短波通信新技術(shù)簡述

董城愿，李應(yīng)斌

（國家無線電監(jiān)測中心云南監(jiān)測站，昆明 650031）

摘要：本文通過分析短波通信的優(yōu)缺點，著眼于未來短波通信的發(fā)展趨勢，簡述了全球數(shù)字廣播技術(shù)、短波通信中的自適應(yīng)技術(shù)、短波通信組網(wǎng)技術(shù)以及軟件無線電技術(shù)等。隨著技術(shù)的進步，曾一度被認為要淘汰的短波通信在現(xiàn)在和將來都是不可替代的基本通信手段之一。關(guān)鍵詞：短波通信；新技術(shù)doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.11.020中圖分類號：TN914 文獻標示碼：A 文章編碼：1672-7274（2016）11-0068-04

短波通信新技術(shù)簡述

董城愿，李應(yīng)斌

（國家無線電監(jiān)測中心云南監(jiān)測站，昆明 650031）

摘要：本文通過分析短波通信的優(yōu)缺點，著眼于未來短波通信的發(fā)展趨勢，簡述了全球數(shù)字廣播技術(shù)、短波通信中的自適應(yīng)技術(shù)、短波通信組網(wǎng)技術(shù)以及軟件無線電技術(shù)等。隨著技術(shù)的進步，曾一度被認為要淘汰的短波通信在現(xiàn)在和將來都是不可替代的基本通信手段之一。
關(guān)鍵詞：短波通信；新技術(shù)
doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2016.11.020
中圖分類號：TN914 文獻標示碼：A 文章編碼：1672-7274（2016）11-0068-04

1　引言

短波通信是最早應(yīng)用的一種通信方式之一，一直被廣泛應(yīng)用于政府、外交、氣象、商業(yè)等各個部門，用以傳送語言、文字、圖像和數(shù)據(jù)等信息；同時，它也是高空飛行和海上航行的必備通信方式。從20世紀初到60年代中期，短波通信一直是遠距離通信特別是洲際通信的主要手段。60年代衛(wèi)星通信出現(xiàn)后，長距離大容量的無線通信便被衛(wèi)星通信所取代，短波通信的發(fā)展進入低潮，甚至有人認為短波通信已經(jīng)完成了它的歷史使命。

近年來，人們對短波通信的認識開始變得科學和理性，認為短波通信現(xiàn)在和將來都是不可替代的基本通信手段之一，在戰(zhàn)爭和災(zāi)害期間更是主要通信手段，這已經(jīng)被大量歷史事實反復證明。

2　傳統(tǒng)短波通信的優(yōu)缺點

2.1傳統(tǒng)短波通信的優(yōu)點

短波通信不需要建立中繼站即可實現(xiàn)遠距離通信，建設(shè)和維護費用低。設(shè)備簡單、應(yīng)用靈活，可以設(shè)置為固定臺站進行定點固定通信，也可背負或裝入車輛實現(xiàn)動中通。電路調(diào)度容易，臨時組網(wǎng)方便；對自然災(zāi)害或戰(zhàn)爭的抗毀能力強。

2.2傳統(tǒng)短波通信的缺點

短波通信的質(zhì)量隨時都受電離層特性的影響，電離層時高時低經(jīng)常變動，是一種不穩(wěn)定的時變介質(zhì)，而且具有多種復雜的時變因素，如晝夜、季節(jié)的變化，太陽黑子的活動等，都會對電離層造成影響，從而導致信號傳輸質(zhì)量的不穩(wěn)定，產(chǎn)生干擾以及數(shù)據(jù)傳輸誤碼等。時變電離層信道嚴重的頻率選擇性衰落、多徑時延、各種大氣噪聲及人為無線電噪聲的影響，只適合于傳輸模擬話音以及低速率數(shù)據(jù)。

3　短波通信新技術(shù)

3.1全球數(shù)字廣播技術(shù)(DRM)

傳統(tǒng)的模擬AM廣播抗干擾能力差，導致廣播音質(zhì)差，簡單的模擬音頻已不能適應(yīng)多媒體化的需要。最近幾年來，諸如Radio Netherlands Worldwide，Radio Canada International，Radio Bulgaria已經(jīng)停播，BBC，DW，RFI，Voice of America也削減了播出時間。

隨著傳統(tǒng)短波廣播的消失，其頻譜必將被數(shù)字廣播所使用。DRM（Digital Radio Mondiale）系統(tǒng)是30MHz以下的數(shù)字音頻廣播系統(tǒng)，是世界上惟一的非專利的數(shù)字系統(tǒng)，用于短波、中波/AM和長波，它可以使用已有的頻率和帶寬，是對模擬AM廣播的重大改善。DRM系統(tǒng)充分考慮到了與ITU現(xiàn)有的邊界條件相一致以及與現(xiàn)有的模擬業(yè)務(wù)的兼容，并保證了由模擬廣播向數(shù)字廣播的平滑過渡。

