短波通信抗干擾技術綜述?

潘利兵 劉卓耀 王超輪

（中國船舶重工集團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、多徑時延和多普勒頻移等現象，傳輸特性不理想，存在強烈的干擾，嚴重影響信息傳輸的有效性和可靠性［1］。為了能夠在短波信道上有效可靠的傳輸信號，人們采用了很多措施改善信道本身的時變色散特性和抗干擾性能，提高信號傳輸質量。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變色散特性，采用高頻自適應技術、抗衰落和抗干擾性能良好的調制解調技術以及短波線路壓擴技術。

上述這些措施主要都是對短波信道的自然條件而設的，盡管具有一定的抗干擾能力，但在軍事通信環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域、頻域、空域、功率域、速度域甚至變換域等多個方面出發，實現多維空間的抗干擾。具體措施主要采用了擴頻、跳頻、混合擴頻技術等。同時還有非擴頻類的抗干擾技術，如自適應調零天線技術、猝發通信技術、高增益的信道編解碼技術以及分集技術等。

2 短波通信抗干擾技術

短波抗干擾通信分為被動式與主動式，被動式是通過降低我方通信信號的被截獲概率，或者使對手難以估計我方通信系統的重要參數（頻段、帶寬和調制方式等）；還可通過增強軍事無線通信系統對干擾信號的耐受力來提高潛在對手的干擾成本；主動式是對干擾信號在時域、頻域和空域上的分布進行估計，然后利用信號處理手段實現自適應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。

2.1 短波直擴通信技術

按一定規律，將信號頻譜大幅度展寬，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律同步才能把分散能量集中起來，達到通信目的的通信方式即為直擴通信技術。其簡單的原理［2］結構圖如圖1所示。

圖1 直擴通信原理結構圖

信源發出的信息與本地PN碼進行模2加，產生一速率與PN碼速率相同的擴頻序列，然后再用擴頻序列去調制載波，得到已擴頻調制的射頻信號，該信號經信道到達接收端，接收端用與發端同步的PN碼對擴頻調制的信號進行解擴，繼而進行解調，經信道譯碼得到信息。對于干擾信號和噪聲而言，由于與PN碼不相關，在相關解擴的作用下，相當于進行了一次擴頻，干擾信號的譜密度被降低，因而提高了信干比，從而提高了系統的抗干擾能力。

直擴通信技術具有信號隱蔽、抗干擾和抗多徑等特性，能提供相對較為準確的時間，從而可以進行測距和定位。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技術能獲得較大的處理增益，是實現短波最低限度應急保障通信的一種有效手段。但是由于該技術的實現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，限制了直擴技術在短波信道上的應用，一般可采取短波帶內擴頻（擴頻后帶寬仍為3KHz左右），它是以犧牲通信的有效性換取通信的高可靠性，另外還有帶外擴頻，如美國SICOM公司研制的寬帶直接序列擴頻短波收發信機［3］，其數據速率高達57.6kbps，帶寬高為1.5MHz。

2.2 跳頻擴頻通信技術

跳頻通信是擴頻通信的一個分支，它的突出優點是抗干擾性強，因而很適用于軍事領域。當20世紀70年代末第一部跳頻電臺問世以后，就預示著其發展勢頭銳不可當。系統的工作頻率在不停地跳變，在每個頻點上駐留時間僅為毫秒甚至微秒級（如美軍的短波CHESS系統），因此在一個相對的時間段內，就可以看作在一個寬的頻帶內分布了傳輸信號。其實現方法是載頻信號以一定的速度和順序，在多個頻率點上跳變傳遞，接收端以相應的速度和順序接收并解調。這個預先設定的頻率跳變的序列就是PN碼。在PN碼的控制下，收發雙方按照設定的序列在不同的頻點上進行通信。跳頻通信系統的原理［4］框圖如圖2所示。

圖2 跳頻通信系統的原理框圖

實現跳頻通信，關鍵是通信雙方的工作頻率要“同頻諧變”，嚴格同步。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。

跳頻與直擴技術的簡單比較如表1所示。

表1 跳頻與直擴技術比較

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

傳統意義上的自適應主要是指頻率自適應，是以實時信道估值為基礎，采用自動鏈路建立和鏈路質量分析技術，因此也稱之為實時選頻技術［5］。它通過分析波段上的頻率占用率，自動搜索無干擾或未被占用的跳頻信道進行跳頻，不僅避免了自然干擾，也不會受到短波頻譜大量占用的影響。它會根據需要自動地改變跳頻序列，有效地適應惡劣環境。以色列Yadiran通信公司的HF-6000自適應HF/SSB跳頻電臺，可在全頻段自適應跳頻，其跳速在15～20跳/秒范圍可變。具有自適應射頻功率輸出，自動化信道頻率選擇，機內自動建立鏈路等功能。在未來信息時代，網絡數據通信將成為主要的通信方式，但是單一的頻率自適應還無法滿足網絡數據通信的要求，由于短波通信中各種新技術的出現，特別是分組交換和各種自適應短波通信技術的發展，為短波數據網的發展打下了基礎，頻率自適應技術可與其他自適應功能綜合構成全自適應短波通信系統。未來短波通信的需求促進了短波自適應通信系統正在向全自適應技術的方向發展。

