黃先來

（安徽省人民防空指揮信息保障中心，安徽 合肥 230011）

0 引 言

短波通信是一種傳統(tǒng)的通信方式，雖然在無線通信領(lǐng)域發(fā)展相對緩慢，應(yīng)用范圍相對較小，但是在軍事或特殊條件下的通信中可以發(fā)揮重要作用。例如，在特定的地域條件下，當其他通信方式受到制約或限制時，往往依靠無線通信手段進行通信，其中短波通信能夠發(fā)揮較大的作用。短波通信依賴于電磁波在空間中利用天波實現(xiàn)信息的傳輸，會受到日夜交替、太陽活動以及其他自然因素的影響，導致電離層參數(shù)發(fā)生變化。這種變化存在一定的規(guī)律，但是僅靠人工統(tǒng)計還無法實時掌握和預測。相比于其他無線通信方式，短波通信具有兩個主要特點。一是短波通信依靠電離層對電磁信號的折射進行傳播，傳輸距離較遠[1]。二是傳輸介質(zhì)具有抗毀性。短波通信的傳輸介質(zhì)為電離層，目前尚無手段能夠毀壞電離層。但是，短波通信業(yè)存在一定的短板。例如，由于短波通信介質(zhì)為電離層，當電離層狀態(tài)較差或電離層變化較頻繁時，通信質(zhì)量將受到嚴重影響。短波頻段較短但是用戶較多，當大量用戶利用短波進行通信時，可能造成相互干擾，影響通信質(zhì)量。在短波通信中，管理短波頻率是保證短波通信質(zhì)量的重要措施。利用頻率管理系統(tǒng)可以分析和預測電離層參數(shù)，隨時了解電離層的狀態(tài)。本文主要對頻率管理系統(tǒng)在短波通信中的應(yīng)用展開研究，以期可為相關(guān)領(lǐng)域研究人員提供參考和借鑒。

1 短波頻率管理系統(tǒng)的發(fā)展

短波頻率管理系統(tǒng)的作用是對短波通信頻率進行規(guī)劃、分配以及優(yōu)化，從而提高短波通信的質(zhì)量。短波頻率管理系統(tǒng)的發(fā)展起步較早，但是早期的系統(tǒng)大多為獨立的信道探測系統(tǒng)，可以通過探測電離層實現(xiàn)最優(yōu)頻率選擇。例如，20世紀60年代美國的CURTS系統(tǒng)和加拿大的CHEC系統(tǒng)。70年代美國又開發(fā)了寬帶Chip系統(tǒng)，隨后出現(xiàn)了Selscan系統(tǒng)和ALQA系統(tǒng)。Selscan系統(tǒng)和ALQA系統(tǒng)利用鏈路質(zhì)量分析器實現(xiàn)對信道的自動選擇和切換，同時能夠快速調(diào)諧發(fā)射機和接收機[2]。除上述系統(tǒng)外，美國的RF-100系列和德國的CHX200、HF-850（ALLS）等系統(tǒng)也具有上述系統(tǒng)的類似功能。

與國外相比，我國短波頻率管理系統(tǒng)的研究起步較晚，在自適應(yīng)通信研究和應(yīng)用方面較為落后。為了提高短波通信技術(shù)的研究水平，我國在短波通信技術(shù)的研究中投入了大量人力和物力。在“七五”期間，我國花費大量經(jīng)費從國外購置自適應(yīng)短波通信系統(tǒng)來加快我國對短波通信系統(tǒng)研究的進程。經(jīng)過多年的努力，20世紀80年代以來，我國在自適應(yīng)短波通信系統(tǒng)的研究上取得了一系列成果，研制了多個型號的選頻系統(tǒng)和頻率管理系統(tǒng)，顯著提高了我國短波通信領(lǐng)域的技術(shù)水平。

2 短波頻率管理系統(tǒng)構(gòu)成

設(shè)計短波頻率管理系統(tǒng)是為了提升短波通信質(zhì)量，從而保證在遠距離條件下仍然能夠?qū)崿F(xiàn)有效通信。在通用的短波頻率管理系統(tǒng)中，通常需要垂測站、斜側(cè)站以及斜向返回探測站等共同工作來掌握電離層的狀態(tài)，并根據(jù)應(yīng)用需要可以將短波頻率管理系統(tǒng)配置成固定站和移動站，進而構(gòu)成管理網(wǎng)絡(luò)。

在短波頻率管理系統(tǒng)的管理網(wǎng)絡(luò)中，通常采用分層分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。其中，一級站點和二級站點主要配備固定站。一方面，固定站可以發(fā)現(xiàn)短波頻段探測信號，同時監(jiān)測站點周邊環(huán)境短波頻段的頻譜環(huán)境。另一方面，固定站可以采集和處理來自多個移動站點的探測數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)處理結(jié)果管理和分配短波頻段資源，最后上報頻率的使用情況[3]。

