（通信与信息系统专业论文）ofdm系统的高效干扰技术研究.pdf

捅晏 通信对抗作为现代战争的重要组成部分，对战争进程的决定作用越来越大。 正交频分复用( o f d m ) 技术由于具有频谱利用率高、抗多径干扰和频率选择性强 等特点，已经成功地应用在不同的标准中，同时也成为第四代移动通信系统的关 键技术，因此对o f d m 系统的干扰成为通信对抗中的焦点。研究对o f d m 有效的 干扰技术有非常重要的意义。 本文对o f d m 系统施加传统干扰方法( 宽带噪声干扰、部分频带干扰和脉冲干 扰) 和音调干扰方法，并对干扰效果进行分析，结果显示音调干扰优于传统的干扰 方法。所以本文选择单音、多音干扰进行研究。本文在现有通信干扰理论的基础 上，详细论述了在o f d m 系统中加入单音、多音信号的原理以及施加不同条件的 单音、多音信号对o f d m 系统的干扰效果。仿真结果验证了理论分析的正确性， 并可根据仿真结果进一步应用于实践中。 关键词：正交频分复用单音干扰多音干扰 a b s t r a c t a sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fm o d e mw a r f a r e ，c o m m u n i c a t i o nc o n f r o n t a t i o n p l a y sa ni n c r e a s i n gd e c i s i v er o l ei nt h ew a r b e c a u s eo ft h ec h a r a c t e r i s t i c ss u c ha s h i g hs p e c t r u mu t i l i z a t i o n ，a n t i m u l t i p a t h i n t e r f e r e n c ea n ds t r o n ga n t i f r e q u e n c y s e l e c t i v e f a d i n g ，t h eo r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o n m u l t i p l e x i n g ( o f d m ) t e c h n o l o g yh a sb e e ns u c c e s s f u l l ya p p l i e di nd i f f e r e n ts t a n d a r d sa n db e c o m e st h e k e yt e c h n o l o g yo ff o u r t hg e n e r a t i o nm o b i l ec o m m u n i c a t i o ns y s t e m t h e r e f o r e ，t h e i n t e r f e r e n c ei nt h eo f d ms y s t e mh a sb e e nt h ef o c a lp o i n ti nc o m m u n i c a t i o n s c o n f r o n t a t i o n t h es t u d yo ne f f e c t i v ei n t e r f e r e n c ei no f d ms y s t e mi sv e r y i m p o r t a n t t h i st h e s i si m p o s e ss e v e r a lt r a d i t i o n a li n t e r f e r e n c em e t h o d s ( w i d e b a n dn o i s e i n t e r f e r e n c e ，p a r t i a l - b a n dj a m m i n ga n dp u l s ej a m m i n g ) a n dt o n e i n t e r f e r e n c e m e t h o d so no f d ms y s t e m t h ei n t e r f e r e n c ee f f e c t so ft h em e t h o d sa b o v es h o w t h a tt h et o n ei n t e r f e r e n c ep l a yab e t t e rp e r f o r m a n c et h a nt h et r a d i t i o n a lm e t h o d s t h e r e f o r e ，t h es i n g l e - t o n ej a m m i n ga n dm u l t i - t o n ej a m m i n gi sr e s e a r c h e di n t h i s t h e s i s b a s e do nt h et h e o r yo fe x i s t i n gc o m m u n i c a t i o ni n t e r f e r e n