無(wú)線信號(hào)容易受到自然發(fā)生的周期性和隨機(jī)現(xiàn)象的影響，例如背景噪聲，EMI，RFI，CME和EMP等等。一些無(wú)線技術(shù)，如AM，容易受到遠(yuǎn)距離照明等沖擊噪聲的影響;和FM等其他設(shè)備一樣，對(duì)熒光燈的某些帶內(nèi)噪聲很敏感。作為設(shè)計(jì)師，我們會(huì)嘗試并預(yù)測(cè)我們的設(shè)計(jì)將受到的情況和環(huán)境，并提供修復(fù)，解決方案或其他類型的解決方案來(lái)解決這些問(wèn)題。

然而，還有另一種情況，即無(wú)線鏈路特別容易受到干擾，這是故意干擾。在這里，有人故意通過(guò)針對(duì)特定鏈接或鏈接系列特別有效的攻擊來(lái)阻止鏈接的通信能力。干擾可以用于惡作劇目的，利益等動(dòng)機(jī)，或者戰(zhàn)爭(zhēng)期間的軍事優(yōu)勢(shì)。

帶有小盒子或工具包的孩子可以制造和使用干擾器來(lái)惹惱父母，學(xué)校和類似的混亂的形式。公司可以使用干擾器來(lái)干擾競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的運(yùn)營(yíng)，減緩或崩潰公司的網(wǎng)絡(luò)，或阻止重要數(shù)據(jù)到達(dá)目的地。金融機(jī)構(gòu)可以阻止通信，以便在完成可以利用的交易中提供甚至毫秒的優(yōu)勢(shì)。軍事干擾可能使無(wú)人機(jī)崩潰，干擾戰(zhàn)術(shù)通信，甚至堵塞或改變GPS信號(hào)以混淆敵人。

本文著眼于干擾技術(shù)和技術(shù)以及抗干擾措施和設(shè)備，即使在有針對(duì)性的攻擊下也能繼續(xù)進(jìn)行無(wú)線通信。

Hooray for Hollywood

第一次使用電子對(duì)抗措施干擾可追溯到第二次世界大戰(zhàn)。雷達(dá)控制的炮兵擊落了許多盟軍飛機(jī)。這些系統(tǒng)使用雷達(dá)信號(hào)來(lái)鎖定和跟蹤空中目標(biāo)并引導(dǎo)防空火力。當(dāng)進(jìn)行關(guān)鍵的聯(lián)合行動(dòng)時(shí)，射頻干擾器由靠近這些武器的抵抗人員放置。新聞?dòng)捌物@示榴彈炮由于干擾而瘋狂地旋轉(zhuǎn)并隨機(jī)射擊。大炮的設(shè)計(jì)者太傲慢了，不能考慮干擾的可能性，因此他們從未加入“手動(dòng)超控”開(kāi)關(guān)。

消除干擾不是一個(gè)新問(wèn)題。女演員Hedy Lamar和作曲家George Antheil在第二次世界大戰(zhàn)期間開(kāi)發(fā)了擴(kuò)頻跳頻技術(shù)，專門用來(lái)阻止魚雷通過(guò)無(wú)線電頻率的廣播干擾，干擾他們的操作并導(dǎo)致魚雷偏離航線。

他們使用鋼琴演奏鋼琴的原理，以“不可預(yù)測(cè)的”改變基站和魚雷之間的基頻。當(dāng)同步啟動(dòng)時(shí)，控制中心看似隨機(jī)控制頻率的短暫突發(fā)使得幾乎不可能卡住。值得注意的是（沒(méi)有雙關(guān)語(yǔ)意）最初使用的88個(gè)頻率對(duì)應(yīng)于鋼琴的白鍵和黑鍵。

