短波通信抗干扰技术研究

李林峰，赵勇

（西安烽火电子科技有限责任公司，陕西西安，710114）

0 引言

短波通信为其造价低、建设周期短且操作方便等优点，是目前所有远距离通讯手段中最常用的一种。一般情况借助电离层的反射来传播数据[1,2]。但由于在传播过程中干扰因素较多，数据传播过程中不可避免地受到信道衰落的影响，在一定程度上会导致数据性能的损失，甚至有可能直接影响到数据的安全和质量[3]。因此，广大研究者关注于提高短波通信的抗干扰性能以确保数据传播稳定性和可靠性。目前已明确短波通信过程中的干扰类型及信号衰落方式，抗干扰技术也层出不穷，跳频、分集、差错以及扩频等抗干扰技术手段在我国短波通信领域已得到大规模的应用，并取得了良好的成效[4,5]。随着信息化技术手段的进步和干扰因素的增多，以往的抗干扰措施或多或少存在一定的缺陷。本文基于分集技术，研究了分集接收技术的抗干扰原理，并制定了其分集接收处理方案，对短波通信抗干扰技术领域的进步提供借鉴意义。

1 分集通信技术

短波通信的过程中，一般通过发射端发射数字信号，在接收端通过调制解调信号来获得信息。在短波多载波分集通信过程中，一般在发射端会同时发射多组信息内容相同信号样本，在接收端利用分集合并技术来接收信号，用这种方法来降低信号信道衰落的概率，以此来达到短波通信抗干扰的效果，提高通信过程中的安全可靠性[6,7]。

采用合并技术来了解决信道衰落的问题，在上世纪九十年代已经被广大研究者所关注。不同合并技术采用的算法也有所差异，如最大比合并算法、等增益算法、门限切换算法等，各有优缺点。但以上这种算法，由于技术手段的限制，在实现方面存在较大的困难，导致通信系统的性能改善效果并不是很好。有研究者认为，可通过减少传输线路的支路数量，即在一定程度降低通信质量的情况下来提高合并信号的稳定性。因此可知，在短波多载波合并过程中的合并技术至关重要，一方面分集信号的强弱与合并技术息息相关，另一方面也直接决定了信道衰落数据合并后解调的难易程度，在分集合并技术中有着承上启下的作用。

2 分集接收处理方案

相对于单载波信号处理，短波多载波信号处理的过程更加复杂，且信道情况的设定更加困难。在短波多载波分集接收处理技术中，应考虑分集接收处理方案的稳定性和有效性，可靠的方案能避免绝大多数的不必要的干扰，可以更有效的来接收信号处理后的短波数据。因此，本文依据分集接收处理的原理，确定其功能方案实现的步骤，以此确定其技术路线，技术路线如图1所示。

图1 分集接收处理方案技术路线

在分集合并接收技术中，一般可通过三个步骤来完成信号的处理。首先，单路解调。解调的含义是从信号发射源发出的多载波信号的多组数据中，通过在数据源中寻找并获得有效信号，通过对其处理解调来获得我们所需要可进行合并的数据。第二步为多信号合并。在信号合并的过程中，是对同源同数据信息的信号来进行合并，以达到增强信号的目的。第三步为合并信号重构。顾名思义是对合并增强后的信号来进行信号的重构，是为了接收端的设备更方便快捷且有效的接收数据。

此三个步骤，可以从三个方面来进行数据的传播和增强，以防止信道衰落对信号传递的干扰。首先，由于多载波在传播途径中有多组同源信号同时传播，需要对多组信号进行分别解调，以获取所需衰落后的数据，此步骤可以获得更加准确的数据源。第二步，通过合并信号对各组衰老后的数据进行合并增强，实现信号的稳定和可靠，在一定程度上可以提高信号的质量和数据的安全。第三步是为了信号的接收做准备，通过合并信号的重构以获得可进行对接的信息。

2.1 单路解调

单路解调技术是在短波多载波分集合并通信技术中的第一步骤且至关重要，是实现合并接收信号稳定的基础。如果对同源不同组的相同信号进行单路解调以获得可进行合并处理的信号，通过对每条支路的信号进行单路解调可获得完整的且准确的调整数据，可作为合并的数据基础，为后续信号合并提供可靠的数据。单路解调技术在分解、合并、抗干扰技术中，是相对比较复杂的一部，主要包括六个步骤。步骤流程图如图2所示。

图2 单路解调流程

2.2 多路合并技术

在分集接收技术的第二个阶段是多路合并。多路合并的概念就是将第一阶段单路解调处理的每一组数据进行合并以增强其信号强度，以达到抗衰落的效果。多路合并的优点是操作简单、容易实现且信号增强效果明显、处理速率高等，但是依然具有一些需要处理的步骤，其步骤操作流程图如图3所示。

图3 多路合并操作流程

第一步，时间戳计算。由于在信道衰弱的过程中，分散在各支路中的信号会被不同程度的噪音所覆盖。通常情况下，

第一步，预处理。通过对各路信号数据段的预处理，以获得各路的基础数据。

第二步，目标信号的检测。多路数据在传播过程中受到信道衰弱的影响，静默期数据的存在对目标信号的处理有着一定的影响，或者同频率的信号被接收也会对目标信号的接收造成干扰，此类数据不会影响目标信号合并后的强弱，但会对接收识别造成干扰，影响信号处理的效率。