c e ，t h ep r i n c i p l eo f a d d i n gs i n g l e t o n e o rm u l t i - t o n es i g n a l so no f d ms y s t e ma n dt h ed i f f e r e n t i n t e r f e r e n c ee f f e c to fa d d i n gd i f f e r e n tc o n d i t i o n so fs i n g l e t o n eo rm u l t i - t o n e s i g n a l so nt h eo f d ms y s t e mi sd i s c u s s e di nt h i st h e s i s s i m u l a t i o nr e s u l t sv e r i f y t h et h e o r e t i c a la n a l y s i si sc o r r e c ta n dt h er e s u l t sc a nb ef u r t h e ra p p l i e dt op r a c t i c e k e y w o r d s ：o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x i n gs i n g l e t o n ei n t e r f e r e n c e m u l t i t o r ei n t e r f e r e n c e 学位论文创新性声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人在 导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标 注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成 果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的说 明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名：二套超 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文：学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本学位论文属于保密，在年解密后适用本授权书。 本人签名：盔童 导师签名：3 厶选 日期垫| 里：! ：丝 日期! ! ( 二! 第一章 第一章绪论 1 1 研究的意义 通信系统作为实施战场指挥和情报传递的基础，在现代战争中占有非常重要 的地位。情报系统获取敌方活动情况的信息，须经通信系统传输到指挥所，指挥 所根据接收到的敌情、我情，通过通信系统直接指挥部队或者控制武器系统，通 信系统在各作战系统中起着纽带作用。通过通信对抗措施，一方面可以破坏敌方 的通信系统，使敌方的情报系统和指挥系统无法发挥效用，另一方面保护己方的 通信系统。因此，通信对抗在现代战争中起着至关重要的作用。 随着信息战技术和装备的发展，作为网络化、信息化战场神经中枢的通信网 络系统也发生了明显的变化，通信频带不断加宽，保密措施越来越完善，反侦察、 抗干扰能力不断加强。为了迎接通信对抗新的挑战，各国不断加强通信干扰技术 攻关和装备研制，从而衍生了一些新的干扰技术和方法，使得通信对抗作战手段 更为丰富，作战空域和作战对象更为广泛。为了有效地破坏敌方的通信系统，首 先要了解其运行的体制、方位等技术信息。这就需要对敌方通信信号进行搜索、 截获、参数测量、测向定位和分析识别，然后根据所侦察的信息，对敌方通信信 号实施有效的干扰【1 】。 正交频分复用( o f d m ) 作为一种多载波调制技术，具有较高的频谱效率，其频 谱效率比单载波系统高出近一倍；它还具有较强的抗多径干扰和频率选择性衰落 的能力；并且它的正交子载波将频率选择性衰落信道等效为若干并行的平坦衰落 信道，将信道的影响等效为复数因子，简化了信道均衡；另外，o f d m 还可以通 过动态功率分配技术和比特自适应调制技术使系统达到最大传输效率和最优的系 统性能。因此，o f d m 作为一种高效数据传输技术深受关注，并陆续成为多个标 准的关键技术【2 。目前o f d m 技术被广泛应用于广播式的音频、视频领域和民用 通信系统中，主要的应用包括：非对称的数字用户环路( a d s l ) 、e t s i 标准的数 字音频广播( d a b ) 、数字视频广播( d v b ) 、高清晰度电视( h d t v ) 、无线城域网、 无线局域网( w l a n ) ，3 g 、4 g 系统也引入o f d m 技术思想以提升其性能。随着 人们对通信数据化、宽带化、个人化和移动化需求的增强，正交频分复用技术在 多个领域将会获得越来越广泛的应用。因此，研究针对o f d m 技术的通信干扰， 是丰富和发展通信对抗技术的客观需要，研究对o f d m 有效的干扰技术有非常重 要的意义【3 l 。 