通信对抗实验指导书

通信对抗实验指导书

一、实验目的（明确学生应达到的基本能力要求）

通信对抗实验是信息对抗专业的重要专业课程，它对于提高学生的对通信对抗课程的认识和理解能力，提高学生的实践和动手能力，培养高水平的人才，提升信息对抗专业毕业生的竞争能力有十分重要的意义。

本课程是电子工程学院信息对抗专业限选的一门技术实践教学课。是通信对抗原理课教学的延伸，是培养学生实际工作能力，启发创新意识的重要环节。雷达原理、通信原理、雷达对抗原理、网络对抗原理和通信对抗原理是信息对抗专业的五个主要专业课程。本课程是主要解决通信对抗方向的学生实践和实验的基本问题。

实验目的：

(1)通过通信对抗实验仪完成数字通信、通信侦察和通信干扰实验；

(2)通过实验帮助理解数字通信系统的调制、解调过程和性能评价方法；

(3)进一步加深通信侦察及其截获、调制识别等信号处理基本原理和方法的理

解；

(4)通过实验理解通信干扰及其效果评价的基本原理和方法。

二、实验原理

通信对抗实验仪是由微机、通信和通信对抗实验仪及示波器组成。通信对抗实验仪可以完成20个以上的数字通信、通信侦察和通信干扰实验，帮助使用者理解数字通信系统的截获、调制识别、解调过程和性能评价方法，了解通信侦察及其信号处理的基本原理和方法及通信干扰及其效果评价的基本原理和方法。

下面将详细介绍通信对抗实验仪的使用操作，分别进行三类实验，获得实验结果并对误码率、识别率曲线图进行比较分析。

三、实验仪器

通信对抗实验系统包括：

?计算机；

?示波器；

?通信对抗实验仪。

通信对抗实验仪是采用软件无线电原理构建的通用、多功能数字处理设备，

它包括发射模块、接收处理模块和通信接口等。该实验仪的机箱结构和板卡设计如图1.1所示：

图1.1 实验仪的机箱结构和板卡设计图

通信对抗实验仪机箱外壳安装多种信号的测试端口，从左向右测试端口依次

为发射信号（接收板接收的信号）、通信信号（无干扰无噪声的理想信号）、噪声

/干扰信号、基带信号（发射板基带码元信号）、恢复基带（信号解调后恢复码元信号）和同步信号。

四、实验内容及步骤

（一）通信对抗实验内容：

实验一：通信对抗原理与实验的关系 (4学时)

(1)讲授通信原理、通信对抗原理的基本知识；

(2)帮助学生了解通信对抗实验的模型，以及与以上两者之间的关系。

实验二：通信对抗实验仪器和软件的使用(4学时)

(1)学会使用双踪示波器、通信对抗实验仪、通信对抗实验软件的工作原理；

(2)了解在Microsoft Visual Studio中简单的C++语言编程与调试方

法。

实验三：数字通信调制样式的认识(4学时)

(1)掌握双踪示波器在通信信号参数测量中的使用方法；

(2)进一步在动手实践中认识数字通信调制方法、载波、码速率、信号带宽、信号频谱等通信信号的关键特点。通信信号调制类型包括2ASK、2FSK、8FSK、2PSK、2DPSK、QPSK、QDPSK等。

实验四：数字通信实验(4学时)

(1)从实验二中的调制类型中挑选几种调制样式，设置不同的调制参数，观测数字通信误码率与信噪比、调制参数之间的关系；

(2)期间监视通信信号的时域和频域波形。

实验五：通信侦察实验(4学时)

(1)从实验二中的调制类型中挑选几种调制样式，通过实验观察进一步熟悉通信信号调制类型的识别方法，了解数字通信信号调制识别率与信号参数、信噪比之间的关系。

实验六：通信干扰实验(4学时)

(1)从实验二中的调制类型中挑选几种调制样式，设置干扰类型、干扰参数，包括：噪声干扰、局部频带干扰、相干干扰、梳状干扰等方式；

(2)通过实验观察进一步熟悉不同样式、不同幅度的干扰对不同调制类型、不同参数的通信信号的干扰效果。

(3)期间监视通信信号、干扰信号的时域和频域波形。

实验七：通信干扰波形设计实验(8学时)

