通信抗干扰技术课程教学要点辨析与讨论

徐池 赵鹏 贺寅

摘  要  针对通信抗干扰技术课程特点，按照先基础后拓展、先理论后实践的逻辑顺序，合理设置、选取课程的教学内容。重点梳理通信抗干扰基础概念之间的层次关系，对扩频基本涵义、跳频与直扩的区别、干扰容限与处理增益等教学要点进行重点辨析探讨。为解决课程基础概念抽象、推导过程复杂等问题，对实作内容进行由浅入深的设计，借助仿真平台提供形象直观的过程性分析手段，加深学生对理论知识的理解和掌握。

关键词  通信抗干扰；仿真；通信抗干扰技术

中图分类号：G642.3   文献标识码：B

文章编号：1671-489X（2023）10-0111-04

Analysis and Discussion on Teaching Points of Communication Anti-Interference Technology//XU Chi， ZHAO Peng， HE Yin

Abstract  According to the characteristics of the course Communication Anti-interference Technology， the teaching content is reasonably set and selected according to the logical order of foundation before expansion and theory before practice. This paper mainly combs the hierarchical relationship between the basic concepts of communication anti-interference， and focuses on the basic meaning of spread spec-trum， the difference between frequency hopping and direct spread spectrum， interference tolerance and processing gain. In order to solve the problems of abstract basic concepts and complex derivation pro-cess of the course， the practical content is de-signed from simple to deep， and the visual process analysis means are provided with the help of the simulation platform to deepen the students under-standing and mastery of theoretical knowledge.

Key words  communication anti-interference; simula-tion; communication anti-interference technology

Authors address  Dept. of Information System， Dalian Naval Academy， Dalian， Liaoning， China， 116018

0  引言

通信抗干扰技术课程是军队院校通信专业的一门重要专业课程，课程教学要求理论性和实践性并重，需要学员具备扎实的通信原理基础知识和指技融合的实践能力[1]。该课程可以为学生后续进行通信装备应用类课程的学习奠定基础。经过多轮班次的教学实践发现：学员在学习过程中对部分关键知识点容易产生认识和理解上的误区，影响对课程整体内容的理解和掌握。因此，有必要对课程教学内容的设置、关键知识要点进行强调、分析和讨论，为提高课程教学质量提供参考。

1  课程教学内容的设置和选取

遵循知识学习的一般规律，课程围绕“通信抗干扰是什么、有哪些通信抗干扰技术、通信抗干扰技术如何实现”三个方面设置、选取教学内容。内容体系总体上可分为四个模块：第一模块为“通信抗干扰基础”，主要阐明通信抗干扰的相关基本概念及相互关系，分析扩频通信抗干扰技术基础理论；第二模块为“典型扩频通信抗干扰技术”，主要分析直接序列、跳频、混合扩频等典型抗干扰通信技术的工作原理及系统组成；第三模块为“典型通信系统抗干扰技术应用”，重点分析各种扩频技术及非扩频技术在短波、超短波、卫星通信系统中的具体应用；第四模块为“通信抗干扰的现状及发展”，重点介绍通信抗干扰技术及装备的发展现状、趋势。教学内容能够紧跟先进通信技术和装备的发展，不断拓展前沿知识。

四个模块之间紧密联系，层层递进，内容设置由浅入深。模块一是模块二的基础，模块三是模块二的延伸，模块四是基础模块的拓展。结合课程应用性、实践性强的特点，可以将课程相关的实作内容融入模块二，重点围绕直接序列扩频、跳频扩频和典型混合扩频等通信系统进行建模仿真，使学员可以直接观察扩频信号频域、时域波形，进一步加深对常用通信抗干扰技术的理解和掌握程度。

2  課程关键知识要点讨论辨析

通信抗干扰技术课程教学以典型通信抗干扰技术手段为主线，从打牢和拓宽通信抗干扰技术专业理论知识着手，教学过程中需要重点关注、强调以下几个知识要点的讲解和掌握，避免产生教学和认识上的误区。