2 o f d m 系统的高效干扰技术研究 1 2o f d m 简单介绍 传统的频分多路传输方法中，将频带分为若干个不相交的子频带来传输并行 的数据流，在接收端用一组滤波器来分离各个子信道。这种方法的优点是简单、 直接，缺点是频谱的利用率低，子信道之间要留有足够的保护频带，而且多个滤 波器的实现也有不少困难。而o f d m 系统由于各个子载波之间存在正交性，允许 子信道的频谱相互重叠。因此与常规的频分复用系统相比，o f d m 系统可以最大 限度地利用频谱资源，如图1 1 。 图1 1 常规频分复用与o f d m 的信道分配 1 2 1o f d m 的发展历史及现状 正交频分复用( o f d m ) 是一种特殊的多载波传输方案，它可以被看作一种调制 技术，也可以被当作一种复用技术。选择o f d m 系统的一个主要原因在于该系统 能够很好地对抗频率选择性衰落或窄带干扰。正交频分复用( o f d m ) 最早起源于 2 0 世纪5 0 年代中期1 4 j ，在6 0 年代就已经形成了使用并行数据传输和频分复用的 概念。1 9 7 0 年1 月首次公开发表了有关o f d m 的专利。早在2 0 世纪6 0 年代，o f d m 技术就已经被应用到多种高频军事系统中，但是直到2 0 世纪8 0 年代中期，随着 欧洲在数字音频广播( d a b ) 方案中采用o f d m ，该方法才开始受到关注并且得到 了广泛的应用。 2 0 世纪8 0 年代以来，o f d m 技术获得了巨大的发展。已经有人进行o f d m 技术在卫星系统中的应用、在低压电力线上使用o f d m 技术进行高速数据传输等 研究项目。此外，一些新的技术与o f d m 技术相结合，也越来越受到人们的关注。 例如，m i m o o f d m 技术的使用，可以实现更高速率的数据传输。如果o f d m 技 第一章 术再结合自适应调制、自适应编码以及动态子载波分配、动态比特算法等技术， 可以使其性能进一步得到优化。可以这么说，涉及到高速数据传输时，就可以考 虑能否使用o f d m 技术来获得更好的性能。2 0 0 0 年1 1 月o f d m 论坛的固定无线 接入工作组向i e e e 8 0 2 1 6 3 的无限城域网委员会提交了一份建议书，提议采用 o f d m 技术作为i e e e s 0 2 1 6 3 城域网的物理层标准。随着8 0 2 1 1 a 和 b r a n h y p e r l a n 2 两个标准在局域网中的普及应用，o f d m 技术将会进一步在无 线数据本地环路的广域网领域做出更大的贡献。人们对通信数据化、宽带化、个 人化和移动化的需求日益增长，o f d m 技术在综合无线接入领域将得到广泛的应 用。此外，还由于其具有高的频谱利用率和良好的抗多径干扰能力，而被看作是 第四代移动通信的核心技术之一p 。 1 2 。2o f d m 系统 o f d m 的基本原理就是把高速的数据流通过串并变换，分配到传输速率相对 较低的若干个子信道中进行传输。这样，可以降低每个子载波的码元速率，增大 码元的符号周期，提高系统的抗衰落和干扰的能力，同时各子信道间保持正交， 频谱相互重叠，这样减少了子信道间干扰，提高了频谱利用率。 图1 2 基于f f t i f f t 的o f d m 系统 基于f f t i f f t 的o f d m 系统框图如图1 2 所示。在发射端，输入的高速比特 流经过串并变换，变成n 条并行的低速子数据流，每n 个并行的数据构成一个 o f d m 符号。然后利用快速傅里叶反变换( i f f t ) 对每一个o f d m 符号的n 个数据 进行调制，变成时域信号。为了在接收端有效抑制i s i ，通常在每一时域符号前要 附加上长度为札个采样的保护间隔( 在o f d m 系统中，保护间隔一般选取循环前 缀c p p j ) ，如图1 3 所示。最后经过并串变换，由发射天线发送出去。 接收端首先对接收信号进行处理，完成定时同步和载波同步。接着进行串并 变换，去除c p 后，进行f f t 解调，同时进行信道估计。然后将信道估计值和f f t 解调值一同送入检测器进行相干检测，检测出每个子载波上的信息符号，最后再 4 o f d m 系统的高效干扰技术研究 通过逆映射和并串变换恢复出原始比特流【引。 ，p 一，。一 弋 j i 保护 i 、i f f t 保护 i f f t 输出 i f f t 。间隔 f n j 隔 7 l i 符号n 一1 c 符号n 一爿 符号n + l 图1 3 加入c p 的o f d m 符号 o f d m 技术的主要优点： 1 可以有效地对抗信号波形间的干扰，适用于多径环境和衰落信道中的高速 数据传输。当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时，只有落在频带凹陷 处的子载波以及其携带的信息受影响，其他的子载波未受损害，因此系统总的误 码率性能要好得多。 2 通过各子载波的联合编码，具有很强的抗衰落能力。o f d m 技术本身已经 利用了信道的频率分集，如果衰落不是特别严重，就没有必要再加时域均衡器。 通过将各个信道联合编码，则可以使系统性能得到提高。 