短波通信系統(tǒng)的發(fā)展與技術(shù)研究

劉 鵬

（作者單位：國家新聞出版廣電總局602臺）

短波通信系統(tǒng)的發(fā)展與技術(shù)研究

劉 鵬

（作者單位：國家新聞出版廣電總局602臺）

短波通信因具備有效傳播距離長、適應(yīng)能力強、使用靈活、設(shè)置方便和低耗費等優(yōu)點，因而被廣泛應(yīng)用于民航、軍事戰(zhàn)爭和搶險救援等重要領(lǐng)域，成為全世界廣泛使用的通信方式。本文依據(jù)短波通信技術(shù)所具備的特征，結(jié)合國內(nèi)和國外短波系統(tǒng)的關(guān)鍵工作規(guī)范，研究短波通信未來的發(fā)展方向和技術(shù)要領(lǐng)，為中國短波通信系統(tǒng)的改良和進步提供了理論依據(jù)。

短波通信系統(tǒng)；發(fā)展；技術(shù)

短波通信相關(guān)的設(shè)備具有占地空間小、運輸方便、設(shè)置方便、使用靈活和低耗費等特點，短波通信歷經(jīng)時間的考驗，成為無線電通信手段中舉足輕重的角色。伴隨利用數(shù)據(jù)信息描述物理知識程度的加深，短波通信系統(tǒng)以短波運用技術(shù)的相關(guān)研究為依據(jù)，不斷隨著時代的發(fā)展而進步。在民航企業(yè)、搶險搜救工作中，短波通信發(fā)揮著至關(guān)重要的做用，并保證了軍事戰(zhàn)爭中長距離的有效聯(lián)系。

1 短波通信系統(tǒng)發(fā)展的主要內(nèi)容

根據(jù)短波通信傳播所具備的特征，下文具體闡述支撐短波通信系統(tǒng)發(fā)展的主要內(nèi)容。

1.1 短波通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成升級

目前，短波通信系統(tǒng)的主導(dǎo)傳播方式是點傳遞，這種方式的弊端在于其不能即刻、全面地顯現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的全局性數(shù)據(jù)。由此可知，短波通信的傳播方式由基礎(chǔ)型的點傳遞趨向于網(wǎng)絡(luò)覆蓋式［1］。由于短波的信息傳播速率是有上限值的，為了充分利用通信網(wǎng)絡(luò)，需要升級網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成，提升網(wǎng)絡(luò)工作的時效性。

1.2 短波寬帶快速信息傳播

先前的短波通信寬帶頻率為3kHz，傳播速度通常只能達到300b/s或是600b/s。隨著短波通信的現(xiàn)代化，數(shù)據(jù)信息處理技術(shù)逐步增強，之前的短波速度已不能滿足使用要求，增大短波通信傳播系統(tǒng)的容量可以大幅促進短波通信的進步。先前的短波通信數(shù)據(jù)寬帶的頻率為3kHz，信息快速傳播的情況應(yīng)該憑借高階調(diào)制，必須達到適當(dāng)?shù)男旁氡?。綜上可知，達到高效的快速傳播的技術(shù)要領(lǐng)是擴大帶寬。

1.3 短波抗干擾

天波因其在傳輸過程中易受動態(tài)電離層和傳輸方式多樣化的干擾，容易發(fā)生傳播不穩(wěn)定的情況。地波在擴散過程中容易受崎嶇不平地貌的干擾，致使無效傳播的情況時有出現(xiàn)。與此同時，短波通信經(jīng)常會遭受人為破壞性攻擊。因此，短波通信的運行要領(lǐng)和短波頻率的應(yīng)用范圍應(yīng)該因地制宜，視情況進行獨立延續(xù)性的改變［2］。綜上，短波通信技術(shù)至關(guān)重要的研討項目應(yīng)該包括完善的抗擾動能力、有效的數(shù)據(jù)消息傳遞，這個項目為短波通信系統(tǒng)的有效運行提供了有力的支撐。

