高頻通信技術(shù)的新發(fā)展

摘要　本文分析了高頻(HF)通信的重要地位及存在的主要問題，針對信息戰(zhàn)等未來戰(zhàn)場環(huán)境，探討了改進高頻通信技術(shù)體制的新技術(shù)，并介紹了高頻自適應(yīng)瞬間通信系統(tǒng)(HF-ABCS)的原理和特點。

關(guān)鍵詞　高頻　通信

一、高頻通信在軍事通信中的現(xiàn)狀與發(fā)展

　　(1)高頻(1.5～30MHz)通信多年來一向在我國無線通信中占主導(dǎo)地位。由于近代衛(wèi)星通信有很大發(fā)展，尤其銥星、地球星等相繼發(fā)射，全球的個人通信即將實現(xiàn)，光纖通信也極為發(fā)達(dá)，這些通信手段信道穩(wěn)定、頻帶寬、容量大，因此高頻通信已有逐步被冷落的趨勢，在我國研究單位多已轉(zhuǎn)向更高頻段的研究，生產(chǎn)廠也屈指可數(shù)。美國在二十世紀(jì)七八十年代熱衷于衛(wèi)星通信的研究與使用，但在海灣戰(zhàn)爭中發(fā)現(xiàn)高頻通信仍有其重要價值，其注意力有所扭轉(zhuǎn)，美國海軍用了上億美元更新其艦艇高頻通信裝備就是一個例證。西歐各國對高頻通信的研究也不遺余力。在現(xiàn)代艦艇、車輛等移動軍事通信中，高頻通信仍然是主要通信手段。

　　(2)在超視距無線通信中，當(dāng)前最主要的手段是衛(wèi)星通信、高頻通信、對流層散射通信和流星余跡通信等。衛(wèi)星通信是靠衛(wèi)星做為中繼，和平時期很好用，但戰(zhàn)時衛(wèi)星被干擾或破壞的可能性是存在的，特別在信息戰(zhàn)條件下，它將是主要指向目標(biāo)，過分信賴它是危險的。其他三種手段是以自然界中電離層、對流層、流星電離余跡做為反射媒介，這些媒介被破壞的可能性小得多，其中對流層散射和流星余跡通信天線尺寸大，通信距離有限，主要適合固定臺站使用，因此惟一適合運動中通信的是高頻通信。高頻通信由于價格便宜、機動性強、適應(yīng)范圍寬(艦載、機載、車載、背負(fù)、固定)，生命力強，適合遠(yuǎn)中近各種距離的通信，所以特別適合軍事領(lǐng)域的應(yīng)用。

　　(3)高頻通信技術(shù)發(fā)展水平在五六十年代主要是人工調(diào)諧，六七十年代發(fā)展自動調(diào)諧，七八十年代向?qū)拵Щ�、不調(diào)諧、少調(diào)諧(天線自動調(diào)諧)發(fā)展：為了適應(yīng)通信的電子對抗，八十年代以來高頻通信也在研究擴頻、跳頻、瞬間(突發(fā))通信等技術(shù)，由于高頻信道擁擠，擴頻受較大限制。跳頻一般速率較低，通常每秒在幾十跳范圍，個別高達(dá)2560-5000跳/秒。雖然因為信道擁擠，干擾跳頻時偵察識別難度增大，但跳頻本身尋找較安靜的頻率點也有一定困難，高速跳頻也還在試驗摸索階段。二十世紀(jì)八十年代前后在實時信道評估(RTCE)，選頻技術(shù)及自動鏈路建立(ALE)、高頻通信網(wǎng)絡(luò)的研究，以及對串行自適應(yīng)均衡調(diào)制解調(diào)器等研究上均有較大進步；現(xiàn)代新型收發(fā)信機能由計算機控制，進一步提高了高頻通信的性能。這些技術(shù)對高頻信號的質(zhì)量，如頻率穩(wěn)定度、非線性失真、頻譜純度、相位抖動等都提出了較嚴(yán)格的要求。近年美國推出一些超常規(guī)的新型擴頻跳頻通信系統(tǒng)，引起國際關(guān)注，說明現(xiàn)代高頻通信系統(tǒng)的研究已有很大提高。