3 o f d m 技术抗窄带干扰性很强。因为这些干扰仅仅影响到很小一部分的子 信道。 4 频谱利用率高。 o f d m 技术存在两个缺陷： 1 对频率偏移和相位噪声很敏感。由于信道的频谱相互覆盖，这就对它们之 间的正交性提出了严格的要求。由于无线信道的时变性，在传输过程中出现的无 线信号频率偏移或发射机与接收机本地振荡器间存在的频率偏差，都会使o f d m 系统子载波的正交性遭到破坏，导致i c i 【9 j 。 2 具有较高的峰值平均功率比( p a p r ) ，这个比值的增大会降低射频放大器的 功率效率【10 i 。 1 3 通信对抗 无线电通信是现代战争中主要的通信方式之一，无线电通信对抗( 简称通信对 抗) 是电子对抗的一个重要组成部分。通信对抗是指为削弱、破坏敌方通信系统的 使用效能，同时保护己方通信系统使用效能的正常发挥所采取的一切措施。通信 对抗是电子战的重要分支，通信对抗的实质是敌对双方在无线电通信领域为争取 无线电频谱的控制权而展开的电波斗争。 通信对抗在现代战争中具有广泛的应用价值：在指挥体系上，从单兵通信到 诸军兵种联合通信；在作战空间上，从地面通信延伸至水下、空中和太空；从作 第一章 战时间看，通信侦察在和平时期也从未停止过，通信对抗行动则贯穿战争全过程； 从对抗频域看，其工作频率随着通信技术的发展不断向两极发展，低端深入超长 波甚至声纳波段，以对付海上舰船和海底潜艇通信，高端则扩展至毫米波、亚毫 米波乃至光通信；从对抗手段看，虽然短波、超短波仍然是话音通信的主要频段， 而数字、图文则更青睐微波等波段，通信对抗不局限于传统的短波、超短波通信， 而是将声纳对抗、微波通信对抗、毫米波通信对抗和光纤通信对抗纳入其范畴。 从对抗方法看，既有通信对抗侦察、通信干扰，又有通信电子防御，既有“软杀 伤”，又有“硬摧毁”r “。 1 3 1 通信对抗主要内容 前面提到从对抗方法看，通信对抗包括通信对抗侦察、通信干扰和通信电子 防御，下面简单介绍这三方面内容： 通信侦察是通信对抗系统中一个极为重要的组成部分，它是为获取通信对抗 所需的情报而进行的电子对抗侦察。它的基本含义是：使用通信接收设备截获敌 方通信信号，分析其技术体制，了解其通信网的组成，必要时侦听其通信内容， 以判明其属性。通信对抗侦察是对敌方通信实施通信干扰或摧毁的前提条件，它 能引导通信干扰机有效地施放干扰。 无线电技术侦察的主要内容有：截取敌方无线电信号、测定所截获的无线电 信号的频率及场强( 功率) 、测定所截获的无线电信号的空间参数、分析所截获的 无线电信号的技术参数、对所截获的无线电信号进行识别。 图1 4 无线电通信技术侦察系统方框图 在图1 4 无线电通信侦察系统中侦察接收机是最基本的设备，它的主要功能是 截获信号、测定被截获无线电信号的载波频率、将被截获的无线电信号恢复成各 6 o f d m 系统的高效干扰技术研究 种调制信号供给分析和处理设备。 2 通信防御是指在通信对抗斗争中，为保证己方通信设备及其系统正常发挥 效能而采取的方法与措施，也就是保护己方通信不被截获、干扰。通信对抗与反 对抗两种技术相互促进，是矛与盾的关系。它包括通信反侦察、通信反干扰和通 信防摧毁等内容。 通信反侦察是指为防止敌方截获并利用己方无线电通信信号获取有关情报而 采取的技战术措施。 通信反干扰是在通信领域内实施的反电子干扰，它是指消除或削弱敌方通信 干扰的危害，保障己方通信系统、设备正常发挥效能的措施。目前在无线电通信 中采用的纠错编码技术、天线自适应调零技术、猝发通信技术以及扩频通信技术 等，都属于通信电子防御的技术性措施。 通信防摧毁是通信设备、系统为防敌常规和非常规武器摧毁而采取的防御措 施。 3 通信干扰利用电磁波来扰乱或阻碍敌方的通信，使被干扰方设备不能正常 工作。本文所研究的主要内容就属于通信干扰领域，通信干扰的具体内容将在第 二章介绍 i d 2 d 3 j 。 1 3 2 通信对抗面临的挑战和发展趋势 通信对抗的效能在很大程度上取决于通信设备和通信对抗设备的相对发展水 平与战术应用手段的完善程度。世界各主要军事大国的军备竞赛也一直在进行。 大力发展通信对抗是世界各国强军的主要内容之一 1 2 1 4 j 。 1 通信对抗面临的挑战主要体现在以下几个方面： ( 1 ) 信号环境日趋复杂； ( 2 ) 战场时效性要求越来越高； ( 3 ) 通信网络化促使通信对抗性质发生变化； ( 4 ) 通信对抗力量面临更大的生存威胁。 2 为了面临的挑战，通信对抗的发展趋势主要表现在以下几个方面： ( 1 ) 开发新通信体制的对抗技术； ( 2 ) 发展综合一体化通信对抗系统； ( 3 ) 先进信号处理技术研究和应用更加广泛深入； ( 4 ) 多功能、模块化； ( 5 ) 网络对抗技术研究。 第一章 1 4 主要研究内容与论文结构 通信干扰的目的就是有效且高效，而干扰效果则是用削弱目标通信的性能程 度来度量的。本文主要针对o f d m 系统采用高效的音调干扰。 全文共分为五章，其结构为： 第一章为绪论，简要介绍了o f d m 技术的基本原理和通信对抗的基本内容， 明确了研究的目的和意义。 第二章具体介绍了通信干扰技术，包括通信干扰技术的发展现状、趋势和通 信干扰的分类。 