短波通信组网发展趋势探究

2018-12-23李木胜

无线互联科技 2018年7期

李木胜

（广州海格通信集团股份有限公司，广东广州 510663）

短波通信具有简单易用、传输距离远、建设周期短、建设和维护费用低、抗毁性强等优点，在应急通信领域，尤其是在军事通信领域得到了广泛应用。但早期短波通信因为在稳定性、通信信道质量等方面存在一定的劣势，以及当时卫星通信的崛起，曾一度被弃之不用。然而，近年来随着短波通信相关技术的不断提升，特别是在组网技术上有了重大突破，短波通信重新得到人们的重视、研究和应用。

1 短波通信网络的特点

一般传统的短波通信网络采用单点对单点或单点对多点方式进行无线通信，不可避免地存在信道不稳定、通信盲区、传输宽带较窄、信道质量差等缺点。传统短波通信网络的特点归纳如下。

1.1 传输宽带较窄

相较于目前应用广泛的有线网络，短波通信由于频段总带宽低于30 MHz，且其中部分可用的频率资源受到一定限制，导致传输带宽较窄。

1.2 信道质量较差

当前各种信号、信息传输方法十分丰富，使得短波通信面临更多噪声、频偏等各种因素的影响，短波通信传输环境进一步恶化，短波信号传输受到干扰或阻碍，以致短波信道质量变得更差。

1.3 网络广域性

短波通信在传播中可以利用电离层开启多次反射，因此，短波通信中的天波普遍传输距离较远，通信覆盖面较大。不易受到路程中障碍物的影响，具备一定的广域性。但是，也正是这个特点，带来了实际通信中的多径干扰问题。

1.4 网络拓扑变化

当短波通信过程中发生可移动站点丢失、移动，就会出现网络拓扑变化现象，加上短波通信信道质量、传输带宽等多重因素的影响，网络拓扑始终难以趋于稳定。

2 短波通信组网应用现状

为了克服传统短波通信网络的不足，人们尝试了各种短波通信组网技术,取得了一定的效果，短波通信网络的性能得到了有效的提升，一方面增强了通信抗干扰能力，另一方面克服了信道衰落、通信盲区等问题。典型的短波通信组网方式及应用现状归纳如下。

2.1 固定频率通信网

固定频率通信网的组网方式较为简单，各站点的短波通信业务均在固定频率上开展。此类通信网络中各通信站点所使用的固定频率是通过长期的预报选取的可用或者最佳频率。在通信网组建过程中，网络中各通信站点利用提前约定的方式，在这些固定频率建立通信网络。这种组网方式类似于广播型通信网，也就是传统通信中的由单一节点传播向多个方向/节点传播转变。这种通信网组建方式简单、费用低，主要用于海事等公益通信事业。但是其由于信道易受影响，通信稳定性、隐蔽性较差，抗干扰能力较传统短波通信方式提升有限，因此未被大范围使用，正在随着技术的发展而被逐渐淘汰。

2.2 短波跳频通信网

短波跳频通信网是一种有别于固定频率通信网的短波通信组网方式。该类通信网络中，各通信站点主要采用跳频技术，在固定的带宽之内通过对通信信号频率进行随机性转换，实现通信内容的保密。该技术主要是通过对载频跳变的规律进行特殊设定，使信息窃取方难以从诸多频率中获取这种规律，进而达成秘密传输信息的目的。短波跳频通信网具有一定的抗干扰、抗截获、抗毁性，在军事通信领域备受青睐。但因其跳变用频的特点，会给网内用户和网外其他通信用户带来跳频干扰，因此不适合大规模大范围的组网通信，一般仅用于作战部队编组内中近距离的战术通信场合。

2.3 短波频率自适应通信网

短波自适应通信网是由若干短波电台构成的一个无中心的、具有自组织功能的通信网络。这种组网方式需要先对已经设置好的频点进行质量分析，并找出其中适宜通信使用的频率，进而构建起短波通信网络。由于其通信频率已经进行预先筛选，因此该种组网方式适应性较强，在短波通信中发挥出的质量优势也较为明显。短波自适应通信网适用于没有通信基础设施支持、网络节点状态变化剧烈，对网络抗毁性要求高的场合。该种短波通信组网方式的通信系统历经了较长的发展周期，包括早期的第一代频率自适应通信网（即各国自定义的简单的频率自适应通信网）、20世纪80年代第二代频率自适应通信网（以美军标141A 基础构建的频率自适应通信网络为代表）和第三代短波通信网（以美军标141B 基础构建的频率自适应通信网络为代表）。其中，第三代短波通信网还因其支持Internet协议而为大众所钟爱。

