短波无线电抗干扰技术发展趋势研究

2022-11-24李希彬

电子元器件与信息技术 2022年6期

李希彬

中国电子科技集团公司第二十二研究所，山东青岛，266107

0 引言

随着国内现代电子工业信息科学技术的不断提高和发展，我国短波无线射频通信设备产业也在不断完善，但仍需要积极发展短波无线电抗干扰技术，提高通信技术的质量性能和安全性。各种新电子技术器件的迅速出现和广泛应用，极大的地提高了电子通信技术设备的短波无线电抗干扰能力，随着微电子时代高新技术的高速发展，短波无线电抗干扰技术未来将会有越来越丰富、广泛、灵活的通信应用方式，同时也将推动其发展，防止噪声对数字化网络和现代通信技术发展的直接干扰。然而，我国在短波无线电抗干扰技术方面仍有许多具体问题有待解决。

对于短波通信，发射的无线电波被电离层反射后到达接收设备，进行长距离通信。但电离层受季节、昼夜、太阳黑子周期、环境等多种因素影响较大，造成了短波无线通信链路的不稳定。随着国内社会经济水平和国外现代先进科学技术的进一步飞速发展，特别是数字扩频、差错控制、数字信号分析处理、自适应技术、突发脉冲传输等新技术和高性能微处理器及集成通信电路技术等的相继引入，短波无线通信业务的发展应用速度亦日益加快，并得到了很大的改善。

1 短波通信的历史和特点

1.1 发展历程

回顾历史，短波通信技术的发展是螺旋式的。1895年，马可尼首先提出了无线通信的概念，并在该领域取得了成功。在上世纪六十年代，短波通信技术的发展受到了限制，但到了八十年代后，短波通信再次受到相关行业的关注并取得了良好的发展。

1.2 短波通信的特点

短波通信的优势在于发生自然灾害或战争时具有很强的抗破坏能力，即容易恢复，损坏后具有极好的灵活性。它的缺点在于短波通信的整体通信容量较小，整体信号传输不够稳定[1]。

2 短波通信干扰的具体因素

具体来说，短波无线通信和信号的传输线路中可能存在的干扰影响因素主要体现在以下几个方面。

2.1 大气干扰

大气干扰是一种最常见的干扰形式。在正常使用的情况下，大气系统中产生的干扰放电主要是定向型的，主要分布在高维波段区域。但其具体发射方向有时也可随着季节交替和昼夜变换而变化，而对于短波通信，可能会出现信号失真。

2.2 人为干扰

这一干扰问题主要包括单基频和多频道干扰，以及全频段干扰和部分频段上的干扰。近年来，相关无线系统遭受的各类严重违法问题或重大犯罪等干扰案件已变得越来越严重、越来越多样化。因此，用于无线电短波数据传送及通信业务领域传输的各种无线或射频无线信号网络及其无线传输专用信道系统也正随之遭受上述人为无线电信号干扰事件带来的影响。基于此，需要进一步给予重视，以加大我们对造成上述一系列严重信号干扰事件的全面关注[2]。

3 短波通信抗干扰技术基本要求

事实上，短波无线通信已是我国远距离无线通信发展的一个主要通信技术手段，结合软件等许多现代无线电技术产品和实际工程应用相继出现，可以显著看出其在使用效率方面获得了技术飞跃。但目前受各地气候、季节交替等各种因素相互作用的影响，短波无线电通信设备的相对稳定性都比较的差，电磁波传播受到一定程度的干扰，对传输系统内部的抗干扰防电磁波干扰能力提出了一系列更高层次的具体要求。例如，制定内部抗短波干扰补偿机制，并采取多种有效补偿措施可提高系统信号的传输处理效率，这有效提高了通信系统内部的设备兼容性。对此进行结构优化，有助于系统提高短波无线通信的抗干扰性[3]。

