通信系统的抗干扰

通信系统的抗干扰
通信系统的抗干扰

通信系统中的抗干扰技术

1.引言

1.1通信系统中的主要干扰及抗干扰技术

无线传输极易受到各种其他无线电波的干扰。不管是GSM 系统还是CDMA 系统, 都是干扰受限系统, 干扰的大量存在会极大地影响网络的通信质量和系统的容量。移动通信系统中主要存在以下干扰:同频干扰,临频干扰,互调干扰,多址干扰,噪声干扰。目前主要的抗干扰技术有:扩频技术,功率控制技术,间断传输技术,多用户检测技术等。本文主要讨论扩频技术中的直接序列扩频技术。

1.2 直序扩频系统的应用背景:

直接序列扩频(DSSS—Direct Sequence Spread Spectrum)技术是当今人们所熟知的扩频技术之一。这种技术是将要发送的信息用伪随机码(PN码)扩展到一个很宽的频带上去,在接收端,用与发端扩展用的相同的伪随机码对接收到的扩频信号进行相关处理,恢复出发送的信息。

它是二战期间开发的,最初的用途是为军事通信提供安全保障,是美军重要的无线保密通信技术。这种技术使敌人很难探测到信号。即便探测到信号,如果不知道正确的编码,也不可能将噪声信号重新汇编成原始的信号。有关扩频通信技术的观点是在1941年由好莱坞女演员Hedy Lamarr 和钢琴家George Antheil 提出的。基于对鱼雷控制的安全无线通信的思路,他们申请了美国专利

#2.292.387。不幸的是,当时该技术并没有引起美国军方的重视,直到十九世纪八十年代才引起关注,将它用于敌对环境中的无线通信系统。

直序扩频解决了短距离数据收发信机、如:卫星定位系统(GPS)、3G移动通信系统、WLAN (IEEE802.11a, IEEE802.11b, IEE802.11g)和蓝牙技术等应用的关键问题。扩频技术也为提高无线电频率的利用率(无线电频谱是有限的因此也是一种昂贵的资源)提供帮助。

直序扩频通信系统的工作原理如图1-1所示。

在发端输入的数字信号信息,先由扩频码发生器产生的扩频码序列去调制数字信号以展宽信号的频谱,扩频码序列一般采用PN码。展宽后的信号再调制到射频发送出去。调制多采用BPSK、DPSK、MPSK等调制方式。

在接收端收到的信号进行解调(一般采用相干解调)。然后由本地产生的与发端相同的扩频码序列去相关解扩。恢复成原输入的信息输出。

由此可见,—般的扩频通信系统都要进行两次调制和相应的解调。一次调制为扩频调制,二次调制为射频调制,以及相应的解扩和射频解调。

与一般通信系统比较,扩频通信就是多了扩频调制和解扩部分。

1.3直序扩频系统的特点:

1.直序扩频通信系统的优点:

1)抗干扰性强

抗干扰是扩频通信主要特性之一,比如信号扩频宽度为100倍,窄带干扰基本上不起作用,而宽带干扰的强度降低了100倍,如要保持原干扰强度,则需加大100倍总功率,这实质上是难以实现的。因信号接收需要扩频编码进行相关解扩处理才能得到,所以即使以同类型信号进行干扰,在不知道信号的扩频码的情况下,由于不同扩频编码之间的不同的相关性,干扰也不起作用。正因为扩频技术抗干扰性强,美国军方在海湾战争等处广泛采用扩频技术的无线网桥来连接分布在不同区域的计算机网络。

2)隐蔽性好

因为信号在很宽的频带上被扩展,单位带宽上的功率很小,即信号功率谱密度很低,信号淹没在白噪声之中,别人难以发现信号的存在,加之不知扩频编码,很难拾取有用信号,而极低的功率谱密度,也很少对于其他电讯设备构成干扰。

3)易于实现码分多址(CDMA )

直扩通信占用宽带频谱资源通信,改善了抗干扰能力,是否浪费了频段?其实正相反,扩频通信提高了频带的利用率。正是由于直扩通信要用扩频编码进行扩频调制发送,而信号接收需要用相同的扩频编码作相关解扩才能得到,这就给频率复用和多址通信提供了基础。充分利用不同码型的扩频编码之间的相关特信息 信息 扩 频 射频调制

射频发生器

伪 码 扩频解调 本地伪码 解调

本地射频

发生器

图1-1 扩频通信工作原理

性,分配给不同用户不同的扩频编码,就可以区别不同的用户的信号,众多用户,只要配对使用自己的扩频编码,就可以互不干扰地同时使用同一频率通信,从而实现了频率复用,使拥挤的频谱得到充分利用。发送者可用不同的扩频编码,分别向不同的接收者发送数据;同样,接收者用不同的扩频编码,就可以收到不同的发送者送来的数据,实现了多址通信,提高了频谱利用率。另外,扩频码分多址还易于解决随时增加新用户的问题。

4)抗多径干扰

无线通信中抗多径(发射的信号经多条不同路径传播)干扰一直是难以解决的问题,利用扩频编码之间的相关特性,在接收端可以用相关技术从多径信号中提取分离出最强的有用信号,也可把多个路径来的同一码序列的波形相加使之得到加强,从而达到有效的抗多径干扰。

5)直扩通信速率高

直扩通信速率可达 2M,8M,11M,无须申请频率资源,建网简单,网络性能好。

6)有很强的保密性能。

对于直扩系统而言,射频带宽很宽,谱密度很低,甚至淹没在噪音中,就很难检查到信号的存在。由于直扩信号的频谱密度很低,直扩系统对其它系统的影响就很小。

2.直扩通信系统的不足:

直扩系统除了一般通信系统所要求的同步以外,还必须完成伪随机码的同步,以便接受机用此同步后的伪随机码去对接受信号进行相关解扩。直扩系统随着伪随机码字的加长,要求的同步精度也就高,因而同步时间就长。

1.4 直扩系统的发展

由于它的抗噪声的特性,直接序列扩频技术非常适合商业应用。在容许无线设备公开使用的电磁环境里,它对其他传统微波设备造成最小的干扰,同时对附近其他设备有更高的抗扰性。上世纪80年代末,晶体电子技术的先进程度已经足以提供商用的、成本效益好的直接序列扩频系统。现在直扩技术被广泛应用于包括计算机无线网等许多领域。扩频技术在发展的初始阶段,就已经实现了理论和技术上的重大突破,在此后的发展过程中主要是硬件的改善和性能的提高。

随着移动通信的迅猛发展,目前3G系统由研制开发逐步进入商用并且向第四代无线多媒体通信飞速发展。根据ITU的标准,世界各大电信公司联盟均提出了自己的第三代移动通信系统方案,虽然第三代移动通信系统的标准差异很大,但采用码分多址技术已经达成共识。直扩码分多址,由于具备通信容量大、能充分利用话音的统计特性、平滑的越区切换、通信容量的软特性等优点被作为未来移动通信中最具竞争力、最有前景的无线多址接入技术。无线扩频通信作为另一种有效的补充通信手段,已在金融系统得到了越来越广泛的应用。

发展到现在,扩频技术理论和技术都已趋于完善,主要应从系统的角度考虑总体性能,且与其它新技术结合应用。因此,应用的驱动一直是扩频技术发展的强大动力,未来的无线通信系统,如移动通信、无线局域网、全球个人通信等,扩频技术必将发挥重要作用。

随着科技的发展,扩频技术必将获得更加广阔的应用空间。

2. 直接序列扩频通信技术

2.1直接序列扩频的概念及理论基础

2.1.1 直接序列扩频的概念

所谓直接序列(DS :Direct Sequence)扩频,就是直接用具有高码率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。而在接收端,用相同的扩频码序列去进行解扩,把展宽的扩频信号还原成原始的信息。

2.1.2 扩频通信的理论基础

长期以来,人们总是想方设法使信号所占的频谱尽量窄,以充分提高十分宝贵的频率资源利用率。但扩频通信在发送端用扩频码调制,使信号所占的频带宽度远大于所传信息必须的带宽,在接收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复出所传信息数据。为什么要用宽频带信号来传输窄带信息呢?主要是为了通信的安全可靠性。这可用信息论和抗干扰理论的基本观点来说明:

根据香农(C.E.Shannon)在信息论研究中总结出的信道容量公式,香农公式: 2log (1)S C B N

=+

(2-1)

式中:C--信息的传输速率(信道容量) 单位b/s ; S--信号平均功率单位W ; B--频带宽度 单位Hz ; N--噪声平均功率 单位W 。

由式中可以看出:

为了提高信息的传输速率C ,可以从两种途径实现,既加大带宽B 或提高信噪比S/N 。换句话说,当信号的传输速率C 一定时,信号带宽B 和信噪比S/N 是可以互换的,即增加信号带宽可以降低对信噪比的要求,当带宽增加到一定程度,允许信噪比进一步降低,有用信号功率接近噪声功率甚至淹没在噪声之下也是可能的。扩频通信就是用宽带传输技术来换取信噪比上的好处。

柯捷尔尼可夫在其潜在抗干扰性理论中得到如下关于信息传输差错概率的公式

0e

f E p n ??≈ ???