2.4 短波IP通信网

在网际协议（Internet Protocol，IP）的框架之下，短波通信可通过建立更加多样化的通信手段相互连通形成综合网络。这种通信网组建的优势在于既可以实现信息共享，又可以扩大网络覆盖范围，有效提升抗毁坏能力，其通信组网方式应用前景较为广阔。然而，由于受短波通信自身特点所局限，在短波IP通信网的组建中，一些网络结构不能完全照搬有线网的，而是要在IP协议接口选定与短波IP路由器正式建立的前提之下开展通信网组建。该种网络将短波通信与有线网络结合，能够有效消除短波通信盲区的影响，实现“以网补盲”，还具有比前述短波通信网络具有更强的抗扰、抗毁优势。但由于短波通信的固有缺点，该种网络存在链路建链时间长和业务传输不稳定等问题，因此在实际应用领域仍在不断探索中。

3 短波通信组网发展方向探究

基于短波通信网络的特点和短波通信组网应用的现状，下面结合新时代相关技术飞速发展的基本情况，对短波通信组网技术可能发展演进方向进行粗浅的探究。

3.1 技术迭代促进网络性能全面提升

近半个世纪以来，网络性能提升是短波通信组网应用发展过程中一个经久不衰的课题。专项技术的迭代发展有力促进了短波通信网络专项性能的提升。依托跳频技术、扩频技术而形成的跳频通信组网方式，克服了固定频率通信组网方式易受干扰、不隐蔽的问题。20世纪90年代采用短波频率自适应通信技术而形成的短波频率自适应通信组网方式，经过3代自适应技术的迭代发展，基本解决了短波通信选频难、信道质量差的问题。尤其是第三代频率自适应通信组网方式，因运用同步探测、信道分离、低/高速调制解调、自适应跳频、自适应频率管理、网络管理等新技术，其抗干扰、抗截获、抗摧毁性能和综合业务传输能力等网络性能相对于前面几种组网方式有了较大提升和改进。

近几年，依托短波射频全频段信号直接采样、宽带多信道接收、信号快速检测、频谱监测、计算机、网络传输等技术的综合应用开发而成的智能选频建链技术和广域分集接收技术，使短波通信网络在选频建链速度、接入网络速度、业务传输可靠性等网络性能得到了全面的提升。尤其是广域分集组网技术，能够产生2～4 dB的分集增益，较大地提升了短波业务传输的可靠性。

通信质量提升、抗毁自愈、保密安全是短波通信组网要达到的基本要求。那么网络自适应路由技术或将是短波通信网络通信质量提升、抗毁自愈一种不可缺的技术。该技术可以对短波信道的时变性、站点可移动性，以及短波通信网络拓扑结构的动态变化进行综合整治。而通信过程中的信息保密安全对于融合组网水平不断提升的短波通信网来说，显得尤其重要，特别是在军事通信领域之中，因此保密安全技术收到各国的格外重视。短波通信相关技术日新月异，促使短波通信组网方式推陈出新，短波通信网络性能日臻完善。

3.2 融合组网是短波通信发展的大趋势

众所周知，单一的短波组网方式所构建的短波网络不可避免地存在这样或者那样的缺点，诸如网络接入速度、信道不对称性、业务传输可靠性、网络稳定性等问题。尽管近年来技术的飞速发展已经极大地弥补了单一组网方式技术方面的不足，但单一短波组网方式仍然无法完全解决上述网络性能问题，从而限制了其大量推广应用。目前，各国各行业部门的短波通信网络“烟囱林立”，不同时期不同通信体制的短波通信用户并存、业务无法互通，单一模式的短波通信组网方式显然没法满足不同通信体制下，各式各样短波用户业务互联互通的需求。前面所提到的广域分集组网方式已经不是纯粹的短波组网方式，而是短波无线通信网络与IP承载网络有线网络互相融合之后产生的一种新的组网通信方式。因此，融合组网是短波组网通信的发展必然趋势。

3.3 智能网络通信时代未来已来

近十来年，随着芯片制造技术的飞速发展，CPU，FPGA，DSP等芯片的处理能力跨越式提升，使原来沉睡在教科书中的软件无线电、认知无线电等各种理论逐一得以实现。宽带射频AD/DA芯片、射频直采技术使短波信道数字化直抵天线根部，加上强大处理能力的FPGA，DSP，轻而易举地实现了短波全频段宽带多信道接收。信道设备的体积、重量和功耗还极大地减小，使原来需要一系列庞大笨重的信道设备堆叠起来才能实现的系统和网络，被集成到一两个小型化设备中去了，而且设备综合处理能力更强更大了。如今人们在这些小型化设备已经可以从容地实现大数据采集、存储、分析与运用，无线电感知、监测、异频合并、多发多收（Multiple in Multiple out，MIMO）等各种复杂算法，并在认知无线电思想的指引下在智能通信道路上不断取得进步。不久的将来，以认知无线电技术为基础的短波通信网络的演进必将日益智能化，短波通信信号质量、信息传输水平，短波通信网络的整体性能将得到全面提升，短波通信网络的潜力及其应用价值将充分发挥。