高频通信技术的新发展

作者：陆建勋
本文分析了高频(HF)通信的重要地位及存在的主要问题，针对信息战等未来战场环境，探讨了改进高频通信技术体制的新技术，并介绍了高频自适应瞬间通信系统(HF-ABCS)的原理和特点。
要害词高频通信
一、高频通信在军事通信中的现状与发展
(1)高频(1.5～30MHz)通信多年来一向在我国无线通信中占主导地位。由于近代卫星通信有很大发展，尤其铱星、地球星等相继发射，全球的个人通信即将实现，光纤通信也极为发达，这些通信手段信道稳定、频带宽、容量大，因此高频通信已有逐步被冷落的趋势，在我国研究单位多已转向更高频段的研究，生产厂也屈指可数。美国在二十世纪七八十年代热衷于卫星通信的研究与使用，但在海湾战争中发现高频通信仍有其重要价值，其注重力有所扭转，美国海军用了上亿美元更新其舰艇高频通信装备就是一个例证。西欧各国对高频通信的研究也不遗余力。在现代舰艇、车辆等移动军事通信中，高频通信仍然是主要通信手段。
(2)在超视距无线通信中，当前最主要的手段是卫星通信、高频通信、对流层散射通信和流星余迹通信等。卫星通信是靠卫星做为中继，和平时期很好用，但战时卫星被干扰或破坏的可能性是存在的，非凡在信息战条件下，它将是主要指向目标，过分信赖它是危险的。其他三种手段是以自然界中电离层、对流层、流星电离余迹做为反射媒介，这些媒介被破坏的可能性小得多，其中对流层散射和流星余迹通信天线尺寸大，通信距离有限，主要适合固定台站使用，因此惟一适合运动中通信的是高频通信。高频通信由于价格便宜、机动性强、适应范围宽(舰载、机载、车载、背负、固定) ，生命力强，适合远中近各种距离的通信，所以非凡适合军事领域的应用。
(3)高频通信技术发展水平在五六十年代主要是人工调谐，六七十年代发展自动调谐，七八十年代向宽带化、不调谐、少调谐(天线自动调谐)发展：为了适应通信的电子对抗，八十年代以来高频通信也在研究扩频、跳频、瞬间(突发)通信等技术，由于高频信道拥挤，扩频受较大限制。跳频一般速率较低，通常每秒在几十跳范围，个别高达2560-5000跳/秒。虽然因为信道拥挤，干扰跳频时侦察识别难度增大，但跳频本身寻找较安静的频率点也有一定困难，高速跳频也还在试验摸索阶段。二十世纪八十年代前后在实时信道评估(RTCE) ，选频技术及自动链路建立(ALE)、高频通信网络的研究，以及对串行自适应均衡调制解调器等研究上均有较大进步；现代新型收发信机能由计算机控制，进一步提高了高频通信的性能。这些技术对高频信号的质量，如频率稳定度、非线性失真、频谱纯度、相位抖动等都提出了较严格的要求。近年美国推出一些超常规的新型扩频跳频通信系统，引起国际关注，说明现代高频通信系统的研究已有很大提高。
二、高频通信技术的差距和潜力
尽管现代高频通信在技术诸多方面有所提高，但由于高频信道不像卫星和光纤那样基本属于恒参信道，高频本身存在衰落、多径、工业噪声和电台干扰、还受太阳黑子影响，它属于时变色散信道，研究难度较大。所以我国高频通信有些仍在使用信道利用率很低的人工报和电传报，高频数传的速率约在2400b/s以下，还普遍采用点对点专向通信，很少组网。尽管近年引进了无线报文处理、自动转报等技术，但和现代通信组网和交换技术来比，则还有很大差距。在未来高技术战争中，尤其在信息战条件下，有线传输易遭破坏，卫星通信不可能普遍装备，信道过分集中的卫星更易受干扰和破坏，因此我们必须加强高频通信技术的研究。
高频通信与现代通信技术相结合还有很大潜力可挖，现列举三点：
1.高频频率资源有很大潜力