2.1  通信抗干扰基础概念内涵

课程教学过程中或组织实施之前，学员将接触通信抗干扰、通信干扰、通信防御等概念，相关概念在实际应用中存在不规范、内涵不清、容易混淆等问题。因此，需要首先分析概念的内涵关系，进一步明确课程内容在整个专业领域中的地位和作用。基础概念层次关系如图1所示。

电子战也称电子对抗，军事上为削弱、破坏敌方电子设备的使用效能和保护己方电子设备的有效使用而采取的各种战术、技术措施的总称[2]。通信电子战主要包括通信电子进攻、通信电子防御和通信电子支援三大功能要素。从通信电子战的体系组成及其内涵可见，通信电子进攻不等于通信对抗，通信对抗不单纯等于干扰与抗干扰，不仅仅是只有通信电子进攻需要电子支援。按照作战实施流程，对应通信电子进攻，通信电子防御主要包括反侦察、抗截获、抗干扰和抗摧毁等。通信抗干扰是通信电子防御措施中的一种类别。要实现通信抗干扰的目的，既要有技术手段，又要有战术手段。按照现行技术水平和体制，一般将通信抗干扰技术分为扩频通信和非扩频通信抗干扰技术两大类别。其中，扩频通信抗干扰技术主要有直接序列、跳频、跳时、线性脉冲和混合扩频；非扩频通信抗干扰技术主要有自适应、分集接收、猝发传输和天线零相等技术。

2.2  跳频扩频含义及原理

跳频是扩频技术的一种重要类型。学员在学习过程中普遍会产生疑问：跳频通信与直接序列扩频通信在原理上存在较大差异，直接序列扩频确实通过伪随机码的扩频调制实现了基带信号的频谱扩展，而跳频通信只是实现了载波的跳跃，为什么要将跳频通信抗干扰技术也归类到扩频通信技术？要解释这个疑问，需要从跳频通信与扩频通信的基本含义出发。在抗干扰机理上，直接序列扩频通过高码率的伪随机码直接与原始信息进行调制处理，实现了信号在频域上的展宽。跳频通信通过伪随机码以离散频率的形式实现频率的跳变。

从单个载波信号角度观察，信号频谱确实并未展宽，但跳频通信是在一定的频率集进行跳变的，跳变过程中所能覆盖的带宽远远大于原信息带宽[3]。从频率集合的整体角度观察，实现了频谱展宽，所以，跳频通信也称为跳频扩频通信，是扩频通信的一个重要分支。跳频和直扩的区别需要在教学过程中予以强调：跳频以躲避干扰的方式抗干扰，可以认为是一种主动式抗干扰方式；而直接序列扩频利用把干扰功率分散的方法来降低干扰功率，以此达到抗干扰的目的，可以认为是一种被动式的抗干扰方式。

2.3  干扰容限与处理增益

干扰容限、处理增益是衡量通信系统抗干扰能力的重要指标，两者相互关联又有区别。干扰容限是指通信系统能够维持点对点正常工作（满足正常解调要求的最小输出信噪比）的实际抗干扰能力，即系统尚能工作时，接收机允许输入的最大干信比。干扰容限反映通信系统在干扰环境中对干扰的耐受能力，其值与干扰方式、信号形式和接收方法有关。干扰容限用Mj表示，其计算公式为：

其中，Psi/Pji为接收机输入端的信干比；Pso/Pjo为接收机中信息解调器的输入端的信干比；Gp=（Pso/Pjo）-（Psi/Pji）为接收机中在解调器前对信号处理所获得的信干比处理增益。处理增益定义为接收机相关处理器的输出信干比与输入信干比的比值。Lsys为实现该处理增益过程中的信干比损耗。

从指标属性可以知道，干扰容限和处理增益都属效益型指标，越大越好。处理增益越大，干扰容限越大，系统对干扰的忍受能力越强，即抗干扰能力越强。那么，两者在具体衡量系统抗干扰能力的应用上有哪些区别呢？实际应用中，干扰容限更能够直接反映扩频系统接收机可能抵抗的极限干扰强度，即只有当干扰机的干扰功率超过干扰容限后，才能对扩频系统形成干扰。因而，干扰容限往往比处理增益能更确切地反映系统的抗干扰能力，在实际装备性能指标描述中也就更常用。

