海上通信設備中的信號傳輸優化技術

【摘要】伴隨海上活動頻率增加，海上通信逐步引起大眾的關注。艦船在海上航行過程中常受客觀因素影響，極有可能與岸基指揮所失去聯系。海面上常用的無線通信方式中共有微波、短波、中波等多種形式，如今選用何種通信技術已成為海上艦船通信設備優化與管理的重要內容。文章立足海上通信設備研究信號傳輸優化技術，以期切實發揮海上通信裝備作用，為艦船在海上的安全航行保駕護航。

【關鍵詞】通信設備|信號傳輸|技術|海上

目前，伴隨21世紀太空衛星資源日漸豐富，衛星通信已經成為十分智能的海上通信手段。然而，傳統的海上信號傳輸技術存在一定問題，這就需要有關人員積極完善和優化信號傳輸技術，以發揮海上通信設備的作用，保障海上通信設備功能。

一、海上通信設備中的信號傳輸現狀

（一）艦船微波通信

微波通信系統，包括發射機、接收機、天線等部件，具有大帶寬和高容量優勢，是中國通信網絡的重要組成部分。然而，它也存在局限性，如視距通信的限制導致無法在海洋中建立中繼，僅適用于短距離通信。距離增加會導致輻射損失加劇并受氣候影響。此外，頻繁使用可能引起不同區域間的信號干擾。

（二）艦船衛星通信

海上衛星通信系統，包含衛星主站、通訊衛星和船用通信裝置，適應艦船通信環境，支持多業務傳輸。這種技術先進，性能優良，操作簡便，自動化程度高，能與公共及國防網絡銜接。但也存在不足：系統利用率和數據傳輸效果受限，傳輸可靠性不足，頻譜資源有限。發送延遲大約500～800毫秒。由于同步衛星軌道位置限制，難以增加衛星數量以避免互相干擾。衛星發射成功率為80%，但成本和發射費用較高。

二、海上通信設備中的信號傳輸特點

（一）海上通信網絡資源存在復雜性

海上通信設備構建岸基網絡時使用的技術包括移動通信系統和無線城域網，它們提供高質量服務但覆蓋范圍有限。相比之下，海洋廣播可以遠距離通信，但傳輸速度慢，主要用于語音。無線自組網在一定程度上提高了覆蓋范圍和效果，但性能和穩定性不足[1]。目前，不同海洋通信資源的有效整合受限于現有網絡系統，主要是因為它們基于“轉發型”網絡。海上通信系統中，如遇不完全覆蓋，可能需用集會網絡補充或替代。機會型網絡按“存儲-傳輸-轉發”流程工作，目前只能在應用層實現，未與網絡層轉發結合，需要協同優化以提高傳輸效率。

（二）通信介質異構性

海洋環境中以聲波為通信媒介，與電磁波傳輸的地面通信有顯著差異。電磁波傳輸速度快，可達吉比特/秒，而聲波在水中的速度僅1.5公里/秒，最大傳輸率千比特/秒。現有網絡結構未充分考慮這種不對稱性，通常由網絡的變換節點處理，適合固定邊界網絡，但不適用于邊界變化大的異質網絡。在處理電磁波和聲波的傳輸速率差異時，這種方法影響了傳輸層協議，特別是基于端到端往返延遲的TCP協議。現有基于TCP的無線通信協議多針對網絡擁塞，未考慮不對稱性和時延，不適用于海上通信系統[2]。

三、海上通信設備中的信號傳輸優化技術

（一）5G網絡無線技術

在海上5G網絡環境中，各種通信設備數據流通過無線網傳送至邊緣計算核心網，展現了5G網絡無線技術的多方面應用：無線網。包括宏碁地臺和室內配電系統，實現5G平臺的生產區、中控室和辦公區域的無線網絡覆蓋；邊緣計算中心骨干網。由MEC組成部分構成，使用MEC和MEP組件執行邊緣計算任務，并通過UPF組件分發消息。它將平臺本地流量發送到應用服務器，再通過承載網控制地面5G網絡的流量；承載網。負責5G無線專用通信網絡與地面5G通信網絡的連接、傳輸和接口（圖1）；服務器虛擬化。在平臺報室中部署服務器、防火墻和交換機，并承載核心網絡設備部件，實現邊緣計算功能。

