第6讲抗干扰通信与通信干扰技术

第6讲抗干扰通信与通信干扰技术GMSK的调制原理图预调制滤波器MSK调制器输入输出复习输入数据序列先进行π/2相移BPSK调制，然后将该信号通过锁相环对BPSK信号的相位突跳进行平滑，使得信号在码元转换时刻相位连续，且没有尖角。第1种方法：各子载波间的间隔足够大，使各路子载波上的已调信号的频谱不相重叠。第2种方法：各子载波间的间隔选取，使已调信号的频谱部分重叠。第3种方法：各子载波是互相正交的，且各子载波的频谱有1/2重叠。多载波传输技术(a)传统的频分复用；(b)3dB频分复用；(c)OFDMffnfnf(a)(b)(c)节省带宽复习GMSK的调制复习波形存储正交调制器产生GMSK信号cos函数表象限控制sin函数表D/A变换D/A变换LPFLPFBPF输出输入cosctsinctGMSK的解调复习(a)1比特差分调节器(b)2比特差分解调器GMSK信号差分解调器原理BPF时延Tb90移相LPF抽样判决输入信号输出BPF时延2TbLPF抽样判决输入信号输出(a)(b)限幅器××OFDM基本原理OFDM信号可以用复数形式表示为kTmjMmmOFDMcetdkTs)(10将上式与离散傅立叶反变换(IDFT)形式MmkjMmeMTmGkTg/210)(比较式(1)和式(2)，若将dm(t)看作频率采样信号，则sOFDM(kT)为对应的时域信号。比较以上两式可以看出，若令STNTf11则式(1)和式(2)相等，因此，OFDM信号的产生可以用IDFT实现，同理，OFDM的解调可以用DFT实现，工程上采用FFT技术。(1)(2)复习采用IFFT和FFT的OFDM系统结构调制(如QAM)串行变并行···二进制信源···IFFT低通滤波器信道解调(如QAM)并行变串行二进制数据FFT低通滤波器X(k)s(n)s(t)载波调制载波解调r(t)r(n)Y(k)······复习第6讲抗干扰通信与通信干扰技术6.1无线电通信干扰6.2无线电通信的反侦察与抗干扰6.3直接序列扩频通信技术6.4调频通信技术6.5干扰抑制技术•随着国民经济的发展，无线通信已被广泛地应用在国民经济的各个领域和人们的日常生活中，特别是公用移动通信的迅速发展，社会上使用的各种无线通信设备的数量急剧上升。•现代战争中，指挥通信、军事情报、兵器控制都日益依赖于电子设备，特别是无线电设备的支持。信息战和电子战作为一种崭新的作战形式涉及军事领域，开辟了继陆海空战场之后的第四维战场——电磁战场。•为了提高通信系统信息传输的可靠性，对抗各种形式的干扰，人们采用了各种通信抗干扰技术，保护通信系统在干扰环境下能准确、实时、不间断地传输信息。引言信息战的内容电子对抗。如：电磁波的侦测与隐蔽、通信干扰与抗干扰、雷达干扰与抗干扰等。网络对抗。如：计算机病毒、软件攻击等。消息对抗。如：加密与解密、消息的收集与欺骗等。特点高度的对抗性极端的机密性应用的综合性对实战环境的依赖性采用新技术的超前性信息战的内容及特点通信侦察：使用通信侦察设备来探测、搜索、截获敌方的无线通信信号，对信号进行测量、分析、识别、监视以及测向和定位，以获取信号频率、电平、调制方式等技术参数以及电台位置、通信方式、通信特点、网络结构和属性等情报。通信干扰：使用通信干扰设备发射专门的干扰信号，破坏或扰乱敌方的无线通信，是通信对抗的进攻手段。通信抗干扰：在军事通信设备及系统中采用的通信反侦察、反干扰措施，是通信对抗的防御手段。通信对抗的分类干扰种类设备内部的干扰，如：收发干扰、邻道干扰等。现场非敌意干扰。如：多径干扰、多用户干扰、环境噪声干扰、其它电台的干扰等。现场的敌意干扰。指敌方为电子战需要而施放的干扰。敌意干扰的式样阻塞干扰、压制干扰跟踪干扰、瞄准干扰窄带干扰、单频干扰宽带干扰、梳状干扰、脉冲干扰升空干扰智能化干扰军事通信的干扰环境通信抗干扰的方法分类1、频率处理。采用频率域处理，如直接序列扩频(DS)、跳变频率扩频(FH)等。