3  课程实作内容设计及要点分析

为解决课程内容概念和原理抽象的问题，课程依托MATLAB/Simulink软件仿真平台，设置由基础巩固到自主拓展的两个层次的实作内容，循序渐进地引导学员分析问题、解决问题，不断提升学员的学习兴趣。基础巩固模块主要有扩频调制仿真、直序序列扩频DS通信系统仿真、跳频FH通信系统仿真三个主要实作内容。通过验证性实作，学员能够学会利用仿真平台构建扩频调制模型、直接序列扩频仿真系统和跳频扩频仿真系统，了解主要模块功能及参数设置，通过仿真结果观察和比较信号扩频调制前后在时域和频域的区别。自主拓展模块主要是建立在对基础模型构建的前提下，让学员自主设计典型混合扩频仿真系统。以跳扩混合扩频FH/DS通信系统为例，FH/DS系统的发射机是直接序列扩频调制和跳频载波的直接叠加[4]。与单纯的直接序列调制相比，这种混合调制的载波是按跳频图案变化的，不像单纯DS调制那样固定不变；与单纯的跳频系统相比，这种混合调制每次跳变必须把直扩型功率谱依照跳频图案的规则搬移，且跳频频道的最小间隔必须等于直接序列的伪码速率，以保证相邻跳变频道之间的正交性。

DS/FH混合扩频仿真图如图2所示，需要用两个伪随机码，一个用于直扩，一个用于控制频率合成器。一般用于直扩的伪随机码的速率比用于跳频的伪随机码的速率高得多。在发送端先进行直接序列扩频，再对直扩信号进行跳频扩频；在接收端，进行相反的操作，即先进行跳频的解跳，再进行直扩的解扩，最终还原出发送端发送的信息。关键器件参数设置需要重点注意以下几点。

1）直扩部分：信源产生器产生基带信息码，伪随机码产生器产生直扩所需要的伪随机序列。通过设置relay模块使0、1波型转换为-1、1波型。

2）跳频部分：直扩信号首先要进行2FSK调制，要在调制器之前加relay模块进行信号极性转换。利用32FSK调制器和PN序列模块产生跳频载波，二者结合产生32个不同的频率作为跳频载波与信号相乘实现跳频。

3）解跳部分：接收的信号直接与之前发送端生成的跳频载波相乘，实现相关解跳。

4）解扩部分：经过2FSK解调的信号，同样需要加入relay模塊改变极性。信号转换极性后，直接与发送端的伪随机码相乘，完成解直扩。至此，完成混合扩频的解扩。此时，将原始信息码与解扩后连接到误码率计算器进行误码率计算。

通过建模仿真可以观察DS/FH混合扩频通信系统信号在时域和频域的输出，便于学员根据直观结果进行分析和研究。其中，基带信号和混合扩频信号的频谱如图3所示。根据图3可以直观发现，经过混合扩频处理后，信号的频谱得到了扩展。在信道加入噪声的影响下，通过时域波形和误码率计算器的输出可以得到通信系统抗干扰能力得到提升的结论。

4  结束语

通信抗干扰技术课程旨在培养军校通信专业学员灵活运用通信抗干扰技术基础知识的能力，具备思考、分析、解决问题的能力，能够做到理论知识联系实际应用，为实现技术与指挥的融合打下基础。通过课程实践总结，课程教学以夯实基础、循序渐进、深入剖析为原则，合理设置教学内容，丰富实作手段，对教学过程中易产生误区的知识点进行重点辨析研究，采用由简单到复杂，由特殊到一般的步骤开展教学，为理论知识、工程应用与军事实践的充分结合提供借鉴。

5  参考文献

[1] 王世练，库锡树，凌云翔.“抗干扰通信”一流课程建设的实践与思考[J].大学教育，2014（12）：85-86.

[2] 姚富强.通信抗干扰工程与实践[M].2版.北京：电子工业出版社，2012：1-10.

[3] 暴宇，李新民.扩频通信技术及应用[M].2版.西安：西安电子科技大学出版社，2011：152-160.

[4] 徐明远，邵玉斌.MATLAB仿真在现代通信中的应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2011：143-150.