通信抗干擾技術(shù)課程教學(xué)要點(diǎn)辨析與討論

徐池 趙鵬 賀寅

摘? 要? 針對(duì)通信抗干擾技術(shù)課程特點(diǎn)，按照先基礎(chǔ)后拓展、先理論后實(shí)踐的邏輯順序，合理設(shè)置、選取課程的教學(xué)內(nèi)容。重點(diǎn)梳理通信抗干擾基礎(chǔ)概念之間的層次關(guān)系，對(duì)擴(kuò)頻基本涵義、跳頻與直擴(kuò)的區(qū)別、干擾容限與處理增益等教學(xué)要點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)辨析探討。為解決課程基礎(chǔ)概念抽象、推導(dǎo)過程復(fù)雜等問題，對(duì)實(shí)作內(nèi)容進(jìn)行由淺入深的設(shè)計(jì)，借助仿真平臺(tái)提供形象直觀的過程性分析手段，加深學(xué)生對(duì)理論知識(shí)的理解和掌握。

關(guān)鍵詞? 通信抗干擾；仿真；通信抗干擾技術(shù)

中圖分類號(hào)：G642.3? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2023）10-0111-04

Analysis and Discussion on Teaching Points of?Communication Anti-Interference Technology//XU Chi， ZHAO Peng， HE Yin

Abstract? According to the characteristics of the course Communication Anti-interference Technology， the teaching content is reasonably set and selected according to the logical order of foundation before?expansion and theory before practice. This paper mainly combs the hierarchical relationship between?the basic concepts of communication anti-interference，?and focuses on the basic meaning of spread spec-trum， the difference between frequency hopping and direct spread spectrum， interference tolerance and processing gain. In order to solve the problems of?abstract basic concepts and complex derivation pro-cess of the course， the practical content is de-signed from simple to deep， and the visual process analysis means are provided with the help of the simulation platform to deepen the students under-standing and mastery of theoretical knowledge.

Key words? communication anti-interference; simula-tion; communication anti-interference technology

Authors address? Dept. of Information System， Dalian Naval Academy， Dalian， Liaoning， China， 116018

0? 引言

通信抗干擾技術(shù)課程是軍隊(duì)院校通信專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，課程教學(xué)要求理論性和實(shí)踐性并重，需要學(xué)員具備扎實(shí)的通信原理基礎(chǔ)知識(shí)和指技融合的實(shí)踐能力[1]。該課程可以為學(xué)生后續(xù)進(jìn)行通信裝備應(yīng)用類課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。經(jīng)過多輪班次的教學(xué)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)：學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中對(duì)部分關(guān)鍵知識(shí)點(diǎn)容易產(chǎn)生認(rèn)識(shí)和理解上的誤區(qū)，影響對(duì)課程整體內(nèi)容的理解和掌握。因此，有必要對(duì)課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、關(guān)鍵知識(shí)要點(diǎn)進(jìn)行強(qiáng)調(diào)、分析和討論，為提高課程教學(xué)質(zhì)量提供參考。

1? 課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和選取

遵循知識(shí)學(xué)習(xí)的一般規(guī)律，課程圍繞“通信抗干擾是什么、有哪些通信抗干擾技術(shù)、通信抗干擾技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)”三個(gè)方面設(shè)置、選取教學(xué)內(nèi)容。內(nèi)容體系總體上可分為四個(gè)模塊：第一模塊為“通信抗干擾基礎(chǔ)”，主要闡明通信抗干擾的相關(guān)基本概念及相互關(guān)系，分析擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)基礎(chǔ)理論；第二模塊為“典型擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)”，主要分析直接序列、跳頻、混合擴(kuò)頻等典型抗干擾通信技術(shù)的工作原理及系統(tǒng)組成；第三模塊為“典型通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)應(yīng)用”，重點(diǎn)分析各種擴(kuò)頻技術(shù)及非擴(kuò)頻技術(shù)在短波、超短波、衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的具體應(yīng)用；第四模塊為“通信抗干擾的現(xiàn)狀及發(fā)展”，重點(diǎn)介紹通信抗干擾技術(shù)及裝備的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢(shì)。教學(xué)內(nèi)容能夠緊跟先進(jìn)通信技術(shù)和裝備的發(fā)展，不斷拓展前沿知識(shí)。

