衛(wèi)星擴(kuò)頻通信干擾消除技術(shù)的研究

趙妍婷 武偉 張冰

（河北東森電子科技有限公司 河北省石家莊市 050200）

在世界軍事領(lǐng)域中的信息情報(bào)傳輸中，信息的安全性及可靠性受到越來越高的重視，而衛(wèi)星通訊在通信領(lǐng)域中占據(jù)很多優(yōu)勢，因此被廣泛應(yīng)用在軍事領(lǐng)域的通信傳輸過程中?，F(xiàn)階段全球各個(gè)國家在發(fā)展過程中都運(yùn)用了衛(wèi)星擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，但這個(gè)系統(tǒng)極易受到干擾，這對戰(zhàn)時(shí)信息致勝完造成極大的影響，如何有效避免敵方干擾，準(zhǔn)確進(jìn)行定量分析、評估干擾效果，是目前一直亟待解決的問題。

1 衛(wèi)星擴(kuò)頻通信系統(tǒng)

在本文的研究過程中，選擇的衛(wèi)星擴(kuò)頻通信干擾消除技術(shù)以是商用衛(wèi)星為背景，為了對干擾消除技術(shù)進(jìn)行更加深入與全面的介紹，本文首先從基本理論著手對商用衛(wèi)星擴(kuò)頻通信系統(tǒng)進(jìn)行了分析，并對其業(yè)務(wù)信號特點(diǎn)進(jìn)行了重點(diǎn)研究。

1.1 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)

擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的概念：美軍在進(jìn)行第二次世界大戰(zhàn)期間首次提出了擴(kuò)展頻譜通信，這一戰(zhàn)略的提出主要是為了在戰(zhàn)爭中獲得隱秘的通信優(yōu)勢。擴(kuò)頻通信信號相對于原始的信號來說，具有更寬的帶寬優(yōu)勢，其抗干擾性能以及抗噪聲性都更加顯著，同時(shí)還可以做到多址接入，使其通信過程的保密性更強(qiáng)，測距能力更優(yōu)異。當(dāng)前，在數(shù)字通信應(yīng)用過程中，擴(kuò)頻通信技術(shù)已經(jīng)具有成熟的技術(shù)優(yōu)勢，成為了核心技術(shù)內(nèi)容，在軍事、民用、商用等方面都得到了廣泛運(yùn)用。擴(kuò)頻通信系統(tǒng)不同于普通數(shù)字通信系統(tǒng)，擴(kuò)頻信號是通過特殊的調(diào)制，使其將所發(fā)送的信號頻譜進(jìn)行顯著擴(kuò)展，在系統(tǒng)的接收端還特別增加了相應(yīng)的信息接收模塊。在進(jìn)行信息捕獲時(shí)，擴(kuò)頻偽碼自相關(guān)特性相對較強(qiáng)，需要對擴(kuò)頻偽碼及擴(kuò)頻信號二者之間的峰值進(jìn)行計(jì)算，從而捕獲信號。

1.2 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的種類

擴(kuò)頻通信在不同的應(yīng)用中，其工作方式也存在較大差異，如跳頻擴(kuò)頻系統(tǒng)(FHSS)、直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)(DSSS)、線性調(diào)頻擴(kuò)頻系統(tǒng)(Chirp)以及跳時(shí)擴(kuò)頻系統(tǒng)(THSS)等，此外還存在一些組合式的擴(kuò)頻方式，比如FHDSTH/DS 等。

1.2.1 DSSS

作為一種應(yīng)用最為廣泛的擴(kuò)頻系統(tǒng)，DSSS 是通過一個(gè)高速離散的擴(kuò)頻序列調(diào)制的低速率的數(shù)據(jù)序列，調(diào)制方式包括振幅鍵控、相移鍵控、和頻移鍵控等，DSSS 是一種隨機(jī)序列的擴(kuò)頻序列，相對于原數(shù)據(jù)的速率具有明顯的速率優(yōu)勢，通過擴(kuò)頻調(diào)制之后的信號進(jìn)行信號處理。DSSS 利用偽隨機(jī)序列所具有的特性顯著增加了系統(tǒng)的抗干擾能力與擴(kuò)頻信號捕獲能力。