(2-2) 此公式指出,差错概率Pe 是信号能量E 与噪声功率谱密度o n 之比的函数。

设信息持续时间为T ,或数字信息的码元宽度为T ,则信息的带宽Bm 为 1m B T

= (2-3)

信号功率S 为 1S T

=

(2-4)

已调(或已扩频)信号的宽度为B ,则噪声功率为

0N n B = (2-5)

将式(4-3)~(4-5)代入式(4-2),可得 e m ST S B P f B f N N B ????≈?=? ? ????

? (2-6)

上面公式指出,差错概率Pe 是输入信号与噪声功率之比(S/N )和信号带宽与信息带宽之比(B/Bm )二者乘积的函数,信噪比与带宽是可以互换的。它同样指出了用增加带宽的方法可以换取信噪比上的好处。

综上所述:将信息带宽扩展100倍,甚至用1000倍以上的带宽信号来传输信息,就是为了提高通信的抗干扰能力,即在强干扰条件下保证可靠安全的通信。这就是扩频通信的基本思想和理论依据。

2.1.3扩频增益和抗干扰容限

扩频通信系统由于在发送端扩展了信号频谱,在接收端解扩还原了信息,这样的系统带来的好处是大大提高了抗干扰容限。理论分析表明,各种扩频系统的抗干扰性能与信息频谱扩展后的扩频信号带宽比例有关。一般把扩频信号带宽W 与信息带宽△F 之比称为处理增益P G ,即

P

W G F =

(2-7) 它表明了扩频系统信噪比改善的程度。除此之外,扩频系统的其他一些性能也大都与P G 有关。因此,处理增益是扩频系统的一个重要性能指标。

系统的抗干扰容限j M 定义如下:

0j P S S M G L N ????=-+ ???????

(2-8)

式中:(S/N )。= 输出端的信噪比,S L = 系统损耗

由此可见,抗干扰容限j M 与扩频处理增益p G 成正比,扩频处理增益提高后,

抗干扰容限大大提高,甚至信号在一定的噪声湮没下也能正常通信。通常的扩频设备总是将用户信息(待传输信息)的带宽扩展到数十倍、上百倍甚至千倍,以尽可能地提高处理增益。

2.2直接序列扩频的基本原理

所谓直接序列扩频(DS ),就是直接用具有高速率的扩频码序列在发送端去扩展信号的频谱。而接收端,用相同的扩频码序列进行解扩,把展宽的扩频信号还原成原始信息。图2-1示出了直扩通信系统的原理方框图

图2-1 直扩通信系统的组成框图 信息

信码m(t) BPSK 调制

载波

PN 码 扩频解调 本地PN 码 BPSK 解调

本地载波

在发送端输入信息码元m (t ),它是二进制数据,图中为0、1两个码元,其码元宽度为b T 。加入扩频解调器,图中为模2加法器,扩频码为一个伪随机码(PN 码),记作p (t )。伪码的波形如图 2-2 中的第(2)个波形,其码元宽度为p T ,且取b T =16p T 。通常在DS 系统中,伪码的速率p R 远远大于信码速率m R ,即()()()c t m t p t =⊕p R m R ,也就是说,伪码的宽度p T 远远小于信码的宽度b T ,即p T b T ,这样才能展宽频谱。模2加法器的运算规则可用下式表示

()()()c t m t p t =⊕ (2—9)

当m (t )与p (t )符号相同时,c (t )为0;而当m (t )与p (t )不同时,则为1。c (t )的波形如图2-2所示中的第(3)个波形。由图可见,当信码m (t )000ππππππππ

000ππππππππ (3)()()()c t m t p t =⊕

000000πππππ (4)载波

000000

πππππ

0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 (1)信码m (t )

(2)伪码p (t )

(5)PSK 已调波()1s t

(7)()2s t 相位 (6)()1s t 相位

(9)解调输出

(8)中频调相

图2-2 直扩通信系统的主要相位或波形

为0时,c (t )与p (t )相同;而当信码m (t )为1时,则c (t )为p (t )取反既是。显然,包含信码的c (t )其码元宽度已变成了p T ,即已进行了频谱扩展。

其扩展处理增益也可用下式表示

10l g b p p

T G T = (2—10)

在b T 一定的情况下,若伪码速率越高,即伪码宽度(码片宽度)p T 越窄,

则扩频处理增益越大。

经过扩频,还要载频调制,以便信号在信道上有效的传输。图中采用二相相移键控方式。调相器可由环行调制器完成,即将c (t )与载频1cos A t ω相乘,输出为()1s t 。即

()()11cos s t c t A t ω= (2—11)

式中,

()1011c t ??=?- ??当二进制序列为码当二进制序列为码

(2—12)

因此,经过扩频和相位调制后的信号()1s t 为 ()()1111cos cos cos A t s t Ac t t A t

ωωω ??==? -??

(2—13) 由上面讨论可知,经过扩频调制信号c (t )可看作只取±1的二进制波形,然后对载频进行调制,这里是采用调相(BPSK )。所谓调制,就是指相乘过程,可采用相乘器,环行调制器(或平衡调制器),最后得到的是抑制载波双边带振幅调制信号。这里假定平衡调制器是理想对称,码序列取+1、-1的概率相同,即调制信号无直流分量,这样平衡调制器输出的已调波中,无载波分量。()1s t 通过发射机中推动级、功放和输出电路加至天线发射出去。

通常载波频率较高,或者说载波周期c T 较小,它远小于伪码的周期p T ,即满足c T p T 。但图2-2中(4)示出的载波波形c T =宽度为p T ,这是为了便于看

清楚一些,否则要在一个p T 期间内画几十个甚至几百个正弦波。对于PSK 来说,

主要是看清楚已调波与调制信号之间的相位关系。图2-2中的第(5)个图为已调波()1s t 的波形。这里,当c (t )为一码时,已调波与载波取反相;而当c (t )为0码时,取同相。已调波与载波的相位关系如图2-2中的第(6)个图所

示。

接收端的工作原理:

假设发射的信号经过信道传输,不出现差错,经过接收机前端电路(包括输入电路、高频放大器等),输出仍为()1s t 。这里不考虑信道衰减问题,因为对PSK 调制信号而言,重要的是相位问题,这里的假定对分析工作原理是不受影响的。相关器完成相干解调和解扩。接收机中的本振信号频率与载波相差为一个固定的中频。假定收端的伪码(PN )与发端的PN 码相同。接收端本地调相情况与发端相似,这里的调制信号是p (t ),即调相器输出信号()2s t 的相位仅取决于p (t ),当p (t )=1时,()2s t 的相位为π;当p (t )=0时,()2s t 的相位为0。信号()2s t 的相位如图2-2中(7)所示。

相关器的作用在这里可等效为对输入相关器的()1s t 、()2s t 相位进行模2加。对二元制的0、π而言,同号模2加为0,异号模2加为π。因此相关器的输出的中频相位如图2-2中的(8)所示。然后通过中频滤波器。滤除不相关的各种干扰,经解调恢复出原始信息。

这一过程说明了直扩系统的基本原理和它是怎样通过对信号进行扩频与解扩处理从而获得提高输出信噪比的好处的。它体现了直扩系统的抗干扰能力。

2.3 直扩系统的性能

2.3.1 直扩系统的抗干扰性

直扩系统最早应用是在军事通信中作为很强抗干扰性的通信手段。直扩系统对窄带干扰、宽带干扰等,都具有抗干扰能力,其抗干扰能力大小就是前面提出的扩频处理增益P G ,P G 越大,抗干扰能力就越强。下面就来分析直扩系统抗宽带干扰和抗窄带干扰的原理

图2-3为直扩系统抗宽带干扰的示意图。

这里的宽带干扰是泛指的与扩频信号不相关的,在CDMA 通信网中,其它用户的信号就是一种宽带干扰。相关处理前,信号频谱是很宽的,经相关处理后,有用信息被解扩,其功率谱集中于信息带宽内,而宽带干扰通过相关器,其功率谱密度基本不变。由于解扩后必然连接窄带滤波器,保证信号能顺利通过,对信号频带之外的各种干扰起到很大的抑制作用,从而提高了输出的信噪比。

对单频或窄带干扰,直扩系统有很强的抗干扰能力。图2-4(a )为解扩前的功率谱,窄带干扰功率很大,由于干扰与本地扩频码(PN 码)是不相关的。对干扰来说,相关器起到扩展频谱的目的,功率谱密度就大大下降,其中对信号有害的干扰分量只有落入信息带宽部分,从而抑制了大部分干扰。由于有用信号能顺利通过窄带滤波器,因此提高了输出的信噪比。

2.3.2 直扩信号的抗截获性

截获敌方信号的目的在于:

1. 发现敌方信号的存在,

2. 确定敌方信号的频率,

3. 确定敌方发射机的方向。

解扩后的有用信号信息带宽B A 有用信号

干扰电平

白限热噪

声电平

c R R 功率频谱 干扰信号 c f f c R f

图2-3 直扩系统抗宽带干扰的示意图

(a )接收机输入的信号及干扰的功率谱 (b )相关器输出的信号及干扰的功率谱

A A

解扩后的有用信号 干扰被扩展频谱

有用信号 窄带干扰信号

2c R f i

f f c f

f (a )未解扩的功率谱 (b )解扩后的功率谱

图2-4 直扩系统抗窄带干扰示意图

理论分析表明,信号的检测概率与信号能量与噪声功率谱密度之比成正比,与信号的频带宽度成反比。直扩信号正好具有这两方面的优势,它的功率谱密度很低,单位时间内的能量就很小,同时它的频带很宽。因此,它具有很强的抗截获性。

