短波通信新技術

　　短波通信新技術【1】

　　摘要：短波通信有自身獨特的優點，廣泛應用于政府、軍事、外交、氣象、商業等部門，但也存在固有的缺點。

　　本文介紹了短波自適應頻率、DSP數字消噪、無盲區通信以及短波組網等新技術的一般原理、性能特點、產品及相關情況，分析了短波通信發展需求和趨勢，為同行提供參考、借鑒。

　　關鍵詞：短波;自適應頻率;DSP數字消噪;無盲區通信

　　一、引言

　　短波通信又稱高頻（HF）通信是指在3M—30MHz頻段范圍內，通過電離層反射進行遠距離傳輸或通過地波進行近距離傳輸的一種通信手段。

　　短波通信與其它通信方式相比，有自身的優點：通信距離遠，在數千公里范圍內短波不需要轉發器就可進行超視距通信;抗毀性強，短波是唯一不受網絡樞紐和有源中繼體制約的遠程通信手段，一旦發生戰爭或災害，各種通信網絡都可能受到破壞，衛星也可能受到攻擊，但電離層具有不可摧毀性;接收設備簡單，對于廣播業務，接收端只需要配置短波接收機即可。

　　正是由于這些優點，短波通信一直是世界各國中、遠程通信的主要手段，廣泛應用于政府、軍事、外交、氣象、商業等部門。

　　短波通信也存在固有的缺點：多徑衰落現象嚴重，短波在電離層反射的傳播過程中，信號振幅變化達幾十倍，甚至幾百倍;盲區內通信困難，一般來說，短波通過地波傳播最遠距離約為30公里，而天波從電離層第一次反射落地的最短距離約為100公里，因此30公里至100公里的區域，形成了短波通信的盲區;電離層暴變嚴重干擾短波通信，電離層參數受太陽等外界影響，F2層的電子濃度、有效高度以及電離層結構將產生不規則變化，使電離層的`最高可用頻率降低，甚至完全破壞而使短波通信中斷。

　　近年來，隨著短波通信在航空導航、水上安全、搶險救災、軍事通信等方面的廣泛應用，其穩定性和可靠性差的缺點日益突出，給短波通信研究帶來了很大的挑戰的同時，短波通信新技術發展也面臨著前所未有的機遇。

　　二、自適應頻率

　　短波信道（電離層）是一種典型時變色散信道，其路徑損耗、時延散布、噪聲和干擾等都隨頻率、地點、季節、晝夜的變化不斷變化，因此，短波通信中工作頻率是不能任意選擇的。

　　統計表明，即使在夜間通信環境最壞的情況下，短波頻段也有4%左右的無噪聲信道，而中午約有27%的信道干擾很小或不存在干擾。

　　所以，實時避開干擾，找出具有良好傳播條件的無噪聲信道是提高短波通信質量最有效的途徑。

　　實現這一目標的關鍵是采用短波自適應頻率技術，目前自適應頻率經歷了短波頻率管理、2G—ALE兩個成熟階段，正向3G—ALE發展。

　　（一）頻率管理系統

　　短波頻率管理系統是在一定區域內組成頻率管理網格，在短波范圍內測量和分析各種信道參數和干擾分布，根據綜合分析和計算結果，得到通信質量優劣的頻率排序表，統一分配給區域內各短波通信用戶，使用戶在最佳工作頻率上的建立通信鏈路。