1.2.2 FHSS

FHSS 是基于已設(shè)置好的信號傳播載波頻率規(guī)律變化進(jìn)行通信的一種方式，通過頻域角度分析可以得出，受到擴(kuò)頻調(diào)制的偽隨機(jī)序列影響，跳頻信號的頻率發(fā)生規(guī)律性的變化，受到同一個(gè)偽隨機(jī)序列控制影響，系統(tǒng)接收端的接收機(jī)自身本振信息頻率同樣發(fā)展改變，由此實(shí)現(xiàn)與發(fā)送頻率同步的目的。與DSSS 存在一定差異性，F(xiàn)HSS 的頻率處于不斷變化的過程中，從而對干擾進(jìn)行規(guī)避，因此在軍事通信系統(tǒng)中的應(yīng)用更加廣泛。

1.2.3 Chirp

Chirp 是指在已經(jīng)給定的脈沖信號周期之中，載波頻率線性出現(xiàn)減少或者增大，此類擴(kuò)頻系統(tǒng)不用偽碼序列來對信息進(jìn)行調(diào)制。

1.2.4 THSS

THSS 和FHSS 較為相似，其信號傳輸主要是基于時(shí)間軸進(jìn)行跳變而產(chǎn)生的通信方式，通過細(xì)分時(shí)間軸，由偽隨機(jī)序列決定THSS 傳輸信號的傳輸時(shí)間，跳頻信號從時(shí)間域角度來看時(shí)有時(shí)無。同時(shí)，在系統(tǒng)的接收端，利用與發(fā)送端相同的偽隨機(jī)序列來解擴(kuò)處理傳輸信號。

1.2.5 混合系統(tǒng)

混合系統(tǒng)的產(chǎn)生主要為了打破單一系統(tǒng)帶來的局限性，在實(shí)際運(yùn)用過程中，為了確保不同環(huán)境下通信的正常，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中經(jīng)常會出現(xiàn)幾種擴(kuò)頻方式混合使用的情況。比如FH/TH 系統(tǒng)能夠解決通信系統(tǒng)中存在的遠(yuǎn)近效應(yīng)問題；FH/DS 混合系統(tǒng)能夠使系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高增益?；旌舷到y(tǒng)能夠在一定程度上增強(qiáng)通信系統(tǒng)的性能，可在有限的硬件資源下解決復(fù)雜環(huán)境內(nèi)有關(guān)的通信問題，但混合系統(tǒng)的應(yīng)用需要較為復(fù)雜的技術(shù)支持，混合系統(tǒng)也會存在一定程度的穩(wěn)定性。

直接序列擴(kuò)頻系統(tǒng)作為一種擴(kuò)頻通信系統(tǒng)，在衛(wèi)通信領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛，在本次研究過程中，為了對衛(wèi)星擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的干擾消除技術(shù)進(jìn)行有效分析，本文以序列擴(kuò)頻系統(tǒng)(DSSS)為例進(jìn)行了深入分析。

1.3 擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的特點(diǎn)

隨著信息時(shí)代的到來，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的應(yīng)用更加廣泛，作為一種高技術(shù)的通信方式在民用、商用乃至軍事領(lǐng)域中都得到了有效應(yīng)用，與其它通信技術(shù)相比，其優(yōu)勢顯而易見。

1.3.1 抗干擾能力強(qiáng)

擴(kuò)頻通信技術(shù)能夠把信號拓展至更為寬大的頻帶，以此分離有用信息技干擾信號，顯著降低干擾頻率，提高抗干擾能力。

1.3.2 保密性強(qiáng)

