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(xué)，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(jìn)行無線信息傳輸，無需配置大量的網(wǎng)絡(luò)資源，通信裝備攜運方便，操作簡單，極易維護(hù)，不受其他通信網(wǎng)絡(luò)資源的影響，因此在軍事領(lǐng)域和大型民用、商用方面都有廣泛應(yīng)用。但由于受到電離層變化及復(fù)雜電磁環(huán)境的影響，在短波通信過程中極易出現(xiàn)多徑延遲和幅值衰減等現(xiàn)象，使通信質(zhì)量下降，影響通信效果，因此需要對短波通信相關(guān)技術(shù)進(jìn)行不斷創(chuàng)新、改進(jìn)與完善。

1 短波通信技術(shù)的發(fā)展意義

短波通信是無線電通信的一種，是遠(yuǎn)程通信的主要方式。因其不受網(wǎng)絡(luò)中心控制，所以無論未來發(fā)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(yuǎn)，通信時需要經(jīng)過電離層反射，電離層的反射效果又與電子濃度密切相關(guān)，而電子濃度很容易受自然條件變化的影響，如季節(jié)變化、氣候變化以及晝夜時差等均會導(dǎo)致電離層的高度和密度發(fā)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(yīng)、路徑衰耗以及各種噪聲等，使得短波通信的穩(wěn)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(shù)持續(xù)、長遠(yuǎn)發(fā)展的一個難題。

2 短波通信中的干擾問題

引起短波通信產(chǎn)生干擾的因素多種多樣，包括頻率資源的配置、設(shè)備自身問題以及電磁環(huán)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(diào)干擾、阻塞干擾與設(shè)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(diào)。從原信道到相鄰信道的移動將導(dǎo)致相鄰信道相互干擾，降低短波通信的穩(wěn)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(fā)送端至關(guān)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(yán)重影響短波通信的實際應(yīng)用，給短波通信的正常運行帶來障礙。此外，如果接收機(jī)的接收端不穩(wěn)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(jī)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(quán)，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(dāng)?shù)臅r機(jī)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(dá)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(fā)射某一頻率信號導(dǎo)致車主無法正常鎖車門。這種技術(shù)的原理就是遙控器與防盜器通過無線通信來進(jìn)行相關(guān)鏈接，干擾器采用同頻原理來干擾遙控器鎖車。

2.3 設(shè)備自擾

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

3 短波通信在用的抗干擾技術(shù)

3.1 自適應(yīng)技術(shù)

自適應(yīng)技術(shù)能夠通過調(diào)整參數(shù)來解決短波通信干擾問題，從而達(dá)到預(yù)期的抗干擾效果。自適應(yīng)技術(shù)通過定期對短波通信的通連情況進(jìn)行多路同時掃描和分析，檢測短波信號的傳輸質(zhì)量、實時動態(tài)以及匯總數(shù)據(jù)。當(dāng)設(shè)備在接收到指令后，系統(tǒng)自動進(jìn)行調(diào)整和修正，變換傳輸信道，改善短波通信衰落現(xiàn)象，以保證信號的傳輸效率和傳輸標(biāo)準(zhǔn)，從而大大提高通信質(zhì)量。

3.2 跳頻技術(shù)

跳頻技術(shù)就是短波通信時采用連續(xù)的周期頻率，在一定的頻譜圖中按照一定的規(guī)則進(jìn)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(diào)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(jìn)行干擾，這是克制同頻干擾的有效手段。

3.3 猝發(fā)通信技術(shù)

由于信號在空中受氣候變化、太陽活動及工業(yè)生產(chǎn)等因素導(dǎo)致的電離層變化影響，傳輸特性不穩(wěn)定，干擾嚴(yán)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(yīng)運而生了一種有效抗干擾技術(shù)，也就是猝發(fā)通信技術(shù)。猝發(fā)通信的原理就是把要發(fā)送的數(shù)據(jù)信號先存儲起來，當(dāng)傳播條件與時機(jī)恰當(dāng)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(shù)抵御敵方有意干擾。由于其發(fā)射的時間是隨機(jī)的，并且在空中停留的時間也很短，因此導(dǎo)致信號被截獲的概率很低。猝發(fā)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(fā)送數(shù)據(jù)，特征就是信號發(fā)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(shù)

