短波無線電抗干擾技術發(fā)展趨勢研究

李希彬

中國電子科技集團公司第二十二研究所，山東 青島，266107

0 引言

隨著國內現(xiàn)代電子工業(yè)信息科學技術的不斷提高和發(fā)展，我國短波無線射頻通信設備產業(yè)也在不斷完善，但仍需要積極發(fā)展短波無線電抗干擾技術，提高通信技術的質量性能和安全性。各種新電子技術器件的迅速出現(xiàn)和廣泛應用，極大的地提高了電子通信技術設備的短波無線電抗干擾能力，隨著微電子時代高新技術的高速發(fā)展，短波無線電抗干擾技術未來將會有越來越豐富、廣泛、靈活的通信應用方式，同時也將推動其發(fā)展，防止噪聲對數(shù)字化網(wǎng)絡和現(xiàn)代通信技術發(fā)展的直接干擾。然而，我國在短波無線電抗干擾技術方面仍有許多具體問題有待解決。

對于短波通信，發(fā)射的無線電波被電離層反射后到達接收設備，進行長距離通信。但電離層受季節(jié)、晝夜、太陽黑子周期、環(huán)境等多種因素影響較大，造成了短波無線通信鏈路的不穩(wěn)定。隨著國內社會經(jīng)濟水平和國外現(xiàn)代先進科學技術的進一步飛速發(fā)展，特別是數(shù)字擴頻、差錯控制、數(shù)字信號分析處理、自適應技術、突發(fā)脈沖傳輸?shù)刃录夹g和高性能微處理器及集成通信電路技術等的相繼引入，短波無線通信業(yè)務的發(fā)展應用速度亦日益加快，并得到了很大的改善。

1 短波通信的歷史和特點

1.1 發(fā)展歷程

回顧歷史，短波通信技術的發(fā)展是螺旋式的。1895年，馬可尼首先提出了無線通信的概念，并在該領域取得了成功。在上世紀六十年代，短波通信技術的發(fā)展受到了限制，但到了八十年代后，短波通信再次受到相關行業(yè)的關注并取得了良好的發(fā)展。

1.2 短波通信的特點

短波通信的優(yōu)勢在于發(fā)生自然災害或戰(zhàn)爭時具有很強的抗破壞能力，即容易恢復，損壞后具有極好的靈活性。它的缺點在于短波通信的整體通信容量較小，整體信號傳輸不夠穩(wěn)定[1]。

2 短波通信干擾的具體因素

具體來說，短波無線通信和信號的傳輸線路中可能存在的干擾影響因素主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

2.1 大氣干擾

大氣干擾是一種最常見的干擾形式。在正常使用的情況下，大氣系統(tǒng)中產生的干擾放電主要是定向型的，主要分布在高維波段區(qū)域。但其具體發(fā)射方向有時也可隨著季節(jié)交替和晝夜變換而變化，而對于短波通信，可能會出現(xiàn)信號失真。

2.2 人為干擾

這一干擾問題主要包括單基頻和多頻道干擾，以及全頻段干擾和部分頻段上的干擾。近年來，相關無線系統(tǒng)遭受的各類嚴重違法問題或重大犯罪等干擾案件已變得越來越嚴重、越來越多樣化。因此，用于無線電短波數(shù)據(jù)傳送及通信業(yè)務領域傳輸?shù)母鞣N無線或射頻無線信號網(wǎng)絡及其無線傳輸專用信道系統(tǒng)也正隨之遭受上述人為無線電信號干擾事件帶來的影響?；诖?，需要進一步給予重視，以加大我們對造成上述一系列嚴重信號干擾事件的全面關注[2]。

3 短波通信抗干擾技術基本要求

事實上，短波無線通信已是我國遠距離無線通信發(fā)展的一個主要通信技術手段，結合軟件等許多現(xiàn)代無線電技術產品和實際工程應用相繼出現(xiàn)，可以顯著看出其在使用效率方面獲得了技術飛躍。但目前受各地氣候、季節(jié)交替等各種因素相互作用的影響，短波無線電通信設備的相對穩(wěn)定性都比較的差，電磁波傳播受到一定程度的干擾，對傳輸系統(tǒng)內部的抗干擾防電磁波干擾能力提出了一系列更高層次的具體要求。例如，制定內部抗短波干擾補償機制，并采取多種有效補償措施可提高系統(tǒng)信號的傳輸處理效率，這有效提高了通信系統(tǒng)內部的設備兼容性。對此進行結構優(yōu)化，有助于系統(tǒng)提高短波無線通信的抗干擾性[3]。

