短波通信抗干擾技術研究

李林峰，趙勇

（西安烽火電子科技有限責任公司，陜西西安，710114）

0 引言

短波通信為其造價低、建設周期短且操作方便等優點，是目前所有遠距離通訊手段中最常用的一種。一般情況借助電離層的反射來傳播數據[1,2]。但由于在傳播過程中干擾因素較多，數據傳播過程中不可避免地受到信道衰落的影響，在一定程度上會導致數據性能的損失，甚至有可能直接影響到數據的安全和質量[3]。因此，廣大研究者關注于提高短波通信的抗干擾性能以確保數據傳播穩定性和可靠性。目前已明確短波通信過程中的干擾類型及信號衰落方式，抗干擾技術也層出不窮，跳頻、分集、差錯以及擴頻等抗干擾技術手段在我國短波通信領域已得到大規模的應用，并取得了良好的成效[4,5]。隨著信息化技術手段的進步和干擾因素的增多，以往的抗干擾措施或多或少存在一定的缺陷。本文基于分集技術，研究了分集接收技術的抗干擾原理，并制定了其分集接收處理方案，對短波通信抗干擾技術領域的進步提供借鑒意義。

1 分集通信技術

短波通信的過程中，一般通過發射端發射數字信號，在接收端通過調制解調信號來獲得信息。在短波多載波分集通信過程中，一般在發射端會同時發射多組信息內容相同信號樣本，在接收端利用分集合并技術來接收信號，用這種方法來降低信號信道衰落的概率，以此來達到短波通信抗干擾的效果，提高通信過程中的安全可靠性[6,7]。

采用合并技術來了解決信道衰落的問題，在上世紀九十年代已經被廣大研究者所關注。不同合并技術采用的算法也有所差異，如最大比合并算法、等增益算法、門限切換算法等，各有優缺點。但以上這種算法，由于技術手段的限制，在實現方面存在較大的困難，導致通信系統的性能改善效果并不是很好。有研究者認為，可通過減少傳輸線路的支路數量，即在一定程度降低通信質量的情況下來提高合并信號的穩定性。因此可知，在短波多載波合并過程中的合并技術至關重要，一方面分集信號的強弱與合并技術息息相關，另一方面也直接決定了信道衰落數據合并后解調的難易程度，在分集合并技術中有著承上啟下的作用。

2 分集接收處理方案

相對于單載波信號處理，短波多載波信號處理的過程更加復雜，且信道情況的設定更加困難。在短波多載波分集接收處理技術中，應考慮分集接收處理方案的穩定性和有效性，可靠的方案能避免絕大多數的不必要的干擾，可以更有效的來接收信號處理后的短波數據。因此，本文依據分集接收處理的原理，確定其功能方案實現的步驟，以此確定其技術路線，技術路線如圖1所示。

圖1 分集接收處理方案技術路線

在分集合并接收技術中，一般可通過三個步驟來完成信號的處理。首先，單路解調。解調的含義是從信號發射源發出的多載波信號的多組數據中，通過在數據源中尋找并獲得有效信號，通過對其處理解調來獲得我們所需要可進行合并的數據。第二步為多信號合并。在信號合并的過程中，是對同源同數據信息的信號來進行合并，以達到增強信號的目的。第三步為合并信號重構。顧名思義是對合并增強后的信號來進行信號的重構，是為了接收端的設備更方便快捷且有效的接收數據。

此三個步驟，可以從三個方面來進行數據的傳播和增強，以防止信道衰落對信號傳遞的干擾。首先，由于多載波在傳播途徑中有多組同源信號同時傳播，需要對多組信號進行分別解調，以獲取所需衰落后的數據，此步驟可以獲得更加準確的數據源。第二步，通過合并信號對各組衰老后的數據進行合并增強，實現信號的穩定和可靠，在一定程度上可以提高信號的質量和數據的安全。第三步是為了信號的接收做準備，通過合并信號的重構以獲得可進行對接的信息。

2.1 單路解調

單路解調技術是在短波多載波分集合并通信技術中的第一步驟且至關重要，是實現合并接收信號穩定的基礎。如果對同源不同組的相同信號進行單路解調以獲得可進行合并處理的信號，通過對每條支路的信號進行單路解調可獲得完整的且準確的調整數據，可作為合并的數據基礎，為后續信號合并提供可靠的數據。單路解調技術在分解、合并、抗干擾技術中，是相對比較復雜的一部，主要包括六個步驟。步驟流程圖如圖2所示。

圖2 單路解調流程

2.2 多路合并技術

在分集接收技術的第二個階段是多路合并。多路合并的概念就是將第一階段單路解調處理的每一組數據進行合并以增強其信號強度，以達到抗衰落的效果。多路合并的優點是操作簡單、容易實現且信號增強效果明顯、處理速率高等，但是依然具有一些需要處理的步驟，其步驟操作流程圖如圖3所示。

圖3 多路合并操作流程

第一步，時間戳計算。由于在信道衰弱的過程中，分散在各支路中的信號會被不同程度的噪音所覆蓋。通常情況下，

第一步，預處理。通過對各路信號數據段的預處理，以獲得各路的基礎數據。

第二步，目標信號的檢測。多路數據在傳播過程中受到信道衰弱的影響，靜默期數據的存在對目標信號的處理有著一定的影響，或者同頻率的信號被接收也會對目標信號的接收造成干擾，此類數據不會影響目標信號合并后的強弱，但會對接收識別造成干擾，影響信號處理的效率。