　　短波頻率管理實質是對區域內的用戶提供實時頻率預報，采用的技術稱為實時信道估值RTCE（Real Time Channel Evaluation）技術。

　　頻率管理系統的特點是通信與探測分離，探測設備昂貴，這一發展過程也稱為短波自適應技術的1G—ALE階段。

　　（二）2G—ALE通信系統

　　20世紀80年代中期，出現了在通信系統中直接采用RTCE技術，對短波信道進行探測、評估和通信一并完成的短波自適應電臺。

　　這種電臺能夠實時選擇出最佳的短波通信信道，使得短波工作頻率隨信道條件變化而改變，確保了通信始終在質量最佳的信道上進行。

　　2G—ALE通信系統具備如下功能：

　　（三）鏈路質量分析LQA （Link Quality Analysis）：在2G—ALE通信系統中，RTCE功能稱為鏈路質量分析LQA。

　　一般LQA都是在通信前或間隙中進行的，并且只在有限短波信道上進行，所獲得的數據存儲在LQA矩陣中。

　　實際通信時，系統根據LQA矩陣中各信道的排列次序，擇優選取工作頻率。

　　（四）自動掃描接收：為了接收選擇呼叫和進行LQA試驗，網中所有電臺都具有自動掃描接收功能，可在預先規定的若干信道上循環掃描，等候呼叫信號或者LQA探測信號。

　　（五）自動鏈路建立ALE （Automatic Link Establishment）：根據LQA矩陣，系統全自動建立通信鏈路，這一功能稱為自動鏈路建立ALE的功能。

　　它是基于接受自動掃描、選擇呼叫和LQA綜合運用的結果，也是2G—ALE與1G—ALE系統的最大區別。

　　（六）信道自動切換：在通信過程中，遇到電波傳播條件變壞或嚴重干擾，短波自適應通信系統可以切換信道，使通信頻率自動調到LQA矩陣中次佳頻率上。

　　3G—ALE通信系統

　　在2G—ALE通信系統基礎上，3G—ALE通信系統進行了許多改進：

　　1。駐留組劃分

　　引人了駐留組（Dwell Group）的概念，將網絡中的所有電臺劃分成多個駐留組。

　　同一時間、同一組內的電臺工作在同一信道上，而不同的組工作在不同的信道上，降低系統的阻塞。

　　2。地址結構

　　網內的每一個臺站分配一個單獨的11比特地址，低5位為駐留組號，高6位為組內成員號。

　　網內最多有32個駐留組，每組最多有60個臺站，網內最多可容納32×60 =1920個臺站。

　　3。信道分離技術

　　采用呼叫信道和數據流信道分離，并保持呼叫信道與數據流信道相鄰，以使它們在傳輸特性上保持一致，有利于對傳輸信道的監聽，保證信息傳送的高效率和鏈路建立的快速性。

　　4。時隙結構

　　電臺在每個信道上的駐留時間為5。4s，共分為6個時隙。

　　其中第1時隙用于調諧和監聽，第2～5時隙用于呼叫和應答，第6時隙保留作為握手、通知等。

　　劃分時隙技術減少信道擁擠。

　　ALE通信系統很好地解決了短波通信的頻率選擇問題，但是也不可避免地帶來探測呼叫大量占用網絡通信時間、選擇和適應頻率的局限性、建立通信鏈路慢等問題。

　　最近，澳大利亞柯頓公司最新研制的NG下自優化電臺，基于過去用過的信道（頻率）、收發鏈路（雙方的聯絡信息）和登陸時間等信建立的CALM智能化鏈路質量數據庫，較好地解決這些問題。

　　短波通信新技術與新體制【2】

　　【摘 要】隨著微處理器技術、數字信號處理技術（DSP）技術、自適應技術、擴頻通信技術等現代技術的應用，大大提高了短波通信的質量和數據傳輸速率，增強了自動化、新業力能力，提高了自適應與抗干擾能力，形成了現代短波通信新技術、短波通信裝備數字化與網絡技術等。

　　【關鍵詞】短波;信道;終端;網絡技術

　　短波按照國際無線電咨詢委員會（CCIR）的劃分是指波長在100m～10m，頻率為3MHZ～30MHZ的電磁波。

　　利用短波進行的無線電通信稱為短波通信，又稱高頻通信。

　　實際上，為了充分利用短波近距離通信的優點，短波通信實際使用的頻率范圍為1。5MHZ～30MHZ。

　　自從1921年發生在意大利羅馬的一次意外事故，短波被發現可實現遠距離通信以來，短波通信迅速發展，成為了世界各國中、遠程通信的主要手段，被廣泛地用于政府、軍事、外交、氣象、商業等部門，用以傳送電報、電話、傳真、低速數據和圖像、語音廣播等信息。