2.3 其他抗干擾技術

1）各種抗干擾技術結合的抗干擾技術

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

2）猝發通信技術

猝發通信技術是一種有效的抗偵察、抗干擾技術，與擴頻技術相比，其主要特性表現在時域和速度域方面。它的工作方式是先將信息存儲起來，然后在某一瞬間以正常速度的10～100倍或更高速率猝發。因此，猝發信號具有隨機性和短暫性，能較好地避開敵方截獲、側向和干擾等威脅。比如流星余跡通信就是一種猝發通信抗干擾技術。目前，這種技術已有很好的產品投入使用，如Racal公司的6248型數據終端，采用猝發傳輸，具有強糾錯能力、高保密性，且大大縮短了傳輸時間。美國Harris公司的RF-7100、以色列Tadiran公司的HF-2000電臺等都配有猝發通信模塊或裝置。隨著新技術的不斷涌現，抗干擾技術也必會向更高的方向發展，更好地適應作戰要求。

3）自適應天線技術

自適應調零天線技術是空域干擾抑制技術的核心技術，它實際上是一種自適應空間濾波器，由于它具有對不同方向信號的選擇接收的能力，因而具有很強的抗干擾能力，可同時抑制來自不同方向的多個干擾，處理增益可達幾十分貝。

干擾以不同的空間方向到達接收天線，采用自適應天線可以調整其各個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，從而減小或避免干擾信號的影響，如果干擾源在空間不斷運動，自適應天線則可以相應改變波瓣零點的位置，繼續對干擾信號進行抑制。如果是寬帶的干擾信號，自適應天線還可以在對應的方向處，形成較寬角度的凹口，以對抗寬頻帶干擾，自適應天線對干擾信號實現了“空域濾波”功能。但是自適應調零天線無法抑制來自與信號同方向的干擾，因此，自適應干擾抑制濾波器隨之出現，利用輸入接收機的信號在時域或變換域上分布性的差別，對接收信號進行處理。

4）交織編碼和交錯編碼技術

采用數字技術和糾錯編碼技術在一定程度上可提高抗干擾性能。糾錯編碼能糾正因受干擾而產生的隨機錯誤，交織編碼能對抗衰落和干擾引起的突發錯誤，一般說交織的作用是打散突發錯誤，使之變為隨機錯誤，然后再通過糾錯編碼糾正這些隨機錯誤。因此許多設備都有糾錯編碼功能，特別是跳頻系統，如法國的PR4G系列電臺，TRC-930VHF電臺等。

5）分集技術

分集技術包括兩方面的內容：分離技術（時間、頻率、空間、極化分集等）、合并技術［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。分集技術在對抗多徑傳輸引起的包絡衰落和時延方面，其作用十分明顯。美、俄等國的散射通信設備中都采用了分集技術，包括隱分集技術。

6）軟件無線電技術

軟件無線電就是利用現場可編程器件（FPGA，DSP等）和現代數字信號處理技術，在同一硬件平臺上實現多種的編/解碼、調制/解調方式，使得能夠根據現場環境選擇恰當的通信體制，為通信提供有效的保障，特別是隨著微電子技術的發展，可控微波、短波器件的出現，為軟件無線電技術的廣泛應用提供了廣闊的前景，同時也為通信抗干擾技術創造了新的天地。

7）Smart AGC干擾抑制技術

Smart AGC技術［7］是一種基于時域信號包絡處理的新型干擾抑制技術，它和直接序列擴頻系統（DSSS）配合使用，可以有效提高系統的干擾容限。因此，DSSS與Smart AGC的結合技術在軍用通信抗干擾技術中得到充分的應用，Smart AGC是一種射頻抗干擾技術，能夠以較小代價獲得較強的抗干擾性能，其主要思想是根據強干擾信號與直擴信號包絡特性的不同特點，通過自適應包絡變換達到抑制強干擾的目的。

3 結語

信息化戰是現代戰爭的高技術較量，而通信又已成為現代戰爭中軍隊的神經網絡。獲取戰場態勢、情報以及指揮控制命令的下達都離不開通信系統。通信電子武器已成為數字化戰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進行調遣，采取快速機動的作戰行動是取得戰爭勝利的重要保證。針對未來信息化戰中通信對抗的特點，研究各種用于軍事通信的抗干擾技術，加快通信對抗裝備的研發與應用，尤其是短波通信的抗干擾技術，為未來戰爭中控制戰場的制電磁權打下堅實的基礎，具有極其重要的意義。

［1］張爾揚.短波通信技術［M］.北京：國防工業出版社，2001.

［2］田日才.擴頻通信（第2版）［M］.北京：清華大學出版社，2014.

［3］張邦寧，魏安全，郭道省.通信抗干擾技術［M］.北京：機械工業出版社，2006.

［4］梅文華.跳頻通信［M］.北京：國防工業出版社，2005.

［5］胡中豫.現代短波通信［M］.北京：國防工業出版社，2003.

［6］沈琪琪，朱德生.短波通信［M］.北京：電子工業出版社，1989.

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