第三章主要讲了几种干扰样式以及这些干扰样式在理论上干扰o f d m 系统的 可行性，比较了干扰效果。 第四章是仿真分析。 第五章为全文小结。 第二章 9 第二章通信干扰技术 在无线电通信中，通常在接收有用信号的同时，不可能完全抑制外部干扰以 及特性参数与有用信号相似或相同的其他信号，导致通信接收系统检测有用信号 时存在着不确定因素。利用这一特点可以人为地施放干扰信号，迫使对方获得的 有用信息量降至最少。因此，通信干扰就是通过辐射干扰信号，来压制或欺骗对 方无线电收信或其他接收设备的电子干扰【15 | 。 2 1 1 通信干扰的特点 2 1 通信干扰的特点和用途 1 对抗性 通信干扰是为了破坏或扰乱敌方的无线电通信。无线电通信干扰的发射，目 的不在于传送某种信息，而在于用干扰中携带的干扰信息去压制和破坏敌方的通 信。通信干扰是以敌方的通信系统为目标的，这一点十分明确。 2 进攻性 无线电通信干扰是有源的、积极的、主动的。即使在防御作战中使用的通信 干扰，也是进攻性的。 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，并且要设法超过敌方。只有这样才能开发出克敌制胜的通信干扰设备。但是 世界各国通信技术的发展，特别是抗干扰军事通信技术的发展都是在高度机密的 情况下进行的，对敌情的探知比较困难。 4 灵活性和预见性 现代战场情况瞬息万变，为了长期立于不败之地，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硬武器一样，其作用不仅仅取决于其技术性能的优良， 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，已经从过去单独的、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。因此通信对抗应该是综合对 抗，它是综合电子战系统中不可缺少的组成部分。 7 工作频带宽 l o o f d m 系统的高效干扰技术研究 无线电通信设备随着现代化军事无线电通信技术的发展，需要覆盖的频率范 围已经相当宽，在这样宽的工作频率范围内，不同频段上电子技术和电磁波的辐 射与接收都有不同的特点和要求。 8 反应速度快 在跳频通信、猝发通信飞速发展的今天，目标信号在每一个频率点上的驻留 时间已经非常短促。相对应的，通信干扰系统的反应速度必须十分迅速p 引。 2 2 2 通信干扰的用途 1 使敌方失去关键性战机。如果对敌方主要通信网及专用通信实施突然、集 中的电子干扰，破坏敌方的指挥系统，即使这一干扰阻止敌方很短的时间，都会 严重影响某一战役的结果。 2 使敌方在己方主攻方向完全丧失指挥能力。 3 对敌保密通信系统实施通信干扰，打乱敌方的正常通信。与敌方进行电子 战时，常需不断地截取敌方情报，这种对抗手段是很有价值的。 4 用无线电通信干扰迷惑敌人，使之产生错觉或接受虚假情报。 5 配合通信侦察，获取更多情报r 。 2 2 1 发展现状 2 2 通信干扰技术的发展现状及趋势 1 多目标干扰技术 多目标干扰法是用一部干扰机有针对性地同时或快速交替干扰多个通信目 标，是一种多信道干扰技术。既具有窄带瞄准式干扰针对性强的优点，可以有效 地利用干扰资源；又能有针对性地干扰同时工作的多个目标信号，克服了拦阻式 干扰的盲目性，同时也不会影响己方通信。 2 空间功率合成技术 通信干扰中为了有效压制敌方通信，有时需要发射很大的干扰功率。由于受 器件性能限制，干扰机的功率放大器功率增益很有限，而且效率很低，在v h f 频 段目前只能达到千瓦量级，在微波频段一般达百瓦量级。为了获得更大的射频干 扰功率，就开始逐步采用基于雷达相控阵原理的空间功率合成技术。 3 对跳频通信的干扰技术 对于跳频通信系统的干扰可采用跟踪式干扰和全频段拦阻式干扰等技术。频 率跟踪式干扰要求跟踪跳频信号频率变化，以保证大部分干扰功率能够进入目标 第二章 信道，干扰信号在一个载频上的干扰时间不少于信号主流时间的一半时干扰才有 效，所以对慢速跳频通信系统比较有效。采用全频段拦阻式干扰，实际中只需对 其全部频道中的大部分频道进行有效的干扰，就可获得良好的干扰效果。这种干 扰方式要求干扰机干扰功率比较大，一般结合超大功率合成技术来实现。 4 对卫星通信的干扰技术 一般用空间干扰可有效干扰卫星通信系统，由于卫星通信发射功率小，天线 呈弱方向性，所以只需用飞机或其他飞行器携带干扰设备，在该地区盘旋且有足 够高度，就可以对这一地区的卫星接收机实施有效干扰。 5 炮射干扰弹对敌通信的干扰 炮射干扰弹是利用火炮将一次性使用的无线电通信干扰设备投掷到目标区， 对敌无线电通信网络实施电子干扰的特种弹。 2 2 2 发展趋势 1 综合化、一体化通信对抗条件下的通信干扰技术 为贯彻适应未来一体化联合作战思想，以提高快速反应能力和整体作战能力， 发展侦察、测向定位和干扰综合一体化通信对抗系统是通信对抗发展的必然趋势。 同时还应发展通信装备与通信对抗装备的一体化，信息技术的广泛应用使通信与 通信对抗的兼容得到进一步的发展。通信接收机与通信侦察接收机合为一体，通 信发射机和通信干扰机一体化，共用数据处理终端，共用信息传递网络等等。