上海交大-天线工程-第四章-无线信道

Antennaandpropagationinwirelesscommunication

——Chapter4:无线信道与电波传播Assoc.Prof.JunpingGeng

MordernAntennaTechnologyInstitute,E.E.Dept.,ShanghaiJiaoTongUniversity2014－10主要内容电波传播信道抗衰落抗干扰*2电波的传播传播特性电波在传播的过程中，有如下几种情况：反射、衍射、散射、绕射、折射产生的结果：方向图变化、多径衰落*3电波的传播

电磁波遇到带电气体（如带电云层、电离层）、水体、导体、半导体等，都会发生反射。*4电波除了直接传播外，遇到障碍物，例如，山丘、森林、地面或楼房等高大建筑物，还会产生反射。因此，到达接收天线的电磁波不仅有直射波，还有反射波，这种现象就叫多径传输。

室外环境多径传输示意图电波的多径传播*5室内环境多径传输示意图*6多径衰落曲线*7电磁波的反射*8电磁波的衍射入射平面波*9球面波扩散示意图（惠更斯原理）*10电磁波的散射入射平面波*11电磁波的散射入射平面波*12一致性劈绕射*13电磁波的绕射入射平面波*14电磁波的折射入射平面波*15HhRr1r2r1=(R2-(H-h)2)1/2r2=(R2-(H+h)2)1/2平坦地面的两径效应

（双射线模型）*16接收机距离R变化引起的衰落h=1.5mH=50m*17接收机高度h变化引起的衰落H=25mR=500m*18发射机高度H变化引起的衰落h=1.5mR=500m*19信道无线通信信道的分类理想无线信道？非理想无线信道？ 理想：无阻挡、无衰落、无时变、无干扰，自由空间传播。固定无线信道？移动无线信道？视距无线信道？非视距无线信道？ 视距，如：地面视距、卫星。 非视距，如：地面绕射、对流层散射、电离层折射。有干扰无线信道？无干扰无线信道？ 干扰，如：系统内部的干扰、系统外部的非敌意干扰、敌意干扰。*21无线通信信道的指标传播衰减 －衰减的平均值 －衰减的最大值 －衰减的统计特性传播延时 －延时的平均值 －延时的最大值 －延时的统计特性延时扩展 －对信道色散效应的描述多普勒扩展 －对信道时变效应的描述干扰 －干扰的性质 －干扰的强度*22无线传播信道的模型信道响应为h(,t)

，可以表示色散和时变假设：线性信道、加性干扰h(,t)

s(t)r(t)n(t)*23信道：自由空间传播

自由空间传播（1）什么叫自由空间？无任何衰减、无任何阻挡、无任何多径的传播空间。无线电波在自由空间传播时，其单位面积中的能量会因为扩散而减少。这种减少，称为自由空间的传播损耗。如图所示，发射功率为PT，发射天线为各向均匀辐射，则以发射源为中心，d为半径的球面上单位面积的功率为：

S＝PT/4d2球面上的功率流PTd*25

自由空间传播（2）由于天线有方向性（设发射天线增益为GT），故在主波束方向通过单位面积的功率为：

S=GTPT/4d2设接收天线的有效面积为A，则接收天线所截获的功率为：Pr=SA=AGTPT/4d2对于抛物面天线，假定天线口面场具有等相、等幅分布，则天线的有效面积为：

A=Gr

2/4

其中Gr为接收天线增益，为自由空间波长*26

自由空间传播（2）代入Pr公式。得到：

Pr=GrGTPT(

/4d)2令：

Pr/PT=GrGT/LS其中LS定义为自由空间传播损耗。则：

LS=(4d/

)2=(4fd/c

)2

以分贝数表示：

LS=92.4+20lgf(GHz)+20lgd(km)dB

*27信道：地面视距传播

简介地面微波通信属于视距传播。视距传播的主要特点是收发天线都在视距范围内视距传播要考虑大气效应和地面效应。视距和天线高度的关系 由于地球是一个曲面，天线高度h1、h2和视距d之间存在以下关系：

d=3.57()

其中h1、h2的单位是m，d的单位是km。说明：此公式没有考虑大气及地面对传播的影响，所以只能用作大致的估计。*29大气效应之一：吸收衰减主要发生在高频段水蒸汽的最大吸收峰在23GHz(1.3cm)；氧气的最大吸收峰在60GHz(5mm)；对于12GHz(2.5cm)以下的频率，大气吸收衰减小于：0.015dB/km。*30大气效应之二：雨雾衰减在10GHz以下频段，雨雾衰减并不严重，一般只有几dB。在10GHz以上频段，雨雾衰减大大增加，达到几dB/km。下雨衰减是限制高频段微波传播距离的主要因素。*31大气效应之三：大气折射引入等效地球半径的概念：*32地面效应之一：费涅尔半径和余隙利用波动光学的惠更斯－费涅尔原理，在遇到障碍物时将产生附加损耗。障碍物到T，R连线的垂直距离为hc，称为余隙。一阶费涅尔半径为h1，定义hc/h1为相对余隙。就可以从右图求出附加损耗。*33地面效应之二：地面反射这是产生电平衰落的主要原因之一。设：反射系数为m，反射相位为1800，自由空间衰减系数为，就可以求出接收点的场强：*34平衰落当衰落较严重时，接收点的场强接近瑞利分布接收点场强小于某个值的概率通用公式例：B＝1,C＝3.5A=1.410－8

