短波信道改進型快速建鏈技術研究

田 甜，田 杰

（西安烽火電子科技有限責任公司，陜西 西安 710000）

0 引 言

短波通信技術屬于中遠程無線通信技術，在短波通信過程中，由于信道之間存在競爭特性和時變特性，因此在進行業務通信前需要對待選信道進行探測和建鏈。對可用信道集合進行依次探測和評估，其過程消耗的時間在整體建鏈過程中占較高的比例，不僅降低了短波通信效率，而且還降低了信道質量參數輸出的實時性[1]。本文針對短波通信建鏈問題，改進短波通信建鏈方案，提出了一種改進型的快速建鏈方案，以提升短波通信效率和信道質量參數的實時性。

1 短波鏈路建立流程

第三代短波通信的鏈路建立過程分為系統空閑和建鏈兩個階段。在系統空閑階段對信道進行探測，篩選出所有可用的頻率，構成可用頻率集合，在建立鏈路時從可用頻率集中選取適當的頻率進行建鏈和通信。該設計未能充分考慮信道間的競爭和信道的時變特性，短波信道之間存在競爭關系，會導致信道質量降低，另外由于信道的時變特性要求，需要實時刷新信道的探測結果，以保證信道質量探測結果的實時性。頻率探測和建鏈是分立進行的，這會導致原來可用的頻率段變成不可用，第三代短波通信技術對該問題了進行了一定的改進，增加了建鏈前探測，即在進行建立鏈路之前，先對備選的頻率點進行探測，利用提前探測實現對信道質量評估，篩選出進行建鏈的最優頻率，從而實現對信道實時性的改善[2]。

短波傳統建鏈流程中，主呼叫方先依次探測可用的頻率集合，一般頻率集合可設定為64個頻率點。探測選定頻率點附近3 kHz的帶寬，若檢測結果表明該信道為繁忙狀態，則進行對下個頻率點的探測，若檢測到當前信道為空閑狀態，則發送后續響應的探測信號。發送探測信號后若能夠收到應答信號，則可依據應答信號中的SNR信息和應答信號強度，對信號質量進行綜合估計。當完成全部信道探測后，依據鏈路質量分析算法，對信道質量進行綜合篩選，依據信道質量對信道順序進行降序排列，選出質量最優的信道。選擇在最優信道上進行呼叫，如果能夠收到握手信號，則表示成功完成鏈路建立，即可轉入正常的業務通信。

2 改進型快速建鏈技術

傳統建立鏈路過程需要對可用頻率集合依次進行探測，該方法存在以下兩方面的問題。一方面是該探測過程會增加建鏈所需時間，頻率間的切換和對信道狀態的探測花費了建鏈的大部分時間，降低了通信效率。另一方面是該過程無法完全保障信道質量參數的實時性，由于短波信道具有快速時變性，信道質量有可能在很短時間內發生變化，因此探測獲得的信道質量估計值可能具有滯后。改進快速建鏈技術的目的是提升建鏈速度，通過建鏈速度的提升可以提高通信效率和信道質量評估的實時性，同時需要保證建鏈的快速性和穩定性，在傳統建鏈流程的基礎上對建鏈結構進行改進[3]。改進型快速建鏈流程如圖1所示。

圖1 改進型快速建鏈流程

改進型快速建鏈技術在對頻率集合探測前加入頻譜預測環節，通過頻譜預測可以獲得信道閑忙狀態的預測值，根據信道狀態的預測結果判斷是否可以建鏈。利用頻率預測減少了探測過程中頻率間的切換過程和信道感知，降低了這兩個過程的時間消耗。頻譜預測存在一定的預測誤差，有可能導致對信道狀態的誤判，但預測誤差出現的概率很小，僅造成了很小的性能損失，卻能夠實現建鏈速度的大幅度提升。另外改進了LQA算法，新型LQA算法不僅將信道信噪比作為主要考察因素，同時將信道連續空閑時長和空閑概率作為考察因素。通過引入連續空閑時長，增加連續空閑時長因素的權重，會將連續空閑較長的信道靠前排序，從而使得空閑信道會被優先探測，降低信道切換的次數，提高信道探測效率。此外，通過引入信道空閑概率可以排除出一些特殊狀況，例如對某信道的下一時刻預測狀態為閑且其連續空閑時間也較長，但實際情況是該信道下一時刻為繁忙且其時間空閑率也較低，通過信道空閑概率判斷，可篩選出此類錯誤預判情況。

3 信號收發方案設計

信號建鏈過程中涉及到信號的發送和接收，信號的收發對信道探測和信道質量評估具有重要影響，因此需分別分析信號的發送方案和接收方案。

3.1 信號發送方案

信號的發送過程主要包括生成發送序列、生成波形以及調制載波。首先需要解決的問題是生成發送序列，經過數據預處理、保護序列、同步報頭序列、PDU信息處理以及合并等操作，將協議數據的信息轉換為待發送的序列。待發送序列生成流程圖如圖2所示，描述了從協議數據到待發送序列之間經過的處理環節和處理過程[4]。

圖2 待發送序列生成流程

生成待發送序列后，需要生成波形。待發送序列屬于符號值序列，對其進行處理后轉換為連續的波形，轉變標準需選用GJB和MIL協議標準，選用8PSK對發送序列實施調制映射，通過映射將待發序列劃分為I和Q兩路，通過濾波獲得基帶信號的連續波形，基帶波形生成流程如圖3所示。最后是完成載波調制，分別將I和Q基帶波形與各調制信號進行相乘，然后將兩路信號合并為一路信號，將最終的信號通過射頻輸出發送信號。

圖3 基帶波形生成流程

3.2 信號接收方案

信號接收處理流程如圖4所示，接收信號通過信道接收機被接收到系統中進行帶通濾波。帶通濾波器的中心頻率設計為1 800 Hz，帶寬設計為3 kHz。信號經過帶通濾波后，再進行希爾伯特變換去除頻譜中的負頻率部分，以便之后進行的去載波和參數估計處理環節。緊接著是對信號的下采樣，采樣頻率與發送濾波器的中心頻率相一致，下采樣之后進行去載波處理，信號經過去載波處理后，即可獲取到發送信號濾波后輸出的基帶信號。之后即可對獲得的信號進行分析處理，估計信道參數，如實現對時延和信噪比等參數的估計。通過參數的估計值即可評價建立的鏈路質量，另外可利用信道參數校正信道。最后提取信號中的信息，其過程基本就是發送流程的逆過程，利用信息提取即可獲得最終所需要的協議數據信息。

圖4 信號接收處理流程

4 結 論

本文在第三代短波通信探測和鏈路建立技術的基礎上改進鏈路建立過程，提出了一種改進型快速建鏈方案，提高鏈路建立的快速性和穩定可靠性，以解決現有探測和建鏈技術效率低和時效性差的問題。短波信道具有短時間內發生時變的特性，開發更為快速的探測和建鏈技術在短波通信中具有較強的需求，因此快速建鏈技術是短波通信中關鍵研究技術。