擴(kuò)頻通信的抗干擾能力及其改進(jìn)

朱青彬

（中華通信系統(tǒng)有限責(zé)任公司河北分公司，河北 石家莊 050081）

0 引 言

在無(wú)線通信時(shí)代如果通信領(lǐng)域的技術(shù)和系統(tǒng)不能夠與時(shí)俱進(jìn)，那么就很容易受到多元因素的影響，抗干擾能力也會(huì)大大減弱，傳輸信息將不能夠達(dá)到精準(zhǔn)、及時(shí)、不間斷等效果。本文對(duì)擴(kuò)頻通信中的3種體制進(jìn)行深度剖析，從其優(yōu)缺點(diǎn)的比較探討了其異同，然后以直頻序列擴(kuò)頻通信為例提出幾種抗干擾技術(shù)，以達(dá)到對(duì)擴(kuò)頻技術(shù)抗干擾能力的提升，并以期促進(jìn)通信領(lǐng)域的發(fā)展。

1 擴(kuò)頻通信的發(fā)展現(xiàn)狀剖析

通信領(lǐng)域的干擾因素眾多，諸如大自然因素中的噪音、砂礫，以及一些人為的干擾（工業(yè)運(yùn)行、臨臺(tái)干擾等）[1]。在軍事領(lǐng)域還可能會(huì)有敵方的惡意為之。因此，隨著時(shí)代的發(fā)展無(wú)線通信必然要進(jìn)行創(chuàng)新、改革，從而應(yīng)對(duì)各種新型的環(huán)境與需求。從文獻(xiàn)研究來(lái)看，各位學(xué)者、專家對(duì)于通信抗干擾的相關(guān)研究也是逐年增多。尤其是對(duì)于擴(kuò)頻通信和無(wú)擴(kuò)頻通信的對(duì)比研究也更為深入，圖1為普通無(wú)擴(kuò)頻調(diào)制方框圖，從圖1可以看出，擴(kuò)頻通信與無(wú)擴(kuò)頻通信相比優(yōu)勢(shì)明顯，抗干擾能力得到了提升。

圖1 普通無(wú)擴(kuò)頻調(diào)制方框圖

總之，擴(kuò)頻通信的各種優(yōu)勢(shì)在應(yīng)用中凸顯出來(lái)，如其隱蔽性、較強(qiáng)的抗干擾能力等，如何進(jìn)一步提升抗干擾能力已經(jīng)引起了業(yè)界、學(xué)界的密切關(guān)注。

2 3種擴(kuò)頻通信體制抗干擾性能比較

按照類型來(lái)分，擴(kuò)頻通信體制包括3種，分別是直接序列（Dirtect Sequence，DS）擴(kuò)頻，跳頻（Frequence Hoping，F(xiàn)H）擴(kuò)頻，跳時(shí)（Time Hoping，TH）擴(kuò)頻，在應(yīng)用過(guò)程中需要考慮其特殊性，本文進(jìn)行了對(duì)比分析，為后面的抗干擾能力改進(jìn)提供借鑒。

2.1 DS擴(kuò)頻通信體制的優(yōu)缺點(diǎn)

2.1.1 優(yōu)點(diǎn)

擴(kuò)展頻譜通信是一種信息傳輸方式，其信號(hào)所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所傳信息必須的最小帶寬；頻帶的擴(kuò)展是通過(guò)一個(gè)獨(dú)立的碼序列來(lái)完成，用編碼及調(diào)制的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，與所傳信息數(shù)據(jù)沒有關(guān)系，在無(wú)線通信系統(tǒng)中普遍使用擴(kuò)頻通信技術(shù)，其中DS擴(kuò)頻通信體制的優(yōu)缺點(diǎn)較為明顯，其優(yōu)點(diǎn)如下文所述。

（1）第一，具有較強(qiáng)的抗寬帶干擾能力[2]。該系統(tǒng)通過(guò)接收機(jī)將輸入的寬帶有用信號(hào)的頻譜壓縮成窄帶，經(jīng)過(guò)這樣處理的寬帶干擾的頻譜卻并不會(huì)受到影響，反而其擴(kuò)展的范圍更加廣泛，通過(guò)大面積的干擾因素排除，其抗干擾能力得到進(jìn)一步提升，只要處理過(guò)程中保障增益不斷提升，那么該系統(tǒng)的抗寬帶干擾的抑制能力就可以進(jìn)一步增強(qiáng)。