第三步，将捕捉到的同类型目标信号进行同步处理。确定目标信号频率，并将信号频率偏差降到最低，对下一步的合并工作奠定基础。

第四步，帧处理。帧处理是为了后续的合并、重构做准备。通过这一步骤，可以确定最真实有用的解调数据信息。

第五步，信号软解调。在以往的解调工作中，一般采用硬解调的方案，但硬解调的缺点明显，即信号数据在信道中的实际情况无法被准确还原，容易对信号的处理解调造成困难。软件调的优点在于可以将数据真实有效的还原，降低误码率。

第六步，失步搜寻。失步搜寻是通过与信号同步概念一样的失步来为信息数据无误提取做准备。采用相对突发编号来进行统一合并，但具有较大的偏差。本方法通过对时间戳进行计算，采用绝对时间戳来统一合并以降低偏差。

第二步，分集选取。在上一步骤利用绝对时间戳来进行统一合并可达到更高精度的信号同步对齐，降低了对不同突发帧对齐而造成的误差风险，从而造成信号传输错误。

第三步，分集合并。因为不同支路在传递衰落信号时，信号强度、信号质量均存在一定的偏差。选取质量好的信号合并，可以更好地完成信号的传输。因此，通过分集合并确定加权指标，通过对信号质量分配权值相加，以达到信号合并增强的效果

在分集合并结束之后，衰落信号基本已达成了增强的效果，但是由于在接收端接收处理需要与其他设备接收，因此需要对增强后的信号数据进行调制解调，故需要第三个阶段来进行合并信号后的重构调制。

2.3 合并信号重构

对合并后的信号进行重构，一般分为两个步骤，第一步为前导重构，第二部为非前导重构。通过上一阶段多路合并后的信号信噪比得到了极大的提高，因此，对噪声降低和还原提出了更高的要求。在信号合并和数据提取的过程中，可以得到每一个信道的调制符号，但噪声分量无法较好恢复的问题依然很严峻。所以在本节中对噪声重构是重中之重，合并信号重构的基本路线如图4所示。

图4 信号重构流程

第一步，前导重构。在信号合并的过程中，对前导导频序列也进行了多路合并，差分还原可以有效的对前导序列进行重构，获得有用的调制数据。

第二步，数据重构。因为前导导频的调制方案和非前导信号数据的合并方式并不相同，因此，对于非前导的信号数据应单独进行重构以提高数据有效性。

第三步，噪声重构。噪声重构是信号重构的极为重要的步骤，应对多载波上的各子载波信号分别进行重构，通过对噪声的重构，可以获得更真实有效且可靠的数据信号。

第四步，突发还原。通过对各突发帧的数据重构之后，依据绝对时间戳进行数据合并，以获得最原始的数据信号，更有利于接收设备的处理。

3 合并技术研究

3.1 等增益合并技术

等增益合并技术中的各分集支路在加权计算中的系数均选择为1。同时，在信号接收过程中需要对信号进行矫正，以保证信号在进行等增益合并时可同相位相加。等增益合并技术在信号合并过程中，仅是对各条信道支路的信号进行幅度叠加，以达到提高信噪比的效果。在合并的过程中，并没有对信号的幅度信息进行区分，因此在通常情况下，等增益合并技术的合并效果并不理想。但如果仅考虑接收信号的信噪比时，等增益合并可达到信噪比最大的效果。其最大优点在于合并过程对设备的要求较低，同时在算法方面也比较简单，更容易实现。

3.2 最大合并技术

最大比合并技术，在信号合并的过程中，通常会对各信道的信号幅度进行检测。通过对每条支路的信号检测结果分配加权系数，系数的选择依据各支路信号信噪比，因此在合并后的信号信噪比可以达到最大化。最大比合并技术主要的技术难点在于对各条线路的信号进行线性分析，通过对各条支路信号进行信息还原，以信噪比为权值分配依据，以此来计算出效果最好的合并信号，其编码过程相对复杂，且对接收设备有一定的要求。

3.3 混合合并技术

混合和平技术是对以上述合并技术的一个总结，是集合上述两者的优点从而形成的混合合并技术。以上两种合并技术在合并的过程中或多或少存在一定的缺点，导致合并出的信号效果并不理想。等增益和平技术，由于对信道的信号数据并不作处理，导致对信号幅度的利用率较低，虽然技术比较简单，但是效果较差。最大比合并技术虽然利用了信道信号的强度分别加权系数来达到提高信噪比的效果，虽然可以得到较好的性能，但是由于技术复杂度较高，导致合并的效率相对较低。混合合并技术则是在所有的信道中选择一部分信号强度较好的支路进行合并，忽略部分信号较弱的支路。这些支路会极大的降低合并效率，且对整体合并效果影响不大。排除掉这些贡献小的支路后，可极大地降低合并过程的复杂度，同时对合并后地信号效果几乎不会造成影响。因此可以说混合合并方式在目前合并技术中效果最好，且复杂度较低。

4 结论

通过对分集接收技术原理的研究。确定了分集接收技术在短波多载波通信过程的优越性。提出了三个步骤来进行分集合并接收技术的实现，借助单路解调来获取各支路准确的信号，通过分集合并技术来增强解调后的信号，最后进行信号重构来实现合并信号的接收。可最大程度的降低信道衰弱对短波多载波的影响，提高信噪比，提升短波多载波通信可靠性。最后提出混合合并技术，此技术合并效率较高且容易实现，为多载波短波合并指明了技术方案。