清華大學(xué)移動(dòng)通信教程第12講-抗干擾課件

無(wú)線(xiàn)通信工程姚彥教授清華大學(xué)微波與數(shù)字通信國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室2001年6月9日第十二講無(wú)線(xiàn)通信的抗干擾技術(shù)目錄前言信息戰(zhàn)與數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)信息戰(zhàn)與通信抗干擾通信抗干擾原理通信抗干擾的關(guān)鍵技術(shù)通信抗干擾的應(yīng)用前沿幾點(diǎn)結(jié)論信息戰(zhàn)與數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)（一）

什么叫信息戰(zhàn)？ 信息戰(zhàn)就是為奪取和保持制信息權(quán)而進(jìn)行的斗爭(zhēng)。即是指敵對(duì)雙方為爭(zhēng)奪信息的獲取權(quán)、控制權(quán)和使用權(quán)，通過(guò)利用、破壞敵方和利用、保護(hù)己方的信息、信息系統(tǒng)和信息化武器系統(tǒng)而展開(kāi)的斗爭(zhēng)。說(shuō)明狹義信息戰(zhàn)（軍事領(lǐng)域）和廣義信息戰(zhàn)（經(jīng)濟(jì)、政治、科技等領(lǐng)域）。以信息技術(shù)為核心，由不完善到完善、由初級(jí)向高級(jí)發(fā)展。綜合運(yùn)用信息、信息系統(tǒng)和信息化武器的全面信息對(duì)抗。必須有效地利用信息流控制物質(zhì)流、能量流，實(shí)現(xiàn)軟殺傷與硬摧毀的有機(jī)結(jié)合。

信息戰(zhàn)與數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)（二）

數(shù)字化部隊(duì)和數(shù)字戰(zhàn)場(chǎng) 數(shù)字化部隊(duì)、數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)這兩個(gè)概念是美軍首先提出來(lái)的，是美軍21世紀(jì)的基本建軍思想。和信息戰(zhàn)的關(guān)系 數(shù)字化部隊(duì)和數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)是信息戰(zhàn)的兩大支柱，數(shù)字化部隊(duì)是信息作戰(zhàn)的主體，數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)是數(shù)字化部隊(duì)實(shí)施作戰(zhàn)的依托。什么是數(shù)字化部隊(duì)？就是以數(shù)字化電子信息裝備和智能化主戰(zhàn)武器裝備為主體，實(shí)現(xiàn)了指揮控制、情報(bào)偵察、預(yù)警探測(cè)、通信和電子對(duì)抗一體化，適應(yīng)未來(lái)信息作戰(zhàn)要求的新一代作戰(zhàn)部隊(duì)。什么是數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)？就是以數(shù)字化信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以戰(zhàn)場(chǎng)數(shù)字通信系統(tǒng)為支撐，實(shí)現(xiàn)了信息收集、傳輸、處理自動(dòng)化和信息網(wǎng)絡(luò)一體化的戰(zhàn)場(chǎng)，或者說(shuō)就是實(shí)現(xiàn)了戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)級(jí)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)的有效連接和應(yīng)用的戰(zhàn)場(chǎng)。

信息戰(zhàn)與數(shù)字化戰(zhàn)場(chǎng)（三）

建設(shè)數(shù)字化部隊(duì)的目標(biāo)：使全軍各類(lèi)作戰(zhàn)部隊(duì)，普遍裝備以數(shù)字化信息技術(shù)為主導(dǎo)的戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)指揮自動(dòng)化系統(tǒng)和主戰(zhàn)武器平臺(tái)信息系統(tǒng)，同高機(jī)動(dòng)、高精度、強(qiáng)大的主戰(zhàn)武器裝備，共同構(gòu)成高度一體化的部隊(duì)裝備體系，實(shí)現(xiàn)高效指揮控制、全維偵察監(jiān)視、數(shù)字通信傳輸、有效電磁壓制和精確火力打擊，極大提高各級(jí)各類(lèi)作戰(zhàn)部隊(duì)的指揮控制、態(tài)勢(shì)感知、快速部署、聯(lián)合作戰(zhàn)和實(shí)時(shí)保障能力，以適應(yīng)未來(lái)高技術(shù)信息戰(zhàn)的要求。美軍的C3I系統(tǒng) Command,Control,Communications,andIntelligence