1.4 短波資源動態(tài)安排

短波的頻率范圍小，傳播速度慢，靈活安排短波資源，可以提升短波通信的工作質(zhì)量。在異常的通信環(huán)境中，相對特別的數(shù)值點將更為重要，其可與較大量的短波資源相結(jié)合。與此同時，短波隨時間的自適應(yīng)性進行資源配置，以便達到網(wǎng)絡(luò)覆蓋模式短波通信的全面升級。短波資源的配置要領(lǐng)依據(jù)時間數(shù)據(jù)管理方法分為同步配置和異步配置。

1.5 相互聯(lián)通

通信系統(tǒng)為增強有效傳輸信息的性能，采用了聯(lián)合不同通信方式的方法要領(lǐng)，其中包括短波網(wǎng)絡(luò)和異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)相聯(lián)合?，F(xiàn)階段，異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)的互通聯(lián)合以IP共識為主導(dǎo)方式，IP over HF方法為小范圍寬帶和小速度值情況下的短波通信IP共識提供支持。

2 國內(nèi)外短波通信發(fā)展現(xiàn)狀

短波通信在我國已經(jīng)得到了較大范圍的使用，但是，相對美國和北約的短波通信要領(lǐng)，國內(nèi)的短波通信應(yīng)用仍有很大的進步空間。

2.1 國內(nèi)短波通信現(xiàn)狀

網(wǎng)絡(luò)覆蓋式短波通信要領(lǐng)大范圍在軍用通信中發(fā)揮作用，同時，其也在民用通信中得到了一定程度的利用。

應(yīng)用于軍事領(lǐng)域的遠距離通信方式主要有衛(wèi)星通信和短波通信兩種方式。在危急情況下，衛(wèi)星系統(tǒng)運行不穩(wěn)定，而短波通信在復(fù)雜環(huán)境中的抗擾動性能更好、靈活性更強。由此可知，短波通信在軍事通信方式中占據(jù)著舉足輕重的位置。應(yīng)用于民用通信領(lǐng)域的通信方式有許多種，因為我國人多地廣、地形多變、自然災(zāi)害頻發(fā)，傳統(tǒng)的通信方式易受到環(huán)境干擾而不能有效完成通信任務(wù)，但短波通信的自適應(yīng)能力強、耗費低。因此，短波通信在民用通信手段中也占有一席之地。但是，國內(nèi)主要使用點傳遞式短波通信，特別是在危急情況下，例如搶險救災(zāi)之后的消息鏈接，點傳遞式短波通信能夠完成傳播災(zāi)區(qū)情況消息至災(zāi)后指揮中心的任務(wù)，但不能將災(zāi)后情況詳情呈現(xiàn)，并且因其傳播速度低而不能充分適用于緊急事態(tài)。應(yīng)用于民用領(lǐng)域的短波通信網(wǎng)絡(luò)覆蓋化、寬帶傳播、完成信息可達同樣是國內(nèi)短波緊急態(tài)勢通信應(yīng)用的關(guān)鍵前進方向。

2.2 國外短波通信現(xiàn)狀

國外投入使用的短波通信系統(tǒng)數(shù)量可觀，其中，最為現(xiàn)代化的短波通信技術(shù)在軍事領(lǐng)域中得到了廣泛應(yīng)用，比如澳大利亞的龍魚網(wǎng)絡(luò)、美國全球無線公司的全球化郵件平臺、美國海上戰(zhàn)隊所擁有的高頻率特質(zhì)網(wǎng)絡(luò)通信和高頻船岸網(wǎng)絡(luò)等。

以組網(wǎng)的視角出發(fā)，可知以上國際知名短波網(wǎng)絡(luò)均屬于短波連入網(wǎng)范圍。它們具備網(wǎng)絡(luò)中心連接點管理規(guī)范，即以中心連接點為“太陽”，其他連接點受“太陽”的制約，并以其為中心，位置發(fā)生變動的連接點相互不能直接進行交流，而是需要通過中心連接點共同分配達到目的。為降低中心管控式短波連入網(wǎng)的運行局限性，短波獨立布局網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深入探討于國外逐步展開。美國國防部早在20世紀末就發(fā)布了大量短波獨立布局網(wǎng)絡(luò)通信的要領(lǐng)規(guī)范，隨著數(shù)據(jù)信息處理要領(lǐng)的進步，短波通信要領(lǐng)規(guī)范第二代自動化鏈接建設(shè)規(guī)范升級至第三代ALE規(guī)范，第四代ALE規(guī)范也將在不久的將來問世。