由于短波通信技術中的技術特殊性，信號及其傳輸處理過程都會或多或少地受到外界電磁信號變化和某些外界環(huán)境因素變動的影響，因此需要研究提高短波無線電傳輸設備中的通信抗干擾保障功能。結合工程實際進行分析，對此電路的功能要求主要包括：（1）進行高速的數(shù)據(jù)傳輸調制和抗干擾系統(tǒng)功能優(yōu)化設計，能夠實現(xiàn)在各種特殊的干擾環(huán)境下高速數(shù)據(jù)同步傳輸；（2）實現(xiàn)多徑同步抗干擾和跟蹤同步干擾的高速頻率調制技術；（3）通過寬帶跳分頻技術以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸抗阻塞技術和傳輸抗干擾技術功能上的全面提升。

4 干擾源種類

4.1 同頻干擾

同頻干擾是短波無線電移動通信技術中主要信號干擾源之一，也常稱為同頻干擾，因為目前在短波無線電移動通信過程中，許多移動無線短波電臺仍經(jīng)常需要使用頻率相同的多個工作頻段以進行同步信號同步傳輸。屬于同一工作頻段接收的兩個信號屬于在同一信號頻段，當多個工作信號頻段在通信傳輸信號過程中不可或避免地會由于彼此相互產生干擾信號而影響進入接收機，當載波頻率質量差異、相位和調制頻偏不能進行有效的調整時，同頻干擾就會發(fā)生[4]。

4.2 互調干擾

互調干擾也是短波無線通信技術中的一個重要干擾源，主要來源是傳輸通道的非線性分量。非線性分量在不同的通道上接收到一個信號，導致出現(xiàn)不同的頻率組合。

4.3 鄰道干擾

鄰道干擾是指超短頻無線通信中鄰道間的干擾問題，目前我國無線通信廣泛使用的信道間隔為25kHz，調頻信號頻譜較寬，很容易陷入信道并引起鄰信道干擾。

4.4 干擾阻斷

所謂干擾阻斷是指短波無線通信技術中由于發(fā)射系統(tǒng)的帶外發(fā)射過高，信號接收器靠近大功率發(fā)射站而產生的干擾。大功率發(fā)射機對信號接收機造成一定的信號干擾，降低了信號接收質量。

5 短波無線電抗干擾技術發(fā)展趨勢

隨著現(xiàn)代國內外無線電科學技術的持續(xù)飛速向前發(fā)展，短波無線電抗干擾技術也已得到了大幅度的綜合優(yōu)化和技術創(chuàng)新。種類越來越多的短波無線電抗干擾技術正在被研究人員迅速開發(fā)出來并得以廣泛地應用，全面實現(xiàn)其網(wǎng)絡化、數(shù)字化、低阻塞等特性，在其開發(fā)研究過程中充分體現(xiàn)出軟件特性、通用化特性、智能化特性，形成全面融合?，F(xiàn)階段廣泛使用的短波無線通信技術的網(wǎng)絡容量密度更大，傳輸網(wǎng)速度更快，抗干擾功能大大提高。第三代短波通信系統(tǒng)也已在全世界范圍內投入實施，短波的應用將更加廣泛。

5.1 短波終端技術向自適應調制解調技術發(fā)展

由于采用短波無線電為主要通信手段發(fā)送的電波信息頻段較窄，在保證有效傳輸和通信質量的同時，很容易被其他電磁波信號干擾或截獲。因此，可以首先采用短波高速載波調頻接收技術以改變短波原有信號的發(fā)射信號頻率，依靠對載波接收頻率信號的干擾來暫時防止來自短波無線電干擾源的干擾。短波調頻干擾技術目前已廣泛地應用于各類高速無線電網(wǎng)絡通信，且高頻傳輸短波信號通常不易直接受到外界電磁波的干擾，因此隨著工業(yè)社會技術水平的持續(xù)不斷向前發(fā)展，高速波調頻短波干擾傳輸技術對信號頻率精度的性能要求也會越來越高。在中國未來的國防通信產業(yè)發(fā)展道路中，短波技術必將具有極其廣闊深遠的商業(yè)應用前景。

5.2 空閑信道掃描技術

該新技術的主要應用及原理特點是隨機掃描所有發(fā)射頻段，選擇出其執(zhí)行各種通信傳輸任務必需的最佳工作頻段，且避開在信號的傳輸系統(tǒng)中易受電磁波干擾的干擾頻段。在電臺以調頻這種無線電方式重復發(fā)送每個載波信號脈沖的過程中，其也必須定期進行頻率自適應與頻率搜索，在其所有發(fā)送頻段范圍中隨機選擇幾個最佳通信頻段來盡可能保證信號的正常通信。為了達到更有效可靠的無線抗干擾效果，技術人員將無線空閑信道掃描調制技術與上述高速無線調頻微波技術相結合，大大增強了無線電通信技術的抗干擾功能，能夠應對各種干擾環(huán)境作用下復雜的高速無線電微波通信與傳輸，提高了信號質量。

