短波通信中抗干擾技術及應用分析

摘要：短波通信主要用于長距離信息數(shù)據(jù)傳輸，通信的可靠性和穩(wěn)定性受外界因素影響較為嚴重，所以掌握干擾原理、影響因素和抗干擾技術，對提高短波通信質量來說至關重要。基于此，本文在對短波通信中的抗干擾技術進行深入分析的基礎上，具體闡述我國抗干擾技術的廣泛應用和發(fā)展前景。

關鍵詞：短波通信；抗干擾技術；干擾因素；發(fā)展趨勢

短波通信就是利用天線發(fā)射電磁波，電磁波經過電離層反射，最終順利被接收設備接收。短波通信在傳輸過程中，受氣候、雷電、溫度、磁場等客觀因素影響較為嚴重，這也就要求相關領域的技術人員必須能夠強化對防干擾技術的研究和突破，真正掌握各種通信干擾問題和抗干擾技術的新型應用，不斷提高短波通信質量。

一、短波通信的優(yōu)缺點

短波通信技術的優(yōu)點：天波和地波是短波通信傳播信息的主要手段，短波通信所使用的設備體積相對小巧，能夠最大程度地滿足移動通信的實際需求，并且具有構建系統(tǒng)成本低、維護簡單等特征，并可以結合實際通信需求進行及時調控，所以可在很大程度上保證通信安全。短波通信技術在應用過程中，可簡化臨時組網的操作過程，能夠盡量減少外界因素影響，并提高短波信息系統(tǒng)的自然災害抵抗能力。短波通信技術的缺點：在科學技術高速發(fā)展的背景中，短波通信技術在應用過程中也暴露出來一些問題，例如通信容量小、使用頻段窄、干擾因素多等，通信質量也存在著不穩(wěn)定和波動較大的情況。

二、常見的通信干擾因素

（一）外部干擾

天電干擾：大自然的雷電活動會產生一些電磁輻射，這些電磁輻射會對短波通信帶來一定程度的干擾，通常情況來說，距離雷電中心越近，干擾程度越大。天電干擾對低頻電磁波影響嚴重，但是如果天氣過于炎熱，對短波高頻信號的影響也會持續(xù)增大，并且干擾程度會隨著晝夜的變化而變化。

同頻干擾：如果發(fā)射站選址不科學，就會導致相鄰發(fā)射天線相距過近，那么如果某一個發(fā)射天線的同頻信號相對強烈，就會因干擾而導致接收端的信號失真。

鄰道干擾：相鄰的電臺、相近的頻道信號之間會產生互相干擾，鄰道干擾多是因為頻率規(guī)劃不科學而引起的。

互調干擾：如果有兩個或兩個以上的發(fā)射信號同步到達接收端，就會產生不需要的組合頻率，這些組合頻率通常與真實信號頻率相等或相近，因此會互相干擾。

（二）內部干擾

短波通信系統(tǒng)的通信設備，例如天饋干擾、合成器、耦合器和功分器等，這些設備在運行過程中彼此之間也會產生一定的干擾。這種來自系統(tǒng)內部的干擾，我們統(tǒng)稱為內部干擾，其特點是噪聲分布較為均勻，分布范圍較為廣泛，并且受外界因素影響較小，自身不易改變。

三、短波通信對抗干擾性能的需求

短波通信系統(tǒng)對平臺和技術的要求較高，同時受電磁威脅明顯，這也決定了短波通信系統(tǒng)的強烈抗干擾需求。抗干擾性能需求主要表現(xiàn)在以下幾方面：優(yōu)化設計高速數(shù)據(jù)傳輸；在抗干擾條件下不斷提高數(shù)據(jù)傳輸能力；不斷提高抗多徑干擾和跟蹤干擾能力；提高抗干擾的針對性和實用性；對跳頻同步和跳頻通信進行一體化設計；提高短波通信系統(tǒng)的抗毀和運用能力、防御電磁脈沖的能力等。這些抗干擾性能需求在大功率的短波電臺中尤為突出。