DRM系統(tǒng)采用OFDM調(diào)制技術(shù)，該技術(shù)是一種并行數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)。采用頻率上等間隔的N個子載波分別調(diào)制一路獨立的數(shù)據(jù)信息，調(diào)制后的N個子載波信號相加同時發(fā)送。通過選擇載波間隔，使這些子載波在整個符號周期上保存頻譜的正交特性，各子載波上的信號在頻譜上相互重疊。收端利用載波之間的正交特性，可無失真地恢復發(fā)送信息。

根據(jù)圖1所示，它是將每個傳輸幀單元和導頻信號按照OFDM Map映射成為OFDM符號，進行OFDM調(diào)制之后再加上循環(huán)前綴（用來防止由多徑傳輸帶來的符號間干擾ISI）。DRM系統(tǒng)針對四種信道設(shè)置了四種傳輸模式，由于這四種模式的傳輸時延和多普勒頻移不一樣，OFDM的調(diào)制參數(shù)也不一樣，具體看表1 DRM系統(tǒng)各種健壯模式下OFDM符號參數(shù)。

圖1 DRM系統(tǒng)OFDM調(diào)制模塊框圖

表1 DRM系統(tǒng)各種健壯模式下OFDM符號參數(shù)

與單載波相比，在相同速率時，符號周期延長N倍，遠大于信道時延擴展，碼間串擾消除。副載頻之間正交特性，使信號頻譜可重疊，提高頻譜利用率，并有良好的頻率分集效果，能抗嚴重多徑和強窄帶干擾。在保證相同覆蓋范圍的情況下，發(fā)射功率可降低6dB。

3.2短波通信中的自適應(yīng)技術(shù)

自適應(yīng)技術(shù)是指實時或頻繁地利用各種探測技術(shù)，根據(jù)探測結(jié)果自動調(diào)整設(shè)備參數(shù)，達到最佳通信效果。短波自適應(yīng)通信的核心是自動選擇最佳的工作頻率，自動選用無線電信道和自適應(yīng)數(shù)據(jù)傳輸。運用自適應(yīng)選頻、收發(fā)、調(diào)制解調(diào)、編碼、均衡以及天線等多種自適應(yīng)技術(shù)，在嚴重干擾條件下，短波通信自動改變工作頻率、數(shù)傳速率、調(diào)制方式、編碼和糾錯編碼方式、最大限度地降低誤碼率。自適應(yīng)技術(shù)克服了多種時變所帶來的復雜影響，提高了現(xiàn)代短波通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

現(xiàn)代短波跳頻有兩種自適應(yīng)方式：一是頻率自適應(yīng)跳頻，它基于對信道參數(shù)的探測，并適應(yīng)信道質(zhì)量的變化，自動在最佳頻率集上進行；二是干擾自適應(yīng)跳頻，它基于對信道中干擾信號參數(shù)的估計，采用干擾自適應(yīng)抑制和自動躲避干擾的跳頻。

跳頻通信是擴頻通信的一個分支，它的突出特點是抗干擾性強。跳頻（FH）是指載頻按照數(shù)字碼系統(tǒng)規(guī)定的時頻圖形，使頻率相應(yīng)跳變的一種擴頻技術(shù)，可以對抗多徑干擾、鄰近信道干擾、人為瞄準式干擾，可提高短波通信的保密性和可靠性，自適應(yīng)技術(shù)與跳頻技術(shù)相結(jié)合，實現(xiàn)自適應(yīng)跳頻，能在質(zhì)量良好的信道上進行跳頻，跳頻信道駐留時間可隨意變動。

自動建立通信鏈路是頻率自適應(yīng)的主要任務(wù)，由于短波信道變化強烈，需要采用自動線路建立（ALE），建立鏈路的同時對線路質(zhì)量分析（LQA）得到實時信道估值，在通信鏈路質(zhì)量變化時自動選擇新的信道。

短波自適應(yīng)技術(shù)有效地改善了衰落現(xiàn)象，有效地克服“寂靜區(qū)”效應(yīng)，縮小了白天和黑夜接收信號質(zhì)量的差別，有效地提高了短波通信抗干擾能力，有效地拓展短波通信業(yè)務(wù)范圍。采用短波自適應(yīng)技術(shù)可以充分利用頻率資源、降低傳輸損耗、減少多徑影響，避開強噪聲與電臺干擾，提高通信鏈路的可靠性。

3.3短波通信組網(wǎng)技術(shù)

傳統(tǒng)的短波通信（話、包、點對點數(shù)據(jù)）已不能適應(yīng)人們的應(yīng)用需求，當前的短波網(wǎng)絡(luò)需要支持更多的應(yīng)用，并能成為Internet的延伸，短波通信和其他通信一樣，必將邁入網(wǎng)絡(luò)化的時代。

