鄭瑞霞

泰安市工業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展服務(wù)中心 山東 泰安 271000

引言

無線短波不僅可以實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)的傳輸，還能夠完成文本圖像和其他數(shù)據(jù)信息的傳輸工作。此外，短波無線電波在空中和海上導(dǎo)航中也很重要，特別是在軍事指揮領(lǐng)域，無線電短波的使用具有重要意義。在沒有衛(wèi)星通信的情況下，無線電短波在國(guó)際通信、災(zāi)害救援行動(dòng)以及包括軍事行動(dòng)在內(nèi)的相關(guān)行動(dòng)中發(fā)揮了重要的通訊作用。

1 無線電短波通信發(fā)展特點(diǎn)

1.1 無線電短波發(fā)展歷史

自從發(fā)現(xiàn)短波能夠完成遠(yuǎn)距離通信以來，短期通信得到了快速發(fā)展，成為世界各國(guó)之間最重要的遠(yuǎn)程通信手段，為政府、軍事、外交等部門提供了重要的通信作用，能夠完成電報(bào)傳送、電話傳真、語(yǔ)音廣播等重要的功能。短波通信可使用地波完成傳輸，也可以使用天波完成傳輸。地波傳輸?shù)乃ズ氖艿綄?shí)際工作頻率的影響，頻率越高衰耗越高。地波的使用僅能滿足短程通信需求，工作頻率一般低于5MHz。地波傳播相對(duì)穩(wěn)定，受天氣影響較小。天波是從電離層反射到地面的無線電波的一部分。傾斜投射的電磁波通過電離層的反射作用能夠?qū)⑵鋫鬏數(shù)角组_外的地面。天波由于電離層受天氣變化影響和多徑傳播的影響，導(dǎo)致波的擴(kuò)展非常不穩(wěn)定，其信道為變參數(shù)信道。

20世紀(jì)60年代，衛(wèi)星通信的出現(xiàn)嚴(yán)重影響了短波通信的功能性，與短波通信相比，衛(wèi)星通信具優(yōu)點(diǎn)眾多，例如信道穩(wěn)定、通信質(zhì)量高、通信信號(hào)好、通信容量高等。但實(shí)踐表明，衛(wèi)星通信建設(shè)初期成本高，靈活性有限，并且易被敵方摧毀，并且還會(huì)受到嚴(yán)重的電磁干擾影響，導(dǎo)致通信功能性大幅度降低。相比之下，短波通信不僅實(shí)際投入成本低，易于應(yīng)用，而且天然的傳播介質(zhì)不容易遭到破壞，導(dǎo)致實(shí)際通信功能受到影響。事實(shí)上，自20世紀(jì)80年代初以來，短波通信受到了越來越多的關(guān)注，并步入快速發(fā)展階段。

1.2 短波通信的特點(diǎn)

短波無線通信與衛(wèi)星通信相比，具有明顯的性能優(yōu)勢(shì)。短波通信不需要應(yīng)用中繼站即可完成遠(yuǎn)程傳輸。技術(shù)成熟完善，建設(shè)時(shí)間短，基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，運(yùn)維成本低。短波通信設(shè)備具有移動(dòng)性強(qiáng)、使用方便、組網(wǎng)靈活等特點(diǎn)。短波通信電路的編程難度較小。如果需要固定通信，則可以固定設(shè)備。如果需要移動(dòng)通信，還可以將其安裝在車輛和其他移動(dòng)設(shè)備中。面對(duì)自然災(zāi)害或戰(zhàn)爭(zhēng)，短波通信具有強(qiáng)大的生存潛力。高頻通信設(shè)備體積小，易于隱藏和運(yùn)輸。由于這些優(yōu)點(diǎn)，高頻通信廣泛應(yīng)用于生活的各個(gè)領(lǐng)域。

1.3 無線電短波的缺點(diǎn)

