摘　要： 短波通信以其機(jī)動靈活、抗毀性強(qiáng)、通信距離遠(yuǎn)等特殊的優(yōu)點(diǎn)重新引起人們的研究興趣，本文介紹了短波通信的歷史和發(fā)展現(xiàn)狀, 包括短波通信的應(yīng)用、研究、開發(fā)和標(biāo)準(zhǔn)化，并對未來的發(fā)展趨勢做了一些預(yù)測。
　　關(guān)鍵詞： 短波通信 自適應(yīng)跳頻" title="跳頻">跳頻 抗干擾 保密 分集 正交頻分復(fù)用 Ad-hoc

　　短波通信或稱高頻通信是指在3M－30MHz頻段范圍內(nèi)，通過電離層反射來進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信或通過地波進(jìn)行近距離傳輸?shù)囊环N通信手段。在大約一百公里到數(shù)千公里范圍內(nèi)，不需要轉(zhuǎn)發(fā)器就可以進(jìn)行超視距通信。長期以來，由于短波通信的固有特點(diǎn)，短波(HF)無線電通信多年來一直被廣泛地用于政府、外交、氣象、商業(yè)等各個部門，用以傳送語言、文字、圖像、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；尤其在軍事部門，它始終是軍事指揮的重要手段之一^[1]。雖然衛(wèi)星通信相對短波通信能為用戶提供寬得多的頻帶以及穩(wěn)定的高質(zhì)量通信線路，但事實上，它還不能從根本上取代短波無線電通信。另外，并不是所有用戶都需要衛(wèi)星，都能得到衛(wèi)星提供的通信線路。尤其在軍事通信領(lǐng)域，衛(wèi)星易于被敵方摧毀，這己經(jīng)成為信息戰(zhàn)中的一個嚴(yán)重問題。由于具有不可替代的重要作用，短波通信重新引起了世界各國的高度重視，諸多機(jī)構(gòu)都在不遺余力地進(jìn)行研究。
1 發(fā)展現(xiàn)狀
　　由于短波信道的頻帶窄(通信帶寬一般為3kHz)、多徑" title="多徑">多徑現(xiàn)象嚴(yán)重(2~4條)、延遲大(由CCIR公布的路徑延遲典型值為2ms^[2]，最大時延差通常在10ms以下)、多普勒頻移大(在電離層平靜時期，約為0.1Hz至10Hz，在日落日出及電離層騷擾期間，多普勒頻移則可高達(dá)20Hz至50Hz^[3]，根據(jù)DAMSON在高緯度測得的數(shù)據(jù)，這一數(shù)值高達(dá)73Hz^[4])和衰落(瑞利分布)嚴(yán)重等特性給人們的研究帶來很大的挑戰(zhàn)，各種新技術(shù)正不斷被應(yīng)用到短波通信領(lǐng)域中以提高短波通信的性能。
　　近年來，短波通信領(lǐng)域里的研究非常活躍，國際上出現(xiàn)了許多的研究機(jī)構(gòu)，例如：IEE在近三年的時間里已經(jīng)連續(xù)舉行了8次“短波通信系統(tǒng)" title="通信系統(tǒng)">通信系統(tǒng)與技術(shù)”的會議^[5]；IEEE每年都召開“MILCOM”會議，會上有相當(dāng)多的關(guān)于短波通信技術(shù)的文章^[6]；美國為此成立了一個“短波通信工業(yè)協(xié)會(HFIA)”，有諸多的大公司如Harris、Motorola、Rockwell、Halcomm、Thales、MobiComm等參加，每年召開2～3次短波技術(shù)交流的會議^[7]；另外，世界上還有其他的一些相關(guān)組織，如北歐無線電協(xié)會(NRS)、加拿大的通信研究中心(CRC)、英國蘭喀斯特大學(xué)(Lancaster)的電離層和電波傳輸研究小組等。這表明經(jīng)過上世紀(jì)五六十年代衛(wèi)星通信帶來的短暫沖擊后，短波通信又重新喚起了人們的研究熱情，在技術(shù)方面也獲得了很大的進(jìn)展。