高频通信根据不同通信距离选定工作频率。频率资源有限，从1.5至30MHz只有28.5MHz带宽。但有限频率资源却没能很好利用[1] ，以3000km距离通信为例，其最高可用频率(MUF)在中午时间有可能达到40～50MHz ，但不稳定，天天变化很大，即使月中值大部分也超过30MHz ，在清晨傍晚最高可用频率月中值大约在10MHz左右，由于高频通信双方同步换频困难，因此选择工作频率就尽量躲开变化不定的频率高端，尽量选在最佳可用频率(OWF或FOT)以下，一般只选日频、夜频，因此实际工作频率又大幅下降。在工作频率日频选在18.2MHz.夜频为6.5MHz 。因此有大量高端的频率资源没能很好利用，大多数电台工作在20MHz以下，实际愈接近高频的高端，例如20～30MHz大气和工业干扰噪声愈低、多径干扰愈小，更接近单模区，因此衰落愈慢，同时天线效率也愈高，这些对数据传输就更为有利。所以我们要研究如何开发高频高端的利用方法。
2.高频信道是“多孔性”的
高频信道十分拥挤，这是大家的共识，尤其在夜间，可利用的频带更窄，高频频段除了民用广播长期占用某些频率外，其他商用、军用电台为了压制邻近电台干扰，减少衰落影响，往往采用加大功率、强行占用的手段，把小电台赶走，就更加重了高频拥挤程度，但是仔细分析高频信道的状况，除了上面所述高频频率资源没很好利用外，即使在拥挤的低端(一般在20MHz以下) ，也还是有许多频率资源可以利用[4] 。可以看到，在最拥挤的13MHz以下取100个间隔100kHz的3kHz带宽信道进行24小时监测，从七天统计结果看仍有3.85%(夜间)至28%(白天)的信道干扰电平小于1μv 。而从1μv的干扰升为10μv干扰的时间分布。90%的信道超过2分钟， 80%的信道超过5分钟，这说明即使在最拥挤的频率低端还是“有隙可乘”的，不但频率上有缝隙，而且时间上也有缝隙(以分钟为单位) ，这就是高频信道频率和时间的“多孔性” 。这就说明在高频信道上想找一个24小时空闲的干净信道是很困难的。但找一个较短时间(数分钟)的空闲频率还是可能的，条件之一是要去选(选频) ，第二是选到以后要马上用(快速通信) 。由于高频通信大部分为短时间的业务(广播除外) ，报文之间的空隙就更多了。假如你采用瞬间通信(零点几秒)方式，那将会是“游刃有余”了。当然，这在现行系统是做不到的，必须研究相适应的新通信体制。

;3.瞬间通信的特点
瞬间通信(BurstCommunication)也称猝发通信或快速通信[5] 。通常指在零点几秒的时间内发送一份电文或数据的通信方式。瞬间通信实际也是数字通信的一种，但为了通信时间短，它不能像数据通信那样用长时间去同步，也不适合于反馈式纠错，通常它适用于隐蔽通信。在现代战争中，低速率无线通信电波在空中停留时间长，轻易受到干扰，甚至招致反辐射导弹的袭击。由于高频很拥挤，必须先识别才能干扰，而瞬间通信极少先验概率，电波在空中瞬间即逝，是利用高频“多孔性”的有力工具，它不易被干扰。瞬间通信在发射较长报文时可利用分组技术，并采用跳频方式，这将给侦察和干扰带来许多困难。
三、高频自适应瞬间通信系统的原理与应用
从以上分析可看出，高频通信还有很大潜力可挖。要研究用新的高频通信体制代替常规的高频通信体制：即用瞬间高速通信代替传统的电传和人工报等低速通信方式；用成熟猜测软件得出最佳可用频率(OWF)为基础，存储在双方计算机中，并在其上下以空闲信道实时选频(RT-FCS)和“即选即通”的方式，探测并建立实时通信信道的方法，代替传统的以“日频”、“夜频”为基础的预先分配信道方法，并尽可能提高工作频率，以提高高频通信效率：用计算机在收发双方存储预先约定的跳频图谱及约定的收发频率、时间差值，以达到双向同步抗干扰通信；用分组通信方式将较长报文分割为若干适合瞬间通信长度的报文，在收端再联接起来并具有存储转发功能。概括起来可以说，该系统采用了瞬间高速数传技术、空闲信道实时选频技术、计算机控制下的时分体制、分组通信技术、群跳频技术等若干新技术，组成高频自适应瞬间通信系统(HF-AdaptiveBurseCommunicationSystem ， HF-ABCS) 。
