信息化條件下短波通信抗干擾技術(shù)與應(yīng)用

左浩

南京熊貓漢達(dá)科技有限公司 江蘇 南京 210000

引言

隨著信息化技術(shù)不斷出現(xiàn)，加強(qiáng)信息化建設(shè)的同時，在人們生活中廣泛應(yīng)用短波通信技術(shù)，為人們生活帶來巨大便利。短波通信在實際應(yīng)用中極易受到工業(yè)、大氣噪音、人為因素以及電臺等多種因素影響，因此需要在通信系統(tǒng)中應(yīng)用抗干擾技術(shù)，提高通信系統(tǒng)抗干擾性能與通信質(zhì)量。短波通信相比于長波通信具有明顯優(yōu)勢，相關(guān)設(shè)備與設(shè)施使用較為方便，組網(wǎng)操作靈活，投入成本較低以及抵御能力強(qiáng)等特點，已經(jīng)成為通信行業(yè)中廣泛使用的技術(shù)。

1 短波抗干擾通信技術(shù)基本內(nèi)容與特點

1.1 短波抗干擾通信技術(shù)基本內(nèi)容

短波通信是一種將空間電離層作為傳輸媒介的無線電通信方式，相比于其他通信方式發(fā)射功率更小的同時，傳輸信號范圍更廣。短波通信技術(shù)的建設(shè)流程相較于其他類型通信方式更為簡單便捷，由于符合軍事活動的機(jī)動性特點，首先在軍事活動上得到廣泛應(yīng)用。短波抗干擾通信技術(shù)具有無中繼超遠(yuǎn)距離通信，無樞紐匯集電離層反射，抗干擾能力強(qiáng)，可以靈活運用多個種類終端設(shè)備，簡單快捷重構(gòu)空間組網(wǎng)等優(yōu)勢。短波通信過程中經(jīng)常會受到各種因素影響，導(dǎo)致通信質(zhì)量較差甚至無法正常開展。通常是由于電離層高度與深度出現(xiàn)不確定，導(dǎo)致不同深度信號電平衰落，多普勒平移以及多普勒展寬等多種波形變化因素導(dǎo)致的信號結(jié)束失真。并且由于短波通信具有開放空間性，頻率傳播擴(kuò)散性以及傳播介質(zhì)不確定性等多種特點，進(jìn)而造成短波通信干擾因素復(fù)雜多樣。目前影響短波通信工作質(zhì)量較差的因素有電臺干擾、噪音干擾、產(chǎn)業(yè)干擾以及人為因素干擾等，在信息化條件下，對短波通信抗干擾技術(shù)發(fā)展應(yīng)用提出了更高要求，通過各種針對性措施減少短波通信損耗[1]。

1.2 短波通信特點

短波通信優(yōu)點，短波通信通常會利用天波與地波傳輸信息，因此相比于其他類型通信技術(shù)，短波通信技術(shù)應(yīng)用設(shè)備體積較小，在實際應(yīng)用中可以滿足移動通信對通信設(shè)備設(shè)計與操作的需求。相較于其他通信方式，短波通信技術(shù)設(shè)備制作成本較低，維修方法更為簡單，對于通信過程中的突發(fā)情況可以及時調(diào)整控制，使通信安全性與穩(wěn)定性有所保障。應(yīng)用短波通信技術(shù)，使短時間組網(wǎng)更為簡單，避免通信系統(tǒng)受到外界因素影響，增加短波系統(tǒng)對外界環(huán)境與氣候條件的抵抗能力，使短波通信技術(shù)的信息傳輸質(zhì)量和運行可靠性有所保證。短波通信的缺點，隨著信息化技術(shù)不斷發(fā)展，在通信領(lǐng)域中已經(jīng)廣泛應(yīng)用短波通信技術(shù)，短波技術(shù)相較于其他通信技術(shù)攜帶信息容量較少，通信使用頻段范圍較為狹窄，在通信過程中對外界環(huán)境具有較高要求，導(dǎo)致短波通信技術(shù)運行不穩(wěn)定。