如果满足直扩信号在接收机输入端的功率低于或与外来噪声及接收机本身的热噪声功率相比拟的条件、则一般接收机发现不了直扩信号的存在。另外,由于直扩信号的宽频带特性,截获时需要在很宽的频率范围进行搜索和监测,也是困难之一。因此,直扩信号可以用来进行隐藏通信。至于如何发现敌方直扩信号的存在,和弄清楚其参数,即直扩信号的检测与估值问题。

2.3.3 直扩码分多址通信系统

多址通信系统指的是许多用户组成的一个通信网,网中任何两个用户都可以通信,而且许多对用户同时通信时互不不扰。应用直扩系统就很容易组成这样一个多址通信系统(网)。

具体的做法是给每一个用户分配一个PN码作为地址码。首先,利用直扩信号中PN码的相关特性来区分不同的用户,每个用户只能收到其他用户按其地址码发来的信号,此时自相关特性出现峰值,可以判别出是有用信号。对于其他用户发来的别的信号,因PN码不同时互相关值很小,不会被解扩出来。其次,利用直扩信号中频谱扩展,功率谱密度很低的特性,可以有许多用户共用同一宽频带。此时相互之间干扰很小,可以当作噪声处理。另外,每个用户占用的频宽很窄,相对说来,频谱利用率也是高的。

实现直扩码分多址通信值得注意的问题有:

1. 是要选择有优良互相关特性的码。

一般多采用有二值或三值相关特性的码作为地址码。同时还需要有一定的数量。Gold码就可以作为地址码来用,它既有较优良的相关特性,也有足够的数量可供选。

2. 是要注意克服“远-近”问题。

所谓“远一近”问题指的是距离近的用户的信号强,它会干扰距离远的弱信号的接收。解决的办法是采用自动功率控制,自动调节各用户的发射功率,使达到接收机时各用户信号功率基本相等,也就是满足接收机输入端等功率的条件,才能正确地区分有用信号。

3. 是同时通话的用户数,决定于整个网内的噪声水平。

因此,直扩码分多址系统是一种噪声受限的系统。随着用户数的增加,通信质量逐渐变坏。

2.3.4 直扩系统的抗多径干扰性能

多径信道就是发射机和接收机之间电波传播的路径不止一条。例如由于大气层的反射和折射,以及由于建筑物等对电波的反射都是形成多径信道的原因。不同的传播路径使电波在幅度上衰减不同,到达时间的延迟也不同。

直扩系统能够同步锁定在最强的直达路径的电波上。其它有延迟到达的电波,由于相关解扩的作用,只起到噪声干扰的作用。这就是利用PN码的自相关特性,只要延迟超过半个PN码时片,其相关值就很小,可作为噪声来对待。另外,如果采用不同时延的匹配滤波器,把多径信号分离出来,还可以变害为利,将这些多径信号在相位上对齐相加,起到增加接收信号能量的作用。

因此,直扩系统是一种有效的抗多径干扰的通信系统。

2.3.5 直扩测距定时系统

直扩系统的发展是从测距开始的。电磁波在空间是以固定的光速传播的。如果测定了电波传播的时间,也就测定了距离。

用直扩信号来测取和定时有独特的优点。当采用一个较长周期的PN码序列作为发射信号、用它于目的地反射回来或转发回来的PN码序列的相位进行比较,即比较两个码序列相差的时片数,就可以看出其时间差,也就能换算出发射机与目的地之间的距离。不难把码片选得很窄,即码的钟速率很高,则可以高精度的测距与定时,基本的分辨率即一个码片。

此外,有了精确的测距的定时系统,不难形成一个精确的定位系统;按照简单的几何关系,已知两个点的位置(座标)和距离,及其在某一平面上分别与第三点的距离,也就能确定第三点的座标位置。

2.4扩频序列通信系统的同步原理

任何数字通信系统都是离散信号的传输,要求收发两端信号在频率上相同和相位上一致,才能正确地解调出信息。扩频通信系统也不例外。一个相干扩频数字通信系统,接收端与发送端必须实现信息码元同步、PN码码元和序列同步和射频载频同步。只有实现了这些同步,直扩系统才能正常的工作。可以说没有同步就没有扩频通信系统。

同步系统是扩频通信的关键技术。信息码元时钟可以和PN码元时钟联系起来,有固定的关系,一个实现了同步,另一个自然也就同步了。对于载频同步来说,主要是针对相干解调的相位同步而言。常见的载频提取和跟踪的方法都可采用,例如用跟踪锁相环来实现载频同步。因此,这里我们只需讨论PN码码元和序列的同步。

一般说来,在发射机和接收机中采用精确的频率源,可以去掉大部分频率和相位的不确定性。但引起不确定性的因素有以下一些:

1. 收发信机的距离引起传播的延迟产生的相位差;

2.收发信机相对不稳定性引起的频差;

3. 收发信机相对运动引起的多普勒频移;

4. 以及多径传播也会影响中心频率的改变。

因此,只靠提高频率源的稳定度是不够的,需要采取进一步提高同步速率和精度的方法。

同步系统的作用就是要实现本地产生的PN 码与接收到的信号中的PN 码同步,即频率上相同,相位上一致。同步过程一般说来包含两个阶段:

1. 接收机在一开始并不知道对方是否发送了信号,因此,需要有一个搜捕过程,即在一定的频率和时间范围内搜索和捕获用信号。这一阶段也称为起始同步或粗同步,也就是要把对方发来的信号与本地信号在相位之差纳入同步保持范围内,即在PN 码一个时片内。

2. 一旦完成这一阶段后,则进入跟踪过程,即继续保持同步,不因外界影响而失去同步。也就是说,无论由于何种因素两端的频率和相位发生偏移,同步系统能加以调整,使收发信号仍然保持同步。

如果由于采种原因引起失步,则重新开始新的一轮搜捕和跟踪过程。因此,整个同步过程是包含搜捕和跟踪两个阶段闭环的自动控制和调整过程。

图4-5为同步系统搜捕和跟踪原理图,图中接收到的信号经宽带滤波器后,在乘法器中与本地PN 码进行相关运算。此时搜捕器件,调整压控钟源,调整PN 码发生器产生的本地脉序列伪重复频率和相位,以搜捕有用信号。一旦捕获到有用信号后,则起动跟踪器件,由其调整压控钟源,使本地PN 码发生器与外来信号保持同步 接收信号 图2-5同步系统搜捕和跟踪原理图

输出宽带滤波码跟踪器 PN 码发生器 压控钟源 搜捕器件 解调器

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[15] 王立宁, 等. MATLAB 与通信仿真.北京:人民邮电出版社.2000.

外军通信抗干扰发展趋势

外军通信抗干扰发展趋势 1、跳频通信装备抗跟踪干扰能力日益提高,抗跟踪干扰已由定频通信抗自动瞄准式干扰发展到跳频抗跟踪干扰 外军提高跳频通信抗跟踪干扰能力的技术动态主要有两个方面,一是适当提高跳速,二是采用变速跳频。外军大部分20世纪80年代的跳频通信装备为中低跳速跳频,较新的跳频通信装备采用了中高跳速跳频,如美国的HF-2000,CHESS,HA VE-QUICKIIA,JTIDS及MILSTAR,瑞典的TRC-350,法国的ALCALTEL111等。值得注意的一点是外军有些跳频通信装备大幅度提高跳速并不是以提高抗跟踪干扰能力为出发点的,其主要目的是利用相应的技术体制,由高跳速提高数据传输速率,如:CHESS系统和JTIDS等。另外,提高跳速后,还将给交织和纠错带来方便。当然,提高跳速也会引起其他问题,需要综合考虑。变速跳频是抵抗跟踪干扰的有效措施之一,外军现役跳频电台中也有所采用,但还多是半自动变速或有限种跳速随机变速,有些是通过信令实现跳速牵引,还没有实现真正意义上的变速跳频,这里将其称为准变速跳频,如法国的ERM-9000,TRC-9600,南非的TRC-1600,TRC-600以及瑞典的SFH-41等。 2、跳频通信装备抗阻塞干扰技术逐步成熟 最初提出跳频抗干扰体制,实际上是基于频率分集原理,并以提高跳速为代价实现抗阻塞干扰为出发点的。后来由于数据传输速率越来越高,常规跳频体制的跳速难以适应,形成了实际上的慢跳频(无论绝对跳速多高)。因此,抗阻塞干扰能力一直是跳频通信的重要问题。长期以来很多国家都致力于跳频通信抗阻塞干扰技术的研究,有些成果已得到成功的应用。外军实用化研究成果主要有短波采用自适应选频与跳频相结合的体制,将经过LQA(链路质量分析)选出的最佳或准最佳频率作为跳频频率表生成的基准,如美国的SCl40、英国PATHER-2000、以色列的HF-2000,TRl78、法国的TRC-350H、南非的HF-6000,TRl78A/B,TR390以及瑞典的TRC-350等;超短波采用具有FCS(free channel searce)功能的跳频体制,在一般窄带干扰情况下,使用常规跳频,在遇到宽带阻塞干扰时,自动转到FCS功能,在当前最佳频点上定频工作,一旦宽带干扰消失,又可回到跳频方式上工作,如法国的PR4G、比利时的BAMS等;UHF波段采用了频率自适应与跳频相结合的体制,即在跳频通信过程中自动检测和删除受干扰频率,使系统在无干扰或干扰较弱的频点上跳频,如瑞典的RL-401系列跳频接力机等,但该跳频机在干扰严重时,无更有效的措施,只是自动回到常规跳频状态。 3、扩展频段成为通信抗干扰新的发展趋势 拓宽现有频段、发展多频段,不仅有利于协同通信和全谱作战,还有利于提高跳频通信抗阻塞干扰能力。在拓宽频段方面,外军少数短波电台的频段范围已拓宽到116~50MHz,如美国的M508,RF-500,AN/PRC-132短波电台等;少数超短波电台的频段范围拓宽到30~108 MHz,如比利时的BAMS、荷兰的PRC/VRC-8600、德国的SEMl73/183/193、以色列的CNR-9000、英国的PANTHER-V、法国的PR4G系列电台等,增加了20MHz的带宽。在开发新频段方面,成效显著,最具代表性的是美国的MILSTAR卫星通信系统,采用宽带亚毫米/毫米波,实现宽带高速跳频,跳频带宽达2 GHz。在研制多频段通信抗干扰装备方面更是如火如荼,电台以HF/VHF/UHF三个频段的综合运用为典型特征。如美国的AM-7177A/ARC-182(V),MBITR,MXF-610,MBMMR,SPEAKEASY,英国的SWORDFISH,BOWMAN,南非的MATADOR,TRC-1600,TR600,加拿大的AN/GRC-512(V)等,多频段接力机主要有美国的AMLD4,AMLA3,AN/GRC-226,法国的TFH-150,TFH-701,瑞典的RL401/422,俄罗斯的捷标坦特系列接力机等。 4、提高短波跳频数据速率取得突破进展 自从短波通信出现以来,由于通信体制、器件、信道带宽及天波传输特性等原因,短波

