短波通信新技術(shù)
短波通信新技術(shù)【1】
摘要：短波通信有自身獨特的優(yōu)點(diǎn)，廣泛應用于政府、軍事、外交、氣象、商業(yè)等部門(mén)，但也存在固有的缺點(diǎn)。
本文介紹了短波自適應頻率、DSP數字消噪、無(wú)盲區通信以及短波組網(wǎng)等新技術(shù)的一般原理、性能特點(diǎn)、產(chǎn)品及相關(guān)情況，分析了短波通信發(fā)展需求和趨勢，為同行提供參考、借鑒。
關(guān)鍵詞：短波;自適應頻率;DSP數字消噪;無(wú)盲區通信
一、引言
短波通信又稱(chēng)高頻（HF）通信是指在3M—30MHz頻段范圍內，通過(guò)電離層反射進(jìn)行遠距離傳輸或通過(guò)地波進(jìn)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(yōu)點(diǎn)：通信距離遠，在數千公里范圍內短波不需要轉發(fā)器就可進(jìn)行超視距通信;抗毀性強，短波是唯一不受網(wǎng)絡(luò )樞紐和有源中繼體制約的遠程通信手段，一旦發(fā)生戰爭或災害，各種通信網(wǎng)絡(luò )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(jiǎn)單，對于廣播業(yè)務(wù)，接收端只需要配置短波接收機即可。
正是由于這些優(yōu)點(diǎn)，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(yè)等部門(mén)。
短波通信也存在固有的缺點(diǎn)：多徑衰落現象嚴重，短波在電離層反射的傳播過(guò)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(lái)說(shuō)，短波通過(guò)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(yáng)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(chǎn)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(lái)，隨著(zhù)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(diǎn)日益突出，給短波通信研究帶來(lái)了很大的挑戰的同時(shí)，短波通信新技術(shù)發(fā)展也面臨著(zhù)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(shí)變色散信道，其路徑損耗、時(shí)延散布、噪聲和干擾等都隨頻率、地點(diǎn)、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(huán)境最壞的情況下，短波頻段也有4%左右的無(wú)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(shí)時(shí)避開(kāi)干擾，找出具有良好傳播條件的無(wú)噪聲信道是提高短波通信質(zhì)量最有效的途徑。
實(shí)現這一目標的關(guān)鍵是采用短波自適應頻率技術(shù)，目前自適應頻率經(jīng)歷了短波頻率管理、2G—ALE兩個(gè)成熟階段，正向3G—ALE發(fā)展。
�。ㄒ唬╊l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(wǎng)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(zhì)量?jì)?yōu)劣的'頻率排序表，統一分配給區域內各短波通信用戶(hù)，使用戶(hù)在最佳工作頻率上的建立通信鏈路。
短波頻率管理實(shí)質(zhì)是對區域內的用戶(hù)提供實(shí)時(shí)頻率預報，采用的技術(shù)稱(chēng)為實(shí)時(shí)信道估值RTCE（Real Time Channel Evaluation）技術(shù)。
頻率管理系統的特點(diǎn)是通信與探測分離，探測設備昂貴，這一發(fā)展過(guò)程也稱(chēng)為短波自適應技術(shù)的1G—ALE階段。
�。ǘ�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(shù)，對短波信道進(jìn)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(shí)時(shí)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(zhì)量最佳的信道上進(jìn)行。
2G—ALE通信系統具備如下功能：
�。ㄈ╂溌焚|(zhì)量分析LQA （Link Quality Analysis）：在2G—ALE通信系統中，RTCE功能稱(chēng)為鏈路質(zhì)量分析LQA。
一般LQA都是在通信前或間隙中進(jìn)行的，并且只在有限短波信道上進(jìn)行，所獲得的數據存儲在LQA矩陣中。
實(shí)際通信時(shí)，系統根據LQA矩陣中各信道的排列次序，擇優(yōu)選取工作頻率。
�。ㄋ模┳詣�(dòng)掃描接收：為了接收選擇呼叫和進(jìn)行LQA試驗，網(wǎng)中所有電臺都具有自動(dòng)掃描接收功能，可在預先規定的若干信道上循環(huán)掃描，等候呼叫信號或者LQA探測信號。
�。ㄎ澹┳詣�(dòng)鏈路建立ALE （Automatic Link Establishment）：根據LQA矩陣，系統全自動(dòng)建立通信鏈路，這一功能稱(chēng)為自動(dòng)鏈路建立ALE的功能。
它是基于接受自動(dòng)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。
�。┬诺雷詣�(dòng)切換：在通信過(guò)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(dòng)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(jìn)行了許多改進(jìn)：
1。駐留組劃分