擴(kuò)頻通信系統(tǒng)中的擴(kuò)頻信號的功率譜密度如果比較低的話，很容易遭受細(xì)微噪聲的淹沒，一定程度上保證了信號的隱秘性，擴(kuò)頻通信信號的獲取需要經(jīng)過信號的偽隨機(jī)序列了解并基于相關(guān)計(jì)算公式進(jìn)行嚴(yán)謹(jǐn)計(jì)算才能得到，因此，在保密性上，擴(kuò)頻通信系統(tǒng)具有較高優(yōu)勢。

1.3.3 能實(shí)現(xiàn)多址通信

在擴(kuò)頻通信技術(shù)中，多址通信是一項(xiàng)關(guān)鍵的因素，多址通信決定了移動(dòng)通信系統(tǒng)中擴(kuò)頻通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，擴(kuò)頻信號在系統(tǒng)的發(fā)送端運(yùn)用偽隨機(jī)序列處理，之后系統(tǒng)的收端對所需要的信息進(jìn)行解擴(kuò)處理，信號的恢復(fù)是通過一樣的偽隨機(jī)序列來進(jìn)行，由此實(shí)現(xiàn)信號接收。其中，如果不能使用相同的偽隨機(jī)序列，通過不同的偽隨機(jī)序列特性，還可以區(qū)分信號。

1.3.4 抗多徑效應(yīng)

多徑效應(yīng)主要是指傳輸由于山體以及建筑物等物體阻擋造成的電磁波散射、反射等現(xiàn)象，由此造成了信號達(dá)到接收端的時(shí)間出現(xiàn)差異，信號接收情況發(fā)生異常。但擴(kuò)頻通信技術(shù)不會出現(xiàn)上述問題，它能夠在捕獲信號之時(shí)，先分離出最強(qiáng)的信息，之后依據(jù)相干累加算法來將不同強(qiáng)度的信號剖離獲得。

2 目前我國衛(wèi)星擴(kuò)頻通信易遭受干擾的原因分析

衛(wèi)星通信技術(shù)是運(yùn)用衛(wèi)星向地面進(jìn)行信號發(fā)射，從而幫助地面的人們實(shí)現(xiàn)通訊聯(lián)系，該項(xiàng)通信技術(shù)的備覆蓋范圍極廣，通訊速度極快，且不會受到周圍環(huán)境的限制。但衛(wèi)星是在天上向地面發(fā)射通信信號，這極易受到多種因素的干擾，尤其是軍用飛機(jī)、衛(wèi)星設(shè)施的干擾。衛(wèi)星擴(kuò)頻通信受到干擾的原因有多種，干擾信號的類別也存在相對應(yīng)的區(qū)分，如壓制性干擾、欺騙性干擾、瞄準(zhǔn)式干擾、連續(xù)搜索干擾等。猶豫衛(wèi)星自身轉(zhuǎn)發(fā)器影響，但衛(wèi)星的下行鏈路受到了某些因素的干擾之時(shí)，就算干擾信號具有良好的干擾距離、干擾功率，都能被地面上應(yīng)用的抗干擾措施消除。但如果是衛(wèi)星的上行鏈路受到某些因素的干擾，就較難消除這些干擾，這一直是人們亟待解決的衛(wèi)星擴(kuò)頻通信干擾問題。因此，如何解決衛(wèi)星通信上行鏈路受到干擾的問題需要做進(jìn)一步調(diào)查。

3 衛(wèi)星擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)對策分析

因國外眾多國家研發(fā)出許多源電子干擾技術(shù)，導(dǎo)致干擾源的干擾頻率范圍顯著增大，同時(shí)研發(fā)出更多不同類型的干擾源，致使衛(wèi)星擴(kuò)頻通信所受到的干擾越來越嚴(yán)重。目前，想要有效消除衛(wèi)星擴(kuò)頻通信的干擾問題最有效的方式是對抗干擾技術(shù)進(jìn)行不斷的優(yōu)化、創(chuàng)新，注意增強(qiáng)抗干擾的容限，以此有效解決干擾難題。

