短波通信組網(wǎng)發(fā)展趨勢探究

李木勝

（廣州海格通信集團股份有限公司，廣東 廣州 510663）

短波通信具有簡單易用、傳輸距離遠、建設周期短、建設和維護費用低、抗毀性強等優(yōu)點，在應急通信領(lǐng)域，尤其是在軍事通信領(lǐng)域得到了廣泛應用。但早期短波通信因為在穩(wěn)定性、通信信道質(zhì)量等方面存在一定的劣勢，以及當時衛(wèi)星通信的崛起，曾一度被棄之不用。然而，近年來隨著短波通信相關(guān)技術(shù)的不斷提升，特別是在組網(wǎng)技術(shù)上有了重大突破，短波通信重新得到人們的重視、研究和應用。

1 短波通信網(wǎng)絡的特點

一般傳統(tǒng)的短波通信網(wǎng)絡采用單點對單點或單點對多點方式進行無線通信，不可避免地存在信道不穩(wěn)定、通信盲區(qū)、傳輸寬帶較窄、信道質(zhì)量差等缺點。傳統(tǒng)短波通信網(wǎng)絡的特點歸納如下。

1.1 傳輸寬帶較窄

相較于目前應用廣泛的有線網(wǎng)絡，短波通信由于頻段總帶寬低于30 MHz，且其中部分可用的頻率資源受到一定限制，導致傳輸帶寬較窄。

1.2 信道質(zhì)量較差

當前各種信號、信息傳輸方法十分豐富，使得短波通信面臨更多噪聲、頻偏等各種因素的影響，短波通信傳輸環(huán)境進一步惡化，短波信號傳輸受到干擾或阻礙，以致短波信道質(zhì)量變得更差。

1.3 網(wǎng)絡廣域性

短波通信在傳播中可以利用電離層開啟多次反射，因此，短波通信中的天波普遍傳輸距離較遠，通信覆蓋面較大。不易受到路程中障礙物的影響，具備一定的廣域性。但是，也正是這個特點，帶來了實際通信中的多徑干擾問題。

1.4 網(wǎng)絡拓撲變化

當短波通信過程中發(fā)生可移動站點丟失、移動，就會出現(xiàn)網(wǎng)絡拓撲變化現(xiàn)象，加上短波通信信道質(zhì)量、傳輸帶寬等多重因素的影響，網(wǎng)絡拓撲始終難以趨于穩(wěn)定。

2 短波通信組網(wǎng)應用現(xiàn)狀

為了克服傳統(tǒng)短波通信網(wǎng)絡的不足，人們嘗試了各種短波通信組網(wǎng)技術(shù),取得了一定的效果，短波通信網(wǎng)絡的性能得到了有效的提升，一方面增強了通信抗干擾能力，另一方面克服了信道衰落、通信盲區(qū)等問題。典型的短波通信組網(wǎng)方式及應用現(xiàn)狀歸納如下。

2.1 固定頻率通信網(wǎng)

固定頻率通信網(wǎng)的組網(wǎng)方式較為簡單，各站點的短波通信業(yè)務均在固定頻率上開展。此類通信網(wǎng)絡中各通信站點所使用的固定頻率是通過長期的預報選取的可用或者最佳頻率。在通信網(wǎng)組建過程中，網(wǎng)絡中各通信站點利用提前約定的方式，在這些固定頻率建立通信網(wǎng)絡。這種組網(wǎng)方式類似于廣播型通信網(wǎng)，也就是傳統(tǒng)通信中的由單一節(jié)點傳播向多個方向/節(jié)點傳播轉(zhuǎn)變。這種通信網(wǎng)組建方式簡單、費用低，主要用于海事等公益通信事業(yè)。但是其由于信道易受影響，通信穩(wěn)定性、隱蔽性較差，抗干擾能力較傳統(tǒng)短波通信方式提升有限，因此未被大范圍使用，正在隨著技術(shù)的發(fā)展而被逐漸淘汰。

2.2 短波跳頻通信網(wǎng)

短波跳頻通信網(wǎng)是一種有別于固定頻率通信網(wǎng)的短波通信組網(wǎng)方式。該類通信網(wǎng)絡中，各通信站點主要采用跳頻技術(shù)，在固定的帶寬之內(nèi)通過對通信信號頻率進行隨機性轉(zhuǎn)換，實現(xiàn)通信內(nèi)容的保密。該技術(shù)主要是通過對載頻跳變的規(guī)律進行特殊設定，使信息竊取方難以從諸多頻率中獲取這種規(guī)律，進而達成秘密傳輸信息的目的。短波跳頻通信網(wǎng)具有一定的抗干擾、抗截獲、抗毀性，在軍事通信領(lǐng)域備受青睞。但因其跳變用頻的特點，會給網(wǎng)內(nèi)用戶和網(wǎng)外其他通信用戶帶來跳頻干擾，因此不適合大規(guī)模大范圍的組網(wǎng)通信，一般僅用于作戰(zhàn)部隊編組內(nèi)中近距離的戰(zhàn)術(shù)通信場合。

