短波通訊中頻率管理系統(tǒng)的應(yīng)用分析

寧曉衛(wèi)

摘 要：當(dāng)前遠(yuǎn)程通訊的主要采用的遠(yuǎn)程通訊方式便是短波通訊，但是在通訊的過(guò)程中會(huì)受到很多因素的影響，為了保證通訊的實(shí)時(shí)性以及可靠性、安全性，遠(yuǎn)程短波通訊開(kāi)始引入頻率管理系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程通訊的短波頻率動(dòng)態(tài)管理。文章便針對(duì)當(dāng)前遠(yuǎn)程短波通訊所使用的頻率管理系統(tǒng)進(jìn)行了論述，針對(duì)性的對(duì)系統(tǒng)所使用的技術(shù)進(jìn)行了拆分，以此促進(jìn)短波通訊系統(tǒng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：短波通訊；頻率管理；系統(tǒng)分析

1 概述

短波通訊目前被廣泛應(yīng)用于遠(yuǎn)程通訊，由于其設(shè)備簡(jiǎn)單，投資成本低且機(jī)動(dòng)性較強(qiáng)，抗損毀性強(qiáng)，因而商業(yè)、氣象以及軍事領(lǐng)域都廣泛的應(yīng)用該項(xiàng)通訊技術(shù)。在短波通訊中所利用的反射信道屬于電離層反射信道，具有時(shí)變性，屬于色散信道，因而會(huì)受到多方面因素的影響，其噪聲、干擾以及幅度衰落和多徑時(shí)延等會(huì)隨著空間、時(shí)間以及季節(jié)環(huán)境等因素的變化而發(fā)生改變。由于各類(lèi)干擾因素的存在，在短波通訊的過(guò)程中市場(chǎng)發(fā)生信息的阻斷現(xiàn)象。為了保證通訊能夠有效進(jìn)行，達(dá)到穩(wěn)定可靠的狀態(tài)，就需要對(duì)短波通訊的頻率進(jìn)行管理，針對(duì)車(chē)隊(duì)以及控制站之間的通訊網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實(shí)施管理。

2 基本資源分析

2.1 探測(cè)資源

短波通訊系統(tǒng)在進(jìn)行信息的傳遞過(guò)程中依賴(lài)于電磁波，通過(guò)天波的傳播完成信息的交流，而在傳播的過(guò)程中，電磁波會(huì)受到諸多環(huán)境因素的影響，其中包括認(rèn)為因素以及自然因素，但是傳播影響因素中最主要的為電離層參數(shù)。日夜交替以及太陽(yáng)活動(dòng)的影響都會(huì)對(duì)電離層參數(shù)造成影響，即控制點(diǎn)以及傳播反射點(diǎn)的電離層參數(shù)會(huì)發(fā)生巨大的變化，雖然該種變化依照時(shí)間具有一定的規(guī)律，但是人們?nèi)耘f無(wú)法預(yù)料其隨機(jī)起伏。為了能夠使得該種變化盡可能的為人們所控制了解，從而更準(zhǔn)確地對(duì)電離層變化參數(shù)予以預(yù)報(bào)，以此確定其對(duì)通訊電路影響，電離層探測(cè)環(huán)節(jié)是頻率控制系統(tǒng)的必須組成。在短波通訊系統(tǒng)的頻率管理系統(tǒng)中，探測(cè)資源的主要依據(jù)來(lái)自于電離層觀測(cè)網(wǎng)絡(luò)，包括垂測(cè)站、斜測(cè)站、斜向返回探測(cè)站和Chirp 探測(cè)站等。

圖1 短波頻率管理系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 軟件資源

在頻率管理中，軟件資源在整個(gè)管理系統(tǒng)中以及輔助決策的過(guò)程中數(shù)據(jù)重要資源，通過(guò)軟件資源能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)接口功能以及人機(jī)交互功能，作為將系統(tǒng)內(nèi)部資源以及通訊網(wǎng)絡(luò)外部資源進(jìn)行整合連接的重要紐帶，在頻率管理系統(tǒng)中，軟件資源發(fā)揮了重要作用。系統(tǒng)所使用的軟件資源主要包括通訊頻率決策、電磁兼容分析以及點(diǎn)播傳播計(jì)算、頻率預(yù)報(bào)等軟件，其中頻率預(yù)報(bào)依照頻率的不同還分為中長(zhǎng)期預(yù)報(bào)軟件以及實(shí)時(shí)預(yù)報(bào)軟件和短期預(yù)報(bào)軟件等。

