论短波频率自适应通信技术

作者：胡熠

来源：《科学与信息化》2019年第29期

        摘 要 短波通信是一种无线电通信方式，具有设备简单、成本低、使用方便、灵活等优点，因此是近、中、远距离军用、民用通信的重要手段之一。通信数字化、通信系统网络化、通信业务综合化是短波通信发展的必然趋势，系统兼容、网络互通以及高可靠性、有效性、强抗毁性，成了通信系统建设的基本要求。由于短波信道的特殊性，如何实时选频以及频率复用等问题，有待我们进一步研究解决。

        关键词 短波;频率自适应;通信技术

        引言

        自20世纪80年代起，出于对卫星安全等方面的考虑，短波通信重新受到重视，许多国家加大了对短波通信技术的研究与开发。近年来，由于电子技术的迅猛发展，促进了短波通信技术和装备的更新换代，原有的缺点得到了不同程度的克服，通信质量大大提高，形成了现代短波通信新技术、新，短波通信正走向复兴。这其中，最重要和显著的技术进步，就是短波自適应技术。

        1 问题的提出

        有关统计显示，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的主要途径，实现这一目标的关键是采用自适应技术。

        2 短波自适应通信的技术发展阶段

        广义地讲，短波自适应包括频率自适应、功率自适应、传输速率自适应、分集自适应、自适应均衡及自适应调零天线等。短波自适应通信经历了短波频率管理、2G-ALE两个成熟阶段，正向3G-ALE发展。

        2.1 频率管理系统

        实现短波自适应的基本方法，是利用RTCE技术来测量和分析各种信道参数，根据综合分析和计算结果，建立工作在最佳频率上的通信链路。

        根据所采用的技术不同，RTCE可分为电离层脉冲探测、电离层调频连续波探测（Chirp）、导频探测、8FSK信号探测等，其中8FSK探测是目前自适应电台使用最广泛的信号格式。短波频率管理系统探测结果可以反映整个短波频段的频率资源情况，已经制成商业软件出售。有些无线电监测站的短波单站定位功能，也是利用这些探测结果，再通过计算来实现的。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[1]。

        2.2 2G-ALE通信系统

        随着微处理器和数字信号处理技术的不断发展，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，减少了短波信道的时变、多径和噪声等对通信的影响，使得短波通信频率随信道条件变化而改变，从而确保通信始终在质量最佳的信道上进行。由于采用了高速DSP芯片，RTCE作为通信设备的一个嵌入式部件，使得成本大大降低，操作也变得非常方便。

        2G-ALE自适应通信系统具有四种基本功能：①RTCE功能;②自动扫描接收功能;③自动建立链路功能;④信道自动切换功能。

        2.3 3G-ALE通信系统

        1999年美军颁布了短波自适应全自动通信网络标准的3G-ALE军标（MIL-STD-188/141B）。3G-ALE全自动短波网络实质上是一种无线分组交换网络，采用OSI的七层结构模型。

        相对于2G-ALE系统，3G-ALE系统进行了大量的改进：链路建立协议管理（3G-ALE）与数据链路业务管理（TM）、高速数据链路管理（HDL）、低速数据链路管理（LDL）、电路连接管理（CLM）等诸协议形成一个相互依赖的3G-ALE协议族，形成比较完整的短波通信新。3G-ALE还采用了许多新技术，主要是数字PSK调制解调方式、突发波BW系列波形传输、呼叫信道同步扫描、网内电台划分为不同的驻留组、信道分离、时隙访问方式、载波侦听机制等。

        由于3G-ALE电台空中信号全部采用了8PSK，使得对8PSK信号的监测和分析十分重要。但由于对PSK信号的识别与分析比FSK信号要复杂得多，目前多数监测设备虽然可以对PSK信号进行解调，但后期分析和处理软件不够直观和成熟。因此，对3G-ALE电台的监测还只能采用传统的方法进行[2]。

        3 短波频率自适应通信技术的趋势

        现阶段，许多国家加速了对短波、超短波通信技术的研究与开发，推出了许多性能优良的设备和系统。短波通信再次占领一定的地位，随着技术的进步，对于通信的一些缺点，不少已找到克服和改进的办法，当前，短波频率自适应通信技术的趋势主要有：①由单一自适应技术向全自适应技术方向发展。现已发展的自适应技术有自适应选频与信道建立技术、功率自适应技术、传输速率自适应技术、自适应调制解调技术、自适应分集技术。②由窄带低速数据通信向宽带高速数据通信发展。当前高速、宽带已成为短波通信增加抗干扰能力的焦点。如美国研制的短波跳频电台跳速已达5000跳/s以上（跳频带宽为2MHz、信息传输速率为19.2Kbit/s）。③短波终端技术向自适应调制解调技术发展。为了保证网络传输信息的可靠性，调制解调方式必须具有抗干扰、抗多径和抗衰落的能力，保证快速准确地传递信息。因此短波自适应抗多径调制解调技术成为现代短波通信研究的重要方面。④短波通信系统由数字化向软件化发展。软件无线电被称为是自模拟通信过渡到数字通信之后，无线领域的又一场，软件无线电技术的兴起不仅为新一代短波通信设备提供了最佳的解决方案，并且为通信的突破发展提供了有力的研究基础。⑤新型短波天线向自适应、智能化方向发展。自适应天线阵能够自动适应环境变化，增强系统对有用信号的检测能力，优化天线的方向图，并能有效跟踪有用信号，抑制和消除干扰及噪声而保持系统对某种准则而言是最佳的。

        4 结束语

        频率自适应通信技术是现代短波通信的基础，许多短波通信新技术都与频率自适应有关。现阶段，短波通信与其他信息技术一样，进入了快速发展时期，成为信息社会的重要技术支撑手段。但目前，短波通信所面临的主要问题之一是跳频信号的接收、解调与分析。因其频点多、跳速快、时长短、解调困难等特点而导致不能较好的分析解调，值得进一步关注和研究。

        参考文献 

        [1] 左卫.短波通信系统发展及关键技术综述[J].通信技术，2014， （08）：847-853.

        [2] 慕娟，赵华东，赵延安.短波通信的发展及现状[J].中国科技信息，2012，（05）：37.