　　短波無線通信在進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時，僅需要不大的發(fā)射功率和適中的設(shè)備費(fèi)用，且其通信線路不易被摧毀，但是，短波無線通信也存在多徑和衰落而導(dǎo)致可靠性低、質(zhì)量差的缺點(diǎn)，無法適應(yīng)越來越高的傳輸要求。隨著許多新技術(shù)的出現(xiàn)，如自適應(yīng)均衡(單音或多音波形) ^[8]、最大似然序列估計(單音或多音波形)^[9]、加入保護(hù)間隔(多音波形)^[10]等技術(shù)就可以有效地克服多徑效應(yīng)；另外，為了減輕衰落的影響，采用了分集技術(shù)(頻率分集、時間分集和空間分集)^[11]、現(xiàn)代編碼交織技術(shù)。這些新技術(shù)的應(yīng)用有力地推動著短波通信的發(fā)展，使在高頻信道上進(jìn)行高速數(shù)字傳真、數(shù)字保密電話、數(shù)字視頻傳輸、高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務(wù)逐漸成為可能。
　　目前，軍事通信傳遞的信息，己從簡單的指揮命令發(fā)展到諸如雷達(dá)探測的數(shù)據(jù)、計算結(jié)果、高速圖像傳真信息和數(shù)字話音加密信息等一些要求較高的數(shù)據(jù)信息。因此，對調(diào)制解調(diào)終端設(shè)備提出了越來越高的要求。目前，短波通信已經(jīng)發(fā)展到了第三代，對于發(fā)射接收機(jī)和調(diào)制解調(diào)器主要存在兩大標(biāo)準(zhǔn)，美國的MIL-STD-188-XXX和北約(NATO)的STANAG 系列。在這些標(biāo)準(zhǔn)中，包括了調(diào)制解調(diào)器的各種參數(shù)定義、自適應(yīng)鏈路建立協(xié)議(ALE)、數(shù)據(jù)連接協(xié)議(DL)、抗人為干擾(anti-jamming)、組網(wǎng)等各個方面的內(nèi)容。表1列出了目前各種標(biāo)準(zhǔn)中的調(diào)制解調(diào)器的制式參數(shù)^[3][9][12]。
　　為了適應(yīng)短波通信的迅速發(fā)展，近年來許多國家推出了一些性能優(yōu)良的短波通信系統(tǒng)。如德國的HF-850系列微機(jī)控制的高頻自適應(yīng)通信系統(tǒng)，具有自適應(yīng)實時選頻、數(shù)據(jù)保護(hù)等功能，加上相應(yīng)的附件，系統(tǒng)還具有跳頻和猝發(fā)傳輸?shù)墓δ?。法國湯姆遜公司的350H高頻通信設(shè)備系列，采用了自適應(yīng)跳頻方案，應(yīng)用了自動頻率分析和跳頻信號處理相結(jié)合的技術(shù)，具有十分強(qiáng)的抗干擾能力。美國HARRIS公司的RF-5000系列高頻數(shù)字無線電系統(tǒng)，采用先進(jìn)的數(shù)字信號處理技術(shù)，具有抗電子干擾、話音加密、高速數(shù)據(jù)傳輸、自適應(yīng)頻率管理和猝發(fā)傳輸?shù)裙δ堋?BR>　　另外，更多的電臺采用實時信道估值(RTCE)技術(shù)，實時地預(yù)報短波信道頻率，提供可用的工作頻段和頻率管理，能有效改善了通信質(zhì)量，提高可通率。如美軍的AV/TRQ-42戰(zhàn)術(shù)頻率管理系統(tǒng)(TFMS)，HARRIS公司的RF-7100系統(tǒng)、柯林斯公司的SELSCAN系統(tǒng)、加拿大瑞斯公司的RTS151系統(tǒng)、澳大利亞的HF-90H系統(tǒng)等。
　　戰(zhàn)術(shù)電臺中采用跳頻技術(shù)的主要目的是提高通信的抗干擾能力。隨著研究的不斷深入，跳頻速率和數(shù)據(jù)數(shù)率也越來越高，現(xiàn)在美國Sanders公司的CHESS^[13]高速短波跳頻電臺" title="跳頻電臺">跳頻電臺已經(jīng)實現(xiàn)了5000跳/秒的跳頻速率，最高數(shù)據(jù)數(shù)率可達(dá)到19.2kbps。此外，隨著更大數(shù)據(jù)量傳輸?shù)囊?，帶?nèi)多通道(Multi-Channel)被采用，其最高通信速率可達(dá)64kbps?？梢灶A(yù)見，高跳速、更高數(shù)據(jù)速率的跳頻電臺正是跳頻通信系統(tǒng)的未來發(fā)展方向，軟件無線電的概念也已逐漸應(yīng)用到新型的跳頻電臺中。
2 發(fā)展趨勢
　　短波通信的研究雖然已有了很大的進(jìn)展，但仍然存在著很多的問題需要進(jìn)一步的研究，未來的研究內(nèi)容可從以下幾個方面考慮：
　　(1) 自適應(yīng)跳頻
