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无线通信抗干扰技术研究

摘要:随着科学技术的不断发展,无线通信技术不断进步,使得无线通信技术在人们日常生活中的应用范围不断扩大,被广泛应用在生活各个领域,利用无线网络通信传输数据和信息已成为现代科技进步的必然趋势。但是,无线通信技术渗透于生活的方方面面也隐含着一定风险和隐患。在无线电通信技术利用电磁波进行信息传输的过程中,电磁容易受到外界环境的影响而形成对无线通信的干扰。现代社会对无线电通信的利用率越来越高,提高无线通信的抗干扰能力就成为时代发展需要,也是现代科技社会发展的内在需求。笔者将分析无线电通信背景下通信抗干扰技术的发展原因,研究社会中典型的通信抗干扰技术以及现代社会发展过程中新兴的无线电抗干扰技术,从而探索出多种技术综合使用的方法,并预测它的发展趋势,从而能够有效帮助人们解决生活中无线通信的干扰问题,实现无线通信的网络畅通,实现提升接收端的鲁棒性。

关键词:无线通信;抗干扰技术;发展趋势;MIMO

近年来,无线电通信技术使用范围不断扩大,甚至在一些极端环境中都能得到有效利用,然而在使用用户不断增加的状况下,干扰信息传输的手段层出不穷,提升无线通信抗干扰能力成为现代社会发展的必要要求。在当下无线电通讯极易受到电磁环境干扰的恶劣情况下,提升无线通信技术抗干扰能力,加强对无线通信技术的开发和利用,不仅有利于我国在军事通讯上的保密工作开展,也对民众的信息交流提供可靠保障。

1无线通信背景及通信抗干扰技术发展原因

现代社会无线电的使用环境相对脆弱,在不稳定环境中不仅易受各种各样的自然环境的干扰,同样会受到来自人们的恶意破坏等人为干扰。就干扰目的来看,干扰可以分为两类,一类为无意识干扰,不带攻击行为,另一类为带有敌对因素的人为干扰破坏。这些潜在的破坏干扰因素使得现代无线通信环境缺乏安全性和可靠性,也使得信息交流过程中的真实性得不到保障。基于此,对无线通信抗干扰技术的研究迫在眉睫,成为时代发展需求。另外,由于无线通信信号的组成部分TFP的三围空间矢量(功率(ower)域、频率(Frequency)域以及时间(Time)域),当干扰信号也同时存在在这个空间内时,通信信号与TFP空间相互重合,干扰信号就会严重干扰到正常无线通信信息传输。就目前无线通信中的抗干扰技术来看,通过加快调频速度抵抗外来干扰信号破坏的调频技术成为现代主要的抗干扰技术,扩频技术是对信号传播时的功率进行调整以加强抗干扰能力。随着现代科技的发展,对信息传播通信提出新的要求,通信系统本身抗干扰能力需要不断加强,才能在开放网络环境下提升无线通信质量和效率。

2典型的无线通信中的抗干扰技术

在人们熟知的无线通信抗干扰技术中,典型的抗干扰技术包含扩频技术、跳频技术(FHSS)、多入多出技术(MIMO)和混合技术,它们在现实生活中对无线通信的抗干扰能力起着重要作用。

2.1扩频技术和跳屏技术(FHSS)

直接序列(DS-DirectSequency)扩频是用直接的高码序列在发端扩展信号频谱,在收端采取相同扩频码序列进行解扩,再将扩展后的扩频信号转换成原始信息。这样直接的序列扩频技术是现代社会中应用最广泛的扩频技术,无论在军事通信中还是在个人业务通信中,其在当今第四代移动通信技术(4G)的带动下将会得到更大拓展[1]。从20世纪50年代至今,该技术已有高达一亿的用户在使用,无疑成为了现代无线通信领域中最有潜力抗干扰技术。跳频技术(Frequency-HoppingSpreadSpectrum)的分析主要集中于其对抗干扰能力和如何对抗周边地带干扰及多平干扰等方面,是民用通信中最常见的抗干扰技术之一。简单来说,跳频技术就是通信中使用的载波频率因为受到伪随机变化码的控制随机进行跳变。在通信技术实现方式方面,跳频是一种码序进行多频频移键控的通讯方式,同时也是一种码控载频跳变的通信系统。从时域上来看,跳频信号是一个多频率的频移键控信号;从频域上来看,跳频信号的频谱是一个在很宽频带上以不等间隔随机跳变的[2]。携带信息的载频不断随机跳动,频率点愈多信号宽带愈加宽大,抗干扰能力就愈高,性能愈好。跳频技术被广泛应用于对通讯安全或者通讯抗干扰能力具有较高要求的无线领域。

2.2多输入多输出技术(MIMO)