在信號的傳輸過程中，只要有干擾信號或其他參數(shù)誤差，接收機(jī)就會對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，然后再由發(fā)送方對處理結(jié)果進(jìn)行修正。差錯控制技術(shù)就是在短波通信出現(xiàn)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(xiàn)實中收信人收到包裹時發(fā)現(xiàn)收錯，在進(jìn)行驗證后可以將錯誤包裹返回給發(fā)信人，發(fā)信人收到消息后根據(jù)自動復(fù)位再重新發(fā)送。該發(fā)明結(jié)合了自動反饋請求和前向修正，當(dāng)誤差較小且容易獲得時對前向誤差進(jìn)行修正，當(dāng)誤差較大且極易獲取時能自動進(jìn)行反饋。差錯控制技術(shù)可有效解決短波通信數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性以及準(zhǔn)確性問題，其發(fā)展和創(chuàng)新在短波通信領(lǐng)域具有重要意義 。

3.5 分集技術(shù)

短波通信利用的空間環(huán)境極其復(fù)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(shù)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(jìn)行分集補償。利用分集技術(shù)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(zhì)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(jìn)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(jìn)行修改。當(dāng)信道條件較差時，為了保證信道的連通性，發(fā)射器必須在有噪聲的情況下發(fā)送較高功率。分集技術(shù)通常采用多種接收技術(shù)，它們可以選擇性地將接收信號結(jié)合在一起，從而提高短波通信的信噪比，提高通信質(zhì)量。

3.6 軟件無線電技術(shù)

在實際需求中往往需要一個系統(tǒng)能夠容納盡可能多的通信單元，并能相互實現(xiàn)無縫對接。基于此，軟件無線電技術(shù)應(yīng)運而生，其通過構(gòu)建一個開放性、可兼容、可擴(kuò)展、單元化以及標(biāo)準(zhǔn)化的軟、硬件平臺，利用軟件無線發(fā)信機(jī)及接收機(jī)的多速率信號處理技術(shù)、高速調(diào)制解調(diào)技術(shù)以及智能天線的波束形成算法技術(shù)相結(jié)合，把盡可能多的通信功能用可升級、可替換的軟件來實現(xiàn)。其工作波段、數(shù)據(jù)格式以及通信協(xié)議等都是通過軟件系統(tǒng)操作來實現(xiàn)其功能，擺脫了傳統(tǒng)單一的點對點通信組網(wǎng)模式。通過采用分組無線電通信技術(shù)，可以構(gòu)成單點對多點和多點對多點的任意組網(wǎng)模式，形成柵格網(wǎng)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，以此提高抗毀和抗干擾能力。其基本結(jié)構(gòu)組成如圖1所示。

圖1 基本結(jié)構(gòu)組成

4 短波通信抗干擾技術(shù)發(fā)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(fā)展，取得了巨大的進(jìn)步。當(dāng)前短波通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢主要表現(xiàn)為各種技術(shù)的融合使用，發(fā)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(tǒng)的傳輸效率，就必須縮短信號的傳輸距離，提高設(shè)備的調(diào)制速率，但目前采用的加密和糾錯等技術(shù)都會使數(shù)據(jù)傳輸率下降。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的快速發(fā)展，軟、硬件的通信技術(shù)手段廣泛普及應(yīng)用，傳統(tǒng)單一的自適應(yīng)技術(shù)已完全不能滿足新形勢下的抗干擾需求，而全自適應(yīng)技術(shù)是一種高效的綜合通信技術(shù)，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(hù)等技術(shù)相結(jié)合，加之網(wǎng)絡(luò)化和智能化組網(wǎng)技術(shù)的運用能實時探測感知信道，不斷調(diào)整信道，使傳輸速率由低速窄帶向高速寬帶發(fā)展[4]。短波通信正逐步向可視化和智能化發(fā)展，為了更好地滿足通信任務(wù)的需要，實現(xiàn)頻率資源和信道資源的狀態(tài)查看與調(diào)度，實時運用全自適應(yīng)設(shè)備與技術(shù)選擇優(yōu)質(zhì)信道和頻率進(jìn)行組網(wǎng)通信，以提高短期目標(biāo)的恢復(fù)能力[5]。

圖2 MIMO技術(shù)模型

5 結(jié) 論

短波通信因具有通信距離遠(yuǎn)、構(gòu)造簡便以及成本低廉等特點，確保了其在通信領(lǐng)域中占據(jù)不可替代的位置。特別是其抗干擾技術(shù)作為一項復(fù)雜且綜合性技術(shù)，已衍生出許多新科技及相關(guān)技術(shù)間的融合，推動了整個通信領(lǐng)域的革新，引起國內(nèi)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(shù)研究，實現(xiàn)各種技術(shù)間的融合和發(fā)展，才能推動我國通信事業(yè)賡續(xù)前行。