抗干擾技術(shù)在短波通信中的應(yīng)用

陳凌 南海航海保障中心廣州通信中心

1.引言

短波通信的基本原理是通過天線發(fā)射電磁波，經(jīng)電離層的反射，到達(dá)接收設(shè)備。傳輸過程中，受晝夜、季節(jié)、氣候等客觀因素影響，電離層的高度和密度也會(huì)受到不同程度的干擾，特別作為地處華南地區(qū)的廣東省，是臺(tái)風(fēng)、雷電等惡劣自然氣候發(fā)生相對(duì)頻繁的地區(qū)。廣州通信中心作為規(guī)模最大、功能最齊全的海岸電臺(tái)，一直致力于提升南海區(qū)域通信保障工作的質(zhì)量。其中，通過防干擾技術(shù)的日常應(yīng)用和維護(hù)提升通信質(zhì)量，成為例行常態(tài)工作的重要環(huán)節(jié)。因此，必須掌握各種通信干擾問題與抗干擾技術(shù)的新型應(yīng)用。

2.常見通信干擾

常見干擾可以簡(jiǎn)單歸納分為內(nèi)部干擾和外部干擾。

2.1 外部干擾

（1）天電干擾：也即大氣噪聲，是由于大自然界發(fā)生的雷電等活動(dòng)導(dǎo)致產(chǎn)生的電磁輻射，干擾程度與雷電中心的距離有關(guān)。雖然天電干擾對(duì)低頻電磁波影響更大，但在廣東等熱帶地區(qū)，也會(huì)對(duì)短波高頻信號(hào)產(chǎn)生較大影響，其干擾程度隨季節(jié)和晝夜的變化而有所不同，白天，電離層對(duì)于電波頻率增加而吸收減小，短波的大氣噪聲會(huì)加大；晚上，因電離層的吸收一般較小，大氣噪聲電平幾乎與頻率無關(guān)。

（2）同頻干擾：短波通信中同一頻段可以在不同位置的發(fā)射天線中使用并進(jìn)行傳播信號(hào)，在站址設(shè)計(jì)要求沒有達(dá)到理想情況下，當(dāng)一個(gè)發(fā)射天線與另一個(gè)同頻發(fā)射天線距離位置相對(duì)較近時(shí)，當(dāng)另一個(gè)發(fā)射天線信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，相同頻率信號(hào)會(huì)在接收端的信號(hào)會(huì)疊加失真形成干擾。

（3）鄰道干擾：相鄰的電臺(tái)相近的頻道的信號(hào)之間的相互干擾，一般為頻率規(guī)劃原因引起。

（4）互調(diào)干擾：在無線信道中由于信號(hào)的非線性作用，兩個(gè)以上的發(fā)射信號(hào)同時(shí)到達(dá)接收端時(shí)，干擾信號(hào)組合產(chǎn)生了不需要的組合頻率，而這些組合頻率恰好與真實(shí)信號(hào)頻率相近或相等，從而造成互調(diào)干擾。

2.2 內(nèi)部干擾

主要是通信系統(tǒng)設(shè)備本身的組成器件相互間產(chǎn)生的干擾（如合成器、功分器、耦合器、天饋干擾等）。

圖2 跳頻技術(shù)模型

3.抗干擾的重要性在香農(nóng)定理中的分析

根據(jù)《通信的數(shù)學(xué)原理》論文提出的著名的香農(nóng)定理:C=W＊log2（1+S/N)（bit/s)為通信技術(shù)研究提供了理論基礎(chǔ)。

W為帶寬(單位:Hz)

S/N 信噪比=信號(hào)的功率為S/信道上噪聲功率為N

C 為信道的最大傳輸速率 (單位:bps)

從基礎(chǔ)數(shù)學(xué)原理看，若要得到穩(wěn)定的傳輸速率C，可以從兩個(gè)方面進(jìn)行提升。

（1）提升帶寬W。在無線通信中，頻率資源非常寶貴而且十分有限，想隨意增加帶寬資源是非常難的事情；

（2）提升信噪比S/N。在無線通信中，S/N是較難時(shí)時(shí)刻刻保證的。因此，需要通過采取一定編碼或者調(diào)制技術(shù)進(jìn)行糾錯(cuò)干擾噪聲信號(hào)提升帶寬W，以達(dá)到低效噪聲帶來的干擾影響。

4.抗干擾技術(shù)提升信息傳輸效能和質(zhì)量的傳統(tǒng)方法

提升信息傳輸質(zhì)量，就是要提升信息抗干擾的能力，在信息傳輸?shù)沫h(huán)節(jié)中，解決好信道干擾帶來的信號(hào)衰減影響和提升信號(hào)發(fā)射端抗干擾的技術(shù)能力成為無線通信的關(guān)鍵因素。

通信信號(hào)傳輸模型如圖1。

4.1 信道糾錯(cuò)防干擾：信道編碼技術(shù)

