短波通信抗干扰技术综述∗

潘利兵 刘卓耀 王超轮

（中国船舶重工集团公司第七二二研究所 武汉 430203）

1 引言

短波信道存在衰减、衰落、多径时延和多普勒频移等现象，传输特性不理想，存在强烈的干扰，严重影响信息传输的有效性和可靠性［1］。为了能够在短波信道上有效可靠的传输信号，人们采用了很多措施改善信道本身的时变色散特性和抗干扰性能，提高信号传输质量。在这些措施中，除了在所有无线通信中都可使用的一般措施，如加大发射功率、提高天线的方向性和均衡等，在短波天波通信中，针对短波天波信道的时变色散特性，采用高频自适应技术、抗衰落和抗干扰性能良好的调制解调技术以及短波线路压扩技术。

上述这些措施主要都是对短波信道的自然条件而设的，尽管具有一定的抗干扰能力，但在军事通信环境下并不能有效对抗人为干扰。为了对抗军事通信中的人为干扰。目前，短波抗干扰通信可以从时域、频域、空域、功率域、速度域甚至变换域等多个方面出发，实现多维空间的抗干扰。具体措施主要采用了扩频、跳频、混合扩频技术等。同时还有非扩频类的抗干扰技术，如自适应调零天线技术、猝发通信技术、高增益的信道编解码技术以及分集技术等。

2 短波通信抗干扰技术

短波抗干扰通信分为被动式与主动式，被动式是通过降低我方通信信号的被截获概率，或者使对手难以估计我方通信系统的重要参数（频段、带宽和调制方式等）；还可通过增强军事无线通信系统对干扰信号的耐受力来提高潜在对手的干扰成本；主动式是对干扰信号在时域、频域和空域上的分布进行估计，然后利用信号处理手段实现自适应干扰抑制或干扰分离。下面将介绍目前在短波通信中使用的几种主要抗干扰技术。

2.1 短波直扩通信技术

按一定规律，将信号频谱大幅度展宽，分散能量，直至分散谱线的功率淹没在噪声之中，指定接收方只有按一定规律同步才能把分散能量集中起来，达到通信目的的通信方式即为直扩通信技术。其简单的原理［2］结构图如图1所示。

图1 直扩通信原理结构图

信源发出的信息与本地PN码进行模2加，产生一速率与PN码速率相同的扩频序列，然后再用扩频序列去调制载波，得到已扩频调制的射频信号，该信号经信道到达接收端，接收端用与发端同步的PN码对扩频调制的信号进行解扩，继而进行解调，经信道译码得到信息。对于干扰信号和噪声而言，由于与PN码不相关，在相关解扩的作用下，相当于进行了一次扩频，干扰信号的谱密度被降低，因而提高了信干比，从而提高了系统的抗干扰能力。

直扩通信技术具有信号隐蔽、抗干扰和抗多径等特性，能提供相对较为准确的时间，从而可以进行测距和定位。在通信有效性要求不是特别高，如每秒只有几个比特甚至更低速率（如短波极慢速抗干扰通信），但对可靠性要求极高的场合采用直扩技术能获得较大的处理增益，是实现短波最低限度应急保障通信的一种有效手段。但是由于该技术的实现需要较宽且传输特性较好的频带，而短波信道带宽窄、频谱拥挤，限制了直扩技术在短波信道上的应用，一般可采取短波带内扩频（扩频后带宽仍为3KHz左右），它是以牺牲通信的有效性换取通信的高可靠性，另外还有带外扩频，如美国SICOM公司研制的宽带直接序列扩频短波收发信机［3］，其数据速率高达57.6kbps，带宽高为1.5MHz。