Q=1*35频率选择性衰落根据W.D.Rummler提出的伪三径模型，得到频率选择性衰落的频率响应函数，如下图所示。*36信道：地面超视距传播对流层散射传播在地球表面10－12km处为对流层，存在大量随机运动的不均匀介质，能对电波产生折射、散射和反射。散射通信是利用部分散射体内介质的前向散射信号。这是典型的多径信道。通信距离可达几百－上千公里。*38对流层散射传播散射信道不存在电波的直射分量，是典型的瑞利衰落信道。根据测试结果，接收电平小于其均方根值10dB,20dB,30dB的概率分别为10％，1％，0.1%。快衰落服从瑞利分布。慢衰落服从对数正态分布。克服散射信道衰落的主要方法是采用分集接收技术。*39电离层反射传播在地球上空60km以上是电离层，可以分为D层、E层、F层。D层能吸收电波，E层能反射电波，然而在晚上都会消失。对电波起良好反射作用的是F层，并且能够在昼夜都保持一定的通信功能。*40电离层反射传播（续）存在严重的多径效应，最大传播延时差可达毫秒量级。存在严重的时变性，电离层的特性随时变化，并且很难准确预测存在最高可用频率，为了实现较好的传输质量，工作频率应尽可能接近最高可用频率。这些频率都在短波波段（2－30MHz）。*41电离层反射传播（续）存在多种附加损耗。如：吸收损耗（6－25dB），地面反射损耗（20dB），系统额外损耗（15－18dB）存在严重的干扰，这是短波通信的一大特点。包括：大气噪声、工业干扰、天电干扰、其它电台的干扰。技术措施：自适应均衡、自动线路建立、分集。*42流星余迹传播据统计，每昼夜有数百亿的流星进入大气层，和空气碰撞产生电离。在地面80－120km处形成电离气体带，这就是流星余迹。利用流星余迹的散射和反射进行通信。工作频率30－80MHz，传输距离200－2000km，传输速率低，用于突发通信。*43卫星传播静止卫星信道稳定，可以按照自由空间传播损耗计算长延时，要考虑对话音质量和通信协议的影响移动卫星要考虑地面的影响，包括多径和遮蔽接收信号电平服从莱斯分布要考虑多普勒频移*44移动传播说明移动无线传播面临的是随时变化的、复杂的环境。首先，传播环境十分复杂，传播机理多种多样。几乎包括了电波传播的所有过程，如：直射、绕射、反射、散射。其次，由于用户台的移动性，传播参数随时变化，引起接收场强的快速波动。为此，提出大尺度传播模型和小尺度传播模型。*46四种传播机制直射：自由空间传播反射：当电磁波遇到比波长大得多的物体时，发生反射。反射发生在地球表面、建筑物和墙壁表面。绕射：当发射机和接收机之间的传播路由被尖锐的边缘阻挡时，发生绕射。散射：当电磁波的传播路由上存在小于波长的物体、并且单位体积内这种障碍物体的数目非常巨大时，发生散射。散射发生在粗糙表面、小物体或其它不规则物体，如：树叶、街道标志和灯柱等。*47二种传播模型：大尺度模型和小尺度模型*48大尺度路径损耗传播模型 描述发射机和接收机之间长距离上平均场强的变化，用于预测平均场强并估计无线覆盖范围小尺度多径衰落传播模型 描述移动台在极小范围内移动时，短距离或短时间上接收场强的快速变化，用于确定移动通信系统应该采取的技术措施。二种传播模型（续）*49对数距离路径衰减规律根据理论和测试结果，无论室内还是室外信道，平均接收信号功率随距离的对数衰减，其路径损耗指数如下表所示：*50多径扩散和相干带宽的关系

多径扩散和相干带宽*51多普勒扩散和相干时间的关系多普勒扩散和相干时间*52基于多径时延扩散平衰落信号带宽<相干带宽时延扩散<符号周期频率选择性衰落信号带宽>相干带宽时延扩散>符号周期基于多普勒扩散

