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作   者：马满仓（中国电子系统工程公司，北京 100840）
网络编辑：中国航天工程咨询中心_陈琦霞
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    摘 要 短波通信在通信领域具有其它通信手段无法替代的地位。分析了新一代短波通信技术的主要特点。

    关键词 短波通信， 新特点， 发展趋势 

                                    Characteristics of New Generation High Frequency Communications
                                                                         Ma Mancang
                                         （Institute of Electronic System Engineering, Beijing 100840）
    Abstract High frequency（HF）communications play an important role in the field of communications. The characteristics of new generation high frequency communications were analyzed.
    Keywords High frequency（HF）communications, New characteristics, Developing tendency

    1 引 言

    短波通信是历史最为久远的无线电通信。短波通信设备简单、机动灵活、成本低廉，可用较小的发射功率直接进行远距离通信。与卫星通信及有线通信相比，短波通信介质的电离层不易遭受人为的破坏。因此，美国把短波信道作为战略、战术的主干线和二级线路。在我国，短波通信网是战略通信网之一，是战时作战指挥通信中的“杀手锏”，是和平时期防暴乱、抢险救灾的应急通信手段。短波通信有时，特别是在战争中是唯一的通信手段。

    2 现代短波通信的新特点

    20世纪80年代以来，短波通信在电波传播研究、频率自适应通信、中高速数据通信、组网通信、自适应跳频及近垂直入射天波通信等方面都取得了重大突破，短波通信方式存在的许多问题和缺点得到克服和改进；随着计算机、移动通信和微电子技术的迅猛发展，人们利用微处理器、数字信号处理，不断提高短波通信的质量和数据传输速率，使现代短波通信从第二代通信装备向第三代通信装备发展，并呈现以下新特点。

    2.1 短波电台由窄带、低速电台向宽带、高速、抗干扰电台发展

    短波电台通信方式由原来的定频、低速跳频和低速数据通信方式转变为高-低速跳频、高-低速数据、跳频与扩频、宽带与窄带相结合，多体制并存，综合运用，互为补充的综合通信方式。

    传统的短波定频、跳频电台在技术上存在着语音质量差、数据速率低、跳速低、抗干扰性能差等问题。为解决以上问题，将新技术应用于短波通信中，将带宽从3kHz扩展到1MHz以上，将电台数据传输速率从目前的最高2.4kbps提高到4.8kbps、9.6kbps、19.2kbps，采取纠错、交织、加密等措施，提高了信息传输的可靠性和安全性。主要出现以下几种宽带、高速短波通信新体制： 

    （1）直接序列扩频（DS）电台：通过伪噪声（PN）序列对发送的信息数据进行调制，将系统的带宽扩展，使信号淹没于噪声之中。接收端本地PN序列和所接收信号进行互相关运算，将DS信号解扩，恢复原始信息数据，系统具有低截获率、抗多径、抗窄带干扰的能力。如美国SICOM公司研制的直扩短波电台，扩频带宽为1.5MHz，信息速率最高达58kbps。

    （2）短波高速差分跳频电台：差分跳频是近年出现的一种与传统跳频技术完全不同的技术体制，差分跳频体制中跳频序列不再是由伪随机码序列控制，而是由数据信息序列通过频率转移函数映射后得到的。通过频率转移函数，将信息调制、纠错编码和跳频三者有机地结合在一起，在接收端，通过对多跳信号进行联合检测得到差分跳频序列，再进行频率序列译码，解调出数据信息。差分跳频技术体制在提高数据传输速率的同时也提高了系统的抗干扰能力和抗衰落能力。如美国近年来研制的CHESS电台，跳速达5000跳/秒，跳频带宽2MHz，信息传输速率19.2kbps。

    （3）短波自适应跳频电台：短波自适应跳频通信把频率自适应技术与跳频技术结合起来，通过频率自适应功能选出可通的“好频率”作为跳频频率表，从而避免了盲目性，提高了可通率。与常规跳频相比，自适应跳频电台的带宽、跳速、数据传输速率都有较大的提高，抗跟踪式、瞄准式和部分频带阻塞式干扰能力大大增强。

    2.2 短波的业务类型由常规的话、报业务发展为支持邮件、文电、传真、话音等综合业务

    短波信道是一个典型的时变信道，多种反射模式并存，不仅存在衰落而且存在多径时延。同时，短波信道还存在严重的电磁干扰，为了满足人们对高速数据业务的需求，就要采用性能良好的短波调制解调器和有效的差错控制技术，调制解调器成为实现短波数据通信的关键部件。

    目前，窄带电台中的调制解调器按调制方式分为多音并行和单音串行两种体制。传统的多音并行体制有16音、39音和52音，每个单音为QPSK/8PSK调制。目前最高数据速率为2.4kbps，采用多载波正交频分复用（OFDM）技术后，可实现16kbps～64kbps的数据传输速率；单音串行体制使用单载波调制发送信息，接收端采用信道均衡、序列检测和信道估值综合技术，消除多径传播和信道畸变引起的码间串扰。数据传输速率可达9.6kbps，采用256QAM调制，在3kHz带宽上最高速率可达16kbps。

    2.3 短波通信系统由数字化向软件化、智能化方向发展

    短波通信数字化主要包括两方面的内容：一是语音数字化通信；二是数据通信业务，特别是高速数据通信业务。因此，在短波信道条件下的高速率的可靠数字信号传输，低码率的语音编码，以及数字信号处理技术，是实现短波数字化的关键技术。