2.3 數(shù)據(jù)資源

在頻率管理系統(tǒng)中，主要的數(shù)據(jù)資源來(lái)自無(wú)線電信息系統(tǒng)，除了由該系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)之外，還可以從電離層觀測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中獲得，而該數(shù)據(jù)庫(kù)中的信息主要來(lái)自通訊空間電離層探測(cè)，從而保證數(shù)據(jù)資源庫(kù)可以滿(mǎn)足各種需求，例如提供電離層的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)以及太陽(yáng)黑子相關(guān)數(shù)據(jù)和電離層的狀態(tài)等。

2.4 網(wǎng)絡(luò)資源

頻率管理系統(tǒng)中，系統(tǒng)需要配套建立起相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)資源，這是短波頻率管理系統(tǒng)建設(shè)的必要項(xiàng)目。短波通訊網(wǎng)絡(luò)中為了提高通訊品質(zhì)，在系統(tǒng)的應(yīng)用中將動(dòng)態(tài)管理模式引入系統(tǒng)。從而保證實(shí)施頻率分發(fā)可以發(fā)揮作用，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)頻率的動(dòng)態(tài)管理，而這一技術(shù)的應(yīng)用需要建立在相應(yīng)的網(wǎng)絡(luò)之上，只有保證頻率發(fā)布網(wǎng)絡(luò)穩(wěn)定才能實(shí)現(xiàn)頻率的管理目標(biāo)。

3 關(guān)鍵技術(shù)分析

動(dòng)態(tài)管理在短波通訊中的應(yīng)用主要指實(shí)時(shí)監(jiān)控通訊空間電磁環(huán)境以及電離層的動(dòng)態(tài)變化，并在此基礎(chǔ)上選擇通訊所能夠利用的最佳可通頻率，保證通訊站之間的短波通訊，將最佳可通頻率指配通訊車(chē)隊(duì)。為了保證在短波通訊的過(guò)程中能夠有效實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)管理，就需要對(duì)其技術(shù)中的關(guān)鍵內(nèi)容進(jìn)行關(guān)注，這里的關(guān)鍵技術(shù)主要指頻率的分發(fā)以及實(shí)時(shí)選擇，另外頻率指配以及電磁環(huán)境監(jiān)測(cè)也是需要予以關(guān)注的重點(diǎn)。

3.1 實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)電磁環(huán)境

短波頻率管理系統(tǒng)中的無(wú)線電監(jiān)測(cè)分系統(tǒng)主要完成對(duì)通訊空間電磁信號(hào)的監(jiān)測(cè)與測(cè)向任務(wù)，通過(guò)建立各類(lèi)監(jiān)測(cè)測(cè)向數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析，并向無(wú)線電管理控制中心提供頻率指配與管理所需的信息。對(duì)各類(lèi)干擾信號(hào)或指定的信號(hào)進(jìn)行頻譜分析、干擾分析以及測(cè)向和定位。

無(wú)線電監(jiān)測(cè)管理分系統(tǒng)主要由固定監(jiān)測(cè)網(wǎng)（由外圍監(jiān)測(cè)站與一個(gè)中心控制計(jì)算機(jī)組成）和機(jī)動(dòng)監(jiān)測(cè)站（由頻譜分析儀與控制計(jì)算機(jī)組成）兩部分組成。它的主要功能有：頻率時(shí)間占用度的測(cè)試和統(tǒng)計(jì)分析，監(jiān)測(cè)需要的指定頻段（頻率）信號(hào)電平的掃描測(cè)試和頻率時(shí)間占用度、信號(hào)電平分布統(tǒng)計(jì)分析和無(wú)線電信號(hào)發(fā)射參數(shù)的測(cè)量。利用監(jiān)測(cè)設(shè)備已有的功能和多種算法，可完成信號(hào)頻率、頻偏、信號(hào)電平和場(chǎng)強(qiáng)、占有帶寬等多種信號(hào)質(zhì)量參數(shù)的測(cè)量和分析。

無(wú)線電信號(hào)頻譜測(cè)量，可完成無(wú)線電信號(hào)頻譜的平滑、存儲(chǔ)、重放和查詢(xún)，提供與頻率指配系統(tǒng)的接口，實(shí)現(xiàn)與頻率指配系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信和交換。同時(shí)，該系統(tǒng)還具有實(shí)時(shí)性強(qiáng)、準(zhǔn)確性高、機(jī)動(dòng)性好等特點(diǎn)，它能實(shí)時(shí)提供無(wú)線電信號(hào)的頻譜使用情況，為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)調(diào)整指配頻率提供了實(shí)現(xiàn)途徑。它能準(zhǔn)確測(cè)量空中無(wú)線信號(hào)發(fā)射參數(shù)的特征，判明不明信號(hào)的屬性和類(lèi)別。還可遠(yuǎn)程遙控測(cè)量。

