散射通信海上應用研究

程翰林

中國電子科技集團公司第五十四研究所，河北石家莊 050002

摘 要 散射通信是一種大容量、超視距通信技術。在簡要介紹散射通信工作原理的基礎上，重點對散射通信在海上應用的優(yōu)勢進行了說明，并介紹了幾種適用于海上應用的關鍵技術和特殊處理方法，最后對海上典型的應用進行了舉例和分析。

關鍵詞 散射通信；海上通信；應用

中圖分類號 TN914 文獻標識碼 A 文章編號 2095-6363（2017）13-0099-01

隨著我國海上經(jīng)濟的發(fā)展，海上超視距通信需求不斷提升，然而傳統(tǒng)技術手段或多或少存在局限性，實現(xiàn)大容量數(shù)據(jù)交互和共享較為困難，無法滿足海上數(shù)字化建設需求，此時，散射通信成為一種經(jīng)濟實用、行之有效的解決方案。散射通信具有通信容量大、單跳跨距遠等特點，能夠很好的滿足海上應用需求，尤其適用于350km以內(nèi)的近海島嶼、平臺、大陸間應用需求。并且，海上特殊的氣象條件降低了散射通信的傳輸損耗，使散射通信設備在海面上使用時通信距離更遠、信道傳輸容量更高，因此散射通信具有廣闊的海上應用前景[1]。

1 散射通信概況及其優(yōu)勢

散射通信具有傳播信道穩(wěn)定、通信容量大、單跳距離遠等特點，即便是磁爆、核爆，散射體也不會消失，因此，散射通信同時也具有很強的抗破壞性、抗干擾性、抗截獲性等特點，適用于跨山、跨海通信，能夠在海上通信中發(fā)揮重要的作用。

1.1 散射通信的優(yōu)勢

分析目前需求可知，實現(xiàn)方法主要有微波、衛(wèi)星、海底光纜等通信方式。微波通信距離有限，由于海上中繼不便，微波通信往往只能滿足視距內(nèi)通信。衛(wèi)星通信適用于超遠距離通信，用大量資源來滿足350km以內(nèi)的通信需求無法發(fā)揮其優(yōu)勢，不夠經(jīng)濟。海底光纜建設維護成本高，易損毀，且不能滿足移動點的需求。

作為一種中遠程鏈路通信手段，散射通信有著突出的優(yōu)勢：1）不易被干擾、抗截，抗毀能力強；2）傳輸信道穩(wěn)定，基本不受太陽黑子、雷電、極光和磁暴等惡劣環(huán)境的影響；3）通信容量大，可達8Mbps以上；4）單跳跨距遠，可達100km～600km，“越障”能力強。

1.2 海上通信的優(yōu)勢

地理環(huán)境的不同影響著散射鏈路的傳播損耗，受到海洋氣候的影響，大氣折射指數(shù)增大，進而使得散射通信傳播損耗降低，傳輸能力增強。

大量的年中值電平統(tǒng)計表明海上散射比陸地高6dB～10dB，并且由于海上大氣波導現(xiàn)象，規(guī)則、不規(guī)則層反射現(xiàn)象時有發(fā)生，導致海上散射通信模式并非全是瑞利信道，也存在大量非瑞利信道，這使得散射通信系統(tǒng)在海上應用的通信效果大大優(yōu)于在陸地使用時的情況。即同一臺設備，在海上應用時可以大幅度提單跳通信距離或海上傳輸容量；亦或者降低設備能力（意味著降低設備復雜度和成本）來實現(xiàn)與陸地應用時同等通信距離和容量的信息傳輸需求。

2 海上散射通信關鍵技術及特殊處理

區(qū)別于內(nèi)陸通信，海上通信具有一些獨有的特點，比如艦船的晃動和移動，風大，潮濕等，需要用相應的技術或者特殊處理來應對。

2.1 天線跟蹤對準技術

此技術主要用于岸艦通信中，艦船行進中艦載站要不間斷的與岸基站進行信息交互，這就需要雙方天線實時轉動并自動跟蹤和對準。

艦載站由于知道自己和岸基站的位置信息（岸基站方位坐標不變）可始終鎖定至岸基站，而岸基站天線采用水平跟蹤掃描的方式，利用艦載站傳回的艦船位置信息結合自身的位置信息就可計算出天線的最佳方位角并進行調(diào)整以對準艦船。這樣就實現(xiàn)了雙方的跟蹤與對準。

若艦船在移動中通信中斷，此時艦載天線可對準到岸基站，如果仍在岸基站天線覆蓋范圍，等待重新建鏈后，岸基站再進行自動跟蹤對準，如果艦船已經(jīng)超出了岸基站天線的覆蓋范圍可啟用全盲對準模式。

