一種非對稱多通道技術(shù)在短波應(yīng)急通信中的應(yīng)用

謝 明，唐光亮

0 引言

短波通信由于其具有建設(shè)和維護(hù)費用低、建設(shè)周期短、設(shè)備小、容易隱蔽、不需要建立中繼站即可實現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信、既適用于固定通信也適用于移動通信、傳播介質(zhì)不可摧毀等特點，使短波通信在很多應(yīng)急條件尤其在軍事通信中具有不可替代的地位和作用。但短波通信的性能受限于窄帶、時變的信道特性，導(dǎo)致通信可靠性差，數(shù)據(jù)傳輸速率不高，通常人們采用自適應(yīng)選頻技術(shù)、高速調(diào)制解調(diào)技術(shù)、短波組網(wǎng)技術(shù)等來改進(jìn)。近年來人們又將空間分集技術(shù)、頻率分集技術(shù)(以下稱為多通道技術(shù))應(yīng)用在短波通信中［1］。文中將非對稱多通道技術(shù)應(yīng)用在短波應(yīng)急通信中提高了應(yīng)急條件下短波通信的可通率和可靠性。即通過空間復(fù)用帶來復(fù)用增益，以提高信息傳輸速率，通過空間分集、頻率分集克服短波信道衰落，以提高短波傳輸?shù)南到y(tǒng)可靠性。在該系統(tǒng)中，可根據(jù)環(huán)境的不同，選擇恰當(dāng)?shù)男畔鬏斔俾屎头旨鲆?，獲得最優(yōu)的短波應(yīng)急通信效果。

1 非對稱多通道技術(shù)簡介

多通道技術(shù)是通過多個信道(時間、頻率或者空間)接收到承載相同信息的多個副本，由于多個信道的傳輸特性不同，信號多個副本的衰落就不會相同，接收機使用多個副本包含的信息能比較正確的恢復(fù)出原發(fā)送信號，從而提高接收信號正確判決率，通常也稱為分集技術(shù)。分集技術(shù)可分為空間分集、頻率分集、時間分集和極化分集等。非對稱多通道技術(shù)就是在信息傳輸?shù)膬蓚€方向上采用不同的分集方式來提高系統(tǒng)的傳輸可靠性［2］。

2 非對稱多通道技術(shù)在短波應(yīng)急通信系統(tǒng)中的應(yīng)用及實現(xiàn)

短波應(yīng)急通信系統(tǒng)通常由應(yīng)急指揮中心和若干機動短波通信站組成，應(yīng)急指揮中心通過短波信道傳輸信息，對機動短波通信站進(jìn)行指揮通信。

在短波應(yīng)急通信中，應(yīng)急指揮中心向機動短波通信站方向稱為前向通信，反之則稱為后向通信。前向通信時采用多通道接收機實現(xiàn)多發(fā)多收，后向通信時采用多點接收實現(xiàn)單發(fā)多收，前、后向通信采用非對稱多通道方式。

2． 1 前向多通道技術(shù)及實現(xiàn)方式

隨著信息技術(shù)以及數(shù)字信號處理技術(shù)的發(fā)展，實現(xiàn)多通道短波收信機已經(jīng)沒有技術(shù)難度，目前已開發(fā)出8通道小型化短波收信機產(chǎn)品，隨著技術(shù)的發(fā)展，研制數(shù)十個通道的短波收信機已成為可能。

當(dāng)應(yīng)急指揮中心向現(xiàn)場機動短波站發(fā)送信息時，充分利用多通道接收機的優(yōu)勢，指揮中心在多個頻率上同時發(fā)送信息，機動站則同時接收多個頻率的信號。發(fā)送頻率可通過頻率規(guī)劃覆蓋短波頻段的低、中、高段，確保覆蓋可通頻率窗口。多通道收發(fā)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 多通道收發(fā)結(jié)構(gòu)示意Fig．1 Schematic diagram of MIMO

該方法通過利用多通道接收機，以增加發(fā)送通道和接收通道的方式避免短波通信的頻率選擇性問題，結(jié)構(gòu)簡單可靠，只要有一個頻率接收正確即可。當(dāng)然，如果在接收端進(jìn)一步利用頻率分集處理技術(shù)，對多個頻率接收的信號進(jìn)行分集處理，效果會進(jìn)一步提高，即使在所有頻率都未正確接收時，可通過頻率分集處理還原正確信息。

