短波中低速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)

曾奇云

[摘 要]短波通信能夠?qū)崿F(xiàn)較遠(yuǎn)距離的通信，同時(shí)還具有十分靈活的特性，不僅是在整個(gè)無線通信體系當(dāng)中，對(duì)于軍事通信來說，都是十分重要的技術(shù)。但是，如果受到較強(qiáng)的干擾，或者信躁比過低，就會(huì)影響到短波高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男ЧＲ虼耍疚闹匮芯慷滩ㄖ械退贁?shù)據(jù)傳輸技術(shù)，首先對(duì)短波通信以及短波中低速數(shù)據(jù)通信進(jìn)行了概述，然后簡(jiǎn)單介紹本文所設(shè)計(jì)的短波中低速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)，并對(duì)其中關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行著重分析，以供參考。

[關(guān)鍵詞]短波；中低速；數(shù)據(jù)傳輸；技術(shù)

中圖分類號(hào)：TN919.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-914X（2016）16-0347-01

從上個(gè)世紀(jì)初到上個(gè)世紀(jì)中后期，短波通信一直都是遠(yuǎn)距離通信中常用的方式，尤其是洲際通信的主要途徑。通過短波通信傳輸，我們可以實(shí)現(xiàn)上千公里，甚至是上萬公里的短波通信。隨著科學(xué)技術(shù)水平的進(jìn)一步提升，新的計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)、電子技術(shù)等等得到進(jìn)一步的發(fā)展和應(yīng)用，短波通信技術(shù)也由此得到了更好的提升。基于此，本文將圍繞短波中低速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行深入探討。

1 短波中低速數(shù)據(jù)傳輸概述

1.1 短波通信概述

所謂短波通信，就是在借助十米到一百米波長(zhǎng)的電磁波的情況下進(jìn)行無線電通信。在實(shí)際應(yīng)用過程當(dāng)中，為了能夠充分發(fā)揮短波在近距離通信當(dāng)中的優(yōu)勢(shì)，相關(guān)技術(shù)研究人員將中波的高頻段歸到短波波段當(dāng)中，因此，在當(dāng)前很多短波通信設(shè)備當(dāng)中，波段的范圍都有所變化，其范圍已經(jīng)擴(kuò)大到1.5MHz～30MHz。在國(guó)外，很多國(guó)家也將短波通信稱之為高頻無線通信。從二十世紀(jì)的初期到中后期，短波通信一直是遠(yuǎn)距離通信和軍事通信的主要手段，通過短波數(shù)據(jù)傳輸，能夠?qū)崿F(xiàn)上萬公里距離的通信。之所以短波通信可以得到如此之快的發(fā)展和應(yīng)用，本人認(rèn)為主要?dú)w結(jié)于以下幾個(gè)方面的原因。首先，只有短波通信不受網(wǎng)絡(luò)樞紐和有源中繼體制的制約。在戰(zhàn)爭(zhēng)或者災(zāi)害發(fā)生的情況下，很多通信都會(huì)受到損壞，衛(wèi)星受到攻擊，導(dǎo)致無法實(shí)現(xiàn)正常通信，而在這一方面，短波通信就具有其他通信手段所沒有的抗損壞、抗襲擊的能力。其次，超短波無法覆蓋到很多的山區(qū)、海洋等區(qū)域，而通過短波就能實(shí)現(xiàn)。再次，相比衛(wèi)星通信而言，短波通信不用考慮話費(fèi)的開支，因而其成本更加理想。雖然短波通信具有十分顯著的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，但是其仍然存在一些不足之處。例如其可以使用的頻段很窄，因而通信的容量較小，無法進(jìn)行高速數(shù)據(jù)的傳輸。其次，短波通信的電離層是時(shí)變色散信道，傳輸特性不穩(wěn)定，會(huì)隨著季節(jié)和晝夜的變化而變化，容易形成衰落。最后，短波通信受到大氣和工業(yè)無線電噪聲的干擾十分顯著。

1.2 短波中低速數(shù)據(jù)傳輸

在電磁干擾比較嚴(yán)重而且信躁比較低的情況下，采用擴(kuò)頻技術(shù)就能有效應(yīng)對(duì)這一問題，從而提高信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性與傳輸質(zhì)量。短波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)的帶寬通常是保持不變的，想要有效提升擴(kuò)頻系統(tǒng)應(yīng)對(duì)干擾的能力，就只有從擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益入手，提供其偽隨機(jī)碼的速率。當(dāng)其速率提高到一倍時(shí)，整個(gè)擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益就會(huì)上升3dB。但是需要注意的是，當(dāng)偽隨機(jī)碼的速率提高到一定的數(shù)值時(shí)，就會(huì)受到多種因素的影響和制約，從而增加了擴(kuò)頻系統(tǒng)的應(yīng)用成本和復(fù)雜程度。所以，我們需要把握好偽隨機(jī)碼的速率和處理增益的范圍，不能一味地通過提升其速率來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。這個(gè)時(shí)候一般就會(huì)用到降低信息速率的方法。另外，在高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的可通性較低的時(shí)候，就可以采用中低數(shù)據(jù)傳輸速率，從而有效提高系統(tǒng)的可通性，提高信息傳輸?shù)姆€(wěn)定性。本文所研究的短波擴(kuò)頻通信系統(tǒng)就是主要通過降低信息傳輸速率來提高系統(tǒng)抗干擾能力的。