5.3 軟件無線電技術

目前的無線通信系統(tǒng)存在很多問題，主要原因是現(xiàn)有的無線通信是為特定目的而設計的使用不同頻率信道、不同協(xié)議的無線通信設備，兼容性不好。此外，使用無線電頻率的人越來越多,無線電頻段越來越擁擠，相鄰信道越來越擁擠。軟件無線電技術。這一技術手段主要是基于可編碼的器件，利用數(shù)字信號處理技術方法在同一個平臺上采用多元化的方式來確保通信質量。軟件無線電技術應用實踐中.很多的通信功能是基于軟件面實現(xiàn)的，其從根本上打破了傳統(tǒng)的設備通信功能，只是簡單地依賴硬件而廣泛戰(zhàn)用在風用無線移動通信系統(tǒng)之中例。

5.4 跳頻/直擴混合系統(tǒng)擴頻技術

當今使用的兩種主要擴頻通信技術是跳頻和直接序列擴頻。直接擴頻技術利用高碼率將偽隨機碼在發(fā)送端快速直接擴頻，然后在接收端以同樣的方式解擴，將擴展后的信號恢復到原來的狀態(tài)。在抗干擾方面，直接擴頻技術通過擴展來達到抗干擾的目的，但如果超出抗干擾的設定范圍，可能會對通信終端造成極其嚴重的劣化。跳頻方式采用回避形式來防止干擾，所以即使用跳頻方式遇到很強的固定頻率干擾，也通常不會產生很嚴重的干擾影響。面對以上各種頻率干擾，直擴頻系統(tǒng)并不受其影響，并且系統(tǒng)可以有效地利用這些頻率干擾帶來的干擾力量來迅速提升自身的能力。而當直接跳頻的系統(tǒng)再次面臨上述各種頻率的干擾信號時，它通常已經(jīng)能在以上各種頻率的干擾信號即將到達之前立即切換到接收系統(tǒng)接收下一個信號。在實際生產使用技術中，直接擴頻技術和間接跳頻技術都具有各自的優(yōu)勢，也存在一定的使用局限性，因此就必須學會將以上兩種新技術加以結合使用[5]。

5.5 短波自適應數(shù)字通信技術

（1）專用選頻和通信系統(tǒng)建立。目前常用的自適應選頻與信道建立技術都是與通信結合在一起的，這種方法的缺點是選頻質量大大低于專用選頻系統(tǒng)的頻率質量。為了確保頻率質量、提高短波通信質量，應該將專用選頻系統(tǒng)和自適應通信系統(tǒng)結合在一起。

（2）傳輸速率技術。短波通信選定工作頻率后，必須采用傳輸速率自適應技術，才可能隨時獲得信道上的最大數(shù)據(jù)吞吐量。在允許的誤碼率范圍內應盡可能選擇高的數(shù)據(jù)傳輸率，且為便于確保通信質量，系統(tǒng)所采用的編碼和調制方法應與信道條件相關聯(lián)。當信道傳播性良好的時候選擇較高傳輸速率發(fā)送信息，反之則選擇降低傳輸速率。

5.6 短波抗干擾技術體制正逐步實現(xiàn)由窄帶低速數(shù)據(jù)通信技術向寬帶高速數(shù)據(jù)通信技術發(fā)展

針對短波通信存在的保密（或隱蔽）性不強、抗干擾能力差的弱點，以及電磁環(huán)境的特點和規(guī)律，為了提高短波通信的抗干擾能力，發(fā)展了短波通信電子防御技術[3]。這類技術以短波擴頻（擴展頻譜）通信技術為主體，包括短波跳頻和自適應跳頻技術、短波直接序列擴頻技術等。絕大多數(shù)傳統(tǒng)的短波跳頻電臺都是傳輸模擬話音的模擬跳頻電臺，此類短波跳頻電臺在技術上存在話音質量差、通信距離短、跳速低（通常為幾十跳）等問題，而且?guī)缀醵际钦瓗l。為提高抗干擾能力，一方面必須提高跳頻速率；另一方面可以增加信號帶寬，使干擾信號淹沒于噪聲之中。通常采取糾錯、交織、加密等措施，但與此同時，又會使信息的有效傳輸速率降低。為了提高信息的有效傳輸速率，也必須增加頻率和信道帶寬，也就是說高速、寬帶已成為短波通信增強抗干擾能力的焦點。如美國近年來研制的短波跳頻電臺，其跳速已達5000跳/秒以上（跳頻帶寬2MHz、信息傳輸速率19.2kb/s）。

6 結語

綜上所述，短波無線通信已是我國遠距離無線通信發(fā)展的一種主要通信技術手段，隨著無線電干擾通信技術理論研究的不斷發(fā)展，短波無線電抗干擾技術也已得到了進一步的綜合優(yōu)化研究和技術創(chuàng)新。種類越來越多的短波無線電抗干擾技術正被迅速開發(fā)出來并得以廣泛地應用于各個領域，具有較強的技術保密性和靈活性。