无线通信工程--第11讲-抗干扰32051.pptx
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1、无线通信工程无线通信工程姚彦教授清华大学微波与数字通信国家重点实验室2001年12月15日第十一讲第十一讲无线通信的抗干扰技术无线通信的抗干扰技术内容提要内容提要n n概述n n原理n n关键技术n n应用前沿n n几点结论概述概述为什么要研究通信抗干扰?为什么要研究通信抗干扰?n n提高全民的国防意识;n n了解通信高技术的一个主要领域;n n民用与军用的互相转换、互相借鉴、互相支撑;n n为进入军事通信领域提供一些入门知识。信息战的内容及特点信息战的内容及特点信息战的内容信息战的内容信息战的内容信息战的内容n n电子对抗。如:电磁波电子对抗。如:电磁波的侦测与隐蔽、通信干的侦测与隐蔽、通信
2、干扰与抗干扰、雷达干扰扰与抗干扰、雷达干扰与抗干扰等。与抗干扰等。n n网络对抗。如:计算机网络对抗。如:计算机病毒、软件攻击等。病毒、软件攻击等。n n消息对抗。如:加密与消息对抗。如:加密与解密、消息的收集与欺解密、消息的收集与欺骗等。骗等。特点特点特点特点 高度的对抗性高度的对抗性 极端的机密性极端的机密性 应用的综合性应用的综合性 对实战环境的依赖性对实战环境的依赖性 采用新技术的超前性采用新技术的超前性通信对抗的分类通信对抗的分类n n通信侦察:使用通信侦察设备来探测、搜索、截获敌方通信侦察: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、监视的无线
3、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。构和属性等情报。n n通信干扰:使用通信干扰设备发射专门的干扰信号,破通信干扰: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。坏或扰乱敌方的无线通信,是通信对抗的进攻手段。n n通信抗干扰:在军事通信设备及系统中采用的通信反侦通信抗干扰: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。
4、本次讲座重察、反干扰措施,是通信对抗的防御手段。本次讲座重点讨论有关通信抗干扰问题。点讨论有关通信抗干扰问题。军事通信的干扰环境军事通信的干扰环境干扰种类干扰种类干扰种类干扰种类n n设备内部的干扰,如:收发设备内部的干扰,如:收发干扰、邻道干扰等。干扰、邻道干扰等。n n现场非敌意干扰。如:多径现场非敌意干扰。如:多径干扰、多用户干扰、环境噪干扰、多用户干扰、环境噪声干扰、其它电台的干扰等。声干扰、其它电台的干扰等。n n现场的敌意干扰。指敌方为现场的敌意干扰。指敌方为电子战需要而施放的干扰。电子战需要而施放的干扰。通信抗干扰主要指对抗敌方通信抗干扰主要指对抗敌方的有意干扰。的有意干扰。敌意
5、干扰的式样敌意干扰的式样敌意干扰的式样敌意干扰的式样n n阻塞干扰、压制干扰阻塞干扰、压制干扰n n跟踪干扰、瞄准干扰跟踪干扰、瞄准干扰n n窄带干扰、单频干扰窄带干扰、单频干扰n n宽带干扰、梳状干扰、宽带干扰、梳状干扰、脉冲干扰脉冲干扰n n升空干扰升空干扰n n智能化干扰智能化干扰通信抗干扰性能通信抗干扰性能抗干扰性能之一:信号隐蔽性抗干扰性能之一:信号隐蔽性抗干扰性能之一:信号隐蔽性抗干扰性能之一:信号隐蔽性n n无线信号的隐蔽性无线信号的隐蔽性单位面积天线,在单位带宽单位面积天线,在单位带宽中所能截获的信号功率中所能截获的信号功率n n信号方式的隐蔽性信号方式的隐蔽性双工方式、调制方
6、式、多路双工方式、调制方式、多路方式、编码方式、同步方式方式、编码方式、同步方式n n信号参数的隐蔽性信号参数的隐蔽性特别是与抗干扰有关的参数,特别是与抗干扰有关的参数,如:扩频序列、跳频序列、如:扩频序列、跳频序列、同步参数、信令参数等。同步参数、信令参数等。抗干扰性能之二:信号鲁棒性抗干扰性能之二:信号鲁棒性抗干扰性能之二:信号鲁棒性抗干扰性能之二:信号鲁棒性n n用干扰容限定义用干扰容限定义 P PJ J/P/PS S(条件:设备性能、工作环境、条件:设备性能、工作环境、干扰性质)干扰性质)n n三个层次的条件,即:三个层次的条件,即:a a、设备性能。如:比特差错率、语、设备性能。如:
7、比特差错率、语音质量、同步及信令性能、网络性能音质量、同步及信令性能、网络性能等,可以定一个门限,在此门限以下等,可以定一个门限,在此门限以下用户不能接受。用户不能接受。b b、工作环境。如:单台设备还是多工作环境。如:单台设备还是多台设备、有无天线抗干扰措施、干扰台设备、有无天线抗干扰措施、干扰源是否升空等。源是否升空等。c c、干扰性质。如:干扰性质、干扰、干扰性质。如:干扰性质、干扰强度、干扰时间等。强度、干扰时间等。原理原理通信抗干扰分类通信抗干扰分类频率域。频率域。采用频率域处理,如;直扩、跳频、跳扩。采用频率域处理,如;直扩、跳频、跳扩。时间域。时间域。采用时间域处理,如:瞬时、跳
8、时等。采用时间域处理,如:瞬时、跳时等。空间域。空间域。采用空间域处理,如:自适应天线等。采用空间域处理,如:自适应天线等。其它数字处理。其它数字处理。如:干扰抵销、纠错编码等如:干扰抵销、纠错编码等原理框图原理框图 频率域之一:直接序列扩频频率域之一:直接序列扩频频谱图频谱图频谱图频谱图扩频调制信息比特发送扩频序列载波解扩解调扩频序列同步载波同步信息比特接收fbfcf0f0fcfb2fc窄带干扰信号干扰扩频调制接收解扩Gfc/fb扩频增益 原理框图原理框图 频率域之二:跳频频率域之二:跳频频谱图频谱图频谱图频谱图调制变频信息比特发送中频载波跳频频综解跳解调载波同步信息比特接收fbfif01
9、f02.f0Nf0fifb窄带干扰信号干扰跳频调制接收解跳GN跳频增益跳频图案f01 f02.f0N跳频频综跳频图案同步fi 原理框图原理框图 频率域之三:跳扩频频率域之三:跳扩频跳扩频跳扩频跳扩频跳扩频增益增益增益增益G GNfNfc/f fb调制变频信息比特发送中频载波跳频频综解跳解扩载波同步信息比特接收fbfif01 f02.f0N跳频图案f01 f02.f0N跳频频综跳频图案同步fi扩频扩频序列解调fc扩频序列同步时间域时间域瞬时通信瞬时通信瞬时通信瞬时通信n n这是潜艇通信常用的方这是潜艇通信常用的方法。法。n n先进行信息压缩,然后先进行信息压缩,然后以很短的时间发送出去。以很短的
10、时间发送出去。n n特点:特点:(1 1)隐蔽性好;)隐蔽性好;(2 2)抗干扰能力强;)抗干扰能力强;(3 3)信息速率低;)信息速率低;(4 4)延时大,非实时业务。)延时大,非实时业务。跳时通信跳时通信跳时通信跳时通信n n基本是一个基本是一个TDMTDM或或TDMATDMA系统;系统;n n时隙不用满,按某种跳时隙不用满,按某种跳时图案在各个时隙上进时图案在各个时隙上进行跳时;行跳时;n n有一定的隐蔽性和抗干有一定的隐蔽性和抗干扰性;扰性;n n目前使用不多。目前使用不多。空间域空间域定向天线定向天线定向天线定向天线n n天线波束越窄,电波隐天线波束越窄,电波隐蔽性好,抗干扰性也强。
11、蔽性好,抗干扰性也强。n n从抗干扰角度,全向天从抗干扰角度,全向天线不如定向天线。线不如定向天线。n n采用毫米波频段,天线采用毫米波频段,天线方向性很好,有利于通方向性很好,有利于通信抗干扰。信抗干扰。自适应调零天线自适应调零天线自适应调零天线自适应调零天线n n利用相控阵天线原理,在干扰利用相控阵天线原理,在干扰源方向形成波束的零点源方向形成波束的零点;n n利用数字信号处理技术对干扰利用数字信号处理技术对干扰信号进行识别和检测;信号进行识别和检测;n n利用自适应技术自动调整天线利用自适应技术自动调整天线波束的零点指向,使干扰信号波束的零点指向,使干扰信号最小;最小;n n不足:在零点
12、方向形成盲区,不足:在零点方向形成盲区,影响这个区域内用户的正常通影响这个区域内用户的正常通信。信。直扩系统的干扰容限直扩系统的干扰容限模模模模 型型型型公式推导公式推导公式推导公式推导E Eb b=P=Ps s*T*Tb bN N0 0=FkT+P=FkT+Pj j/W+(N-/W+(N-1)P1)Ps s/W/W得到:得到:N+PN+Pj j/P/Ps s=1+W/f=1+W/fb b*N*N0 0/E/Eb b-FkTW/P-FkTW/Ps s接收机PiPjFEb/N0条件:信息比特率 fb,周期 Tb 扩频用户数 N 各用户的功率相等 Pi(i=1,2,N)=Ps 扩频带宽 W 干扰功
