抗干擾的高功率脈沖技術抵御敵方有意干擾。由于其發射的時間是隨機的，并且在空中停留的時間也很短，因此導致信號被截獲的概率很低。猝發通信是一種抗干擾能力很強的通信方式，采用短報文的形式發送數據，特征就是信號發送時間和長度都比較短，在一定程度上能夠避免信道的快時變干擾。

3.4 差錯控制技術

在信號的傳輸過程中，只要有干擾信號或其他參數誤差，接收機就會對數據進行分析處理，然后再由發送方對處理結果進行修正。差錯控制技術就是在短波通信出現故障時，保證短波通信能夠及時糾正故障，減少信號故障對短波通信的不利影響，保證通信的正常運行。差錯控制主要有自動增加、前向修正以及混合修正，其原理就像現實中收信人收到包裹時發現收錯，在進行驗證后可以將錯誤包裹返回給發信人，發信人收到消息后根據自動復位再重新發送。該發明結合了自動反饋請求和前向修正，當誤差較小且容易獲得時對前向誤差進行修正，當誤差較大且極易獲取時能自動進行反饋。差錯控制技術可有效解決短波通信數據的連續性、完整性以及準確性問題，其發展和創新在短波通信領域具有重要意義 。

3.5 分集技術

短波通信利用的空間環境極其復雜，信道劃分非常密集，不同的信道所連接的方式也不同。分集技術用來補償衰落信道損耗，可以將兩個或多個信號組合起來，對衰落通道進行分集補償。利用分集技術無需增加傳輸性能和帶寬就可以提高無線通信信道的傳輸質量，通過多個通道（時間、頻率或空間）即采用多饋多模天線完成信號接收并進行拷貝，同時收信方能夠利用包含在多個拷貝中的信息對原始信號進行修改。當信道條件較差時，為了保證信道的連通性，發射器必須在有噪聲的情況下發送較高功率。分集技術通常采用多種接收技術，它們可以選擇性地將接收信號結合在一起，從而提高短波通信的信噪比，提高通信質量。

3.6 軟件無線電技術

在實際需求中往往需要一個系統能夠容納盡可能多的通信單元，并能相互實現無縫對接。基于此，軟件無線電技術應運而生，其通過構建一個開放性、可兼容、可擴展、單元化以及標準化的軟、硬件平臺，利用軟件無線發信機及接收機的多速率信號處理技術、高速調制解調技術以及智能天線的波束形成算法技術相結合，把盡可能多的通信功能用可升級、可替換的軟件來實現。其工作波段、數據格式以及通信協議等都是通過軟件系統操作來實現其功能，擺脫了傳統單一的點對點通信組網模式。通過采用分組無線電通信技術，可以構成單點對多點和多點對多點的任意組網模式，形成柵格網拓撲結構，以此提高抗毀和抗干擾能力。其基本結構組成如圖1所示。

圖1 基本結構組成

4 短波通信抗干擾技術發展趨勢

近些年，無線電短波通信在軍事和民用方面都有了長足的發展，取得了巨大的進步。當前短波通信抗干擾技術的發展趨勢主要表現為各種技術的融合使用，發揮各自特長，以便提高短波通信抗干擾的有效實力和綜合能力。如果致力于提高系統的傳輸效率，就必須縮短信號的傳輸距離，提高設備的調制速率，但目前采用的加密和糾錯等技術都會使數據傳輸率下降。隨著現代通信技術的快速發展，軟、硬件的通信技術手段廣泛普及應用，傳統單一的自適應技術已完全不能滿足新形勢下的抗干擾需求，而全自適應技術是一種高效的綜合通信技術，它與軟件無線電、智能天線、軟件天線、MIMO（其模型見圖2）以及空間維護等技術相結合，加之網絡化和智能化組網技術的運用能實時探測感知信道，不斷調整信道，使傳輸速率由低速窄帶向高速寬帶發展[4]。短波通信正逐步向可視化和智能化發展，為了更好地滿足通信任務的需要，實現頻率資源和信道資源的狀態查看與調度，實時運用全自適應設備與技術選擇優質信道和頻率進行組網通信，以提高短期目標的恢復能力[5]。

圖2 MIMO技術模型

5 結 論

短波通信因具有通信距離遠、構造簡便以及成本低廉等特點，確保了其在通信領域中占據不可替代的位置。特別是其抗干擾技術作為一項復雜且綜合性技術，已衍生出許多新科技及相關技術間的融合，推動了整個通信領域的革新，引起國內外通信工作者的高度重視。因此，只有不斷加強干擾與抗干擾技術研究，實現各種技術間的融合和發展，才能推動我國通信事業賡續前行。