程翰林

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所，河北石家莊 050002

摘 要 散射通信是一種大容量、超視距通信技術(shù)。在簡(jiǎn)要介紹散射通信工作原理的基礎(chǔ)上，重點(diǎn)對(duì)散射通信在海上應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)進(jìn)行了說明，并介紹了幾種適用于海上應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)和特殊處理方法，最后對(duì)海上典型的應(yīng)用進(jìn)行了舉例和分析。

關(guān)鍵詞 散射通信；海上通信；應(yīng)用

中圖分類號(hào) TN914 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 2095-6363（2017）13-0099-01

隨著我國(guó)海上經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，海上超視距通信需求不斷提升，然而傳統(tǒng)技術(shù)手段或多或少存在局限性，實(shí)現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)交互和共享較為困難，無法滿足海上數(shù)字化建設(shè)需求，此時(shí)，散射通信成為一種經(jīng)濟(jì)實(shí)用、行之有效的解決方案。散射通信具有通信容量大、單跳跨距遠(yuǎn)等特點(diǎn)，能夠很好的滿足海上應(yīng)用需求，尤其適用于350km以內(nèi)的近海島嶼、平臺(tái)、大陸間應(yīng)用需求。并且，海上特殊的氣象條件降低了散射通信的傳輸損耗，使散射通信設(shè)備在海面上使用時(shí)通信距離更遠(yuǎn)、信道傳輸容量更高，因此散射通信具有廣闊的海上應(yīng)用前景[1]。

1 散射通信概況及其優(yōu)勢(shì)

散射通信具有傳播信道穩(wěn)定、通信容量大、單跳距離遠(yuǎn)等特點(diǎn)，即便是磁爆、核爆，散射體也不會(huì)消失，因此，散射通信同時(shí)也具有很強(qiáng)的抗破壞性、抗干擾性、抗截獲性等特點(diǎn)，適用于跨山、跨海通信，能夠在海上通信中發(fā)揮重要的作用。

1.1 散射通信的優(yōu)勢(shì)

分析目前需求可知，實(shí)現(xiàn)方法主要有微波、衛(wèi)星、海底光纜等通信方式。微波通信距離有限，由于海上中繼不便，微波通信往往只能滿足視距內(nèi)通信。衛(wèi)星通信適用于超遠(yuǎn)距離通信，用大量資源來滿足350km以內(nèi)的通信需求無法發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)，不夠經(jīng)濟(jì)。海底光纜建設(shè)維護(hù)成本高，易損毀，且不能滿足移動(dòng)點(diǎn)的需求。

作為一種中遠(yuǎn)程鏈路通信手段，散射通信有著突出的優(yōu)勢(shì)：1）不易被干擾、抗截，抗毀能力強(qiáng)；2）傳輸信道穩(wěn)定，基本不受太陽黑子、雷電、極光和磁暴等惡劣環(huán)境的影響；3）通信容量大，可達(dá)8Mbps以上；4）單跳跨距遠(yuǎn)，可達(dá)100km～600km，“越障”能力強(qiáng)。

1.2 海上通信的優(yōu)勢(shì)

地理環(huán)境的不同影響著散射鏈路的傳播損耗，受到海洋氣候的影響，大氣折射指數(shù)增大，進(jìn)而使得散射通信傳播損耗降低，傳輸能力增強(qiáng)。

大量的年中值電平統(tǒng)計(jì)表明海上散射比陸地高6dB～10dB，并且由于海上大氣波導(dǎo)現(xiàn)象，規(guī)則、不規(guī)則層反射現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，導(dǎo)致海上散射通信模式并非全是瑞利信道，也存在大量非瑞利信道，這使得散射通信系統(tǒng)在海上應(yīng)用的通信效果大大優(yōu)于在陸地使用時(shí)的情況。即同一臺(tái)設(shè)備，在海上應(yīng)用時(shí)可以大幅度提單跳通信距離或海上傳輸容量；亦或者降低設(shè)備能力（意味著降低設(shè)備復(fù)雜度和成本）來實(shí)現(xiàn)與陸地應(yīng)用時(shí)同等通信距離和容量的信息傳輸需求。

2 海上散射通信關(guān)鍵技術(shù)及特殊處理

區(qū)別于內(nèi)陸通信，海上通信具有一些獨(dú)有的特點(diǎn)，比如艦船的晃動(dòng)和移動(dòng)，風(fēng)大，潮濕等，需要用相應(yīng)的技術(shù)或者特殊處理來應(yīng)對(duì)。

2.1 天線跟蹤對(duì)準(zhǔn)技術(shù)

此技術(shù)主要用于岸艦通信中，艦船行進(jìn)中艦載站要不間斷的與岸基站進(jìn)行信息交互，這就需要雙方天線實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)動(dòng)并自動(dòng)跟蹤和對(duì)準(zhǔn)。

艦載站由于知道自己和岸基站的位置信息（岸基站方位坐標(biāo)不變）可始終鎖定至岸基站，而岸基站天線采用水平跟蹤掃描的方式，利用艦載站傳回的艦船位置信息結(jié)合自身的位置信息就可計(jì)算出天線的最佳方位角并進(jìn)行調(diào)整以對(duì)準(zhǔn)艦船。這樣就實(shí)現(xiàn)了雙方的跟蹤與對(duì)準(zhǔn)。