3.1 天線抗干擾技術(shù)

目前，我國衛(wèi)星擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)最常用到的方式為天線抗干擾技術(shù)，實(shí)踐可知，我國目前應(yīng)用的衛(wèi)星擴(kuò)頻通信覆蓋范圍極廣，這樣極易遭受許多干擾源的干擾破壞。而天線抗干擾技術(shù)可以具體依據(jù)信號覆蓋范圍來開展抗干擾工作，靈活性強(qiáng)，讓信號能最大限度的被接收。這樣，就算某一個(gè)方向的信號被干擾了也不影響信號的接收。天線抗干擾技術(shù)中，包括即智能天線技術(shù)、多波束天線技術(shù)與自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)等內(nèi)容，其中智能天線技術(shù)首先要在衛(wèi)星的信號入口接上一種天線，運(yùn)用這種具有特殊性的天線來防止信號被干擾，并可以對衛(wèi)星的天線陣列信號進(jìn)行優(yōu)化，對天線陣列的方向?qū)嵤┛刂疲@著增強(qiáng)衛(wèi)星的抗干擾能力。多波束天線技術(shù)能夠?qū)πl(wèi)星的發(fā)射天線進(jìn)行控制，調(diào)節(jié)天線方向，同時(shí)還能調(diào)節(jié)衛(wèi)星天線的波束，提高衛(wèi)星自身的抗干擾性能。自適應(yīng)調(diào)零天線也能夠優(yōu)化及控制天線陣元，調(diào)整信號的干擾力為零，具備顯著的抑制干擾性能。我們常用到的智能天線技術(shù)就是在自適應(yīng)調(diào)零天線技術(shù)基礎(chǔ)上不斷深化而來的。

3.2 編碼調(diào)制抗干擾技術(shù)

衛(wèi)星實(shí)施通信時(shí)，其控制通信數(shù)據(jù)不可避免會出現(xiàn)一些差錯(cuò)，但是我們利用編碼調(diào)制抗干擾技術(shù)能夠解決這一難題，編碼調(diào)制抗干擾技術(shù)中的前向糾錯(cuò)功能能免受干擾源發(fā)出的干擾信息，通過級聯(lián)編碼方式解決這一干擾難題。編碼調(diào)制抗干擾技術(shù)可通過對卷積碼進(jìn)行譯碼，顯著增加編碼增益。且隨著時(shí)代科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，數(shù)字化衛(wèi)星擴(kuò)頻通信更加廣泛的使用了級聯(lián)碼。編碼調(diào)制技術(shù)可顯著提高衛(wèi)星通信技術(shù)的抗干擾容限。

3.3 擴(kuò)展頻譜抗干擾技術(shù)

在衛(wèi)星擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)，被學(xué)者認(rèn)為是最為重要的技術(shù)是擴(kuò)展頻譜抗干擾技術(shù)，該技術(shù)中包含直接序列擴(kuò)頻技術(shù)與跳頻擴(kuò)頻技術(shù)，其中直接序列擴(kuò)頻技術(shù)可以對信號進(jìn)行解擴(kuò)并形成了窄帶信號，此后在利用解擴(kuò)窄帶干擾信號來形成有用的寬帶信號，通過對窄帶濾波器過濾信號時(shí)形成的能量來降低對信號的干擾程度，直接序列擴(kuò)頻技術(shù)具備極為成熟的理論，因此被廣泛的應(yīng)用在衛(wèi)星擴(kuò)頻通信抗干擾系統(tǒng)中。跳頻擴(kuò)頻技術(shù)可以切換對多種載波頻率，以一種隨機(jī)應(yīng)變的方式來提高衛(wèi)星擴(kuò)頻通信的抗干擾能力，且跳頻擴(kuò)頻技術(shù)的帶寬更為寬，比要直接序列擴(kuò)頻技術(shù)的實(shí)用性更高。

