通信抗干擾技術(shù)課程教學(xué)要點辨析與討論

徐池 趙鵬 賀寅

摘? 要? 針對通信抗干擾技術(shù)課程特點，按照先基礎(chǔ)后拓展、先理論后實踐的邏輯順序，合理設(shè)置、選取課程的教學(xué)內(nèi)容。重點梳理通信抗干擾基礎(chǔ)概念之間的層次關(guān)系，對擴頻基本涵義、跳頻與直擴的區(qū)別、干擾容限與處理增益等教學(xué)要點進行重點辨析探討。為解決課程基礎(chǔ)概念抽象、推導(dǎo)過程復(fù)雜等問題，對實作內(nèi)容進行由淺入深的設(shè)計，借助仿真平臺提供形象直觀的過程性分析手段，加深學(xué)生對理論知識的理解和掌握。

關(guān)鍵詞? 通信抗干擾；仿真；通信抗干擾技術(shù)

中圖分類號：G642.3? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

文章編號：1671-489X（2023）10-0111-04

Analysis and Discussion on Teaching Points of?Communication Anti-Interference Technology//XU Chi， ZHAO Peng， HE Yin

Abstract? According to the characteristics of the course Communication Anti-interference Technology， the teaching content is reasonably set and selected according to the logical order of foundation before?expansion and theory before practice. This paper mainly combs the hierarchical relationship between?the basic concepts of communication anti-interference，?and focuses on the basic meaning of spread spec-trum， the difference between frequency hopping and direct spread spectrum， interference tolerance and processing gain. In order to solve the problems of?abstract basic concepts and complex derivation pro-cess of the course， the practical content is de-signed from simple to deep， and the visual process analysis means are provided with the help of the simulation platform to deepen the students under-standing and mastery of theoretical knowledge.

Key words? communication anti-interference; simula-tion; communication anti-interference technology

Authors address? Dept. of Information System， Dalian Naval Academy， Dalian， Liaoning， China， 116018

0? 引言

通信抗干擾技術(shù)課程是軍隊院校通信專業(yè)的一門重要專業(yè)課程，課程教學(xué)要求理論性和實踐性并重，需要學(xué)員具備扎實的通信原理基礎(chǔ)知識和指技融合的實踐能力[1]。該課程可以為學(xué)生后續(xù)進行通信裝備應(yīng)用類課程的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。經(jīng)過多輪班次的教學(xué)實踐發(fā)現(xiàn)：學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中對部分關(guān)鍵知識點容易產(chǎn)生認(rèn)識和理解上的誤區(qū)，影響對課程整體內(nèi)容的理解和掌握。因此，有必要對課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置、關(guān)鍵知識要點進行強調(diào)、分析和討論，為提高課程教學(xué)質(zhì)量提供參考。

1? 課程教學(xué)內(nèi)容的設(shè)置和選取

遵循知識學(xué)習(xí)的一般規(guī)律，課程圍繞“通信抗干擾是什么、有哪些通信抗干擾技術(shù)、通信抗干擾技術(shù)如何實現(xiàn)”三個方面設(shè)置、選取教學(xué)內(nèi)容。內(nèi)容體系總體上可分為四個模塊：第一模塊為“通信抗干擾基礎(chǔ)”，主要闡明通信抗干擾的相關(guān)基本概念及相互關(guān)系，分析擴頻通信抗干擾技術(shù)基礎(chǔ)理論；第二模塊為“典型擴頻通信抗干擾技術(shù)”，主要分析直接序列、跳頻、混合擴頻等典型抗干擾通信技術(shù)的工作原理及系統(tǒng)組成；第三模塊為“典型通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)應(yīng)用”，重點分析各種擴頻技術(shù)及非擴頻技術(shù)在短波、超短波、衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的具體應(yīng)用；第四模塊為“通信抗干擾的現(xiàn)狀及發(fā)展”，重點介紹通信抗干擾技術(shù)及裝備的發(fā)展現(xiàn)狀、趨勢。教學(xué)內(nèi)容能夠緊跟先進通信技術(shù)和裝備的發(fā)展，不斷拓展前沿知識。