　　在衛星通信出現以前，短波在國際通信、防汛救災、海灘救援以及軍事通信等方面發揮了獨特的重要作用。

　　20世紀80年代以來，計算機、移動通信和微電子技術的迅猛發展，促進了短波通信技術和裝備的更新換代。

　　特別是隨著微處理器技術、數字信號處理技術（DSP）技術、自適應技術、擴頻通信技術等現代技術的應用，大大提高了短波通信的質量和數據傳輸速率，增強了自動化、新業力能力，提高了自適應與抗干擾能力，形成了現代短波通信新技術、短波通信裝備數字化與網絡技術等。

　　一、現代短波信道技術

　　現代短波信道技術主要分為兩大類：一類是針對短波變參信道的特點，為了克服短波空間信道的不穩定怕對通信質理的影響，提高短波通信，特別是短波數據通信的可靠性和有效性而發展起來的，稱之為信道自適應技術。

　　這一類技術以短波實時選頻與頻率自適應技術為主體。

　　它使短波通信系統能實時地或近實時地選用最佳工作頻率，以適應電離層的種種變化，同時起克服多徑衰落影響和回避鄰近電臺干擾及其他干擾的作用。

　　可以說，這方面技術對于提高短波通信的可靠性與有效性具有關鍵的意義。

　　事實上，近些年來短波通信技術最重要、最顯著發展進步正是在這個方面。

　　盡管自適應技術在短波通信中得到了多方面的應用，除頻率自適應外，還有自適應均衡、自適應調制解調、傳輸速率自適應等等，但在很多場合所說的短波自適應通信或短波自適應技術，實際上就是指短波頻率自適應通信或短波頻率自適應技術。

　　另一類是針對短波通信存在的保密性不強、抗干擾能力差的弱點，以及電磁斗爭的特點和規律，為了提高短波通信在電子環境中的生存能力，以及抗測向、抗偵察、抗截獲、抗干擾等防御能力而發展起來的，稱之為短波通信電子防御技術。

　　這一類技術以短波擴頻通信技術為主，包括短波跳頻和自適應跳頻技術，以及短波直接序列擴頻技術等。

　　短波跳頻通信（直）是在收發雙方約定的情況下不斷地改變工作頻率而進行的通信。

　　由于工作頻率受偽隨機碼的控制，因此跳頻通信具有很強的抗截獲、抗x聽及抗干擾能力。

　　與其它頻段的跳頻通信不同，短波跳頻通信由于受到天波信道特性、天調阻抗匹配時間、信道切換時間等限制，跳頻帶寬一般小于短波頻段寬度，在幾十千赫到幾兆赫。

　　只有地波傳播低速跳頻才能做到全頻段跳頻。

　　常規的短波跳頻速率一般在幾十到幾百跳每秒。

　　短波自適應跳頻通信是在短波跳頻通信技術基礎上發展起來的。

　　由于構建兩地間的短波通信，受電離層信道和電磁干擾的影響，并不是任意一組頻率都能夠建立起通信鏈路實現通信的。

　　短波自適應跳頻通信技頻率自適應技術和跳頻技術結合起來，通過頻率自適應選出可通的“好頻率”作為跳頻頻率表，從而避免了盲目性，提高了可通率。

　　與常規跳頻通信體制相比，自適應跳頻通信的體制的抗干擾性能大大加強。

　　目前，短波跳頻技術體制正逐步實現由窄帶模擬跳頻向寬帶數字跳頻，慢速跳頻向中高速跳頻體制轉變，并重點發展自適應跳頻體制，以提高抗跟蹤式、瞄準式和阻塞式干擾的能力。

　　新一代短波寬帶高速數字跳頻通信系統，由于在高速跳頻頻率合成器、寬帶天線、寬帶功放，以及快速信道探測等關鍵技術上取得了突破，每秒跳速可達2560跳。

　　當然，無論是短波跳頻通信技術，還是短波直接序列擴頻技術，不僅對提高短波通信電子防御能力具有重要的作用，而且對于改善短波信道性能，提高通信特別是數據通信的可靠性和有效性也具有良好的作用，從一定意義上講，短波擴頻通信技術是實現短波高速數據傳輸的主要選擇之一。