2.2 自適應變速率技術

海上通信時，鏈路中值傳輸損耗會受到氣象條件和地理環(huán)境的影響。一方面，每時每刻的氣象變化，溫濕度變化都會使信號接收電平在一天當中產(chǎn)生劇烈變化；另一方面，在進行岸艦通信時，由于艦船時時移動帶來的地理環(huán)境以及通信距離變化也會影響鏈路中值傳輸損耗。如果只采用固定速率傳輸，通信中斷概率高，無法充分利用信道資源。

速率自適應技術應運而生，即利用信道信息實時改變通信速率，以顯著提高平均信息傳輸能力的技術。當傳輸損耗大時降低速率以減少通信的中斷，當傳輸損耗小時提高速率以充分利用信道資源，從而達到提升平均信息通過量的目的[2]。

2.3 特殊處理

海上往往是高溫、高鹽、潮濕的氣候并伴隨臺風、雷電，對通信設備特別是室外機的材質(zhì)、安裝要求較高。同時，由于散射通信自身的特點和需求，決定了海上建設散射通信站需要進行特殊處理。

1）防腐：長期暴露在鹽霧、高溫的環(huán)境，造成散射通信設備容易被腐蝕、鹽蝕。

2）防風：必要時應為室外設備加裝防風罩，天線采用柵格狀設計方便透風，并在周圍用不銹鋼管在地面加固，最大限度地抵御臺風的侵襲。

3）防爆：尤其是油田等平臺應用中應特別注意防爆。設備中的波導腔內(nèi)容易打火，如果接頭不嚴密可能導致火花泄漏而爆炸，因此應特別注意波導的防爆。將金屬密封管套在波導管外側可有效解決問題。

3 海上散射通信典型應用

3.1 岸艦通信

本文中岸艦通信是指距岸邊350km內(nèi)的近海范圍內(nèi)艦船（包括搶險、救災等應急通信船只）與大陸上通信站的通信。

我國島嶼資源眾多，海岸線漫長，在信息保障方面，艦船主要依靠電臺、微波、衛(wèi)星等方式與大陸進行信息傳輸，均不理想。散射通信可以很好的滿足需求，提供一種可靠安全有效的通信手段[3]。

目前，已在萊州灣一帶海岸成功進行試驗，測試時間超過50h，累計航行距離大于500km，試驗中，船只沿“S”航跡行駛、環(huán)形航跡行駛以及搖擺度為10°的情況下雙方天線均能自動鎖定和跟蹤以保障通信正常，岸艦距離在200km內(nèi)，系統(tǒng)具有較大的通信余量。

3.2 平臺通信

本文中平臺通信是指距岸邊350km內(nèi)的近海范圍內(nèi)海上作業(yè)的平臺間以及平臺與大陸間的通信，典型的有海上石油開采平臺。

位于海南省文昌東部海面的13-1/2油田，距陸地約130km，原有通信鏈路已不能滿足業(yè)務的不斷增長，迫切需要新建通信鏈路。微波、衛(wèi)星、光纖等手段均不理想，最終從經(jīng)濟、技術等方面綜合考慮選取了GS504A型散射設備建立了一條散射通信鏈路?，F(xiàn)已投入使用多年，運行穩(wěn)定。

3.3 島嶼通信

本文中島嶼通信是指距離在350km以內(nèi)的島嶼和島嶼間以及島嶼和大陸間通信。島嶼通信與平臺通信的需求類似，光纜、微波、衛(wèi)星等手段均不理想，散射通信是一種較好的選擇。目前在南沙、西沙一些島嶼已經(jīng)部署，經(jīng)過數(shù)年的使用，設備可靠穩(wěn)定，滿足了南沙、西沙群島通信傳輸?shù)男枨?，現(xiàn)已進入升級換代階段。

4 結論

綜上所述，作為一種寬帶超視距通信手段，散射通信豐富了海上通信的傳輸手段，并以其抗干擾、低成本、低時延等獨特優(yōu)勢在海上通信領域具有廣闊的應用前景。

參考文獻

[1]焦紅艷，馮紹明.散射通信在海洋石油開采中的應用研究[J].無線互聯(lián)科技，2012（1）：68-69.

[2]李文鐸.用于變參信道的變速率傳輸技術[J].無線電通信技術，2013，39（6）：1-2，14.

[3]曲永志.UHF頻段岸艦散射通信技術的應用研究[J].通訊世界，2017（5）：104-105.