四個模塊之間緊密聯(lián)系，層層遞進，內(nèi)容設(shè)置由淺入深。模塊一是模塊二的基礎(chǔ)，模塊三是模塊二的延伸，模塊四是基礎(chǔ)模塊的拓展。結(jié)合課程應(yīng)用性、實踐性強的特點，可以將課程相關(guān)的實作內(nèi)容融入模塊二，重點圍繞直接序列擴頻、跳頻擴頻和典型混合擴頻等通信系統(tǒng)進行建模仿真，使學(xué)員可以直接觀察擴頻信號頻域、時域波形，進一步加深對常用通信抗干擾技術(shù)的理解和掌握程度。

2? 課程關(guān)鍵知識要點討論辨析

通信抗干擾技術(shù)課程教學(xué)以典型通信抗干擾技術(shù)手段為主線，從打牢和拓寬通信抗干擾技術(shù)專業(yè)理論知識著手，教學(xué)過程中需要重點關(guān)注、強調(diào)以下幾個知識要點的講解和掌握，避免產(chǎn)生教學(xué)和認(rèn)識上的誤區(qū)。

2.1? 通信抗干擾基礎(chǔ)概念內(nèi)涵

課程教學(xué)過程中或組織實施之前，學(xué)員將接觸通信抗干擾、通信干擾、通信防御等概念，相關(guān)概念在實際應(yīng)用中存在不規(guī)范、內(nèi)涵不清、容易混淆等問題。因此，需要首先分析概念的內(nèi)涵關(guān)系，進一步明確課程內(nèi)容在整個專業(yè)領(lǐng)域中的地位和作用?；A(chǔ)概念層次關(guān)系如圖1所示。

電子戰(zhàn)也稱電子對抗，軍事上為削弱、破壞敵方電子設(shè)備的使用效能和保護己方電子設(shè)備的有效使用而采取的各種戰(zhàn)術(shù)、技術(shù)措施的總稱[2]。通信電子戰(zhàn)主要包括通信電子進攻、通信電子防御和通信電子支援三大功能要素。從通信電子戰(zhàn)的體系組成及其內(nèi)涵可見，通信電子進攻不等于通信對抗，通信對抗不單純等于干擾與抗干擾，不僅僅是只有通信電子進攻需要電子支援。按照作戰(zhàn)實施流程，對應(yīng)通信電子進攻，通信電子防御主要包括反偵察、抗截獲、抗干擾和抗摧毀等。通信抗干擾是通信電子防御措施中的一種類別。要實現(xiàn)通信抗干擾的目的，既要有技術(shù)手段，又要有戰(zhàn)術(shù)手段。按照現(xiàn)行技術(shù)水平和體制，一般將通信抗干擾技術(shù)分為擴頻通信和非擴頻通信抗干擾技術(shù)兩大類別。其中，擴頻通信抗干擾技術(shù)主要有直接序列、跳頻、跳時、線性脈沖和混合擴頻；非擴頻通信抗干擾技術(shù)主要有自適應(yīng)、分集接收、猝發(fā)傳輸和天線零相等技術(shù)。

2.2? 跳頻擴頻含義及原理

跳頻是擴頻技術(shù)的一種重要類型。學(xué)員在學(xué)習(xí)過程中普遍會產(chǎn)生疑問：跳頻通信與直接序列擴頻通信在原理上存在較大差異，直接序列擴頻確實通過偽隨機碼的擴頻調(diào)制實現(xiàn)了基帶信號的頻譜擴展，而跳頻通信只是實現(xiàn)了載波的跳躍，為什么要將跳頻通信抗干擾技術(shù)也歸類到擴頻通信技術(shù)？要解釋這個疑問，需要從跳頻通信與擴頻通信的基本含義出發(fā)。在抗干擾機理上，直接序列擴頻通過高碼率的偽隨機碼直接與原始信息進行調(diào)制處理，實現(xiàn)了信號在頻域上的展寬。跳頻通信通過偽隨機碼以離散頻率的形式實現(xiàn)頻率的跳變。

