抗干扰通信与通信干扰技术

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第6讲 抗干扰通信与通信干扰技术
复习
GMSK的调制原理图
预调制 输入 滤波器
M SK 调制器 输出
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。
复习
多载波传输技术
➢ 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。
信息战的内容及特点
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
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 无线电通信干扰
6.1.1 基本原理及关键技术
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。
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。
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。
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。
• 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。
通信对抗的分类
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。
·
滤波器
解调
·
·
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
引言
• 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。
军事通信的干扰环境
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
P si P Ts G Ts G Rs L j L fL tL p
PTs GTs
Ls
发信机
GTj PTj
干扰机
GRs
Psi Pji
Lj
GRj 收信机
Lf——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
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。
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
K
(
Pj Ps
i i
)min
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%。
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。
将上式与离散傅立叶反变换(IDFT)形式
gkT M 1G (m)ej2m/M k m 0 MT
(2)
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
f 1 1 NT TS
则式(1)和式(2)相等,因此,OFDM信号的产生可以用IDFT 实现,同理,
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。
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:
P ji P Tj G Tj G Rj L s 1
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。
节省带宽
fn
f
(a )
fn
f
(b )
(c )
(a)传统的频分复用;(b)3dB频分复用;(c)OFDM
GMSK的调制
复习
BPF 输入
cos函数表
D/A 变换
象限 控制
sin函数表
D/A 变换
LPF LPF
cosct sinct
波形存储正交调制器产生GMSK信号
输出
GMSK的解调
复习
BPF 输入 信号
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。
OFDM的解调可以用DFT实现,工程上采用FFT技术。
复习
采用IFFT和FFT的OFDM系统结构
二进制 信源

调制
X(k) 行 变
(如QAM)


·
· ·
·
s(n) 低通
IFFT
滤波器
s(t)
载波 调制
·
·
信道
二进制 数据

解调
Y(k) 行 变
(如QAM)


·
·
·
r(n) 低通 r(t) 载波
FFT
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。
干扰 ➢ 升空干扰 ➢ 智能化干扰
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。
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。
BPF 输入 信号
时延Tb
90移相
×
LPF
限幅器
(a)
时延2Tb
Baidu Nhomakorabea
×
LPF
(b)
抽样 判决 输出
抽样 判决 输出
(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
复习
OFDM基本原理
OFDM信号可以用复数形式表示为
M 1
sOFk DT M dmtej(c m )kT (1) m 0
采用AM调制的系统也存在门限效应,但没有FM调制的明显。
K P ji P Tj G Tj G Rj L s 1
P si P Ts G Ts G Rs L j L fL tL p 通信被压制,该式为通信干扰方程的一般形式。
4、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
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