射频通信中的抗干扰技术研究

摘要：射频通信广泛应用于军事、航天、移动通信及物联网等领域，但复杂电磁环境中的干扰问题严重影响通信系统的稳定性和可靠性。常见干扰包括电磁噪声、共信道干扰、邻信道干扰及蓄意干扰。针对不同干扰源，频域、时域、空域、信号处理及编码调制等抗干扰技术被广泛研究与应用，以优化信号传输质量并提升系统稳健性。典型应用涵盖军用通信、5G/6G网络及物联网，其中人工智能、自适应频谱管理和智能超表面技术推动了抗干扰能力的进一步提升。本文旨在探讨射频通信中的主要干扰类型及其影响，并分析多种抗干扰技术的原理、应用及发展趋势，以提高无线通信系统的抗干扰性能。

关键词：射频通信；抗干扰技术；应用

引言

射频通信是现代无线通信系统的核心技术，在高频信号传输过程中易受外界干扰，影响数据传输的稳定性。干扰来源复杂，包括环境因素、电磁噪声及人为信号干扰，导致信号衰落、误码率上升及通信链路不稳定。为了确保射频通信的可靠性，需采用高效的抗干扰技术，涵盖频域、时域、空域及信号处理等多个方面。近年来，认知无线电、大规模MIMO和智能超表面等技术的应用，为提高通信系统的抗干扰能力提供了有效解决方案。研究不同抗干扰策略及其优化方法，对于提升无线通信的整体性能具有重要意义。

1.射频通信中的干扰类型与影响

1.1 自然干扰

自然干扰主要来源于环境因素，对射频通信系统的稳定性和可靠性产生显著影响。大气噪声是最常见的自然干扰之一，由雷电放电、太阳黑子活动以及地球电离层扰动等因素引起。雷暴天气会在短时间内产生高强度的宽带电磁辐射，导致信号衰减和误码率上升。太阳黑子爆发产生的高能粒子能够增强地球磁层扰动，影响短波通信的传播特性，导致通信链路严重衰减。宇宙射线干扰主要影响卫星通信和深空探测任务，高能粒子会引发电子设备单粒子效应，导致存储器位翻转或芯片故障，进而影响数据完整性。多路径效应是射频信号在传播过程中遇到障碍物反射、绕射或散射而形成的信号延迟和衰落现象[1]。

1.2 人为干扰

人为干扰是射频通信系统中最复杂且影响最广泛的干扰类型，通常由电子设备、通信网络以及蓄意干扰源产生。电磁干扰（EMI）是由电子设备在工作过程中产生的无意电磁辐射引起，常见于工业控制系统、电力设备、无线电发射装置等环境中。这种干扰可能以窄带或宽带形式存在，影响无线通信的信号质量。共信道干扰是频谱复用系统中，由多个信号共用相同频段导致的干扰，主要影响蜂窝网络、Wi-Fi以及卫星通信。CCI会降低系统的信噪比，导致数据传输速率下降，甚至引发通信阻塞。邻信道干扰源于相邻频段信号的带外发射或滤波不完善，导致频谱泄露，影响邻近信道的通信质量。在宽带无线通信系统中，ACI可能引发严重的交调失真，影响误码率。蓄意干扰是军事电子战中常见的攻击方式，干扰源通过高功率信号覆盖目标通信频段，使合法信号难以分辨。

1.3 干扰对射频通信系统的影响

干扰对射频通信系统的影响主要体现在信号衰减、误码率上升、系统容量降低等方面，严重时甚至会导致通信链路完全失效。信号衰减与失真是干扰引发的直接后果，射频信号在传播过程中受到电磁噪声和干扰信号的影响，导致幅度降低或相位偏移，从而影响调制信号的解调精度。对于QAM、PSK等相干调制方式，干扰可能导致星座图畸变，降低解调性能。误码率（BER）上升是射频通信系统在干扰环境下面临的主要性能劣化问题。BER的增加会导致数据包丢失、通信协议重传机制频繁触发，进而降低通信系统的吞吐率。在无线网络和卫星通信中，误码率的上升还会影响信道编码的纠错能力，使得系统误码校正能力受限。系统容量降低是频谱资源受干扰占用导致的结果，尤其在蜂窝通信系统中，CCI和ACI的存在会引发小区间干扰协调（ICIC）问题，降低网络整体频谱利用率[2]。