北約短波同源高頻率寬帶網(wǎng)絡(luò)在海上航行通信中發(fā)揮著重要的作用，此種通信以STANAG 5066為準則，制定了正規(guī)的短波通信要求，并根據(jù)短波獨立安排網(wǎng)絡(luò)確定了短波高頻指令協(xié)議，將一系列速度獨立調(diào)整要領(lǐng)全面化、正規(guī)化。與此同時，北約的5066規(guī)范第一次根據(jù)實際情況落實了IP over HF要領(lǐng)?；?066規(guī)范，短波同源高頻率寬帶網(wǎng)絡(luò)足夠支撐IP over HF要領(lǐng)，并使短波網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通IP網(wǎng)絡(luò)成為現(xiàn)實。然而，以短波數(shù)字信息安排要領(lǐng)和傳送制度的角度衡量北約5066規(guī)范，它和美國第二代ALE要領(lǐng)極其相似。為滿足更高的需求，和美國第三代ALE要領(lǐng)相匹配，北約STANAG 4538規(guī)范問世。此規(guī)范基于美國軍方的MIL-STD-188-141B規(guī)范的組成框架，建立了超快鏈接建設(shè)規(guī)范和與之對應(yīng)的鏈接管控規(guī)范，從而使短波超速鏈接的建立得以實現(xiàn)，大大提升了數(shù)字化信息的傳播效率。

3 短波通信系統(tǒng)技術(shù)研究

3.1 規(guī)范體制組成

短波規(guī)范組成是短波組網(wǎng)要領(lǐng)中至關(guān)重要的因素。制定符合要求的短波規(guī)范組成，能夠與各種組網(wǎng)和傳送制度相匹配，并能與其他異類短波電臺組網(wǎng)協(xié)同合作。現(xiàn)在運行的短波通信系統(tǒng)規(guī)范體制組成一般包括隸屬美國的141B規(guī)范和隸屬北約的STANAG 5066規(guī)范，然而，即使使用范圍如此廣泛的規(guī)范，也未以跨級設(shè)計的視角來改善規(guī)范組成。

STANAG 5066規(guī)范首次涉及短波通信系統(tǒng)的規(guī)范組成，將短波通信系統(tǒng)的作用結(jié)構(gòu)和對接點標準化。此規(guī)范組成包括鏈接層與物理層兩級關(guān)鍵作用結(jié)構(gòu)，并制定了從屬于鏈接層的下級作用和支撐編碼，特別是在下級對接點的下級結(jié)構(gòu)中，能夠支撐結(jié)點工作傳送和IP任務(wù)發(fā)布。

因為短波通信需要以帶寬和傳播速度為工作基礎(chǔ)標準，IP over HF要領(lǐng)的上臺一度遭遇大眾的不認可。伴隨短波超速波形要領(lǐng)的進步和短波運行過程聯(lián)網(wǎng)的要求，IP over HF要領(lǐng)得到一批學(xué)者的深入分析，STANAG 5066規(guī)范第一次證實了此要領(lǐng)的實用性?，F(xiàn)在的短波通信渠道支撐IP業(yè)務(wù)的范圍仍需進一步擴大，短波獨立安排網(wǎng)絡(luò)聯(lián)通有線網(wǎng)的要領(lǐng)為IP over HF要領(lǐng)普及化的重要內(nèi)容。

