简析无线通信抗干扰技术

摘 要：为了无线通信的安全性，必须完善各种抗干扰技术。本文介绍了当今无线通信中常见的几种抗干扰技术，然后分别对每种抗干扰技术的工作原理、性能和应用领域进行简单的分析。

关键词：无线通信；抗干扰技术；扩频技术；非扩频技术

0 引言

无线通信的传输形式是电磁波，在传播中过程电磁波会受到各种各样的干扰，使得信息在传输的过程中发生错误，甚至信息丢失。因此抗干扰技术的发展成为无线通信是否进步的一个重要因素。根据信号的时域、频域和空间域的表述，可以把无线电通信抗干扰分为两类：扩展频谱类和非扩展频谱类。

1 扩频技术

1.1 跳频技术（FH）

跳频技术是利用码序列的原理进行多频键控的一种通信方式，其工作原理是利用载波频率在多个频率点上做伪随机跳变，来解决在某一频段上的干扰信号。“跳频”的核心是在频谱上随机选择不同的带宽，让信号通过跳变来实现其随机性，在接收方与发送方达成一致的传输跳变规律后，在接收端通过解调技术把接收的跳频信号还原成原始信息。系统中的控制器包括跳频图形产生、信号同步、自适应等功能；频率合成器是合成频率；数据终端是对数据进行查错、纠错。

依据香浓公式来，可计算出系统的抗干扰性，香浓公式为：

C=B*log2（1+S/N）（ bit/s）

其中B 代表码元速率，S/N 代表信噪比。当B增加时，可以不需要较高的信噪比就能保持和以前相同的传输速率。

跳频技术具有频谱利用率高、低干扰、抗截获、抗多径、高速等优点。但是跳频系统也存在着一些不足，譬如抗多频干扰弱、信号隐蔽性差和跟踪式干扰能力较弱等。跳频技术主要应用在通信保密、军事雷达和民用通信等领域上。

1.2 跳时技术（TH）

与跳频相似，跳时技术其实是伪码序进行的时移键控。“跳时”是发射信号在时间轴上进行随机跳变。首先把时间轴划分成为若干个时片，利用扩频码选定特定时片进行发射信号，而信号发送的时片比较窄，从而扩展了信号频谱。

跳时技术的唯一优点是减少了占空比，但是从抑制干扰的角度来看，跳时技术的抗干扰力太弱，与其他抗干扰技术相结合后，抗干扰效果更理想。

1.3 直接序列扩频技术（DS）

DS的工作原理：在发送端把高码率的扩频码序通过调制来扩展信号的频谱，扩频信号到达接收端后用相同的扩频码序进行解调，还原为原始信号。该技术的优点是信号隐藏性好，抗多径干扰性强，截获概率低，码分多址易实现。

直接序列扩频通信是美军军事上重要的保密通信技术。现在被广泛应用于在卫星通信、微波通信、数字蜂窝通信CDMA、计算机无线网络及军用电台等许多领域。但是应用直接序列扩频时一般要采取混合方式，同时还需通过采用交织编码和纠错编码技术来增加扩频码码长。

1.4 混合技术

混合技术是对于多种抗干扰技术的组合，针对无线通信系统的实际情况，来分析其干扰因素，通过结合不同的抗干扰技术，从而使系统达到最佳的抗干扰性能。比如为了达到最大扩频比例，可以同时使用时间跳变技术和跳频技术（DS/FH ），实现扩频技术的最大化；为了加宽中心频率的频带范围，可以使用跳频技术和直接序列扩频技术（FH/DS）。随着混合技术在无线通信中的快速发展，一大部分无线系统开始尝试着结合多种的抗干扰技术来实现最佳的干扰性能。但是，这样的混合技术往往会使系统的复杂性提高，不易维护。

2 非扩频技术

2.1 智能天线

智能天线又称自适应天线列阵，其原理是将无线电信号形成空间定向波束，向某个特定的方向发送，它的主波束直接对准接收端，充分达到信号的高利用率，并能够抑制干扰信号。智能天线系统的核心是智能算法，能够锁定和跟踪不同种类的信号，使干扰动态抑制到最低值。智能天线具有抗衰落性、抗干扰性能强，能够扩大无线通信系统的容量等优势。

最初的智能天线技术主要应用于雷达和声呐等军事抗干扰通信，但伴随着移动通信和数字信号处理技术的快速发展，智能天线技术开始应用于更复杂环境的电波传播。

2.2 MIMO技术

MIMO即多输入多输出技术，是利用多个天线在发射端独自发送信号，同时在接收端用多个天线接收，并对其进行一定的叠加后恢复原信号。利用MIMO技术可以降低系统的误码率，同时提高信道的容量和信道的可靠性。而系统容量C是通信系统的一个重要性能指标，C 公式为：

C=[min（M，N）]Blog2（ρ/2）

式中ρ表示接受SNR（信噪比），M表示接收天线数目， N表示发射天线数目。从系统容量公式可以得出：带宽和功率一定的情况下，同时增加M和N的数量，可以提高无线信道的系统容量。根据香浓公式，如果信道容量增加，即码元速率增加，则SNR增大，系统的抗干扰能力就得到了提升。

现今无线局域网技术802.11n中就采用了MIMO 技术。随着移动通信系统的快速扩展，MIMO技术被加入第3GPP的标准中。

2.3 通信猝发技术

通信猝发技术的原理是先把速率正常的信息进行储存， 然后以几十倍到一百倍的速率猝发， 猝发信号到达接收机后恢复到正常速率。通信速率增大，空闲时间变少，敌方干扰侦收的几率就变小了，破译难度增大，在接收端接收的信号也减少了被欺骗或冒充的机率。且通信猝发技术具短暂性和随机性， 使得信息截获概率减小， 是现如今使用比较普遍的抗干扰方法。通信猝发技术主要应用于军事通信抗干扰等领域。

2.4 交织和纠错编码

交织编码是在移动通信下用于改善通信信号的衰落特性。其工作原理是系统打散数字信号传输的突发错误，利用纠错编码对信号中的随机错误进行纠正，从而改善移动通信的传输特性。纠错编码又称信道编码，是对干扰造成的错误进行纠错，纠错编码和数字技术能够使系统的抗干扰性能、可靠性和有效性增强。交织和纠错编码主要应用于跳频系统等设备。

3 结束语

现如今通信技术在迅猛发展，通信网络内部和外部的干扰在不断的变化，单个的抗干扰技术已经无法抑制和对抗各类干扰信号，只有不断地优化成熟的抗干扰技术，并结合多种抗干扰技术，才能够为无线通信网络创造一个安全、通畅、可靠的环境。

参考文献：

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