无线抗干扰通信技术现状及发展趋势

张瀚青 杨阳 宋祥选 彭一文 郭银春

上海航天电子技术研究所，上海 201109

摘要：无线抗干扰通信技术是指在电磁干扰和有针对性的人为干扰环境中，采取各种电子抗干扰措施以保证无线通信质量的通信技术。目前主要有抗干扰通信信号体制，抗干扰天线和干扰抑制算法等手段实现抗干扰通信，本文介绍了目前常用的无线抗干扰通信技术，并对无线抗干扰通信未来的发展趋势进行了分析和展望。

关键词：抗干扰通信技术；直接序列扩频；跳频；抗干扰天线；软件无线电

引言

在通信系统中，抗干扰性能是衡量通信质量的重要指标，如何提高抗干扰性能是现代通信系统研发面临的重要课题。无线抗干扰通信技术是指在密集而复杂多变的电磁干扰环境和有针对性的人为干扰环境中，采取各种电子抗干扰措施以保证通信质量的技术。

通信系统的作用就是将信息从信源发送到一个或多个目的地，可以分为发送端，信道和接收端。发射端对信源进行编码，调制，发播出去，信道是指无线通信发射端和接收端之间的空间，即信号传输的介质，信号在信道中会受到噪声干扰，电磁干扰和人为干扰等因素的影响。接收端通过对信号进行同步，解调，译码等一系列处理以还原信源并从中获取有效信息。

无线通信系统中由于信道难以受到人为控制，因此无线抗干扰通信技术主要针对信号发射端和接收端进行相应的处理。对于发送端，目前常用的抗干扰通信信号体制主要有直接序列扩频通信和跳频通信，接收端常用的无线抗干扰通信技术主要有自适应天线技术和软件无线电技术。

1 直接序列扩频通信技术

直接序列扩频通信技术是指在信号发射端，用高速率的扩频码序列对信号进行调制，使得信号的频谱得到扩展，在接收端采用相同的扩频码对信号进行解扩，以还原为频谱扩展前的信号。

直接序列扩频通过对信号调制扩频码，大大降低了信号的功率谱密度，可以使得信号隐藏在噪声中，具有很强的隐蔽性，难以监测和检测，同时直接序列扩频通信不会干扰到同频段的其他信号，具有抗干扰能力强，抗多径效果好，可以实现同频段多信号工作，便于多址通信等优点，在军事作战、导航定位和卫星通信等领域得到了广泛的应用。

2 跳频通信技术

跳频通信是扩频通信的一种，与传统的定频通信不同，跳频通信利用跳频器控制信号发射频率，使其按照一定规律和速率进行跳变，在接收端按照同样的跳变规律对信号进行同步跟踪以实现信号的接收。

跳频通信一方面具有扩频通信的优势，在抗噪声和抗多径干扰方面有着良好的性能，同时通过信号载波频率的随机跳变，降低了单频段干扰的影响, 同时由于跳频规律具有随机性，难以预判，大大降低了信号被窃听和人为施加干扰的风险，目前跳频通信被广泛应用于保密通信领域。

3 自适应天线技术

自适应天线是一种能够自动将天线最大辐射方向对准接收信号方向，而将天线方向图的波瓣零位对准干扰信号方向的自动抗干扰天线，在结构上由天线阵列与自适应处理系统构成，故又称自适应阵列天线。

自适应天线可以同时实现接收和发射，接收端基于信号和干扰传来的方向差异，通过自动调整天线阵的内部参数，使得主波束对准信号方向，副波束对准干扰，以达到抗干扰的目的。发射端通过自动调整发射方向，从而将能量射向所需的空间角域。由于具有良好的抗干扰性能，自适应天线广泛应用于通信、雷达、射电天文等领域。

4 软件无线电技术

软件无线电技术是指利用现代化软件来操纵、控制传统的“纯硬件电路”的无线通信技术。软件无线电的基本思想就是将宽带模数变换器 ( A/D, Analog to Digital)及数模变换器(D/A, Digital to Analog )尽可能地靠近射频天线，建立一个具有“A/D-数字信号处理器(DSP，Digital Signal Processor)-D/A”模型的通用的、开放的硬件平台。在这个硬件平台上尽量利用软件技术来实现通信系统的各种功能模块，软件无线电可以运行不同的算法来实时配置信号波形，针对不同的设计需求只需要对软件进行调整，提高了系统设计的灵活性。

扩频通信中常见的干扰有窄带干扰和多址干扰，目前通常在中频接收端利用软件算法对信号进行特定的处理，实现对干扰的抑制，从而取得更好的接收性能，以达到抗干扰的目的。

针对窄带干扰，通常利用频域滤波的方式进行干扰抑制，窄带干扰在信号时域中难以分辨，在频域中则具有较明显的峰值，通过傅里叶变换将信号转换到频域，对干扰的杂散进行消除，在经过逆傅里叶变换到时域从而实现抑制窄带干扰。

由于扩频码之间存在互相关峰，在同频不同扩频信号之间存在互相关干扰，也称为多址干扰，如果干扰信号的功率远大于接收信号，则接收端有误捕获的风险，如何抑制互相关干扰是扩频通信接收的一大难点。目前常用的抗多址干扰抑制算法有多门限检测法，多峰检测法和子空间投影法，主要利用自相关和互相关峰值的不同特性来进行干扰抑制。

5 无线抗干扰通信技术发展趋势

针对目前已有技术和尚未成熟的新型技术，无线抗干扰通信技术未来主要的发展方向有以下几个方面：

5.1 研发新型性能更好的扩频码

扩频码是扩频通信的核心，扩频码的相关性能直接影响扩频通信的接收性能和抗干扰能力，如何实现硬件上便于硬件实现，同时相关性能更好的扩频码是目前扩频通信技术的一个发展方向。

5.2 发展新型抗干扰通信信号体制

新型抗干扰通信信号体制如量子通信等技术还有待发展，量子通信同传统的通信方式相比较，安全性更高，传输的过程中更不容易受到阻碍。理论上，在量子态不被破坏的情况下，传输信息的过程中是不会被窃听，也无法复制的，所以量子通信被看作是一种绝对安全的通信技术。目前量子通信技术距离大规模应用还尚有距离，有待进一步发展。

5.3 发展智能天线技术

智能天线技术结合了自适应天线技术，数字信号处理技术和软件无线电技术，是目前抗干扰天线领域研究的一个热点。

智能天线技术将波束信号与侧向信号有机融合，利用软件无线电和数字信号处理技术对信号进行处理，强化有用信号的传播质量与效率，同时能够分辨干扰信号的预期方向，有着很强的抗干扰能力。

5.4 改进和发展干扰抑制算法

随着半导体技术的发展，芯片的运算能力和存储资源得到进一步提升，使得利用软件无线电技术对干扰实时抑制成为可能，如何改进和发展干扰抑制算法也是无线抗干扰通信技术的重要发展方向。

6 结语

本文从通信系统发射端和接收端的角度，对目前常用的无线抗干扰通信技术进行划分，对相应技术的概念和优势进行介绍，并对其未来发展方向进行了分析与展望。可以看到，无线抗干扰通信技术涉及到通信系统的多个领域，是一项多元化，综合性的技术。在通信系统设计中，需要多方面考虑，以达到理想的抗干扰性能。

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