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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，廣泛應(yīng)用于政府、軍事、外交、氣象、商業(yè)等部門，但也存在固有的缺點。
本文介紹了短波自適應(yīng)頻率、DSP數(shù)字消噪、無盲區(qū)通信以及短波組網(wǎng)等新技術(shù)的一般原理、性能特點、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(yīng)頻率;DSP數(shù)字消噪;無盲區(qū)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(nèi)，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?shù)囊环N通信手段。
短波通信與其它通信方式相比，有自身的優(yōu)點：通信距離遠，在數(shù)千公里范圍內(nèi)短波不需要轉(zhuǎn)發(fā)器就可進行超視距通信;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(zhàn)爭或災(zāi)害，各種通信網(wǎng)絡(luò)都可能受到破壞，衛(wèi)星也可能受到攻擊，但電離層具有不可摧毀性;接收設(shè)備簡單，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，短波通信一直是世界各國中、遠程通信的主要手段，廣泛應(yīng)用于政府、軍事、外交、氣象、商業(yè)等部門。
短波通信也存在固有的缺點：多徑衰落現(xiàn)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(qū)內(nèi)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(qū)域，形成了短波通信的盲區(qū);電離層暴變嚴重干擾短波通信，電離層參數(shù)受太陽等外界影響，F(xiàn)2層的電子濃度、有效高度以及電離層結(jié)構(gòu)將產(chǎn)生不規(guī)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(dǎo)航、水上安全、搶險救災(zāi)、軍事通信等方面的廣泛應(yīng)用，其穩(wěn)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(zhàn)的同時，短波通信新技術(shù)發(fā)展也面臨著前所未有的機遇。
二、自適應(yīng)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(jié)、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(tǒng)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(zhì)量最有效的途徑。
實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵是采用短波自適應(yīng)頻率技術(shù)，目前自適應(yīng)頻率經(jīng)歷了短波頻率管理、2G—ALE兩個成熟階段，正向3G—ALE發(fā)展。
（一）頻率管理系統(tǒng)
短波頻率管理系統(tǒng)是在一定區(qū)域內(nèi)組成頻率管理網(wǎng)格，在短波范圍內(nèi)測量和分析各種信道參數(shù)和干擾分布，根據(jù)綜合分析和計算結(jié)果，得到通信質(zhì)量優(yōu)劣的頻率排序表，統(tǒng)一分配給區(qū)域內(nèi)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(zhì)是對區(qū)域內(nèi)的用戶提供實時頻率預(yù)報，采用的技術(shù)稱為實時信道估值RTCE（Real Time Channel Evaluation）技術(shù)。
頻率管理系統(tǒng)的特點是通信與探測分離，探測設(shè)備昂貴，這一發(fā)展過程也稱為短波自適應(yīng)技術(shù)的1G—ALE階段。
（二）2G—ALE通信系統(tǒng)
20世紀80年代中期，出現(xiàn)了在通信系統(tǒng)中直接采用RTCE技術(shù)，對短波信道進行探測、評估和通信一并完成的短波自適應(yīng)電臺。
這種電臺能夠?qū)崟r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)量最佳的信道上進行。
2G—ALE通信系統(tǒng)具備如下功能：
�。ㄈ╂溌焚|(zhì)量分析LQA （Link Quality Analysis）：在2G—ALE通信系統(tǒng)中，RTCE功能稱為鏈路質(zhì)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(shù)據(jù)存儲在LQA矩陣中。
實際通信時，系統(tǒng)根據(jù)LQA矩陣中各信道的排列次序，擇優(yōu)選取工作頻率。
�。ㄋ模┳詣訏呙杞邮眨簽榱私邮者x擇呼叫和進行LQA試驗，網(wǎng)中所有電臺都具有自動掃描接收功能，可在預(yù)先規(guī)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。
（五）自動鏈路建立ALE （Automatic Link Establishment）：根據(jù)LQA矩陣，系統(tǒng)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(jié)果，也是2G—ALE與1G—ALE系統(tǒng)的最大區(qū)別。
�。┬诺雷詣忧袚Q：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(yīng)通信系統(tǒng)可以切換信道，使通信頻率自動調(diào)到LQA矩陣中次佳頻率上。
3G—ALE通信系統(tǒng)
在2G—ALE通信系統(tǒng)基礎(chǔ)上，3G—ALE通信系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)中的所有電臺劃分成多個駐留組。
同一時間、同一組內(nèi)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(tǒng)的阻塞。
2。地址結(jié)構(gòu)
網(wǎng)內(nèi)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(nèi)成員號。
