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无线通信抗干扰技术探析

1引言

近年来,随着无线通信技术的不断发展,无线通信已经在诸多领域都得到了广泛的应用,给人们的生产生活带来了巨大的便利。电磁波作为无线通信的主要传播载体,其传输速度快,信号容量大,但其在传播过程中容易受到周围复杂电磁环境的影响,进而对无线通信产生干扰,严重影响无线通信的效率与质量。随着人们生活的电磁环境日趋复杂,开展无线通信中的抗干扰技术研究十分必要,本文就主要针对无线通信中的常见干扰因素及抗干扰技术进行了简要的分析与阐述。

2无线通信中的常见干扰因素

在无线通信技术的应用场景中,电磁波的传播路径通常较为复杂(如图1所示),在多样化的地理环境及城市建筑环境中,信号在视距传播中的路径损耗、信道畸变等都会对无线通信的质量造成严重的影响。根据无线信号传播过程中干扰因素的不同,可以进一步分为同频干扰、邻频干扰及互调干扰三部分。2.1同频干扰。在无线信号的传输过程中,由于复杂电磁环境的影响,环境中很可能存在于载频频率相同的干扰信号,进而与实际信号混合,严重影响了信号的质量,导致接收端难以有效地解调有用信号。针对同频干扰,一般多降低发射端的发射功率及接收端的灵敏度,并根据电磁环境特点合理选择工作频率,躲避同频干扰的影响。2.2邻频干扰。一般来说,在复杂电磁环境中,严格意义上的同频干扰现象并不常见,尽管复杂电磁环境中必然存在同频干扰信号,但其强度往往不大,相比之下邻频干扰的影响更加显著。邻频干扰就是指复杂电磁环境中与载频信号频率接近的干扰信号对载频信号的干扰,混入有效信号的频带之后,邻频干扰信号对接收端有用信号的解调造成了严重的影响。邻频干扰在频分复用的蜂窝网络中较为常见。2.3互调干扰。与同频干扰、邻频干扰相比,无线通信中的互调干扰更为复杂,对无线通信的影响也更为多变。当复杂电磁环境中融合有多种频率的互调信号进入无线通信系统时,互调信号会与载频信号产生相互调制的影响,从而引起频率的变化,进而发展为干扰信号。针对互调信号的来源与产生阶段不同,互调干扰可以进一步分为发射机互调干扰、接收机互调干扰以及外部效应造成的互调干扰三大类。对于发射机互调干扰,通常采用增强发射机天线匹配强度,提高发射机动态范围等方法;对于接收机互调干扰,通常在接收机前端接入衰减器以削弱互调干扰的影响;对于外部效应造成的互调干扰,要在无线通信的载频及信道选择中注意对同频信号的保护,进而提高信号的质量。