四個(gè)模塊之間緊密聯(lián)系，層層遞進(jìn)，內(nèi)容設(shè)置由淺入深。模塊一是模塊二的基礎(chǔ)，模塊三是模塊二的延伸，模塊四是基礎(chǔ)模塊的拓展。結(jié)合課程應(yīng)用性、實(shí)踐性強(qiáng)的特點(diǎn)，可以將課程相關(guān)的實(shí)作內(nèi)容融入模塊二，重點(diǎn)圍繞直接序列擴(kuò)頻、跳頻擴(kuò)頻和典型混合擴(kuò)頻等通信系統(tǒng)進(jìn)行建模仿真，使學(xué)員可以直接觀察擴(kuò)頻信號(hào)頻域、時(shí)域波形，進(jìn)一步加深對(duì)常用通信抗干擾技術(shù)的理解和掌握程度。

2? 課程關(guān)鍵知識(shí)要點(diǎn)討論辨析

通信抗干擾技術(shù)課程教學(xué)以典型通信抗干擾技術(shù)手段為主線，從打牢和拓寬通信抗干擾技術(shù)專業(yè)理論知識(shí)著手，教學(xué)過程中需要重點(diǎn)關(guān)注、強(qiáng)調(diào)以下幾個(gè)知識(shí)要點(diǎn)的講解和掌握，避免產(chǎn)生教學(xué)和認(rèn)識(shí)上的誤區(qū)。

2.1? 通信抗干擾基礎(chǔ)概念內(nèi)涵

課程教學(xué)過程中或組織實(shí)施之前，學(xué)員將接觸通信抗干擾、通信干擾、通信防御等概念，相關(guān)概念在實(shí)際應(yīng)用中存在不規(guī)范、內(nèi)涵不清、容易混淆等問題。因此，需要首先分析概念的內(nèi)涵關(guān)系，進(jìn)一步明確課程內(nèi)容在整個(gè)專業(yè)領(lǐng)域中的地位和作用。基礎(chǔ)概念層次關(guān)系如圖1所示。

電子戰(zhàn)也稱電子對(duì)抗，軍事上為削弱、破壞敵方電子設(shè)備的使用效能和保護(hù)己方電子設(shè)備的有效使用而采取的各種戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)措施的總稱[2]。通信電子戰(zhàn)主要包括通信電子進(jìn)攻、通信電子防御和通信電子支援三大功能要素。從通信電子戰(zhàn)的體系組成及其內(nèi)涵可見，通信電子進(jìn)攻不等于通信對(duì)抗，通信對(duì)抗不單純等于干擾與抗干擾，不僅僅是只有通信電子進(jìn)攻需要電子支援。按照作戰(zhàn)實(shí)施流程，對(duì)應(yīng)通信電子進(jìn)攻，通信電子防御主要包括反偵察、抗截獲、抗干擾和抗摧毀等。通信抗干擾是通信電子防御措施中的一種類別。要實(shí)現(xiàn)通信抗干擾的目的，既要有技術(shù)手段，又要有戰(zhàn)術(shù)手段。按照現(xiàn)行技術(shù)水平和體制，一般將通信抗干擾技術(shù)分為擴(kuò)頻通信和非擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)兩大類別。其中，擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)主要有直接序列、跳頻、跳時(shí)、線性脈沖和混合擴(kuò)頻；非擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)主要有自適應(yīng)、分集接收、猝發(fā)傳輸和天線零相等技術(shù)。

2.2? 跳頻擴(kuò)頻含義及原理

跳頻是擴(kuò)頻技術(shù)的一種重要類型。學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中普遍會(huì)產(chǎn)生疑問：跳頻通信與直接序列擴(kuò)頻通信在原理上存在較大差異，直接序列擴(kuò)頻確實(shí)通過偽隨機(jī)碼的擴(kuò)頻調(diào)制實(shí)現(xiàn)了基帶信號(hào)的頻譜擴(kuò)展，而跳頻通信只是實(shí)現(xiàn)了載波的跳躍，為什么要將跳頻通信抗干擾技術(shù)也歸類到擴(kuò)頻通信技術(shù)？要解釋這個(gè)疑問，需要從跳頻通信與擴(kuò)頻通信的基本含義出發(fā)。在抗干擾機(jī)理上，直接序列擴(kuò)頻通過高碼率的偽隨機(jī)碼直接與原始信息進(jìn)行調(diào)制處理，實(shí)現(xiàn)了信號(hào)在頻域上的展寬。跳頻通信通過偽隨機(jī)碼以離散頻率的形式實(shí)現(xiàn)頻率的跳變。