從單個載波信號角度觀察，信號頻譜確實并未展寬，但跳頻通信是在一定的頻率集進行跳變的，跳變過程中所能覆蓋的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于原信息帶寬[3]。從頻率集合的整體角度觀察，實現(xiàn)了頻譜展寬，所以，跳頻通信也稱為跳頻擴頻通信，是擴頻通信的一個重要分支。跳頻和直擴的區(qū)別需要在教學(xué)過程中予以強調(diào)：跳頻以躲避干擾的方式抗干擾，可以認(rèn)為是一種主動式抗干擾方式；而直接序列擴頻利用把干擾功率分散的方法來降低干擾功率，以此達(dá)到抗干擾的目的，可以認(rèn)為是一種被動式的抗干擾方式。

2.3? 干擾容限與處理增益

干擾容限、處理增益是衡量通信系統(tǒng)抗干擾能力的重要指標(biāo)，兩者相互關(guān)聯(lián)又有區(qū)別。干擾容限是指通信系統(tǒng)能夠維持點對點正常工作（滿足正常解調(diào)要求的最小輸出信噪比）的實際抗干擾能力，即系統(tǒng)尚能工作時，接收機允許輸入的最大干信比。干擾容限反映通信系統(tǒng)在干擾環(huán)境中對干擾的耐受能力，其值與干擾方式、信號形式和接收方法有關(guān)。干擾容限用Mj表示，其計算公式為：

其中，Psi/Pji為接收機輸入端的信干比；Pso/Pjo為接收機中信息解調(diào)器的輸入端的信干比；Gp=（Pso/Pjo）-（Psi/Pji）為接收機中在解調(diào)器前對信號處理所獲得的信干比處理增益。處理增益定義為接收機相關(guān)處理器的輸出信干比與輸入信干比的比值。Lsys為實現(xiàn)該處理增益過程中的信干比損耗。

從指標(biāo)屬性可以知道，干擾容限和處理增益都屬效益型指標(biāo)，越大越好。處理增益越大，干擾容限越大，系統(tǒng)對干擾的忍受能力越強，即抗干擾能力越強。那么，兩者在具體衡量系統(tǒng)抗干擾能力的應(yīng)用上有哪些區(qū)別呢？實際應(yīng)用中，干擾容限更能夠直接反映擴頻系統(tǒng)接收機可能抵抗的極限干擾強度，即只有當(dāng)干擾機的干擾功率超過干擾容限后，才能對擴頻系統(tǒng)形成干擾。因而，干擾容限往往比處理增益能更確切地反映系統(tǒng)的抗干擾能力，在實際裝備性能指標(biāo)描述中也就更常用。

3? 課程實作內(nèi)容設(shè)計及要點分析

為解決課程內(nèi)容概念和原理抽象的問題，課程依托MATLAB/Simulink軟件仿真平臺，設(shè)置由基礎(chǔ)鞏固到自主拓展的兩個層次的實作內(nèi)容，循序漸進地引導(dǎo)學(xué)員分析問題、解決問題，不斷提升學(xué)員的學(xué)習(xí)興趣?；A(chǔ)鞏固模塊主要有擴頻調(diào)制仿真、直序序列擴頻DS通信系統(tǒng)仿真、跳頻FH通信系統(tǒng)仿真三個主要實作內(nèi)容。通過驗證性實作，學(xué)員能夠?qū)W會利用仿真平臺構(gòu)建擴頻調(diào)制模型、直接序列擴頻仿真系統(tǒng)和跳頻擴頻仿真系統(tǒng)，了解主要模塊功能及參數(shù)設(shè)置，通過仿真結(jié)果觀察和比較信號擴頻調(diào)制前后在時域和頻域的區(qū)別。自主拓展模塊主要是建立在對基礎(chǔ)模型構(gòu)建的前提下，讓學(xué)員自主設(shè)計典型混合擴頻仿真系統(tǒng)。以跳擴混合擴頻FH/DS通信系統(tǒng)為例，F(xiàn)H/DS系統(tǒng)的發(fā)射機是直接序列擴頻調(diào)制和跳頻載波的直接疊加[4]。與單純的直接序列調(diào)制相比，這種混合調(diào)制的載波是按跳頻圖案變化的，不像單純DS調(diào)制那樣固定不變；與單純的跳頻系統(tǒng)相比，這種混合調(diào)制每次跳變必須把直擴型功率譜依照跳頻圖案的規(guī)則搬移，且跳頻頻道的最小間隔必須等于直接序列的偽碼速率，以保證相鄰跳變頻道之間的正交性。