四、短波通信抗干擾技術的應用

（一）自適應技術

自適應技術能夠對短波通信系統(tǒng)中的結構和參數(shù)進行自動調整，并促使通信系統(tǒng)具有更加強大的適應傳輸環(huán)境變化的能力。自適應技術顯著提高了短波通信系統(tǒng)的抗干擾能力，可對短波通信質量進行改善。自適應技術的工作原理為：對短波通信的鏈路質量進行定時分析，并掃描多個信道，一旦接收對方信號，就立即建立頻率鏈路，通信業(yè)務由此得以順利傳輸。自適應技術能夠根據(jù)具體的通信需求對傳輸信道進行切換，所以抗干擾能力顯著。

（二）跳頻技術

跳頻技術在應用過程中，能夠對短波通信頻率進行更換，因此可以巧妙避開已經受到干擾的信道，并能夠對頻率表進行實時動態(tài)修改，將不受干擾的頻點保留下來，將已經受到干擾的頻點刪除掉。跳頻技術具有很強的抵抗衰落能力，可有效應對多路徑衰落的通信問題，因此可在一定程度上拓寬頻率寬帶。

（三）短波自適應模擬跳頻技術

短波自適應模擬跳頻技術，不僅可以自適應建立跳頻頻率表，同時還能自適應修改跳頻通信頻率表。自適應建立跳頻頻率表主要是指授權可以使用的頻段范圍，經過信道的鏈路質量分析，將干擾較弱或者無干擾的頻點組成跳頻工作頻率表。如果系統(tǒng)頻率數(shù)小于探測可用頻率數(shù)，就需要從系統(tǒng)頻率數(shù)中取出N個頻率作為頻率表，并將余下的可用頻率作為備用，如果系統(tǒng)頻率數(shù)大于可用頻率數(shù)，則允許若干個頻率重復，以此來保證系統(tǒng)頻率個數(shù)。按使用要求，每次通信前都能建立一個當前最佳或準最佳的跳頻工作頻率表，但由于是模擬跳頻，加上又是半雙工通信，受干擾頻率的實時檢測和自適應信令的實時交互很困難，使得目前的短波模擬跳頻一般很難做到頻率表的自適應修改，多是在通信前經LQA建立跳頻工作頻率表，在通信中不再改變頻率表；或經LQA得到一組可通頻率，要么用于定頻通信，要么以某可通頻率為中點，形成工作頻率表，實現(xiàn)窄帶跳頻。

（四）差錯控制技術

短波通信系統(tǒng)在傳輸數(shù)據(jù)的過程中很容易出現(xiàn)錯誤和丟包問題，而差錯控制技術能夠對該問題進行妥善解決。差錯控制技術在應用過程中，能夠結合通信的實際情況，形成更為適合的抗干擾方法，例如自動重發(fā)請求、向前糾錯以及混合糾錯等。接收方一旦發(fā)現(xiàn)收到的數(shù)據(jù)存在錯誤，就會將這一問題及時反饋給發(fā)送方，發(fā)送方就可以利用差錯控制技術對錯誤進行改正，因此差錯控制技術能夠有效保證短波通信數(shù)據(jù)的完整性和準確性。

（五）分集技術

短波通信信道在不同的使用情況下，信號強度各不相同、有強有弱，而分集技術就是根據(jù)不同信道的情況，組合兩個或兩個以上的信號，以此來對衰落的信道損耗進行補償。分集技術能夠在不增加傳輸功率和寬帶的前提下，有效改善信道的傳輸質量，這也是分集技術優(yōu)于其他抗干擾技術的應用特征。如果沒有分集技術的支持，短波信號在傳輸過程中如果遇到噪聲干擾或者信道情況較差時，發(fā)射機若想正常接收連接，就必須要發(fā)送較高功率才可以。