由于短波通信技术中的技术特殊性，信号及其传输处理过程都会或多或少地受到外界电磁信号变化和某些外界环境因素变动的影响，因此需要研究提高短波无线电传输设备中的通信抗干扰保障功能。结合工程实际进行分析，对此电路的功能要求主要包括：（1）进行高速的数据传输调制和抗干扰系统功能优化设计，能够实现在各种特殊的干扰环境下高速数据同步传输；（2）实现多径同步抗干扰和跟踪同步干扰的高速频率调制技术；（3）通过宽带跳分频技术以实现数据传输抗阻塞技术和传输抗干扰技术功能上的全面提升。

4 干扰源种类

4.1 同频干扰

同频干扰是短波无线电移动通信技术中主要信号干扰源之一，也常称为同频干扰，因为目前在短波无线电移动通信过程中，许多移动无线短波电台仍经常需要使用频率相同的多个工作频段以进行同步信号同步传输。属于同一工作频段接收的两个信号属于在同一信号频段，当多个工作信号频段在通信传输信号过程中不可或避免地会由于彼此相互产生干扰信号而影响进入接收机，当载波频率质量差异、相位和调制频偏不能进行有效的调整时，同频干扰就会发生[4]。

4.2 互调干扰

互调干扰也是短波无线通信技术中的一个重要干扰源，主要来源是传输通道的非线性分量。非线性分量在不同的通道上接收到一个信号，导致出现不同的频率组合。

4.3 邻道干扰

邻道干扰是指超短频无线通信中邻道间的干扰问题，目前我国无线通信广泛使用的信道间隔为25kHz，调频信号频谱较宽，很容易陷入信道并引起邻信道干扰。

4.4 干扰阻断

所谓干扰阻断是指短波无线通信技术中由于发射系统的带外发射过高，信号接收器靠近大功率发射站而产生的干扰。大功率发射机对信号接收机造成一定的信号干扰，降低了信号接收质量。

5 短波无线电抗干扰技术发展趋势

随着现代国内外无线电科学技术的持续飞速向前发展，短波无线电抗干扰技术也已得到了大幅度的综合优化和技术创新。种类越来越多的短波无线电抗干扰技术正在被研究人员迅速开发出来并得以广泛地应用，全面实现其网络化、数字化、低阻塞等特性，在其开发研究过程中充分体现出软件特性、通用化特性、智能化特性，形成全面融合。现阶段广泛使用的短波无线通信技术的网络容量密度更大，传输网速度更快，抗干扰功能大大提高。第三代短波通信系统也已在全世界范围内投入实施，短波的应用将更加广泛。

5.1 短波终端技术向自适应调制解调技术发展

由于采用短波无线电为主要通信手段发送的电波信息频段较窄，在保证有效传输和通信质量的同时，很容易被其他电磁波信号干扰或截获。因此，可以首先采用短波高速载波调频接收技术以改变短波原有信号的发射信号频率，依靠对载波接收频率信号的干扰来暂时防止来自短波无线电干扰源的干扰。短波调频干扰技术目前已广泛地应用于各类高速无线电网络通信，且高频传输短波信号通常不易直接受到外界电磁波的干扰，因此随着工业社会技术水平的持续不断向前发展，高速波调频短波干扰传输技术对信号频率精度的性能要求也会越来越高。在中国未来的国防通信产业发展道路中，短波技术必将具有极其广阔深远的商业应用前景。

5.2 空闲信道扫描技术

该新技术的主要应用及原理特点是随机扫描所有发射频段，选择出其执行各种通信传输任务必需的最佳工作频段，且避开在信号的传输系统中易受电磁波干扰的干扰频段。在电台以调频这种无线电方式重复发送每个载波信号脉冲的过程中，其也必须定期进行频率自适应与频率搜索，在其所有发送频段范围中随机选择几个最佳通信频段来尽可能保证信号的正常通信。为了达到更有效可靠的无线抗干扰效果，技术人员将无线空闲信道扫描调制技术与上述高速无线调频微波技术相结合，大大增强了无线电通信技术的抗干扰功能，能够应对各种干扰环境作用下复杂的高速无线电微波通信与传输，提高了信号质量。