快衰落多普勒频移大相干时间<符号周期信道变化快于基带信号的变化

慢衰落多普勒频移小相干时间>符号周期信道变化慢于基带信号的变化衰落信道的分类*53大尺度模型：室外模型Longley-Rice模型适用频率范围：40MHz-10GHz。不同种类地形的点对点系统。利用路径几何学及对流层绕射性，预测大尺度中值传播损耗。有计算机程序，根据输入的路径参数，进行点对点预测或区域预测。缺点：不能提供对环境因素的修正，没有考虑多径效应Durkin模型描述不规则地形场强预测的计算机仿真器。已被联合无线电委员会用于进行有效移动无线覆盖区的研究。主要用于大尺度路径损耗的预测。缺点：不能精确预测由于树叶、建筑物、其它人造结构引起的传播效应，不能计算除地面反射以外的多径传播。*54大尺度模型：室外模型（续）Okumura模型适用频率范围150MHz-3GHz，距离1－100km，天线高度30－1000m。预测城区信号时使用最广泛的模型，在日本已经成为系统规划的标准。开发了一套在特定条件下自由空间中值损耗的曲线。缺点：对城区和郊区的快速变化反应较慢，和实际情况偏差约10－14dB。*55大尺度模型：室外模型（续）Hata模型适用频率范围150MHz-1.5GHz根据Okumura曲线图所作的经验公式，以市区传播损耗为标准，并对其它地区进行修正。市区路径损耗的标准公式。在1km以上的情况下，预测结果和Okumura模型非常接近。缺点：适用于大区制移动系统，不适用于小区半径为1km的个人通信系统。其它模型Hata模型的PCS扩展WalfishBertoni模型宽带PCS微蜂窝模型*56大尺度模型：室内模型一般说明室内传播特点：覆盖距离更小，环境变化更大受到影响的因素很多，如：门窗是开还是关？天线放置的位置？人员的分布情况？室内信道可以分为视距（LOS）和阻挡（OBS）两种。分隔损耗同楼层的分隔损耗给出不同频段、不同材料不同分隔方式的损耗值。如：混凝土墙在1300MHz的损耗为8－15dB。楼层间的分隔损耗和建筑物的材料、类型、层数、窗户及频段有关。一层的衰减要大，而五、六层以上的衰减很小。*57大尺度模型：室内模型（续）对数距离路径损耗模型室内路径损耗公式*58大尺度模型：室内模型（续）Ericsson多重断点模型通过测试多层办公室建筑，获得Ericsson无线系统模型此模型提供特定地形路径损耗范围的确定限度右图给出此模型的室内路径损耗图*59

小尺度模型（1）小尺度传播的主要效应：信号强度的快速变化时变引起的多普勒频移多径引起的延时扩展多径信道的冲激响应模型：移动信道可以看成线性时变信道，输入x(t)和输出y(t)存在以下关系*60

小尺度模型（2）移动多径信道的参数：延时扩展及相干带宽，描述色散延时扩展的典型值如下表所示相干带宽估算：*61

小尺度传播模型（3）移动多径信道的参数：多普勒扩展及相干时间，描述时变多普勒频移计算：相干时间计算：对于高速行驶的车辆，只要传输速率大于几百bits/s，多普勒效应就可以忽略，信道就成为慢衰落信道。

*62

小尺度传播模型（4）平坦衰落的Clarke模型 这是一种基于散射的统计模型。接收信号的包络服从瑞利分布：射频信号受到多普勒衰落影响的功率谱密度如右图所示。*63

小尺度传播模型（5）电平交叉率（LCR）： 瑞利衰落包络归一化为本地rms电平后，沿正向穿过某一指定电平的速率。表示为：平均衰落时段：

接收信号低于某指定电平R的平均时间段的值。表示为：*64

小尺度传播模型（6）双线瑞利衰落模型

Clarke模型及瑞利衰落统计模型只适用于平衰落，而不考虑多径时延。为此，采用一种常用的独立双线瑞利衰落信道模型。其冲激响应为：*65

小尺度传播模型（7）Saleh和Valenzuela室内统计模型根据测试结果，提出一个简单的室内信道多径模型。该模型假设多径分量以簇的形式到达。接收信号的幅度是独立的瑞利随机变量，相位在（0，2

）之间独立分布。各个簇和簇内的多径分量构成不同速率的泊松过程，到达次数成指数分布。SIRCIM和SMRCIM室内和室外统计模型基于离散冲激响应信道模型提出了一个来源于实际的统计模型，并编写了计算机程序SIRCIM。后来又有人编写了一个类似的程序SMRCIM，用以产生市区蜂窝及微蜂窝信道的冲激响应。目前全世界有100多家机构使用这种程序。*66无线通信的抗衰落技术什么叫衰落？在无线通信的信道传输过程中，由于大气及地面的影响而发生传播损耗及传播延时随时间变化的现象叫做衰落。衰落根据其频率特性可以分为二类：非频率选择性衰落（又称平衰落）和频率选择性衰落。衰落根据其时间特性可以分为二类：快衰落和慢衰落*68衰落有什么影响？衰落影响之一：接收电平降低，无法保证正常通信。衰落影响之二：接收波形畸变，产生严重的误码。衰落影响之三：传播延时变化，破坏与时延有关的同步。衰落影响之四：在快衰落情况下，由于电平变化迅速，影响某些跟踪过程。所以，对抗衰落是无线通信必需认真解决的问题。*69如何对抗衰落？减少通信距离；增加发送功率；调整天线高度；选择合适路由；在移动通信中采用微蜂窝、直放站；采用分集技术、均衡技术、瑞克技术、纠错技术等。*70抗衰落技术非频率选择性衰落的对抗技术频率选择性衰落的对抗技术均衡技术分集技术瑞克技术联合编码技术*71——非频率选择性衰落的对抗技术无线通信的抗衰落技术：对抗原理非频率选择性衰落主要体现为接收电平的降低。统计特性：平均接收电平及接收电平降低到某个门限值以下的概率。抗衰落的原理：衰落储备法。

