清華大學移動通信教程第12講-抗干擾課件

無線通信工程姚彥教授清華大學微波與數(shù)字通信國家重點實驗室2001年6月9日第十二講無線通信的抗干擾技術(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)用前沿幾點結(jié)論信息戰(zhàn)與數(shù)字化戰(zhàn)場（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)而進行的斗爭。即是指敵對雙方為爭奪信息的獲取權(quán)、控制權(quán)和使用權(quán)，通過利用、破壞敵方和利用、保護己方的信息、信息系統(tǒng)和信息化武器系統(tǒng)而展開的斗爭。說明狹義信息戰(zhàn)（軍事領(lǐng)域）和廣義信息戰(zhàn)（經(jīng)濟、政治、科技等領(lǐng)域）。以信息技術(shù)為核心，由不完善到完善、由初級向高級發(fā)展。綜合運用信息、信息系統(tǒng)和信息化武器的全面信息對抗。必須有效地利用信息流控制物質(zhì)流、能量流，實現(xiàn)軟殺傷與硬摧毀的有機結(jié)合。

信息戰(zhàn)與數(shù)字化戰(zhàn)場（二）

數(shù)字化部隊和數(shù)字戰(zhàn)場 數(shù)字化部隊、數(shù)字化戰(zhàn)場這兩個概念是美軍首先提出來的，是美軍21世紀的基本建軍思想。和信息戰(zhàn)的關(guān)系 數(shù)字化部隊和數(shù)字化戰(zhàn)場是信息戰(zhàn)的兩大支柱，數(shù)字化部隊是信息作戰(zhàn)的主體，數(shù)字化戰(zhàn)場是數(shù)字化部隊實施作戰(zhàn)的依托。什么是數(shù)字化部隊？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，實現(xiàn)了指揮控制、情報偵察、預警探測、通信和電子對抗一體化，適應(yīng)未來信息作戰(zhàn)要求的新一代作戰(zhàn)部隊。什么是數(shù)字化戰(zhàn)場？就是以數(shù)字化信息技術(shù)為基礎(chǔ)，以戰(zhàn)場數(shù)字通信系統(tǒng)為支撐，實現(xiàn)了信息收集、傳輸、處理自動化和信息網(wǎng)絡(luò)一體化的戰(zhàn)場，或者說就是實現(xiàn)了戰(zhàn)略、戰(zhàn)役、戰(zhàn)術(shù)級指揮自動化系統(tǒng)的有效連接和應(yīng)用的戰(zhàn)場。

信息戰(zhàn)與數(shù)字化戰(zhàn)場（三）

建設(shè)數(shù)字化部隊的目標：使全軍各類作戰(zhàn)部隊，普遍裝備以數(shù)字化信息技術(shù)為主導的戰(zhàn)役戰(zhàn)術(shù)指揮自動化系統(tǒng)和主戰(zhàn)武器平臺信息系統(tǒng)，同高機動、高精度、強大的主戰(zhàn)武器裝備，共同構(gòu)成高度一體化的部隊裝備體系，實現(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，極大提高各級各類作戰(zhàn)部隊的指揮控制、態(tài)勢感知、快速部署、聯(lián)合作戰(zhàn)和實時保障能力，以適應(yīng)未來高技術(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、計算機 /智能、監(jiān)視、偵測系統(tǒng)信息戰(zhàn)與通信抗干擾（一）信息戰(zhàn)的內(nèi)容電子對抗。如：電磁波的偵測與隱蔽、通信干擾與抗干擾、雷達干擾與抗干擾等。網(wǎng)絡(luò)對抗。如：計算機病毒、軟件攻擊等。消息對抗。如：加密與解密、消息的收集與欺騙等。特點高度的對抗性極端的機密性應(yīng)用的綜合性對實戰(zhàn)環(huán)境的依賴性采用新技術(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)場非敵意干擾。如：多徑干擾、多用戶干擾、環(huán)境噪聲干擾、其它電臺的干擾等?，F(xiàn)場的敵意干擾。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

頻率域。 采用頻率域處理，如；直擴、跳頻、跳擴。時間域。 采用時間域處理，如：瞬時、跳時等?？臻g域。 采用空間域處理，如：自適應(yīng)天線等。其它數(shù)字處理。 如：干擾抵銷、糾錯編碼等