2.2 跳频扩频通信技术

跳频通信是扩频通信的一个分支，它的突出优点是抗干扰性强，因而很适用于军事领域。当20世纪70年代末第一部跳频电台问世以后，就预示着其发展势头锐不可当。系统的工作频率在不停地跳变，在每个频点上驻留时间仅为毫秒甚至微秒级（如美军的短波CHESS系统），因此在一个相对的时间段内，就可以看作在一个宽的频带内分布了传输信号。其实现方法是载频信号以一定的速度和顺序，在多个频率点上跳变传递，接收端以相应的速度和顺序接收并解调。这个预先设定的频率跳变的序列就是PN码。在PN码的控制下，收发双方按照设定的序列在不同的频点上进行通信。跳频通信系统的原理［4］框图如图2所示。

图2 跳频通信系统的原理框图

实现跳频通信，关键是通信双方的工作频率要“同频谐变”，严格同步。跳频的速度越快，跳变的频带越宽，侦察干扰就越困难。按其跳频速率可以将其分为慢跳频和快跳频。

跳频与直扩技术的简单比较如表1所示。

表1 跳频与直扩技术比较

由于中低跳频难以实现高速数据传输，可靠性也难以保证，而高速跳频虽然具有很强的抗跟踪干扰能力，但跳速提高受诸如用户信息速率、频率合成器换频时间、信道切换时间等因素的制约，因此短波自适应跳频技术又成为新宠。

传统意义上的自适应主要是指频率自适应，是以实时信道估值为基础，采用自动链路建立和链路质量分析技术，因此也称之为实时选频技术［5］。它通过分析波段上的频率占用率，自动搜索无干扰或未被占用的跳频信道进行跳频，不仅避免了自然干扰，也不会受到短波频谱大量占用的影响。它会根据需要自动地改变跳频序列，有效地适应恶劣环境。以色列Yadiran通信公司的HF-6000自适应HF/SSB跳频电台，可在全频段自适应跳频，其跳速在15～20跳/秒范围可变。具有自适应射频功率输出，自动化信道频率选择，机内自动建立链路等功能。在未来信息时代，网络数据通信将成为主要的通信方式，但是单一的频率自适应还无法满足网络数据通信的要求，由于短波通信中各种新技术的出现，特别是分组交换和各种自适应短波通信技术的发展，为短波数据网的发展打下了基础，频率自适应技术可与其他自适应功能综合构成全自适应短波通信系统。未来短波通信的需求促进了短波自适应通信系统正在向全自适应技术的方向发展。

2.3 其他抗干扰技术

1）各种抗干扰技术结合的抗干扰技术

将各种抗干扰技术结合在一起有利于扬长避短，充分发挥各种抗干扰技术的优点而尽可能地规避其缺点，具有更优越的抗干扰性能。常用的有将MDS（多进制直扩）与FH相结合抗干扰技术、FCS（空闲信道扫描）与FH相结合抗干扰方式等。MDS具有窄带直扩功能，该技术通过多进制处理，使直扩保留抗干扰容限，同时占用窄带的频谱。因此，更有利于在短波频段应用。FCS方式能对抗局部阻塞干扰，用FH方式来对抗跟踪干扰，二者结合各取所长，具有综合抗干扰能力。

2）猝发通信技术

猝发通信技术是一种有效的抗侦察、抗干扰技术，与扩频技术相比，其主要特性表现在时域和速度域方面。它的工作方式是先将信息存储起来，然后在某一瞬间以正常速度的10～100倍或更高速率猝发。因此，猝发信号具有随机性和短暂性，能较好地避开敌方截获、侧向和干扰等威胁。比如流星余迹通信就是一种猝发通信抗干扰技术。目前，这种技术已有很好的产品投入使用，如Racal公司的6248型数据终端，采用猝发传输，具有强纠错能力、高保密性，且大大缩短了传输时间。美国Harris公司的RF-7100、以色列Tadiran公司的HF-2000电台等都配有猝发通信模块或装置。随着新技术的不断涌现，抗干扰技术也必会向更高的方向发展，更好地适应作战要求。

3）自适应天线技术

自适应调零天线技术是空域干扰抑制技术的核心技术，它实际上是一种自适应空间滤波器，由于它具有对不同方向信号的选择接收的能力，因而具有很强的抗干扰能力，可同时抑制来自不同方向的多个干扰，处理增益可达几十分贝。

