基于认知无线电的通信抗干扰理论与技术

认知无线电打破长期以来无线通信"固定中心频率"的原则，解放了通信频率使用方式。通过对与抗干扰相关的关键因素：如频谱空洞的时效性、干扰强度、空间和频率、信噪比、信道传播、网络路由等的认知，结合软件无线电和人工智能技术，可从多维度提升通信装备的综合（智能）抗干扰能力。课题组将依托长期短波频谱监测经验和软件无线电技术开发基础，进一步开展抗干扰认知无线电体系结构、频谱空洞检测、预测、描述与使用的相关理论与技术的研究，在时域上，结合频谱空洞的停留时间和外军干扰能力，创建自适应突发波形；在频域上，结合频谱占用情况和OFDM理论与技术，实现灵活波形塑形机制和热加载技术；在空域上，研究方向性发射与接收天线理论。课题组还将在现有的软件无线电平台上，对自适应突发、波形塑形等技术进行仿真与验证，并对系统性能进行仿真研究。

动态频谱抗干扰是一种基于认知无线电中机会频谱接入思想的全新通信抗干扰体制。它通过选取系统工作频段内无干扰，或干扰功率较小的子频段（即“频谱空洞”）通信，实现了干扰与传输信号的分离，最大程度地降低了干扰对通信性能的影响。本项目以动态频谱抗干扰的基本原理为出发点，从动态频谱抗干扰的基础理论，实现动态频谱抗干扰的关键技术，动态频谱抗干扰的典型应用，以及动态频谱抗干扰的原理演示等四个方面，全面深入地开展了动态频谱抗干扰相关理论与技术的研究工作。其中，在动态频谱抗干扰基础理论方面，研究了动态频谱抗干扰的信道容量、比特误码率、处理增益、多址通信、抗典型人为干扰策略等关键理论问题，给出了采用动态频谱抗干扰的通信系统，在典型信道及干扰条件下的抗干扰性能理论分析结果；在实现动态频谱抗干扰的关键技术方面，利用短波频段电磁频谱的实测数据，研究并给出了短波频谱空洞的快速感知与预测方法；在动态频谱抗干扰的典型应用方面，以短波抗干扰数据链为应用背景，研究了基于动态频谱抗干扰的轮询及时分多址接入方案，给出了相应的吞吐量仿真结果；在动态频谱抗干扰的原理演示方面，将理论研究成果应用于实际系统中，开发了短波认知无线电抗干扰原理演示样机，实现了短波频段收方自主决策，收发频谱的自动闭环调整，验证了动态频谱抗干扰的基本原理。经过四年的研究工作，课题组圆满完成了项目的既定研究内容，实现了项目的总体研究目标。项目所取得的研究成果奠定了动态频谱抗干扰新体制的理论基础，从理论层面揭示了动态频谱抗干扰系统获取鲁棒抗干扰能力的机理，给出了动态频谱抗干扰系统针对典型人为干扰类型的抗干扰性能优化设计方案；提出了可快速、准确感知与预测短波频谱空洞的新方法，解决了在短波频段采用动态频谱抗干扰所包含的关键技术难点；实现了动态频谱接入在短波抗干扰数据链中的创新性应用；研制了具有动态频谱抗干扰功能的原理样机并进行了抗强干扰通信实验，取得了显著效果。本项目的研究工作理论与实际并重，其理论成果可用于指导动态频谱抗干扰系统的设计，而原理样机则可作为新一代军事抗干扰通信系统研发的技术储备。本项目开创了将认知无线电应用于通信抗干扰的新研究领域，引领了智能化抗干扰新理论、新技术的研究，意义重大。