基于短波探測信號的短信息傳輸技術(shù)研究

艾爾肯.艾則孜

(烏魯木齊職業(yè)大學(xué)，新疆烏魯木齊830002)

1.前言

短波這一傳統(tǒng)的通信方式具有其它通信手段無法比擬的優(yōu)勢。目前各國競相推出和配備各種短波自適應(yīng)電臺、跳頻電臺，采用微處理器、數(shù)字信號處理（DSP）、自適應(yīng)技術(shù)、跳頻技術(shù)，不斷提高短波通信的質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸速率，增強自動化、新業(yè)務(wù)功能。其中，在短信息傳輸技術(shù)中，采用短波探測信號方法，具備許多優(yōu)勢。對于短信息而言，它從發(fā)送端傳送到接收端，可以具有多條傳播路徑，不占用全頻段資源，對其它短波通信不構(gòu)成干擾。本文對基于短波探測信號的短信息傳輸技術(shù)進(jìn)行了深入研究。

2.短信息傳輸信道的數(shù)學(xué)模型

短信息傳輸信道的數(shù)學(xué)模型見圖1：

2.1 調(diào)制信道模型

調(diào)制信道的共性：

(1)有一對(或多對)輸入端和一對(或多對)輸出端（圖2）；

(2)絕大多數(shù)的信道都是線性的，即滿足疊加原理；

(3)信號通過信道具有一定的遲延時間，而且它還會受到(固定的或時變的)損耗；

(4)即使沒有信號輸入，在信道的輸出端仍有一定的功率輸出(噪聲)。

對于二對端的信道模型(一對輸入端和一對輸出端)，其輸出與輸入的關(guān)系應(yīng)該有

其中，ei(t)為輸入的已調(diào)信號；e0(t)為信道總輸出波形；n(t)為加性噪聲/干擾，且與ei(t)相互獨立。f[ei(t)]表示已調(diào)信號通過網(wǎng)絡(luò)所發(fā)生的(時變)線性變換。

若設(shè)f[ei(t)]=k(t)ei(t)，則有e0(t)=k(t)ei(t)+n(t)

信道的作用相當(dāng)于對輸入信號乘了一個系數(shù)k(t)。上式為調(diào)制信號的一般數(shù)學(xué)模型。加性干擾n(t)，乘性干擾k(t)。

通常乘性干擾是一個復(fù)雜的函數(shù)，包括各種線性畸變、非線性畸變，同時由于信道的遲延特性和損耗特性隨時間作隨機變化，往往用隨機過程來表述。

在分析乘性干擾時，可以把信道粗略分為兩大類：

恒參信道：k(t)不隨時間變化或基本不變化；

隨參信道：k(t)隨機快變化。

當(dāng)沒有信號輸入時，加性干擾也存在，但沒有乘性干擾輸出。

2.2 編碼信道模型

編碼信道的輸入和輸出信號均是數(shù)字序列，對應(yīng)二進(jìn)制即0和1的序列。

編碼信道對信號的影響是一種數(shù)字序列的變換，即把一種數(shù)字序列變成另一種數(shù)字序列。一般把編碼信道看成是一種數(shù)字信道。

編碼信道模型可以用數(shù)字的轉(zhuǎn)移概率來描述。模型中，把P(0/0)、P(1/0)、P(0/1)、P(1/1)稱為信道轉(zhuǎn)移概率。以P(1/0)為例，其含義是“經(jīng)信道傳輸，把0轉(zhuǎn)移為1的概率”，這是一種錯誤轉(zhuǎn)移概率。

編碼信道是無記憶的信道，即前后碼元發(fā)生的錯誤是互相獨立的。

3.短信息傳輸?shù)母袷?/h2>

對短消息的控制共有三種模式：

(1)Block Mode

(2)基于AT命令的PDU Mode

(3)基于AT命令的Text Mode

目前，PDU Mode因其比較簡單已取代Block Mode、Text Mode。

PDU數(shù)據(jù)格式分析：

例如，我們要將“Hi”字符發(fā)送到目的地。

PDU字符串為：

0891683108200805F011000 D 913176378290F900000002 C834

（1）08//短信息中心地址長度，指（91）+（683108200805F0）的長度。

（2）91//短信息中心號碼類型。91是TON/NPI遵守International/E.164標(biāo)準(zhǔn)，指在號碼前需加‘+’號；此外還有其它數(shù)值，但91最常用。

短消息編碼：

需要發(fā)送的短消息內(nèi)容為“Hi”，使用的GSM字符集為7位編碼。首先將字符轉(zhuǎn)換為7位的二進(jìn)制，然后，將后面字符的位調(diào)用到前面。例如：H翻譯成1001000，i翻譯成1101001，顯然H的二進(jìn)制編碼不足八位，那么就將i的最后一位補足到H的前面。那么就成了11001000（C8），i剩下六位110100，前面再補兩個0，變成00110100（34），于是“Hi”就變成了兩個八進(jìn)制數(shù)C834。

4.短波探測通信網(wǎng)構(gòu)建

短波探測通信網(wǎng)構(gòu)建（見圖3示意圖），可采用分布控制、集中控制兩種方式相結(jié)合的混合控制網(wǎng)絡(luò)模式，在障礙物較大較多的地區(qū)，可采用中繼方式靈活布置節(jié)點，若有條件也可接入其它無線/有線網(wǎng)絡(luò)。移動節(jié)點在傳輸距離以及移動性上都有很大靈活性，它能夠在某一地域的整個范圍內(nèi)，實現(xiàn)輕松擴展與延伸。