干擾的方法

干擾器可以通過(guò)多種方式干擾系統(tǒng)的正常操作。如果可以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制中心的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，則將盤子轉(zhuǎn)向例如零點(diǎn)可以有效地使鏈路靜音。隨著越來(lái)越多的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施被放置在線并傳輸?shù)皆贫耍@個(gè)問(wèn)題變得越來(lái)越重要，為那些尋求削減電力，重定向鏈路甚至關(guān)閉它們的人提供了漏洞。

本地干擾是一種更直接的方法，因?yàn)槟繕?biāo)可能在運(yùn)動(dòng)中。這里，當(dāng)在特定頻帶上傳送時(shí)，比初始信號(hào)更高的功率電平可能壓倒接收器并阻止通信?；鸹ㄏ稌?huì)發(fā)出噪聲，在每個(gè)波段和每個(gè)頻率都會(huì)產(chǎn)生能量。然而，較窄頻率范圍內(nèi)的噪聲也會(huì)造成嚴(yán)重破壞。作為一個(gè)例子，淘氣的人設(shè)計(jì)，建造，演示，甚至提供簡(jiǎn)單的干擾器來(lái)毀掉其他人的一天。例如，在線發(fā)現(xiàn)的袖珍射頻干擾器和噪聲發(fā)生器（圖1）的套件和計(jì)劃可產(chǎn)生0到128 MHz范圍內(nèi)的噪聲，特別是干擾無(wú)線電控制的物體，如飛機(jī)，船只，汽車和機(jī)器人< SUP> 1 。這些套件作為教育產(chǎn)品銷售，因?yàn)橛幸飧蓴_RF信號(hào)是非法的 2 。

圖1：公共領(lǐng)域和“教育”工具包和設(shè)備隨時(shí)可用于阻塞和干擾常見(jiàn)的頻段和服務(wù)。將抗干擾技術(shù)整合到單芯片無(wú)線電中變得越來(lái)越重要。

除了基于電源和頻率的干擾之外，智能干擾器也是一個(gè)問(wèn)題。在這里，技術(shù)被設(shè)計(jì)為混亂無(wú)線協(xié)議操作而不是用噪聲壓倒接收器。例如，以802.11為中心的以太網(wǎng)和IP協(xié)議，您可以違反幀間間隔規(guī)則和欺騙RTS/CTS消息，使頻道看起來(lái)持續(xù)繁忙。如果您可以無(wú)線訪問(wèn)第3層路由器，您甚至可以重定向流量，攔截流量，破壞流量，然后將其發(fā)送到路上。

這已成為一種越來(lái)越有效的技術(shù)。它可能是隱身的，因?yàn)樗褂酶俚哪芰?，?duì)受害者來(lái)說(shuō)不那么明顯。隨著前瞻性的軍事和防御系統(tǒng)越來(lái)越依賴射頻鏈路，單獨(dú)加密和跳頻可能還不夠好。

即使沒(méi)有提取或更改數(shù)據(jù)，遇到干擾頻段的干擾信號(hào)也可能導(dǎo)致發(fā)射機(jī)比通常情況下停留更長(zhǎng)時(shí)間。累積效應(yīng)將比預(yù)期更快地耗盡電池，從而降低遠(yuǎn)程或埋藏的鏈路。

由于這些原因，國(guó)防高級(jí)研究計(jì)劃局（DARPA）正在尋找創(chuàng)新的抗干擾解決方案，并正在根據(jù)其超寬帶啟用射頻信息（HERMES）計(jì)劃征求請(qǐng)求 3 。整個(gè)聯(lián)邦政府，包括執(zhí)法，軍事，通信和控制，只有1.4％的權(quán)利。這可能使軍事頻譜管理變得困難，特別是在信號(hào)自相殘殺或干擾的威脅日益增加的情況下。這與2010年總統(tǒng)令相吻合，即到2020年將另外500 MHz的頻譜用于商業(yè)用途，并更有效地使用頻譜并使其更具抗干擾性。