利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，在原始信號(hào)中根據(jù)一定的規(guī)律，在原始信號(hào)中人為的增加比特位（監(jiān)督碼），接收端與發(fā)送端根據(jù)監(jiān)督碼的規(guī)律，發(fā)現(xiàn)和糾正差錯(cuò)。當(dāng)信號(hào)在傳輸?shù)倪^程中出現(xiàn)差錯(cuò)，可以通過編解碼技術(shù)的糾錯(cuò)機(jī)制校正差錯(cuò)信號(hào)。這種通過犧牲信號(hào)帶寬，克服信道中的噪聲和干擾。常用技術(shù)如下：

（1）重傳糾錯(cuò)技術(shù)。當(dāng)發(fā)射端通過無線信道傳輸至接收端，接收端通過對(duì)檢錯(cuò)碼譯碼判斷差錯(cuò)，如果信息出現(xiàn)差錯(cuò)，接收端將信息反饋發(fā)送端進(jìn)行重傳，直到譯碼準(zhǔn)確為止。由于需要不停的反向反饋，此技術(shù)通信效率比較低，在早期電報(bào)、衛(wèi)星通信中應(yīng)用廣泛。

（2）前向糾錯(cuò)技術(shù)。當(dāng)發(fā)射端通過無線信道傳輸至接收端，接收端通過對(duì)檢錯(cuò)碼譯碼判斷差錯(cuò)，當(dāng)出現(xiàn)差錯(cuò)時(shí)，接收端譯碼實(shí)現(xiàn)自動(dòng)糾錯(cuò)。常見的編碼有Turbo碼，LDPC碼，Polar碼等。

4.2 信號(hào)發(fā)射端抵御干擾：跳頻技術(shù)

發(fā)射信號(hào)的頻率不固定，信號(hào)發(fā)射方和接收方的頻率按照預(yù)定規(guī)律進(jìn)行變化，會(huì)隨時(shí)發(fā)生變化，即使干擾信號(hào)頻率進(jìn)入部分有效信號(hào)頻帶，也能通過其它未被干擾的頻點(diǎn)上進(jìn)行信息傳輸，即使影響也是短暫的。廣州通信中心也按照季節(jié)規(guī)律變化及“時(shí)間-頻譜”來開展天線和頻率的切換來解決抗信號(hào)的收發(fā)端的干擾問題。

跳頻技術(shù)的基本模型如圖2所示。

5.干擾問題在短波通信實(shí)際維護(hù)中的應(yīng)用

5.1 外部干擾典型案例

問題現(xiàn)象:多個(gè)頻率不相關(guān)的信號(hào)產(chǎn)生的干擾（互調(diào)干擾）不能被頻率放大器抑制。

檢查方法:（1）檢查信號(hào)接收機(jī)是否有連接天線耦合器，如果有，將天線耦合器斷開，直接將接收機(jī)與天線連接。若問題現(xiàn)象消失，說明天線耦合器互調(diào)問題。

（2）若問題現(xiàn)象未消失，檢查和斷開支線中的二極管避雷器，觀察接收機(jī)的輸出情況。若問題現(xiàn)象消失，說明避雷器出現(xiàn)問題，增加避雷器或者更換避雷器。

（3）若問題現(xiàn)象仍未消失，說明問題出現(xiàn)在接收機(jī)本身，可以考慮斷開輸入調(diào)諧電路，打開接收機(jī)的衰減器。

5.2 內(nèi)部干擾典型案例

問題現(xiàn)象:無論接收機(jī)頻率怎么調(diào)整，接收機(jī)仍然聽到嘩嘩噪聲。最大可能性為內(nèi)部干擾源引起。

檢查方法:（1）找出噪聲源。逐步關(guān)閉其他設(shè)備的電源開關(guān)，如果當(dāng)某設(shè)備電源關(guān)閉后，噪聲消失，說明該電源設(shè)備是噪聲源，可以嘗試更換電源設(shè)備或供電系統(tǒng)。

（2）確定噪聲路徑。大多數(shù)情況下，使用寬銅線完全接地或使用線路過濾器限制頻率噪聲等方式解決。

6.總結(jié)

干擾與抗干擾是通信技術(shù)中不可避免的課題，如何降低干擾對(duì)通信質(zhì)量的影響，需要不斷提升抗干擾技術(shù)能力。隨著信息學(xué)科的不斷融合，跨界信息技術(shù)的融通正在逐步引領(lǐng)著技術(shù)創(chuàng)新的新方向，比如當(dāng)前前沿的自適應(yīng)跳頻技術(shù)就是通過自適應(yīng)技術(shù)與傳統(tǒng)跳頻技術(shù)相結(jié)合的新通信技術(shù)，能夠自動(dòng)分析信道干擾的實(shí)際變化情況，實(shí)時(shí)自適應(yīng)的跳頻，更加有效及時(shí)避免集中干擾的頻點(diǎn)，進(jìn)一步提升通信的可靠性和抗干擾能力。