(1)每個短波電臺作為探測通信網(wǎng)一個接入點，每一個接入點具備自動信道選擇、自動發(fā)射識別、選擇呼叫與自動接續(xù)等功能，多個接入點有序組合構(gòu)建公安消防部隊探測通信網(wǎng)。

(2)短波探測通信網(wǎng)具備半自動優(yōu)選頻率的自適應(yīng)（ALE）功能和全自動優(yōu)選頻率的自優(yōu)化功能，采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、軟件技術(shù)、現(xiàn)場管理，以軟件交換為支撐，實現(xiàn)對短波電臺的聯(lián)網(wǎng)和控制，支撐現(xiàn)場的應(yīng)急管理。具有數(shù)據(jù)傳輸功能、保密和抗干擾的跳頻功能、組網(wǎng)通信的數(shù)字選呼功能、衛(wèi)星定位的GPS監(jiān)控功能和實現(xiàn)連接有線網(wǎng)的有線無線轉(zhuǎn)接功能等。

(3)短波探測通信網(wǎng)以短波作為傳輸鏈路，在實際組網(wǎng)中，可加大電臺功率以延長傳播距離，或采用三線式天線、ML-90天線、7006寬帶軟天線等新式天線，消除盲區(qū)，以實現(xiàn)高質(zhì)量通信。

5.短波探測信號實現(xiàn)短信息傳輸?shù)募夹g(shù)研究

5.1 短信息數(shù)據(jù)編碼

短信息數(shù)據(jù)編碼主要采用BCH編碼和交織編碼的方式。在發(fā)送端，要求將發(fā)送的176比特數(shù)據(jù)分為16組，每組11比特，對于每組分別進(jìn)行(11，15，3)的BCH編碼。每組11比特信息經(jīng)過這種BCH編碼后，成為15比特的碼字。16組信息相應(yīng)地編成16組字。對于每組碼字，就性能而言，可以糾正一位隨機錯誤。

在實際情況中，短波信道的干擾以突發(fā)干擾為主，即干擾往往同時影響連續(xù)的多個碼元，單純的BCH碼組是不適合于信道傳輸?shù)摹Ｒ虼耍€要對16組碼字進(jìn)行交織編碼。在此方案中我們采用長度為16的交織編碼，對16組碼字進(jìn)行交織編碼。

交織編碼并沒有改變碼元的數(shù)目，而是對各個碼組分量在順序上按一定規(guī)律重新排列。交織編碼的最后結(jié)果會得到15組數(shù)據(jù)，每組包含16個元素。交織編碼并不能改變碼組的糾錯能力，但是它能分散信道突發(fā)錯誤，使錯誤能夠在BCH解碼中被糾正。

將進(jìn)行交織編碼后的15組數(shù)據(jù)首尾相連，形成所需的240比特數(shù)據(jù)段。選擇16位相關(guān)碼作為同步頭，寫入數(shù)據(jù)幀中16位同步段中，形成256bit數(shù)據(jù)。整體過程見下圖：

5.2 數(shù)據(jù)解碼

對得到的判決幀，利用交織編碼的原理，進(jìn)行逆運算，可以實現(xiàn)交織解碼。交織解碼后，還必須將得到的結(jié)果幀還原為16組碼字，每組碼字為15比特。對每組碼字分別進(jìn)行BCH解碼。由于采用系統(tǒng)碼，所以碼字經(jīng)過糾錯處理后，只需將碼字的前11位提取出來就可以還原出發(fā)送端發(fā)送的信息。整體過程見圖5：

5.3 數(shù)據(jù)幀檢測

數(shù)據(jù)幀檢測主要利用數(shù)據(jù)幀中的同步頭(16bit相關(guān)碼)進(jìn)行，利用相關(guān)碼的相關(guān)特性對數(shù)據(jù)幀進(jìn)行檢測，同時提供隨后的數(shù)據(jù)bit同步信號。當(dāng)檢測到16bit相關(guān)碼時，認(rèn)為隨后的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)幀。因此，同步頭采取什么碼字非常重要，常用的同步碼有多種，為了實現(xiàn)幀同步和檢測，同步碼必須具有如下特點：

①碼組應(yīng)盡可能短，以保證數(shù)據(jù)傳輸效率；

②盡可能避免信息數(shù)據(jù)中出現(xiàn)與它相同的碼字，減少虛警；

③具有尖銳的自相關(guān)函數(shù)。

6.結(jié)論

本文對短波探測信號在短信息傳輸技術(shù)中的具體應(yīng)用進(jìn)行研究分析。研究表明，采用整個短波頻段進(jìn)行短信息傳輸具有很強的頻率分集作用，可以保證信息傳輸可靠準(zhǔn)確地傳輸，實現(xiàn)高可靠的信息接收。

[1]沈琪琪，朱德生.短波通信[M].西安電子科技大學(xué)出版社，1995.

[2]肖景明，王元坤.電波傳播工程計算[M].西安電子科技大學(xué)出版社，1989.