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抗干扰技术在短波通信中的应用

发表时间：2020/7/3 来源：《基层建设》2020年第6期作者：强莉娟李珂

[导读] 摘要：短波通信的基本原理是通过天线发射电磁波，经电离层的反射，到达接收设备。

        西安烽火电子科技有限责任公司陕西省西安市 710075
        摘要：短波通信的基本原理是通过天线发射电磁波，经电离层的反射，到达接收设备。传输过程中，受昼夜、季节、气候等客观因素影响，电离层的高度和密度也会受到不同程度的干扰，因此，通过防干扰技术的日常应用和维护提升通信质量，成为例行常态工作的重要环节。在这当中必须掌握各种通信干扰问题与抗干扰技术的新型应用。
        关键词：抗干扰技术；短波通信；应用
        1短波通信系统分析
        在常见的传播方式中，地波传播主要用于近距离通信，天波传播主要用于无线信号远距离传输。通过短波通信系统发射的天波，需要经过电离层的反射，才可以到达接收设备。短波通信系统主要是由发信机、发信天线、收信机、收信天线和各种终端设备等组成，并且所使用的发射天线一般都是采用菱形或者对数周期天线，这样可以在一定程度上确保短波通信系统运行的稳定性。另外，终端设备主要保证收发支路与各天线系统进行有效地衔接，以此减少噪音的产生，使短波通信系统拥有良好的运行效果，尽量避免各项问题的产生。
        2短波抗干扰技术
        当前常用的短波通信抗干扰技术具体为跳频技术、自适应技术、分级技术以及差错控制技术等。其中自适应技术通过对通信网络中的信号进行扫描与分析，并且根据信号种类对信号频率进行调整，从而有效提升通信网络的完整性，能够更好的适应外界各种环境，根据环境变化情况对自身信号频率进行实时调整，合理提升通信质量。跳频技术指的是将传统通信技术与现代化智能技术相结合，通过对信号局域进行筛选，最后选择干扰力最弱的频率，能够在环境复杂的情况下保证自身信号的稳定性，并且在应用过程中还可以对信号干扰情况进行智能分析，从而保证自身始终处于干扰力最弱的频段。差错控制技术的工作原理为针对通信过程中的产生的失误进行改正，并且尽量缩短改正时间，这样能够有效满足信息化的发展趋势。分级技术采用调整作业参数的模式，针对不同频段的通信信号进行整合，从而使短波信号能够符合各类复杂的环境，并且能够对传输信道中的信号强度进行优化。
        3常见通信干扰
        常见干扰可以简单归纳分为内部干扰和外部干扰。
        3.1外部干扰
        （1）天电干扰：也即大气噪声，是由于大自然界发生的雷电等活动导致产生的电磁辐射，干扰程度与雷电中心的距离有关。虽然天电干扰对低频电磁波影响更大，但在广东等热带地区，也会对短波高频信号产生较大影响，其干扰程度随季节和昼夜的变化而有所不同，白天，电离层对于电波频率增加而吸收减小，短波的大气噪声会加大；晚上，因电离层的吸收一般较小，大气噪声电平几乎与频率无关。
        （2）同频干扰：短波通信中同一频段可以在不同位置的发射天线中使用并进行传播信号，在站址设计要求没有达到理想情况下，当一个发射天线与另一个同频发射天线距离位置相对较近时，当另一个发射天线信号较强时，相同频率信号会在接收端的信号会叠加失真形成干扰。
        （3）邻道干扰：相邻的电台相近的频道的信号之间的相互干扰，一般为频率规划原因引起。
        （4）互调干扰：在无线信道中由于信号的非线性作用，两个以上的发射信号同时到达接收端时，干扰信号组合产生了不需要的组合频率，而这些组合频率恰好与真实信号频率相近或相等，从而造成互调干扰。
        3.2内部干扰
        主要是通信系统设备本身的组成器件相互间产生的干扰（如合成器、功分器、耦合器、天馈干扰等）。
        4抗干扰技术在短波通信中的应用
        4.1抗干扰技术提升信息传输效能和质量的传统方法
        4.1.1信道纠错防干扰
        信道编码技术利用数字信号处理技术，在原始信号中根据一定的规律，在原始信号中人为的增加比特位（监督码），接收端与发送端根据监督码的规律，发现和纠正差错。当信号在传输的过程中出现差错，可以通过编解码技术的纠错机制校正差错信号。这种通过牺牲信号带宽，克服信道中的噪声和干扰。