测试系统的干扰及其抑制

测试系统的干扰及其抑制 Interference in Te sting Syste m and It s E limination 李传伟 (山东威海职业技术学院,威海 264200) 摘 要 阐述了检测系统中的各类干扰,并对其产生的原因作了较详细的分析。针对干扰的特性,指出了它们的危害范围及程度,提出了检测系统抗干扰的方法和措施。 关键词 测试系统 干扰 抑制 Abstract Various kinds of interference in testing system are described and the causes are analyzed in detail.In accordance with the characteristics of the interference,their harm ful scope and degree are put forward.The methods and s olutions of anti-interference for detecting systems are given. K eyw ords T esting System Interference E lim ination 0 引言 随着自动控制的迅速发展,测试系统已经广泛应用于科学研究和生产实践的各个领域。由于存在干扰,它对测试系统的稳定度和精确度产生直接的影响,严重时可使测试系统不能正常工作。因此,系统的设计、安装、制造、使用方式以及工作环境等各个方面都需要考虑抗干扰的问题。所以对干扰的研究是测试技术的重要课题。 1 干扰因素 干扰形成的全过程是由于干扰源发出的干扰信号,经过耦合通道传到感受器上,构成对整个系统的干扰。干扰的三个环节,称之为干扰系统的三要素,如图1所示。要有效地抑制干扰,首先要找到干扰的发源地,抑制发源地的干扰是抑制整个系统受干扰的积极措施。当产生了难以避免的干扰时,削弱通道对干扰的耦合以及提高感受器的抗干扰能力就成为非常重要的方法。 图1 干扰系统三要素 检测系统中,主要存在空间辐射干扰,信号通道干扰、电源干扰、数字电路干扰、地线干扰及系统内部的其他干扰等。 1.1 空间辐射干扰 1.1.1 自然干扰 自然干扰包括雷达、大气层电场的变化、电离层变化以及太阳黑子的电磁辐射等等。雷电能在传输线上产生幅值很高的高频浪涌电压,对系统形成干扰,甚至破坏无线电通信设备。太阳黑子的电磁辐射能量很强,可造成无线电通信中断。来自宇宙的自然干扰,只有高频才能穿过地球外层的电离层,频率在几十MH z 到200MH z之间,电压一般在μV量级,对低频系统影响甚微。 1.1.2 放电干扰 ①电晕放电 最常见的电晕放电来自高压输出线。高压输电线因绝缘失效会产生间隙脉冲电流,形成电晕放电。在输电线垂直方向上的电晕干扰,其电平随频率升高而衰减。当频率低于1MH z时,衰减微弱;当频率高于1MH z时,急剧衰减。因此电晕放电干扰对高频系统影响不大,而对低频系统影响较为严重,应引起注意。 ②辉光放电 辉光放电即气体放电。当两个接点之间的气体被电离时,由于离子碰撞而产生辉光放电,肉眼可见到蓝色的辉光。辉光放电所需电压与接点之间的距离、气体类型和气压有关。荧光灯、霓虹灯、闸流管以及工业生产中使用的大型辉光离子氧化炉等,均是利用这一原理制造的辉光放电设备。这类设备对测试系统而言都是干扰源,频率一般为超高频。如荧光灯干扰,电压为几十到几千微伏,甚至可达几十毫伏。 ③弧光放电 弧光放电即金属雾放电。最具典型的弧光放电是金属电焊。弧光放电产生高频振荡,以电波形式形成干扰。这种干扰对测试系统危害较大,甚至对具有专门防干扰的设备,在半径为50m的范围内,当频率为0115~015MH z时,干扰电压最低仍可达1000μV;当频 7

一文解读计算机控制系统的抗干扰技术途径-作用方式-来源

一文解读计算机控制系统的抗干扰技术途径/作用方式/来源 由于工业现场的工作境往往十分恶劣,计算机控制系统不可避免地受到各种各样的干扰。这些干扰可能会影响到测控系统的精度,使系统的性能指标下降,降低系统的可靠性,甚至导致系统运行混乱或发生故障,进而造成生产事故。 1、抗干扰概述由于工业现场的工作境往往十分恶劣,计算机控制系统不可避免地受到各种各样的干扰。这些干扰可能会影响到测控系统的精度,使系统的性能指标下降,降低系统的可靠性,甚至导致系统运行混乱或发生故障,进而造成生产事故。干扰可能来自外部,也可能来自内部;它通过不同的途径作用于控制系统,且其作用程度及引起的后果与干扰的性质及干扰的强度等因素有关。干扰是客观存在的,研究抗干扰技术就是要分清干扰的来源,探索抑制或消除干扰的措施,以提高计算机控制系统的可靠性和稳定性。 2、干扰的概念干扰使指有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。产生干扰信号的原因称为干扰源。干扰源通过传播途径影响的器件或系统称为干扰对象。干扰源、传播途径和干扰对象构成了干扰系统的三个因素。抗干扰技术就是通过对这三要素中的一个或多个采取措施来实现的。为了有效的抑制和消除干扰,首先要分清干扰的来源、传播途径以及干扰的作用方式。 3、干扰的来源计算机控制系统中干扰的来源是多方面的,有时甚至是错综复杂。总体上,按照来源,干扰可分为内部干扰和外部干扰。外部干扰与系统所在环境和使用条件有关,与系统内部结构无关。内部干扰则由系统结构布局、制造工艺等引入。 外部干扰:与系统结构无关,是由使用条件和外部环境决定的。外部干扰主要有:天电干扰,如雷电或大气电离作用引起的干扰电波;天体干扰,如太阳或其它星球辐射的电磁波;周围电气设备发出的电磁波干扰;电源的工频干扰;气象条件引起的干扰,如湿度、温度等;地磁场干扰;火花放电、弧光放电、辉光放电等产生的电磁波等。 内部干扰:是由系统的结构布局、线路设计、元器件性质变化和漂移等原因造成的,主要