2.3 短波頻率自適應通信網(wǎng)

短波自適應通信網(wǎng)是由若干短波電臺構(gòu)成的一個無中心的、具有自組織功能的通信網(wǎng)絡。這種組網(wǎng)方式需要先對已經(jīng)設置好的頻點進行質(zhì)量分析，并找出其中適宜通信使用的頻率，進而構(gòu)建起短波通信網(wǎng)絡。由于其通信頻率已經(jīng)進行預先篩選，因此該種組網(wǎng)方式適應性較強，在短波通信中發(fā)揮出的質(zhì)量優(yōu)勢也較為明顯。短波自適應通信網(wǎng)適用于沒有通信基礎(chǔ)設施支持、網(wǎng)絡節(jié)點狀態(tài)變化劇烈，對網(wǎng)絡抗毀性要求高的場合。該種短波通信組網(wǎng)方式的通信系統(tǒng)歷經(jīng)了較長的發(fā)展周期，包括早期的第一代頻率自適應通信網(wǎng)（即各國自定義的簡單的頻率自適應通信網(wǎng)）、20世紀80年代第二代頻率自適應通信網(wǎng)（以美軍標141A 基礎(chǔ)構(gòu)建的頻率自適應通信網(wǎng)絡為代表）和第三代短波通信網(wǎng)（以美軍標141B 基礎(chǔ)構(gòu)建的頻率自適應通信網(wǎng)絡為代表）。其中，第三代短波通信網(wǎng)還因其支持Internet協(xié)議而為大眾所鐘愛。

2.4 短波IP通信網(wǎng)

在網(wǎng)際協(xié)議（Internet Protocol，IP）的框架之下，短波通信可通過建立更加多樣化的通信手段相互連通形成綜合網(wǎng)絡。這種通信網(wǎng)組建的優(yōu)勢在于既可以實現(xiàn)信息共享，又可以擴大網(wǎng)絡覆蓋范圍，有效提升抗毀壞能力，其通信組網(wǎng)方式應用前景較為廣闊。然而，由于受短波通信自身特點所局限，在短波IP通信網(wǎng)的組建中，一些網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)不能完全照搬有線網(wǎng)的，而是要在IP協(xié)議接口選定與短波IP路由器正式建立的前提之下開展通信網(wǎng)組建。該種網(wǎng)絡將短波通信與有線網(wǎng)絡結(jié)合，能夠有效消除短波通信盲區(qū)的影響，實現(xiàn)“以網(wǎng)補盲”，還具有比前述短波通信網(wǎng)絡具有更強的抗擾、抗毀優(yōu)勢。但由于短波通信的固有缺點，該種網(wǎng)絡存在鏈路建鏈時間長和業(yè)務傳輸不穩(wěn)定等問題，因此在實際應用領(lǐng)域仍在不斷探索中。

3 短波通信組網(wǎng)發(fā)展方向探究

基于短波通信網(wǎng)絡的特點和短波通信組網(wǎng)應用的現(xiàn)狀，下面結(jié)合新時代相關(guān)技術(shù)飛速發(fā)展的基本情況，對短波通信組網(wǎng)技術(shù)可能發(fā)展演進方向進行粗淺的探究。

3.1 技術(shù)迭代促進網(wǎng)絡性能全面提升

近半個世紀以來，網(wǎng)絡性能提升是短波通信組網(wǎng)應用發(fā)展過程中一個經(jīng)久不衰的課題。專項技術(shù)的迭代發(fā)展有力促進了短波通信網(wǎng)絡專項性能的提升。依托跳頻技術(shù)、擴頻技術(shù)而形成的跳頻通信組網(wǎng)方式，克服了固定頻率通信組網(wǎng)方式易受干擾、不隱蔽的問題。20世紀90年代采用短波頻率自適應通信技術(shù)而形成的短波頻率自適應通信組網(wǎng)方式，經(jīng)過3代自適應技術(shù)的迭代發(fā)展，基本解決了短波通信選頻難、信道質(zhì)量差的問題。尤其是第三代頻率自適應通信組網(wǎng)方式，因運用同步探測、信道分離、低/高速調(diào)制解調(diào)、自適應跳頻、自適應頻率管理、網(wǎng)絡管理等新技術(shù)，其抗干擾、抗截獲、抗摧毀性能和綜合業(yè)務傳輸能力等網(wǎng)絡性能相對于前面幾種組網(wǎng)方式有了較大提升和改進。

