無線電短波通信在信息化時代的應用

鄭瑞霞

泰安市工業(yè)經濟發(fā)展服務中心 山東 泰安 271000

引言

無線短波不僅可以實現(xiàn)語音信號的傳輸，還能夠完成文本圖像和其他數(shù)據信息的傳輸工作。此外，短波無線電波在空中和海上導航中也很重要，特別是在軍事指揮領域，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，無線電短波在國際通信、災害救援行動以及包括軍事行動在內的相關行動中發(fā)揮了重要的通訊作用。

1 無線電短波通信發(fā)展特點

1.1 無線電短波發(fā)展歷史

自從發(fā)現(xiàn)短波能夠完成遠距離通信以來，短期通信得到了快速發(fā)展，成為世界各國之間最重要的遠程通信手段，為政府、軍事、外交等部門提供了重要的通信作用，能夠完成電報傳送、電話傳真、語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)乃ズ氖艿綄嶋H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將其傳輸?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，導致波的擴展非常不穩(wěn)定，其信道為變參數(shù)信道。

20世紀60年代，衛(wèi)星通信的出現(xiàn)嚴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)點眾多，例如信道穩(wěn)定、通信質量高、通信信號好、通信容量高等。但實踐表明，衛(wèi)星通信建設初期成本高，靈活性有限，并且易被敵方摧毀，并且還會受到嚴重的電磁干擾影響，導致通信功能性大幅度降低。相比之下，短波通信不僅實際投入成本低，易于應用，而且天然的傳播介質不容易遭到破壞，導致實際通信功能受到影響。事實上，自20世紀80年代初以來，短波通信受到了越來越多的關注，并步入快速發(fā)展階段。

1.2 短波通信的特點

短波無線通信與衛(wèi)星通信相比，具有明顯的性能優(yōu)勢。短波通信不需要應用中繼站即可完成遠程傳輸。技術成熟完善，建設時間短，基礎設施建設，運維成本低。短波通信設備具有移動性強、使用方便、組網靈活等特點。短波通信電路的編程難度較小。如果需要固定通信，則可以固定設備。如果需要移動通信，還可以將其安裝在車輛和其他移動設備中。面對自然災害或戰(zhàn)爭，短波通信具有強大的生存潛力。高頻通信設備體積小，易于隱藏和運輸。由于這些優(yōu)點，高頻通信廣泛應用于生活的各個領域。

1.3 無線電短波的缺點

同時，短波通信也存在許多缺點，限制了其應用。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，則頻帶較窄，無線電臺較多，過于擁擠。同時，短波擴展時間長，站間干擾大，通信質量不高。在天波通信中經常使用多徑傳輸，并且信號頻率經常被選擇性地移動和延遲。這會導致信號失真和強度降低。噪聲是短波通信的另一個問題。噪聲分為大氣噪聲和人工噪聲。盡管短波的能量高于長波和中波，而人工干擾信號的概率低于長波和中波，但在20世紀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代的應用

2.1 現(xiàn)代短波信道技術

現(xiàn)代短波信道技術主要分為兩類：一類是根據短波參數(shù)信道的特性；為了克服短波信道的空間不穩(wěn)定性對通信質量的影響，提高短波通信的可靠性和效率，特別是短波數(shù)據的傳輸，稱為信道光技術。研究對象是短波實時選擇和頻率選擇技術。另一個目標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。這類技術主要包括短波共譜通信技術，包括短波跳頻技術、自適應跳頻技術、短波直接序列擴散技術。

2.2 現(xiàn)代短波通信終端技術

現(xiàn)代短波通信終端技術，主要是針對短波通信存在著嚴重的電磁干擾的特點，為了滿足人們對數(shù)據業(yè)務，特別是高速數(shù)據業(yè)務的需求，圍繞著提高數(shù)據傳輸?shù)目煽啃院蛿?shù)據傳輸速率而發(fā)展起來的。它主要包括短波調制解調技術、差錯控制技術等。

2.3 短波通信裝備數(shù)字化與網絡技術

微電子技術的發(fā)展，促進了大規(guī)模集成電路、微處理機在短波通信設備中的廣泛應用，短波通信裝備集成化、小型化、通用化程度大大加強，技術性能顯著提高。基于軟件無線電的設計思想，使用統(tǒng)一的硬件平臺，實現(xiàn)短波電臺的數(shù)字化、軟件化、模塊化已經開始付諸實施。現(xiàn)代短波通信網絡技術主要包括短波跳頻電臺組網技術和短波數(shù)據通信網絡技術。

2.4 高新技術應用于短波通信

軟件無線電的基本思想就是建立一個通用、標準、模塊化的硬件平臺，通過軟件編程來實現(xiàn)無線電臺的各種功能，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，建立一個具有“A/D-DSP-D/A”模型的通用的、開放的硬件平臺，在這個硬件平臺上盡量利用軟件技術來實現(xiàn)電臺的各種功能模塊[1]。如使用寬帶ADC通過可編程數(shù)字濾波器對信道進行分離；使用數(shù)字信號處理器技術，通過軟件編程來實現(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、運算處理和變換，以實現(xiàn)射頻電臺的收發(fā)功能；通過軟件編程實現(xiàn)不同的信道調制方式的選擇，如調幅、調頻、單邊帶、數(shù)據、跳頻和擴頻等；通過軟件編程實現(xiàn)不同的保密結構、網絡協(xié)議和控制終端功能等。靈活應用這些基本軟件模塊，可使軟件無線電臺具備對傳播條件的多種自適應能力、性能超群的多種抗干擾能力以及靈活的組網與接口能力等，可以滿足用戶的多種業(yè)務需求。理想的軟件無線電組成結構如圖1所示。