2 短波通信干擾因素

短波通信實際過程中非常容易受到各種因素影響，包括人為干擾因素，電臺干擾因素，工業(yè)干擾因素以及大氣噪音干擾因素等，人為干擾因素是影響短波通信的主要因素。人為干擾因素通常是指人為對短波通信進(jìn)行干擾，具有具體原因。電臺干擾因素是指相近工作頻率的其他電臺干擾，由于短波通信波段平帶較為狹窄，使用用戶較多，在短波通信技術(shù)的廣泛應(yīng)用，電臺干擾因素已經(jīng)成為影響短波通信的主要因素之一。工業(yè)干擾因素，短波通信工業(yè)干擾因素主要產(chǎn)生于電氣設(shè)備，電力網(wǎng)以及點火裝置中，工業(yè)干擾因素與區(qū)域內(nèi)噪聲源，供電系統(tǒng)具有密切聯(lián)系，工業(yè)干擾因素短期具有較大變化程度，與區(qū)域位置具有密切聯(lián)系。大氣噪聲干擾因素，大氣噪聲主要由天電干擾構(gòu)成，是由大氣放電所產(chǎn)生，并且大氣噪聲具有方向性，天電干擾在緯度較高區(qū)域是由遠(yuǎn)向近傳播，方向性會隨著晝夜與季節(jié)變化而變化。

3 短波通信抗干擾技術(shù)應(yīng)用

短波通信抗干擾技術(shù)主要從時間、頻率、功率、空間以及速度等多個方面著手，實現(xiàn)短波通信抗干擾。短波通信抗干擾技術(shù)分為擴(kuò)展頻譜技術(shù)與非擴(kuò)展頻譜技術(shù)兩種，由于擴(kuò)展頻譜技術(shù)具有波形復(fù)雜，信號頻譜寬，參數(shù)多樣以及技術(shù)安全隱蔽的特點，已經(jīng)成為信息化條件下短波通信抗干擾主流技術(shù)。擴(kuò)展頻譜技術(shù)包括直接序列擴(kuò)頻技術(shù)、跳頻技術(shù)、跳時技術(shù)以及混合擴(kuò)頻技術(shù)等，非擴(kuò)展頻譜技術(shù)包括自適應(yīng)天線技術(shù)、猝發(fā)通信技術(shù)、糾錯交織編碼技術(shù)以及分級技術(shù)等[2]。

3.1 擴(kuò)展頻譜抗干擾技術(shù)

3.1.1 直接序列擴(kuò)頻技術(shù)。直接序列擴(kuò)頻技術(shù)基本原理是通過高速為噪聲碼對通信發(fā)信端發(fā)送的信息碼進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制，在進(jìn)行射頻調(diào)制，偽碼帶寬直接決定通信傳輸中信號帶寬，并且偽碼帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原本信息帶寬。在接收端應(yīng)用中，對接收的射頻信號先用本地載波進(jìn)行混頻，使用與發(fā)射端相同的偽碼序列在中頻進(jìn)行解擴(kuò)，將寬帶信號還原至原本窄帶信號，在對信號進(jìn)行解調(diào)再生單元，將原本信息數(shù)據(jù)進(jìn)行恢復(fù)。在聲道噪聲與熱噪聲下，通信信號可以在較低的功率譜下進(jìn)行運行，使通信信號隱藏在噪聲中，使通信信號難以被發(fā)現(xiàn)。直接序列擴(kuò)頻技術(shù)具有隱蔽性較高，截獲概率較低，抗干擾性能強(qiáng)的優(yōu)點，實行直接序列擴(kuò)頻技術(shù)可以實現(xiàn)碼分多址體系。

3.1.2 跳頻技術(shù)。跳頻技術(shù)一般是指，在相同同步算法與偽隨機(jī)跳頻圖案算法的控制下，通信雙方射頻在約定頻率表內(nèi)按照離散頻率增量偽隨機(jī)同步跳頻。在跳變過程中，射頻覆蓋帶寬會遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出原本信息帶寬，將頻譜進(jìn)一步擴(kuò)展。在短波通信中應(yīng)用跳頻技術(shù)有利于增強(qiáng)抗干擾能力，目前在戰(zhàn)術(shù)通信中已經(jīng)得到廣泛應(yīng)用。