13、率 Pj,带宽 W 接收机噪声系数 F直扩系统的干扰容限(续)直扩系统的干扰容限(续)n n单用户,考虑热噪声单用户,考虑热噪声n n结论:结论:结论:结论:无论是多用户干扰还无论是多用户干扰还是热噪声干扰都会是热噪声干扰都会“吃掉吃掉”一些干扰容限,只有在单用一些干扰容限,只有在单用户及忽略热噪声的情况下,户及忽略热噪声的情况下,才可能达到干扰容限的最大才可能达到干扰容限的最大值。值。n对下列公式进行讨论:n讨论讨论n单用户,忽略热噪声n多用户,忽略热噪声 抗干扰体制的比较抗干扰体制的比较阻塞干扰阻塞干扰阻塞干扰阻塞干扰可以是窄带、部分带、梳状可以是窄带、部分带、梳状干扰等。干扰等。n n一
14、般跳频优于一般直扩一般跳频优于一般直扩这是因为直扩增益一般都小这是因为直扩增益一般都小于滤波器的防护度。于滤波器的防护度。n n跳频最好再加上纠错编码措跳频最好再加上纠错编码措施施某些跳频点碰上干扰,可以某些跳频点碰上干扰,可以通过纠错消除误码。通过纠错消除误码。n n跳频最好再加上自适应调零跳频最好再加上自适应调零天线天线增加对抗特强干扰的能力。增加对抗特强干扰的能力。跟踪干扰跟踪干扰跟踪干扰跟踪干扰过程:对信号进行侦测、分过程:对信号进行侦测、分析,引导干扰机跟上信号。析,引导干扰机跟上信号。n n快跳频是对付跟踪干扰的最快跳频是对付跟踪干扰的最好方法。好方法。临界跳速临界跳速临界跳速临界
15、跳速150KHz/d(km)150KHz/d(km)n n如果跳速做不快,可以采用如果跳速做不快,可以采用跳扩结合的方法。因为扩频跳扩结合的方法。因为扩频增加了信号的隐蔽性,不容增加了信号的隐蔽性,不容易被跟踪。易被跟踪。n n从抗干扰的角度,很少采用从抗干扰的角度,很少采用直扩。直扩。对直扩对直扩/跳频抗阻塞干扰的说明跳频抗阻塞干扰的说明PJPSPJPJPSPSPJPJ=PJ/GPJPSPJPSPJPSPJPJ=PJ/L滤波器 对跟踪干扰和临界跳速的说明对跟踪干扰和临界跳速的说明电台1电台2侦察、分析、引导时间接收时间发送时间干扰机T总=T接收+T发送+T侦察、分析、引导 对跟踪干扰和临界跳
16、速的说明对跟踪干扰和临界跳速的说明(续)(续)fifjT总T跳频T总T跳频干扰干扰有效干扰时间T跳频关键技术关键技术 天线及射频天线及射频射频技术射频技术射频技术射频技术n n宽频带射频收发技术宽频带射频收发技术n n大功率线性功放大功率线性功放n n大动态范围接收机前大动态范围接收机前端端n n低损耗跳频滤波器低损耗跳频滤波器n n快速捷变频综快速捷变频综天线技术天线技术天线技术天线技术n n宽频带或多频段天线宽频带或多频段天线技术技术n n窄波束天线窄波束天线n n自适应调零天线自适应调零天线n n智能天线智能天线n n天线阵技术天线阵技术 扩频的某些技术要点扩频的某些技术要点n n有效性
17、问题有效性问题有效性问题有效性问题扩频是以频带换取抗干扰能力,扩频是以频带换取抗干扰能力,因而降低了传输的有效性。因而降低了传输的有效性。解决方法:解决方法:解决方法:解决方法:采用多进制直扩技术。采用多进制直扩技术。基本原理是利用直扩码的正交性,基本原理是利用直扩码的正交性,形成并行传输的通道,从而降低形成并行传输的通道,从而降低所需的带宽。所需的带宽。n n可靠性问题可靠性问题可靠性问题可靠性问题扩频抗干扰的基本机理是降低干扩频抗干扰的基本机理是降低干扰的功率密度或碰撞概率,但不扰的功率密度或碰撞概率,但不能完全消除误码。能完全消除误码。解决方法:解决方法:解决方法:解决方法:采用纠错,并
18、把信道采用纠错,并把信道编码和扩频处理结合起来。编码和扩频处理结合起来。n n跳频同步跳频同步跳频同步跳频同步为了实现跳频电台的正常通信,为了实现跳频电台的正常通信,必须要求网内电台有相同的跳频必须要求网内电台有相同的跳频图案,准确的时钟信息。这就需图案,准确的时钟信息。这就需要跳频同步。要跳频同步。方法:方法:方法:方法:军用电台目前流行的是同军用电台目前流行的是同步字头法,即通过移动台对中心步字头法,即通过移动台对中心台发出的时变跳频图案进行搜索,台发出的时变跳频图案进行搜索,实现移动台对中心台的跳频同步。实现移动台对中心台的跳频同步。要求:要求:要求:要求:同步信息的隐蔽性、传输同步信息
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- 无线通信 工程 11 抗干扰 32051
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