（2）具有較強(qiáng)的隱蔽性和保密性。擴(kuò)頻通信技術(shù)的隱秘性和保密性是基本的特性，而該體制在這兩方面的特性更強(qiáng)。主要是因?yàn)镈S擴(kuò)頻信號(hào)屬于寬帶信號(hào)，這種信號(hào)所需要的功率比較低，同時(shí)接收機(jī)所工作的環(huán)境也是一種低噪聲的環(huán)境，因此在不影響其作用發(fā)揮的前提下可以實(shí)現(xiàn)更好的隱秘性，淹沒在背景噪聲之下恰恰是其保密性的體現(xiàn)。

2.1.2 缺點(diǎn)

DS擴(kuò)頻通信體制的不足[3]如下所述。

（1）抗窄帶瞄準(zhǔn)干擾能力有限。部分頻帶和全頻頻帶的干擾能量集中程度嚴(yán)重，因此對(duì)于DS系統(tǒng)的危害程度也不一樣，其中部分頻帶的影響力較強(qiáng)。DS系統(tǒng)對(duì)頻率與其中心頻率相等的瞄準(zhǔn)式單頻或窄帶干擾的抑制能力比對(duì)寬帶干擾的抑制能力低3 dB。因此對(duì)于單頻和多頻的干擾效果也不一樣，其抑制能力和增益處理有著密切的聯(lián)系，如果處理增益不足，那么功率越大或者是窄帶干擾越強(qiáng)，該系統(tǒng)所受到的損失就越大。

（2）受到遠(yuǎn)近因素的影響也比較強(qiáng)烈。如果是多址系統(tǒng)環(huán)境當(dāng)中，有一些用戶的功率過(guò)大，其噪聲會(huì)很大，對(duì)于信號(hào)的干擾程度也很大，那么就很有可能淹沒一些小功率的信號(hào)，這就是遠(yuǎn)近因素的影響，其對(duì)于DS系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)也是一種限制，不僅在速度方面更是在通信質(zhì)量方面。

2.2 FH擴(kuò)頻通信體制的優(yōu)缺點(diǎn)

2.2.1 優(yōu) 點(diǎn)

該體制的優(yōu)點(diǎn)：一是抗窄帶干擾能力強(qiáng)[3]。跳頻通信是在收發(fā)雙方約定的情況下不斷改變工作頻率而進(jìn)行的通信。由于工作頻率的改變受偽隨機(jī)碼的控制，當(dāng)信號(hào)載頻與單頻或窄帶干擾的頻率不等時(shí)，干擾功率再大，對(duì)跳頻系統(tǒng)也起不了干擾作用，因此FH系統(tǒng)能有效地抗窄帶干擾。二是快跳頻信號(hào)抗跟蹤干擾能力強(qiáng)并具有很好的隱蔽性。一部FH電臺(tái)發(fā)射的信號(hào)與眾多的背景信號(hào)交織在一起，分選和識(shí)別都非常困難，因此使得跳頻信號(hào)特別是快跳頻信號(hào)仍具有較好的隱蔽性。

2.2.2 缺 點(diǎn)

該體制的缺點(diǎn)：（1）跳頻系統(tǒng)抗跟蹤干擾能力差。調(diào)頻信號(hào)的活動(dòng)范圍很大，尤其是面對(duì)不同的頻域其占比較高，但是每一次跳動(dòng)變化都是窄帶信號(hào)，這種信號(hào)的功率比較強(qiáng)，而且密度也比較高，傳統(tǒng)的檢查系統(tǒng)都可以對(duì)其上述變化進(jìn)行監(jiān)測(cè)，而且監(jiān)測(cè)效果還比較精準(zhǔn)，因此如果一直處于一種慢跳系統(tǒng)，其信號(hào)的隱秘性就會(huì)逐步降低。（2）跳頻系統(tǒng)抗寬帶噪聲干擾能力差。FH通信是通過(guò)載頻跳變來(lái)抗干擾的，當(dāng)寬帶干擾的功率足夠大，使得落入每個(gè)跳頻信道的干擾功率接近或大于信號(hào)功率時(shí)，對(duì)分布于整個(gè)跳頻帶寬內(nèi)的寬帶干擾，跳頻通信無(wú)論載頻跳到哪里，都存在干擾，所以跳頻通信系統(tǒng)很難抑制寬帶干擾，特別是人為產(chǎn)生的梳狀頻譜寬帶阻塞干擾。