2 短波中低速數(shù)據(jù)傳輸關(guān)鍵技術(shù)

2.1 短波中低速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

在對(duì)短波中低速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，需要考慮短波信道的特性，在設(shè)計(jì)的過程中，可以通過對(duì)于直擴(kuò)技術(shù)的應(yīng)用來克服系統(tǒng)較低的信噪比，從而使得低速數(shù)據(jù)能夠得到有效的傳輸，同時(shí)可以通過直接序列擴(kuò)頻來使得系統(tǒng)的抗干擾性得到提高。

2.2 同步不確定性

對(duì)于擴(kuò)頻通信系統(tǒng)而言，其同步往往存在著兩個(gè)不穩(wěn)定因素，第一是碼相位的不穩(wěn)定，第二是載波頻率的不穩(wěn)定。如果要想使得接收機(jī)能夠正常工作，碼相位的分辨率必須要保證在一個(gè)碼元的范圍之內(nèi)，而且載波中心頻率的分辨率也必須要使得解擴(kuò)后的信號(hào)落在相關(guān)濾波器頻率的范圍內(nèi)，并且本地載波頻率應(yīng)該始終對(duì)準(zhǔn)輸入信號(hào)的載波頻率。

之所以會(huì)出現(xiàn)碼相位的不穩(wěn)定和載波頻率的不穩(wěn)定，是由于多方面因素的共同作用而引起的。第一是頻率源的漂移，由于頻率源的漂移，往往會(huì)導(dǎo)致部分碼相位和載波的頻率出現(xiàn)一定的偏差，從而導(dǎo)致不確定性產(chǎn)生；第二是電波傳播存在時(shí)延，接收機(jī)和發(fā)射機(jī)之間在頻率及相位上始終存在著一定的差異，所以就使得電波傳播存在一定的時(shí)延；第三是多普勒頻移，由于通信系統(tǒng)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是不斷變化的，同時(shí)對(duì)短波無線電波起到反射作用的電離層也是不斷變化的，所以就會(huì)導(dǎo)致碼相位出現(xiàn)抖動(dòng)和載波頻率發(fā)生偏移的情況；第四是多徑效應(yīng)，所謂的多徑效應(yīng)是指的由于多路徑傳播而造成的碼相位和載波頻率相位出現(xiàn)延遲的情況，從而使得同步出現(xiàn)不確定性。

2.3 Rake接收機(jī)的設(shè)計(jì)

對(duì)于傳統(tǒng)的Rake接收機(jī)而言，它利用不同信號(hào)之間的互相關(guān)很小，而信號(hào)的自相關(guān)峰又非常尖銳，所以傳統(tǒng)的Rake接收方法往往都是采用的相關(guān)接收機(jī)或者是最佳非相干匹配濾波接收機(jī)，它通過對(duì)于多個(gè)期望信號(hào)的最強(qiáng)多徑分量加以捕獲，然后在通過一個(gè)加權(quán)網(wǎng)絡(luò)來得到這些相關(guān)器輸出的一個(gè)組合，并且利用該組合來對(duì)期望信號(hào)加以判決和檢測(cè)。Rake接收機(jī)對(duì)于判決統(tǒng)計(jì)量的組合充分體現(xiàn)了分集接收的思想，通過分集接受能夠有效的克服衰落，使得整個(gè)短波通信系統(tǒng)的性能得到有效的改善。所以在對(duì)Rake接收機(jī)進(jìn)行設(shè)計(jì)的時(shí)候，可以采用兩條多徑，在完成了同步之后，就可以對(duì)主徑的位置加以確定，然后再通過時(shí)延就可以確定兩條多徑的位置。Rake接收機(jī)的原理如圖1所示。

3 結(jié)語

當(dāng)前在應(yīng)急通信中，短波通信應(yīng)用得較為普遍，但是就目前的情況而言，短波通信系統(tǒng)往往對(duì)于信道的適應(yīng)能力還較差，而且其抗干擾能力也較弱，所以為了能夠使得短波通信得到更好的發(fā)展和應(yīng)用，本文針對(duì)短波中低速數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)進(jìn)行了研究，以期實(shí)現(xiàn)在較低信噪比的環(huán)境之中通過中低速率來實(shí)現(xiàn)高可靠性的數(shù)據(jù)傳輸，進(jìn)而有效的促進(jìn)短波通信的發(fā)展。

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