郑相全，杨万君，唐秋菊

(1.军事科学院 系统工程研究院，北京 100101; 2.北京军代局驻石家庄军代室，河北 石家庄 050081; 3.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081)

0 引言

VHF/UHF电台作为最常用的无线通信设备，在地面、舰船以及各类飞行器中广泛使用，但是随着各类应用需求的发展，以视距传播为主要手段的VHF/UHF电台越来越难以适应应用场合对超视距无线通信的要求。尤其对于舰船以及各类飞行器平台，在执行远离陆地及深入远海的任务中，拓展通信保障范围的需求越来越迫切[1]。

目前应用于舰船以及飞行器平台的通信手段主要包括HF、VHF/UHF和卫星通信三种方式：卫星通信原则上通信距离不受地域限制，但由于体积、重量及信道资源等原因仅能装备于大型空中平台，难以在中、小型空中平台上大量使用，且卫星通信难以实现对海域的全域覆盖；HF通信由于其通信带宽有限，通常只能满足话音通信的需要，且易受电离层扰动及各类干扰的影响；VHF/UHF电台作为目前最主要的无线通信装备，广泛装备于各类大、中、小型飞行器以及舰船，可提供话音和各型数据链通信[2]，但由于VHF/UHF电台仅支持视距通信，难以满足对超视距通信保障的需求。

作为一种重要的超视距无线通信手段，对流层散射通信已广泛用于世界主要军事强国的战略、战术通信领域，美军更是在经历了伊拉克、阿富汗等战场的实战检验后，将对流层散射通信视为与卫星通信相并列的2种超视距手段之一[3-4 ]，并强调在分散部署的战场，当两者皆满足使用条件时，优先使用散射通信作为传输手段，以提高通信的抗侦收、抗干扰能力并节约军用卫星频带资源。

鉴于VHF/UHF电台已大量装备于各类平台，通过理论分析和试验验证，在不改变现役VHF/UHF电台硬件结构的前提下，建立赋能站和加载对流层散射通信波形，可以在VHF/UHF电台与赋能站之间实现可靠的超视距通信，不但能显著扩展其通信保障范围，且能有效降低技术风险和应用成本[5]。

1 赋能通信原理

1.1 概念内涵

赋能通信是指在不改变现役VHF/UHF机载、舰载、单兵战术电台硬件形态的前提下，通过为其加载具有超视距传输能力的散射通信波形，并在指挥所部署具备多部大功率发射机、多面高增益天线的地面赋能站，由它赋予现役VHF/UHF机载、舰载、单兵战术电台一定的超视距通信能力。

1.2 基本原理

1.2.1 构建不对称的空间分集通信链路

现役VHF/UHF电台的硬件形态不变，地面赋能站采用多部大功率发射机和多面高增益天线。赋能站与电台之间采用“多发一收”(下行链路，赋能站至电台)或“一发多收”(上行链路，电台至赋能站)的配置，构建不对称的空间分集通信链路[6-7]。以4重分集为例，不对称通信链路的示意图如图1所示。

图1 站型不对称的4重空间分集通信链路

① 赋能站→电台

电台接收信号功率为：

式中，PR为电台接收信号功率，PT为赋能站发射功率，GT、GR分别为发射和接收天线增益，L(i)为路径中值传输损耗。

电台超视距通信情况下，L(i)变大，电台硬件形态不变，为克服传输损耗的增加，需加大赋能站发射机的功率PT和天线的增益GT，并采用4面发射天线(发射频率分别为f1～f4)，使电台可接收多路空间分集信号，以此平滑信号的快衰落，使信号平稳被接收。

② 电台→赋能站

赋能站接收信号功率：

式中，PR为赋能站接收信号功率，PT为电台发射功率，GT、GR分别为发射和接收天线增益，L(i)为路径中值传输损耗。

电台超视距通信情况下，L(i)同样变大，由于不改动电台硬件，其发射功率及天线数量均保持不变。通过增加赋能站的天线增益和天线数量，电台发射信号(频率为f5)同时可被赋能站4部天线接收，不但增加接收能量，也能抵消信号的快衰落，使信号平稳接收[8]。

1.2.2 超视距波形的设计

超视距波形的设计需采用分集通道合并接收技术克服电台与赋能站之间在超视距通信时存在的接收信号快衰落问题，实现电台与赋能站的趋恒接收[9]。

此外，各类电台在不同应用场景下，也需针对其具体问题采用差异性的技术措施：例如采用大动态、多普勒频移的快速估计技术克服地空赋能通信系统中由于通信一方快速运动而造成的接收信号存在的多普勒频移；采用低门限、高精度调制解调技术解决低速、远距赋能通信系统低电平信号的有效接收问题等。