引人了駐留組（Dwell Group）的概念，將網(wǎng)絡(luò )中的所有電臺劃分成多個(gè)駐留組。
同一時(shí)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(wǎng)內的每一個(gè)臺站分配一個(gè)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(wǎng)內最多有32個(gè)駐留組，每組最多有60個(gè)臺站，網(wǎng)內最多可容納32×60 =1920個(gè)臺站。
3。信道分離技術(shù)
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(tīng)，保證信息傳送的高效率和鏈路建立的快速性。
4。時(shí)隙結構
電臺在每個(gè)信道上的駐留時(shí)間為5。4s，共分為6個(gè)時(shí)隙。
其中第1時(shí)隙用于調諧和監聽(tīng)，第2～5時(shí)隙用于呼叫和應答，第6時(shí)隙保留作為握手、通知等。
劃分時(shí)隙技術(shù)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(wèn)題，但是也不可避免地帶來(lái)探測呼叫大量占用網(wǎng)絡(luò )通信時(shí)間、選擇和適應頻率的局限性、建立通信鏈路慢等問(wèn)題。
最近，澳大利亞柯頓公司最新研制的NG下自?xún)?yōu)化電臺，基于過(guò)去用過(guò)的信道（頻率）、收發(fā)鏈路（雙方的聯(lián)絡(luò )信息）和登陸時(shí)間等信建立的CALM智能化鏈路質(zhì)量數據庫，較好地解決這些問(wèn)題。
短波通信新技術(shù)與新體制【2】
【摘 要】隨著(zhù)微處理器技術(shù)、數字信號處理技術(shù)（DSP）技術(shù)、自適應技術(shù)、擴頻通信技術(shù)等現代技術(shù)的應用，大大提高了短波通信的質(zhì)量和數據傳輸速率，增強了自動(dòng)化、新業(yè)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(shù)、短波通信裝備數字化與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等。
【關(guān)鍵詞】短波;信道;終端;網(wǎng)絡(luò )技術(shù)
短波按照國際無(wú)線(xiàn)電咨詢(xún)委員會(huì )（CCIR）的劃分是指波長(cháng)在100m～10m，頻率為3MHZ～30MHZ的電磁波。
利用短波進(jìn)行的無(wú)線(xiàn)電通信稱(chēng)為短波通信，又稱(chēng)高頻通信。
實(shí)際上，為了充分利用短波近距離通信的優(yōu)點(diǎn)，短波通信實(shí)際使用的頻率范圍為1。5MHZ～30MHZ。
自從1921年發(fā)生在意大利羅馬的一次意外事故，短波被發(fā)現可實(shí)現遠距離通信以來(lái)，短波通信迅速發(fā)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(yè)等部門(mén)，用以傳送電報、電話(huà)、傳真、低速數據和圖像、語(yǔ)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(fā)揮了獨特的重要作用。
20世紀80年代以來(lái)，計算機、移動(dòng)通信和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，促進(jìn)了短波通信技術(shù)和裝備的更新?lián)Q代。
特別是隨著(zhù)微處理器技術(shù)、數字信號處理技術(shù)（DSP）技術(shù)、自適應技術(shù)、擴頻通信技術(shù)等現代技術(shù)的應用，大大提高了短波通信的質(zhì)量和數據傳輸速率，增強了自動(dòng)化、新業(yè)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(shù)、短波通信裝備數字化與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等。
一、現代短波信道技術(shù)
現代短波信道技術(shù)主要分為兩大類(lèi)：一類(lèi)是針對短波變參信道的特點(diǎn)，為了克服短波空間信道的不穩定怕對通信質(zhì)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(fā)展起來(lái)的，稱(chēng)之為信道自適應技術(shù)。
這一類(lèi)技術(shù)以短波實(shí)時(shí)選頻與頻率自適應技術(shù)為主體。
它使短波通信系統能實(shí)時(shí)地或近實(shí)時(shí)地選用最佳工作頻率，以適應電離層的種種變化，同時(shí)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(shuō)，這方面技術(shù)對于提高短波通信的可靠性與有效性具有關(guān)鍵的意義。
事實(shí)上，近些年來(lái)短波通信技術(shù)最重要、最顯著(zhù)發(fā)展進(jìn)步正是在這個(gè)方面。
盡管自適應技術(shù)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(chǎng)合所說(shuō)的短波自適應通信或短波自適應技術(shù)，實(shí)際上就是指短波頻率自適應通信或短波頻率自適應技術(shù)。
另一類(lèi)是針對短波通信存在的保密性不強、抗干擾能力差的弱點(diǎn)，以及電磁斗爭的特點(diǎn)和規律，為了提高短波通信在電子環(huán)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(fā)展起來(lái)的，稱(chēng)之為短波通信電子防御技術(shù)。
這一類(lèi)技術(shù)以短波擴頻通信技術(shù)為主，包括短波跳頻和自適應跳頻技術(shù)，以及短波直接序列擴頻技術(shù)等。
