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)，例如 AM，容易受到遠(yuǎn)距離雷擊等脈沖噪聲的影響；FM 等其他技術(shù)可能對(duì)熒光燈的某些帶內(nèi)噪聲敏感。作為設(shè)計(jì)師，我們嘗試并預(yù)測(cè)我們的設(shè)計(jì)將面臨的情況和環(huán)境，并提供修復(fù)、變通方案或其他類型的解決方案來(lái)解決這些問(wèn)題。

　　然而，無(wú)線鏈路特別容易受到另一種情況的影響，那就是故意干擾。在這里，有人故意通過(guò)針對(duì)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。可以出于惡作劇目的、出于利益等動(dòng)機(jī)或在戰(zhàn)時(shí)為軍事利益而嘗試干擾。

　　帶著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，并犯下類似形式的混亂。公司可以使用干擾器干擾競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手的運(yùn)營(yíng)，減慢或破壞公司的網(wǎng)絡(luò)，或阻止重要數(shù)據(jù)到達(dá)目的地。金融機(jī)構(gòu)可以干擾通信，以在完成可用于獲利的交易時(shí)提供甚至毫秒的優(yōu)勢(shì)。軍事干擾可以使無(wú)人機(jī)墜毀、干擾戰(zhàn)術(shù)通信，甚至干擾或改變 GPS 信號(hào)以迷惑敵人。

　　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。

　　好萊塢萬(wàn)歲

　　電子對(duì)抗干擾的首次使用可以追溯到二戰(zhàn)。雷達(dá)控制的火炮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)并指揮防空火力。當(dāng)一個(gè)關(guān)鍵的盟軍行動(dòng)要發(fā)生時(shí)，射頻干擾器由抵抗特工放置在靠近這些武器的地方。新聞片電影鏡頭顯示榴彈炮由于干擾機(jī)而瘋狂旋轉(zhuǎn)并隨機(jī)射擊。大炮的設(shè)計(jì)者太自大了，沒(méi)有考慮到干擾的可能性，所以他們從未加入“手動(dòng)超控”開(kāi)關(guān)。

　　消除干擾并不是一個(gè)新問(wèn)題。女演員 Hedy Lamar 和作曲家 George Antheil 在二戰(zhàn)期間開(kāi)發(fā)了擴(kuò)頻跳頻技術(shù)，專門用于阻止魚(yú)雷通過(guò)無(wú)線電頻率廣播干擾其運(yùn)行并導(dǎo)致魚(yú)雷偏離航向而受到干擾。

　　他們使用演奏鋼琴的鋼琴滾動(dòng)原理來(lái)“不可預(yù)測(cè)地”改變基站和魚(yú)雷之間的基本頻率。當(dāng)同步啟動(dòng)時(shí)，控制中心看似隨機(jī)的控制頻率的短暫爆發(fā)使其幾乎不可能干擾。有趣的是（不是雙關(guān)語(yǔ)），最初使用了 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)的正常運(yùn)行。如果可以實(shí)現(xiàn)對(duì)控制中心的遠(yuǎn)程訪問(wèn)，例如，將天線轉(zhuǎn)向零點(diǎn)可以有效地使鏈路靜音。這個(gè)問(wèn)題變得越來(lái)越重要，因?yàn)槲覀冊(cè)絹?lái)越多的關(guān)鍵基礎(chǔ)設(shè)施被放置在網(wǎng)上并傳輸?shù)皆贫耍瑥亩鵀槟切で笄袛?a target="_blank">電源、重定向鏈接甚至關(guān)閉它的人提供了漏洞。

　　局部干擾是一種更直接的方法，因?yàn)槟繕?biāo)可能在運(yùn)動(dòng)中。在這里，在特定頻段傳輸時(shí)比初始信號(hào)更高的功率電平可能會(huì)壓倒接收器并阻塞通信?；鸹ㄏ栋l(fā)出噪音，在每個(gè)波段和每個(gè)頻率呈現(xiàn)能量。然而，較窄頻帶中的噪聲也會(huì)造成嚴(yán)重破壞。例如，淘氣的人設(shè)計(jì)、制造、演示甚至提供簡(jiǎn)單的干擾器來(lái)破壞其他人的一天。

　　除了基于功率和頻率的干擾之外，智能干擾器也是一個(gè)問(wèn)題。在這里，技術(shù)旨在擾亂無(wú)線協(xié)議操作，而不是用噪聲壓倒接收器。例如，使用以 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)則并欺騙 RTS/CTS 消息，以使通道看起來(lái)一直很忙。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、破壞它，然后將其發(fā)送出去。