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fbfif01f02...f0Nf0fifb窄帶干擾信號干擾跳頻調(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）：跳擴頻跳擴頻增益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載波同步信息比特接收fbfif01f02...f0N跳頻圖案f01f02...f0N跳頻頻綜跳頻圖案同步fi擴頻擴頻序列解調(diào)fc擴頻序列同步通信抗干擾原理（五）：時間域

瞬時通信這是潛艇通信常用的方法。先進行信息壓縮，然后以很短的時間發(fā)送出去。特點：（1）隱蔽性好；（2）抗干擾能力強；（3）信息速率低；（4）延時大，非實時業(yè)務(wù)。跳時通信基本是一個TDM或TDMA系統(tǒng)；時隙不用滿，按某種跳時圖案在各個時隙上進行跳時；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

定向天線天線波束越窄，電波隱蔽性好，抗干擾性也強。從抗干擾角度，全向天線不如定向天線。采用毫米波頻段，天線方向性很好，有利于通信抗干擾。自適應(yīng)調(diào)零天線利用相控陣天線原理，在干擾源方向形成波束的零點；利用數(shù)字信號處理技術(shù)對干擾信號進行識別和檢測；利用自適應(yīng)技術(shù)自動調(diào)整天線波束的零點指向，使干擾信號最??；不足：在零點方向形成盲區(qū)，影響這個區(qū)域內(nèi)用戶的正常通信。通信抗干擾原理（七）：干擾容限模型公式推導 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：單用戶，忽略熱噪聲，Pj/Ps=W/fb*N0/Eb=G*N0/Eb考慮熱噪聲考慮多用戶接收機PiPjFEb/N0條件：信息比特率fb，周期Tb

擴頻用戶數(shù)N各用戶的功率相等Pi(i=1,2,…N)=Ps

擴頻帶寬W干擾功率Pj，帶寬W接收機噪聲系數(shù)F

表1 幾種典型的外軍移動通信系統(tǒng)型號 MSE（美） 松雞（英）RITA（法） 完成時間 85年 84年 81年 頻段 30～88MHz72.5～87.5MHz70～80MHz136～156MHz 距離 20Km 15Km 20Km 語音編碼 16KbCVSD 16KbCVSD 16KbCVSD 信道數(shù) 12 9 多址方式 全頻分 下時、上頻 全頻分 抗干擾 無 無 無 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頻移動通信系統(tǒng)型號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/秒直擴增益：9dB跳頻：200跳/秒

關(guān)鍵技術(shù)（二）：擴頻的某些技術(shù)要點有效性問題 擴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：采用多進制直擴技術(shù)。基本原理是利用直擴碼的正交性，形成并行傳輸?shù)耐ǖ溃瑥亩档退璧膸??？煽啃詥栴} 擴頻抗干擾的基本機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，并把信道編碼和擴頻處理結(jié)合起來。跳頻同步 為了實現(xiàn)跳頻電臺的正常通信，必須要求網(wǎng)內(nèi)電臺有相同的跳頻圖案，準確的時鐘信息。這就需要跳頻同步。 方法：軍用電臺目前流行的是同步字頭法，即通過移動臺對中心臺發(fā)出的時變跳頻圖案進行搜索，實現(xiàn)移動臺對中心臺的跳頻同步。 要求：同步信息的隱蔽性、傳輸?shù)目煽啃?、同步建立的快速性。即具有抗干擾能力強、同步時間短、傳輸可靠等優(yōu)點。

關(guān)鍵技術(shù)（三）：快速跳頻這是針對中、低速跳頻通信系統(tǒng)易受跟蹤式干擾而采用的一項最新技術(shù)，目前國際上還停留在理論研究階段，尚未實用。其主要原理是：移動通信系統(tǒng)以高于信息速率的跳速在很寬的頻帶上進行頻率跳變，即每個信息比特跳幾跳以上，相當于跳速高達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是： 能有效地對抗敵方的跟蹤式干擾和轉(zhuǎn)發(fā)式干擾； 能消除寬帶移動通信中多徑效應(yīng)造成的不利因素； 大大提高數(shù)據(jù)傳輸時的誤碼性能，從而提高可通率。以上這些優(yōu)點特別適用于新一代的軍用無線通信。