短波跳頻通信（直）是在收發(fā)雙方約定的情況下不斷地改變工作頻率而進(jìn)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(tīng)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(shí)間、信道切換時(shí)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(shù)基礎上發(fā)展起來(lái)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(shí)現通信的。
短波自適應跳頻通信技頻率自適應技術(shù)和跳頻技術(shù)結合起來(lái)，通過(guò)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(shù)體制正逐步實(shí)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(diǎn)發(fā)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(xiàn)、寬帶功放，以及快速信道探測等關(guān)鍵技術(shù)上取得了突破，每秒跳速可達2560跳。
當然，無(wú)論是短波跳頻通信技術(shù)，還是短波直接序列擴頻技術(shù)，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(shù)是實(shí)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(shù)還包括短波自適應天線(xiàn)、高仰角天線(xiàn)、以及分集接收技術(shù)等。
二、現代短波通信終端技術(shù)
狹義地講，在通信系統中，作為信息發(fā)送和接收的硬件設備稱(chēng)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(huà)器等。
廣義地講，通信終端作為人們享用通信業(yè)務(wù)的直接工具，承擔著(zhù)為用戶(hù)提供良好的界面，完成所需業(yè)務(wù)功能和接入網(wǎng)絡(luò )等多方面任務(wù)。
例如，在數字通信系統中，要實(shí)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(shù)對數據進(jìn)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(yè)務(wù)中最常用的終端設備之一。
現代短波通信技術(shù)，主要針對短波通信存在嚴重的電磁干擾的特點(diǎn)，為了滿(mǎn)足人們對數據業(yè)務(wù)，特別是高速數據業(yè)務(wù)的需求，圍繞著(zhù)提高數據傳輸的可靠性及有效性傳輸速率而發(fā)展起來(lái)的。
它主要包括短波調制解調器技術(shù)，差錯控制技術(shù)等。
調制解調器是實(shí)現短波數據通信的關(guān)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(huà)音通帶內，把高速串行信道分裂成多個(gè)低速并行信道，以若干個(gè)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(jìn)行數據解調，得到多路低速路據信號，經(jīng)過(guò)重新組合恢復成高速數據流。
每個(gè)副載波承載的數據率相當低，碼元長(cháng)度相當于多徑時(shí)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(shù)。
2。單音串行體制。
在一個(gè)話(huà)路帶寬內，串行發(fā)送高速數據信號。
發(fā)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(shù)，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(wèn)題，在相同傳輸速率下，誤碼率比并行制改善1個(gè)～2個(gè)數量級，大大提高了傳輸質(zhì)量。
三、短波通信裝備數字化與網(wǎng)絡(luò )技術(shù)
微電子技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)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(shù)性能顯著(zhù)提高。
在短波電臺中頻部分對信號進(jìn)行數字化處理，用軟件編程靈活地實(shí)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(wú)線(xiàn)電臺的高度可編程性，對于引入新業(yè)務(wù)、新技術(shù)非常方便，通過(guò)更換軟件版本或個(gè)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(chǎn)品開(kāi)發(fā)成本。
現代短波通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)主要包括短波跳頻電臺組網(wǎng)技術(shù)和短波數據通信網(wǎng)絡(luò )技術(shù)等。
短波跳頻電臺組網(wǎng)具有特殊性，跳頻網(wǎng)絡(luò )是一個(gè)復雜的隨機時(shí)序系統，實(shí)現跳頻互通，技術(shù)體制和系統所有參數要完全相同，還要進(jìn)行管理和授權。
短波跳頻電臺有同步組網(wǎng)和異步組網(wǎng)兩種方式。
一般短波跳頻跳速慢，同步保持時(shí)間長(cháng)，大多采用同步保持法組網(wǎng)，由一部電臺發(fā)出同步信號完成初始同步，在通信過(guò)程中隨機地補發(fā)一些同步校正信號，以消除各臺之間時(shí)鐘誤差。
上述短波通信新技術(shù)、新體制，都是針對解決短波通信存在的問(wèn)題而產(chǎn)生和發(fā)展起來(lái)的。
其中有的已經(jīng)在短波通信中發(fā)揮積極作用，有的即將進(jìn)入實(shí)用階段。
它們會(huì )進(jìn)一步發(fā)掘短波通信潛力，使短波通信在信息社會(huì )和信息戰中發(fā)揮出更大的作用。
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