在 确保己方通信联络通畅的同时向敌方实施干扰，虽然该条件下的干扰技术水平要 求太高，但其实用性更强、战场优势作用会更明显，是新型化、集成化、综合化 装备的发展趋势。 2 远程大功率干扰技术不断应用 随着宽带通信技术和装备的发展，特别是空间、星际间通信链路的发展，使 得通信频段不断扩大，则通信对抗的干扰功率也将不断增大才能对抗频段不断扩 大的通信手段。因此，必须大力发展远程、超大功率、多信道干扰技术，充分利 用空问功率合成技术、相控阵技术，智能天线技术。 3 分布式网络化干扰技术成为发展重点 随着无人机技术、投放器投掷技术和干扰的网络化等技术的发展，分布式网 络化干扰技术是新型通信干扰技术的重点发展方向。干扰机通过预加载和网络化 遥控实现任务分配、布放位置指定、干扰时机控制、远程引导等功能，可深入敌 方纵深处工作，其干扰效果明显，成本低，战术运用灵活。 4 干扰领域向空间对抗的方向发展 由于地面干扰装备发射信号受地平面仰角条件限制造成干扰距离有限，以及 1 2 o f d m 系统的高效干扰技术研究 对卫星信号的无能为力，不得不将干扰平台升空。卫星对抗是空间对抗的重要方 面，由于卫星覆盖面大、范围广、不受地理条件限制，实旌卫星干扰有很大优势， 可在敌方存在强大军事卫星通信网条件下干扰敌方关键节点系统或关键卫星系 统，严重影响敌方卫星通信网或多颗卫星的正常数据传输与通信，从而阻碍敌方 信息流通和数据共享，最终阻滞敌方行动f 1 2 】。 信 输 2 3 通信干扰系统 发送端 接收端 图2 1 无线电通信一般原理图 图2 2 通信干扰系统框图 广义无线电通信系统由三部分组成：发送设备、信道和接收设备。 发送设备由基带处理设备、调制器、高频功率放大器、天线和电源组成。 信道指传输无线电信号的通道，具体是何种传输路径随频率范围、通信设备 所处地点以及用途的不同而各不相同。 接收设备由天线设备、高频功率放大器、混频器、中频放大器、解调器、基 第二章 带处理设备和电源设备等组成。 在这三个组成部分中，信道是干扰方和被干扰方都可以利用的环节。如果在 敌方通信系统的信道中施放无线电干扰，只要干扰的技术参数合适，就足以扰乱 或压制敌方无线电接收设备的正常接收，达到破坏敌方通信的目的。 通信干扰系统一般由侦察分析系统、监视检验系统、控制系统、干扰调制系 统、干扰发射机、天线设备和电源设备等组成。侦察分析系统的作用是监听对方 无线电通信信号，分析并确定出对方使用的频率、调制方式、频谱宽度和其他相 关参数，并将相关参数传送给干扰调制系统；干扰调制系统的作用是利用侦察分 析系统确定的对方的相关参数，选择出最佳的干扰方式，去调制干扰发射机的高 频振荡信号；干扰发射机根据干扰调制系统确定的最佳干扰方式，产生相应的高 频振荡信号；监视检验系统的作用是监视干扰的效果，根据实际情况进行调整； 控制系统的作用是控制其他分系统的协调工作；天线设备的作用是将干扰信号能 量向对方电台辐射出去1 1 4 j 。 综上所述，无线通信干扰的一般过程如下： 1 侦察接收对方无线电通信信号，分析其技术参数，测定要干扰的目标方向 和位置，从而确定合适的干扰样式和参数； 2 根据无线干扰需要，向指定目标方向发射适当功率的高频干扰，这种干扰 的技术参数由特殊的干扰调制系统形成； 3 在干扰过程中不断检验干扰效果，使干扰参数保持在干扰效果最佳的参数 匕 1 6 1 。 2 4 通信干扰分类 通信干扰按产生的来源可分为自然干扰和人为干扰两类。因为考虑的是通信 对抗，所以本文研究的是人为干扰，它是为了破坏敌方通信，而有意识施放的干 扰。 通信干扰从战术性质考虑可分为压制性干扰和欺骗性干扰。压制性干扰用强 大的干扰功率压制敌收信机的正常接收，使真实信号模糊不清或完全“淹没”在 干扰之中。它是一种强有力的人为积极干扰，也是通信干扰的主要研究对象。欺 骗性干扰发出和敌方通信十分相似的干扰信号，使敌方通信人员真假难分，有时 它可以起到压制性干扰难以达到的目的。 2 4 1 压制性干扰 1 按干扰信号的频谱宽度分类 ( 1 ) 瞄准式干扰 1 4 o f d m 系统的高效干扰技术研究 瞄准式干扰是指干扰的载频与信号频率重合，或干扰信号和通信信号的频谱 宽度相同。与阻塞式干扰相比，瞄准式干扰的功率利用率更高，但干扰方需要掌 握目标信号的中心频率及带宽的信息。 干扰信 号频谱 通频带 ( b ) f 图2 3 瞄准式干扰示意图 图2 3 ( a ) 所示为a 站给b 站发报，干扰的作用使b 站收不到或听不清a 站发 来的报文。因此，瞄准式干扰所辐射的窄带频谱就必须与a 站所发信号的频带基 本相同，并与a 站所发信号同时进入b 站接收机的选择电路。干扰信号和通信信 号的频谱关系如图2 3 ( b ) 所示。 瞄准式干扰的频带较窄，功率集中，干扰能量全部用来压制敌方的通信信号， 功率利用率高，干扰效果好。但要求频率重合度好，对干扰机性能要求高，且要 求有引导干扰频率的侦察部分。瞄准式干扰通常每个干扰频率对准相应的一个通 信信号频率实施干扰，单机干扰多目标的情况在外军已被广泛使用卜。 瞄准式干扰系统一般由引导接收机、频率重合器、干扰源、干扰发射机、监 视控制器五大部分组成，如图2 4 所示。 图2 4 瞄准式干扰机组成框图 ( 2 ) 半瞄准式干扰 半瞄准式干扰与瞄准式干扰相比，频率重合度的准确度较差，即干扰信号频 谱和通信信号频谱没有完全重合。