(1)从实验二中的调制类型中挑选几种调制样式，在Microsoft Visual Studio中编写的C++代码，自行设计几种干扰波形（可在噪声调幅干扰、噪声调频干扰、音频干扰、梳状谱干扰、部分频带噪声干扰、窄脉冲干扰中选择）；

(2)通过实验观察进一步测试自行设计的干扰波形对不同调制类型、不同参数的通信信号的干扰效果。

(3)期间监视通信信号、干扰信号的时域和频域波形。

(4)此实验是综合性、设计性实验，学生根据实际情况选作。

实验八：操作考试(2学时)

（二）通信对抗实验步骤：

该实验系统能够通过双踪示波器来观察输入输出信号波形，需要在参数设置时选择0、1码元类型，以便通过测试端口对信号进行稳定的观察。以同步信号为基准来观察发射信号、通信信号和噪声/干扰信号。其中，解调恢复信号必须

以基带信号为基准进行观察。

在开始实验之前，首先要打开通信对抗实验仪上位机软件，并在打开实验仪的电源之前要确认USB接口、串口连接线是否连接好。若USB连接正常，上位机界面显示“实验设备已经连接到PC”；若连接不正常，要检测USB连接线是否与PC正常连接；如果PC提示有发现新硬件但上位机软件检测不到，则需要更新通信对抗实验仪的驱动安装。当实验设备已经连接到PC后，我们就可以开始进行实验。

1.以数字通信实验为例，介绍这套实验仪的基本使用操作。

(1) 开始实验后，在实验类型中选择一级选项数字通信实验，提示对话框选择二级选项信号类型（单选），通信信号类型包括： 2ASK、2FSK、8FSK、2PSK、2DPSK、QPSK、QDPSK。使用操作示意图如图1.2所示：

(a) 实验类型的选择(b) 信号类型的选择

图1.2 数字通信实验类型选择

(2) 选定通信信号类型后，再完成数字通信实验的参数设置，包括信噪比上限(20dB)、信噪比下限(-10dB)、信噪比步长(1 dB或2 dB)、码元类型（随机码或0、1码，其中0、1码用于信号观测）、码元速率(500B、1000B、2000B、4000B、8000B)。使用操作示意图如图1.3所示：

(a) 信噪比步长的选择(b) 码元速率的选择

(c) 测试码类型的选择(d) 实验参数设置

图1.3 数字通信实验参数设置

(3) 完成数字通信实验参数设置后，选择更新数据，开始进行实验。在实验进行过程中，如果出现数据下载错误或者不稳定情况将会导致数据错误、软件被强制关闭，我们对实验仪进行复位并重新启动上位机软件，重新开始实验。使用操作示意图如图1.4所示：

图1.4 实验开始更新数据

(4) 每一次实验完成后，表示在某一个信噪比值时绘制出信号的误码率，显示对话框提示是否继续实验，继续则开始完成下一个信噪比值时的实验，否则结束实验。使用操作示意图如图1.5所示：

图1.5 某一信噪比值时实验完成

2. 在选择通信侦察实验时，提示对话框选择信号类型，在通信信号2ASK、

2FSK、8FSK、2PSK、2DPSK、QPSK、QDPSK中选择三种或三种以上的信号集合进行实验。要注意的是，由于解调过程类似，为了更好的完成实验并正确的绘制出识别率曲线图，2PSK和2DPSK，QPSK和QDPSK信号不可同时选中。使用操作示意图如图1.6所示：

(a) 信号类型选择方式一(b) 信号类型选择方式二

图1.6 信号类型的选择

选定通信信号类型后，再选择需要绘制出识别率曲线图的信号类型，然后完成通信侦察实验的参数设置，包括信噪比上限(20dB)、信噪比下限(0dB)、信噪比步长(1 dB或2 dB)、码元类型（随机码或0、1码）、检测次数(10~200)、码元速率(500B、1000B、2000B、4000B、8000B)和调制识别算法（瞬时参数或时频分析）。使用操作示意图如图1.7所示：