3无线通信中的抗干扰技术研究

针对无线通信中不可避免的干扰影响,为了提高无线通信的质量与效率,需要采取抗干扰技术实现对干扰信号的抑制及有效信号的增强,具体来说可以分为扩频技术、跳频技术、跳时技术、多输入多输出技术、超宽带与超窄带技术等。3.1扩频技术。扩频技术即直接序列扩频技术,其在发射端用直接的高码序列扩展信号的频谱,在接收端采用相同的扩频码序列对信号进行解扩,从而实现扩频信号向原始信号的转换。通过有用信号的扩频处理,信号的功率谱密度得到大大降低,对削弱干扰信号的影响有着积极的作用。扩频技术的隐蔽性较好,截获概率较低,能够有效实现码分多址,因而实际中得到了广泛的应用。3.2跳频技术。跳频技术具有较强的自适应能力,能够通过对无线通信中有用信号的检测实现对干扰频点的自适应排除。跳频技术的自适应性主要体现在两个方面:(1)频率选择的自适应性,即在工作过程中不断对干扰信号进行检测,自适应地调整跳频的频点选择;(2)跳频功率选择的自适应性,即在工作过程中自适应调整有用信号跳频传输的功率,从而保证有用信息在传输过程中收到的干扰最小。3.3跳时技术。与跳频技术类似,跳时技术也是一种有用信号频谱扩展的有效方式,但不同的是跳时技术是在时间上实现的发射频率的跳变。跳时技术在应用首先对时间进行划分,进而对信号发射的时间进行控制,通过较窄的发射时间间隔能够有效实现有用信号的频谱扩展,显著提高了其抗干扰能力。与跳频技术相比,跳时技术仅仅通过时间的划分扩展有用信号的频谱,其抗干扰能力相对较弱,因此在实际应用时跳时技术通常不单独使用,而是通过与其他技术的配合进一步完善增强抗干扰效果。3.4多输入多输出技术。多输入多输出技术是当前应用较为广泛的无线通信抗干扰技术,其在发射端与接收端同时设置多个天线,并将有用信号分解为多个信号同时利用多个天线进行发射与接收,并在多个天线接收到分解信号后进行信号的叠加与恢复,从而有效恢复出有用信号。利用多输入多输出技术,有用信号分散在多个不同频率的载波信号上进行传播,当复杂电磁环境对某个频率范围内的信号产生干扰时,该频率范围内的信号可以通过其他频率范围内接收到的信号进行有效的恢复,从而大大削弱了干扰因素的影响。从理论上来看,在功率与带宽相同的情况下,天线数目的增加能够提高无线通信的信道容量及系统容量,对提高无线通信系统的抗干扰能力有着显著的作用。如图2所示。3.5超宽带与超窄带技术。超宽带与超窄带技术也是无线通信中的有效抗干扰技术。其中超宽带技术又称冲激无线电技术,在军事、雷达及自然灾害搜索等领域内得到了广泛的应用。超宽带技术的频域宽度较宽且时域宽度较窄,通过有用信号在宽频域中的有效分散削弱环境中干扰因素的影响,具备低耗能、低复杂度、高安全性能等一系列优势,因而在实际中得到了广泛的应用。与超宽带技术将有用信号分散在宽频域上的设计思想相反,超窄带技术将传输频带控制在极窄的范围内,使得有用信号相对集中,同样增强了无线通信的抗干扰能力。3.6智能天线技术。智能天线技术作为近年来新兴的无线通信抗干扰技术之一,得到了人们的普遍关注,其智能化的抗干扰方式对不同方向,不同类型的干扰信号都能够自适应地调整自身的工作方式,发挥出最佳的抗干扰性能。智能天线在工作过程中能够对信号传输过程进行跟踪,对干扰信号进行判断,并及时对单元振奋等进行调整,实现对干扰信号的最大化抑制,若干扰信号的频谱范围较宽,还可以通过形成与干扰信号方向对应的宽角凹凸实现对干扰信号的抑制。目前来看,智能天线技术主要包括波束智能天线及自适应阵智能天线两种类型,虽然其抗干扰能力较强,但由于成本原因,目前仍主要应用于军事、雷达等关键领域中。

4结束语

二十一世纪以来,随着信息技术的不断进步,通信技术也得到了突飞猛进的发展,尤其是无线通信技术在人们的生产生活中得到了越来越广泛的应用。随着人们生活的电磁环境越来越复杂,电磁干扰已经成为制约无线通信技术发展的重要瓶颈,本文主要针对无线通信中的电磁干扰问题进行了深入的研究,分析了无线通信中的常见干扰因素,并对当前无线通信的抗干扰技术进行了研究与阐述,相信随着相关技术的不断发展与完善,无线通信抗干扰技术必将在我们的生活以及我军发挥更大的作用。

作者:徐志军 单位:海参信息通信局

参考文献

[1]郭志强.浅析无线通信抗干扰技术的性能[J].数字通信世界,2016(07).

[2]王丁钊.浅谈无线通信的抗干扰技术[J].数字技术与应用,2017(03):22-22.

[3]詹义仁.无线通信抗干扰技术性能分析[J].城市建设理论研究:电子版,2015(16).

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