第三步，將捕捉到的同類型目標信號進行同步處理。確定目標信號頻率，并將信號頻率偏差降到最低，對下一步的合并工作奠定基礎。

第四步，幀處理。幀處理是為了后續的合并、重構做準備。通過這一步驟，可以確定最真實有用的解調數據信息。

第五步，信號軟解調。在以往的解調工作中，一般采用硬解調的方案，但硬解調的缺點明顯，即信號數據在信道中的實際情況無法被準確還原，容易對信號的處理解調造成困難。軟件調的優點在于可以將數據真實有效的還原，降低誤碼率。

第六步，失步搜尋。失步搜尋是通過與信號同步概念一樣的失步來為信息數據無誤提取做準備。采用相對突發編號來進行統一合并，但具有較大的偏差。本方法通過對時間戳進行計算，采用絕對時間戳來統一合并以降低偏差。

第二步，分集選取。在上一步驟利用絕對時間戳來進行統一合并可達到更高精度的信號同步對齊，降低了對不同突發幀對齊而造成的誤差風險，從而造成信號傳輸錯誤。

第三步，分集合并。因為不同支路在傳遞衰落信號時，信號強度、信號質量均存在一定的偏差。選取質量好的信號合并，可以更好地完成信號的傳輸。因此，通過分集合并確定加權指標，通過對信號質量分配權值相加，以達到信號合并增強的效果

在分集合并結束之后，衰落信號基本已達成了增強的效果，但是由于在接收端接收處理需要與其他設備接收，因此需要對增強后的信號數據進行調制解調，故需要第三個階段來進行合并信號后的重構調制。

2.3 合并信號重構

對合并后的信號進行重構，一般分為兩個步驟，第一步為前導重構，第二部為非前導重構。通過上一階段多路合并后的信號信噪比得到了極大的提高，因此，對噪聲降低和還原提出了更高的要求。在信號合并和數據提取的過程中，可以得到每一個信道的調制符號，但噪聲分量無法較好恢復的問題依然很嚴峻。所以在本節中對噪聲重構是重中之重，合并信號重構的基本路線如圖4所示。

圖4 信號重構流程

第一步，前導重構。在信號合并的過程中，對前導導頻序列也進行了多路合并，差分還原可以有效的對前導序列進行重構，獲得有用的調制數據。

第二步，數據重構。因為前導導頻的調制方案和非前導信號數據的合并方式并不相同，因此，對于非前導的信號數據應單獨進行重構以提高數據有效性。

第三步，噪聲重構。噪聲重構是信號重構的極為重要的步驟，應對多載波上的各子載波信號分別進行重構，通過對噪聲的重構，可以獲得更真實有效且可靠的數據信號。

第四步，突發還原。通過對各突發幀的數據重構之后，依據絕對時間戳進行數據合并，以獲得最原始的數據信號，更有利于接收設備的處理。

3 合并技術研究

3.1 等增益合并技術

等增益合并技術中的各分集支路在加權計算中的系數均選擇為1。同時，在信號接收過程中需要對信號進行矯正，以保證信號在進行等增益合并時可同相位相加。等增益合并技術在信號合并過程中，僅是對各條信道支路的信號進行幅度疊加，以達到提高信噪比的效果。在合并的過程中，并沒有對信號的幅度信息進行區分，因此在通常情況下，等增益合并技術的合并效果并不理想。但如果僅考慮接收信號的信噪比時，等增益合并可達到信噪比最大的效果。其最大優點在于合并過程對設備的要求較低，同時在算法方面也比較簡單，更容易實現。

3.2 最大合并技術

最大比合并技術，在信號合并的過程中，通常會對各信道的信號幅度進行檢測。通過對每條支路的信號檢測結果分配加權系數，系數的選擇依據各支路信號信噪比，因此在合并后的信號信噪比可以達到最大化。最大比合并技術主要的技術難點在于對各條線路的信號進行線性分析，通過對各條支路信號進行信息還原，以信噪比為權值分配依據，以此來計算出效果最好的合并信號，其編碼過程相對復雜，且對接收設備有一定的要求。

3.3 混合合并技術

混合和平技術是對以上述合并技術的一個總結，是集合上述兩者的優點從而形成的混合合并技術。以上兩種合并技術在合并的過程中或多或少存在一定的缺點，導致合并出的信號效果并不理想。等增益和平技術，由于對信道的信號數據并不作處理，導致對信號幅度的利用率較低，雖然技術比較簡單，但是效果較差。最大比合并技術雖然利用了信道信號的強度分別加權系數來達到提高信噪比的效果，雖然可以得到較好的性能，但是由于技術復雜度較高，導致合并的效率相對較低。混合合并技術則是在所有的信道中選擇一部分信號強度較好的支路進行合并，忽略部分信號較弱的支路。這些支路會極大的降低合并效率，且對整體合并效果影響不大。排除掉這些貢獻小的支路后，可極大地降低合并過程的復雜度，同時對合并后地信號效果幾乎不會造成影響。因此可以說混合合并方式在目前合并技術中效果最好，且復雜度較低。

4 結論

通過對分集接收技術原理的研究。確定了分集接收技術在短波多載波通信過程的優越性。提出了三個步驟來進行分集合并接收技術的實現，借助單路解調來獲取各支路準確的信號，通過分集合并技術來增強解調后的信號，最后進行信號重構來實現合并信號的接收。可最大程度的降低信道衰弱對短波多載波的影響，提高信噪比，提升短波多載波通信可靠性。最后提出混合合并技術，此技術合并效率較高且容易實現，為多載波短波合并指明了技術方案。