    基于软件无线电设计思想，对短波电台进行数字化、软件化、模块化。所谓软件无线电（SDR）就是尽可能靠近天线对信号进行数字化，采用开放式的结构体系，通过软件编程实现信息处理，动态配置系统功能。以ADC/DAC、DSP和CPU为硬件基础，使用统一的硬件平台，在短波电台中频（甚至射频）部分对信号进行数字化处理、用软件编程灵活地实现宽带数字滤波、直接数字频率合成、数字上/下变频、调制/解调、差错编码、信道均衡、信令控制、信源编码、加密/解密。软件无线电引入新业务、新技术方便，容易升级换代，并大大缩短研制周期，降低产品开发成本。

    认知无线电（CR）概念，最早是由瑞典Joseph Mitola博士于1999年8月提出的，是对软件无线电功能的进一步扩展。认知无线电可以感知周围电磁环境，通过无线电知识描述语言与通信网络进行智能交流，并实时调整传输参数（通信频率、发射功率、调制方式、编码体制等），使通信系统的无线电参数不仅与规则相适应，而且能与环境相匹配，以达到无论何时何地都能达到通信系统的高可靠性和频谱利用的高效性。SDR关注的是采用软件方式实现无线电系统信号的处理；而CR强调的是无线系统能够感知操作环境的变化，并据此调整系统工作参数，实现最佳适配。CR是更高层的概念，不仅包括信号处理，还包括根据相应的任务、政策、规则和目标进行推理和规划的高层活动。所以，认知无线电是智能化的软件无线电。

    2.4 短波通信网络由单一的、树状网络向扁平化、抗毁性、综合化网络方向发展

    通信数字化、通信系统网络化、通信业务综合化是短波通信发展的必然趋势，系统兼容、网络互通，以及高可靠性、有效性、强抗毁性，成为通信系统建设的基本要求。第三代短波通信的主要技术特征是数字化、网络化，其主体或关键技术包括：第三代自动链路建立技术（3G-ALE）、新型高速短波跳频技术，以及短波组网通信技术等。随着对短波通信网的网络容量、传输速度、抗干扰能力要求的不断提高，世界各国进入了第三代数字化短波通信系统网的研究阶段。这种短波通信网是一种远程综合业务数据网，它能作为各级指挥系统的重要手段，将TCP/IP网络和程控电话网拓展到边远地区的纵深，使各移动平台上的综合业务通过短波信道安全无缝的接入各种业务数据网、电话网和TCP/IP网络。

    2.5 短波通信自适应由单一的频率自适应技术向全方位的自适应技术方向发展

    短波通信存在着短波信道的时变色散特性和高电平干扰的弱点。因此，为了提高短波通信的质量，根本的途径是实时地避开干扰，找出具有良好传播条件的无噪声信道。完成这一任务的关键是采用自适应技术。所谓自适应，就是能够连续测量信号和系统变化，自动改变系统结构和参数，使系统能自行适应环境的变化和抵御人为干扰。 

    传统意义上的自适应主要是指频率自适应，是以实时信道估值为基础，采用自动链路建立和链路质量分析技术，因此，也称之为实时选频技术。现已发展的自适应技术有：自适应选频与信道建立技术、功率自适应技术、传输速率自适应技术、自适应调制解调技术、自适应分集技术、自适应信道均衡及辨识技术、自适应编码技术、自适应调零天线技术。除上述技术外，还有自适应时隙利用、自动转信技术等。

    未来短波网络数据通信将成为主要的通信方式，但单一的频率自适应还无法满足网络数据通信的要求，由于短波通信中各种新技术的出现，特别是分组交换和各种自适应短波通信技术的发展，为短波数据网的发展打下了基础，频率自适应技术可与其它自适应功能综合构成全自适应短波通信系统。未来通信的需求促进了短波自适应通信系统向全自适应技术的方向发展。

    2.6 新型短波天线向自适应、智能化方向发展

    无线电系统都需用天线，它是实现电路电磁能量正反变换的器件。在变换过程中，有三个功能和性能：获得或送出更多的功率－阻抗匹配；高效率变换－效率及衰减；聚集的发射或选择接收－方向性。在这些性能中，方向性更受到重视。自适应天线技术是高频自适应技术中的一种，是在天线技术、信号处理技术、自动控制理论等多学科基础上综合发展而成的一门技术。自适应天线阵能够自动适应环境变化，增强系统对有用信号的检测能力，优化天线的方向图，并能有效地跟踪有用信号，抑制和消除干扰及噪声而保持系统对某种准则而言是最佳的。它通常由天线阵列组成，故又称为自适应阵列天线。由于自适应天线能自适应地调整阵列单元的幅度和相位，使该阵列特性（如方向图、极化特性和阻抗特性等）处于某种最佳状态，是一种目前十分引人注目的天线型式。特别是它能自适应地调整波瓣图的零点位置使之对准干扰源方向，改变方向特性，而且能提高信号增益，降低电波相互交叉引起的干扰，从而大大提高抗干扰能力。

    3 结束语

    现代通信的特点是高度信息化。信息化对通信系统提出了越来越高的要求。新型通信设备总的发展趋势是集成化、数字化、一体化与网络化，数据和图像将发展成为未来通信的主要业务。无线电通信业务的飞速发展、电磁环境的进一步恶化，作为无线电通信重要手段之一的短波通信，将在信息社会中特别是军事信息战场上发挥更重要的作用。

    参考文献

    1 胡中豫等. 现代短波通信. 北京：国防工业出版社，2003
    2 董彬虹，李少谦. 短波通信的现状及发展趋势. 信息与电子工程，2007；2
    3 郭彩丽，张天魁等. 认知无线电技术的国内外发展和研究现状. 现代电信科技，2006；6
    4 杨小牛. 从软件无线电到认知无线电，走向终极无线电.  中国电子科学研究院学报，2008；2