2.射频通信中的抗干扰技术分类

2.1 频域抗干扰技术

频域抗干扰技术通过调整信号的频谱分布或优化频谱利用方式，以降低干扰对射频通信系统的影响。跳频技术是一种有效的抗干扰手段，其基本原理是按照预设伪随机序列在多个载波频率之间快速切换，使干扰信号难以跟踪或阻塞合法通信信号。在军事通信中，现代跳频系统的跳速可达数千次每秒（kHz级别），如美国的SINCGARS系统跳频速率高达1000跳/s，有效提高抗干扰能力。自适应频谱管理是另一种关键频域抗干扰技术，在认知无线电系统中，通过能量检测、匹配滤波等算法动态感知无线频谱的占用情况，并实时调整工作频率，从而规避干扰信号。研究表明，采用认知无线电技术的无线网络，其频谱利用率可提高30%～50%。此外，带通滤波可用于抑制邻信道干扰（ACI），通过优化滤波器的带宽和边带衰减特性，如使用具有60 dB/decade滚降特性的椭圆滤波器，可有效抑制带外信号泄露，保障通信链路的可靠性。

2.2 时域抗干扰技术

时域抗干扰技术主要依靠调整信号的时间特性，以降低外部干扰的影响，提高通信系统的稳健性。直接序列扩频是一种广泛应用的时域抗干扰方法，其核心思想是通过伪随机序列对原始信号进行扩频，使信号的带宽远大于信息带宽，从而降低单一窄带干扰的影响。在IEEE 802.11b无线局域网（WLAN）中，DSSS技术采用11位巴克码进行扩频，使得系统具备10 dB以上的抗窄带干扰增益。时分多址是一种常用于蜂窝网络和卫星通信的抗干扰策略，其基本原理是将用户信号在不同的时间片内传输，避免信号在同一时刻发生冲突。在GSM系统中，TDMA技术将200 kHz信道划分为8个时隙，使系统能够同时支持多个用户接入，提高抗干扰性能[3]。

2.3 空域抗干扰技术

空域抗干扰技术利用空间分集和智能天线技术增强信号的抗干扰能力，提高通信系统的稳健性。多输入多输出技术通过在发射端和接收端部署多个天线，实现空间复用和分集增益，提高信号传输的可靠性。研究表明，在瑞利衰落信道下，采用4×4 MIMO系统的信道容量相比单天线系统可提升约400%。波束成形技术基于相控阵原理，通过调节各天线单元的相位和幅度，在空间上形成定向波束，使主波束指向目标接收机，同时抑制干扰方向的信号。在5G通信中，毫米波大规模MIMO系统可通过波束赋形技术，将干扰信号的功率降低30 dB以上。天线分集利用多个空间分布的天线接收相同信号，以降低深度衰落对通信质量的影响。

2.4 信号处理抗干扰技术

信号处理抗干扰技术利用算法优化和自适应滤波技术抑制干扰信号，提高接收端的解调性能。自适应滤波（Adaptive Filtering）技术基于干扰信号的特征实时调整滤波器参数，常见的最小均方误差算法在信号接收端可降低窄带干扰功率达20 dB。独立分量分析是一种盲信号分离方法，通过统计特性区分有用信号和干扰信号，在认知无线电系统中可将干扰抑制比提升至40 dB以上。基于人工智能的信号抗干扰方法结合深度学习和神经网络模型，利用大规模训练数据集优化抗干扰策略。例如，卷积神经网络（CNN）在无线信道估计中的应用可提高信道预测精度30%，有效增强系统的干扰抑制能力。