關(guān)鍵技術(shù)（五）：軟件無線電提出：1992年在美國首先提出這個概念，并在美軍的多頻段多模式電臺（Speakeasy)中得到應(yīng)用，美國麻省理工學院的一些計算機科學家開始進行軟件無線電體系結(jié)構(gòu)的研究，近年美國還組成軟件無線電Forum，加快實用化的步伐。特點：什么是軟件無線電？軟件無線電是將模塊化、標準化的硬件單元以總線或網(wǎng)絡(luò)的方式連接構(gòu)成基本平臺，并通過軟件加載實現(xiàn)各種無線通信功能的一種開放式體系結(jié)構(gòu)。軟件無線電體現(xiàn)三個開放性：對研制的開放性，對生產(chǎn)的開放性，對使用的開放性。是無線通信的第三次革命。應(yīng)用：a、可實現(xiàn)各種電臺互聯(lián)互通的無線網(wǎng)關(guān) b、可接入各種軍用移動通信網(wǎng)的多功能車載電臺 c、可實現(xiàn)空中轉(zhuǎn)信的多功能空中平臺 d、可進行智能化通信偵察與抗干擾的電子對抗系統(tǒng)

關(guān)鍵技術(shù)（六）：智能化對抗智能化電子對抗是新一代軍用通信系統(tǒng)發(fā)展的必然趨勢。通信抗干擾的智能化：（1）對戰(zhàn)場電磁環(huán)境的智能化偵測和分析；（2）智能化天線技術(shù)，把空間信號處理引入電子對抗；（3）智能化跳擴頻技術(shù)，根據(jù)戰(zhàn)場情況實現(xiàn)電子對抗體制及參數(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)場情況實現(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。跳頻對躲避固定干擾有很好的作用，然而，目前的信號檢測手段也日新月異，檢測能力日益加強，目前任一種DSP芯片的FFT速度能夠很容易地達到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。解決這個問題的根本辦法就是采用快速跳頻。也就是說要將跳頻速率提高到每個頻點的停留時間不超過從通信發(fā)射機到干擾機再到通信接收機的傳播延遲，從而使最理想的跟蹤干擾或轉(zhuǎn)發(fā)干擾到達接收機的時間超過有效的通信時隙而失去干擾作用。例如，當干擾機在10km以外時，只要跳頻速率達到15KHz即可徹底解決跟蹤干擾和轉(zhuǎn)發(fā)干擾問題。研究背景超短波擴頻電臺在城市的電磁環(huán)境下由于受到民用無線電設(shè)備的干擾產(chǎn)生阻塞，無法正常工作；清華大學研制的II型無線雙工、廣州7所研制的TCL-178在野外試驗中都遇到此問題；希望了解：防止阻塞干擾對接收機線性的要求，和采用跳頻前置濾波器解決阻塞干擾的方法。仿真成果：擴頻電臺的阻塞干擾擴頻電臺的阻塞干擾（續(xù)）仿真結(jié)果討論（1）

超短波全頻段（如：60－110MHz）跳頻電臺在城市環(huán)境（如：北京市）使用時，民用無線電設(shè)備產(chǎn)生的阻塞干擾將使接收機靈敏度下降30dB以上，這時的通信距離只能達到1－2Km，和野外試驗結(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：當跳頻濾波器帶寬為2MHz時，除個別干擾點外，其它最壞情況的阻塞干擾將不會影響接收機靈敏度。

應(yīng)用前沿（三）：抗部分帶干擾現(xiàn)有的無線通信系統(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到總帶寬的1/3，就無法正常通信了。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大糾錯能力編碼，即Turbocode編碼。曾對Turbocode在快跳頻環(huán)境下的性能進行過仿真，發(fā)現(xiàn)1/2速率Turbocode可在1/3頻點被干擾的情況下仍能以低于10-3的誤幀率進行通信。而1/3速率Turbocode的抗部分帶干擾比例則可達到1/2。仿真成果：Turbo-Code用于抗部分帶干擾仿真目的驗證Turbo-Code在抗部分帶干擾中的作用研究碼長及跳速對抗干擾性能的影響

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