二、高頻通信技術(shù)的差距和潛力

　　盡管現(xiàn)代高頻通信在技術(shù)諸多方面有所提高，但由于高頻信道不像衛(wèi)星和光纖那樣基本屬于恒參信道，高頻本身存在衰落、多徑、工業(yè)噪聲和電臺干擾、還受太陽黑子影響，它屬于時變色散信道，研究難度較大。所以我國高頻通信有些仍在使用信道利用率很低的人工報和電傳報，高頻數(shù)傳的速率約在2400b/s以下，還普遍采用點對點專向通信，很少組網(wǎng)。盡管近年引進了無線報文處理、自動轉(zhuǎn)報等技術(shù)，但和現(xiàn)代通信組網(wǎng)和交換技術(shù)來比，則還有很大差距。在未來高技術(shù)戰(zhàn)爭中，尤其在信息戰(zhàn)條件下，有線傳輸易遭破壞，衛(wèi)星通信不可能普遍裝備，信道過分集中的衛(wèi)星更易受干擾和破壞，因此我們必須加強高頻通信技術(shù)的研究。

　　高頻通信與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合還有很大潛力可挖，現(xiàn)列舉三點：

　　1.高頻頻率資源有很大潛力

　　高頻通信根據(jù)不同通信距離選定工作頻率。頻率資源有限，從1.5至30MHz只有28.5MHz帶寬。但有限頻率資源卻沒能很好利用[1]，以3000km距離通信為例，其最高可用頻率(MUF)在中午時間有可能達(dá)到40～50MHz，但不穩(wěn)定，每天變化很大，即使月中值大部分也超過30MHz，在清晨傍晚最高可用頻率月中值大約在10MHz左右，由于高頻通信雙方同步換頻困難，因此選擇工作頻率就盡量躲開變化不定的頻率高端，盡量選在最佳可用頻率(OWF或FOT)以下，一般只選日頻、夜頻，因此實際工作頻率又大幅下降。在工作頻率日頻選在18.2MHz.夜頻為6.5MHz。因此有大量高端的頻率資源沒能很好利用，大多數(shù)電臺工作在20MHz以下，實際愈接近高頻的高端，例如20～30MHz大氣和工業(yè)干擾噪聲愈低、多徑干擾愈小，更接近單模區(qū)，因此衰落愈慢，同時天線效率也愈高，這些對數(shù)據(jù)傳輸就更為有利。所以我們要研究如何開發(fā)高頻高端的利用方法。

　　2.高頻信道是“多孔性”的

　　高頻信道十分擁擠，這是大家的共識，尤其在夜間，可利用的頻帶更窄，高頻頻段除了民用廣播長期占用某些頻率外，其他商用、軍用電臺為了壓制鄰近電臺干擾，減少衰落影響，往往采用加大功率、強行占用的手段，把小電臺趕走，就更加重了高頻擁擠程度，但是仔細(xì)分析高頻信道的狀況，除了上面所述高頻頻率資源沒很好利用外，即使在擁擠的低端(一般在20MHz以下)，也還是有許多頻率資源可以利用[4]�？梢钥吹�，在最擁擠的13MHz以下取100個間隔100kHz的3kHz帶寬信道進行24小時監(jiān)測，從七天統(tǒng)計結(jié)果看仍有3.85%(夜間)至28%(白天)的信道干擾電平小于1μv。而從1μv的干擾升為10μv干擾的時間分布。90%的信道超過2分鐘，80%的信道超過5分鐘，這說明即使在最擁擠的頻率低端還是“有隙可乘”的，不但頻率上有縫隙，而且時間上也有縫隙(以分鐘為單位)，這就是高頻信道頻率和時間的“多孔性”。這就說明在高頻信道上想找一個24小時空閑的干凈信道是很困難的。但找一個較短時間(數(shù)分鐘)的空閑頻率還是可能的，條件之一是要去選(選頻)，第二是選到以后要立刻用(快速通信)。由于高頻通信大部分為短時間的業(yè)務(wù)(廣播除外)，報文之間的空隙就更多了。如果你采用瞬間通信(零點幾秒)方式，那將會是“游刃有余”了。當(dāng)然，這在現(xiàn)行系統(tǒng)是做不到的，必須研究相適應(yīng)的新通信體制。