指揮、控制、通信和智能系統(tǒng)美軍的C4ISR系統(tǒng) Command,Control,Communications,Computers/Intelligence,Surveillance,andReconnaissance 指揮、控制、通信、計(jì)算機(jī) /智能、監(jiān)視、偵測(cè)系統(tǒng)信息戰(zhàn)與通信抗干擾（一）信息戰(zhàn)的內(nèi)容電子對(duì)抗。如：電磁波的偵測(cè)與隱蔽、通信干擾與抗干擾、雷達(dá)干擾與抗干擾等。網(wǎng)絡(luò)對(duì)抗。如：計(jì)算機(jī)病毒、軟件攻擊等。消息對(duì)抗。如：加密與解密、消息的收集與欺騙等。特點(diǎn)高度的對(duì)抗性極端的機(jī)密性應(yīng)用的綜合性對(duì)實(shí)戰(zhàn)環(huán)境的依賴(lài)性采用新技術(shù)的超前性信息戰(zhàn)與通信抗干擾（三）軍事通信的干擾環(huán)境設(shè)備內(nèi)部的干擾，如：收發(fā)干擾、鄰道干擾等?，F(xiàn)場(chǎng)非敵意干擾。如：多徑干擾、多用戶(hù)干擾、環(huán)境噪聲干擾、其它電臺(tái)的干擾等?，F(xiàn)場(chǎng)的敵意干擾。指敵方為電子戰(zhàn)需要而施放的干擾。 通信抗干擾主要指對(duì)抗敵方的有意干擾。敵意干擾的式樣阻塞干擾、壓制干擾跟蹤干擾、瞄準(zhǔn)干擾窄帶干擾、單頻干擾寬帶干擾、梳狀干擾、脈沖干擾升空干擾智能化干擾通信抗干擾原理（一）：

分類(lèi)

頻率域。 采用頻率域處理，如；直擴(kuò)、跳頻、跳擴(kuò)。時(shí)間域。 采用時(shí)間域處理，如：瞬時(shí)、跳時(shí)等?？臻g域。 采用空間域處理，如：自適應(yīng)天線(xiàn)等。其它數(shù)字處理。 如：干擾抵銷(xiāo)、糾錯(cuò)編碼等

原理框圖

通信抗干擾原理（三）：跳頻頻譜圖調(diào)制變頻信息比特發(fā)送中頻載波跳頻頻綜解跳解調(diào)載波同步信息比特接收f(shuō)bfif01f02...f0Nf0fifb窄帶干擾信號(hào)干擾跳頻調(diào)制接收解跳G＝N跳頻增益跳頻圖案f01f02...f0N跳頻頻綜跳頻圖案同步fi

原理框圖

通信抗干擾原理（四）：跳擴(kuò)頻跳擴(kuò)頻增益G＝N×fc/fb調(diào)制變頻信息比特發(fā)送中頻載波跳頻頻綜解跳解擴(kuò)載波同步信息比特接收f(shuō)bfif01f02...f0N跳頻圖案f01f02...f0N跳頻頻綜跳頻圖案同步fi擴(kuò)頻擴(kuò)頻序列解調(diào)fc擴(kuò)頻序列同步通信抗干擾原理（五）：時(shí)間域

瞬時(shí)通信這是潛艇通信常用的方法。先進(jìn)行信息壓縮，然后以很短的時(shí)間發(fā)送出去。特點(diǎn)：（1）隱蔽性好；（2）抗干擾能力強(qiáng)；（3）信息速率低；（4）延時(shí)大，非實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)。跳時(shí)通信基本是一個(gè)TDM或TDMA系統(tǒng)；時(shí)隙不用滿(mǎn)，按某種跳時(shí)圖案在各個(gè)時(shí)隙上進(jìn)行跳時(shí)；有一定的隱蔽性和抗干擾性；目前使用不多。通信抗干擾原理（六）：空間域