若艦船在移動(dòng)中通信中斷，此時(shí)艦載天線可對(duì)準(zhǔn)到岸基站，如果仍在岸基站天線覆蓋范圍，等待重新建鏈后，岸基站再進(jìn)行自動(dòng)跟蹤對(duì)準(zhǔn)，如果艦船已經(jīng)超出了岸基站天線的覆蓋范圍可啟用全盲對(duì)準(zhǔn)模式。

2.2 自適應(yīng)變速率技術(shù)

海上通信時(shí)，鏈路中值傳輸損耗會(huì)受到氣象條件和地理環(huán)境的影響。一方面，每時(shí)每刻的氣象變化，溫濕度變化都會(huì)使信號(hào)接收電平在一天當(dāng)中產(chǎn)生劇烈變化；另一方面，在進(jìn)行岸艦通信時(shí)，由于艦船時(shí)時(shí)移動(dòng)帶來的地理環(huán)境以及通信距離變化也會(huì)影響鏈路中值傳輸損耗。如果只采用固定速率傳輸，通信中斷概率高，無法充分利用信道資源。

速率自適應(yīng)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，即利用信道信息實(shí)時(shí)改變通信速率，以顯著提高平均信息傳輸能力的技術(shù)。當(dāng)傳輸損耗大時(shí)降低速率以減少通信的中斷，當(dāng)傳輸損耗小時(shí)提高速率以充分利用信道資源，從而達(dá)到提升平均信息通過量的目的[2]。

2.3 特殊處理

海上往往是高溫、高鹽、潮濕的氣候并伴隨臺(tái)風(fēng)、雷電，對(duì)通信設(shè)備特別是室外機(jī)的材質(zhì)、安裝要求較高。同時(shí)，由于散射通信自身的特點(diǎn)和需求，決定了海上建設(shè)散射通信站需要進(jìn)行特殊處理。

1）防腐：長(zhǎng)期暴露在鹽霧、高溫的環(huán)境，造成散射通信設(shè)備容易被腐蝕、鹽蝕。

2）防風(fēng)：必要時(shí)應(yīng)為室外設(shè)備加裝防風(fēng)罩，天線采用柵格狀設(shè)計(jì)方便透風(fēng)，并在周圍用不銹鋼管在地面加固，最大限度地抵御臺(tái)風(fēng)的侵襲。

3）防爆：尤其是油田等平臺(tái)應(yīng)用中應(yīng)特別注意防爆。設(shè)備中的波導(dǎo)腔內(nèi)容易打火，如果接頭不嚴(yán)密可能導(dǎo)致火花泄漏而爆炸，因此應(yīng)特別注意波導(dǎo)的防爆。將金屬密封管套在波導(dǎo)管外側(cè)可有效解決問題。

3 海上散射通信典型應(yīng)用

3.1 岸艦通信

本文中岸艦通信是指距岸邊350km內(nèi)的近海范圍內(nèi)艦船（包括搶險(xiǎn)、救災(zāi)等應(yīng)急通信船只）與大陸上通信站的通信。

我國(guó)島嶼資源眾多，海岸線漫長(zhǎng)，在信息保障方面，艦船主要依靠電臺(tái)、微波、衛(wèi)星等方式與大陸進(jìn)行信息傳輸，均不理想。散射通信可以很好的滿足需求，提供一種可靠安全有效的通信手段[3]。

目前，已在萊州灣一帶海岸成功進(jìn)行試驗(yàn)，測(cè)試時(shí)間超過50h，累計(jì)航行距離大于500km，試驗(yàn)中，船只沿“S”航跡行駛、環(huán)形航跡行駛以及搖擺度為10°的情況下雙方天線均能自動(dòng)鎖定和跟蹤以保障通信正常，岸艦距離在200km內(nèi)，系統(tǒng)具有較大的通信余量。

3.2 平臺(tái)通信

本文中平臺(tái)通信是指距岸邊350km內(nèi)的近海范圍內(nèi)海上作業(yè)的平臺(tái)間以及平臺(tái)與大陸間的通信，典型的有海上石油開采平臺(tái)。

位于海南省文昌東部海面的13-1/2油田，距陸地約130km，原有通信鏈路已不能滿足業(yè)務(wù)的不斷增長(zhǎng)，迫切需要新建通信鏈路。微波、衛(wèi)星、光纖等手段均不理想，最終從經(jīng)濟(jì)、技術(shù)等方面綜合考慮選取了GS504A型散射設(shè)備建立了一條散射通信鏈路?，F(xiàn)已投入使用多年，運(yùn)行穩(wěn)定。

3.3 島嶼通信

本文中島嶼通信是指距離在350km以內(nèi)的島嶼和島嶼間以及島嶼和大陸間通信。島嶼通信與平臺(tái)通信的需求類似，光纜、微波、衛(wèi)星等手段均不理想，散射通信是一種較好的選擇。目前在南沙、西沙一些島嶼已經(jīng)部署，經(jīng)過數(shù)年的使用，設(shè)備可靠穩(wěn)定，滿足了南沙、西沙群島通信傳輸?shù)男枨?，現(xiàn)已進(jìn)入升級(jí)換代階段。

4 結(jié)論

綜上所述，作為一種寬帶超視距通信手段，散射通信豐富了海上通信的傳輸手段，并以其抗干擾、低成本、低時(shí)延等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)在海上通信領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)

[1]焦紅艷，馮紹明.散射通信在海洋石油開采中的應(yīng)用研究[J].無線互聯(lián)科技，2012（1）：68-69.

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[3]曲永志.UHF頻段岸艦散射通信技術(shù)的應(yīng)用研究[J].通訊世界，2017（5）：104-105.