3.1.3 跳時技術(shù)。跳時技術(shù)主要是通信抗干擾技術(shù)在實踐方面的應(yīng)用，將發(fā)射信號在時間軸上不斷跳變，在跳時技術(shù)中，時間軸可以分為大量時片，由擴(kuò)頻碼序列來控制時間發(fā)射信號，應(yīng)用于短波通信中抗干擾能力較差，幾乎不單獨使用[3]。

3.1.4 混合擴(kuò)頻技術(shù)。直接擴(kuò)頻技術(shù)與跳頻技術(shù)的抗干擾原理存在差異，直擴(kuò)抗干擾技術(shù)在抗強(qiáng)定頻干擾方面應(yīng)用主要是以直擴(kuò)取得處理增益來達(dá)到目標(biāo)，如果直擴(kuò)抗干擾技術(shù)超過干擾容量的定頻干擾時，會造成直擴(kuò)系統(tǒng)性能下降與通信中斷的情況。跳頻系統(tǒng)在抗干擾中會采取躲避方法，強(qiáng)定頻干擾只能對跳頻系統(tǒng)中的個別頻率進(jìn)行干擾，不能嚴(yán)重影響系統(tǒng)運行。多徑干擾不能對直擴(kuò)系統(tǒng)造成干擾，甚至直擴(kuò)系統(tǒng)還能利用干擾能量提高系統(tǒng)性能。跳頻系統(tǒng)在抵抗多徑干擾時，對跳頻的駐留時間具有較高要求，在信號沒有接收到時已經(jīng)開始接收下一跳信號，對系統(tǒng)儀器極大程度依賴，并且在運行中存在極限跳速情況。俘獲效應(yīng)嚴(yán)重影響直擴(kuò)系統(tǒng)，對跳頻系統(tǒng)沒有較大影響，直擴(kuò)技術(shù)與跳頻技術(shù)各具特色，各具優(yōu)點，兩者之間可以形成互補，推動混合擴(kuò)頻技術(shù)應(yīng)用?；旌蠑U(kuò)頻技術(shù)是指在直接序列擴(kuò)展頻譜技術(shù)的基礎(chǔ)上增加載波頻率跳變功能，混合擴(kuò)頻技術(shù)的基本工作原理還是建立在直接序列擴(kuò)頻基礎(chǔ)上，同步系統(tǒng)還是以直接序列同步為基礎(chǔ)。單一的擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)在電磁環(huán)境異?；蛘邜毫忧闆r下，對通信系統(tǒng)的抗干擾性能具有較高要求，采用混合擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)可以有效滿足惡劣電磁環(huán)境下通信要求，對設(shè)備技術(shù)要求較低。

3.2 非擴(kuò)展頻譜抗干擾技術(shù)

3.2.1 自適應(yīng)天線技術(shù)。擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)原理是擴(kuò)展通信占用帶寬，使信號射頻發(fā)送功率降低的方式提高通信系統(tǒng)的抗干擾能力。非擴(kuò)頻通信抗干擾技術(shù)是在空間，時間以及編碼空間等方面的抗干擾技術(shù)。通信系統(tǒng)在運行過程中會受到來自空間不同方向的干擾，應(yīng)用自適應(yīng)天線技術(shù)對各個單位上的相位分布與政府及時調(diào)整優(yōu)化，使波伴在干擾方向上形成零點，將信號干擾影響降到最低。如果干擾源處于運動狀態(tài)，在空間中不斷運動，自適應(yīng)天線技術(shù)可以對波瓣零點的位置優(yōu)化調(diào)整，對干擾信號保持抑制狀態(tài)。如果干擾信號為寬帶，在相應(yīng)方向，自適應(yīng)天線可以形成寬角度，對寬頻帶干擾信號抑制，在通信系統(tǒng)應(yīng)用自適應(yīng)天線可以對干擾信號進(jìn)行過濾，提高通信系統(tǒng)運行質(zhì)量。