抗干擾設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)人員在他們的技巧包中有更寬的頻段，更窄的帶寬和動(dòng)態(tài)重新配置。其他專有技術(shù)也將被采用，因?yàn)檎缒憧赡芟胂蟮哪菢?，這項(xiàng)技術(shù)就像桑德斯上校的秘訣一樣：非常謹(jǐn)慎。

DARPA提議在20 GHz以下工作時(shí)尋找超過(guò)10 GHz的瞬時(shí)帶寬。將需要硬件和DSP技術(shù)來(lái)采用編碼增益和使用頻譜濾波來(lái)動(dòng)態(tài)地移位信號(hào)以及補(bǔ)償大氣吸收?？傮w目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)超過(guò)70 dB的干擾抑制。像ADI公司的ADSP-BF609BBCZ-5 Blackfin雙核處理器這樣的部件可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，因?yàn)槊總€(gè)500 MHz核心都包含MAC，ALU和桶形移位器，用于實(shí)現(xiàn)專有的基于DSP的加密和跳頻算法。

德州儀器還提供混合雙核解決方案TMS320C6727BZDH350，該解決方案結(jié)合了DSP和ARM，可使用復(fù)雜的代數(shù)和差分跳頻算法動(dòng)態(tài)生成重新加密的加密密鑰。

< p>另一種技術(shù)是使用大量窄帶信號(hào)和短數(shù)據(jù)突發(fā)，這些信號(hào)不會(huì)讓干擾器檢測(cè)到或阻止傳輸。例如，以2,414,012 MHz和2,414,013 MHz為中心的1 Kbit/sec傳輸很容易讓干擾器通過(guò)將其功率集中在該頻率來(lái)找到并壓縮該傳輸。但是，如果您的設(shè)計(jì)在2,410 Mhz至2,420 MHz范圍內(nèi)的5,000個(gè)不同的2 KHz寬頻帶中的一個(gè)中使用100位突發(fā)數(shù)據(jù)，則干擾器需要使用500倍的功率，并且僅需要10％的效率在這里和那里點(diǎn)擊幾下來(lái)讓接收器煩人。編碼的前向糾錯(cuò)也可以減少或消除重新傳輸?shù)男枰?/p>

頻段越多，跳頻越快（甚至可變跳頻），就越容易堵塞一旦發(fā)送器和接收器同步。

加密幫助

加密也將在這里發(fā)揮作用。任何可以減緩智能干擾或防止數(shù)據(jù)攔截的事情都是一件好事。同樣，基于硬件的實(shí)時(shí)加密和解密技術(shù)的性能優(yōu)于單獨(dú)的軟件加密。

用于Xpress加密模塊的Digi-International XEB-AW140-DK等開(kāi)發(fā)套件可能是一個(gè)很好的起點(diǎn)（圖2）。它不僅可以快速開(kāi)發(fā)NIST認(rèn)證，還可以作為嵌入式微控制器的PCI從外設(shè)，用于快速測(cè)試有線或無(wú)線鏈路。性能可調(diào)低低延遲或吞吐量，兩個(gè)獨(dú)立的受密碼保護(hù)的用戶模式 - 加密官和用戶 - 確?？梢詼y(cè)試安全的日常操作。

圖2：專用加密模塊和開(kāi)發(fā)系統(tǒng)可以幫助設(shè)計(jì)人員開(kāi)發(fā)專有加密或跳頻算法，使查找和阻塞無(wú)線通信變得更加困難。

現(xiàn)實(shí)世界的應(yīng)用程序可能要求使用基于ASIC或FPGA的密鑰和算法來(lái)實(shí)現(xiàn)安全和專有的跳頻和頻譜使用。在本文中，我們研究了干擾技術(shù)和技術(shù)以及抗干擾方法，即使在有針對(duì)性的攻擊下也能繼續(xù)進(jìn)行通信。然而，無(wú)論使用哪種抗干擾技術(shù)，該領(lǐng)域的設(shè)計(jì)者一開(kāi)始就知道這是一種貓捉老鼠的游戲，而老鼠有時(shí)會(huì)獲勝。