抗干扰技术在短波通信中的应用

陈凌 南海航海保障中心广州通信中心

1.引言

短波通信的基本原理是通过天线发射电磁波，经电离层的反射，到达接收设备。传输过程中，受昼夜、季节、气候等客观因素影响，电离层的高度和密度也会受到不同程度的干扰，特别作为地处华南地区的广东省，是台风、雷电等恶劣自然气候发生相对频繁的地区。广州通信中心作为规模最大、功能最齐全的海岸电台，一直致力于提升南海区域通信保障工作的质量。其中，通过防干扰技术的日常应用和维护提升通信质量，成为例行常态工作的重要环节。因此，必须掌握各种通信干扰问题与抗干扰技术的新型应用。

2.常见通信干扰

常见干扰可以简单归纳分为内部干扰和外部干扰。

2.1 外部干扰

（1）天电干扰：也即大气噪声，是由于大自然界发生的雷电等活动导致产生的电磁辐射，干扰程度与雷电中心的距离有关。虽然天电干扰对低频电磁波影响更大，但在广东等热带地区，也会对短波高频信号产生较大影响，其干扰程度随季节和昼夜的变化而有所不同，白天，电离层对于电波频率增加而吸收减小，短波的大气噪声会加大；晚上，因电离层的吸收一般较小，大气噪声电平几乎与频率无关。

（2）同频干扰：短波通信中同一频段可以在不同位置的发射天线中使用并进行传播信号，在站址设计要求没有达到理想情况下，当一个发射天线与另一个同频发射天线距离位置相对较近时，当另一个发射天线信号较强时，相同频率信号会在接收端的信号会叠加失真形成干扰。

（3）邻道干扰：相邻的电台相近的频道的信号之间的相互干扰，一般为频率规划原因引起。

（4）互调干扰：在无线信道中由于信号的非线性作用，两个以上的发射信号同时到达接收端时，干扰信号组合产生了不需要的组合频率，而这些组合频率恰好与真实信号频率相近或相等，从而造成互调干扰。

2.2 内部干扰

主要是通信系统设备本身的组成器件相互间产生的干扰（如合成器、功分器、耦合器、天馈干扰等）。

图2 跳频技术模型

3.抗干扰的重要性在香农定理中的分析

根据《通信的数学原理》论文提出的著名的香农定理:C=W＊log2（1+S/N)（bit/s)为通信技术研究提供了理论基础。

W为带宽(单位:Hz)

S/N 信噪比=信号的功率为S/信道上噪声功率为N

C 为信道的最大传输速率 (单位:bps)

从基础数学原理看，若要得到稳定的传输速率C，可以从两个方面进行提升。

（1）提升带宽W。在无线通信中，频率资源非常宝贵而且十分有限，想随意增加带宽资源是非常难的事情；

（2）提升信噪比S/N。在无线通信中，S/N是较难时时刻刻保证的。因此，需要通过采取一定编码或者调制技术进行纠错干扰噪声信号提升带宽W，以达到低效噪声带来的干扰影响。

4.抗干扰技术提升信息传输效能和质量的传统方法

提升信息传输质量，就是要提升信息抗干扰的能力，在信息传输的环节中，解决好信道干扰带来的信号衰减影响和提升信号发射端抗干扰的技术能力成为无线通信的关键因素。

通信信号传输模型如图1。

4.1 信道纠错防干扰：信道编码技术

利用数字信号处理技术，在原始信号中根据一定的规律，在原始信号中人为的增加比特位（监督码），接收端与发送端根据监督码的规律，发现和纠正差错。当信号在传输的过程中出现差错，可以通过编解码技术的纠错机制校正差错信号。这种通过牺牲信号带宽，克服信道中的噪声和干扰。常用技术如下：

（1）重传纠错技术。当发射端通过无线信道传输至接收端，接收端通过对检错码译码判断差错，如果信息出现差错，接收端将信息反馈发送端进行重传，直到译码准确为止。由于需要不停的反向反馈，此技术通信效率比较低，在早期电报、卫星通信中应用广泛。

（2）前向纠错技术。当发射端通过无线信道传输至接收端，接收端通过对检错码译码判断差错，当出现差错时，接收端译码实现自动纠错。常见的编码有Turbo码，LDPC码，Polar码等。

4.2 信号发射端抵御干扰：跳频技术

发射信号的频率不固定，信号发射方和接收方的频率按照预定规律进行变化，会随时发生变化，即使干扰信号频率进入部分有效信号频带，也能通过其它未被干扰的频点上进行信息传输，即使影响也是短暂的。广州通信中心也按照季节规律变化及“时间-频谱”来开展天线和频率的切换来解决抗信号的收发端的干扰问题。

跳频技术的基本模型如图2所示。

5.干扰问题在短波通信实际维护中的应用

5.1 外部干扰典型案例

问题现象:多个频率不相关的信号产生的干扰（互调干扰）不能被频率放大器抑制。

检查方法:（1）检查信号接收机是否有连接天线耦合器，如果有，将天线耦合器断开，直接将接收机与天线连接。若问题现象消失，说明天线耦合器互调问题。

（2）若问题现象未消失，检查和断开支线中的二极管避雷器，观察接收机的输出情况。若问题现象消失，说明避雷器出现问题，增加避雷器或者更换避雷器。

（3）若问题现象仍未消失，说明问题出现在接收机本身，可以考虑断开输入调谐电路，打开接收机的衰减器。

5.2 内部干扰典型案例

问题现象:无论接收机频率怎么调整，接收机仍然听到哗哗噪声。最大可能性为内部干扰源引起。

检查方法:（1）找出噪声源。逐步关闭其他设备的电源开关，如果当某设备电源关闭后，噪声消失，说明该电源设备是噪声源，可以尝试更换电源设备或供电系统。

（2）确定噪声路径。大多数情况下，使用宽铜线完全接地或使用线路过滤器限制频率噪声等方式解决。

6.总结

干扰与抗干扰是通信技术中不可避免的课题，如何降低干扰对通信质量的影响，需要不断提升抗干扰技术能力。随着信息学科的不断融合，跨界信息技术的融通正在逐步引领着技术创新的新方向，比如当前前沿的自适应跳频技术就是通过自适应技术与传统跳频技术相结合的新通信技术，能够自动分析信道干扰的实际变化情况，实时自适应的跳频，更加有效及时避免集中干扰的频点，进一步提升通信的可靠性和抗干扰能力。