(a) 绘制曲线信号的选择(b) 实验参数设置

图1.7 通信侦察实验参数设置

完成通信侦察实验参数设置后，选择更新数据，开始进行实验。其他步骤与数字通信实验基本相同。

3. 在选择通信干扰实验时，提示对话框选择信号类型和干扰类型。在通信信号2ASK、2FSK、8FSK、2PSK、2DPSK、QPSK、QDPSK中选择一种通信信号，在干扰信号噪声干扰、局部频带干扰、相关干扰、梳状干扰中选择一种干扰信号进行实验。使用操作示意图如图1.8所示。

选定通信信号、干扰信号类型后，再完成通信干扰实验的参数设置，包括信噪比(-10dB ~20dB)、码元速率(500B、1000B、2000B、4000B、8000B)、码元类型（随机码与0、1码）、干信比上限(20dB)、干信比下限(-10dB)、干信比步长(1 dB或2 dB)。其中，信噪比需选定一个确定值，这样以便于清楚的观察干扰信号与通信信号之间的关系。使用操作示意图如图1.9所示：

图1.8信号类型和干扰类型的选择图1.9 通信干扰实验参数设置

完成通信干扰实验参数设置后，选择更新数据，开始进行实验。其他步骤与数字通信实验基本相同。

4.通信干扰波形设计实验步骤

(1)在Microsoft Visual Studio中编写的C++代码，自行设计几种干扰波形（可

在噪声调幅干扰、噪声调频干扰、音频干扰、梳状谱干扰、部分频带噪声干扰、窄脉冲干扰中选择）；产生干扰的示例函数如下所示：

void CExpDataSet::CreateInter(const inter &Inter, unsigned short *pData, UINT len)

{

switch(Inter.type)

{

case INT_NOISE:

CreateIntNoise(Inter,pData, len);

break;

case INT_PART:

CreateIntPart(Inter,pData, len);

break;

case INT_PECT:

CreateIntPect(Inter,pData, len);

break;

case INT_CORR:

CreateIntCorr(Inter,pData, len);

break;

default:

break;

}

}

示例程序中有四个分支，分别是产生噪声干扰、部分频带干扰、梳状谱干扰、相关干扰的函数，请参考这四个函数，自由设计并修改干扰产生函数，得到一个新的干扰样式。

(2)通过实验观察进一步测试自行设计的干扰波形对不同调制类型、不同参数的

通信信号的干扰效果。

(3)期间监视通信信号、干扰信号的时域和频域波形。

五、实验结果

1.数字通信实验结果及分析

按照上一节数字通信实验的使用操作，设置信号类型，信噪比上限为20dB，

信噪比下限为-10dB，信噪比步长为2dB，码元类型为随机码，码元速率为8000B

的条件下，完成数字通信实验并对结果进行分析说明。

通过双踪示波器来观察调制出的通信信号波形，在参数设置时选择0、1码

元类型，以便对信号进行稳定的观察。这里我们给出了2ASK、2FSK、2PSK、

2DPSK、QPSK和QDPSK的观察波形，如图1.10所示。由于8FSK信号用示波器不能清晰的分辨，这里就不加以分析了。

(a) 2ASK信号(b) 2FSK信号

(c) 2PSK信号(d) 2DPSK信号

(e) QPSK信号 (f) QDPSK信号

图1.10 示波器观察通信信号波形

当信号类型分别为2ASK、2FSK、8FSK、2PSK、2DPSK、QPSK、QDPSK 时，每种信号的误码率曲线图如图1.11所示：

(a) 2ASK信号误码率曲线图(b) 2FSK信号误码率曲线图

(c) 8FSK信号误码率曲线图(d) 2PSK信号误码率曲线图

(e) 2DPSK信号误码率曲线图 (f) QPSK信号误码率曲线图

(g) QDPSK信号误码率曲线图

图1.11 数字通信实验结果

由图1.11分析可知，每种通信信号的误码率曲线都是随着信噪比的变化而变化的。信噪比越小（负值），则信号越弱噪声越强，由于噪声太强所以出现误码的几率就很大，由图可看出误码率趋向于1；信噪比越大（正值），则信号越强噪声越弱，此时噪声的影响非常小所以出现误码的几率几乎为0，由图可看出误码率为0。随着码元速率的增加，即在同一实验中码元个数的增加，误码率的值越来越精确，曲线也越来越平滑。

