浅析短波通信新技术

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　　摘要：短波通信有自身独特的优点，广泛应用于政府、军事、外交、气象、商业等部门，但也存在固有的缺点。本文介绍了短波自适应频率、DSP数字消噪、无盲区通信以及短波组网等新技术的一般原理、性能特点、产品及相关情况，分析了短波通信发展需求和趋势，为同行提供参考、借鉴。.htm
　　关键词：短波；自适应频率；DSP数字消噪；无盲区通信
　　中图分类号：TN014 文献标识码：A 文章编号：1007-9599 (2012) 10-0000-02
　　一、引言
　　短波通信又称高频（HF）通信是指在3M-30MHz频段范围内，通过电离层反射进行远距离传输或通过地波进行近距离传输的一种通信手段。短波通信与其它通信方式相比，有自身的优点：通信距离远，在数千公里范围内短波不需要转发器就可进行超视距通信；抗毁性强，短波是唯一不受网络枢纽和有源中继体制约的远程通信手段，一旦发生战争或灾害，各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击，但电离层具有不可摧毁性；接收设备简单，对于广播业务，接收端只需要配置短波接收机即可。正是由于这些优点，短波通信一直是世界各国中、远程通信的主要手段，广泛应用于政府、军事、外交、气象、商业等部门。
　　短波通信也存在固有的缺点：多径衰落现象严重，短波在电离层反射的传播过程中，信号振幅变化达几十倍，甚至几百倍；盲区内通信困难，一般来说，短波通过地波传播最远距离约为30公里，而天波从电离层第一次反射落地的最短距离约为100公里，因此30公里至100公里的区域，形成了短波通信的盲区；电离层暴变严重干扰短波通信，电离层参数受太阳等外界影响，F2层的电子浓度、有效高度以及电离层结构将产生不规则变化，使电离层的最高可用频率降低，甚至完全破坏而使短波通信中断。
　　近年来，随着短波通信在航空导航、水上安全、抢险救灾、军事通信等方面的广泛应用，其稳定性和可靠性差的缺点日益突出，给短波通信研究带来了很大的挑战的同时，短波通信新技术发展也面临着前所未有的机遇。
　　二、自适应频率
　　短波信道(电离层)是一种典型时变色散信道，其路径损耗、时延散布、噪声和干扰等都随频率、地点、季节、昼夜的变化不断变化，因此，短波通信中工作频率是不能任意选择的。统计表明，即使在夜间通信环境最坏的情况下，短波频段也有4%左右的无噪声信道，而中午约有27%的信道干扰很小或不存在干扰。所以，实时避开干扰，找出具有良好传播条件的无噪声信道是提高短波通信质量最有效的途径。实现这一目标的关键是采用短波自适应频率技术，目前自适应频率经历了短波频率管理、2G-ALE两个成熟阶段，正向3G-ALE发展。
　　（一）频率管理系统
　　短波频率管理系统是在一定区域内组成频率管理网格，在短波范围内测量和分析各种信道参数和干扰分布，根据综合分析和计算结果，得到通信质量优劣的频率排序表，统一分配给区域内各短波通信用户，使用户在最佳工作频率上的建立通信链路。短波频率管理实质是对区域内的用户提供实时频率预报，采用的技术称为实时信道估值RTCE(Real Time Channel Evaluation)技术。频率管理系统的特点是通信与探测分离，探测设备昂贵，这一发展过程也称为短波自适应技术的1G-ALE阶段。
　　（二）2G-ALE通信系统
　　20世纪80年代中期，出现了在通信系统中直接采用RTCE技术，对短波信道进行探测、评估和通信一并完成的短波自适应电台。这种电台能够实时选择出最佳的短波通信信道，使得短波工作频率随信道条件变化而改变，确保了通信始终在质量最佳的信道上进行。2G-ALE通信系统具备如下功能：
　　（三）链路质量分析LQA (Link Quality Analysis)：在2G-ALE通信系统中，RTCE功能称为链路质量分析LQA。一般LQA都是在通信前或间隙中进行的，并且只在有限短波信道上进行，所获得的数据存储在LQA矩阵中。实际通信时，系统根据LQA矩阵中各信道的排列次序，择优选取工作频率。
　　（四）自动扫描接收：为了接收选择呼叫和进行LQA试验，网中所有电台都具有自动扫描接收功能，可在预先规定的若干信道上循环扫描，等候呼叫信号或者LQA探测信号。
　　（五）自动链路建立ALE (Automatic Link Establishment)：根据LQA矩阵，系统全自动建立通信链路，这一功能称为自动链路建立ALE的功能。它是基于接受自动扫描、选择呼叫和LQA综合运用的结果，也是2G-ALE与1G-ALE系统的最大区别。
　　（六）信道自动切换：在通信过程中，遇到电波传播条件变坏或严重干扰，短波自适应通信系统可以切换信道，使通信频率自动调到LQA矩阵中次佳频率上。
　　3G-ALE通信系统
　　在2G-ALE通信系统基础上，3G-ALE通信系统进行了许多改进：
　　1.驻留组划分
　　引人了驻留组(Dwell Group)的概念，将网络中的所有电台划分成多个驻留组。同一时间、同一组内的电台工作在同一信道上，而不同的组工作在不同的信道上，降低系统的阻塞。
　　2.地址结构
　　网内的每一个台站分配一个单独的11比特地址，低5位为驻留组号，高6位为组内成员号。网内最多有32个驻留组，每组最多有60个台站，网内最多可容纳32×60 =1920个台站。
　　3.信道分离技术
　　采用呼叫信道和数据流信道分离，并保持呼叫信道与数据流信道相邻，以使它们在传输特性上保持一致，有利于对传输信道的监听，保证信息传送的高效率和链路建立的快速性。
　　4.时隙结构
　　电台在每个信道上的驻留时间为5.4s，共分为6个时隙。其中第1时隙用于调谐和监听，第2～5时隙用于呼叫和应答，第6时隙保留作为握手、通知等。划分时隙技术减少信道拥挤。
　　ALE通信系统很好地解决了短波通信的频率选择问题，但是也不可避免地带来探测呼叫大量占用网络通信时间、选择和适应频率的局限性、建立通信链路慢等问题。最近，澳大利亚柯顿公司最新研制的NG下自优化电台，基于过去用过的信道(频率)、收发链路(双方的联络信息)和登陆时间等信建立的CALM智能化链路质量数据库，较好地解决这些问题。