定向天線(xiàn)天線(xiàn)波束越窄，電波隱蔽性好，抗干擾性也強(qiáng)。從抗干擾角度，全向天線(xiàn)不如定向天線(xiàn)。采用毫米波頻段，天線(xiàn)方向性很好，有利于通信抗干擾。自適應(yīng)調(diào)零天線(xiàn)利用相控陣天線(xiàn)原理，在干擾源方向形成波束的零點(diǎn)；利用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行識(shí)別和檢測(cè)；利用自適應(yīng)技術(shù)自動(dòng)調(diào)整天線(xiàn)波束的零點(diǎn)指向，使干擾信號(hào)最?。徊蛔悖涸诹泓c(diǎn)方向形成盲區(qū)，影響這個(gè)區(qū)域內(nèi)用戶(hù)的正常通信。通信抗干擾原理（七）：干擾容限模型公式推導(dǎo) Eb=Ps*Tb N0=FkT+Pj/W+(N-1)Ps/W得到： N+Pj/Ps=1+W/fb*N0/Eb -FkTW/Ps討論：?jiǎn)斡脩?hù)，忽略熱噪聲，Pj/Ps=W/fb*N0/Eb=G*N0/Eb考慮熱噪聲考慮多用戶(hù)接收機(jī)PiPjFEb/N0條件：信息比特率fb，周期Tb

擴(kuò)頻用戶(hù)數(shù)N各用戶(hù)的功率相等Pi(i=1,2,…N)=Ps

擴(kuò)頻帶寬W干擾功率Pj，帶寬W接收機(jī)噪聲系數(shù)F

表1 幾種典型的外軍移動(dòng)通信系統(tǒng)型號(hào) MSE（美） 松雞（英）RITA（法） 完成時(shí)間 85年 84年 81年 頻段 30～88MHz72.5～87.5MHz70～80MHz136～156MHz 距離 20Km 15Km 20Km 語(yǔ)音編碼 16KbCVSD 16KbCVSD 16KbCVSD 信道數(shù) 12 9 多址方式 全頻分 下時(shí)、上頻 全頻分 抗干擾 無(wú) 無(wú) 無(wú) 通信抗干擾原理（九）：典型系統(tǒng)

通信抗干擾原理（十）：典型系統(tǒng)表2 幾種典型的外軍跳擴(kuò)頻移動(dòng)通信系統(tǒng)型號(hào)RF－3090（美）JaguarV（英）HydraV（意） 頻段30～90MHz30～88MHz 30～88MHz 多址方式 全頻分 全頻分 抗干擾 FHFH DS/FH200跳/秒150～200跳/秒直擴(kuò)增益：9dB跳頻：200跳/秒

關(guān)鍵技術(shù)（二）：擴(kuò)頻的某些技術(shù)要點(diǎn)有效性問(wèn)題 擴(kuò)頻是以頻帶換取抗干擾能力，因而降低了傳輸?shù)挠行浴?解決方法：采用多進(jìn)制直擴(kuò)技術(shù)。基本原理是利用直擴(kuò)碼的正交性，形成并行傳輸?shù)耐ǖ?，從而降低所需的帶寬?？煽啃詥?wèn)題 擴(kuò)頻抗干擾的基本機(jī)理是降低干擾的功率密度或碰撞概率，但不能完全消除誤碼。 解決方法：采用糾錯(cuò)，并把信道編碼和擴(kuò)頻處理結(jié)合起來(lái)。跳頻同步 為了實(shí)現(xiàn)跳頻電臺(tái)的正常通信，必須要求網(wǎng)內(nèi)電臺(tái)有相同的跳頻圖案，準(zhǔn)確的時(shí)鐘信息。這就需要跳頻同步。 方法：軍用電臺(tái)目前流行的是同步字頭法，即通過(guò)移動(dòng)臺(tái)對(duì)中心臺(tái)發(fā)出的時(shí)變跳頻圖案進(jìn)行搜索，實(shí)現(xiàn)移動(dòng)臺(tái)對(duì)中心臺(tái)的跳頻同步。 要求：同步信息的隱蔽性、傳輸?shù)目煽啃浴⑼浇⒌目焖傩?。即具有抗干擾能力強(qiáng)、同步時(shí)間短、傳輸可靠等優(yōu)點(diǎn)。