2 通信侦察实验结果及分析

按照上一节通信侦察实验的使用操作，设置三种或三种以上的信号类型，信噪比上限为20dB，信噪比下限为0dB，信噪比步长为2 dB，码元类型为随机码，码元速率为500B，检测次数为100的条件下，完成通信侦察实验并对结果进行分析说明。

当信号类型为2ASK、2FSK、8FSK、2PSK和QPSK五种信号时，在时频分析时分别识别出每种信号的识别率曲线图如图1.12所示：

(a) 2ASK信号识别率曲线图(b) 2FSK信号识别率曲线图

(c) 8FSK信号识别率曲线图(d) 2PSK信号识别率曲线图

(e) QPSK信号识别率曲线图

图1.12 通信侦察实验结果

由图1.12分析可知，每种通信信号的识别率都是随着信噪比的变化而变化的。信噪比越小（0值），则信号越弱噪声越强，由于噪声太强所以从多种信号中识别出所选信号的几率就很小，由图可看出识别率趋向于0；信噪比越大，则信号越强噪声越弱，此时噪声的影响非常小所以很容易识别出所选的信号，由图可看出识别率趋近于1。另外，随着检测次数的减少，识别率也会随之下降。

3 通信干扰实验结果及分析

按照上一节通信干扰实验的使用操作，设置通信信号类型和干扰信号类型，信噪比，干信比上限为20dB，干信比下限为-10dB，干信比步长为2dB，码元类型为随机码，码元速率为4000B的条件下，完成通信干扰实验并对结果进行分

析说明。这里，我们只介绍在噪声干扰和梳状干扰情况下的实验结果。

1. 当干扰信号类型为噪声干扰，信噪比为18 dB时，通信信号2ASK、2FSK、8FSK、2PSK、2DPSK和QPSK的误码率曲线图如图1.13所示：

(a) 2ASK信号误码率曲线图(b) 2FSK信号误码率曲线图

(c) 8FSK信号误码率曲线图(d) 2PSK信号误码率曲线图

(e) 2DPSK信号误码率曲线图 (f) QPSK信号误码率曲线图

图1.13 通信干扰实验结果

2. 当干扰信号类型为梳状干扰，信噪比为15 dB时，通信信号2ASK、2FSK、8FSK、2PSK、2DPSK和QPSK的误码率曲线图如图1.14所示：

(a) 2ASK信号误码率曲线图(b) 2FSK信号误码率曲线图

(c) 8FSK信号误码率曲线图(d) 2PSK信号误码率曲线图

(e) 2DPSK信号误码率曲线图 (f) QPSK信号误码率曲线图

图1.14 通信干扰实验结果

由图1.13和图1.14分析可知，每种通信信号的误码率都是随着干信比的变化而变化的。干信比越小（负值），则干扰越弱信号越强，由于干扰很弱所以出现误码的几率就很小，由图可看出误码率趋向于0；干信比越大（正值），则干扰越强信号越弱，此时干扰的影响很大所以出现误码的几率就非常大，由图可看出误码率逐渐趋近于1。

六、按老师要求写出实验报告

前面介绍了通信对抗实验仪的基本使用操作，以及数字通信实验、通信侦察

实验和通信干扰实验的具体步骤；然后得出每个实验的结果，并对实验结果进行了详细的分析说明和性能评价。

实验报告是通信对抗实验考核的重要部分，在完成实验后需按如下要求完成实验报告：

(1)完成所有类型的通信实验，要求用示波器观察信号及噪声的波形和频谱，并用相机记录下来（注意记录信号的类型和信噪比），最后将实验结果的屏幕拷贝下来。课后利用这些资料完成实验报告。实验报告需要参考通信原理对实验结果进行详细分析，比如通信信号码速率、信噪比等参数对通信性能的影响等。

(2)完成所有类型的干扰实验，要求用示波器观察通信信号及干扰的波形和频谱，并用相机记录下来（注意记录信号的类型和干信比），最后将实验结果的屏幕拷贝下来。课后利用这些资料完成实验报告。实验报告需要参考通信对抗原理对实验结果进行详细分析，比如通信信号调制类型、码速率、信噪比、干信比等参数对干扰效果的影响等。