信息化条件下短波通信抗干扰技术与应用

2021-12-31左浩

科学与信息化 2021年29期

左浩

南京熊猫汉达科技有限公司江苏南京 210000

引言

随着信息化技术不断出现，加强信息化建设的同时，在人们生活中广泛应用短波通信技术，为人们生活带来巨大便利。短波通信在实际应用中极易受到工业、大气噪音、人为因素以及电台等多种因素影响，因此需要在通信系统中应用抗干扰技术，提高通信系统抗干扰性能与通信质量。短波通信相比于长波通信具有明显优势，相关设备与设施使用较为方便，组网操作灵活，投入成本较低以及抵御能力强等特点，已经成为通信行业中广泛使用的技术。

1 短波抗干扰通信技术基本内容与特点

1.1 短波抗干扰通信技术基本内容

短波通信是一种将空间电离层作为传输媒介的无线电通信方式，相比于其他通信方式发射功率更小的同时，传输信号范围更广。短波通信技术的建设流程相较于其他类型通信方式更为简单便捷，由于符合军事活动的机动性特点，首先在军事活动上得到广泛应用。短波抗干扰通信技术具有无中继超远距离通信，无枢纽汇集电离层反射，抗干扰能力强，可以灵活运用多个种类终端设备，简单快捷重构空间组网等优势。短波通信过程中经常会受到各种因素影响，导致通信质量较差甚至无法正常开展。通常是由于电离层高度与深度出现不确定，导致不同深度信号电平衰落，多普勒平移以及多普勒展宽等多种波形变化因素导致的信号结束失真。并且由于短波通信具有开放空间性，频率传播扩散性以及传播介质不确定性等多种特点，进而造成短波通信干扰因素复杂多样。目前影响短波通信工作质量较差的因素有电台干扰、噪音干扰、产业干扰以及人为因素干扰等，在信息化条件下，对短波通信抗干扰技术发展应用提出了更高要求，通过各种针对性措施减少短波通信损耗[1]。

1.2 短波通信特点

短波通信优点，短波通信通常会利用天波与地波传输信息，因此相比于其他类型通信技术，短波通信技术应用设备体积较小，在实际应用中可以满足移动通信对通信设备设计与操作的需求。相较于其他通信方式，短波通信技术设备制作成本较低，维修方法更为简单，对于通信过程中的突发情况可以及时调整控制，使通信安全性与稳定性有所保障。应用短波通信技术，使短时间组网更为简单，避免通信系统受到外界因素影响，增加短波系统对外界环境与气候条件的抵抗能力，使短波通信技术的信息传输质量和运行可靠性有所保证。短波通信的缺点，随着信息化技术不断发展，在通信领域中已经广泛应用短波通信技术，短波技术相较于其他通信技术携带信息容量较少，通信使用频段范围较为狭窄，在通信过程中对外界环境具有较高要求，导致短波通信技术运行不稳定。

2 短波通信干扰因素

短波通信实际过程中非常容易受到各种因素影响，包括人为干扰因素，电台干扰因素，工业干扰因素以及大气噪音干扰因素等，人为干扰因素是影响短波通信的主要因素。人为干扰因素通常是指人为对短波通信进行干扰，具有具体原因。电台干扰因素是指相近工作频率的其他电台干扰，由于短波通信波段平带较为狭窄，使用用户较多，在短波通信技术的广泛应用，电台干扰因素已经成为影响短波通信的主要因素之一。工业干扰因素，短波通信工业干扰因素主要产生于电气设备，电力网以及点火装置中，工业干扰因素与区域内噪声源，供电系统具有密切联系，工业干扰因素短期具有较大变化程度，与区域位置具有密切联系。大气噪声干扰因素，大气噪声主要由天电干扰构成，是由大气放电所产生，并且大气噪声具有方向性，天电干扰在纬度较高区域是由远向近传播，方向性会随着昼夜与季节变化而变化。

3 短波通信抗干扰技术应用

短波通信抗干扰技术主要从时间、频率、功率、空间以及速度等多个方面着手，实现短波通信抗干扰。短波通信抗干扰技术分为扩展频谱技术与非扩展频谱技术两种，由于扩展频谱技术具有波形复杂，信号频谱宽，参数多样以及技术安全隐蔽的特点，已经成为信息化条件下短波通信抗干扰主流技术。扩展频谱技术包括直接序列扩频技术、跳频技术、跳时技术以及混合扩频技术等，非扩展频谱技术包括自适应天线技术、猝发通信技术、纠错交织编码技术以及分级技术等[2]。

3.1 扩展频谱抗干扰技术

3.1.1 直接序列扩频技术。直接序列扩频技术基本原理是通过高速为噪声码对通信发信端发送的信息码进行扩频调制，在进行射频调制，伪码带宽直接决定通信传输中信号带宽，并且伪码带宽远远大于原本信息带宽。在接收端应用中，对接收的射频信号先用本地载波进行混频，使用与发射端相同的伪码序列在中频进行解扩，将宽带信号还原至原本窄带信号，在对信号进行解调再生单元，将原本信息数据进行恢复。在声道噪声与热噪声下，通信信号可以在较低的功率谱下进行运行，使通信信号隐藏在噪声中，使通信信号难以被发现。直接序列扩频技术具有隐蔽性较高，截获概率较低，抗干扰性能强的优点，实行直接序列扩频技术可以实现码分多址体系。