（六）調頻技術

調頻技術充分利用了相同同步算法以及偽隨機調頻圖案算法，通過對頻率表進行限制，通過離散頻率或者同步跳變來增量偽隨機，如此就可實現(xiàn)跳變過程中寬帶的增加。調頻技術的抗干擾能力十分顯著，現(xiàn)如今已經在短波通信中有著廣泛應用。

（七）跳時技術

跳時技術主要是利用時間域，在時間軸內進行發(fā)射信號的跳變，進而實現(xiàn)對發(fā)射內容的控制。

（八）非擴頻類技術

擴頻類抗干擾技術在增強通信系統(tǒng)抗干擾能力時，主要是利用降低信號發(fā)射功率、拓寬通信寬帶占用率等方式來實現(xiàn)的。而非擴頻類抗干擾關鍵技術則主要是在時間域、空間域和編碼空間對通信體制常規(guī)抗干擾技術進行的深入探索，該類抗干擾技術主要包括自適應天線技術、無線電軟件技術、分集技術以及觸發(fā)通信技術等。

五、抗干擾技術提升信息傳輸質量的方法

若想提高短波通信傳輸質量，就一定要提高信息的抗干擾能力，最大程度地緩解信道干擾而產生的信號衰減影響，并不斷提高信號發(fā)射端的抗干擾能力。

（一）信道糾錯防干擾：信道編碼技術

技術人員可以在數(shù)字信號處理技術的支持下，人為地按照一定規(guī)律在原始信號中增加監(jiān)督碼，那么發(fā)送端和接收端就可根據(jù)有規(guī)律的監(jiān)督碼，及時發(fā)現(xiàn)差錯。一旦信號在傳輸過程中出現(xiàn)差錯，工作人員也可以利用編解碼技術的糾錯機制對出現(xiàn)差錯的信號進行校正，這一過程需要犧牲信號寬帶，才能對信道中的噪聲和干擾進行抵御。

1.重傳糾錯技術

當信號經由發(fā)射端通過無線信道傳至接收端時，接收端通過對檢錯碼譯碼來判斷信息是否出錯，如果信息出現(xiàn)差錯，接收端就需要將信息反饋給發(fā)送端，發(fā)送端會重傳信息，直到譯碼正確為止。重傳糾錯技術需要不停地反向反饋，因此通信效率較低，現(xiàn)如今已經不能滿足信息高速傳輸?shù)木唧w需求。

2.前向糾錯技術

當發(fā)射端通過無線信道傳輸至接收端，接收端通過對檢錯碼譯碼判斷差錯，當信號出現(xiàn)差錯時，接收端譯碼實現(xiàn)自動糾錯。

（二）信號發(fā)射端抵御干擾：跳頻技術

因為信號的發(fā)射頻率并不固定，所以信號發(fā)射方和接收方的頻率也會按照預定的規(guī)律進行相應變化，即使在部分有效信號頻帶進入了干擾信號頻率，信號也可以借助未被干擾的頻點進行傳輸。技術人員需要按照“時間－頻譜”來開展天線和頻率的切換，以此來解決信號的收發(fā)端干擾問題。跳頻技術的基本模型如圖2所示。

六、抗干擾技術在短波通信中的實際應用

（一）外部干擾典型案例

問題現(xiàn)象：若干個頻率不相關的信號之間產生了互調干擾，不能對頻率放大器抑制。

檢查方法：①查看信號接收機是否與天線耦合器妥善連接，如果連接，就斷開天線耦合器，并且將信號接收機直接與天線連接。如果干擾消失，則證明天線耦合器互調問題。②如果干擾并未消失，對支線中的二極管避雷器進行檢查并斷開，然后詳細觀察接收機的輸出情況，如果干擾問題消失，則說明避雷器存在問題，需要及時更換。③如果干擾仍未消失，則說明接收機本身出現(xiàn)問題，工作人員可以將輸入調諧電路斷開，并打開接收機的衰減器。