圖1 無線電組成結構圖

軟件無線電最初的應用背景主要集中在軍事領域，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研究，從而使得它已從軍事領域轉向民用領域，目前無線通信領域存在的一些問題，如多種通信體系并存，各種標準競爭激烈，頻率資源緊張等，特別是無線個人通信系統(tǒng)的發(fā)展，使得新的系統(tǒng)層出不窮，產品生產周期越來越短，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。軟件無線電技術的出現(xiàn)，使無線通信的發(fā)展經歷了由固定到移動，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代的應用

3.1 保密防干擾技術

雖然衛(wèi)星通信相比短波通信來說具有頻帶更寬、穩(wěn)定性更強的特點，但是相對來說，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)星通信極易被對方摧毀，這是信息戰(zhàn)中使用衛(wèi)星通信最致命的弱點。因此，在全球范圍內持續(xù)地研究短波通信仍然具有重要的意義，很多國家組織都在加強無線短波研究計劃，未來的研究方向可以從以下兩個方面進行。在機動作戰(zhàn)和部隊行軍過程中短波通信是惟一種可靠的通信手段，所以對于短波通信來說，應該從如何防止機密信息被敵人盜取，提高短波通信技術防竊取防干擾能力方面進行研究。因此，該技術的發(fā)展應該致力于阻止敵方偵查，使敵方的信息干擾失效，利用信息加密技術和跳頻技術增強短波通信生命力等等。

3.2 組網技術

短波無線電通信是一種開放的通信技術。因此，可以利用開放技術實現(xiàn)實時聊天通信平臺的搭建。該實時通信平臺可以進行視音頻對話、發(fā)送電子郵件等功能需求，這也就需要發(fā)展短波通信網絡。目前，該技術的難點在于如何豐富實用頻率，如何結合網絡節(jié)點，實現(xiàn)網絡中的實時頻率選擇。此外，該技術還需要解決大型網絡中其他通信網絡之間接口協(xié)議的開發(fā)問題。

3.3 自適應編碼調制技術

選擇工作頻率之后，數(shù)據傳輸速率應盡可能高，并低于允許的錯誤率。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|量和速度，使其達到最佳綜合指標要求[2]。該技術是一種自適應傳輸技術。如何建立一種實時的信道質量評估方法，以確保發(fā)射機和接收機的同步速度發(fā)生變化，這就要求系統(tǒng)的編碼和調制方式隨信道切換而變化。因此，我們需要進一步分析編碼調制方案與信道狀態(tài)之間的關系，設計一個好的實現(xiàn)方案。

3.4 自適應跳頻

短波自適應跳頻電臺已經在當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，例如，受多徑時延、幅度衰落、天氣變化等因素的影響，信道條件變化莫測。所以，若要保證短波通信的可靠性，需要采用自適應跳頻技術，它通過分析波段上的頻率占用率，自動搜索無干擾或未被占用的跳頻信道進行跳頻，不僅避免了自然干擾，也不會受到短波頻譜大量占用的影響。它會根據需要自動地改變跳頻序列，有效地適應惡劣環(huán)境。實時預測可用的頻率仍然是一個具有挑戰(zhàn)性的課題。

3.5 高速調制解調器

隨著人們對短波通信要求的提高，不僅需要傳輸語音，還要實時地傳輸圖像信息等，這就要求研究增加短波通信容量的方法。除了串行調制解調器之外，人們現(xiàn)在正在研究利用多載波并行通信方式或者帶內多通道的方式來提高短波通信的傳輸速率。目前，并行調制解調器的速率可以達到64kbps，遠遠超過了串行調制解調器9.6kbps的傳輸速率，但其性能仍不夠滿意，還需進一步改善。

3.6 短波無線電抗干擾新技術

在短波無線電電通信技術的早期階段，通常設計用于實現(xiàn)特定目的，而不考慮現(xiàn)實中的各種復雜應用。另外，在當前信息化的背景下，通信手段的數(shù)量呈指數(shù)級增長，使得電磁環(huán)境越來越復雜[3]。因此，從目前的應用場景來看，短波無線電通信中的抗干擾技術也面臨著新的挑戰(zhàn)。近年來，隨著先進技術手段的不斷創(chuàng)新， 短波無線電電控制技術得到了越來越廣泛的發(fā)展和應用，多天線陣列可用于合成波束，以選擇性地增強或抑制各種入射波長。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)分有用信號和干擾信號的輸入方向。天線越多，分辨率越高。在故障情況下，可以使用最大信號干擾比法獲得相應的天線剖面，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可以應用于地空通信和協(xié)同通信網絡。

4 結束語

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