通常干扰信号的频谱比被压制的敌方通信信号 第二章 频谱度宽一些。半瞄准式干扰的干扰频谱能量全部或绝大部分通过敌方接收机的 频率选择回路，虽与敌方信号的频谱不一定重合或频谱重合度不高，但也能形成 一定程度的干扰。 通 号 接收机 ；信 州丫 日谱 扰信 频谱 图2 5 半瞄准式干扰示意图 半瞄准式干扰功率不集中，功率利用率低，因此只会在特殊情况下使用。如 敌方通信信号出现的时间短，我方干扰来不及实施瞄准式干扰；或者对有的通信 方式来说不需要准确的频率重合也能取得较好的干扰效果等。 ( 3 ) 阻塞式干扰 阻塞式干扰的干扰信号频谱宽，干扰频谱带宽远大于信号频谱宽度，能同时 干扰多个信道，也称为拦阻式干扰。一部干扰机压制破坏敌方在某频段内工作的 各个通信网的通信，在干扰有效作用区域内，整个频段内工作的各个通信网都受 到干扰，要求干扰机输出功率大，干扰效果相对瞄准式干扰差。 图2 6 阻塞式干扰机的组成 干扰机的信号发生源产生干扰调制信号，经调制、放大得到所需要带宽和频 率的宽带干扰信号，再经宽带功率放大器放大到所需的功率电平，通过天线发射 出去。 按干扰信号的频谱，阻塞式干扰分为连续阻塞式干扰和梳状阻塞式干扰。这 两种干扰方式相比，梳状阻塞式干扰系统复杂，但干扰效果好。因为梳状干扰只 对那些落入梳状带宽内梳齿上的信号产生干扰作用，而齿间可作己方通信的频道 使用。而连续阻塞式干扰一旦施放，则干扰频段的敌我电台皆受干扰。 1 6 o f d m 系统的高效干扰技术研究 通 ( a ) 连续阻塞式干扰 ( b ) 梳状阻塞式干扰 f f 图2 7 阻塞式干扰频谱示意图 阻塞式干扰的优点是无需频率重合设备，也不需要引导干扰的侦察设备，设 备相对简单，能够同时压制频带内多个通信台站。但其缺点是：一是干扰功率分 散且效率不高；二是在施放阻塞式干扰时，落入其频带内的己方通信信号也将受 到干扰。 准确的瞄准式干扰可以十分有效地压制敌方的通信。过去为了实现准确的瞄 准干扰，压制一个敌方通信设备就至少要有一部干扰发射机。现在虽然单机干扰 多目标的情况在外军已被广泛使用，但对大量战术分队的通信，施放瞄准式干扰 实际上是不可能的。无线电对抗的效果在很大程度上取决于集中使用的无线电干 扰，因为只有在这种情况下才可能破坏敌方军队和武器的指挥。用阻塞式干扰来 压制大量战术分队的指挥通信，同时用准确的瞄准式干扰压制战场上最重要的战 术分队的通信，可以解决这个矛盾。 ( 4 ) 扫频式干扰 扫频式干扰是指干扰发射机的载频在较宽的频段内按某种方式由低端到高 端，或由高端到低端，连续变化所形成的干扰。 l 妇蛹茄圉 。 一 j j 伙￥b 田 r f 图2 8 扫频式干扰 扫频式干扰系统是自动化程度较高的干扰系统。对于干扰信道，通过提前预 第二章 置的方式进行存储，并在一定的频段范围内反复扫描，当被预置信道的信号出现 时，便可自动干扰。这种干扰具有干扰反应时间短，机动中仍可进行干扰，管理 方式自动化等特点。 2 按干扰信号的调制方法分类 ( 1 ) 键控干扰 键控干扰信号是未经任何调制的单一频率信号，通常使用手动或自动键控将 干扰信号发射出去，主要用于干扰振幅键控和频率键控的听觉无线电波和视觉印 字无线电报的通信系统。 ( 2 ) 音频杂音调制干扰 音频杂音调制干扰是应用某种信号( 音频、杂音) 调制干扰发射机载波所形成 的干扰，包括调频干扰、调幅干扰和调相干扰，主要用来压制各种相应调制方式 的无线电通信。 ( 3 ) 脉冲干扰 脉冲干扰是利用干扰机发射一系列脉冲信号或类似于被干扰设备的脉冲信号 而形成的干扰。这类脉冲信号可以是已调制的或未调制的高频脉冲。对脉冲进行 幅度、重复频率、脉冲宽度或其中几个参数的调制可提高它们的干扰效果。这种 干扰的特点是作用时间短促，脉冲功率大，通常用于干扰脉冲信号通信或数字通 信。 ( 4 ) 噪声干扰 噪声干扰是一种幅度、频率、相位按随机、无规则变化的电磁波信号。噪声 干扰包括纯噪声干扰和各种噪声调制干扰，由于它们对各种工作方式下的通信系 统都会产生明显的干扰效果，所以是一种重要的干扰方式。 ( 5 ) 综合干扰 综合干扰是利用两种以上的调制或键控方法形成的干扰。 此外，通信干扰按作用强度可分为压制性干扰、强干扰、弱干扰；按频段可 分为甚低频、低频、中频、高频、甚高频、特高频和超高频等；按电波传播方式 可分为地波干扰、天波干扰和空间波干扰；按干扰作用可分为连续式干扰和间断 式干扰，等等。 2 4 2 欺骗性干扰 欺骗性干扰的目的是使被干扰方根据其通信接收系统收到的信息做出错误的 判断。欺骗性干扰对信号的要求很高，在信号调制样式、通信方式和工作频率等 方面都要与敌方极其相似，否则极易被敌方识破。因此，欺骗性干扰的实施必须 建立在对敌方无线电通信实施不间断的侦察、充分掌握敌情的基础上，并且应选 l g o f d m 系统的高效_ t | 扰技术研究 择在敌方通信处于混乱的情况下，短时间地、突然进行，才有可能取得好的效果。 通常欺骗性干扰是作为军事欺骗行动的一部分实施的，极少单独使用。欺骗性干 扰分为无线电通信冒充和无线电通信干扰伪装。 2 5 影响干扰效果的因素 在干扰过程中，被干扰方一定会采取一些组织上或技术上的抗干扰措施，干 扰方则应相应地采取反“抗干扰”措施。