移动通信的基本技术之抗干扰措施

移动通信的基本技术之抗干扰措施 在第三代移动通信系统中除了大量的环境噪声和干扰以外,还有大量的电台产生的干扰,如邻道干扰、公道干扰和互调干扰,更重要的是第三代移动通信系统的主流标准(WCDMA、CDMA2000等)都采用了码分多址方式,CDMA码分多址系统是一个干扰受限制系统,在信息的传输中,存在着多址干扰,多径干扰和远近效应。那么为了保证网络的畅通运行,我们也采用了第三代移动通信系统采用的相关抗干扰技术进行处理。这些技术包括:空分多址(SDMA)智能天线技术,用于抗多径干扰的RAKE接收技术,抗多址干扰的联合检测技术,并对这些技术在特定系统中的性能进行了仿真。 首先介绍一下智能天线技术,智能天线利用多个天线阵元的组合进行信号处理,自动调整发射和接收方向图,以针对不同的信号环境达到最优性能。智能天线是一种空分多址技术,主要包括两个方面:空域滤波和波达方向(DOA)估计。空域滤波(也称波束赋形)的主要思想是利用信号、干扰和噪声在空间的分布,运用线性滤波技术尽可能地抑制干扰和噪声,以获得尽可能好的信号估计。 智能天线通过自适应算法控制加权,自动调整天线的方向图,使它在干扰方向形成零陷,将干扰信号抵消,而在有用信号方向形成主波束,达到抑制干扰的目的。加权系数的自动调整就是波束的形成过程。智能天线波束成型大大降低了多用户干扰,同时也减少了小区间干扰。 比起只能智能天线技术抗多径干扰的RAKE接受技术又有哪些技术有点呢?智能天线抑制干扰的能力在多数情况下受天线阵元个数的限制,且当感兴趣信号存在多个非相关多径时,阵列只保留其中的一路信号,而把零陷对准其它信号,这样,阵列能够减小由非相关多径带来的干扰,但未能发挥路径分集的优势,因而是次最优的。为此,联合时域和空域处理的接收技术成为研究的热点。 当信道存在多径时延扩展,且时延大于一个码片周期时,这些多径信号既是多径干扰,又是一些有价值的分集源,由此产生了2D-RAKE接收机。目前2D-RAKE接收机讨论最多的是应用在WCDMA上行链路。 空时RAKE接收机首先对存在角度扩展的多个路径分量进行波束成型,以降低DOA可分辨的其它用户信号产生的多址干扰或期望信号的非相关多径分量,然后将经过空间滤波后的信号送入RAKE合并器,以充分利用延迟可分辨的期望信号的多个路径的能量。空间波束形成旨在衰减干扰信号,而时间多径合并旨在利用有用信号。 与时域和空域一维干扰抑制不同的是,空时二维干扰抑制不再使用强迫置零条件,而是考虑噪声的存在,使用优化准则。空时处理有名的优化准则有两个,一个是空时最小均方误差准则,另外一个是空时最大似然准则 我们介绍的第三种抗干扰技术是联合检测技术 传统的接收技术是针对某一用户进行信号检测而把其他用户作为噪声加以处理,在用户数增多时,导致了信噪比恶化,系统性能和容量都不如人意。联合检测技术是在传统检测技术的基础上,充分利用造成多址干扰的所有用户信号及其多径的先验信息(信号之间的相关性时已知的:如确知的用户信道码,各用户的信道估计),把用户信号的分离当作一个统一的相互关联的联合检测过程来完成,从而具有优良的抗干扰性能,降低了系统对功率控制精度的要求,因此可以更加有效地利用上行链路频谱资源,显著地提高系统容量,并削弱了“远近效应”的影响。 每一样技术都有其优缺点,那么我们是否能将其结合,使技术更优化,让其在抗干扰方面体现的效果更为明显呢? 那就是智能天线与联合检测的结合(SA+JD), 其主要用于TD-SCDMA系统中,TD-SCDMA系统结合使用了智能天线和联合检测技术:1)智能天线消除小区间干扰,联合检测消除小区内干扰,两者配合使用;2)智能天线缓解了联合检测过程中信道估计的不准确对系统性能恶化的影响;3)当用户增多时,联合检测的计算量非常大,智能天线的使用减少了潜在的多用户; 4)智能天线的阵元数有限,对于M个阵元的智能天线只能抑制M-1个干扰源,而且所形成的副瓣对其它用户而言仍然是干扰,只能结合联合检测来减少这些干扰;5)在用户高速移动下,TDD模式上下行采用同样空间参数使得波束成型有偏差;用户在同一方向时,智能天线不能起到作用;还

抗干扰措施

提高变电所自动化系统可靠性的措施 一、概述 变电所综合自动化系统具有功能强、自动化水平高、可节约占地面积、减轻值班员操作及监视的工作量、缩短维修周期以及可实现无人值班等优越性。这已为越来越多的电力部门的专家和技术人员所共识。但一方面,由于它是高技术在变电所的应用,是一种新生事物,很多人对它还不够了解,因此也不放心。特别是目前不少工作在变电所第一线的技术人员与运行人员,对综合自动化系统的技术和系统结构还不了解,对其可靠性问题比较担心。另一方面,变电所综合自动化系统内部各个子系统都为低电平的弱电系统,但它们的工作环境是电磁干扰极其严重的强电场所,在研制综合自动化系统的过程中,如果不充分考虑可靠性问题,没有采取必要的措施,这样的综合自动化系统在强电磁场干扰下,也确实很容易不能正工作,甚至损坏元器件。因此,综合自动化系统的可靠性是个很重要的问题。 可靠性是指综合自动化系统内部各子系统的部件、元器件在规定的条件下、规定的时间内,完成规定功能的能力。不同功能的自动装置有不同的反映其可靠性的指标和术语。例如,保护子系统的可靠性通常是指在严重干扰情况下,不误动、不拒动。远动子系统的可靠性通常以平均无故障间隔时间MTBF来表示。 提高综合自动化系统可靠性的措施涉及的内容和方面较多,本章将从电磁兼容性、抗电磁干扰的措施和自动化系统本身的自纠错和故障自诊断等方面讨论提高变电所综合自动化系统的可靠性措施问题。 二、变电所内的电磁兼容 (一)电磁兼容意义 变电所内高压电器设备的操作、低压交、直流回路内电气设备的操作、雷电引起的浪涌电压、电气设备周围静电场、电磁波辐射和输电线路或设备短路故障所产生的瞬变过程等都会产生电磁干扰。这些电磁干扰进入变电所内的综合自动化系统或其他电子设备,就可能引起自动化系统工作不正常,甚至损坏某些部件或元器件。 电磁兼容的意义是,电气或电子设备或系统能够在规定的电磁环境下不因电磁干扰而降低工作性能,它们本身所发射的电磁能量不影响其他设备或系统的正常工作,从而达到互不干扰,在共同的电磁环境下一起执行各自功能的共存状态。

计算机控制系统中的抗干扰技术

第9章计算机控制系统中的抗干扰技术 ●本章的教学目的与要求 掌握各种干扰的传播途径与作用方式以及软硬件抗干扰技术。 ●授课主要内容 ●干扰的传播途径与作用方式 ●软硬件抗干扰技术 ●主要外语词汇 ●重点、难点及对学生的要求 说明:带“***”表示要掌握的重点内容,带“**”表示要求理解的内容,带“*”表示要求了解的内容,带“☆”表示难点内容,无任何符号的表示要求自学的内容 ●干扰的类型*** ●干扰的传播途径***☆ ●各类干扰的抑制方法*** ●辅助教学情况 多媒体教学课件(POWERPOINT) ●复习思考题 ●干扰的类型 ●干扰的传播途径 ●各类干扰的抑制方法 ●参考资料 刘川来,胡乃平,计算机控制技术,青岛科技大学讲义

干扰是客观存在的,研究抗干扰技术就是要分清干扰的来源,探索抑制或消除干扰的措施,以提高计算机控制系统的可靠性和稳定性。 9.1 干扰的传播途径与作用方式 干扰是指有用信号以外的噪声或造成计算机设备不能正常工作的破坏因素。产生干扰信号的原因称为信号源。干扰源通过传播途径影响的器件或系统称为干扰对象。干扰源、传播途径及干扰对象构成了干扰系统的三个要素。 9.1.1 干扰的来源 1.外部干扰 2.内部干扰 9.1.2 干扰传播途径 干扰传播途径主要有:静电耦合、磁场耦合、公共阻抗耦合。 1. 静电耦合 静电耦合是通过电容耦合窜入其他线路的。 2. 磁场耦合 在任何载流导体周围都会产生磁场,当电流变化时会引起交变磁场,该磁场必然在其周围的闭合回路中产生感应电势引起干扰,它是通过导体间互感耦合进来的。 3公共阻抗耦合 公共阻抗耦合干扰是由于电流流过回路间公共阻抗,使得一个回路的电流所产生的电压降影响到另一回路。 9.1.3 干扰的作用方式 按干扰作用方式的不同,可分为串模干扰、共模干扰和长线传输干扰。 1. 串模干扰 串模干扰是指叠加在被测信号上的干扰噪声,它串联在信号源回路中,与被测信号相加输入系统. 图9.6 串模干扰示意图图9.7 共模干扰示意图

电子系统中的抗干扰技术_介绍

电子系统中的抗干扰技术 摘要:应用硬件抗干扰措施是必不可少的一种有效方法。本文中介绍了几种形式的干扰以及解决方法,如信号如何走线、接地的安全可靠、印制电路板避免干扰的设计、电源使用注意事项等几方面进行了阐述。通过合理的硬件电路设计,可以削弱或 抑制绝大部分干扰。实践应用取得了良好的效果。 关键词:抗干扰、屏蔽、电磁辐射。 0 引言 干扰是无处不在的,干扰可导致系统工作不正常,输出信息失真,严重可导致系统瘫痪。抗干扰设计是设备长期稳定运行的保证;随着电子技术的发展、电子设备的普及应用,抗干扰技术的研究显得越来越重要,应用也越来越普及。电子工程师从设备的研制阶段就应使用抗干扰技术,抗干扰技术始终贯穿于设备的设计、制造、安装、使用等各个阶段。 1 抗干扰技术应用 1.1 电源使用方面 有些电源在通断的一瞬间会对小功率电子设备造成损害,对附近的电子设备形成干扰。例如,显示器附近有电源设备时,有时开关电源设备的一瞬问会导致显示器闪一下,如果电源功率较大或靠的太近,而显示器屏蔽效果又达不到要求,显示器就会出现波纹,影响使用。 解决方法是:电源设备加装屏蔽层,采取有效的接地措施,电源线也应带屏蔽层,显示器等易受干扰的设备应尽量远离电源。 1.2 信号传输方面 信号在传输过程中由于线缆过长、过细,绝缘性能不好,没有采取有效的屏蔽、接地措施,信号传输就会受到干扰,特别是正电平信号受干扰影响较大。解决方法有: (1)信号采用负电平传输。 (2)容易相互干扰的信号分开传输。 (3)高频信号单独采用同轴电缆传输。 (4)模拟信号、数字信号分开传输。 (5) (内部可采用一根信号线附近一根地线的接线形式)。 (6)尽量采用带有屏蔽层的电缆,屏蔽层接地。线缆的绝缘性能要好。 (7)正确使用双绞线可起到消除电磁干扰的作用,通常网络线缆都是采用双绞的形式。

