无线信号的干扰技术和抗干扰措施的区别_无线信号的干扰技术和抗干扰措施

无线信号很容易受到自然周期和随机现象的影响，如背景噪声、EMI、RFI、CME和EMP。有些无线技术，比如AM，很容易受到长距离雷击等脉冲噪声的影响。FM等其他技术可能对荧光灯的一些带内噪声敏感。作为设计师，我们试图预测我们的设计将面临的情况和环境，并提供修复、变通或其他类型的解决方案来解决这些问题。

然而，无线链路特别容易受到另一种情况的影响，即故意干扰。在这里，一些人通过针对特定链接或链接系列特别有效的攻击，故意阻断链接的通信能力。你可以为了实际目的、利益等动机，或者为了战时的军事利益，去尝试干涉。

拥有小盒子或工具箱的儿童可以制造和使用干扰器来骚扰父母、学校，并制造类似形式的混乱。公司可以使用干扰器来干扰竞争对手的运营，减慢或破坏公司的网络，或者阻止重要数据到达目的地。金融机构可以干扰通信，以便在完成可用于盈利的交易时提供哪怕是毫秒级的优势。军事干扰可以使无人机坠毁，干扰战术通信，甚至干扰或改变GPS信号来迷惑敌人。

本文重点研究干扰技术和工艺、抗干扰措施和设备，即使在针对性攻击下也能继续无线通信。

好莱坞万岁

电子对抗干扰的首次使用可以追溯到第二次世界大战。雷达控制的大炮击落了许多盟军飞机。这些系统利用雷达信号锁定和跟踪空中目标，指挥防空火力。当一个关键的盟军行动即将发生时，抵抗组织会在这些武器附近放置射频干扰器。新闻电影《焦点平面》显示榴弹炮疯狂旋转，并由于干扰器而随机开火。大炮的设计者太自大，没有考虑到干扰的可能性，所以一直没有加“手动超控”开关。

排除干扰并不是一个新问题。女演员海蒂拉马尔和作曲家乔治安太尔在二战期间开发了扩频跳频技术，专门用于防止鱼雷通过无线电频率广播干扰其运行，导致鱼雷偏离航向而受到干扰。

他们利用钢琴滚动原理“不可预测地”改变基站和鱼雷之间的基本频率。同步启动时，控制中心看似随机的控制频率短时突发，几乎无法干扰。有趣的是(无意双关)，最初使用了88个频率，对应于钢琴的白键和黑键。

干涉法

干扰器可以以多种方式干扰系统的正常运行。如果能实现远程访问控制中心，比如把天线调零就能有效静音链接。这个问题变得越来越重要，因为我们越来越多的关键基础设施被放到互联网上，传输到云端，这为那些寻求切断电源、重定向链接甚至关闭它的人提供了漏洞。

局部干扰是更直接的方法，因为目标可能在运动。这里，当在特定频带中发射时，比初始信号更高的功率电平可能会淹没接收机并阻塞通信。火花隙产生噪音，能量出现在每一个频段和频率。然而，窄频带中的噪声也会造成严重的损害。比如，调皮的人设计、制造、演示甚至提供简单的干扰器来破坏别人的日子。

除了基于功率和频率的干扰，智能干扰器也是一个问题。在这里，该技术旨在破坏无线保真操作，而不是用噪声淹没接收器。例如，使用以802.11为中心的以太网和IP协议，可以违反帧间间隔规则，欺骗RTS/CTS消息，使信道看起来一直很忙。如果您可以无线访问第3层路由器，您甚至可以重定向流量，拦截流量，破坏流量，然后将流量发送出去。

这正成为一项越来越有效的技术。因为消耗能量少，对受害者不明显，所以可以隐藏。随着前瞻性的军事和国防系统越来越依赖于射频链路，单靠加密和跳频可能还不够好。

即使数据没有被提取或改变，干扰频带上的干扰信号也可能导致发射机保持比正常情况更长的时间。累积效应会比预期更快地耗尽电池，从而关闭远程或隐藏的链接。

由于这些原因，国防高级研究计划局(DARPA)正在寻找创新的抗干扰解决方案，并根据其超宽带射频消息(HERMES)计划3征求请求。包括执法、军事、通信和控制在内的整个联邦政府仅拥有总频谱的1.4%。这将使军事频谱管理变得困难，尤其是当信号自相残杀或干扰的威胁日益增加时。这符合2010年的总统令，即在2020年前再提供500 MHz频谱用于商业用途，并更有效地使用频谱，使其更抗干扰。

抗干扰设计

设计师技能包中的安全工具包括更宽的频带、更窄的带宽和动态重新配置。还将采用其他专有技术，因为正如你可能想象的那样，这项技术就像桑德斯上校的秘密：非常严密的保护。

DARPA的提议是寻求大于10 GHz的瞬时带宽，同时在20 GHz以下工作。将需要硬件和DSP技术来使用编码增益和光谱滤波来动态移动信号并补偿大气吸收。总体目标是实现70 dB以上的干扰抑制。ADI公司的ADSP-BF 609 BBCZ-5 Blackfin双核处理器和其他组件可能是一个不错的选择，因为每个500 MHz内核都包含MAC、ALU和桶形移位器，用于实现基于DSP的专有加密和跳频算法。

德州仪器还提供了混合双核解决方案TMS320C6727BZDH350，结合了DSP和ARM，使用复杂的代数和差分跳频算法动态生成补种加密密钥。

另一种技术是使用大量具有短数据突发的窄带信号，这不会让干扰机检测到或取消传输。例如，以2，414，012 MHz和2，414，013 MHz为中心的1 Kbit/sec传输将使干扰机通过将其功率集中在该频率上而容易发现并抑制传输。然而，如果您的设计在410 Mhz至420 MHz范围内的5000个不同2 KHz宽带频率中的一个频率上使用100位数据突发，则干扰器将需要使用500多倍的功率，并且这里或那里的几个抽头将会使接收器感到厌烦。编码前向纠错还可以减少或消除重传的需要。

频段越多，跳频越快(甚至可变跳频)，一旦发射机和接收机同步，干扰就会越来越难。

加密有所帮助

加密在这里也将发挥作用。任何可以减缓智能干扰器或防止数据拦截的东西都是好东西。同样，基于硬件的实时加密和解密技术的性能优于单独的软件加密。

Digi-International xe b-aw 140-DK for Xpress加密模块等开发套件可能是一个很好的起点(图)。它不仅允许NIST认证的快速发展，而且可以作为嵌入式微控制器的PCI从外设来快速测试有线或无线链路。性能可以调整为低延迟或低吞吐量，两种独立的密码保护用户模式(加密官和用户)确保可以测试安全的日常操作。

图：特殊的加密模块和开发系统，可以帮助设计人员开发特殊的加密或跳频算法，使无线通信更难被发现和干扰。

实际应用可能需要使用基于ASIC或FPGA的密钥和算法，以实现安全和专有的跳频和频谱使用。本文研究干扰技术和抗干扰方法，使我们即使在有针对性的攻击下也能继续通信。但是，无论采用哪种抗干扰技术，这方面的设计者从一开始就知道这是一场猫捉老鼠的游戏，有时候老鼠会赢。