因此，通信干扰的过程是一个复杂的过 程。 1 干扰发射机的功率及天线的增益、效率和方向性对于干扰效果的影响至关 重要 一般说，干扰发射机功率越强，接收点的干扰场强就越高，干扰效果也就越 好。接收机端的干扰功率与信号功率之比决定了干扰成功率。干扰信号要有足够 的功率，才能使被干扰的接收机造成接收信号的最大误差。从这个观点出发，一 般只要增加干扰功率或缩短距离是可以办到的。但是，增加干扰发射机的功率和 无限制地缩短干扰距离会使任何频段、任何一种无线电通信受到干扰( 包括己方通 信) ，这是不能允许的。所以，干扰发射机的功率和干扰距离是要通过计算得到的。 2 干扰频率与目标信号频率的重合度对干扰效果的影响也是非常重要的 一般频率重合度越高，干扰效果越好。在时间上，干扰与目标信号同时存在 才能产生有效干扰。因此，从目标信号出现或变化到干扰做出反应的快慢也直接 影响着干扰的效果。为了准确地瞄准信号，希望干扰机的反应速度越快越好。 3 发射的干扰信号的形式及参数 对某种信号形式和接收形式，干扰的样式和参数不同，干扰效果也不相同。 为了提高干扰效率，应尽可能地选择压制系数小的干扰样式。干扰样式越多，抗 干扰越困难。很难有一种或有限的几种接收方式能同时对抗众多不同的干扰样式 的干扰。单一、贫乏的干扰样式很难保证在复杂多变的信号环境中对可能出现的 所有目标信号进行有效的干扰。 4 被干扰方接收机的形式及技术性能 在干扰样式和功率一定的条件下，接收机的抗干扰性能越完善，干扰效果越 差。因此干扰方应尽量对所干扰的通信系统的抗干扰性能有所了解，这一般需要 情报侦察部门的帮助。 5 传输路径不同对电磁波吸收与反射的影响 通信信号的路径和干扰的路径是不一样的，各波段的信号，传输路径及在传 输过程中受到的影响不一样。因此，在实施通信干扰时，一定要考虑电波传播的 影响。 ， 第二章 1 9 6 其他因素 除了上述的“物”的因素上看，还有如被干扰方接收设备所用的基带及终端 设备的性能、被干扰方通信系统在受到干扰时的反干扰技术措施等。从“人”的 因素上看，包括指挥员和设备操作人员的主观能动性、组织指挥能力、操作技术 训练程度等因素。 由此看来，影响干扰效果的因素是很复杂的。在研究通信干扰理论、研制通 信干扰设备与组织实施通信干扰时，都应该充分考虑这些因素1 1 4 - 1 引。 第三章 第三章干扰o f d m 系统的干扰样式分析 干扰机可以采用几种可能的干扰策略来对付一个通信系统，包括干扰系统。 对于不同的通信系统的不同调制方式，必定存在着不同的“较佳 干扰样式，干 扰样式不同，它的干扰效果也就不一样。在上一章对人为干扰的分类中，着重讲 了压制性干扰。压制性干扰有几个常用的干扰样式，本章的主要内容是对可以干 扰o f d m 系统的几个干扰样式进行分析。施加干扰后的o f d m 系统如图3 1 所示。 图3 1 施加干扰后的o f d m 系统 3 1 具体的干扰信号 常用的压制性干扰信号主要有：宽带噪声干扰、部分频带干扰、单音干扰、 多音干扰、脉冲干扰。 本文分析时用采用二进制相移键控( b p s k ) 和差分二进制相移键控( d b p s k ) 作为调制方式，当然也可以用高阶的调制方式，但分析问题的本质用这两种方式 就能够说明。在o f d m 系统中应用d b p s k 调制方式时，频域差分解调( f d d d ) 好于时域差分解调( t d d d ) ，因为在频率非选择性衰落信道f d d d 优于t d d d1 1 。 循环前缀( c p ) 用作保护间隔来消除i s i 。 信道模型是平坦的瑞利信道。o f d m 系统每一个子载波的带宽都相对小于信 道带宽，所以假设平坦的瑞利信道是合理的。我们构建一个时间相关的平坦的瑞 利信道模型( 包络线服从瑞利分布，相位分布服从均匀分布，并且它们是相互独立 的) 。我们假定系统是相干的，那么相位总是能被很好地估计。因此，我们可以忽 略信道的相位变化。考虑干扰和信号都是被信道独立衰减的，我们用两个独立的 随机变量来描述干扰信道功率增益g ，和信号信道功率增益g 。 g 。= 口2 ( 3 1 ) o f d m 系统的高效t 扰技术研究 g s = 2 ( 3 - 2 ) 其中，口和是独立的瑞利随机变量，其方差分别为蠢和砰，因为干扰和信 号是在相同的信道环境中，所以c r s 和q 可以看作有相同的盯值f 1 8 】。 文中分析过程中使用的变量和这里所述变量不同的地方都做了说明。 幅度 二二二二二 ( a ) 宽带噪声干扰 频率 幅度 二二 ( b ) 相邻的部分频带干扰 频率 被口口口口 ( c ) 非相邻的部分频带干扰 频率 幅度 工 ( d ) 单音干扰 频率 幅度工工 工ii 工 ( e ) 多音干扰 频率 3 1 1 宽带噪声干扰 图3 2 干扰样式频谱示意图 如果干扰机在整个工作频带形上发射额定功率为j 的宽带噪声，则称为宽带 噪声干扰。宽带噪声干扰是指将噪声能量加到目标物所使用的整个频谱带宽上， 所以也称为全频段干扰。这种干扰在对付各种抗干扰通信时都非常有用。一般情 况下，它对屏蔽某一个覆盖区域也非常有用。在执行电子防护任务时，干扰机置 于敌方电子支援系统与己方通信系统之间。若能正确运用这种电子防护措施，至 少能在一段时间内防