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无线通信抗干扰技术及趋势

【摘要】本文主要研究了在时域、频域、空域范围内的几种典型的抗干扰技术,介绍了抗干扰的新技术并对其发展趋势进行了探讨。

【关键词】无线通信;抗干扰

一、引言

无线通信技术的应用越来越广泛,随之而来的是干扰也越来越严重,这是因为无线通信信道是开放的,在特定的空间范围内,所有的无线设备均可以使用无线信道发射无线电信号,从而产生频率上、空间上、时间上、功率上的冲突,进而产生相互间的干扰。干扰的类型又分为无意干扰和恶意干扰,其中的恶意干扰对通信可靠性、安全性又构成了很大的威胁,因此,研究抗干扰技术对于安全可靠的无线电通信具有十分重要的意义。

二、现有无线通信抗干扰技术

随着科学技术的迅猛发展,无线通信技术的应用范围也不断扩大,因此开放空间的电磁环境日趋复杂,迫使无线通信抗干扰技术也要持续地发展。无线通信抗干扰技术大致可以分为时域、频域和空域抗干扰。2.1时域无线通信抗干扰。无线通信信号在时间范畴上不再遵循原有的先后顺序,而是发生特定的变化,形成了时域范围内的抗干扰技术。主要包括有跳时通信、猝发通信、交织纠错编码等抗干扰技术。跳时通信就是将时间轴分成许多个简短的时间片段,再用扩频码对发射信号时片进行控制,利用码序完成时移键控。在信息进行传输的过程中,控制信号在分好的时间片段上进行跳动。由于信号发送时片很窄,所以需要扩展信号频谱。无线信号在空间暴露的时间越长,信号被搜索、被截获和被干扰的概率就越高。通信猝发技术就是通过加快通信速度,减少信号存在的时间,使得信号被检测到的概率大大降低,从而极大的增加信号被干扰的难度。猝发通信需要先存储信息,然后在极短暂的时间内高速发送信息,它可以使用抗干扰的高功率脉冲,因为信号在空间存在的时间很短,所以信息被截获、被干扰的概率很低。交织纠错编码技术实际上是把载有信息的比特流顺序按照一定的规律在时间轴上交错打乱,目的是把一个较长的突发差错离散成随机差错,再用纠正随机差错的编码技术消除随机差错。交织深度越大,则离散度越大,抗突发差错能力也就越强。但是交织深度越大,交织编码处理时间就越长,从而造成数据传输延时增大。因此,交织编码是以信息流的比特位时间交错换取抗突发干扰能力的。2.2频域无线通信抗干扰。将无线通信信号在频域范围内进行扩展或压缩,也就是将频带展宽或缩窄,形成了频域抗干扰技术,主要包括有跳频通信、直扩、超窄带抗干扰技术。跳频技术就是发信和收信频率按照一定的速度,在一定的频率图谱中遵照伪随机序列的方式进行跳变。这种频率上的跳变存在着频率点和时间点的不确定性,因此使得恶意干扰者在未掌握跳变频率图谱的情况下,无法和通信频率保持一致,因此这种技术具有抗搜索、抗干扰、抗截获能力强的特点。衡量跳频系统抗干扰能力的指标有:跳频频率点的数量、跳频码的周期、跳频带宽和跳频速率等。选取的频率点越多、跳频码的周期越长、跳频带宽越大、跳速越快,使得恶意干扰者越难跟踪掌握载波频率的变化规律,从而提高抗干扰能力。直接序列扩频简称为直扩(DS),就是使用高速率的伪随机序列扩频码在发射端扩展信号的频谱,在接收端使用相同的伪随机序列码进行解扩,把展宽的扩频信号还原成原来的信号。这种技术将信息信号在很宽的频带上扩展,降低了单位频带内的功率,也就是降低了信号的功率谱密度,使信息信号淹没在噪声中。由于隐蔽性好,因此增大了抗截获和抗干扰的能力。超窄带技术就是将使用很窄的带宽传送信号,这样就会把信号能量聚集在很窄的频带里,因此当数据速率相同时,具有很强的抗干扰能力。2.3空域无线通信抗干扰。利用无线通信信号在空间的传播特性,通过调整极化方式、主瓣方向,应用分集技术,可以实现空域范畴内的抗干扰。这种技术主要包括有自适应天线调零技术和分集技术。自适应天线调零技术是指采用智能化的控制算法实现对天线的定向波技术,该技术能够实现天线自动调零和方向跟踪。该技术将天线的主瓣指向特定的用户方向,后瓣和旁瓣指向非特定用户方向,将干扰信号的来波方向调零抑制。该技术需要将天线的波束尽量变窄,从而能实现对非特定用户方向的信号进行抑制,降低干扰信号能量,相对提高特定用户信号能量。这种能有效抑制干扰信号并使有用信号增强的技术可以实现较高的抗干扰性能。无线信号在传输过程中,有一个多径效应,对于接收端来说,多径效应会造成一定的干扰。分集技术巧妙地利用了多径信号能量,提高了信号传输的可靠性。分集技术就是通过多个信道接收承载信息的通信信号,并将接收到的信号分离成不相关(独立的)多路信号,然后将这些信号的能量按一定规则合并起来,使接收的有用信号能量最大。对数字系统来说,使接收端的误码率最小;对模拟系统而言,提高接收端的信噪比。分集技术可以分为空间分集、频率分集、极化分集、角度分集、时间分集等方式。