網(wǎng)內(nèi)最多有32個駐留組，每組最多有60個臺站，網(wǎng)內(nèi)最多可容納32×60 =1920個臺站。
3。信道分離技術(shù)
采用呼叫信道和數(shù)據(jù)流信道分離，并保持呼叫信道與數(shù)據(jù)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(jiān)聽，保證信息傳送的高效率和鏈路建立的快速性。
4。時隙結(jié)構(gòu)
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(diào)諧和監(jiān)聽，第2～5時隙用于呼叫和應(yīng)答，第6時隙保留作為握手、通知等。
劃分時隙技術(shù)減少信道擁擠。
ALE通信系統(tǒng)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(wǎng)絡(luò)通信時間、選擇和適應(yīng)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(yōu)化電臺，基于過去用過的信道（頻率）、收發(fā)鏈路（雙方的聯(lián)絡(luò)信息）和登陸時間等信建立的CALM智能化鏈路質(zhì)量數(shù)據(jù)庫，較好地解決這些問題。
短波通信新技術(shù)與新體制【2】
【摘 要】隨著微處理器技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)（DSP）技術(shù)、自適應(yīng)技術(shù)、擴頻通信技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了短波通信的質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率，增強了自動化、新業(yè)力能力，提高了自適應(yīng)與抗干擾能力，形成了現(xiàn)代短波通信新技術(shù)、短波通信裝備數(shù)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(yōu)點，短波通信實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(xiàn)可實現(xiàn)遠距離通信以來，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，用以傳送電報、電話、傳真、低速數(shù)據(jù)和圖像、語音廣播等信息。
在衛(wèi)星通信出現(xiàn)以前，短波在國際通信、防汛救災(zāi)、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，計算機、移動通信和微電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，促進了短波通信技術(shù)和裝備的更新?lián)Q代。
特別是隨著微處理器技術(shù)、數(shù)字信號處理技術(shù)（DSP）技術(shù)、自適應(yīng)技術(shù)、擴頻通信技術(shù)等現(xiàn)代技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了短波通信的質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率，增強了自動化、新業(yè)力能力，提高了自適應(yīng)與抗干擾能力，形成了現(xiàn)代短波通信新技術(shù)、短波通信裝備數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等。
一、現(xiàn)代短波信道技術(shù)
現(xiàn)代短波信道技術(shù)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(wěn)定怕對通信質(zhì)理的影響，提高短波通信，特別是短波數(shù)據(jù)通信的可靠性和有效性而發(fā)展起來的，稱之為信道自適應(yīng)技術(shù)。
這一類技術(shù)以短波實時選頻與頻率自適應(yīng)技術(shù)為主體。
它使短波通信系統(tǒng)能實時地或近實時地選用最佳工作頻率，以適應(yīng)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(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。
事實上，近些年來短波通信技術(shù)最重要、最顯著發(fā)展進步正是在這個方面。
盡管自適應(yīng)技術(shù)在短波通信中得到了多方面的應(yīng)用，除頻率自適應(yīng)外，還有自適應(yīng)均衡、自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)、傳輸速率自適應(yīng)等等，但在很多場合所說的短波自適應(yīng)通信或短波自適應(yīng)技術(shù)，實際上就是指短波頻率自適應(yīng)通信或短波頻率自適應(yīng)技術(shù)。
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(guī)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)展起來的，稱之為短波通信電子防御技術(shù)。
這一類技術(shù)以短波擴頻通信技術(shù)為主，包括短波跳頻和自適應(yīng)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(diào)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(guī)的短波跳頻速率一般在幾十到幾百跳每秒。
短波自適應(yīng)跳頻通信是在短波跳頻通信技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
由于構(gòu)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(xiàn)通信的。
短波自適應(yīng)跳頻通信技頻率自適應(yīng)技術(shù)和跳頻技術(shù)結(jié)合起來，通過頻率自適應(yīng)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(guī)跳頻通信體制相比，自適應(yīng)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)體制正逐步實現(xiàn)由窄帶模擬跳頻向?qū)拵?shù)字跳頻，慢速跳頻向中高速跳頻體制轉(zhuǎn)變，并重點發(fā)展自適應(yīng)跳頻體制，以提高抗跟蹤式、瞄準(zhǔn)式和阻塞式干擾的能力。