关于CBTC系统无线通信抗干扰技术的研究

技术装备 52 MODERN URBAN TRANSIT 6/2009现代城市轨道交通 0引言 列车控制系统在地铁信号的发展过程中,经历了从单向轨道电路到双向无线通信的变革。目前广泛应用于地铁列车控制系统的是基于无线通信的列车控制系统(CBTC)(图1)。而无论基于无线局域网还是专用无线网的通信,都存在同频或邻频干扰的问题。为此,如何引入技术手段,提高CBTC系统的抗干扰能力,保证其可靠、稳定运行十分重要。 1无线局域网 1.1结构 无线局域网(WLAN)是计算机 网络与无线通信技术相结合的产物,它以无线多址信道作为传输媒介,利用电磁波完成数据交互,实现传统有线局域网的功能。WLAN的核心结构如图2所示。 从图2可以看到,WLAN的工作层有介质访问控制层(MAC)和物 理层(PHY),其中物理层分为PLCP(物理层收敛过程)子层和PMD(物理机制相关)子层。PLCP子层通过将MAC层信息映射到PMD子层,使MAC层对物理层的依赖减到最低,而PMD子 层则提供了控制无线介质 的方法和手段。WLAN的物理层采用扩频工作方式,包括FHSS(跳频扩频)、DSSS(直接序列扩频)、HR/DSSS(高速直接序列扩频)和OFDM(正交分复用),无线工作频段为ISM:2.4~2.4875GHz以及U-NII:5.725~5.850 GHz(取决于采用的标准)。在IEEE802.11结构内还包含两个管理实体(MAC层管理实体MLME和PHY 物理层管理实体PLME)和管理信息库(MIB),从而控制MAC层和PHY层的工作状态。 1.2MAC层干扰问题 无线局域网的MAC层的载波监听多路访问/冲突检测方法(CSMA/CD)协议问题,从理论上讲,MAC层的CSMA/CD协议完全能够满足局域网级的多用户信道竞争问题,但是,对应无线环境而 邱鹏:南京恩瑞特实业有限公司轨道交通事业部,助理工程师,南京 211106 关于CBTC系统无线通信 抗干扰技术的研究 邱鹏 李亮 摘 要:研究基于无线传输的CBTC系统车-地通信抗干扰技术,通过 分析无线局域网中的同频干扰,结合重复累积码、感知无线电、一致性测试3项技术,提出1套在CBTC系统设计和系统运营两个阶段抑制同频干扰的完整解决方案。 关键词:车地通信;同频干扰;重复累积码;感知无线电;一致性测试 注:LLC即逻辑链路控制;WEP即有线等效保密 图2WLAN 的核心结构 图1CBTC 系统框图 车载部分 车载ATC定位 数据通信部分 无线传输系统 轨旁网络装置 ATS 轨旁ATC系统 LLC WEPMAC PHY DSSS FH IR OFDMMACMgmt MIB LLC MAC 业务接口 MAC管理业务接口MAC子层 MAC管理层 PHY业务接口 PHY管理业务接口PHY管理层 PLCP子层PMD 子层

军事短波通信抗干扰措施

【摘要】短波电台是部队通信装备中应用最多的设备,针对日益复杂的电磁应用环境和通信对抗挑战,本文从技术和使用角度阐述了电台通信抗干扰的几点措施。 【关键词】短波电台通信抗干扰 短波通信通常是指利用波长为100―10m (频率为3―30mhz)的电磁波进行的无线电通信。目前也有把中波的高频段(1.5―3mhz)归到短波波段中去,所以现有的许多短波通信设备,其波段范围往往扩展到1.5―30mhz。在许多国家,也把短波通信认为是高频(hf)无线电通信。 多年来,短波通信被广泛地用于政府、军事、气象、商业等部门,用以传送语言、文字、图像、数据等信息。尤其在军事部门,它始终是军事指挥通信的重要手段之一,是军事指挥决策部门与下级所属单位有效沟通和信息传递的重要工具,也是构建我军c4i指挥体系的重要环节,在现代日益复杂的战场环境下,如何提高电台抗干扰能力,保护己方通信畅通尤为迫切。 一、短波通信干扰类型 能够对设备形成干扰的前提是在时间域对齐,频率域对准,空间域相同,能量域足够,这是干扰的总体原则,具体到各个干扰样式和原理,则有不同的表现形式,通信干扰主要有以下几种类型: 以上几种干扰措施是以前常用的干扰方式,随着通信设备的发展,有些干扰方式现在已基本不再使用,比如单频干扰或窄带连续波干扰,随着军事电台大量采用抗干扰措施,现在已少见单频电台干扰,但宽带噪声干扰、多音干扰和脉冲干扰、扫频干扰仍然应用较多。 此外,为了对抗跳频扩频通信、直接伪码序列扩频通信和混合扩频通信抗干扰能力强的新体制通信系统,出现了一些新的通信对抗技术样式,如宽带拦阻式干扰、跟踪引导式干扰、快速转发式干扰、部分频带噪声干扰等。这些新的干扰样式必须引起我们足够的重视,寻扎相应的对抗策略。 二、短波通信抗干扰技术 通信抗干扰技术的体系、方法、措施可分为4类: (1)以扩频技术为主的频域抗干扰技术,如直接序列扩频( ds-ss),其关键参量是时间函数的相位;跳频( fh)的关键参量是时间函数的载频;ds/ fh混合扩频技术;自适应选频技术,当通信信道干扰严重时,通信双方同时改换到最优化频道;自适应频域滤波技术。其中,跳频技术是目前军事通信抗干扰技术中应用最广泛、最有效措施之一,其原理是信息码同伪随机码模相加后,去离散地控制射频载波振荡器输出频率,使发射信号的频率随伪码的变化而跳变。跳频技术抗干扰能力得益于信号载波频率在很宽的频带内跳变,使干扰方难以跟瞄,但其瞬时带宽同定频一样。现阶段,中高速跳频技术仍是对付跟踪(引导)式和宽带阻拦式干扰的有效措施。有效提高跳频抗干扰效率的方法是:提高跳频速率、加大跳频带宽、变速跳频、适当增加跳频组网数目。跳频带宽宽,可跳频道数多,抗干扰能力就愈强。对于宽带阻拦式干扰来说,干扰效率与干扰的带宽成正比。例如对于10mhz中频带宽,信道间隔25 khz,共400信道,当干扰机对该跳频台实施10 mhz拦阻式干扰时,干扰功率平分在400个信道上,干扰强度仅为定频干扰的1/ 400。若带宽再增加,抗干扰力会更强。当前,跳频通信电台朝着跳频速率更快,跳频带宽更宽、智能化跳频的方向发展。 (2)以自适应时变和处理技术为主的时域抗干扰技术,含猝发通信、低速率通信技术、跳时(th)技术、自适应信号功率管理技术。跳时就是一种时分信道,用伪随机码随机选择信道工作时间,可视为一种伪码调制系统,它具有很好的远近效应一致性,模拟和数字体制都可使用。跳时的优点是用时间的合理分配来避开干扰,干扰机必须连续发射才可能收到效果,增大了干扰代价,也就具有一定的抗干扰能力。猝发通信是首先将正常速率的信息存贮

计算机软件抗干扰技术

工控计算机软件抗干扰技术 0引言 工业现场各种动力设备在不断地启停运行。使得现场环境恶劣,电磁干扰严重。工业控制计算机在这样的环境里面临着巨大的考验。可以说我们研制的工业控制系统能否正常运行,并且产生出应有的经济效益,其抗干扰能力是一个关键的因素。因此,除了整个系统的结构和每个具体的工控机都需要仔细设计硬件抗干扰措施之外,还需要注重软件抗干扰措施的应用。我们在多年的工业控制研究中,深感工业现场意外因素太多并且危害很大。有时一个偶然的人为或非人为干扰,例如并不很强烈的雷击,就使得我们自认为无懈可击的硬件抗干扰措施无能为力,工控机死机了(即程序跑飞了)或者控制出错了(此时CPU内部寄存器内容被修改或者RAM和I/O口数据被修改)。这在某些重要的工业环节上将造成巨大的事故。使用软件抗干扰措施就可以在一定程度上避免和减轻这些意外事故的后果。软件抗干扰技术就是利用软件运行过程中对自己进行自监视,和工控网络中各机器间的互监视,来监督和判断工控机是否出错或失效的一个方法。这是工控系统抗干扰的最后一道屏障。 1工控软件的结构特点及干扰途径 在不同的工业控制系统中,工控软件虽然完成的功能不同,但就其结构来说,一般具有如下特点: * 实时性:工业控制系统中有些事件的发生具有随机性,要求工控软件能够及时地处理随机事件。 * 周期性:工控软件在完成系统的初始化工作后,随之进入主程序循环。在执行主程序过程中,如有中断申请,则在执行完相应的中断服务程序后,继续主程序循环。 * 相关性:工控软件由多个任务模块组成,各模块配合工作,相互关联,相互依存。 * 人为性:工控软件允许操作人员干预系统的运行,调整系统的工作参数。在理想情况下,工控软件可以正常执行。但在工业现场环境的干扰下,工控软件的周期性、相关性及实时性受到破坏,程序无法正常执行,导致工业控制系统的失控,其表现是: * 程序计数器PC值发生变化,破坏了程序的正常运行。PC值被干扰后的数据是随机的,因此引起程序执行混乱,在PC值的错误引导下,程序执行一系列毫无意义的指令,最后常常进入一个毫无意义的“死循环”中,使系统失去控制。 * 输入/输出接口状态受到干扰,破坏了工控软件的相关性和周期性,造成系统资源被某个任务模块独占,使系统发生“死锁”。