三、无线通信抗干扰新技术

随着无线通信技术的快速发展,一些新的抗干扰技术也逐渐付诸研究与实践,主要有多输入多输出技术、时间反转技术、软件无线电技术等。3.1多输入多输出(MIMO)技术。多输入多输出(MIMO)技术是指在发射端使用多个发射天线发射信号,在接收端使用多个接收天线接收信号,在发射天线和接收天线的两端之间形成多个并行传输信道,需要传送的信息被分散在多个载波信号上。在传输过程中,如果某个载波上的信号受到了干扰,可以利用其它载波的正常信号对其进行恢复。多输入多输出技术能够增加通信空间信道,增强信道的传输能力,具备较强的通信抗干扰能力。和传统的单输入单输出信道相比,多输入多输出信道在很大程度上增加了通信容量并提高了传输速率,对于提高无线通信系统的性能有很大的作用,从而在速度域上实现抗干扰的作用。3.2时间反转技术。时间反转技术使用光学中的相位共轭法,频域中的相点,将时间反转为无源时间反转和有源时间反转。其工作过程是在基站接收端估计信道冲激响应,然后将得到的信道冲激响应的时间反转的共轭形式作为预处理器的传输函数,利用不同用户间的信道冲激响应的不相关或弱相关性来削弱干扰信号的强度。3.3软件无线电技术。软件无线电技术是构建一个开放的标准化和模块化的硬件平台,其工作频段、数据格式、通信协议等功能全部应用软件来实现。这种技术可以使无线通信摆脱传统的基于点对点组网的限制,通过采用分组无线电通信协议,可以组成包括栅格网在内向任意拓扑结构的无线电网络,从而提高通信抗干扰能力。

四、无线通信抗干扰技术发展趋势

4.1综合使用多种抗干扰技术。每种抗干扰技术都有自己的长处,同时又有短板,各种技术的融合使用,可以发挥各自的长处,提高抗干扰的综合能力。综合抗干扰技术可以综合使用频率域、空间域、时间域、功率域、速度域内的各种技术,提高抗各种干扰的能力。4.2网络化、智能化组网技术。这项技术实时探测感知信道的传输状况,分析信息在信道中遭受的干扰程度,不断调整信道和通信系统,避免使用遭受干扰严重的通信信道,可以实现网络级的抗干扰能力。

五、结束语

随着无线通信技术的快速发展和应用范围的不断扩大,电磁环境越来越复杂。无线通信抗干扰技术作为一项综合性、复杂性的技术,只有不断地研究和发展,实现各种技术间的融合,才能更好地保护信息传输过程中的安全性和完整性,才能促进通信事业的健康发展。

参考文献

[1]张邦宁等.通信抗干扰技术[D].机械工业出版社,2006

[2]苟彦新.无线电抗截获抗干扰通信[D].西安电子科技大学出版社,2010

[3]马万志.无线通信抗干扰技术性能研究[D].电子科技大学,2012

作者:吴庆伟 单位:山西大同92325部队

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