3.2 實(shí)時(shí)選頻

在短波通訊中，工作頻率不能自由的進(jìn)行選擇，如若不然，通訊的可靠性就會(huì)大大降低。因此，工頻的選擇是短波通訊前必須完成的環(huán)節(jié)。而短波頻率選擇的實(shí)現(xiàn)，需要結(jié)合實(shí)測(cè)以及頻率預(yù)測(cè)，主要的考慮內(nèi)容包括通訊雙方所在位置以及太陽(yáng)黑子數(shù)等相關(guān)參數(shù)，因而將可通頻段通過(guò)數(shù)據(jù)分析出來(lái)，利用斜測(cè)站以及垂測(cè)站和相關(guān)探測(cè)站等短波探測(cè)資源能夠?qū)崟r(shí)對(duì)可通頻段進(jìn)行探測(cè)選頻。而在實(shí)時(shí)探測(cè)中不選用全頻段的原因在于，通過(guò)這種方式能夠有效將選頻實(shí)時(shí)性予以提高，并在探測(cè)的過(guò)程中最大程度地消除外界環(huán)境干擾，實(shí)時(shí)選頻的流程主要為：首先，依照GPS對(duì)通訊的車(chē)隊(duì)位置進(jìn)行確定；其次計(jì)算出太陽(yáng)黑子數(shù)并對(duì)可通頻段進(jìn)行預(yù)測(cè)；同時(shí)對(duì)電離層進(jìn)行有效的探測(cè)；在完成上述步驟后，最終確定最佳可通頻率。

3.3 指配短波頻率

短波波段過(guò)窄是短波通訊在發(fā)展中受到的主要阻礙因素，加之電臺(tái)數(shù)量過(guò)多，短波通訊在傳播信號(hào)中方向性較差，由于傳播范圍廣、沒(méi)有針對(duì)性，因而電臺(tái)和電臺(tái)之間就會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的干擾。另外在短波通訊過(guò)程中，電磁環(huán)境的影響也會(huì)造成通訊的不穩(wěn)定，由于電磁環(huán)境隨著通訊技術(shù)的發(fā)展變得越來(lái)越復(fù)雜，因而在短波通訊的過(guò)程中，信號(hào)極易受到外界的電磁干擾，而在這種復(fù)雜的環(huán)境中想要保證通訊頻率的可靠安全，就需要保證電臺(tái)對(duì)于電磁環(huán)境能夠兼容，通過(guò)電磁兼容分析結(jié)果，有效指配通訊頻率。在通訊的過(guò)程中需要在指配頻段以及受到嚴(yán)重干擾的頻率點(diǎn)時(shí)，將禁用頻率以及保護(hù)頻率進(jìn)行區(qū)分，區(qū)分后向管理中心申請(qǐng)，得到確切的指配頻率，完成短波通訊的頻率指配。主要流程如下：

首先實(shí)時(shí)選頻系統(tǒng)需要進(jìn)行頻段指配的確定，然后進(jìn)行頻率的篩選，在篩選的過(guò)程中扣除保護(hù)頻率以及禁用頻率，同時(shí)也排除分配頻率。篩選的依據(jù)主要來(lái)自短波頻率動(dòng)態(tài)資源庫(kù)，同時(shí)在進(jìn)行篩選的過(guò)程中遇到新的信息資源也存入資源庫(kù)中。完成篩選后需要分析通訊中系統(tǒng)的電磁兼容，分析的主要數(shù)據(jù)依據(jù)為電磁環(huán)境檢測(cè)庫(kù)中信息以及臺(tái)站數(shù)據(jù)庫(kù)信息和電子設(shè)備信息，同時(shí)在分析的過(guò)程中也進(jìn)行系統(tǒng)信息的更新，而電磁環(huán)境檢測(cè)庫(kù)中的信息同短波頻率動(dòng)態(tài)資源庫(kù)中的信息也應(yīng)當(dāng)相互進(jìn)行交流更新。完成電磁兼容分析后，系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)向管理中心發(fā)送申請(qǐng)，從而確定工頻，完成短波通訊的實(shí)時(shí)選頻，并將最終的信息反饋到短波頻率動(dòng)態(tài)資源庫(kù)中。

3.4 分發(fā)短波頻率

短波頻率在進(jìn)行通訊的過(guò)程中通過(guò)動(dòng)態(tài)指配進(jìn)行信號(hào)的傳遞，而短波頻率則是實(shí)現(xiàn)這一環(huán)節(jié)的關(guān)鍵。通過(guò)短波頻率分發(fā)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)同車(chē)隊(duì)的通訊，經(jīng)過(guò)實(shí)時(shí)選擇以及電磁檢測(cè)和頻率指配，從而將工頻信號(hào)以信令的方式進(jìn)行傳遞，實(shí)現(xiàn)短波頻率的實(shí)時(shí)管理，確保通訊的可靠安全。其主要的工作流程如下：短波頻率指配分系統(tǒng)通過(guò)確定短波頻率分發(fā)決策完成信號(hào)的分配，將短波頻率發(fā)布至網(wǎng)絡(luò)中，同時(shí)監(jiān)控電測(cè)環(huán)境，以此保證車(chē)隊(duì)同控制中心之間的通訊暢通。