同時(shí)，短波通信也存在許多缺點(diǎn)，限制了其應(yīng)用。天波被不穩(wěn)定的電離層反射。如果短波頻率在3～30MHz范圍內(nèi)，則頻帶較窄，無線電臺(tái)較多，過于擁擠。同時(shí)，短波擴(kuò)展時(shí)間長(zhǎng)，站間干擾大，通信質(zhì)量不高。在天波通信中經(jīng)常使用多徑傳輸，并且信號(hào)頻率經(jīng)常被選擇性地移動(dòng)和延遲。這會(huì)導(dǎo)致信號(hào)失真和強(qiáng)度降低。噪聲是短波通信的另一個(gè)問題。噪聲分為大氣噪聲和人工噪聲。盡管短波的能量高于長(zhǎng)波和中波，而人工干擾信號(hào)的概率低于長(zhǎng)波和中波，但在20世紀(jì)50年代，它仍然給人們帶來了巨大的問題。

2 無線電短波通信在信息化時(shí)代的應(yīng)用

2.1 現(xiàn)代短波信道技術(shù)

現(xiàn)代短波信道技術(shù)主要分為兩類：一類是根據(jù)短波參數(shù)信道的特性；為了克服短波信道的空間不穩(wěn)定性對(duì)通信質(zhì)量的影響，提高短波通信的可靠性和效率，特別是短波數(shù)據(jù)的傳輸，稱為信道光技術(shù)。研究對(duì)象是短波實(shí)時(shí)選擇和頻率選擇技術(shù)。另一個(gè)目標(biāo)是提高短波通信在電子戰(zhàn)環(huán)境中的生存能力，并提高搜索、啟蒙、攔截和防御能力。它被稱為短波通信的電子防御技術(shù)。這類技術(shù)主要包括短波共譜通信技術(shù)，包括短波跳頻技術(shù)、自適應(yīng)跳頻技術(shù)、短波直接序列擴(kuò)散技術(shù)。

2.2 現(xiàn)代短波通信終端技術(shù)

現(xiàn)代短波通信終端技術(shù)，主要是針對(duì)短波通信存在著嚴(yán)重的電磁干擾的特點(diǎn)，為了滿足人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別是高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，圍繞著提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛿?shù)據(jù)傳輸速率而發(fā)展起來的。它主要包括短波調(diào)制解調(diào)技術(shù)、差錯(cuò)控制技術(shù)等。

2.3 短波通信裝備數(shù)字化與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

微電子技術(shù)的發(fā)展，促進(jìn)了大規(guī)模集成電路、微處理機(jī)在短波通信設(shè)備中的廣泛應(yīng)用，短波通信裝備集成化、小型化、通用化程度大大加強(qiáng)，技術(shù)性能顯著提高。基于軟件無線電的設(shè)計(jì)思想，使用統(tǒng)一的硬件平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)短波電臺(tái)的數(shù)字化、軟件化、模塊化已經(jīng)開始付諸實(shí)施。現(xiàn)代短波通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)主要包括短波跳頻電臺(tái)組網(wǎng)技術(shù)和短波數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。

2.4 高新技術(shù)應(yīng)用于短波通信

軟件無線電的基本思想就是建立一個(gè)通用、標(biāo)準(zhǔn)、模塊化的硬件平臺(tái)，通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)無線電臺(tái)的各種功能，并將寬帶模數(shù)變換器及數(shù)模變換器盡可能地靠近射頻天線，建立一個(gè)具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用的、開放的硬件平臺(tái)，在這個(gè)硬件平臺(tái)上盡量利用軟件技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電臺(tái)的各種功能模塊[1]。如使用寬帶ADC通過可編程數(shù)字濾波器對(duì)信道進(jìn)行分離；使用數(shù)字信號(hào)處理器技術(shù)，通過軟件編程來實(shí)現(xiàn)各種通信頻段的選擇，如HF、VHF、UHF和SHF等；通過軟件編程來完成傳送信息抽樣、量化、編碼/解碼、運(yùn)算處理和變換，以實(shí)現(xiàn)射頻電臺(tái)的收發(fā)功能；通過軟件編程實(shí)現(xiàn)不同的信道調(diào)制方式的選擇，如調(diào)幅、調(diào)頻、單邊帶、數(shù)據(jù)、跳頻和擴(kuò)頻等；通過軟件編程實(shí)現(xiàn)不同的保密結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議和控制終端功能等。靈活應(yīng)用這些基本軟件模塊，可使軟件無線電臺(tái)具備對(duì)傳播條件的多種自適應(yīng)能力、性能超群的多種抗干擾能力以及靈活的組網(wǎng)與接口能力等，可以滿足用戶的多種業(yè)務(wù)需求。理想的軟件無線電組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 無線電組成結(jié)構(gòu)圖