（二）內部干擾典型案例

問題現(xiàn)象：無論工作人員怎么調整接收機頻率，接收機仍然存在噪聲，工作人員判斷存在內部干擾源。

檢查方法：①找出噪聲源，將其他設備的電源開關逐步關閉，如果在關閉某設備開關后噪聲消失，則表明該設備就是噪聲源，可以對其進行更換。②確定噪聲路徑，通常情況需要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法進行解決。

七、短波通信中抗干擾技術的發(fā)展趨勢分析

（一）以全自適應技術為發(fā)展方向

天氣變化、幅度衰落、多徑時延都會在一定程度上影響短波信道的穩(wěn)定性，所以若想進一步提高短波通信質量，短波通信系統(tǒng)就必須能夠結合短波信道的變化，對系統(tǒng)結構和參數(shù)進行自適應改變。在技術高速發(fā)展的背景中，全自適應技術將全面取代單一的自適用技術，因為單一的自適應技術已經很難滿足以網絡數(shù)據(jù)為主的通信需求。所以自適應技術需要與多輸入多輸出、空分編碼、自適應天線、智能天線等技術進行有機整合，構成全自適應短波通信技術，這種通信技術應該是全方位的，包括自適應選頻與信道建立技術、傳輸速率自適應技術、自適應信道均衡技術、自適應天線技術等。

（二）高速調制解調技術

在高速數(shù)據(jù)傳輸過程中，高速數(shù)據(jù)調制解調技術是最為核心的技術之一，如果信道的有效寬帶不變，若想提高衛(wèi)星通信鏈路的數(shù)據(jù)傳輸能力，也可以采用多進制調制方法，目前廣泛應用在窄帶短波電臺的調制解調器中串行和并行兩種體制。其中串行體制使用的單載波調制發(fā)送信息的最高速率為9.6kbit/s；并行體制就是將發(fā)送的數(shù)據(jù)并行分配到多個子載波上進行傳輸，在傳統(tǒng)的并行體制中，各個子載波并不重疊于頻譜上，所以在接收端可以用濾波器組對各個子信道進行分離，各個子信道之間要留有一定的保護頻帶，這種頻帶利用率較低，目前最高速率僅為2.4kbit/s?，F(xiàn)如今，正交頻分復用調制方式因為具有較快的傳輸速率、較高的頻帶利用率和較強的抗多徑能力，已經在短波通信領域大放異彩。

（三）抗干擾技術體制向寬帶發(fā)展

若想進一步提高短波通信的抗干擾能力，提高自身跳頻速率和增加信號寬度是最主要的路徑，傳統(tǒng)的加密、糾錯和交織措施，在一定程度上減弱了信息的傳輸速率，所以增加信道寬帶和短波信道的頻率已經成為提高信息傳輸速率已經成為該領域發(fā)展的必然趨勢。除此之外，軟件無線電由數(shù)字化向軟件化轉變、隨機性擴頻碼序列更優(yōu)及由單一鏈路向綜合性網系的方向發(fā)展，也是短波通信抗干擾技術發(fā)展的主要趨勢。

綜上所述，在短波通信領域，抗干擾技術是一個十分重要的研究課題，若想降低干擾對通信質量的影響，就必須不斷提升短波通信系統(tǒng)的抗干擾能力，在科學技術高速發(fā)展的背景下，不同領域的技術交叉也引領前沿技術向著全新的方向發(fā)展，例如自適應跳頻技術就是將傳統(tǒng)跳頻技術和自適應技術相結合。先進的抗干擾技術，能夠顯著提高通信質量的可靠性和抗干擾能力，需要廣大技術人員對此進行深入研究和有效應用，以促使我國短波通信系統(tǒng)更加完善、技術性能更加優(yōu)越。

作者單位：方仁杰? ?中國民航大學電子信息與自動化學院

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