　　3.瞬間通信的特點

　　瞬間通信(Burst Communication)也稱猝發(fā)通信或快速通信[5]。通常指在零點幾秒的時間內(nèi)發(fā)送一份電文或數(shù)據(jù)的通信方式。瞬間通信實際也是數(shù)字通信的一種，但為了通信時間短，它不能像數(shù)據(jù)通信那樣用長時間去同步，也不適合于反饋式糾錯，通常它適用于隱蔽通信。在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中，低速率無線通信電波在空中停留時間長，容易受到干擾，甚至招致反輻射導(dǎo)彈的襲擊。由于高頻很擁擠，必須先識別才能干擾，而瞬間通信極少先驗概率，電波在空中瞬間即逝，是利用高頻“多孔性”的有力工具，它不易被干擾。瞬間通信在發(fā)射較長報文時可利用分組技術(shù)，并采用跳頻方式，這將給偵察和干擾帶來許多困難。

三、高頻自適應(yīng)瞬間通信系統(tǒng)的原理與應(yīng)用

　　從以上分析可看出，高頻通信還有很大潛力可挖。要研究用新的高頻通信體制代替常規(guī)的高頻通信體制：即用瞬間高速通信代替?zhèn)鹘y(tǒng)的電傳和人工報等低速通信方式；用成熟預(yù)測軟件得出最佳可用頻率(OWF)為基礎(chǔ)，存儲在雙方計算機中，并在其上下以空閑信道實時選頻(RT-FCS)和“即選即通”的方式，探測并建立實時通信信道的方法，代替?zhèn)鹘y(tǒng)的以“日頻”、“夜頻”為基礎(chǔ)的預(yù)先分配信道方法，并盡可能提高工作頻率，以提高高頻通信效率：用計算機在收發(fā)雙方存儲預(yù)先約定的跳頻圖譜及約定的收發(fā)頻率、時間差值，以達(dá)到雙向同步抗干擾通信；用分組通信方式將較長報文分割為若干適合瞬間通信長度的報文，在收端再聯(lián)接起來并具有存儲轉(zhuǎn)發(fā)功能。概括起來可以說，該系統(tǒng)采用了瞬間高速數(shù)傳技術(shù)、空閑信道實時選頻技術(shù)、計算機控制下的時分體制、分組通信技術(shù)、群跳頻技術(shù)等若干新技術(shù)，組成高頻自適應(yīng)瞬間通信系統(tǒng)(HF-Adaptive Burse Communication System，HF-ABCS)。

　　HF-ABCS通信系統(tǒng)的特點和應(yīng)用可概括為以下幾點：

　　1.抗干擾能力強，體制新、增益高

　　ABCS系統(tǒng)是一種由計算機控制的，依托最佳可用頻率(OWF)預(yù)測的選頻(擴頻/跳頻)+瞬間通信(瞬間/跳頻)+分組通信組成的新系統(tǒng)，是適應(yīng)信息戰(zhàn)條件下的高頻通信新體制。其中，基于OWF的實時選頻和瞬間通信均帶來特殊的優(yōu)越性(選擇一個好的頻率其效果將不是改善幾分貝，而是十幾分貝至幾十分貝，將可能進一步提高通信速率)。

　　2.可以實現(xiàn)頻率、速率自適應(yīng)