其中頻率發(fā)布網(wǎng)絡(luò)是實(shí)現(xiàn)頻率分發(fā)的關(guān)鍵。該網(wǎng)絡(luò)主要包括遠(yuǎn)程通信站點(diǎn)電離層探測(cè)勤務(wù)通信信道和遠(yuǎn)程通訊頻率指配信息傳輸通道。

（1）遠(yuǎn)程通訊站點(diǎn)間電離層探測(cè)

勤務(wù)通信信道遠(yuǎn)程通訊站點(diǎn)間電離層探測(cè)勤務(wù)通信信道的主要任務(wù)是在通訊站間交換數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)探測(cè)數(shù)據(jù)的共享。它既是電離層探測(cè)的勤務(wù)通信信道，也可以作為正常的信息通信信道使用。目前，這個(gè)信道采用短波自適應(yīng)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，在條件允許時(shí)，也可以采用衛(wèi)星通信電路建立這個(gè)信道。

（2）遠(yuǎn)程通訊站間頻率指配信息傳輸通道

頻率管理（特別是實(shí)時(shí)頻率管理）的最終結(jié)果，是產(chǎn)生一系列指配的通信頻率或頻率組。這些頻率或頻率組只有實(shí)時(shí)、正確地分發(fā)到相應(yīng)的通信節(jié)點(diǎn)，才能達(dá)到建立可靠短波通信網(wǎng)的目的。因此，建立可靠的頻率指配信息傳輸通道是非常重要的。特別是在通訊站間通過(guò)無(wú)線電手段建立這個(gè)通道，就顯得更為重要。對(duì)于裝有通訊頻管系統(tǒng)的大、中型車(chē)隊(duì)，可以利用其電離層探測(cè)勤務(wù)通信信道實(shí)現(xiàn)頻率指配信息的傳輸，但對(duì)于沒(méi)有安裝這些設(shè)備的車(chē)隊(duì)，頻率指配信息的傳輸則需要有專(zhuān)門(mén)的通道?？梢钥紤]設(shè)立或利用短波通播（廣播）網(wǎng)絡(luò)向車(chē)隊(duì)發(fā)布頻率指配信息，而通播網(wǎng)絡(luò)本身使用的頻率則需要通過(guò)預(yù)先規(guī)劃，在車(chē)隊(duì)遠(yuǎn)行之前通知車(chē)隊(duì)。為使在大范圍活動(dòng)的車(chē)隊(duì)都能可靠地接收到頻率指配信息，通播必須根據(jù)覆蓋區(qū)域在多個(gè)頻率上進(jìn)行。車(chē)隊(duì)則在這些頻率上自動(dòng)掃描，并從信號(hào)最好的頻率上接收信息。中、長(zhǎng)期頻率預(yù)報(bào)系統(tǒng)可以協(xié)助頻率管理人員規(guī)劃和選擇這些通播頻率。當(dāng)然，要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)掃描接收，必須有約定的信號(hào)格式、調(diào)制方式和傳輸協(xié)議。接收端還需要有符合傳輸協(xié)議的專(zhuān)門(mén)信號(hào)評(píng)估和識(shí)別設(shè)備，以便在掃描過(guò)程中自動(dòng)識(shí)別信號(hào)和評(píng)估信號(hào)質(zhì)量，確定最佳接收頻率。當(dāng)然，在條件允許時(shí)采用衛(wèi)星電路傳輸頻率指配信息也是一種不錯(cuò)的選擇。

4 結(jié)束語(yǔ)

所有的技術(shù)發(fā)展并非一蹴而就，短波頻率管理技術(shù)從建設(shè)到發(fā)展是一個(gè)循序漸進(jìn)的過(guò)程，逐步的進(jìn)行技術(shù)經(jīng)驗(yàn)的累積，而并非僅僅在通訊系統(tǒng)中加裝一些設(shè)備，短波頻率管理技術(shù)的應(yīng)用使得通訊管理和通訊技術(shù)之間的聯(lián)系更為緊密，為二者的結(jié)合提供了一個(gè)有利的平臺(tái)。所以，在設(shè)備研究以及技術(shù)開(kāi)發(fā)的過(guò)程中，除了要研究同預(yù)報(bào)以及電離層探測(cè)相關(guān)的內(nèi)容以外，還應(yīng)當(dāng)對(duì)系統(tǒng)同短通訊網(wǎng)絡(luò)的同步發(fā)展進(jìn)行研究，從而有效提高短波通訊網(wǎng)絡(luò)建設(shè)速度以及可靠性。

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