5.3 软件无线电技术

目前的无线通信系统存在很多问题，主要原因是现有的无线通信是为特定目的而设计的使用不同频率信道、不同协议的无线通信设备，兼容性不好。此外，使用无线电频率的人越来越多,无线电频段越来越拥挤，相邻信道越来越拥挤。软件无线电技术。这一技术手段主要是基于可编码的器件，利用数字信号处理技术方法在同一个平台上采用多元化的方式来确保通信质量。软件无线电技术应用实践中.很多的通信功能是基于软件面实现的，其从根本上打破了传统的设备通信功能，只是简单地依赖硬件而广泛战用在风用无线移动通信系统之中例。

5.4 跳频/直扩混合系统扩频技术

当今使用的两种主要扩频通信技术是跳频和直接序列扩频。直接扩频技术利用高码率将伪随机码在发送端快速直接扩频，然后在接收端以同样的方式解扩，将扩展后的信号恢复到原来的状态。在抗干扰方面，直接扩频技术通过扩展来达到抗干扰的目的，但如果超出抗干扰的设定范围，可能会对通信终端造成极其严重的劣化。跳频方式采用回避形式来防止干扰，所以即使用跳频方式遇到很强的固定频率干扰，也通常不会产生很严重的干扰影响。面对以上各种频率干扰，直扩频系统并不受其影响，并且系统可以有效地利用这些频率干扰带来的干扰力量来迅速提升自身的能力。而当直接跳频的系统再次面临上述各种频率的干扰信号时，它通常已经能在以上各种频率的干扰信号即将到达之前立即切换到接收系统接收下一个信号。在实际生产使用技术中，直接扩频技术和间接跳频技术都具有各自的优势，也存在一定的使用局限性，因此就必须学会将以上两种新技术加以结合使用[5]。

5.5 短波自适应数字通信技术

（1）专用选频和通信系统建立。目前常用的自适应选频与信道建立技术都是与通信结合在一起的，这种方法的缺点是选频质量大大低于专用选频系统的频率质量。为了确保频率质量、提高短波通信质量，应该将专用选频系统和自适应通信系统结合在一起。

（2）传输速率技术。短波通信选定工作频率后，必须采用传输速率自适应技术，才可能随时获得信道上的最大数据吞吐量。在允许的误码率范围内应尽可能选择高的数据传输率，且为便于确保通信质量，系统所采用的编码和调制方法应与信道条件相关联。当信道传播性良好的时候选择较高传输速率发送信息，反之则选择降低传输速率。

5.6 短波抗干扰技术体制正逐步实现由窄带低速数据通信技术向宽带高速数据通信技术发展

针对短波通信存在的保密（或隐蔽）性不强、抗干扰能力差的弱点，以及电磁环境的特点和规律，为了提高短波通信的抗干扰能力，发展了短波通信电子防御技术[3]。这类技术以短波扩频（扩展频谱）通信技术为主体，包括短波跳频和自适应跳频技术、短波直接序列扩频技术等。绝大多数传统的短波跳频电台都是传输模拟话音的模拟跳频电台，此类短波跳频电台在技术上存在话音质量差、通信距离短、跳速低（通常为几十跳）等问题，而且几乎都是窄带跳频。为提高抗干扰能力，一方面必须提高跳频速率；另一方面可以增加信号带宽，使干扰信号淹没于噪声之中。通常采取纠错、交织、加密等措施，但与此同时，又会使信息的有效传输速率降低。为了提高信息的有效传输速率，也必须增加频率和信道带宽，也就是说高速、宽带已成为短波通信增强抗干扰能力的焦点。如美国近年来研制的短波跳频电台，其跳速已达5000跳/秒以上（跳频带宽2MHz、信息传输速率19.2kb/s）。