2、空间处理。采用空间域处理，如采用自适应天线调零技术。3、时间处理。采用时间域处理，如猝发传输技术。4、其它数字处理如：干扰抵销、纠错编码等。通信抗干扰技术研究的就是在已知或预测敌方的干扰手段情况下，在上述技术基础上(不排除以后有新的技术类别)选取适当的技术手段来消除或减轻敌方干扰，而使我方需要进行的通信能够延续的一项技术。对敌方的干扰性质，强度、种类、手段、采用的体系，了解得越清楚，采取的措施越有针对性，取得的效果也越好。由于敌方的对抗手段往往是综合的、多变的，有的可能是完全新颖的，所以抗干扰的手段也必须采取多种方式的结合才能取得较好的效果。研究内容通信抗干扰技术的特点1、对抗性强、技术综合性强、难度高、发展速度快，某种程度上说是敌我双方智慧和技术的斗争。通信的成败关系着战争的胜负，所以此技术对抗性很强。通信抗干扰有了新技术，搞对抗的就想新的对策，反过来也一样，这样就促进了技术的发展和难度的提高。2、对技术的实用性和可靠性的要求高，通信抗干扰必须在战场上实际解决问题。指标高而不可靠或不实用是不能容忍的，其后果不堪设想。技术难点1、提高跳频速率有利于抗干扰，但跳速提高需解决如下问题：接收机中频滤波器产生的瞬时扰动问题；发射机功率输出截止状态产生的过渡问题；频率合成器高速频率切换问题；对邻道的干扰问题。2、扩频系统中常用的专用高速集成电路(例高速PN码发生器、调制器等)及数字信号处理器DSP的开发和研制生产是通信抗干扰技术突破的重要保证。3、新型扩频码的研究和工程化，既是发展方向，又是技术难点。4、自适应天线对于干扰信号的抑制原理，正在成为通信抗干扰技术的一个重要方面。但在HF/VHF/UHF实现自适应调零天线，目前尚有一定困难。国外概况•在电子对抗中，谁赢得了通信的主动权，谁就可以取得战争的胜利。抗干扰通信是电子战的一部分，国外许多国家都非常重视通信抗干扰技术的发展，都投入大量人力、物力、财力进行通信抗干扰技术的研究。由于扩展频谱抗干扰通信技术(简称：扩频抗干扰通信技术，或扩谱抗干扰通信技术)具有信号频谱宽、波形复杂、参数多变、安全隐蔽等显著特点，已成为当代通信抗干扰技术的重要发展方向和体制，也成为通信对抗技术的主要发展方向与体制。国外概况•国外常用的有直接序列扩频技术、跳变频率扩频技术、跳变时间扩频技术、混合扩频技术等。此外，还有非扩展频谱类的抗干扰技术，如自适应天线技术、猝发通信技术、纠错编码与交织编码技术、分集技术等。本课程以扩展频谱技术为主，适当结合其它方式来介绍通信抗干扰技术。6.1.1基本原理及关键技术1、干扰方式与样式窄带瞄准式干扰：干扰频谱与目标频谱瞄准的干扰。按瞄准程度又可分为准确瞄准干扰和半瞄准式干扰。按引导方式可分为定频守候式、扫频搜索式（连续/重点）、跟踪式等。特点：干扰功率利用率高，效果好，且不会对己方通信造成干扰。但需要侦察手段支持，对实时性要求高、设备复杂、技术难度大，一般用于对敌方重点目标进行干扰。6.1无线电通信干扰宽带拦阻式干扰：辐射宽带干扰，可以干扰多个窄带信号，其频谱均匀分布或梳形分布。按产生方法不同分为扫频式、脉冲式和多干扰源线性叠加式阻拦干扰。特点：与瞄准式相反，无需严格的侦察和频率瞄准，设备简单、方便实施，但干扰利用率低，需要的干扰功率很大。6.1.1基本原理及关键技术1、干扰方式与样式按作用时间的不同可分为连续干扰和脉冲干扰。干扰在时间上无须完全覆盖信号，只要干扰在时域分布上达到一定密度，脉冲干扰也能完全压制通信。干扰样式：是对干扰的时域、频域的统计特性的总概括。按干扰是否具有随机性分为确定干扰和随机干扰；按幅度分布特性可分为平滑干扰和脉冲干扰。常见样式有：白噪声、单频连续波、噪声调制(AM/DSB/SSB/FM)波、随机键控(ASK/FSK/PSK)干扰等。