3.4 衛(wèi)星處理抗干擾技術(shù)

在衛(wèi)星擴(kuò)頻通信的抗干擾技術(shù)中，具有一種特殊的物質(zhì)，透明轉(zhuǎn)發(fā)器，其發(fā)揮著最為重要的作用，但也較為脆弱，但透明轉(zhuǎn)發(fā)器受到干擾時(shí)不及時(shí)處理極易被摧毀。而衛(wèi)星處理抗干擾技術(shù)則能夠針對透明轉(zhuǎn)發(fā)器的弊端進(jìn)行處理，可將衛(wèi)星的上行鏈路與下行鏈路實(shí)施去耦處理，將兩者關(guān)聯(lián)消除，確保透明轉(zhuǎn)發(fā)器在受到干擾時(shí)仍舊可以推向飽和，避免其被摧毀。目前，衛(wèi)星處理抗干擾技術(shù)被當(dāng)做衛(wèi)星擴(kuò)頻通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)一個(gè)極為關(guān)鍵、重要的發(fā)展方向，其將是衛(wèi)星擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)中最為關(guān)鍵的技術(shù)。

4 衛(wèi)星擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展前景及優(yōu)化策略

衛(wèi)星擴(kuò)頻通信中的抗干擾技術(shù)能進(jìn)一步提升衛(wèi)星擴(kuò)頻通信的能力，使衛(wèi)星擴(kuò)頻通信具有更加優(yōu)異的穩(wěn)定性，更加突出抗干擾性能，且也是全世界各國軍事衛(wèi)星擴(kuò)頻通信未來的重要目標(biāo)。我國想要構(gòu)建更為完善的健全的衛(wèi)星擴(kuò)頻通信抗干擾體系，應(yīng)當(dāng)要給予本國國情基礎(chǔ)上，靈活結(jié)合多種抗干擾技術(shù)，建立完善、可靠的抗干擾體系網(wǎng)絡(luò)，以此構(gòu)建全面的抗干擾技術(shù)體系。應(yīng)當(dāng)進(jìn)一步優(yōu)化智能天線抗干擾技術(shù)，創(chuàng)新研究波多束天線技術(shù)，使波束最為理想化。對于擴(kuò)展頻譜抗干擾技術(shù)的創(chuàng)新研究，可創(chuàng)新加入自適應(yīng)擴(kuò)頻技術(shù)、混合擴(kuò)頻技術(shù)，顯著提高對衛(wèi)星擴(kuò)頻通信抗干擾的性能。增進(jìn)對衛(wèi)星擴(kuò)頻通信信道的建設(shè)，不斷創(chuàng)新相關(guān)信號調(diào)制方式?？傊?，應(yīng)當(dāng)有效結(jié)合多種衛(wèi)星擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)，構(gòu)建更加完善的衛(wèi)星擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)，促進(jìn)衛(wèi)星擴(kuò)頻通信能力的穩(wěn)定發(fā)展。

5 結(jié)束語

衛(wèi)星擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的信號覆蓋范圍極廣，信號傳輸質(zhì)量高，部署速度快，組網(wǎng)方便，且不受通信距離、四周環(huán)境的限制，且在軍事上具有極高的應(yīng)用價(jià)值，是信息傳輸?shù)闹匾ǖ?。但衛(wèi)星擴(kuò)頻通信在運(yùn)行的時(shí)候會受到窄帶信號、強(qiáng)寬帶業(yè)務(wù)信號等的干擾，因此必須要綜合分析對衛(wèi)星擴(kuò)頻通信產(chǎn)生干擾的各種因素，創(chuàng)新衛(wèi)星擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)，優(yōu)化抗干擾對策，最大限度保障衛(wèi)星擴(kuò)頻通信信號的保密性、安全性。