3.2.2 猝發(fā)通信技術(shù)。猝發(fā)通信技術(shù)是指將信號提前儲存起來，在某一瞬間將信號以普通時間10倍至100倍甚至更高的速率猝發(fā)，在通信系統(tǒng)中應(yīng)用猝發(fā)通信技術(shù)，首先可以采用較大脈沖功率對干擾信號進(jìn)行抵抗，然后由于猝發(fā)通信技術(shù)發(fā)射時間的短暫與隨機(jī)導(dǎo)致干擾概率與發(fā)現(xiàn)概率大大降低。

3.2.3 糾錯編碼與交織編碼技術(shù)。在短波通信系統(tǒng)中應(yīng)用糾錯編碼技術(shù)與交織編碼技術(shù)一定程度上提高信號抗干擾性能。糾錯編碼可以對通信中受干擾而產(chǎn)生的隨機(jī)錯誤進(jìn)行糾正，交織編碼主要應(yīng)用于干擾與抗衰弱產(chǎn)生的突發(fā)錯誤糾正工作中，由于其成本較低，效果較好廣泛應(yīng)用于通信設(shè)備中。

3.2.4 軟件無線電技術(shù)。一般情況下，軟件無線電技術(shù)是在同一硬件平臺上，通過現(xiàn)場可編程器件與數(shù)字信號處理技術(shù)進(jìn)行編碼，解碼，調(diào)制以及解調(diào)的操作，技術(shù)人員可以根據(jù)通信情況與周圍環(huán)境來選擇合適的通信體制，提供可靠保障北通信系統(tǒng)運行。隨著信息化技術(shù)與電子技術(shù)發(fā)展，大量短波設(shè)備與微波設(shè)備的出現(xiàn)促進(jìn)軟件無線電技術(shù)在通信系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用，大大提高通信抗干擾性能。

3.2.5 分集技術(shù)。由于短波通信信道實際使用情況復(fù)雜，導(dǎo)致信道信號強(qiáng)弱不均，通常情況下會根據(jù)不同心的情況來組合多個信號，避免信道出現(xiàn)破損情況，將這種技術(shù)稱為分集技術(shù)。在通信系統(tǒng)中應(yīng)用分析技術(shù)可以對傳輸功率與帶寬不進(jìn)行任何改變的基礎(chǔ)上提高信號質(zhì)量，因此在噪聲干擾較強(qiáng)或者信道情況較差的情況下采用分集技術(shù)。分集技術(shù)包括分離技術(shù)與合并技術(shù)兩方面，在通信系統(tǒng)中應(yīng)用分集技術(shù)，通過分離技術(shù)與合并技術(shù)使接收端信噪比大大提高，有效獲得分級增益。在多徑傳輸干擾對抗產(chǎn)生的包絡(luò)衰弱應(yīng)用分集技術(shù)具有明顯效果，對通信系統(tǒng)抗干擾水平提高具有重要意義[4]。

3.2.6 差錯控制技術(shù)。在通信系統(tǒng)中應(yīng)用差錯控制技術(shù)有利于糾正通信過程中突發(fā)錯誤，并進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整，分析匯總，將通信錯誤盡可能減少，提高通信質(zhì)量的基礎(chǔ)上將信號干擾降到最低。差錯控制技術(shù)在通信系統(tǒng)中應(yīng)用時間較短，但是提高信號抗干擾能力較強(qiáng)，已經(jīng)成為極其重要的抗干擾技術(shù)之一。差錯控制技術(shù)的基本原理是通過前向糾錯技術(shù)及時糾正通信中的錯誤。差錯控制技術(shù)應(yīng)用于短波通信中可以有效保證短波通信的時效性與通信質(zhì)量，將干擾降到最低。

4 結(jié)束語

在現(xiàn)代社會通信中，短波通信技術(shù)已經(jīng)成為重要組成部分，提高短波通信質(zhì)量成為發(fā)展短波通信的關(guān)鍵，想要提高短波通信質(zhì)量首先應(yīng)從抗干擾技術(shù)應(yīng)用著手，根據(jù)通信實際情況選擇合適的抗干擾技術(shù)，增強(qiáng)短波通信抗干擾能力，促進(jìn)短波通信技術(shù)發(fā)展。