*73无线传播方程门限接收电平其中：Eb/N0为归一化门限信噪比的实际值，F为接收机噪声系数，k为玻尔兹曼常数，T0为绝对温度，fb为传输比特率。*74无线传播方程（续）接收电平其中：Pt为发送功率，GA为收发天线增益，LA为收发天馈系统的损耗，LS为传播路径损耗。*75传播统计注意：LS是一个随机变量，存在平均传播损耗LS,平均及传播损耗大于某个值的概率P（LSa）。如果信道没有衰落，传播损耗取平均传播损耗，就有：令：Pr,平均＝Pro，即平均接收电平等于门限接收电平，无线通信系统就能正常工作。实际无线传播信道是有衰落的，因此在没有衰落时的平均接收电平必需大于门限接收电平，才能保证可靠通信。*76衰落储备法令平均接收电平和门限接收电平之比值为：

R＝Pr,平均/Pr0就有：称R为衰落储备。对抗非频率选择性衰落的主要方法是衰落储备法，即通过选择足够的衰落储备来保证接收电平降低到门限以下（这种事件可以称为中断）的概率小于某个值。*77衰落储备法（续）接收电平比平均接收电平下降Fd(dB）的概率（或称为中断概率）为：其中A为和地形、气候有关的系数，m为频率因子，n为距离因子。若选择衰落储备量RFd，就可以保证通信中断率的要求。衰落储备的实现方法：增加发送功率、提高天线增益、减少通信距离、降低噪声系数及对归一化信噪比的要求等。*78——频率选择性衰落的对抗技术无线通信的抗衰落技术：对抗原理频率选择性衰落主要是由于多径效应引起的。多径效应最严重的后果之一是在信道传递函数中引入一个非理想的Hc(f)，破坏奈奎斯特准则和匹配滤波准则，从而产生码间串扰，使有效的Eb/No恶化。对抗频率选择性衰落就是要消除非理想Hc(f)的影响。*80对抗原理（续）对抗频率选择性衰落的主要方法： －分集技术； －瑞克技术； －均衡技术； －纠错技术。*81分集技术：原理原理：利用无线传播环境中来自不同途径的多径信号的统计独立性进行合并，从而实现分集。首先要找出来自不同途径的多径信号，这些途径可以是不同的空间、不同的极化、不同的频率、不同的时间。其次要以某种方法进行合并。应该指出：分集技术不仅能改善频率选择性衰落，同时也能改善非频率选择性衰落。*82分集方式采用什么途径接收分集信号？空间分集：不同天线的接收信号相互独立；极化分集：水平极化和垂直极化的信号相互独立；频率分集：不同频率的接收信号相互独立；时间分集：不同时间的接收信号相互独立。*83合并方式从分集信号中以什么方式作为输出？选择式合并：选择最好的支路作为输出，其它支路丢弃。最大增益合并：调整各个支路主径的相位，使之同相，然后进行等增益相加。最小色散合并：调整各个支路次径的相位及幅度，使之反相抵销。最大比合并：调整各个支路的相位，使之同相，然后按照各个支路的信噪比数值进行加权相加。*84分集举例空间分集及其合并S1(t)S2(t)相加相位幅度控制检测分集后的接收信号S1(t)S2(t)最大增益合并最小色散合并*85RAKE技术：一种时间分集：瑞克接收对时间上扩散的信号进行分集，尽可能多的获取信号能量。对多径信号进行分离，根据信道估计的结果来进行多径信号合并。对于CDMA系统，当多径延时大于一个码片时，多径信号可以看成是不相关的。*86瑞克接收的基本原理-多径传输环境时变：频率、相位、时间的变化*87瑞克接收机原理相关1相关2相关M