　　這正在成為一種越來(lái)越有效的技術(shù)。它可以是隱蔽的，因?yàn)樗牡哪芰扛?，而且?duì)受害者來(lái)說(shuō)不太明顯。隨著前瞻性軍事和國(guó)防系統(tǒng)越來(lái)越依賴射頻鏈路，僅靠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)，干擾帶上的干擾信號(hào)也可能導(dǎo)致發(fā)射機(jī)保持比正常情況更長(zhǎng)的時(shí)間。累積效應(yīng)將比預(yù)期更快地耗盡電池，從而關(guān)閉遠(yuǎn)程或隱藏的鏈路。

　　出于這些原因，美國(guó)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，并根據(jù)其超寬帶射頻消息 （HERMES） 計(jì)劃3征求請(qǐng)求。包括執(zhí)法、軍事、通信和控制在內(nèi)的整個(gè)聯(lián)邦政府只擁有總頻譜的 1.4% 的權(quán)利。這會(huì)使軍用頻譜管理變得困難，尤其是在信號(hào)自相殘殺或干擾的威脅越來(lái)越大的情況下。這與 2010 年總統(tǒng)令相吻合，即到 2020 年再提供 500 MHz 的頻譜用于商業(yè)用途，并更有效地使用該頻譜并使其更抗干擾。

　　抗干擾設(shè)計(jì)

　　設(shè)計(jì)人員在他們的技巧包中擁有的安全工具包括更寬的頻帶、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赡芟胂蟮哪菢?，這項(xiàng)技術(shù)就像桑德斯上校的秘訣：非常嚴(yán)密的保護(hù)。

　　DARPA 提案正在尋找大于 10 GHz 的瞬時(shí)帶寬，同時(shí)在 20 GHz 以下運(yùn)行。將需要硬件和 DSP 技術(shù)來(lái)使用編碼增益和使用頻譜過(guò)濾來(lái)動(dòng)態(tài)移動(dòng)信號(hào)并補(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。Analog Devices ADSP-BF609BBCZ-5 Blackfin雙核處理器等部件可能是一個(gè)不錯(cuò)的選擇，因?yàn)槊總€(gè) 500 MHz 內(nèi)核都包含 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（TI ） 還提供混合雙核解決方案TMS320C6727BZDH350，它結(jié)合了 DSP 和 ARM，使用復(fù)雜的代數(shù)和差分跳躍算法動(dòng)態(tài)生成重新播種的加密密鑰。

　　另一種技術(shù)是使用大量具有短數(shù)據(jù)突發(fā)的窄帶信號(hào)，這些信號(hào)不會(huì)讓干擾機(jī)檢測(cè)或抵消傳輸。例如，以 2，414，012 MHz 和 2，414，013 MHz 為中心的 1 Kbit/sec 傳輸將很容易讓干擾機(jī)通過(guò)將其功率集中在該頻率上來(lái)發(fā)現(xiàn)并壓制該傳輸。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 寬頻帶之一中使用 100 位數(shù)據(jù)突發(fā)，那么干擾器將需要使用 500 倍以上的功率，并且在在這里和那里敲幾下就煩擾了接收器。編碼前向糾錯(cuò)也可以減少或消除重新傳輸?shù)男枰?/p>

　　越多的頻段和越快的跳頻（甚至是可變的跳頻），一旦發(fā)射器和接收器同步，就會(huì)變得越來(lái)越難以干擾。

　　加密有助于

　　加密也將在這里發(fā)揮作用。任何可以減緩智能干擾器或防止數(shù)據(jù)攔截的方法都是一件好事。同樣，基于硬件的實(shí)時(shí)加密和解密技術(shù)比單獨(dú)的軟件加密執(zhí)行得更好。

　　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)不錯(cuò)的起點(diǎn)（圖 ）。它不僅允許快速開(kāi)發(fā) NIST 認(rèn)證，還可以作為嵌入式微控制器的 PCI 從屬外圍設(shè)備，用于快速測(cè)試有線或無(wú)線鏈路。性能可針對(duì)低延遲或吞吐量進(jìn)行調(diào)整，并且兩種單獨(dú)的受密碼保護(hù)的用戶模式（加密官員和用戶）確?？梢詼y(cè)試安全的日常操作。

　　圖 ：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，從而更難發(fā)現(xiàn)和干擾無(wú)線通信。

　　實(shí)際應(yīng)用可能要求使用基于 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)人員一開(kāi)始就知道這是一場(chǎng)貓捉老鼠的游戲，有時(shí)老鼠會(huì)贏。