軟件無線電最初的應(yīng)用背景主要集中在軍事領(lǐng)域，但在過去幾年間，越來越多的公司投入了大量的人力、物力積極開展這方面的技術(shù)研究，從而使得它已從軍事領(lǐng)域轉(zhuǎn)向民用領(lǐng)域，目前無線通信領(lǐng)域存在的一些問題，如多種通信體系并存，各種標(biāo)準(zhǔn)競(jìng)爭(zhēng)激烈，頻率資源緊張等，特別是無線個(gè)人通信系統(tǒng)的發(fā)展，使得新的系統(tǒng)層出不窮，產(chǎn)品生產(chǎn)周期越來越短，原有的以硬件為主的無線通信體制難以適應(yīng)這種局面，這些都需要使用軟件無線電的概念去解決。軟件無線電技術(shù)的出現(xiàn)，使無線通信的發(fā)展經(jīng)歷了由固定到移動(dòng)，由模擬到數(shù)字，由硬件到軟件的三次變革。

3 無線電短波通信在信息化時(shí)代的應(yīng)用

3.1 保密防干擾技術(shù)

雖然衛(wèi)星通信相比短波通信來說具有頻帶更寬、穩(wěn)定性更強(qiáng)的特點(diǎn)，但是相對(duì)來說，短波通信仍然具有不可替代性。衛(wèi)星通信的普及率并不高，通信線路并不能得到廣泛安裝使用，軍事中采用衛(wèi)星通信極易被對(duì)方摧毀，這是信息戰(zhàn)中使用衛(wèi)星通信最致命的弱點(diǎn)。因此，在全球范圍內(nèi)持續(xù)地研究短波通信仍然具有重要的意義，很多國(guó)家組織都在加強(qiáng)無線短波研究計(jì)劃，未來的研究方向可以從以下兩個(gè)方面進(jìn)行。在機(jī)動(dòng)作戰(zhàn)和部隊(duì)行軍過程中短波通信是惟一種可靠的通信手段，所以對(duì)于短波通信來說，應(yīng)該從如何防止機(jī)密信息被敵人盜取，提高短波通信技術(shù)防竊取防干擾能力方面進(jìn)行研究。因此，該技術(shù)的發(fā)展應(yīng)該致力于阻止敵方偵查，使敵方的信息干擾失效，利用信息加密技術(shù)和跳頻技術(shù)增強(qiáng)短波通信生命力等等。

3.2 組網(wǎng)技術(shù)

短波無線電通信是一種開放的通信技術(shù)。因此，可以利用開放技術(shù)實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)聊天通信平臺(tái)的搭建。該實(shí)時(shí)通信平臺(tái)可以進(jìn)行視音頻對(duì)話、發(fā)送電子郵件等功能需求，這也就需要發(fā)展短波通信網(wǎng)絡(luò)。目前，該技術(shù)的難點(diǎn)在于如何豐富實(shí)用頻率，如何結(jié)合網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)時(shí)頻率選擇。此外，該技術(shù)還需要解決大型網(wǎng)絡(luò)中其他通信網(wǎng)絡(luò)之間接口協(xié)議的開發(fā)問題。