无线通信抗干扰技术性能

无线通信抗干扰技术性能 随着人们生活水平的提高,无线通信技术在人们生活中起到了越来越重要的作用。无线通信技术的发展,使人们能够打破时间、空间的限制,随时随地进行信息交流,使得工作效率大大提高,为人类社会的发展做出了巨大的贡献。然而在无线通信技术的使用中,经常会受到通信环境等因素的干扰,因此,无线通信抗干扰技术就显得十分的重要。 1无线通信抗干扰技术发展现状 无线通信受到的干扰主要包括码间、共道和多址三种常见的类型。无线通信会受到干扰是有其本身的特性所导致的,在无线信号的使用中会受到调制、频率以及带宽等多方面的影响,其中一部分是自然存在的,一部分是由于人为原因导致的。这些因素共同对无线信号的传输造成一定的影响,继而对无线通信形成干扰。因此,我们就需要对无线通信技术抗干扰技术进行深入的研究目前在无线通信抗干扰技术中,主要应用的技术包括以下几类:(1)频域处理抗干扰技术。该类技术又可以分为直接序列扩频抗干扰技术和跳频抗干扰技术。(2)空间处理抗干扰技术。主要包括自适应天线技术和分集技术。(3)时域处理抗干扰技术。主要包括跳时技术和通信猝发技术。此外,目前多维联合抗干扰、认知抗干扰等新技术也得到了较好的发展。 2无线通信抗干扰技术性能分析 2.1频域处理抗干扰技术 2.1.1直接序列扩频抗干扰技术 直接序列扩频抗干扰技术目前在各个领域都得到了较为广泛的应用,其主要是通过调整信号频率并解码、保存信号,将单位频带的功率降低来隐藏通信信号,从而使信号受到的外界干扰减少。该技术抗多径干扰、抗截获的能力较强,但是其处理增益会受到码片速率和信源的比特率限制,因此在实际的应用中可能会遇到频道数少、带宽大等问题。 2.1.2跳频抗干扰技术

浅谈雷达干扰与反干扰技术

浅谈雷达干扰与抗干扰技术 近年来,由于电子对抗技术的不断进步,干扰与抗干扰之间的斗争亦日趋激烈。面对日益复杂的电子干扰环境,雷达必须提高其抗干扰能力,才能在现代战争中生存,然后才能发挥其正常效能,为战局带来积极影响。 一、雷达干扰技术 1、对雷达实施干扰的目的和方法 雷达干扰的目的是使敌方雷达无法获得探测、跟踪、定位及识别目标的信息,或使有用的信息淹没在许多假目标中,以致无法提取真正的信息。 根据雷达工作原理,雷达是通过辐射电磁波在空间传播至目标,由目标散射回波被雷达接收实现探测目标。因此对雷达实施干扰可以从传播空间和目标这两处着手。具体来说就是辐射干扰信号,反射雷达信号,吸收雷达信号三个方面。 为了实现对雷达实现有效的干扰,一般需要满足下面几个条件。空间上,干扰方向必须对准雷达,使得雷达能够接收到干扰信号。频域上,干扰频率必须覆盖雷达工作频率或者和雷达工作频点相同。能量上,干扰的能量必须足够大,使得雷达接收机接收的能量大于其最小可接收功率(灵敏度)。极化方式上,干扰电磁波的极化方式应当和雷达接收天线的极化方式尽量接近,使得极化损失最小。信号形式上,干扰的信号形式应当能够对雷达接收机实施有效干扰,增加其信号处理的难度。 2、雷达干扰分类 雷达面临的复杂电子干扰可分为有意干扰和无意干扰两大类,这两者又分别包括有源和无源干扰,具体如下图所示。

有意干扰无意干扰有源干扰无源干扰有源干扰 无源干扰遮盖性干扰欺骗性干扰自然界的人为的欺骗性干扰遮盖性干扰自然界的人为的噪声调频干扰复合调频干扰噪声调相干扰随机脉冲干扰距离欺骗干扰角度欺骗干扰速度欺骗干扰等箔条走廊干扰箔条区域干扰反雷达伪装雷达诱饵宇宙干扰雷电干扰等工业干扰友邻干扰等鸟群干扰等 人工建筑干扰 地物、气象干扰 {友邻物体干扰{{{{{{{{{{{{{{ 雷达干扰 二、雷达抗干扰技术 雷达抗干扰的主要目标是在与敌方电子干扰对抗中保证己方雷达任务的顺利完成。雷达抗干扰措施可分为两大类:(1)技术抗干扰措施;(2)战术抗干扰措施。技术抗干扰措施又可分为两类:一类是使干扰不进入或少进入雷达接收机中;另一类是当干扰进入接收机后,利用目标回波和干扰的各自特性,从干扰背景中提取目标信息。这些技术措施都用于雷达的主要分系统如天线、发射机、接收机、信号处理机中。 1、与天线有关的抗干扰技术 雷达通过天线发射和接收目标信号,但同时可能接收到干扰信号,可以通过在天线上采取某些措施尽量减少干扰信号进入接收机。如提高天线增益,可提高雷达接收信号的信干比;控制天线波束的覆盖与扫描区域可以减少雷达照射干扰机;采用窄波束天线不仅可以获得高的天线增益,还能增大雷达的自卫距离、提高能量密度,还可以减少地面反射的影响,减小多径的误差,提高跟踪精度;采用低旁瓣天线可以将干扰限制在主瓣区间,还可以测定干扰机的角度信息,并能利用多站交叉定位技术,测得干扰机的距

通信抗干扰技术

工控系统的通信抗干扰技术 0 引言 一个工控系统常常由几台、几十台甚至更多的工业控制机组成各种形式的分布式测控系统。直接控制级(DDC)可以独立完成本地的数据采集和控制任务,主站负责系统的管理。所有的机器连接成网络互通信息,就可以完成以整体目标为宗旨的相互协调配合,达到更高的控制水平和管理层次。系统的通信因此就成为所有的机器协调一致的关键环节。对于工控系统的设计者来说,面对工业现场严重的干扰,提高通信网络的抗干扰能力无疑是非常重要的事。 1 给RS232C通信接口加装光隔电流环的抗干扰措施 RS232C是微机之间最常用的点对点串行通信接口,但RS232C的抗干扰能力很差。这是由于RS232C采用单端信号传输,而它的连接电缆把它所连接的两台机器的地又连接在了一起,因此,当两个地线之间的地电位不一致时,就有共模干扰电压产生。于是就造成了严重的干扰,甚至烧毁接口器件。如果给RS232C加装一个光隔电流环,就可以隔断两个地之间的联系,从而极大地提高其抗干扰能力。图1是RS232C加光隔电流环的电路原理图。图中,U1是工控机1的RS232C发送接口芯片1488,U2是工控机2的RS232C接收接口芯片1489。它们之间的通信信道已经由T1、T2组成的光隔电流环驱动。当工控机1发送“0”时,U1输出约+11 V,它使光隔管T1的发光二极管发光,使得T1的光电三极管导通,其发射极输出电流i。电流i通过通信线路,驱动光隔管T2的发光二极管发光,使得T2的光电三极管导通,其发射极输出电压约+11 V,接收芯片U2转换该电压成为TTL电平“0”。当工控机1发送“1”时,T1、T2截止,通信线路没有电流,T2的发射极输出-12 V,U2转换它成为TTL电平“1”。图中的C1、D2,C2、D3起加速作用。本电路经实际使用,可以构成几公里的通信。需要注意的是,光隔电流环的电源一定要选用与工控机电源隔离的电源。接地点D1、D2、D3各自独立于各自的体系,不能混接!由于工控机和外电路完全隔离,因此显著地提高了工控机的抗干扰水平。 图1 RS232C光隔电流环电路原理图 对RS232C进行光隔电流环改造,隔断了工控机与外界的电的联系,显著地提高了工控机的抗干扰能力。而且这种改造只是在插口上进行,不涉及到工控

通信干扰

通信干扰与抗干扰技术综述 班级: 0108** 学号: 0108**** 姓名: ******

目录 一、通信干扰 (2) 1.1 通信干扰的特点 (2) 1.2 通信干扰的分类 (3) 1.3 信干扰的一般过程和影响因素 (5) 二、通信抗干扰 (6) 2.1概述 (6) 2.2通信抗干扰原理 (7) 2.3抗干扰技术 (8) 三、直接序列扩频 (8) 3.1 DS扩频技术基本原理 (8) 3.2 DS抗干扰性能分析 (10) 四、小结 (12)