2． 2 后向多通道接收技術(shù)及實現(xiàn)方式

在相反方向，當(dāng)機動短波站向應(yīng)急指揮中心發(fā)送信息時，由于機動站受到空間及其他條件限制，不能使用多個通道發(fā)送，則充分利用應(yīng)急指揮中心固定通信站的優(yōu)勢，通過有線網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)多個分散的接收站，則采用單點發(fā)送多點接收的多通道接收技術(shù)，充分利用短波通信空間分集效果，多通道接收結(jié)構(gòu)如圖2 所示［3］。

圖2 多通道接收結(jié)構(gòu)示意Fig．2 Schematic diagram of multi－channel receiver

在多通道接收結(jié)構(gòu)中，只需有一個接收點接收正確即可，也可利用空間分集處理技術(shù)對多點接收信號進(jìn)行分集處理，進(jìn)一步提高短波通信可靠性和效能。在實際應(yīng)用中，還可以通過機動短波站在不同頻率重復(fù)發(fā)送信息提高可靠性。

3 試驗數(shù)據(jù)對比及分析

通過試驗對比，前向通信時，采用頻率分集的多通道收發(fā)技術(shù)(8個頻率通道)與單發(fā)單收相比，單次呼叫的可通率從40%左右提高到92%左右，多通道收發(fā)技術(shù)(8個頻率通道)與2G－ALE頻率自適應(yīng)通信技術(shù)(8個自適應(yīng)頻率)相比，傳輸2K字節(jié)數(shù)據(jù)信息時，平均傳輸時間(含自適應(yīng)建鏈時間，無LQA表)從115秒左右減少到30秒左右。后向通信時，采用空間分集的多通道接收技術(shù)(8個接收通道)與單發(fā)單收相比，可通率從40%左右提高到85%左右，多通道接收技術(shù)(8個接收通道)與2G－ALE頻率自適應(yīng)通信技術(shù)(8個自適應(yīng)頻率)相比，傳輸2K字節(jié)數(shù)據(jù)信息時，平均傳輸時間(含自適應(yīng)建鏈時間，無LQA表)從115秒左右減少到30秒左右。

通過試驗數(shù)據(jù)對比可以看出，與單發(fā)單收相比，多通道收發(fā)通過多通道同時發(fā)送和接收提高可通率與可靠性，與自適應(yīng)通信技術(shù)相比，通過多通道發(fā)送和接收提高傳輸時效性。

4 結(jié)語

短波通信由于受到信道條件的限制，需要根據(jù)用戶需求在系統(tǒng)容量、可通率、可靠性和建設(shè)成本等方面進(jìn)行折中考慮，難以用一種技術(shù)滿足用戶的全部需求，文中所述僅是短波應(yīng)急通信技術(shù)的一種方法，突出非對稱利用空間分集與頻率分集效果，提高可通率與時效性;利用簡單的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)提高系統(tǒng)可靠性。但其多通道的特點會導(dǎo)致系統(tǒng)成本提高。該應(yīng)用方式比較適合于數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)傳輸，話音業(yè)務(wù)在多信道條件下還需要進(jìn)一步研究。

［1］ 唐光亮，劉國澤．短波接入組網(wǎng)技術(shù)［J］．通信技術(shù)．2008，41(06):41－42．TANG Guang－liang，LIU Guo－ze．The Access Network Technology of HF［J］．Communication Technology．2008，41(06):41－42．

［2］ 劉俊杰，王翔，唐光亮．第二代與第三代短波自動鏈路協(xié)議對比分析［J］．通信技術(shù)，2008，42(05):11－13．LIU Jun－jie，WANG Xiang，TANG Guang－liang．The Contrast Analysis of Second and Third Generation HF Automatic Link Protocol［J］．Communication Technology，2008，42(05):11－13．

［3］ 王翔，唐光亮．利用2G－ALE提高短波接入效率的一種思路［J］．通信技術(shù)，2010，43(11):4－5．WANG Xiang，TANG Guang－liang．An Idea for Improving Access Efficiency by 2G－ALE［J］．Communication Technology，2010，43(11):4－5．