2.3 TH擴(kuò)頻通信體制的優(yōu)缺點(diǎn)

跳時(shí)系統(tǒng)的多址能力與網(wǎng)中的各跳時(shí)碼的正交性和網(wǎng)的同步方式有關(guān)。要求系統(tǒng)嚴(yán)格定時(shí)外，還要求跳時(shí)碼有很好的正交性，以保證各用戶通信時(shí)隙不發(fā)生碰撞。可以說(shuō)TH系統(tǒng)是通過(guò)各跳時(shí)信號(hào)的時(shí)間選擇性避免多址干擾，因而具有時(shí)分多址通信的效果，并能很好地克服遠(yuǎn)-近效應(yīng)。但TH擴(kuò)頻體制抗干擾能力脆弱，特別是對(duì)同頻的連續(xù)波干擾沒有抑制能力。TH系統(tǒng)的信號(hào)是通過(guò)固定載頻系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此不同的時(shí)間點(diǎn)它的抗干擾能力不同、處理增益也不同，但是由于其固定的載頻也就決定了其抑制通信效果會(huì)受到一定的影響。如果只是單純使用，抗干擾性就會(huì)受到一定的阻礙，因而現(xiàn)實(shí)中單獨(dú)使用是不可取的，可以利用其優(yōu)勢(shì)然后結(jié)合DS或FH系統(tǒng)共同使用，發(fā)揮合力價(jià)值[4]。

3 擴(kuò)頻系統(tǒng)中抗干擾技術(shù)

擴(kuò)頻系統(tǒng)面臨的環(huán)境比較復(fù)雜，不同的環(huán)境之下其干擾因素不同、干擾效果不同，因此應(yīng)當(dāng)采取不同的抗干擾技術(shù)予以抵制。本文結(jié)合前文敘述，提出幾種典型的抗干擾技術(shù)，希望對(duì)于擴(kuò)頻通信的干擾能力提升以及改進(jìn)措施優(yōu)化提供借鑒[5]。

3.1 混合式擴(kuò)展頻譜系統(tǒng)

擴(kuò)頻通信的分類有3種：DS擴(kuò)頻、FH擴(kuò)頻和TH擴(kuò)頻[6]?，F(xiàn)實(shí)中可以利用三者的不同組合方式來(lái)提升其干擾能力[7]。例如，DS/FH系統(tǒng)的融合就可以增強(qiáng)過(guò)濾效果，從而增強(qiáng)抗干擾能力。因?yàn)镈S系統(tǒng)的處理增益比較強(qiáng)，從而可以通過(guò)接收機(jī)對(duì)一些干擾因素進(jìn)行最大程度的過(guò)濾，然后FH系統(tǒng)就可以對(duì)此進(jìn)行更好的干擾，因而該系統(tǒng)的躲避干擾信號(hào)較強(qiáng)，二者的融合可以實(shí)現(xiàn)更好的抗干擾效果。

3.2 自適應(yīng)天線抑制干擾技術(shù)

自適應(yīng)天線系統(tǒng)也是較好的抗干擾技術(shù)之一，這種系統(tǒng)的構(gòu)成分別是信息處理器、多元化的天線結(jié)構(gòu)，然后二者合力發(fā)揮更大的抑制效果[8]。首先，天線工作時(shí)，信息處理器就可以按照一定的計(jì)算和內(nèi)部處理來(lái)修訂和優(yōu)化天線的方向、頻率等，從而幫助它去搜索更強(qiáng)的信號(hào)，進(jìn)而高效地去除干擾，從顯示效果來(lái)看，這種抗干擾性可以實(shí)現(xiàn)到零的程度[9，10]。

4 結(jié) 論

通過(guò)上述分析可以看出，擴(kuò)頻通信是時(shí)代發(fā)展的產(chǎn)物，其抗干擾性能力強(qiáng)，同時(shí)擁有較強(qiáng)的抗窄帶干擾、多徑干擾和多址干擾的能力，但是在擴(kuò)頻增益程度不同時(shí)也需要借助于外力對(duì)其進(jìn)行抑制，從而確?？垢蓴_能力。本文總結(jié)了3種擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)與缺點(diǎn)，通過(guò)對(duì)比分析探討了其運(yùn)用價(jià)值，同時(shí)也希望它可以在通信領(lǐng)域發(fā)揮更大作用。