多输入多输出技术(MIMO)在科技发展中具有提升无线通信系统容量和频谱利用率的作用,成为了现代无线通信系统中必要的关键技术,也是当前无线通信领域的热门研究对象。多输入多输出技术(MIMO)在发射端和接收端分别采用多个天线元的通信系统,该系统被称为多输入多输出(MIMO)通信系统。从第三代移动通信系统(3G)发展到如今的第四代通信系统(4G),多输入多输出技术(MIMO)愈发吸引人们眼球,该技术具有在受限的无线信号通道中提高数据速率、提高系统容量、提高传输质量的优势[3]。它采取时空编码,利用分频的方式,将信息分解在多个载频中传输,不因一个信号受限而受到影响,具有较高的可靠性和抗干扰能力。这项技术是现代通信技术中的一大突破点,在实际应用中迅速发展起来,然而该技术的实际运用中需要涉及OFDM技术,时空编码技术以及分集接收技术的相互渗透,具有一定复杂性,现代社会中利用的多输入多输出技术(MIMO)只是其简单运用方式,它的效率有待提高,利用方式有待突破。

3无线通信中的抗干扰新技术

3.1超宽带(UWB)和超窄带技术

(UNB)超宽带(UWB)的历史较之于扩频和跳频技术的历史相对短一些,但是仍然可以追溯到一百多年前马可尼发明无线电报。而现代意义的超宽带又被叫作冲激无线电(IR:ImpulseRadio)技术,长期被用于军事、灾害搜救以及雷达定位方面。超宽带在无线通信上的优势不可忽视,虽然它的信号在时域上所持续的时间是极短暂的,也正是一种次纳秒脉冲,而在频域上却又着相当宽的频域,这就有效突出了超宽带(UWB)耗能较少,复杂程度低,安全性能高,定位准等一系列优点[4]。相对于超宽带(UWB)可以为了较好避免信息干扰利用分散的传输信号方式在传输宽带上,用于传输信息的超窄带技术(UNB)仍旧处于发展初期。超窄带技术(UNB)将信号传输的频带控制在极窄范围内,让信号相对集中,频带之外无需传输信号,这也就极大提升了信息抗干扰能力。

3.2虚拟智能天线技术

虚拟智能天线技术由波束智能天线和自适应阵智能天线组合而成,虽然在一定程度上相对广泛地用于雷达和军事领域,但是由于其价格原因没有得到普遍利用。多个天线相互作用而实现其在某一区域的信息接收、传送功能,固定的特有方向让其在接受信息时的特定性加强,从而减少或者抑制其他方向过来的信息干扰,有效提升信息抗干扰能力。

3.3智能组网技术

将可用通信资源最大化利用,实现通信系统抗干扰性能是智能组网的主要功能,简单说就是对通信环境进行感知,进而分析受干扰的程度,然后调整结构防止通信信息在传输过程中受到干扰,提升本身抗干扰能力。由于智能组网具有该项优势,使得其在社会生活中的利用率不断提升。

4多技术的综合利用和发展趋势

单项抗干扰技术虽然具有一定的抗干扰能力,但是提高通信系统的整体抗干扰能力并非只利用一项技术可以实现,只有将多项技术综合利用,完善和加强通信系统中的各个环节,才能够在整体上加强其抗干扰性能。

4.1基于天线和信号处理的综合抗干扰技术

现代社会在天线信号接受处理上多使用智能天线技术,智能天线技术本身就具有一定抗干扰能力,如智能天线可以固定接受某个方向来的信号,减少外界其他方向信息干扰,实现其抗干扰作用,然而若是在当前基础上将单一天线换成多天线技术,并结合扩频和跳频技术的使用,典型技术与新技术相结合,就可以很好完善抗干扰性能,同时它的抗干扰能力将会有一个新的突破。

4.2无线通信技术

无线通信技术在现代社会依旧被广泛利用必然有它独特优势,而这些优势就在于在它的性能在使用过程中不断被完善加强,抗干扰能力也在不断提升。如扩频和跳频技术,能够用作关键技术就是因为其具有良好性能。就其中的跳频技术来说,不断随机跳动变化频道,改变以往规律的跳频,跳动频率愈高,被监控跟踪的几率也就越小,抗干扰能力就越强。因此,将关键典型技术不断完善并加以合理利用,也是当前信息通信技术的提升途径之一,有效抗干扰技术的实现离不开关键核心技术的开发和使用[5]。

5结语

通过对无线电通信的分析与探索,可以看出现代社会对无线电通信的应用不再拘泥于单一技术使用,而是在技术开发研究的基础上将多个技术整合,实现以典型与核心发展技术相结合的多元化综合技术,在当下恶劣的电磁环境中有效提升抗干扰能力,将有限的资源整合利用,不断开发与引进新技术,保证通信系统的真实性和可靠性。在对技术改进时要看到每个技术自身的优点和劣势,扬长避短,实现技术本身的提升。无线电通信在将来的生活中会无处不在,以实现信息的传输与接收,这就需要以科技为支撑,不断加强无线通信技术抗干扰能力,满足大众需求。

参考文献

[1]丁溯泉,杨知行,潘长勇,等.扩频技术历史、现状及发展[J].电讯技术,2004(6).

[2]郝威,杨露菁.跳频技术的发展及其干扰对策[J].舰船电子对抗,2004(4).

[3]刘晓阳.移动通信中多输入多输出技术的研究[D].济南:山东大学,2008.

[4]樊祥宁.超宽带无线通信关键技术研究[D].南京:东南大学,2005.

[5]於时才,闫文芝,高大鹏,等.无线通信抗干扰新法——实时跳速自适应跳频技术[J].甘肃科技,2008(16).

作者:胡盛铭 单位:解放军信息工程大学指挥军官基础教育学院

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