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常用技术如下：
        （1）重传纠错技术。当发射端通过无线信道传输至接收端，接收端通过对检错码译码判断差错，如果信息出现差错，接收端将信息反馈发送端进行重传，直到译码准确为止。由于需要不停的反向反馈，此技术通信效率比较低，在早期电报、卫星通信中应用广泛。
        （2）前向纠错技术。当发射端通过无线信道传输至接收端，接收端通过对检错码译码判断差错，当出现差错时，接收端译码实现自动纠错。常见的编码有Turbo码，LDPC码，Polar码等。
        4.1.2信号发射端抵御干扰
        跳频技术发射信号的频率不固定，信号发射方和接收方的频率按照预定规律进行变化，会随时发生变化，即使干扰信号频率进入部分有效信号频带，也能通过其它未被干扰的频点上进行信息传输，即使影响也是短暂的。广州通信中心也按照季节规律变化及“时间-频谱”来开展天线和频率的切换来解决抗信号的收发端的干扰问题。
        4.2干扰问题在短波通信实际维护中的应用
        4.2.1外部干扰典型案例
        问题现象:多个频率不相关的信号产生的干扰（互调干扰）不能被频率放大器抑制。检查方法:（1）检查信号接收机是否有连接天线耦合器，如果有，将天线耦合器断开，直接将接收机与天线连接。若问题现象消失，说明天线耦合器互调问题。（2）若问题现象未消失，检查和断开支线中的二极管避雷器，观察接收机的输出情况。若问题现象消失，说明避雷器出现问题，增加避雷器或者更换避雷器。（3）若问题现象仍未消失，说明问题出现在接收机本身，可以考虑断开输入调谐电路，打开接收机的衰减器。
        4.2.2内部干扰典型案例
        问题现象:无论接收机频率怎么调整，接收机仍然听到哗哗噪声。最大可能性为内部干扰源引起。检查方法:（1）找出噪声源。逐步关闭其他设备的电源开关，如果当某设备电源关闭后，噪声消失，说明该电源设备是噪声源，可以尝试更换电源设备或供电系统。（2）确定噪声路径。大多数情况下，使用宽铜线完全接地或使用线路过滤器限制频率噪声等方式解决。
        4.3在应急指挥通信方面的应用
        短波通信的有效通信距离长，通信成本低廉。目前，短波无线通信电台种类繁多，其中不乏小型，操作方便，对恶劣自然环境的抵抗能力强，价格便宜的通信设备。并且电台对电源的要求不高，紧急情况下，只要有电池或小型发电机，就可以部署短波电台、发送和接收短波无线电信号，指挥车辆也可以装备车载短波设备实现移动指挥。因此，利用短波通信网络的特定频率建立专门的短波天线应急指挥通信系统是具有较大可行性的。我们应该对目前公共通信网络的脆弱性有一个理性的认识，这些公共通信网络不能应对严重自然灾害和突发事件的挑战。一旦发生自然灾害等突发性事件，即便所有的公共通信网络硬件设施都能正常工作，激增的信息量也足以瘫痪一切人们常用的通讯手段，更何况一般自然灾害往往会摧毁大部分通信网络的硬件基础。国家各个部门的专业通信网络同样是以公共通信网络为基础，由于受技术、资金、人员管理等诸多因素的影响，以及各单位之间的通信指挥系统缺乏互联互通，在灾害发生时难以实现有效的救灾活动。
        如果我们能在全国范围内建立专门的短波电台应急通信平台，不论灾区公共通信网络损坏到什么地步，只需要无线电通信设备尚存，甚至只需要两台短波电台，通过这个平台，灾区的情况可以迅速传递到救援指挥部，从而赢得更多宝贵的救援时间。为了实现灵活、高效、可靠的应急通信，必须建立一个特殊的无线电应急通信系统（独立于公共通信和部门专业通信），使之成为社会基础设施的重要组成部分。
        结语
        干扰与抗干扰是通信技术中不可避免的课题，如何降低干扰对通信质量的影响，需要不断提升抗干扰技术能力。随着信息学科的不断融合，跨界信息技术的融通正在逐步引领着技术创新的新方向，比如当前前沿的自适应跳频技术就是通过自适应技术与传统跳频技术相结合的新通信技术，能够自动分析信道干扰的实际变化情况，实时自适应的跳频，更加有效及时避免集中干扰的频点，进一步提升通信的可靠性和抗干扰能力。
        参考文献
        [1]李智琴.信息化条件下短波通信抗干扰技术与应用分析[J].科技创新与应用,2017(14):91.
        [2]李军,龚兴闻.短波通信中的抗干扰技术剖析[J].通讯世界,2016(16): 47.
        [3]金红英.短波通信中的抗干扰问题分析[J].信息化建设,2016(02):240.