3.1.2 跳频技术。跳频技术一般是指，在相同同步算法与伪随机跳频图案算法的控制下，通信双方射频在约定频率表内按照离散频率增量伪随机同步跳频。在跳变过程中，射频覆盖带宽会远远超出原本信息带宽，将频谱进一步扩展。在短波通信中应用跳频技术有利于增强抗干扰能力，目前在战术通信中已经得到广泛应用。

3.1.3 跳时技术。跳时技术主要是通信抗干扰技术在实践方面的应用，将发射信号在时间轴上不断跳变，在跳时技术中，时间轴可以分为大量时片，由扩频码序列来控制时间发射信号，应用于短波通信中抗干扰能力较差，几乎不单独使用[3]。

3.1.4 混合扩频技术。直接扩频技术与跳频技术的抗干扰原理存在差异，直扩抗干扰技术在抗强定频干扰方面应用主要是以直扩取得处理增益来达到目标，如果直扩抗干扰技术超过干扰容量的定频干扰时，会造成直扩系统性能下降与通信中断的情况。跳频系统在抗干扰中会采取躲避方法，强定频干扰只能对跳频系统中的个别频率进行干扰，不能严重影响系统运行。多径干扰不能对直扩系统造成干扰，甚至直扩系统还能利用干扰能量提高系统性能。跳频系统在抵抗多径干扰时，对跳频的驻留时间具有较高要求，在信号没有接收到时已经开始接收下一跳信号，对系统仪器极大程度依赖，并且在运行中存在极限跳速情况。俘获效应严重影响直扩系统，对跳频系统没有较大影响，直扩技术与跳频技术各具特色，各具优点，两者之间可以形成互补，推动混合扩频技术应用。混合扩频技术是指在直接序列扩展频谱技术的基础上增加载波频率跳变功能，混合扩频技术的基本工作原理还是建立在直接序列扩频基础上，同步系统还是以直接序列同步为基础。单一的扩展频谱系统在电磁环境异常或者恶劣情况下，对通信系统的抗干扰性能具有较高要求，采用混合扩展频谱系统可以有效满足恶劣电磁环境下通信要求，对设备技术要求较低。

3.2 非扩展频谱抗干扰技术

3.2.1 自适应天线技术。扩频通信抗干扰技术原理是扩展通信占用带宽，使信号射频发送功率降低的方式提高通信系统的抗干扰能力。非扩频通信抗干扰技术是在空间，时间以及编码空间等方面的抗干扰技术。通信系统在运行过程中会受到来自空间不同方向的干扰，应用自适应天线技术对各个单位上的相位分布与政府及时调整优化，使波伴在干扰方向上形成零点，将信号干扰影响降到最低。如果干扰源处于运动状态，在空间中不断运动，自适应天线技术可以对波瓣零点的位置优化调整，对干扰信号保持抑制状态。如果干扰信号为宽带，在相应方向，自适应天线可以形成宽角度，对宽频带干扰信号抑制，在通信系统应用自适应天线可以对干扰信号进行过滤，提高通信系统运行质量。

3.2.2 猝发通信技术。猝发通信技术是指将信号提前储存起来，在某一瞬间将信号以普通时间10倍至100倍甚至更高的速率猝发，在通信系统中应用猝发通信技术，首先可以采用较大脉冲功率对干扰信号进行抵抗，然后由于猝发通信技术发射时间的短暂与随机导致干扰概率与发现概率大大降低。

3.2.3 纠错编码与交织编码技术。在短波通信系统中应用纠错编码技术与交织编码技术一定程度上提高信号抗干扰性能。纠错编码可以对通信中受干扰而产生的随机错误进行纠正，交织编码主要应用于干扰与抗衰弱产生的突发错误纠正工作中，由于其成本较低，效果较好广泛应用于通信设备中。

3.2.4 软件无线电技术。一般情况下，软件无线电技术是在同一硬件平台上，通过现场可编程器件与数字信号处理技术进行编码，解码，调制以及解调的操作，技术人员可以根据通信情况与周围环境来选择合适的通信体制，提供可靠保障北通信系统运行。随着信息化技术与电子技术发展，大量短波设备与微波设备的出现促进软件无线电技术在通信系统中广泛应用，大大提高通信抗干扰性能。

3.2.5 分集技术。由于短波通信信道实际使用情况复杂，导致信道信号强弱不均，通常情况下会根据不同心的情况来组合多个信号，避免信道出现破损情况，将这种技术称为分集技术。在通信系统中应用分析技术可以对传输功率与带宽不进行任何改变的基础上提高信号质量，因此在噪声干扰较强或者信道情况较差的情况下采用分集技术。分集技术包括分离技术与合并技术两方面，在通信系统中应用分集技术，通过分离技术与合并技术使接收端信噪比大大提高，有效获得分级增益。在多径传输干扰对抗产生的包络衰弱应用分集技术具有明显效果，对通信系统抗干扰水平提高具有重要意义[4]。

3.2.6 差错控制技术。在通信系统中应用差错控制技术有利于纠正通信过程中突发错误，并进行优化调整，分析汇总，将通信错误尽可能减少，提高通信质量的基础上将信号干扰降到最低。差错控制技术在通信系统中应用时间较短，但是提高信号抗干扰能力较强，已经成为极其重要的抗干扰技术之一。差错控制技术的基本原理是通过前向纠错技术及时纠正通信中的错误。差错控制技术应用于短波通信中可以有效保证短波通信的时效性与通信质量，将干扰降到最低。