新一代短波寬帶高速數(shù)字跳頻通信系統(tǒng)，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(guān)鍵技術(shù)上取得了突破，每秒跳速可達2560跳。
當(dāng)然，無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(shù)據(jù)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)是實現(xiàn)短波高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕x擇之一。
除此以外，現(xiàn)代短波通信信道技術(shù)還包括短波自適應(yīng)天線、高仰角天線、以及分集接收技術(shù)等。
二、現(xiàn)代短波通信終端技術(shù)
狹義地講，在通信系統(tǒng)中，作為信息發(fā)送和接收的硬件設(shè)備稱之為通信終端。
傳統(tǒng)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(yè)務(wù)的直接工具，承擔(dān)著為用戶提供良好的界面，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(shù)字通信系統(tǒng)中，要實現(xiàn)信源與信宿間的數(shù)據(jù)通信，除了必要的編譯碼設(shè)備和差錯控制設(shè)備以外，為了適應(yīng)不同信道的.傳輸特性，還必須采用適當(dāng)?shù)膫鬏敿夹g(shù)對數(shù)據(jù)進行必要的轉(zhuǎn)換，以達到最佳的傳輸性能。
因此，調(diào)制解調(diào)器便成為數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)中最常用的終端設(shè)備之一。
現(xiàn)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，為了滿足人們對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別是高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，圍繞著提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃约坝行詡鬏斔俾识l(fā)展起來的。
它主要包括短波調(diào)制解調(diào)器技術(shù)，差錯控制技術(shù)等。
調(diào)制解調(diào)器是實現(xiàn)短波數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵部件，按調(diào)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(nèi)，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(nèi)并行傳輸信息，接收機輸出多路數(shù)據(jù)信息，分路后分別進行數(shù)據(jù)解調(diào)，得到多路低速路據(jù)信號，經(jīng)過重新組合恢復(fù)成高速數(shù)據(jù)流。
每個副載波承載的數(shù)據(jù)率相當(dāng)?shù)�，碼元長度相當(dāng)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(diào)制解調(diào)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。
在一個話路帶寬內(nèi)，串行發(fā)送高速數(shù)據(jù)信號。
發(fā)送端采用SPSK調(diào)制，接收端采用高效自適應(yīng)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?dāng)_。
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(shù)量級，大大提高了傳輸質(zhì)量。
三、短波通信裝備數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)
微電子技術(shù)的發(fā)展，促進大規(guī)模集成電路，微處理機在短波通信設(shè)備中的廣泛應(yīng)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)性能顯著提高。
在短波電臺中頻部分對信號進行數(shù)字化處理，用軟件編程靈活地實現(xiàn)寬帶數(shù)字濾波、直接數(shù)字頻率合成、數(shù)字上下變頻、調(diào)制解調(diào)、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(yè)務(wù)、新技術(shù)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(chǎn)品開發(fā)成本。
現(xiàn)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(shù)據(jù)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)是一個復(fù)雜的隨機時序系統(tǒng)，實現(xiàn)跳頻互通，技術(shù)體制和系統(tǒng)所有參數(shù)要完全相同，還要進行管理和授權(quán)。
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，同步保持時間長，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，在通信過程中隨機地補發(fā)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(shù)、新體制，都是針對解決短波通信存在的問題而產(chǎn)生和發(fā)展起來的。
其中有的已經(jīng)在短波通信中發(fā)揮積極作用，有的即將進入實用階段。
它們會進一步發(fā)掘短波通信潛力，使短波通信在信息社會和信息戰(zhàn)中發(fā)揮出更大的作用。
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