接收机框图

＋积分判决a1a2aMCDMA多径信号判决输出*88瑞克接收机工作过程假设接收信号中可以分离出M个不同延时的多径分量，每个分量用不同的相关器进行相关运算。相关器1和支路1同步，相关器2和支路2同步，等等，这样不同相关器就可以检测出各个支路的CDMA信号能量。对各个相关器的输出进行加权，然后相加，就得到发送信号的最大可能的能量输出，对此输出进行判决再生，就可以恢复出数字信息。加权系数可以根据不同的准则，如：最大功率准则、最大信噪比准则，等。*89另一种时间分集：交织技术原理：在无线通信中由于发生深衰落或遇到突发干扰，误码的分布就不是平稳、纯随机的，而是存在随机误码和突发误码。采用交织可以减少突发误码的影响。交织不增加额外开销。交织可以保护信源编码中的特殊比特。交织与纠错编码同时使用，进一步提高传输质量。交织器二种类型：分组交织、卷积交织。交织器会引入时延（对语音不能超过40ms）。*90均衡技术自适应均衡器：减少码间干扰。工作模式：训练模式和跟踪模式。均衡器分类频域均衡器，时域均衡器；线性均衡器，非线性均衡器。均衡器实现方法中频均衡器；基带均衡器。*91均衡原理均衡器频域表达：信道时域响应f(t)，均衡器时域响应heq(t)，希望均衡后的信道响应为：g(t)=f*(t)

heq(t)=

(t)

就有：Heq(f)F*(-f)=1Heq(f)为均衡器频域响应，F(f)为信道频域响应。均衡器是传输信道的逆滤波器；由于传输信道的时变性，均衡器必需是参数可变的自适应均衡器；均衡器的效果是补偿信道的频率选择性，使衰落趋于平坦、相位趋于线性。均衡器不能抵销平衰落。*92频域均衡器频域均衡器一般在中频上实现。举例：中频幅度倾斜均衡器幅度倾斜校正网络f1f2检波检波差分放大器中频输入中频输出*93时域均衡器（1）：线性均衡器横向滤波器；适用于衰落深度不是很大的情况。均衡器对深衰落的频谱及邻近频谱产生很大增益，从而增加噪声。结构简单。格型均衡器；数值稳定性好；收敛速度快。*94时域均衡器（2）：非线性均衡器适用于深度衰落很大的情况。但算法相对复杂，且稳定性差和收敛时间长。判决反馈均衡器（DFE）；最大似然符号检测（ML）；最大似然序列检测（MLSE）。*95均衡器算法性能算法性能参数：收敛速度：算法进入稳定的迭代次数，即收敛时间；失调：滤波器均方差与最优的最小均方差的差距；计算复杂度：完成迭代的运算次数；数值特性：算法用数字逻辑实现时，由于计算引起的误差，影响算法稳定性。*96均衡器算法分类迫零算法；最小均方算法；递归最小二乘算法；其它算法。*97迫零算法调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出响应完全消除码间串扰，即除中心点外，其它抽样点的数值全部为0。特点：简单，均衡效果较好。缺点：没有考虑噪声的影响，在深衰落的频率点处，会出现很大的噪声增益。因此，不太适用于在无线信道。*98最小均方算法调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出的期望值和实际值之间的均方误差最小。特点：是一种最简单的均衡算法。算法的稳定性好。缺点：收敛速度不高，均衡能力有限。在无线中适用于较慢的、不太深的衰落。*99递归最小二乘算法调整抽头系数，使信道和均衡器综合输出的累计平方误差最小。特点：收敛速度快，跟踪性能好。缺点：算法较复杂，还要较好的考虑稳定性问题。在无线中适用于快衰落信道。*100联合编码技术什么叫联合编码？经典的无线通信系统是将信源编码和信道编码分别进行的。信源编码主要考虑信源的统计特性，信道编码主要考虑信道的统计特性。优点是设计简单、通用性好，可以分别形成标准。缺点是没有充分利用各自的优势，因而不是最佳的。

*101联合编码说明无线系统的信源编码由于压缩比很高，对差错十分敏感；而信道编码面临十分恶劣的传播环境，但提供的带宽冗余度很小。在这种背景下，需要将信源编码和信道编码综合考虑。这就是联合编码的基本思路。在无线多媒体通信中，联合编码是抗衰落的一种十分有效的措施。

*102信源信道联合编码的系统模型*103信源信道译码联合优化利用信源编码后的残留冗余度进行联合优化利用信道译码的软输出进行联合优化*104联合编码总结无线视频传输中存在的主要问题错误在空间上的传播 错误在时间上的传播同步信息和头信息的丢失 可能的解决方法减小错误空间传播减小错误的时间传播增强不等长译码的鲁棒性不均等差错保护的方法差错隐藏方法