關(guān)鍵技術(shù)（三）：快速跳頻這是針對(duì)中、低速跳頻通信系統(tǒng)易受跟蹤式干擾而采用的一項(xiàng)最新技術(shù)，目前國(guó)際上還停留在理論研究階段，尚未實(shí)用。其主要原理是：移動(dòng)通信系統(tǒng)以高于信息速率的跳速在很寬的頻帶上進(jìn)行頻率跳變，即每個(gè)信息比特跳幾跳以上，相當(dāng)于跳速高達(dá)100KHz～1MHz，比目前的跳速提高100～1000倍。與中、低速跳頻方式相比，這種體制的顯著特點(diǎn)是： 能有效地對(duì)抗敵方的跟蹤式干擾和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾； 能消除寬帶移動(dòng)通信中多徑效應(yīng)造成的不利因素； 大大提高數(shù)據(jù)傳輸時(shí)的誤碼性能，從而提高可通率。以上這些優(yōu)點(diǎn)特別適用于新一代的軍用無(wú)線(xiàn)通信。

關(guān)鍵技術(shù)（五）：軟件無(wú)線(xiàn)電提出：1992年在美國(guó)首先提出這個(gè)概念，并在美軍的多頻段多模式電臺(tái)（Speakeasy)中得到應(yīng)用，美國(guó)麻省理工學(xué)院的一些計(jì)算機(jī)科學(xué)家開(kāi)始進(jìn)行軟件無(wú)線(xiàn)電體系結(jié)構(gòu)的研究，近年美國(guó)還組成軟件無(wú)線(xiàn)電Forum，加快實(shí)用化的步伐。特點(diǎn)：什么是軟件無(wú)線(xiàn)電？軟件無(wú)線(xiàn)電是將模塊化、標(biāo)準(zhǔn)化的硬件單元以總線(xiàn)或網(wǎng)絡(luò)的方式連接構(gòu)成基本平臺(tái)，并通過(guò)軟件加載實(shí)現(xiàn)各種無(wú)線(xiàn)通信功能的一種開(kāi)放式體系結(jié)構(gòu)。軟件無(wú)線(xiàn)電體現(xiàn)三個(gè)開(kāi)放性：對(duì)研制的開(kāi)放性，對(duì)生產(chǎn)的開(kāi)放性，對(duì)使用的開(kāi)放性。是無(wú)線(xiàn)通信的第三次革命。應(yīng)用：a、可實(shí)現(xiàn)各種電臺(tái)互聯(lián)互通的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)關(guān) b、可接入各種軍用移動(dòng)通信網(wǎng)的多功能車(chē)載電臺(tái) c、可實(shí)現(xiàn)空中轉(zhuǎn)信的多功能空中平臺(tái) d、可進(jìn)行智能化通信偵察與抗干擾的電子對(duì)抗系統(tǒng)

關(guān)鍵技術(shù)（六）：智能化對(duì)抗智能化電子對(duì)抗是新一代軍用通信系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。通信抗干擾的智能化：（1）對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)電磁環(huán)境的智能化偵測(cè)和分析；（2）智能化天線(xiàn)技術(shù)，把空間信號(hào)處理引入電子對(duì)抗；（3）智能化跳擴(kuò)頻技術(shù)，根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)情況實(shí)現(xiàn)電子對(duì)抗體制及參數(shù)的最優(yōu)化；（4）網(wǎng)絡(luò)的智能化抗干擾技術(shù)，根據(jù)戰(zhàn)場(chǎng)情況實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、信令及控制的最優(yōu)化。