基于短波通信的開放特性，人們希望利用它組建一個通用的平臺，實現(xiàn)聊天、發(fā)送Email、網(wǎng)上

音視頻等功能，這是對短波通信組網(wǎng)帶來的巨大挑戰(zhàn)。第三代短波通信網(wǎng)絡(luò)是建立在美軍標MILSTD-188-141B的基礎(chǔ)上，在ALE、信道效率、網(wǎng)絡(luò)管理、路由協(xié)議和與Internet互聯(lián)等方面都較第二代網(wǎng)絡(luò)（speakeasy）有很大進展，該網(wǎng)絡(luò)已在全球取得了廣泛共識。目前，國內(nèi)多個科研機構(gòu)正在開展第三代短波數(shù)字化抗干擾自動控制通信電臺的研制，該電臺基于MIL-STD-188-141B，MILSTD-188-110以及GJB2076-94，GJB2077-94標準，融合了高速串行分組數(shù)傳以及第三代自動鏈路建立等功能，代表了未來短波通信的發(fā)展方向。

3.4軟件無線電技術(shù)

“軟件無線電”的概念是在1992年5月MILTRE公司的Jeo.Mitola在美國電信系統(tǒng)會議上首次提出的，其目的就是希望建立開放式、標準化、模塊化的可編程通用硬件平臺，將各種功能（如頻率、調(diào)制方式、數(shù)據(jù)率、通信協(xié)議等）都用軟件來完成。

首先應(yīng)盡可能在電路中靠近天線的部位通過寬帶的模/數(shù)和數(shù)/模轉(zhuǎn)換完成信號的數(shù)字化，然后通過軟件按照要求的技術(shù)條件編程和定義無線設(shè)備的各種功能，包括接收、發(fā)射、中頻處理和信號的基帶處理等。軟件模塊由各種算法庫組成，通過加載軟件算法或升級軟件可以實現(xiàn)通信功能的擴張，甚至建立新的通信標準，并可通過軟件升級不斷優(yōu)化技術(shù)參數(shù)。軟件無線電的實質(zhì)是把以前靠硬件完成的工作盡量轉(zhuǎn)移到軟件上來，使無線電設(shè)備具有充分數(shù)字化、靈活編程、模塊化、多業(yè)務(wù)支持、不同系統(tǒng)和設(shè)備容易兼容和互聯(lián)等特點。由于硬件的簡化，使得硬件體積縮小，可靠性提升。理想的軟件無線電結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 理想軟件無線電結(jié)構(gòu)

通過靈活應(yīng)用軟件無線電的這些基本模塊，可以使它具備對傳播條件的多種自適應(yīng)能力（頻率、功率、速率和多徑分集等自適應(yīng)），超高性能的抗干擾能力（自適應(yīng)天線調(diào)零、擴頻和跳頻等），以及靈活的組網(wǎng)與接口能力，可以滿足多種業(yè)務(wù)需求（語音、數(shù)據(jù)和圖像等）。

隨著軟件無線電的不斷發(fā)展，目前短波通信中的諸如多種通信體制并存、頻率資源緊張、混合組網(wǎng)等，都可以用軟件無線電的概念解決。

4　結(jié)束語

由于短波通信在國防、安全等領(lǐng)域的特殊性應(yīng)用，以及其固有的傳播特性，因此，在信息化的今天，各國仍在短波通信領(lǐng)域不斷探索，推動著短波通信技術(shù)的發(fā)展。隨著技術(shù)的進步，曾一度被認為要淘汰的短波通信必將回歸人們的視野，繼續(xù)服務(wù)國防和經(jīng)濟社會建設(shè)。

[1] http://market.c114.net/154/a189827.html

[2] http://www.doc88.com/p-4039262875726.html

Shortwave Communication Technology Brief

Dong Chengyuan, Li Yingbin
(Yunnan Station of the State Radio Monitoring Center, Kunming, 650031)

By analyzing the advantages and disadvantages of shortwave communication, focus on the future development trend of shortwave communication, the global digital broadcasting technology, adaptive HF communication technology, shortwave communication network technology and software radio technology are briefly. As technology advances, shortwave communication is considered to be phased out and will remain irreplaceable as one of the basic means of communication.

shortwave communication; new technology

董城愿，男，1982年生，昆明人，研究生，工程師，現(xiàn)工作于國家無線電監(jiān)測中心云南監(jiān)測站，任監(jiān)測室主任，主要從事無線電監(jiān)測工作。李應(yīng)斌，男，1986年生，昆明人，研究生，工程師，現(xiàn)在工作于國家無線電監(jiān)測中心云南監(jiān)測站，主要從事無線電監(jiān)測工作。