1.3 系统组成

赋能通信系统由赋能站和VHF/UHF电台两部分组成：赋能通信站配备1个信号处理终端、多台射频单元和多副天线(数量可根据需求灵活配置)；VHF/UHF电台可以为现役机载、舰载或地面电台，通过加载散射波形的方式实现话音和数据的超视距传输。组成示意图如图2所示。

图2 赋能通信系统组成

2 试验验证情况

2.1 赋能通信信道传播特性测试

为深入开展赋能通信技术研究，必须对赋能站至电台之间的超视距传输信道特性进行探索研究，建立理论模型，进行相关试验验证，为赋能通信系统的设计提供充分的理论依据。近年来国内相关单位构建赋能通信信道测试系统，测试系统单端采用高增益定向天线模拟赋能站，另一端采用全向天线模拟VHF/UHF电台，先后开展了多次VHF/UHF频段信道特性测试试验，试验距离最远达300 km，并且涵盖了平原、山地等多种地形[10]。以2012年12月在华北地区开展的多条超视距线路的测试情况为例，其接收电平的统计分布结果如图3所示。

图3 不同距离的VHF/UHF电波接收电平统计分布

根据在多条超视距线路上VHF/UHF频段电波的接收电平统计分布特征可以初步看出：所有线路上的接收电平均存在瑞利衰落、典型莱斯衰落和准恒参等3种分布类型[11-12]，即分别对应于湍流体散射、层反射和大气波导超折射等3类电波超视距传播方式；随着距离的增加，瑞利衰落所占的分布比例呈显著提高趋势，即对流层散射传播模式所占的分布比例显著增加，符合对流层散射信道的电平分布特征，可采用不对称空间分集措施开发散射通信波形有效克服信号快衰落，使信号平稳接收[13]。

2.2 地空赋能通信演示试验

为验证VHF/UHF赋能通信的技术可行性及通信效能，基于VHF/UHF机载电台构建了地空赋能通信演示系统，其中包括具备4部大功率发射机、4面高增益天线的地面赋能站的研制和一个VHF/UHF电台的散射通信波形的增补。该演示系统经超视距野外试验测试，可支持地面赋能站与机载站之间的话音或数据信息的超视距传输，通信距离为原视距传输模式的数倍(视机载站高度而定)。

3 应用前景

在赋能技术的引领下，现役VHF/UHF机载、舰载、单兵战术电台与赋能站间可实现超视距通信，从而大幅提升现役VHF/UHF电台的通信保障范围。

3.1 地空赋能通信

以一个VHF/UHF机载电台与地面赋能站构建的地空赋能通信演示系统为例，该演示系统的地面赋能站配备1个信号处理终端、4台发射功率100 W的射频单元和4副四单元对数周期拼阵天线，可与机载站之间构成4重分集发射/接收的信号传输体制[14]。当机载站的飞行高度为100 m时，地面赋能站可与机载站在300 km的距离上实现话音或数据通信；当机载站飞行高度为10 000 m时，通信距离可进一步扩展至600 km以上，显著扩展了战机在海上巡航的通信保障范围。

3.2 地面赋能通信

假设在一个VHF战术电台(发射功率2 W)中嵌入对流层散射传输波形，并与配备1个信号处理终端、4台100 W射频单元和4副四单元对数周期拼阵天线的赋能站构成地面赋能通信系统，则电台可与赋能站之间实现100 km以上的话音和数据通信。

3.3 岸船赋能通信

假设在一个UHF舰载电台(发射功率50 W)中嵌入对流层散射传输波形，并与配备1个信号处理终端、4台100 W射频单元和4付四单元对数周期拼阵天线的赋能站构成岸船赋能通信系统，则可为舰船在距陆地或岛屿100 km距离内提供兆比特量级的数据通信服务[15]，或在200 km以远距离上提供话音或低速数据的通信保障。

4 结束语

通过赋能通信信道传播特性试验验证和理论研究，该信道具备散射信道特征，可通过建立赋能站和引入具有空间分集特征的散射通信波形，使得电台在保留设备硬件和结构特征的基础上具备分集信号接收能力，有效抑制信号的衰落。作为一种在不改变现役VHF/UHF电台硬件平台基础上提升其通信能力的理念创新和技术创新，基于对流层散射的赋能通信技术可将VHF/UHF机载、舰载或战术电台的通信保障范围由视距扩展到超视距，可提升通信距离1～3倍，具有广阔的应用前景。