從單個(gè)載波信號(hào)角度觀察，信號(hào)頻譜確實(shí)并未展寬，但跳頻通信是在一定的頻率集進(jìn)行跳變的，跳變過程中所能覆蓋的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原信息帶寬[3]。從頻率集合的整體角度觀察，實(shí)現(xiàn)了頻譜展寬，所以，跳頻通信也稱為跳頻擴(kuò)頻通信，是擴(kuò)頻通信的一個(gè)重要分支。跳頻和直擴(kuò)的區(qū)別需要在教學(xué)過程中予以強(qiáng)調(diào)：跳頻以躲避干擾的方式抗干擾，可以認(rèn)為是一種主動(dòng)式抗干擾方式；而直接序列擴(kuò)頻利用把干擾功率分散的方法來降低干擾功率，以此達(dá)到抗干擾的目的，可以認(rèn)為是一種被動(dòng)式的抗干擾方式。

2.3? 干擾容限與處理增益

干擾容限、處理增益是衡量通信系統(tǒng)抗干擾能力的重要指標(biāo)，兩者相互關(guān)聯(lián)又有區(qū)別。干擾容限是指通信系統(tǒng)能夠維持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)正常工作（滿足正常解調(diào)要求的最小輸出信噪比）的實(shí)際抗干擾能力，即系統(tǒng)尚能工作時(shí)，接收機(jī)允許輸入的最大干信比。干擾容限反映通信系統(tǒng)在干擾環(huán)境中對(duì)干擾的耐受能力，其值與干擾方式、信號(hào)形式和接收方法有關(guān)。干擾容限用Mj表示，其計(jì)算公式為：

其中，Psi/Pji為接收機(jī)輸入端的信干比；Pso/Pjo為接收機(jī)中信息解調(diào)器的輸入端的信干比；Gp=（Pso/Pjo）-（Psi/Pji）為接收機(jī)中在解調(diào)器前對(duì)信號(hào)處理所獲得的信干比處理增益。處理增益定義為接收機(jī)相關(guān)處理器的輸出信干比與輸入信干比的比值。Lsys為實(shí)現(xiàn)該處理增益過程中的信干比損耗。

從指標(biāo)屬性可以知道，干擾容限和處理增益都屬效益型指標(biāo)，越大越好。處理增益越大，干擾容限越大，系統(tǒng)對(duì)干擾的忍受能力越強(qiáng)，即抗干擾能力越強(qiáng)。那么，兩者在具體衡量系統(tǒng)抗干擾能力的應(yīng)用上有哪些區(qū)別呢？實(shí)際應(yīng)用中，干擾容限更能夠直接反映擴(kuò)頻系統(tǒng)接收機(jī)可能抵抗的極限干擾強(qiáng)度，即只有當(dāng)干擾機(jī)的干擾功率超過干擾容限后，才能對(duì)擴(kuò)頻系統(tǒng)形成干擾。因而，干擾容限往往比處理增益能更確切地反映系統(tǒng)的抗干擾能力，在實(shí)際裝備性能指標(biāo)描述中也就更常用。

3? 課程實(shí)作內(nèi)容設(shè)計(jì)及要點(diǎn)分析

為解決課程內(nèi)容概念和原理抽象的問題，課程依托MATLAB/Simulink軟件仿真平臺(tái)，設(shè)置由基礎(chǔ)鞏固到自主拓展的兩個(gè)層次的實(shí)作內(nèi)容，循序漸進(jìn)地引導(dǎo)學(xué)員分析問題、解決問題，不斷提升學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣。基礎(chǔ)鞏固模塊主要有擴(kuò)頻調(diào)制仿真、直序序列擴(kuò)頻DS通信系統(tǒng)仿真、跳頻FH通信系統(tǒng)仿真三個(gè)主要實(shí)作內(nèi)容。通過驗(yàn)證性實(shí)作，學(xué)員能夠?qū)W會(huì)利用仿真平臺(tái)構(gòu)建擴(kuò)頻調(diào)制模型、直接序列擴(kuò)頻仿真系統(tǒng)和跳頻擴(kuò)頻仿真系統(tǒng)，了解主要模塊功能及參數(shù)設(shè)置，通過仿真結(jié)果觀察和比較信號(hào)擴(kuò)頻調(diào)制前后在時(shí)域和頻域的區(qū)別。自主拓展模塊主要是建立在對(duì)基礎(chǔ)模型構(gòu)建的前提下，讓學(xué)員自主設(shè)計(jì)典型混合擴(kuò)頻仿真系統(tǒng)。以跳擴(kuò)混合擴(kuò)頻FH/DS通信系統(tǒng)為例，F(xiàn)H/DS系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)是直接序列擴(kuò)頻調(diào)制和跳頻載波的直接疊加[4]。與單純的直接序列調(diào)制相比，這種混合調(diào)制的載波是按跳頻圖案變化的，不像單純DS調(diào)制那樣固定不變；與單純的跳頻系統(tǒng)相比，這種混合調(diào)制每次跳變必須把直擴(kuò)型功率譜依照跳頻圖案的規(guī)則搬移，且跳頻頻道的最小間隔必須等于直接序列的偽碼速率，以保證相鄰跳變頻道之間的正交性。