移動站的主要作用是接收和處理其他站點發(fā)送的探測信號，同時實時監(jiān)測本地周邊的電磁環(huán)境，管理和控制短波通信系統(tǒng)的頻管數(shù)據(jù)。移動站與固定站之間可以構(gòu)成探測與接收鏈路，為短波通信時的頻率選擇提供幫助。移動站點在工作過程中通常被接入固定站所管理的網(wǎng)絡(luò)，以有效提高短波通信的質(zhì)量和效率。實際應(yīng)用時，通常利用機動站實現(xiàn)對固定站的延伸。

3 短波頻率管理系統(tǒng)應(yīng)用及性能提升

將頻率管理系統(tǒng)應(yīng)用到短波通信中，可以有效提高通短波通信的質(zhì)量。下面詳細介紹頻率管理系統(tǒng)在短波通信領(lǐng)域可以采用的應(yīng)用方式。

3.1 監(jiān)測短波通信時的電磁環(huán)境情況

電磁環(huán)境的優(yōu)劣嚴重影響短波通信的質(zhì)量和效率。利用頻率管理系統(tǒng)可以監(jiān)測電磁信號，存儲、分析以及處理監(jiān)測的信號數(shù)據(jù)，并根據(jù)處理結(jié)果向控制中心提供關(guān)于頻率管理的相關(guān)信息。具體實現(xiàn)這一功能的系統(tǒng)通常稱為電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)，是頻率管理系統(tǒng)的重要組成部分。電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的主要功能是對在特定頻段發(fā)送的探測信號的具體參數(shù)和頻率的時間可用度等進行詳細測量，即統(tǒng)計和分析頻率的可用度。此外，電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)還可以全面測量電磁信號的電平、強度、頻率以及頻偏等參數(shù)[4]。

在對頻譜進行詳細測量時，電磁環(huán)境進監(jiān)測系統(tǒng)可以對監(jiān)測到的信號進行存儲和查詢，同時可以對不同的頻率提供相匹配的接口，進而實現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。頻率管理系統(tǒng)可以識別通信的信號頻譜，為使用者提供頻率調(diào)整的依據(jù)，具備高準確性、機動性和實時性的特點。通過電磁環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)的高效利用，使用者能夠準確掌握監(jiān)測到的無線電信號的詳細發(fā)射參數(shù)，對不明信號的屬性和種類進行區(qū)分。

3.2 為短波通信提供實時選頻

短波通信中，選擇合適的通信頻率十分重要。不同的工作頻率下，通信的質(zhì)量和效率有很大不同。在遠距離通信中，工作頻率嚴重影響通信的安全性。因此，在利用短波進行通信前，通常需要選擇工作頻率，而短波頻率管理系統(tǒng)能夠為使用者推薦合適的工作頻率。在推薦工作頻率前，短波頻率管理系統(tǒng)通常需要預測和實測頻率，同時考慮太陽黑子活動周期和通信雙方地理位置等多種因素的影響，通過對可通信頻段數(shù)據(jù)的處理和分析，結(jié)合斜測站和垂測站返回的測量數(shù)據(jù)，完成工作頻率的推薦。利用上述方法推薦工作頻率，可以顯著提升選頻的時效性，同時能夠避免外界環(huán)境對頻段的影響。首先，利用或結(jié)合GPS確定通信雙方的具體位置，進而確定兩者的通信距離；其次，根據(jù)太陽黑子數(shù)和其活動周期預測短波通信頻段，然后對電離層進行探測，了解當前的電離層實際狀態(tài)，確定在該電離層狀態(tài)和通信距離條件下合適的電離層傳播模式；最后，根據(jù)預測數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)為使用者推薦最優(yōu)的工作頻段[5]。利用頻率管理系統(tǒng)為使用者提供短波通信實時選頻是較為常見的工作方式，也是保證通信質(zhì)量的有效途徑。

3.3 提供短波頻率的指配

在短波通信領(lǐng)域，短波用戶頻段較短且短波頻段較窄，導致短波通信中傳輸?shù)男盘栙|(zhì)量較差。由于短波通信過程中針對性較弱，且不同用戶之間的通信也會相互影響，進一步影響了通信質(zhì)量。此外，由于短波通信利用電磁波在空中的傳播進行通信，采用的是無線信道，使得通信過程極易受到電磁環(huán)境的影響，導致通信過程不穩(wěn)定。因此，在利用短波進行通信時，需要掌握電磁環(huán)境基本情況，同時考慮電臺情況，指配通信使用的頻率。例如，在短波通信過程中發(fā)現(xiàn)當前的工作頻率上干擾較為嚴重時，需要及時更換通信頻率。在短波通信中進行頻率指配的基本過程如下：首先，利用頻率選擇系統(tǒng)確定指配；其次，挑選可用的工作頻率，并去除其中的禁用頻率和保護頻率；再次，分析通信系統(tǒng)的兼容性，同時更新頻率管理系統(tǒng)的資源庫信息；最后，完成兼容性分析后向管理中心提交合適的工作頻率，管理中心調(diào)整或更換通信使用的工作頻率，從而實現(xiàn)頻率的指配。