DS/FH混合擴頻仿真圖如圖2所示，需要用兩個偽隨機碼，一個用于直擴，一個用于控制頻率合成器。一般用于直擴的偽隨機碼的速率比用于跳頻的偽隨機碼的速率高得多。在發(fā)送端先進行直接序列擴頻，再對直擴信號進行跳頻擴頻；在接收端，進行相反的操作，即先進行跳頻的解跳，再進行直擴的解擴，最終還原出發(fā)送端發(fā)送的信息。關(guān)鍵器件參數(shù)設(shè)置需要重點注意以下幾點。

1）直擴部分：信源產(chǎn)生器產(chǎn)生基帶信息碼，偽隨機碼產(chǎn)生器產(chǎn)生直擴所需要的偽隨機序列。通過設(shè)置relay模塊使0、1波型轉(zhuǎn)換為-1、1波型。

2）跳頻部分：直擴信號首先要進行2FSK調(diào)制，要在調(diào)制器之前加relay模塊進行信號極性轉(zhuǎn)換。利用32FSK調(diào)制器和PN序列模塊產(chǎn)生跳頻載波，二者結(jié)合產(chǎn)生32個不同的頻率作為跳頻載波與信號相乘實現(xiàn)跳頻。

3）解跳部分：接收的信號直接與之前發(fā)送端生成的跳頻載波相乘，實現(xiàn)相關(guān)解跳。

4）解擴部分：經(jīng)過2FSK解調(diào)的信號，同樣需要加入relay模塊改變極性。信號轉(zhuǎn)換極性后，直接與發(fā)送端的偽隨機碼相乘，完成解直擴。至此，完成混合擴頻的解擴。此時，將原始信息碼與解擴后連接到誤碼率計算器進行誤碼率計算。

通過建模仿真可以觀察DS/FH混合擴頻通信系統(tǒng)信號在時域和頻域的輸出，便于學(xué)員根據(jù)直觀結(jié)果進行分析和研究。其中，基帶信號和混合擴頻信號的頻譜如圖3所示。根據(jù)圖3可以直觀發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過混合擴頻處理后，信號的頻譜得到了擴展。在信道加入噪聲的影響下，通過時域波形和誤碼率計算器的輸出可以得到通信系統(tǒng)抗干擾能力得到提升的結(jié)論。

4? 結(jié)束語

通信抗干擾技術(shù)課程旨在培養(yǎng)軍校通信專業(yè)學(xué)員靈活運用通信抗干擾技術(shù)基礎(chǔ)知識的能力，具備思考、分析、解決問題的能力，能夠做到理論知識聯(lián)系實際應(yīng)用，為實現(xiàn)技術(shù)與指揮的融合打下基礎(chǔ)。通過課程實踐總結(jié)，課程教學(xué)以夯實基礎(chǔ)、循序漸進、深入剖析為原則，合理設(shè)置教學(xué)內(nèi)容，豐富實作手段，對教學(xué)過程中易產(chǎn)生誤區(qū)的知識點進行重點辨析研究，采用由簡單到復(fù)雜，由特殊到一般的步驟開展教學(xué)，為理論知識、工程應(yīng)用與軍事實踐的充分結(jié)合提供借鑒。

5? 參考文獻(xiàn)

[1] 王世練，庫錫樹，凌云翔.“抗干擾通信”一流課程建設(shè)的實踐與思考[J].大學(xué)教育，2014（12）：85-86.

[2] 姚富強.通信抗干擾工程與實踐[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2012：1-10.

[3] 暴宇，李新民.擴頻通信技術(shù)及應(yīng)用[M].2版.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011：152-160.

[4] 徐明遠(yuǎn)，邵玉斌.MATLAB仿真在現(xiàn)代通信中的應(yīng)用[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2011：143-150.