3.2 短波中繼路由

短波具有效傳播路程長的特點，短波路由在穩(wěn)定數(shù)據(jù)消息傳播的過程中發(fā)揮著重要功效，其可以確保消息達到目的地。目前。共有三種短波路由規(guī)范，即靜態(tài)路由、根路由以及獨立調(diào)整聯(lián)合性互換路由。利用網(wǎng)絡(luò)工作設(shè)備的相關(guān)節(jié)點支撐中繼節(jié)點以產(chǎn)生靜態(tài)路由，靜態(tài)路由手段能夠在運行比較平穩(wěn)的拓撲組成網(wǎng)絡(luò)中發(fā)揮較好的作用。根路由規(guī)范引進了之前Ad Hoc Networking運用的路由要領(lǐng)，降低了查找路由的耗費。根端周期性產(chǎn)生隱涵路由數(shù)據(jù)的包頭，中繼節(jié)點周期性破解包頭，并將包頭傳送至包頭中隱涵提示的后續(xù)中繼節(jié)點，最終傳遞到目的節(jié)點。獨立調(diào)整聯(lián)合性互換路由規(guī)范比前面兩種短波路由規(guī)范更占優(yōu)勢，其自我調(diào)整、與環(huán)境相協(xié)調(diào)的能力更強。獨立調(diào)整聯(lián)合性互換路由規(guī)范是針對短波通信渠道特征而建立的專業(yè)路由規(guī)范，利用節(jié)點實時相互交換路由數(shù)據(jù)，可以保證路由表的及時變動。

綜上可知，目前國內(nèi)外有關(guān)短波路由要領(lǐng)的探討仍然不夠深入，路由的搜索與路由表的動態(tài)變化均耗費了大量短波資源。所以，短波路由規(guī)范需要盡最大可能降低路由搜索的資源耗費，利用自我調(diào)整的方法保證短波可以有效傳播。

3.3 媒體連入管控要領(lǐng)

短波獨立安排網(wǎng)絡(luò)媒體連入管控的規(guī)范極具代表性，它繼續(xù)沿用了隸屬Ad Hoc網(wǎng)的MAC要領(lǐng)，為達到參數(shù)化的靜態(tài)設(shè)置做了關(guān)鍵工作。短波獨立安排網(wǎng)絡(luò)媒體連入管控的規(guī)范主要包括四種模式，即角逐連入模式、指令環(huán)模式、時刻模式和雜糅MAC組網(wǎng)模式。雜糅的MAC組網(wǎng)的規(guī)范可以彌補單調(diào)MAC組網(wǎng)的不足之處。美國軍方141B同達組網(wǎng)規(guī)范，利用角逐方式與TDMA方式各自的突出之處［3］，降低了角逐矛盾程度，開拓了多種信息渠道同時起效的路徑，提高了組網(wǎng)的工作速度和質(zhì)量。

現(xiàn)在，在短波MAC規(guī)范中占據(jù)關(guān)鍵資源配置地位的是靜態(tài)配置，但實時變動的資源配置方案可以更好地調(diào)節(jié)自身，以適應(yīng)短波信息渠道窄、可利用資源受限的狀態(tài)。為使短波資源實時改變資源配置方案，美國軍方和北約制定了融合實時調(diào)整TDMA要領(lǐng)的22號鏈接，增大了實時變動間隙配置方式的數(shù)目，能夠確保數(shù)據(jù)消息傳播的實時性。

4 結(jié)語

短波通信因具有長路徑有效傳播的特點，于一系列特殊條件中，其能夠代替衛(wèi)星遠路徑無線通信方式。隨著短波通信要領(lǐng)的進步，美國和北約在此方面投入了大量的研究，并取得了相對豐厚的成果，因而占據(jù)了短波通信領(lǐng)域的尖端，使短波通信廣泛應(yīng)用于民生和軍事戰(zhàn)爭中。本文主要分析了短波通信系統(tǒng)的發(fā)展和技術(shù)，并對未來短波通信要領(lǐng)的進步方向展開了研究，希望可以為我國短波通信系統(tǒng)的換代更新提供幫助。

[1]羅秋霞,周治中,鄒盛唐.短 波組網(wǎng)技術(shù)探討[J].通信技術(shù),2000(3).

[2]陳平.建設(shè)短波應(yīng)急通信后備系統(tǒng)的若干技術(shù)問題[J].中國無線電,2009(1).

[3]張雅.基于TDMA短波通信網(wǎng)絡(luò)的仿真[J].現(xiàn)代電子技術(shù),2012(8).