*105无线通信的抗干扰技术抗干扰技术概述原理关键技术应用前沿几点结论*107为什么要研究通信抗干扰？提高全民的国防意识；了解通信高技术的一个主要领域；民用与军用的互相转换、互相借鉴、互相支撑；为进入军事通信领域提供一些入门知识。*108信息战的内容及特点信息战的内容电子对抗。如：电磁波的侦测与隐蔽、通信干扰与抗干扰、雷达干扰与抗干扰等。网络对抗。如：计算机病毒、软件攻击等。消息对抗。如：加密与解密、消息的收集与欺骗等。特点高度的对抗性极端的机密性应用的综合性对实战环境的依赖性采用新技术的超前性*109通信对抗的分类通信侦察：使用通信侦察设备来探测、搜索、截获敌方的无线通信信号，对信号进行测量、分析、识别、监视以及测向和定位，以获取信号频率、电平、调制方式等技术参数以及电台位置、通信方式、通信特点、网络结构和属性等情报。通信干扰：使用通信干扰设备发射专门的干扰信号，破坏或扰乱敌方的无线通信，是通信对抗的进攻手段。通信抗干扰：在军事通信设备及系统中采用的通信反侦察、反干扰措施，是通信对抗的防御手段。本次讲座重点讨论有关通信抗干扰问题。*110军事通信的干扰环境干扰种类设备内部的干扰，如：收发干扰、邻道干扰等。现场非敌意干扰。如：多径干扰、多用户干扰、环境噪声干扰、其它电台的干扰等。现场的敌意干扰。指敌方为电子战需要而施放的干扰。 通信抗干扰主要指对抗敌方的有意干扰。敌意干扰的式样阻塞干扰、压制干扰跟踪干扰、瞄准干扰窄带干扰、单频干扰宽带干扰、梳状干扰、脉冲干扰升空干扰智能化干扰*111通信抗干扰性能抗干扰性能之一：信号隐蔽性无线信号的隐蔽性 单位面积天线，在单位带宽中所能截获的信号功率信号方式的隐蔽性 双工方式、调制方式、多路方式、编码方式、同步方式信号参数的隐蔽性 特别是与抗干扰有关的参数，如：扩频序列、跳频序列、同步参数、信令参数等。抗干扰性能之二：信号鲁棒性用干扰容限定义

PJ/PS(条件：设备性能、工作环境、干扰性质）三个层次的条件，即：

a、设备性能。如：比特差错率、语音质量、同步及信令性能、网络性能等，可以定一个门限，在此门限以下用户不能接受。

b、工作环境。如：单台设备还是多台设备、有无天线抗干扰措施、干扰源是否升空等。

c、干扰性质。如：干扰性质、干扰强度、干扰时间等。*112——原理无线通信的抗干扰技术通信抗干扰分类

频率域: 采用频率域处理，如；直扩、跳频、跳扩。时间域: 采用时间域处理，如：瞬时、跳时等。空间域: 采用空间域处理，如：自适应天线等。其它数字处理: 如：干扰抵销、纠错编码等*114原理框图

频率域之一：直接序列扩频频谱图扩频调制信息比特发送扩频序列载波解扩扩频序列同步载波同步信息比特接收fbfcf0f0fcfb2fc窄带干扰信号干扰扩频调制接收解扩G＝fc/fb扩频增益解调*115

原理框图

频率域之二：跳频频谱图调制变频信息比特发送中频载波跳频频综解跳解调载波同步信息比特接收fbfif01f02...f0Nf0fifb窄带干扰信号干扰跳频调制接收解跳G＝N跳频增益跳频图案f01f02...f0N跳频频综跳频图案同步fi*116

原理框图

频率域之三：跳扩频跳扩频增益G＝N×fc/fb调制变频信息比特发送中频载波跳频频综解跳解扩载波同步信息比特接收fbfif01f02...f0N跳频图案f01f02...f0N跳频频综跳频图案同步fi扩频扩频序列解调fc扩频序列同步*117时间域瞬时通信这是潜艇通信常用的方法。先进行信息压缩，然后以很短的时间发送出去。特点：（1）隐蔽性好；（2）抗干扰能力强；（3）信息速率低；（4）延时大，非实时业务。跳时通信基本是一个TDM或TDMA系统；时隙不用满，按某种跳时图案在各个时隙上进行跳时；有一定的隐蔽性和抗干扰性；目前使用不多。*118空间域

定向天线天线波束越窄，电波隐蔽性好，抗干扰性也强。从抗干扰角度，全向天线不如定向天线。采用毫米波频段，天线方向性很好，有利于通信抗干扰。自适应调零天线利用相控阵天线原理，在干扰源方向形成波束的零点；利用数字信号处理技术对干扰信号进行识别和检测；利用自适应技术自动调整天线波束的零点指向，使干扰信号最小；不足：在零点方向形成盲区，影响这个区域内用户的正常通信。*119直扩系统的干扰容限模型公式推导

Eb=Ps*Tb N0=FkT+Pj/W+(N-1)Ps/W得到：

N+Pj/Ps=1+W/fb*N0/Eb-FkTW/Ps接收机PiPjFEb/N0条件：信息比特率fb，周期Tb

扩频用户数N

各用户的功率相等

Pi(i=1,2,…N)=Ps

扩频带宽W

干扰功率Pj，带宽W

接收机噪声系数F*120直扩系统的干扰容限（续）单用户，考虑热噪声结论：无论是多用户干扰还是热噪声干扰都会“吃掉”一些干扰容限，只有在单用户及忽略热噪声的情况下，才可能达到干扰容限的最大值。对下列公式进行讨论：讨论单用户，忽略热噪声多用户，忽略热噪声