近幾年，依托短波射頻全頻段信號直接采樣、寬帶多信道接收、信號快速檢測、頻譜監(jiān)測、計算機、網(wǎng)絡傳輸?shù)燃夹g(shù)的綜合應用開發(fā)而成的智能選頻建鏈技術(shù)和廣域分集接收技術(shù)，使短波通信網(wǎng)絡在選頻建鏈速度、接入網(wǎng)絡速度、業(yè)務傳輸可靠性等網(wǎng)絡性能得到了全面的提升。尤其是廣域分集組網(wǎng)技術(shù)，能夠產(chǎn)生2～4 dB的分集增益，較大地提升了短波業(yè)務傳輸?shù)目煽啃浴?/p>

通信質(zhì)量提升、抗毀自愈、保密安全是短波通信組網(wǎng)要達到的基本要求。那么網(wǎng)絡自適應路由技術(shù)或?qū)⑹嵌滩ㄍㄐ啪W(wǎng)絡通信質(zhì)量提升、抗毀自愈一種不可缺的技術(shù)。該技術(shù)可以對短波信道的時變性、站點可移動性，以及短波通信網(wǎng)絡拓撲結(jié)構(gòu)的動態(tài)變化進行綜合整治。而通信過程中的信息保密安全對于融合組網(wǎng)水平不斷提升的短波通信網(wǎng)來說，顯得尤其重要，特別是在軍事通信領(lǐng)域之中，因此保密安全技術(shù)收到各國的格外重視。短波通信相關(guān)技術(shù)日新月異，促使短波通信組網(wǎng)方式推陳出新，短波通信網(wǎng)絡性能日臻完善。

3.2 融合組網(wǎng)是短波通信發(fā)展的大趨勢

眾所周知，單一的短波組網(wǎng)方式所構(gòu)建的短波網(wǎng)絡不可避免地存在這樣或者那樣的缺點，諸如網(wǎng)絡接入速度、信道不對稱性、業(yè)務傳輸可靠性、網(wǎng)絡穩(wěn)定性等問題。盡管近年來技術(shù)的飛速發(fā)展已經(jīng)極大地彌補了單一組網(wǎng)方式技術(shù)方面的不足，但單一短波組網(wǎng)方式仍然無法完全解決上述網(wǎng)絡性能問題，從而限制了其大量推廣應用。目前，各國各行業(yè)部門的短波通信網(wǎng)絡“煙囪林立”，不同時期不同通信體制的短波通信用戶并存、業(yè)務無法互通，單一模式的短波通信組網(wǎng)方式顯然沒法滿足不同通信體制下，各式各樣短波用戶業(yè)務互聯(lián)互通的需求。前面所提到的廣域分集組網(wǎng)方式已經(jīng)不是純粹的短波組網(wǎng)方式，而是短波無線通信網(wǎng)絡與IP承載網(wǎng)絡有線網(wǎng)絡互相融合之后產(chǎn)生的一種新的組網(wǎng)通信方式。因此，融合組網(wǎng)是短波組網(wǎng)通信的發(fā)展必然趨勢。

3.3 智能網(wǎng)絡通信時代未來已來

近十來年，隨著芯片制造技術(shù)的飛速發(fā)展，CPU，F(xiàn)PGA，DSP等芯片的處理能力跨越式提升，使原來沉睡在教科書中的軟件無線電、認知無線電等各種理論逐一得以實現(xiàn)。寬帶射頻AD/DA芯片、射頻直采技術(shù)使短波信道數(shù)字化直抵天線根部，加上強大處理能力的FPGA，DSP，輕而易舉地實現(xiàn)了短波全頻段寬帶多信道接收。信道設備的體積、重量和功耗還極大地減小，使原來需要一系列龐大笨重的信道設備堆疊起來才能實現(xiàn)的系統(tǒng)和網(wǎng)絡，被集成到一兩個小型化設備中去了，而且設備綜合處理能力更強更大了。如今人們在這些小型化設備已經(jīng)可以從容地實現(xiàn)大數(shù)據(jù)采集、存儲、分析與運用，無線電感知、監(jiān)測、異頻合并、多發(fā)多收（Multiple in Multiple out，MIMO）等各種復雜算法，并在認知無線電思想的指引下在智能通信道路上不斷取得進步。不久的將來，以認知無線電技術(shù)為基礎(chǔ)的短波通信網(wǎng)絡的演進必將日益智能化，短波通信信號質(zhì)量、信息傳輸水平，短波通信網(wǎng)絡的整體性能將得到全面提升，短波通信網(wǎng)絡的潛力及其應用價值將充分發(fā)揮。

4 結(jié)語

綜上所述，短波通信組網(wǎng)技術(shù)已經(jīng)成為當下短波通信的熱門技術(shù)之一，短波通信組網(wǎng)技術(shù)的實現(xiàn)與應用，克服了傳統(tǒng)短波通信的不足，顯著地提升了短波通信的綜合性能。認知無線電思想將繼續(xù)指引著人們沿著智能短波網(wǎng)絡通信的方向把短波通信探究到底。

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