主题：【原创】瘦子伊万 -- 晨枫

某不过一个半瓶醋的学生，连专业都不是通信，只不过学了两门通信基础课，学的也都是民用技术，比起河里大牛简直是鲁班门前弄大斧。至于专业的干扰反干扰那更是一点不懂。

不过既然晨大点将了，俺就把知道的部分说一说。通信基础课不涉及具体的天线设计之类，拿来吹牛侃大山倒是正好。

无线通信的基本原理很简单。天线发射出去的信号可以分成许多不同频带，经典的方案是发射方在某个特定的频带发射信号，接收方在接收到信号以后有个滤波器，保留自己需要的频带把不要的滤掉，这样就收到发射方的信号。出于工程实践上的原因，发射方通常不直接产生传输频率的信号，而是先在低频做出需要传输的信号（称为“基带信号”），然后拿个振荡器产生一个高频波两个一乘，这样把信号弄到高频去。这就好像低频信号坐了高频波的顺风车一样，所以这个高频波通常称为“载波”。

打个比方。一般你在超市买的东西都不是超市做的（呃，请无视那些兼营面包炸鸡之类的超市，他们是不贞洁的），而是工厂做好以后运到超市来卖。至于工厂在哪里，顾客通常不关心，他们关心的是超市在哪里。在这个比喻里面，顾客选购的商品就相当于系统需要传输的信息，工厂就好比基带，他们把你需要的商品制作出来（信息成为信号），运到沃尔玛（信号从基带到载波频率），然后顾客来沃尔玛买东西（接收方滤波）。

现实世界不可抑制的要在这个过程中捣蛋，这表现为噪声和信号扭曲（为叙事简单起见以下统一称为噪声）。所以接收端在滤波之后收到的信号里还是会有噪声，我们把数据处理部分接收到信号能量和噪声能量之比称为信噪比。信噪比越高的信号越“干净”，也能传输更多的数据，这就好比测量中“有效数字”的概念：同样一个数123456789，在可以取8位有效数字的时候我们能得到8个可靠的数，在没有有效位的时候就什么也得不到。

显然，如果有人想干扰，最直接的办法是在通信系统使用的载波频带上制造噪声，降低接收端得到的信噪比。当接收端得到的信噪比小于1，就是说信号能量小于噪声能量的时候，接收端就什么信息也得不到，手头只有完全的垃圾。干扰者在这种情况下获得全面的胜利。这种情况下，通信系统和干扰者双方就像两个力士角力，谁的发射功率大，谁就占到上风。

通信系统最直接的对策就是跳频（Frequency Hopping）。回到前面工厂－超市的比喻，干扰者抵制沃尔玛你进不去，那我就去家乐福；你抵制家乐福我去超市发。这种捉迷藏的游戏在干扰者不知道通信系统的跳频序列的时候很有用，上世纪90年代风靡一时的儿童片《少年特工》的观众想必都深有体会。不过缺点是，假如干扰者直接把沃尔玛家乐福和超市发都抵制了，跳频仍然要失败。

所谓扩频（Spread Spectrum）技术是跳频技术的一个直接改进，它建立在“随机噪声互相独立且服从高斯分布”这样一个假设之上。从发射端来看一切照旧：仍然是按照某一序列，把载波频率跳来跳去。扩频技术的奥妙在于接收端。采用扩频技术的接收端不是简单的监听，它把跳过的那些频率上接收到的东西加起来。接收到的东西只由信号和噪声两部分组成：噪声互相独立且服从高斯分布，从数学手段我们可以推出它们累加以后的期望基本不变；但信号每片之间是具有高度相关性的，它们累加的结果是线性增长的。简言之，这种情况下噪声的能量之和基本不增大，但信号的能量之和则随跳过的频率数目线性增长：这使得通信系统可以在完全不增大发射功率的情况下压制噪声。极端情况下，甚至可以把信号藏在噪声水平以下，完全靠宽大的跳频范围把信号还原出来。

在使用扩频技术的通信系统面前，传统的全频段阻塞式干扰就显得力不从心了：现在干扰方在所有需要干扰的频段上都必须付出超出通信系统的信号跳频宽度倍才能阻塞通信。即便如此，通信方还是可以临时增加累加的频率片数量，付出数据率代价来临时提高信噪比。打个比方，传统的通信－干扰矛盾就好比两个力士比赛举重，扩频技术的出现好比裁判允许通信力士作弊带一根杠杆上场，而且还允许他临时增加杠杆长度。这给干扰方带来的麻烦可想而知。

从原理上说，面对扩频技术带来的威胁，干扰方可以通过采用正交频分复用（OFDM）技术在每个频段上发送同一随机信号的拷贝来对付；如果运气好通信方不临时改变频段宽度的话还是很有可能成功的。但是多天线技术带来的劣势是没法克服的。

多天线（MIMO）技术的基本思想是利用空间。为此，它在发射和接收端都采用由若干根天线组成的天线阵列，每根天线上收到/发出的能量都可以由收发机自动调整。天线都有辐射特性，这决定了这根天线在任意方向上的接收/发射效率。多天线技术指出，可以通过调整天线阵列中每根天线后面的放大倍率来调整整体的辐射特性。用代数的语言描述，每根天线的辐射特性就好比一个基向量，收发机将它们线性组合就生成一个向量空间，这个向量空间就是天线阵列在空间上的调整范围。

这样做有什么意义呢？一方面，这使得收发机可以掌握空间上的选择权，衰减掉不想要的方向上来的电磁波；

这种情况下，除非干扰方把他的天线架到通信方发射和接收端连线上，否则干扰方送到接收端的能量都要乘一个分数，发射端送到接收端的能量则要乘一个倍数。

另一方面，收发机也可以用天线阵列“了解”信道，找出信号在空间上的“捷径”；而在其中一些“捷径”被敌人压制的时候，可以迅速把它“关掉”，然后再找出其他“捷径”。譬如说解放军预警机引导巡航导弹攻击台北总统府，我方可以一根波束打到台北101楼上，一根波束打到中正纪念堂山墙上，再几根波束打到别的什么写字楼上，利用战场上天然的反射物来维持空间上的多信道：你横是不能因为我利用了你的楼房做反射面通信就把楼房给炸了吧？如果对手在楼房上架设干扰机天线，我方临时找个别的楼房用就是了，接收机算信道可是实时的。

通俗的讲，一个采用多天线技术的无线电收发机，又是方向可调的抛物线天线（可以把能量集中在单个方向上而衰减其他方向），又是反辐射雷达（它能够识别每个方向上入射电磁信号的信噪比，随机噪声最大的方向显然有干扰机天线无疑），又是敌我识别器（同上，信噪比最大的入射方向肯定跟信息发送方有关）。除非干扰方植树造林似的在战场上到处布满干扰天线，或者拿吸波涂料把台北市漆一遍，否则单个干扰机对多天线通信将是无能为力的。以前一个干扰机可以控制半径若干公里的一个半球形区域的时代已经过去了。