一、通信干扰概述 1.1 通信干扰的特点 对无线电通信过程的干扰是在无线电通信技术诞生之前就已经客观存在了,如天线干扰和工业干扰等,但是人为有意的无线电干扰却是在无线电通信技术成功应用于战争研究之后才发展起来的。其特点可归纳如下。 1.对抗性 通信干扰是为了破坏或扰乱敌方的无线电通信。其信号发射目的不在于传送某种信息,而在于用干扰中携带的信息去压制和破坏敌方的通信。 2.进攻性 无线电通信是有源的、积极地、主动地,他千方百计的“杀入”到敌方通信系统内部,所以干扰是有进攻性的。 3.先进性 通信干扰每时每刻都以敌方为对象,因此它必须跟踪敌方通信技术的最新发展,并且设法超过敌方,只有这样才能开发出克敌制胜的通信干扰设备。 4.灵活性和预见性 作为对抗性武器,通信干扰系统逆序具备敌变我变的能力,现代战场瞬息万变,为了立于不败之地,通信干扰系统的开发和研究必须注重功能的灵活性和发展的预见性。 5.技战综合性 通信干扰系统有如其他武器一样,其作用不仅取决于技术性能的优良,在很大程度上还取决于其战术使用方法。 6.综合对抗性 无线电通信系统随着现代化战争的发展,已从过去单独的、分散的、局部的发展成为联合的、一体的、全局的通信指挥系统。 7.工作频带宽 无线电通信干扰设备随着现代军事无线电技术的发展,需要覆盖的频率范围

北斗卫星导航系统抗干扰技术研究与实现

109 1 北斗卫星导航系统抗干扰技术概述 1.1 北斗卫星导航系统的概述 北斗卫星导航系统是一项高效的定位、导航技术,目前已被应用于我国的很多城市中。然而,由于我国领土面积广阔,不同省市地区的地形地貌等方面存在一定的差异,而卫星导航会在一定程度上受到环境条件、电磁波变化等因素的影响,因此在北斗卫星导航系统运行过程中,很容易受到干扰影响。相关技术人员应不断加强对导航系统抗干扰技术的研究,确保该系统能够正常稳定地运行下去,为使用者提供更加安全的定位导航服务。 1.2 北斗卫星导航系统受到的干扰类型 目前来看,北斗卫星导航系统所受到的干扰类型可以大致分为两种类型:(1)欺骗型的干扰方式,即通过对非正式基站进行操作,向北斗卫星导航系统发送一系列错误的信号,从而导致导航终端的定位信息发生错误。(2)压制型的干扰方式,即通过操作干扰能力较强的干扰机,发出具有一定的干扰性信号来对导航终端进行干扰,从而导致卫星导航系统无法对正确信号进行科学的处理,进而对接收设备的功能受到极大的破坏。 1.3 北斗卫星导航系统抗干扰技术类型 当前国内外已存在的卫星导航抗干扰技术类型主要包括几种[1]:(1)空域滤波抗干扰技术,该技术通过对大量阵元进行排列,从而将正确信号与错误信号有效进行分隔,进而将干扰程度降到最低。(2)时域滤波抗干扰技术。该技术通过对数字信号进行科学的处理,从而对分贝较大的干扰信号产生较强的削弱效果,该技术能够对单频、窄带等类型的干扰信号产生很好的抑制效果,但与此同时,该技术也会对原本的信号产生一定的影响,从而对信号的接收产生较大的不良影响。(3)空时自适应滤波抗干扰技术。该技术的原理就是在二维空间内对干扰信号进行抑制和处理,很好地弥补了空域滤波抗干扰技术中所存在的缺陷。 2 北斗卫星导航系统抗干扰技术当前应用状况 2.1 滤波技术的应用情况 滤波技术分为以阵列天线为基础的空域滤波抗干扰技术及空时二维滤波抗干扰技术,以及以单天线为基础的频域滤波抗干扰技术和时域滤波抗干扰技术。在应用过程中,滤波技术当前所存在的优缺点如下: (1)空域滤波技术的应用。该技术通过处理器与天线阵之间的连接,来实现降低干扰信号的功能,然而该技术存在的缺陷为其自身 移项机的精准度有限,因此会对最终所测得的相位结果产生一定的影响。此外,该技术所能处理的干扰信号数量有限,在高强度的工作环境下,其自身的性能损耗相对来说比较明显。(2)空时二维滤波技术的应用。该技术相对于空域滤波技术来说做出了一定的调整,即在各阵源内加设一定量的延迟抽头。这样一来,能够使整个天线阵的自由度得到明显的增强,进而有效提高系统的抗干扰能力。(3)频域滤波技术的应用。该技术是利用傅立叶变换来对信号进行处理,相较于其他抗干扰技术来说,此类技术的处理过程更加简便,所能提供的零态深度及处理范围也更加广泛。然而频域滤波技术对带宽不同的干扰信号来说,其抑制效果往往也不同,对于窄带的抑制能力明显要强于对宽带的抑制。(4)时域滤波技术的应用。该技术是通过对数字信号进行接收和处理,从而完成对三十分贝以上窄带干扰信号的抑制。该技术往往可以同时对大量的窄带信号进行处理,但是在对宽带信号的处理方面明显不具有优势。 2.2 波束形成技术的应用情况 波束形成技术是通过对阵列天线进行利用,以提高正确信号在传播过程能够受到增益的效果,进而对其他干扰信号起到很好的抑制作用。相较于滤波抗干扰技术的应用,波束形成技术具有更强大的性能,能够明显降低滤波技术应用过程中所出现的误差,从而做到更加精准地导航。除此之外,波束形技术还能减小设备自身的受损程度,确保卫星导航系统能够具有更加强大的抗干扰能力。 3 北斗卫星导航系统抗干扰技术的实现 3.1 波束形成抗干扰技术的实现 干扰信号及卫星信号混合而成的信号在经过微波电路中以后,会共同经过一系列的数字变换,最后通过波束形成技术使得干扰信号被分离出来。与此同时,系统通过对相关数据进行处理能够获取相应的控制权值,进而对多重数据信息进行分析组合,确保正确的卫星信号能够得到明显的加强,并同时在干扰信号的方向产生较大的抑制效果。最后,系统通过对混合信号再次进行变换,从而输出相应的中频信号。波束形成抗干扰技术能够同时对大量的卫星信号进行控制,在其应用过程中,技术人员需要对相关的动态放大器进行设计,并选择能够对增益进行自动控制的技术,从而确保微波射频通路能够持续呈现饱和的状态,进而能够对信干噪比进行优化[2]。 3.2 滤波抗干扰技术的实现 滤波抗干扰技术需要通过频域窄带及空时自适应宽带干扰抑制技术的应用来实现,其中频域窄带干扰技术能够对变化较快的干 收稿日期:2019-07-06 作者简介:张高巍(1978—),男,宁夏隆德人,硕士研究生,毕业于北京理工大学,工程师,研究方向:卫星导航定位和惯性导航定位系统的测量。 北斗卫星导航系统抗干扰技术研究与实现 张高巍 (中国人民解放军92785部队,河北秦皇岛 066000) 摘要:本文探讨了北斗卫星导航系统抗干扰技术概述,分析了北斗卫星导航系统抗干扰技术当前应用状况,研究了北斗卫星导航系统 抗干扰技术的实现。 关键词:北斗卫星;导航系统;抗干扰技术中图分类号:TN967.1文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2019)08-0109-02 应用研究 DOI:10.19695/https://www.360docs.net/doc/e13983863.html,12-1369.2019.08.59

移动通信系统干扰原因及解决措施

移动通信系统干扰原因及解决措施 【摘要】本文对移动通信系统干扰来源及原因进行了描述,并对现有干扰解决措施进行了分析和展望。 【关键词】移动通信;系统;抗干扰技术 移动通信系统的干扰是影响无线网络丢包率,连接速率等系统指标的重要因素之一。它不仅影响我们网络的正常运行,还会影响用户的通话质量。对移动通信系统内部以及系统之间由于无用辐射、阻塞等原因造成的干扰进行研究,评估干扰影响的程度,从而寻找有效规避干扰的措施,以高效可靠地利用宝贵的频率资源,提供无线通信服务,一直是无线通信系统研究与应用中的一项重要内容。 一、移动通信技术干扰来源及原因 移动通信网络中的射频干扰研究变得越来越重要。干扰的产生多种多样的,原有的专用无线电系统占用了现有的频率资源,不同运营商的网络配置错误,发射机本身的设置,单元重叠,环境,电磁兼容性(EMI)和故意干扰等问题。这是移动通信网络中无线电频率干扰的原因。移动通信系统的干扰主要有:同信道干扰,相邻信道干扰,带外干扰,互调干扰和阻塞干扰。 1、移动通信内部频率的干扰:目前陆地移动蜂窝系统使用频率重用来提高频率利用率。虽然这增加了系统的容量,但它也增加了系统干扰的程度。这些干扰主要包括: (1)同频干扰:如果使用相同频率的两个载波频率太靠近,则它们将相互干扰。 (2)邻频干扰:RF载波频率受到另一个使用附近频率的RF载波频率的干扰。 (3)互调干扰:当两个或更多不同频率信号作用于非线性电路时,它们将相互调制以产生新的频率信号输出。如果频率落在接收器工作信道带宽内,则对接收器构成干扰。 2、外来电波的强烈干扰:由于移动通信是通过无线电波传输的,当空中的某些电波在一定程度上干扰了正在使用的无线电波时,这将导致信噪比下降到标准值以下,影响通话质量。这些干扰波的来源非常复杂并且很多,例如工业干扰,电源火花干扰,来自天空的干扰以及其他专业附近无线电波的干扰。

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