　　短波自適應(yīng)跳頻電臺已經(jīng)在當(dāng)前的軍事通信中占有了很重要的一部分。與VHF/UHF頻段不同，短波信道有許多固有特點(diǎn)，例如，受多徑時延、幅度衰落、天氣變化等因素的影響，信道條件變化莫測。所以，若要保證短波通信的可靠性，需要采用自適應(yīng)跳頻技術(shù)，它通過分析波段上的頻率占用率，自動搜索無干擾或未被占用的跳頻信道進(jìn)行跳頻，不僅避免了自然干擾，也不會受到短波頻譜大量占用的影響。它會根據(jù)需要自動地改變跳頻序列，有效地適應(yīng)惡劣環(huán)境。實時預(yù)測可用的頻率仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。
　　(2) 自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)
　　當(dāng)工作頻率選定后，通常在允許的誤碼率條件下應(yīng)選擇盡可能高的數(shù)據(jù)傳輸速率" title="傳輸速率">傳輸速率。即指當(dāng)信道傳播特性良好時可用較高傳輸速率發(fā)送信息，而當(dāng)傳播特性變差時則降低傳輸速率，使誤碼率仍能滿足要求。這樣可使信息傳輸質(zhì)量及速率在實際條件下綜合指標(biāo)最佳。此技術(shù)即傳輸速率自適應(yīng)技術(shù)，實現(xiàn)的關(guān)鍵問題是如何擬定信道質(zhì)量實時估值方法及保證發(fā)收兩端同步變速，這就需要系統(tǒng)的編碼和調(diào)制方法要隨著信道的變化而變化。故應(yīng)進(jìn)一步分析編碼調(diào)制方案與信道條件的相互關(guān)系，制定出好的實現(xiàn)方案。
　　(3) 高速調(diào)制解調(diào)器的研制
　　隨著人們對短波通信要求的提高，不僅需要傳輸語音，還要實時地傳輸圖像信息等，這就要求研究增加短波通信容量的方法。除了串行調(diào)制解調(diào)器之外，人們現(xiàn)在正在研究利用多載波并行(例如：OFDM)通信方式或者帶內(nèi)多通道的方式來提高短波通信的傳輸速率。目前，并行調(diào)制解調(diào)器的速率可以達(dá)到64kbps，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了串行調(diào)制解調(diào)器9.6kbps的傳輸速率，但其性能仍不夠滿意，還需進(jìn)一步改善。
　　(4) 保密抗干擾技術(shù)
　　由于短波通信是戰(zhàn)事狀態(tài)下指揮唯一可靠的途徑，所以，如何提高通信的保密性抗干擾能力、不被敵人所截獲和破譯，如何使對抗方難以偵察，從而使其干擾失效，如何利用加密和跳頻技術(shù)與短波通信結(jié)合以增強(qiáng)對抗性能，是通信電子戰(zhàn)面臨的一個新課題。
　　(5) 組網(wǎng)技術(shù)
　　由于短波通信屬開放型，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)上視音頻等功能，這對它的組網(wǎng)帶來很大困難。如何有效地進(jìn)行頻率復(fù)用及網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點(diǎn)間的聯(lián)絡(luò)，包括全網(wǎng)如何實時選頻等都具有特殊性。美國的聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)無線電系統(tǒng)(JTRS)采用Ad-hoc的方式，但現(xiàn)在仍有許多問題并未得到解決，尤其是與大網(wǎng)中其它通信網(wǎng)間的接口協(xié)議的優(yōu)化擬定等需要進(jìn)一步研究解決。
　　短波通信因其設(shè)備簡單、通信距離遠(yuǎn)、抗毀性強(qiáng)、機(jī)動靈活等優(yōu)點(diǎn)重新引起了人們的廣泛關(guān)注，短波通信已經(jīng)伴隨著我們進(jìn)入了信息時代。隨著技術(shù)的進(jìn)步和人們研究的深入，曾一度被認(rèn)為落后的短波通信必將以嶄新的面貌跨入國際先進(jìn)通信領(lǐng)域的行列。
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