頻率管理系統在短波通信中的運用

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的通信方式，雖然在無線通信領域發展相對緩慢，應用范圍相對較小，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，導致電離層參數發生變化。這種變化存在一定的規律，但是僅靠人工統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]。二是傳輸介質具有抗毀性。短波通信的傳輸介質為電離層，目前尚無手段能夠毀壞電離層。但是，短波通信業存在一定的短板。例如，由于短波通信介質為電離層，當電離層狀態較差或電離層變化較頻繁時，通信質量將受到嚴重影響。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，影響通信質量。在短波通信中，管理短波頻率是保證短波通信質量的重要措施。利用頻率管理系統可以分析和預測電離層參數，隨時了解電離層的狀態。本文主要對頻率管理系統在短波通信中的應用展開研究，以期可為相關領域研究人員提供參考和借鑒。

1 短波頻率管理系統的發展

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

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

2 短波頻率管理系統構成

設計短波頻率管理系統是為了提升短波通信質量，從而保證在遠距離條件下仍然能夠實現有效通信。在通用的短波頻率管理系統中，通常需要垂測站、斜側站以及斜向返回探測站等共同工作來掌握電離層的狀態，并根據應用需要可以將短波頻率管理系統配置成固定站和移動站，進而構成管理網絡。

在短波頻率管理系統的管理網絡中，通常采用分層分布式網絡結構。其中，一級站點和二級站點主要配備固定站。一方面，固定站可以發現短波頻段探測信號，同時監測站點周邊環境短波頻段的頻譜環境。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據，并根據數據處理結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送的探測信號，同時實時監測本地周邊的電磁環境，管理和控制短波通信系統的頻管數據。移動站與固定站之間可以構成探測與接收鏈路，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絡，以有效提高短波通信的質量和效率。實際應用時，通常利用機動站實現對固定站的延伸。

3 短波頻率管理系統應用及性能提升

將頻率管理系統應用到短波通信中，可以有效提高通短波通信的質量。下面詳細介紹頻率管理系統在短波通信領域可以采用的應用方式。

3.1 監測短波通信時的電磁環境情況

電磁環境的優劣嚴重影響短波通信的質量和效率。利用頻率管理系統可以監測電磁信號，存儲、分析以及處理監測的信號數據，并根據處理結果向控制中心提供關于頻率管理的相關信息。具體實現這一功能的系統通常稱為電磁環境監測系統，是頻率管理系統的重要組成部分。電磁環境監測系統的主要功能是對在特定頻段發送的探測信號的具體參數和頻率的時間可用度等進行詳細測量，即統計和分析頻率的可用度。此外，電磁環境監測系統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[4]。

在對頻譜進行詳細測量時，電磁環境進監測系統可以對監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，進而實現數據交互。頻率管理系統可以識別通信的信號頻譜，為使用者提供頻率調整的依據，具備高準確性、機動性和實時性的特點。通過電磁環境監測系統的高效利用，使用者能夠準確掌握監測到的無線電信號的詳細發射參數，對不明信號的屬性和種類進行區分。

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據的處理和分析，結合斜測站和垂測站返回的測量數據，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境對頻段的影響。首先，利用或結合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，根據太陽黑子數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，確定在該電離層狀態和通信距離條件下合適的電離層傳播模式；最后，根據預測數據和實測數據為使用者推薦最優的工作頻段[5]。利用頻率管理系統為使用者提供短波通信實時選頻是較為常見的工作方式，也是保證通信質量的有效途徑。

3.3 提供短波頻率的指配

在短波通信領域，短波用戶頻段較短且短波頻段較窄，導致短波通信中傳輸的信號質量較差。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境的影響，導致通信過程不穩定。因此，在利用短波進行通信時，需要掌握電磁環境基本情況，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現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，分析通信系統的兼容性，同時更新頻率管理系統的資源庫信息；最后，完成兼容性分析后向管理中心提交合適的工作頻率，管理中心調整或更換通信使用的工作頻率，從而實現頻率的指配。

3.4 準確分發通信頻率

通用的短波頻率分發時，應確定短波頻率的具體分發方法。確定分發方法后，頻率指配系統分配通信信號，同時把頻率上傳到網上，并探測和評估當前的電離層和電磁環境，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絡是十分重要的環節，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量的優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，可以根據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據。當前使用較多的是短波自適應技術，在條件允許時可利用衛星通信電路建設信道。

（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，然后將其分發到各個節點上，提升短波通信的質量和安全性。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送站和接收站之間約定好信號格式、傳輸協議以及調制方法。此外，接收端也需要配置與發送端協議相一致的接收設備，從而為自動掃描提供基礎。

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，提高通信質量，也能夠進一步提高遠距離通信的準確度。頻率管理系統在短波通信中具有較高的應用前景。

除上述幾方面應用外，短波頻率管理系統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，在接收端和發送端實現異頻通信。第四，提升數據傳輸控制器的性能，提升其傳輸速率。第五，加強與短波通信設備的融合，更好地提升設備性能。短波頻率管理系統性能的提升面臨很大挑戰，需要研究人員投入較多的精力開展深入的研究，才能提高頻管系統的性能。

4 結 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，但其具有設備簡單、機動性強以及抗毀性強等特點，在軍事、商業以及氣象等方面發揮了重要作用。短波通信的傳輸介質電離層具有時變性，在傳輸過程中會受到周邊電磁環境和季節環境等多種因素的影響，導致通信質量和效率較低。頻率管理系統能夠有效管理短波通信的頻率，從而保證通信過程的穩定性。目前，頻率管理系統經過多年的發展已經取得了較大成果，但是任何技術的發展都不是一蹴而就的，需要經過時間的積累和技術的積淀。短波頻率管理系統的使用將短波通信的管理和短波通信技術進行了有效融合，以提供更高質量的通信。在未來的研究中，還需要對短波通信技術進行同步發展研究，進而更好地發揮兩者的結合作用。