一種非對稱多通道技術在短波應急通信中的應用

謝 明，唐光亮

0 引言

短波通信由于其具有建設和維護費用低、建設周期短、設備小、容易隱蔽、不需要建立中繼站即可實現遠距離通信、既適用于固定通信也適用于移動通信、傳播介質不可摧毀等特點，使短波通信在很多應急條件尤其在軍事通信中具有不可替代的地位和作用。但短波通信的性能受限于窄帶、時變的信道特性，導致通信可靠性差，數據傳輸速率不高，通常人們采用自適應選頻技術、高速調制解調技術、短波組網技術等來改進。近年來人們又將空間分集技術、頻率分集技術(以下稱為多通道技術)應用在短波通信中［1］。文中將非對稱多通道技術應用在短波應急通信中提高了應急條件下短波通信的可通率和可靠性。即通過空間復用帶來復用增益，以提高信息傳輸速率，通過空間分集、頻率分集克服短波信道衰落，以提高短波傳輸的系統可靠性。在該系統中，可根據環境的不同，選擇恰當的信息傳輸速率和分集增益，獲得最優的短波應急通信效果。

1 非對稱多通道技術簡介

多通道技術是通過多個信道(時間、頻率或者空間)接收到承載相同信息的多個副本，由于多個信道的傳輸特性不同，信號多個副本的衰落就不會相同，接收機使用多個副本包含的信息能比較正確的恢復出原發送信號，從而提高接收信號正確判決率，通常也稱為分集技術。分集技術可分為空間分集、頻率分集、時間分集和極化分集等。非對稱多通道技術就是在信息傳輸的兩個方向上采用不同的分集方式來提高系統的傳輸可靠性［2］。

2 非對稱多通道技術在短波應急通信系統中的應用及實現

短波應急通信系統通常由應急指揮中心和若干機動短波通信站組成，應急指揮中心通過短波信道傳輸信息，對機動短波通信站進行指揮通信。

在短波應急通信中，應急指揮中心向機動短波通信站方向稱為前向通信，反之則稱為后向通信。前向通信時采用多通道接收機實現多發多收，后向通信時采用多點接收實現單發多收，前、后向通信采用非對稱多通道方式。

2． 1 前向多通道技術及實現方式

隨著信息技術以及數字信號處理技術的發展，實現多通道短波收信機已經沒有技術難度，目前已開發出8通道小型化短波收信機產品，隨著技術的發展，研制數十個通道的短波收信機已成為可能。

當應急指揮中心向現場機動短波站發送信息時，充分利用多通道接收機的優勢，指揮中心在多個頻率上同時發送信息，機動站則同時接收多個頻率的信號。發送頻率可通過頻率規劃覆蓋短波頻段的低、中、高段，確保覆蓋可通頻率窗口。多通道收發結構如圖1所示。

圖1 多通道收發結構示意Fig．1 Schematic diagram of MIMO

該方法通過利用多通道接收機，以增加發送通道和接收通道的方式避免短波通信的頻率選擇性問題，結構簡單可靠，只要有一個頻率接收正確即可。當然，如果在接收端進一步利用頻率分集處理技術，對多個頻率接收的信號進行分集處理，效果會進一步提高，即使在所有頻率都未正確接收時，可通過頻率分集處理還原正確信息。

2． 2 后向多通道接收技術及實現方式

在相反方向，當機動短波站向應急指揮中心發送信息時，由于機動站受到空間及其他條件限制，不能使用多個通道發送，則充分利用應急指揮中心固定通信站的優勢，通過有線網絡互聯多個分散的接收站，則采用單點發送多點接收的多通道接收技術，充分利用短波通信空間分集效果，多通道接收結構如圖2 所示［3］。

圖2 多通道接收結構示意Fig．2 Schematic diagram of multi－channel receiver

在多通道接收結構中，只需有一個接收點接收正確即可，也可利用空間分集處理技術對多點接收信號進行分集處理，進一步提高短波通信可靠性和效能。在實際應用中，還可以通過機動短波站在不同頻率重復發送信息提高可靠性。

3 試驗數據對比及分析

通過試驗對比，前向通信時，采用頻率分集的多通道收發技術(8個頻率通道)與單發單收相比，單次呼叫的可通率從40%左右提高到92%左右，多通道收發技術(8個頻率通道)與2G－ALE頻率自適應通信技術(8個自適應頻率)相比，傳輸2K字節數據信息時，平均傳輸時間(含自適應建鏈時間，無LQA表)從115秒左右減少到30秒左右。后向通信時，采用空間分集的多通道接收技術(8個接收通道)與單發單收相比，可通率從40%左右提高到85%左右，多通道接收技術(8個接收通道)與2G－ALE頻率自適應通信技術(8個自適應頻率)相比，傳輸2K字節數據信息時，平均傳輸時間(含自適應建鏈時間，無LQA表)從115秒左右減少到30秒左右。

通過試驗數據對比可以看出，與單發單收相比，多通道收發通過多通道同時發送和接收提高可通率與可靠性，與自適應通信技術相比，通過多通道發送和接收提高傳輸時效性。

4 結語

短波通信由于受到信道條件的限制，需要根據用戶需求在系統容量、可通率、可靠性和建設成本等方面進行折中考慮，難以用一種技術滿足用戶的全部需求，文中所述僅是短波應急通信技術的一種方法，突出非對稱利用空間分集與頻率分集效果，提高可通率與時效性;利用簡單的系統結構提高系統可靠性。但其多通道的特點會導致系統成本提高。該應用方式比較適合于數據業務傳輸，話音業務在多信道條件下還需要進一步研究。

［1］ 唐光亮，劉國澤．短波接入組網技術［J］．通信技術．2008，41(06):41－42．TANG Guang－liang，LIU Guo－ze．The Access Network Technology of HF［J］．Communication Technology．2008，41(06):41－42．

［2］ 劉俊杰，王翔，唐光亮．第二代與第三代短波自動鏈路協議對比分析［J］．通信技術，2008，42(05):11－13．LIU Jun－jie，WANG Xiang，TANG Guang－liang．The Contrast Analysis of Second and Third Generation HF Automatic Link Protocol［J］．Communication Technology，2008，42(05):11－13．

［3］ 王翔，唐光亮．利用2G－ALE提高短波接入效率的一種思路［J］．通信技術，2010，43(11):4－5．WANG Xiang，TANG Guang－liang．An Idea for Improving Access Efficiency by 2G－ALE［J］．Communication Technology，2010，43(11):4－5．