　　采用“先選(安靜頻率)后探(發(fā)探測頻率進行溝通)”、“先探(測)后通(瞬間通信)”的方式通信，可靠性高，避免盲發(fā)，可主動避開干擾頻率，實現(xiàn)頻率自適應(yīng)和速率自適應(yīng)。如果頻率選的好，選取到高信噪比信道，瞬間報文可以提高數(shù)傳速率，例如4800b/s、7200b/s或更高，反之可以調(diào)低，例如2400b/s、1200b/s，通信速率隨信道質(zhì)量而自動調(diào)整，從而大大提高通信可靠性。

　　3.增大通信容量，改善集中臺站的電磁兼容性

　　高頻數(shù)傳即使按現(xiàn)實的有效速率2400b/s計算，按1/2的效率，通信仍有1200b/s，相當(dāng)24路50波特的電傳，因此目前在高頻通信中大量采用的各占一路頻率的慢速人工、電傳通信，完全可以用分組串行的ABCS系統(tǒng)來代替。這不但大大縮小通信時間，而且可以實現(xiàn)一部發(fā)信機以串行方式和多個用戶通信，大大減少并行發(fā)射帶來的嚴(yán)重電磁干擾和功率分散。這對困擾大中型艦艇的高頻電磁兼容性問題會帶來很大改善，同時還可節(jié)約許多設(shè)備。這方案同樣適用于陸地的集中臺站[2]。

　　4.HF-ABCS系統(tǒng)可靈活應(yīng)用

　　在發(fā)端建立信箱辦法可實現(xiàn)主動取報，實現(xiàn)雙向自動通信：利用選頻技術(shù)，不用瞬間通信，在選定頻率中指定某些頻率為常收頻率，也可以通長報文或數(shù)據(jù)；某些情況下也可以不用OWF選頻，例如數(shù)據(jù)鏈采用地波傳輸時，地波頻率可先選定若干安靜頻率點進行分配，數(shù)據(jù)鏈可以用地波ABCS方式，瞬間/跳頻應(yīng)答方式進行通信，由于每次通信頻率都不相同，因此具有很強抗干擾能力；數(shù)據(jù)鏈通信也可采用近垂直入射天波，可以擴大通信距離到400-500km，此時ABCS要考慮電離層反射頻率。

　　5.HF-ABCS系統(tǒng)同樣適合多種使用

　　這一系統(tǒng)通用性強，適合多種使用，例如陸地高頻通信中心臺站采用ABCS系統(tǒng)，會帶來收發(fā)信機和天線的大量節(jié)約，一部發(fā)信機可迅速換頻以應(yīng)答方式與多個站點進行通信，收到報文可與干線數(shù)傳網(wǎng)對接，實現(xiàn)無線/有線的迅速轉(zhuǎn)換無縫聯(lián)結(jié)，用ABCS系統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)可組成新的高頻無線網(wǎng)；中心臺對覆蓋區(qū)的選頻通播，移動臺收到探測信號后可隨時將存儲信息以瞬間方式發(fā)回；移動式背負(fù)電臺采用瞬間大功率方式，可以做到2W→15W，15W→1OOW向中心臺發(fā)信，特別適合移動環(huán)境使用。

四、結(jié)束語

　　HF-ABCS通信系統(tǒng)使通用窄帶高頻通信設(shè)備實現(xiàn)了寬帶抗干擾通信，這種體制還有很大潛力可挖，預(yù)期它會給現(xiàn)有高頻通信體制帶來新的發(fā)展。

　　參加文獻

　　[1]陸建勛.高頻自適應(yīng)通信體制的原理與發(fā)展展望.1997.3

　　[2]陸建勛．艦艇電磁兼容性與通信體制的未來發(fā)展.1997.5

　　[3]陸建勛.我國艦艇高頻通信技術(shù)的未來發(fā)展.1997.12

　　[4]R.A.Cortreu.短波信道自動監(jiān)測系統(tǒng).1988

　　[5]陸建勛.瞬間通信的原理和應(yīng)用.全國數(shù)字通信學(xué)術(shù)會議論文集.1979