*121

抗干扰体制的比较阻塞干扰 可以是窄带、部分带、梳状干扰等。一般跳频优于一般直扩 这是因为直扩增益一般都小于滤波器的防护度。跳频最好再加上纠错编码措施 某些跳频点碰上干扰，可以通过纠错消除误码。跳频最好再加上自适应调零天线，增加对抗特强干扰的能力跟踪干扰 过程：对信号进行侦测、分析，引导干扰机跟上信号。快跳频是对付跟踪干扰的最好方法。

临界跳速＝150KHz/d(km)如果跳速做不快，可以采用跳扩结合的方法。因为扩频增加了信号的隐蔽性，不容易被跟踪。从抗干扰的角度，很少采用直扩。*122

对直扩/跳频抗阻塞干扰的说明PJPSPJPJPSPSPJ’PJ’=PJ/GPJPSPJPSPJPSPJ’PJ’=PJ/L滤波器*123

对跟踪干扰和临界跳速的说明电台1电台2侦察、分析、引导时间接收时间发送时间干扰机T总=T接收+T发送+T侦察、分析、引导*124对跟踪干扰和临界跳速的说明（续）fifjT总

T跳频T总

T跳频干扰干扰有效干扰时间T跳频*125——关键技术无线通信的抗干扰技术

天线及射频射频技术宽频带射频收发技术大功率线性功放大动态范围接收机前端低损耗跳频滤波器快速捷变频综天线技术宽频带或多频段天线技术窄波束天线自适应调零天线智能天线天线阵技术*127

扩频的某些技术要点有效性问题 扩频是以频带换取抗干扰能力，因而降低了传输的有效性。

解决方法：采用多进制直扩技术。基本原理是利用直扩码的正交性，形成并行传输的通道，从而降低所需的带宽。可靠性问题 扩频抗干扰的基本机理是降低干扰的功率密度或碰撞概率，但不能完全消除误码。

解决方法：采用纠错，并把信道编码和扩频处理结合起来。跳频同步 为了实现跳频电台的正常通信，必须要求网内电台有相同的跳频图案，准确的时钟信息。这就需要跳频同步。

方法：军用电台目前流行的是同步字头法，即通过移动台对中心台发出的时变跳频图案进行搜索，实现移动台对中心台的跳频同步。

要求：同步信息的隐蔽性、传输的可靠性、同步建立的快速性。即具有抗干扰能力强、同步时间短、传输可靠等优点。*128

快速跳频这是针对中、低速跳频通信系统易受跟踪式干扰而采用的一项最新技术，目前国际上还停留在理论研究阶段，尚未实用。其主要原理是：移动通信系统以高于信息速率的跳速在很宽的频带上进行频率跳变，即每个信息比特跳几跳以上，相当于跳速高达100KHz～1MHz，比目前的跳速提高100～1000倍。与中、低速跳频方式相比，这种体制的显著特点是：能有效地对抗敌方的跟踪式干扰和转发式干扰；能消除宽带移动通信中多径效应造成的不利因素；大大改善数据传输时的误码性能，从而提高可通率。以上这些优点特别适用于新一代的军用无线通信。*129

TurboCode提出：Turbocode码又称并行级联码，是1993年法国学者提出的一种性能接近极限的信道编码结构及相应的译码算法。特点：仙农的信息论给出了信道传输能力的上限，即信道容量，然而这个极限始终未能达到。传统的信道编码都有不同程度的纠错能力，但离信道的容量极限还相距甚远，使得信道资源一直得不到充分的利用。Turbocode则突破了传统的编码结构与思路，它采用了并行级联码的结构和利用软输出译码算法的迭代译码方法，在理论上可提供接近极限的能力。应用：由于Turbocode的这种优异性能，其应用价值十分广阔，尤其是军用移动通信领域，在实战场合的电磁环境和电子对抗情况下，射频强干扰无处不在，在这样恶劣的环境中进行可靠的通信对编码提出了更高的要求，传统编码是很难达到的，而Turbocode则可充分利用这种信道所能提供的通信能力。*130