DS/FH混合擴(kuò)頻仿真圖如圖2所示，需要用兩個(gè)偽隨機(jī)碼，一個(gè)用于直擴(kuò)，一個(gè)用于控制頻率合成器。一般用于直擴(kuò)的偽隨機(jī)碼的速率比用于跳頻的偽隨機(jī)碼的速率高得多。在發(fā)送端先進(jìn)行直接序列擴(kuò)頻，再對(duì)直擴(kuò)信號(hào)進(jìn)行跳頻擴(kuò)頻；在接收端，進(jìn)行相反的操作，即先進(jìn)行跳頻的解跳，再進(jìn)行直擴(kuò)的解擴(kuò)，最終還原出發(fā)送端發(fā)送的信息。關(guān)鍵器件參數(shù)設(shè)置需要重點(diǎn)注意以下幾點(diǎn)。

1）直擴(kuò)部分：信源產(chǎn)生器產(chǎn)生基帶信息碼，偽隨機(jī)碼產(chǎn)生器產(chǎn)生直擴(kuò)所需要的偽隨機(jī)序列。通過設(shè)置relay模塊使0、1波型轉(zhuǎn)換為-1、1波型。

2）跳頻部分：直擴(kuò)信號(hào)首先要進(jìn)行2FSK調(diào)制，要在調(diào)制器之前加relay模塊進(jìn)行信號(hào)極性轉(zhuǎn)換。利用32FSK調(diào)制器和PN序列模塊產(chǎn)生跳頻載波，二者結(jié)合產(chǎn)生32個(gè)不同的頻率作為跳頻載波與信號(hào)相乘實(shí)現(xiàn)跳頻。

3）解跳部分：接收的信號(hào)直接與之前發(fā)送端生成的跳頻載波相乘，實(shí)現(xiàn)相關(guān)解跳。

4）解擴(kuò)部分：經(jīng)過2FSK解調(diào)的信號(hào)，同樣需要加入relay模塊改變極性。信號(hào)轉(zhuǎn)換極性后，直接與發(fā)送端的偽隨機(jī)碼相乘，完成解直擴(kuò)。至此，完成混合擴(kuò)頻的解擴(kuò)。此時(shí)，將原始信息碼與解擴(kuò)后連接到誤碼率計(jì)算器進(jìn)行誤碼率計(jì)算。

通過建模仿真可以觀察DS/FH混合擴(kuò)頻通信系統(tǒng)信號(hào)在時(shí)域和頻域的輸出，便于學(xué)員根據(jù)直觀結(jié)果進(jìn)行分析和研究。其中，基帶信號(hào)和混合擴(kuò)頻信號(hào)的頻譜如圖3所示。根據(jù)圖3可以直觀發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過混合擴(kuò)頻處理后，信號(hào)的頻譜得到了擴(kuò)展。在信道加入噪聲的影響下，通過時(shí)域波形和誤碼率計(jì)算器的輸出可以得到通信系統(tǒng)抗干擾能力得到提升的結(jié)論。

4? 結(jié)束語

通信抗干擾技術(shù)課程旨在培養(yǎng)軍校通信專業(yè)學(xué)員靈活運(yùn)用通信抗干擾技術(shù)基礎(chǔ)知識(shí)的能力，具備思考、分析、解決問題的能力，能夠做到理論知識(shí)聯(lián)系實(shí)際應(yīng)用，為實(shí)現(xiàn)技術(shù)與指揮的融合打下基礎(chǔ)。通過課程實(shí)踐總結(jié)，課程教學(xué)以夯實(shí)基礎(chǔ)、循序漸進(jìn)、深入剖析為原則，合理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，豐富實(shí)作手段，對(duì)教學(xué)過程中易產(chǎn)生誤區(qū)的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行重點(diǎn)辨析研究，采用由簡單到復(fù)雜，由特殊到一般的步驟開展教學(xué)，為理論知識(shí)、工程應(yīng)用與軍事實(shí)踐的充分結(jié)合提供借鑒。

5? 參考文獻(xiàn)

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