干扰以不同的空间方向到达接收天线，采用自适应天线可以调整其各个单元上的振幅和相位分布，使波瓣在这些干扰方向上形成零点，从而减小或避免干扰信号的影响，如果干扰源在空间不断运动，自适应天线则可以相应改变波瓣零点的位置，继续对干扰信号进行抑制。如果是宽带的干扰信号，自适应天线还可以在对应的方向处，形成较宽角度的凹口，以对抗宽频带干扰，自适应天线对干扰信号实现了“空域滤波”功能。但是自适应调零天线无法抑制来自与信号同方向的干扰，因此，自适应干扰抑制滤波器随之出现，利用输入接收机的信号在时域或变换域上分布性的差别，对接收信号进行处理。

4）交织编码和交错编码技术

采用数字技术和纠错编码技术在一定程度上可提高抗干扰性能。纠错编码能纠正因受干扰而产生的随机错误，交织编码能对抗衰落和干扰引起的突发错误，一般说交织的作用是打散突发错误，使之变为随机错误，然后再通过纠错编码纠正这些随机错误。因此许多设备都有纠错编码功能，特别是跳频系统，如法国的PR4G系列电台，TRC-930VHF电台等。

5）分集技术

分集技术包括两方面的内容：分离技术（时间、频率、空间、极化分集等）、合并技术［6］（等增益合并、选择合并、最大信噪比合并等）。通过分离与合并，提高接收端的信噪比，从而获得分集增益。分集技术在对抗多径传输引起的包络衰落和时延方面，其作用十分明显。美、俄等国的散射通信设备中都采用了分集技术，包括隐分集技术。

6）软件无线电技术

软件无线电就是利用现场可编程器件（FPGA，DSP等）和现代数字信号处理技术，在同一硬件平台上实现多种的编/解码、调制/解调方式，使得能够根据现场环境选择恰当的通信体制，为通信提供有效的保障，特别是随着微电子技术的发展，可控微波、短波器件的出现，为软件无线电技术的广泛应用提供了广阔的前景，同时也为通信抗干扰技术创造了新的天地。

7）Smart AGC干扰抑制技术

Smart AGC技术［7］是一种基于时域信号包络处理的新型干扰抑制技术，它和直接序列扩频系统（DSSS）配合使用，可以有效提高系统的干扰容限。因此，DSSS与Smart AGC的结合技术在军用通信抗干扰技术中得到充分的应用，Smart AGC是一种射频抗干扰技术，能够以较小代价获得较强的抗干扰性能，其主要思想是根据强干扰信号与直扩信号包络特性的不同特点，通过自适应包络变换达到抑制强干扰的目的。

3 结语

信息化战是现代战争的高技术较量，而通信又已成为现代战争中军队的神经网络。获取战场态势、情报以及指挥控制命令的下达都离不开通信系统。通信电子武器已成为数字化战场中电子兵器的重要组成部分，利用具有迅速、保密、不间断和抗干扰的指挥通信对分散部署的部队进行调遣，采取快速机动的作战行动是取得战争胜利的重要保证。针对未来信息化战中通信对抗的特点，研究各种用于军事通信的抗干扰技术，加快通信对抗装备的研发与应用，尤其是短波通信的抗干扰技术，为未来战争中控制战场的制电磁权打下坚实的基础，具有极其重要的意义。

［1］张尔扬.短波通信技术［M］.北京：国防工业出版社，2001.

［2］田日才.扩频通信（第2版）［M］.北京：清华大学出版社，2014.

［3］张邦宁，魏安全，郭道省.通信抗干扰技术［M］.北京：机械工业出版社，2006.

［4］梅文华.跳频通信［M］.北京：国防工业出版社，2005.

［5］胡中豫.现代短波通信［M］.北京：国防工业出版社，2003.

［6］沈琪琪，朱德生.短波通信［M］.北京：电子工业出版社，1989.

［7］赖平，陆锐敏，沈俊，等.一种改进的Smart AGC扩频干扰抑制技术［J］.通信技术，2013，46（12）：1-4.