HF-ABCS通信系统的特点和应用可概括为以下几点：
1.抗干扰能力强，体制新、增益高
ABCS系统是一种由计算机控制的，依托最佳可用频率(OWF)猜测的选频(扩频/跳频) 瞬间通信(瞬间/跳频) 分组通信组成的新系统，是适应信息战条件下的高频通信新体制。其中，基于OWF的实时选频和瞬间通信均带来非凡的优越性(选择一个好的频率其效果将不是改善几分贝，而是十几分贝至几十分贝，将可能进一步提高通信速率) 。
2.可以实现频率、速率自适应
采用“先选(安静频率)后探(发探测频率进行沟通)”、“先探(测)后通(瞬间通信)”的方式通信，可靠性高，避免盲发，可主动避开干扰频率，实现频率自适应和速率自适应。假如频率选的好，选取到高信噪比信道，瞬间报文可以提高数传速率，例如4800b/s、7200b/s或更高，反之可以调低，例如2400b/s、1200b/s ，通信速率随信道质量而自动调整，从而大大提高通信可靠性。
3.增大通信容量，改善集中台站的电磁兼容性
高频数传即使按现实的有效速率2400b/s计算，按1/2的效率，通信仍有1200b/s ，相当24路50波特的电传，因此目前在高频通信中大量采用的各占一路频率的慢速人工、电传通信，完全可以用分组串行的ABCS系统来代替。这不但大大缩小通信时间，而且可以实现一部发信机以串行方式和多个用户通信，大大减少并行发射带来的严重电磁干扰和功率分散。这对困扰大中型舰艇的高频电磁兼容性问题会带来很大改善，同时还可节约许多设备。这方案同样适用于陆地的集中台站[2] 。
4.HF-ABCS系统可灵活应用
在发端建立信箱办法可实现主动取报，实现双向自动通信：利用选频技术，不用瞬间通信，在选定频率中指定某些频率为常收频率，也可以通长报文或数据；某些情况下也可以不用OWF选频，例如数据链采用地波传输时，地波频率可先选定若干安静频率点进行分配，数据链可以用地波ABCS方式，瞬间/跳频应答方式进行通信，由于每次通信频率都不相同，因此具有很强抗干扰能力；数据链通信也可采用近垂直入射天波，可以扩大通信距离到400-500km ，此时ABCS要考虑电离层反射频率。
5.HF-ABCS系统同样适合多种使用
这一系统通用性强，适合多种使用，例如陆地高频通信中心台站采用ABCS系统，会带来收发信机和天线的大量节约，一部发信机可迅速换频以应答方式与多个站点进行通信，收到报文可与干线数传网对接，实现无线/有线的迅速转换无缝联结，用ABCS系统转发可组成新的高频无线网；中心台对覆盖区的选频通播，移动台收到探测信号后可随时将存储信息以瞬间方式发回；移动式背负电台采用瞬间大功率方式，可以做到2W→15W ， 15W→1OOW向中心台发信，非凡适合移动环境使用。
四、结束语
HF-ABCS通信系统使通用窄带高频通信设备实现了宽带抗干扰通信，这种体制还有很大潜力可挖，预期它会给现有高频通信体制带来新的发展。
参加文献
[1]陆建勋.高频自适应通信体制的原理与发展展望.1997.3
[2]陆建勋．舰艇电磁兼容性与通信体制的未来发展.1997.5
[3]陆建勋.我国舰艇高频通信技术的未来发展.1997.12
[4]R.A.Cortreu.短波信道自动监测系统.1988
【高频通信技术的新发展】 [5]陆建勋.瞬间通信的原理和应用.全国数字通信学术会议论文集.1979
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