软件无线电提出：1992年在美国首先提出这个概念，并在美军的多频段多模式电台（Speakeasy)中得到应用，美国麻省理工学院的一些计算机科学家开始进行软件无线电体系结构的研究，近年美国还组成软件无线电Forum，加快实用化的步伐。特点：什么是软件无线电？软件无线电是将模块化、标准化的硬件单元以总线或网络的方式连接构成基本平台，并通过软件加载实现各种无线通信功能的一种开放式体系结构。软件无线电体现三个开放性：对研制的开放性，对生产的开放性，对使用的开放性。是无线通信的第三次革命。应用：a、可实现各种电台互联互通的无线网关

b、可接入各种军用移动通信网的多功能车载电台

c、可实现空中转信的多功能空中平台

d、可进行智能化通信侦察与抗干扰的电子对抗系统*131

智能化对抗智能化电子对抗是新一代军用通信系统发展的必然趋势。通信抗干扰的智能化：（1）对战场电磁环境的智能化侦测和分析；（2）智能化天线技术，把空间信号处理引入电子对抗；（3）智能化跳扩频技术，根据战场情况实现电子对抗体制及参数的最优化；（4）网络的智能化抗干扰技术，根据战场情况实现网络结构、信令及控制的最优化。

*132——应用前沿无线通信的抗干扰技术

抗跟踪干扰现有的对抗跟踪干扰或单频干扰手段，主要靠慢跳频或中速跳频。跳频对躲避固定干扰有很好的作用，然而，目前的信号检测手段也日新月异，检测能力日益加强，目前任一种DSP芯片的FFT速度能够很容易地达到1ms以下，即现有的跳频系统很容量受到跟踪干扰的攻击。解决这个问题的根本办法就是采用快速跳频。也就是说要将跳频速率提高到每个频点的停留时间不超过从通信发射机到干扰机再到通信接收机的传播延迟，从而使最理想的跟踪干扰或转发干扰到达接收机的时间超过有效的通信时隙而失去干扰作用。例如，当干扰机在10km以外时，只要跳频速率达到15KHz即可彻底解决跟踪干扰和转发干扰问题。*134

抗阻塞干扰传统的通信系统，特别是宽带系统（跳频和扩频）对干扰的抑制主要靠中频滤波，然而由于前端高频放大器和混频器都是非线性器件，在有强干扰时会产生不可恢复的交调干扰和噪声恶化，即产生射频前端的阻塞。解决办法：（1）尽量提高前端器件的线性动态范围，（2）将增益尽量分配在中放，（3）更重要的和更直接的方法是在天线和高放间引入可快速编程的高Q无源跳频滤波器，从而大幅度降低进入有源器件的干扰电平，提高抗阻塞能力。*135研究背景超短波扩频电台在城市的电磁环境下由于受到民用无线电设备的干扰产生阻塞，无法正常工作；清华大学研制的II型无线双工、广州7所研制的TCL-178在野外试验中都遇到此问题；希望了解：防止阻塞干扰对接收机线性的要求，和采用跳频前置滤波器解决阻塞干扰的方法。仿真成果：扩频电台的阻塞干扰*136*137*138*139扩频电台的阻塞干扰（续）仿真结果讨论（1） 超短波全频段（如：60－110MHz）跳频电台在城市环境（如：北京市）使用时，民用无线电设备产生的阻塞干扰将使接收机灵敏度下降30dB以上，这时的通信距离只能达到1－2Km，和野外试验结果完全一致。仿真结果讨论（2） 解决全频段跳频阻塞干扰的一种有效手段是采用跳频前置滤波器，仿真结果表明：当跳频滤波器带宽为2MHz时，除个别干扰点外，其它最坏情况的阻塞干扰将不会影响接收机灵敏度。*140

抗部分带干扰现有的无线通信系统（特别是模拟系统）即使采用跳频技术，在部分带干扰环境下，一般只要干扰比例达到总带宽的1/3，就无法正常通信了。在这样的恶劣环境下，要想仍能正常通信，唯一的办法就是采用有强大纠错能力编码，即Turbocode编码。曾对Turbocode在快跳频环境下的性能进行过仿真，发现1/2速率Turbocode可在1/3频点被干扰的情况下仍能以低于10-3的误帧率进行通信。而1/3速率Turbocode的抗部分带干扰比例则可达到1/2。*141Turbo-Code用于抗部分带干扰仿真目的验证Turbo-Code在抗部分带干扰中的作用研究码长及跳速对抗干扰性能的影响*142

Turbo-Code用于抗部分带干扰（续）1/3部分带干扰，码长2400，每跳40bit*143Turbo-Code用于抗部分带干扰（续）1/3部分带干扰，码长2400，每跳120bit，迭代4次1/3部分带干扰，码长480，每跳40bit，迭代4次*144

Turbo-Code用于抗部分带干扰（续）1/3部分带干扰，码长480，每跳12bit，迭代4次1/3部分带干扰，码长96，每跳1bit，迭代4次*145Turbo-Code用于抗部分带干扰（续）结论运用Turbo-Code，在一定的参数下可以频带展宽一倍为代价，获得对抗1/3部分带干扰的能力码长越长，性能越好每跳比特数越少，性能越好对快跳频系统更为合适*146

通信抗干扰是信息战的一个重要环节，必须放在大系统中进行研究和讨论。通信抗干扰是一项综合性很强的技术，必须多学科协同才能取得重大进展，并且要有足够的技术储备。通信抗干扰涉及到国家的稳定和安全，必须依靠我国