2、干扰压制系数、最佳干扰样式和绝对最佳干扰样式理想接收机与最佳干扰样式信号和干扰的特性已知时，必能按某种准则从理论上确定一种最佳接收形式——理想接收机(如匹配滤波器就是对相应匹配信号的理想接收机)与理想接收机相对应，对于一定的信号和接收方法，从理论上可以确定一种最佳干扰样式，采用该种样式，在该信号接收机结构下，能比采用其他任何干扰样式产生更好的干扰效果，这种干扰样式称作最佳干扰样式。压制系数：为保证对被干扰无线电通信系统的有效压制，进入该系统接收机输入端通频带所需的最小干扰功率与有用信号功率的比值Pji进入接收机的干扰功率；Psi接收机接收的有用信号功率。对无线电通信系统，压制系数应保证干扰所产生的误码率不小于15%~20%。min)(sijiPPK只要干扰功率足够大，无论何种样式终将导致接收机无法正常工作。最佳干扰（样式）：针对某种信号形式的给定接收方式，能以最小干扰功率达到最好干扰效果的干扰样式。对干扰方而言希望选择干扰样式的压制系数越小越好。最佳干扰样式由信号的类型、调制方式和接收（解调）方法决定。还要考虑技术上的可能性、复杂度、目标电台的威胁程度，以及经济代价等因素，有时也采用干扰效果一般的干扰样式。绝对最佳干扰：是指对于已知信号形式的所有可能的接收方式，都有比较小的压制系数的干扰样式。当干扰的目标具有多种接收方式或不清楚目标的接收方式时，从对所有的接收方式都有较好的干扰效果出发，应该选择绝对最佳干扰样式。3、通信干扰方程在通信干扰中，确定干扰链路与目标通信链路之间的功率、天线增益与路径损耗关系的方程称为干扰方程。由通信干扰方程可进行干扰功率、作用范围的概算，并分析提高干扰效果的措施。3、通信干扰方程由通信与干扰链路的功率传输模型可以推出以目标接收机输入干信比表示的通信干扰方程：ptfjsRsRjTsTjTsTjsijiLLLLLGGGGPPPP1PTs发信机PTj干扰机PsiPji收信机GRjGTjGRsLsGTsLjLf——干扰与信号的频域重合损耗（滤波损耗）Lt——干扰与信号的A时域重合损耗Lp——极化损耗4、对有效干扰信号的特性要求设压制系数为K，由干扰方程得，当通信被压制，该式为通信干扰方程的一般形式。KptfjsRsRjTsTjTsTjsijiLLLLLGGGGPPPP14、对有效干扰信号的特性要求由干扰方程对影响干扰效果的因素进行分析，可以得到有效干扰的特性要求：（1）必要的干扰辐射功率（2）干扰与目标信号的空间、时间、频率和极化的重合(对应的Lj、Lf、Lt、Lp很小)（3）合适的干扰样式(不同的样式，K不同)5、功率信号的产生干扰功率信号由激励器和功率放大器产生，激励器完成干扰源的产生和调制，其输出功率较小。功率的放大由功率放大器（需要较高的增益）完成。高增益的放大器随着时间和温度的变化容易不稳定并产生自激振荡，因此常采用串联/并联的方法将多个放大器连在一起来获得需要的功率输出。6、干扰机的功率共享通常一部频率瞄准式干扰机只能同时干扰一个目标，如果采用功率共享技术，则可实现一机干扰多目标，提高设备的利用率。7、对模拟通信的干扰由于FM存在门限效应，噪声调频是干扰FM目标的最好波形。两个同频的信号同时达到接收机，强的信号支配接收机，或多或少的抑制了弱信号，所以进入FM接收机的干扰功率只需比FM信号的功率略高，即可捕获接收机。采用AM调制的系统也存在门限效应，但没有FM调制的明显。8、对数字通信的干扰干扰使系统误码率达到一定程度，信息传输就会被阻断。要产生高的误码率，不需要连续不断的干扰，对一个连续传播的数字信号，达到50%的误码率，只需干扰50%的时间，通常军事数字通信系统设计的阻断误码指标为10-2。对常规窄带调制，阻断数字通信比阻断模拟通信更容易。干扰还会影响接收机同步系统的性能，产生同步误差甚至失步。通信方虽然可以采用足够的编码来抵消任何干扰，但此时，编码效率如此之低，已没有多少信息吞吐量了。6.2.1无线电通信反侦察•无线电通信反侦察：是对敌方的无线电通信侦察活动所采取的反对抗措施。具体内容包括：反搜索截获、反参数测量、