2.5 编码与调制抗干扰技术

编码与调制抗干扰技术通过优化信号的调制方式和增加纠错能力，提高通信系统在干扰环境下的稳定性。前向纠错编码技术通过在发送端增加冗余信息，提高接收端的纠错能力，常见的低密度奇偶校验码在5G NR标准中的应用可将误码率（BER）降低至10-6以下。Turbo码是一种广泛应用于卫星通信和深空探测的编码方式，在1 dB信噪比（SNR）环境下仍能保持稳定的数据传输，其译码增益相比传统卷积码提升约2～3 dB。正交频分复用是一种抗干扰性能优越的调制方式，通过将数据分割成多个窄带子载波传输，减少多径效应对信号质量的影响。在Wi-Fi 6标准中，采用OFDM技术可提升频谱效率达25%。和正交幅度调制可通过星座映射优化抗干扰能力，如16-QAM相比QPSK在相同带宽下可提高传输速率2倍，同时保持较低误码率，使无线通信系统在复杂干扰环境下仍能维持高质量的数据传输[4]。

3.典型抗干扰技术应用案例分析

3.1 军用射频通信中的抗干扰技术

军用射频通信系统在复杂电磁环境中运行，需具备高度可靠的抗干扰能力，以确保战术信息传输的安全性与稳定性。跳频扩频技术在军事通信中得到广泛应用，其核心原理是按照预设的伪随机序列，在多个频点间高速切换，避免敌方干扰设备锁定通信频率。例如，美军SINCGARS跳频速率高达1000跳/s，使干扰信号难以跟踪，提高通信链路的鲁棒性。自适应波束成形是另一种关键技术，利用相控阵天线调整发射信号的空间方向，提高对目标接收机的增益，同时削弱干扰信号。在AN/ALQ-99电子战系统中，该技术可实现40 dB以上的干扰抑制比。

3.2 5G/6G无线通信中的抗干扰策略

5G与未来的6G无线通信系统需要在高密度网络环境下运行，面临严重的共信道干扰（CCI）、邻信道干扰（ACI）以及环境噪声问题，因此必须采用先进的抗干扰策略以提高通信质量。大规模MIMO（Massive MIMO）技术通过大规模天线阵列提高信道容量，并利用空分多址（SDMA）技术减少干扰。实验数据显示，5G基站采用64×64 MIMO天线阵列后，系统吞吐量可提升4～6倍，同时信号干扰比（SIR）提高15 dB以上。毫米波通信在5G NR标准中被广泛应用，其工作频段在24～100 GHz范围内，由于波长较短，干扰信号衰减较快，但易受多路径衰落影响。波束赋形技术在毫米波系统中的应用，可使接收信号增益提升20 dB，有效减少外部干扰。6G通信引入智能超表面技术，通过调整反射单元的相位，动态优化信号传播路径，在复杂无线环境中可提高信噪比（SNR）达10 dB[5]。

4.结语

总而言之，射频通信在复杂电磁环境中面临多种干扰，包括自然干扰和人为干扰。针对不同类型的干扰，频域、时域、空域、信号处理及编码与调制等抗干扰技术被广泛应用，以提升通信系统的稳健性和可靠性。在军用通信、5G/6G网络及物联网领域，抗干扰技术的发展推动了射频通信的性能优化和应用拓展。未来，随着人工智能、自适应频谱管理和智能超表面技术的深入应用，射频通信的抗干扰能力将进一步增强，以满足更高效、更稳定的无线通信需求。

参考文献

[1]谭凯，梁光清.抗干扰技术在矿用烟雾传感器设计中的应用[J].山东煤炭科技，2024，42（09）：98-102.

[2]江凯.空天基合成孔径雷达多域抗干扰技术综述[J].雷达科学与技术，2024，22（04）：355-368.

[3]高速量子光载射频通信研究取得进展[J].电子质量，2024，（04）：100.

[4]杨聪聪.电磁兼容技术在PCB抗干扰设计中的应用[J].集成电路应用，2024，41（02）：250-251.

[5]梁能.基于新型多进制正交幅度调制通信的可计算射频识别系统设计[J].微型电脑应用，2023，39（09）：171-174.