　　除此以外，現代短波通信信道技術還包括短波自適應天線、高仰角天線、以及分集接收技術等。

　　二、現代短波通信終端技術

　　狹義地講，在通信系統中，作為信息發送和接收的硬件設備稱之為通信終端。

　　傳統的短波通信終端包括電傳機、電鍵、電子鍵、送受話器等。

　　廣義地講，通信終端作為人們享用通信業務的直接工具，承擔著為用戶提供良好的界面，完成所需業務功能和接入網絡等多方面任務。

　　例如，在數字通信系統中，要實現信源與信宿間的數據通信，除了必要的編譯碼設備和差錯控制設備以外，為了適應不同信道的.傳輸特性，還必須采用適當的傳輸技術對數據進行必要的轉換，以達到最佳的傳輸性能。

　　因此，調制解調器便成為數據通信業務中最常用的終端設備之一。

　　現代短波通信技術，主要針對短波通信存在嚴重的電磁干擾的特點，為了滿足人們對數據業務，特別是高速數據業務的需求，圍繞著提高數據傳輸的可靠性及有效性傳輸速率而發展起來的。

　　它主要包括短波調制解調器技術，差錯控制技術等。

　　調制解調器是實現短波數據通信的關鍵部件，按調制方式分為多音并行和單音串行兩種體制。

　　1。多音并行體制。

　　在話音通帶內，把高速串行信道分裂成多個低速并行信道，以若干個副載波在基帶有效帶寬內并行傳輸信息，接收機輸出多路數據信息，分路后分別進行數據解調，得到多路低速路據信號，經過重新組合恢復成高速數據流。

　　每個副載波承載的數據率相當低，碼元長度相當于多徑時延已足夠大，能抗多徑衰落影響。

　　常用的多音有16音、39音、52音，新型多音并行調制解調器采用FEC、分集、多普勒頻移校正和DSP技術。

　　2。單音串行體制。

　　在一個話路帶寬內，串行發送高速數據信號。

　　發送端采用SPSK調制，接收端采用高效自適應均衡，序列檢測和信道估值綜合技術，消除了多徑傳播和信道畸變引起的碼間串擾。

　　串行體制不存在功率分散問題，在相同傳輸速率下，誤碼率比并行制改善1個～2個數量級，大大提高了傳輸質量。

　　三、短波通信裝備數字化與網絡技術

　　微電子技術的發展，促進大規模集成電路，微處理機在短波通信設備中的廣泛應用，短波通信裝備集成化、小型化、通用化程度大大加強，技術性能顯著提高。

　　在短波電臺中頻部分對信號進行數字化處理，用軟件編程靈活地實現寬帶數字濾波、直接數字頻率合成、數字上下變頻、調制解調、糾錯編碼、加密解密等。

　　軟件無線電臺的高度可編程性，對于引入新業務、新技術非常方便，通過更換軟件版本或個別硬件模塊，電強容易升級換代，并大大縮短研制周期，降低產品開發成本。

　　現代短波通信網絡技術主要包括短波跳頻電臺組網技術和短波數據通信網絡技術等。

　　短波跳頻電臺組網具有特殊性，跳頻網絡是一個復雜的隨機時序系統，實現跳頻互通，技術體制和系統所有參數要完全相同，還要進行管理和授權。

　　短波跳頻電臺有同步組網和異步組網兩種方式。

　　一般短波跳頻跳速慢，同步保持時間長，大多采用同步保持法組網，由一部電臺發出同步信號完成初始同步，在通信過程中隨機地補發一些同步校正信號，以消除各臺之間時鐘誤差。

　　上述短波通信新技術、新體制，都是針對解決短波通信存在的問題而產生和發展起來的。

　　其中有的已經在短波通信中發揮積極作用，有的即將進入實用階段。

　　它們會進一步發掘短波通信潛力，使短波通信在信息社會和信息戰中發揮出更大的作用。

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