無線信號容易受到自然發(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解決這些問題。

　　然而，無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，有人故意通過針對對特定鏈接或鏈接系列特別有效的攻擊來阻止鏈接的通信能力?？梢猿鲇趷鹤鲃∧康?、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爭對手的運(yùn)營，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。軍事干擾可以使無人機(jī)墜毀、干擾戰(zhàn)術(shù)通信，甚至干擾或改變 GPS 信號以迷惑敵人。

　　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，即使在有針對性的攻擊下也能繼續(xù)進(jìn)行無線通信。

　　好萊塢萬歲

　　電子對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)信號來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，沒有考慮到干擾的可能性，所以他們從未加入“手動(dòng)超控”開關(guān)。

　　消除干擾并不是一個(gè)新問題。女演員 Hedy Lamar 和作曲家 George Antheil 在二戰(zhàn)期間開發(fā)了擴(kuò)頻跳頻技術(shù)，專門用于阻止魚雷通過無線電頻率廣播干擾其運(yùn)行并導(dǎo)致魚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“不可預(yù)測地”改變基站和魚雷之間的基本頻率。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），最初使用了 88 個(gè)頻率，對應(yīng)于鋼琴的白鍵和黑鍵。

　　干擾的方法

　　干擾器可以通過多種方式干擾系統(tǒng)的正常運(yùn)行。如果可以實(shí)現(xiàn)對控制中心的遠(yuǎn)程訪問，例如，將天線轉(zhuǎn)向零點(diǎn)可以有效地使鏈路靜音。這個(gè)問題變得越來越重要，因?yàn)槲覀冊絹碓蕉嗟年P(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、演示甚至提供簡單的干擾器來破壞其他人的一天。

　　除了基于功率和頻率的干擾之外，智能干擾器也是一個(gè)問題。在這里，技術(shù)旨在擾亂無線協(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，以使通道看起來一直很忙。如果您可以無線訪問第 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越有效的技術(shù)。它可以是隱蔽的，因?yàn)樗牡哪芰扛?，而且對受害者來說不太明顯。隨著前瞻性軍事和國防系統(tǒng)越來越依賴射頻鏈路，僅靠加密和跳頻可能還不夠好。

　　即使沒有提取或更改數(shù)據(jù)，干擾帶上的干擾信號也可能導(dǎo)致發(fā)射機(jī)保持比正常情況更長的時(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，美國國防高級研究計(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，尤其是在信號自相殘殺或干擾的威脅越來越大的情況下。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)來使用編碼增益和使用頻譜過濾來動(dòng)態(tài)移動(dòng)信號并補(bǔ)償大氣吸收?？傮w目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)超過 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，這些信號不會(huì)讓干擾機(jī)檢測或抵消傳輸。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)通過將其功率集中在該頻率上來發(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，用于快速測試有線或無線鏈路。性能可針對低延遲或吞吐量進(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試安全的日常操作。

　　圖 ：專用加密模塊和開發(fā)系統(tǒng)可以幫助設(shè)計(jì)人員開發(fā)專有加密或跳頻算法，從而更難發(fā)現(xiàn)和干擾無線通信。

　　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，即使在有針對性的攻擊下也能繼續(xù)進(jìn)行通信。然而，無論使用哪種抗干擾技術(shù)，該領(lǐng)域的設(shè)計(jì)人員一開始就知道這是一場貓捉老鼠的游戲，有時(shí)老鼠會(huì)贏。