3.4 準確分發(fā)通信頻率

通用的短波頻率分發(fā)時，應(yīng)確定短波頻率的具體分發(fā)方法。確定分發(fā)方法后，頻率指配系統(tǒng)分配通信信號，同時把頻率上傳到網(wǎng)上，并探測和評估當前的電離層和電磁環(huán)境，以保證在該頻率上通信雙方能夠正常通信。這一過程中，將通信可用頻率上傳到網(wǎng)絡(luò)是十分重要的環(huán)節(jié)，主要包含以下信息。

（1）通信站點之間的電離層信息。通信站點之間短波通信質(zhì)量的優(yōu)劣依賴于兩個站點之間的電離層狀況。通過掌握電離層狀態(tài)，可以根據(jù)站點之間的距離選擇合適的工作頻率，進而保證站點之間可以可靠高效地交換數(shù)據(jù)。當前使用較多的是短波自適應(yīng)技術(shù)，在條件允許時可利用衛(wèi)星通信電路建設(shè)信道。

（2）在距離較遠的兩個站點之間傳輸信息時，需要建立可靠的傳輸信道。利用短波頻率管理系統(tǒng)可以較精確地選擇工作頻率或組合通信頻率，然后將其分發(fā)到各個節(jié)點上，提升短波通信的質(zhì)量和安全性。為了達到精確選擇頻率或組合通信頻率的目的，通信信道通常需要在覆蓋區(qū)中建立。為了保證通信過程中能夠自動掃描通信頻率并接收信號，通信前通常需要先在發(fā)送站和接收站之間約定好信號格式、傳輸協(xié)議以及調(diào)制方法。此外，接收端也需要配置與發(fā)送端協(xié)議相一致的接收設(shè)備，從而為自動掃描提供基礎(chǔ)。

利用短波進行通信采用無線信道且頻段較窄，因此會受到多種因素的影響。短波頻率管理系統(tǒng)通過對短波頻段頻率的管理，既可以提高短波通信的安全性，增強信號傳輸時候的方向性，提高通信質(zhì)量，也能夠進一步提高遠距離通信的準確度。頻率管理系統(tǒng)在短波通信中具有較高的應(yīng)用前景。

除上述幾方面應(yīng)用外，短波頻率管理系統(tǒng)自身性能也需要進一步提高。第一，提高探測短信息的信道容量。第二，進一步研究頻率指配和預測算法，提高算法精度和效率。第三，加強通信鏈路研究，在接收端和發(fā)送端實現(xiàn)異頻通信。第四，提升數(shù)據(jù)傳輸控制器的性能，提升其傳輸速率。第五，加強與短波通信設(shè)備的融合，更好地提升設(shè)備性能。短波頻率管理系統(tǒng)性能的提升面臨很大挑戰(zhàn)，需要研究人員投入較多的精力開展深入的研究，才能提高頻管系統(tǒng)的性能。

4 結(jié) 論

短波通信是遠程通信的重要方式之一。盡管短波通信方式較為傳統(tǒng)，但其具有設(shè)備簡單、機動性強以及抗毀性強等特點，在軍事、商業(yè)以及氣象等方面發(fā)揮了重要作用。短波通信的傳輸介質(zhì)電離層具有時變性，在傳輸過程中會受到周邊電磁環(huán)境和季節(jié)環(huán)境等多種因素的影響，導致通信質(zhì)量和效率較低。頻率管理系統(tǒng)能夠有效管理短波通信的頻率，從而保證通信過程的穩(wěn)定性。目前，頻率管理系統(tǒng)經(jīng)過多年的發(fā)展已經(jīng)取得了較大成果，但是任何技術(shù)的發(fā)展都不是一蹴而就的，需要經(jīng)過時間的積累和技術(shù)的積淀。短波頻率管理系統(tǒng)的使用將短波通信的管理和短波通信技術(shù)進行了有效融合，以提供更高質(zhì)量的通信。在未來的研究中，還需要對短波通信技術(shù)進行同步發(fā)展研究，進而更好地發(fā)揮兩者的結(jié)合作用。