應(yīng)用前沿（一）：抗跟蹤干擾現(xiàn)有的對(duì)抗跟蹤干擾或單頻干擾手段，主要靠慢跳頻或中速跳頻。跳頻對(duì)躲避固定干擾有很好的作用，然而，目前的信號(hào)檢測(cè)手段也日新月異，檢測(cè)能力日益加強(qiáng)，目前任一種DSP芯片的FFT速度能夠很容易地達(dá)到1ms以下，即現(xiàn)有的跳頻系統(tǒng)很容量受到跟蹤干擾的攻擊。解決這個(gè)問(wèn)題的根本辦法就是采用快速跳頻。也就是說(shuō)要將跳頻速率提高到每個(gè)頻點(diǎn)的停留時(shí)間不超過(guò)從通信發(fā)射機(jī)到干擾機(jī)再到通信接收機(jī)的傳播延遲，從而使最理想的跟蹤干擾或轉(zhuǎn)發(fā)干擾到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間超過(guò)有效的通信時(shí)隙而失去干擾作用。例如，當(dāng)干擾機(jī)在10km以外時(shí)，只要跳頻速率達(dá)到15KHz即可徹底解決跟蹤干擾和轉(zhuǎn)發(fā)干擾問(wèn)題。研究背景超短波擴(kuò)頻電臺(tái)在城市的電磁環(huán)境下由于受到民用無(wú)線(xiàn)電設(shè)備的干擾產(chǎn)生阻塞，無(wú)法正常工作；清華大學(xué)研制的II型無(wú)線(xiàn)雙工、廣州7所研制的TCL-178在野外試驗(yàn)中都遇到此問(wèn)題；希望了解：防止阻塞干擾對(duì)接收機(jī)線(xiàn)性的要求，和采用跳頻前置濾波器解決阻塞干擾的方法。仿真成果：擴(kuò)頻電臺(tái)的阻塞干擾擴(kuò)頻電臺(tái)的阻塞干擾（續(xù)）仿真結(jié)果討論（1）

超短波全頻段（如：60－110MHz）跳頻電臺(tái)在城市環(huán)境（如：北京市）使用時(shí)，民用無(wú)線(xiàn)電設(shè)備產(chǎn)生的阻塞干擾將使接收機(jī)靈敏度下降30dB以上，這時(shí)的通信距離只能達(dá)到1－2Km，和野外試驗(yàn)結(jié)果完全一致。仿真結(jié)果討論（2） 解決全頻段跳頻阻塞干擾的一種有效手段是采用跳頻前置濾波器，仿真結(jié)果表明：當(dāng)跳頻濾波器帶寬為2MHz時(shí)，除個(gè)別干擾點(diǎn)外，其它最壞情況的阻塞干擾將不會(huì)影響接收機(jī)靈敏度。

應(yīng)用前沿（三）：抗部分帶干擾現(xiàn)有的無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)（特別是模擬系統(tǒng)）即使采用跳頻技術(shù)，在部分帶干擾環(huán)境下，一般只要干擾比例達(dá)到總帶寬的1/3，就無(wú)法正常通信了。在這樣的惡劣環(huán)境下，要想仍能正常通信，唯一的辦法就是采用有強(qiáng)大糾錯(cuò)能力編碼，即Turbocode編碼。曾對(duì)Turbocode在快跳頻環(huán)境下的性能進(jìn)行過(guò)仿真，發(fā)現(xiàn)1/2速率Turbocode可在1/3頻點(diǎn)被干擾的情況下仍能以低于10-3的誤幀率進(jìn)行通信。而1/3速率Turbocode的抗部分帶干擾比例則可達(dá)到1/2。仿真成果：Turbo-Code用于抗部分帶干擾仿真目的驗(yàn)證Turbo-Code在抗部分帶干擾中的作用研究碼長(zhǎng)及跳速對(duì)抗干擾性能的影響

Turbo-Code用于抗部分帶干擾（續(xù)）1/3部分帶干擾，碼長(zhǎng)2400，每跳40bitTurbo-Code用于抗部分帶干擾（續(xù)）1/3部分帶干擾，碼長(zhǎng)2400，每