3.3 自適應(yīng)編碼調(diào)制技術(shù)

選擇工作頻率之后，數(shù)據(jù)傳輸速率應(yīng)盡可能高，并低于允許的錯(cuò)誤率。換句話說，如果信道的傳輸特性良好，則可以使用更高的傳輸速率來傳輸信息，并且如果傳輸特性惡化，則傳輸速率將降低以保持令人滿意的誤碼率。這將提高信息傳輸?shù)馁|(zhì)量和速度，使其達(dá)到最佳綜合指標(biāo)要求[2]。該技術(shù)是一種自適應(yīng)傳輸技術(shù)。如何建立一種實(shí)時(shí)的信道質(zhì)量評(píng)估方法，以確保發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的同步速度發(fā)生變化，這就要求系統(tǒng)的編碼和調(diào)制方式隨信道切換而變化。因此，我們需要進(jìn)一步分析編碼調(diào)制方案與信道狀態(tài)之間的關(guān)系，設(shè)計(jì)一個(gè)好的實(shí)現(xiàn)方案。

3.4 自適應(yīng)跳頻

短波自適應(yīng)跳頻電臺(tái)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(shí)延、幅度衰落、天氣變化等因素的影響，信道條件變化莫測(cè)。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(dòng)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(huì)受到短波頻譜大量占用的影響。它會(huì)根據(jù)需要自動(dòng)地改變跳頻序列，有效地適應(yīng)惡劣環(huán)境。實(shí)時(shí)預(yù)測(cè)可用的頻率仍然是一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的課題。

3.5 高速調(diào)制解調(diào)器

隨著人們對(duì)短波通信要求的提高，不僅需要傳輸語(yǔ)音，還要實(shí)時(shí)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。

3.6 短波無線電抗干擾新技術(shù)

在短波無線電電通信技術(shù)的早期階段，通常設(shè)計(jì)用于實(shí)現(xiàn)特定目的，而不考慮現(xiàn)實(shí)中的各種復(fù)雜應(yīng)用。另外，在當(dāng)前信息化的背景下，通信手段的數(shù)量呈指數(shù)級(jí)增長(zhǎng)，使得電磁環(huán)境越來越復(fù)雜[3]。因此，從目前的應(yīng)用場(chǎng)景來看，短波無線電通信中的抗干擾技術(shù)也面臨著新的挑戰(zhàn)。近年來，隨著先進(jìn)技術(shù)手段的不斷創(chuàng)新， 短波無線電電控制技術(shù)得到了越來越廣泛的發(fā)展和應(yīng)用，多天線陣列可用于合成波束，以選擇性地增強(qiáng)或抑制各種入射波長(zhǎng)。為了獲得更好的抗干擾效果，只有天線必須有足夠的波束寬度來區(qū)分有用信號(hào)和干擾信號(hào)的輸入方向。天線越多，分辨率越高。在故障情況下，可以使用最大信號(hào)干擾比法獲得相應(yīng)的天線剖面，以獲得最佳的通信效果。在短波段基于智能天線的抗干擾技術(shù)可以應(yīng)用于地空通信和協(xié)同通信網(wǎng)絡(luò)。

4 結(jié)束語(yǔ)

短波通信技術(shù)是一種設(shè)備方便快捷、擁有遠(yuǎn)距離通信能力、抗毀力較強(qiáng)、使用靈活的通信技術(shù)，伴隨著信息化時(shí)代的到來，短波通信技術(shù)也會(huì)因其新的進(jìn)步與發(fā)展再次受到人們的關(guān)注。未來，科技的飛速發(fā)展以及研究的不斷深入將會(huì)給傳統(tǒng)的短波通信技術(shù)注入新的血液，使之迸發(fā)出新時(shí)代的活力，讓傳統(tǒng)短波通信真正進(jìn)入到世界先進(jìn)通信技術(shù)行業(yè)。