（二）海上數字廣播技術

NAVDAT系統通過互聯網收集各種信息，統一加工后由岸臺網發送。信號以OFDM和41.66Hz載頻發送，副載波通過正交調幅調制。接收后解調得到文字、數據、傳真和圖片等。最大傳輸速度為25千比特/秒，覆蓋達648公里。

（三）自動識別系統

艦船識別系統基于VHF頻段自動追蹤并向船舶、岸臺廣播船舶信息，從而對目標水域中的船舶進行自動追蹤識別與監控[3]。從圖2可以看出，AIS系統使用161.975兆赫和162.025兆赫頻帶，近海航行時工作頻寬為12.5kHz和25kHz，海洋環境中為25kHz。AIS通過時分多路接入提高通信能力。

（四）衛星隱蔽通信技術

衛星隱蔽通信技術現有兩種信息隱藏方法：一種是通過密碼算法或保密傳輸協議，但易被追蹤；另一種是采用跳頻、擴頻和編碼技術，具有良好的抗干擾性和難以被探測的優勢，但消耗大量衛星頻譜資源，且在大量通信需求下難以滿足保密需求。因此，變換域衛星信息隱藏成為有效方案，將信息嵌入普通廣播或電視信號中，通過公共電視轉播或衛星鏈接傳輸，共享衛星轉發器資源。這種方法不易被發現，具有強大的抗干擾和抗截獲能力。在通信設備信號傳輸優化中，大數據分析的大信號掩蓋技術區分機密數據和普通數據：大功率信號s（t）傳輸普通數據，小功率信號w（t）傳輸機密數據，兩信號疊加發送公式如下：

（五）海洋物聯網技術

傳統物聯網通信技術（如藍牙、紅外、移動蜂窩）在邊遠和海洋區域面臨覆蓋不足的挑戰。低軌道衛星通信技術可在海上實現廣泛的信號傳輸，確保通信時效，減少對信號功率的依賴。選擇低能耗傳感器并結合太陽能進行能量補給，可實現全天候操作。利用衛星物聯網與互聯網技術，可在470公里范圍內遠程監控海上平臺、島嶼和船舶，使用入侵檢測傳感器實時反饋數據，提高通信效率。衛星物聯網還支持快速移動的船舶平臺，優化資源和人員配置[4]。

（六）無線光通信技術

無線光通信使用光進行無線信息傳輸，不需光纜，建設快速靈活，利用頻譜廣泛。相較于光纖通信和傳統無線通信，它在容量、抗干擾和抗截獲方面具有顯著優勢。系統中，光傳輸子系統負責信號光和信標的發射與接收。ATP子系統實現掃描、捕捉、通訊，并維持光天線對準。光端機內完成信標光的發送和接收。伺服穩定子系統將運動載體（如艦船、飛行器）的振動信號轉換為低頻低幅，同時約束大干擾。通信過程分為圖3的四個環節。

在無線光通信的首個搜尋階段，雙方光天線通過陀螺伺服機構控制保持穩定，使用尋北儀粗略定位后，發出信標進行初步搜索。其次是捕捉階段，當雙方信標進入對方接收天線視野，捕捉CCD檢測到對方波束，隨后停止高速掃描。兩個天線相互調整對準，完成捕捉，并進入激光束追蹤與鎖定，建立通信聯系。通信階段，光天線通過ATP系統感應載流子漂移引起的對準誤差，實現伺服射束的互相追蹤對準，維持通信暢通。最后，在通信結束后，控制電腦發出撤回命令，使光天線返回原位，斷開主動式伺服天線供電，完成回收過程。

四、結語

在傳統海上通信設備中的通信技術具有傳輸效率低以及距離受限等問題。這種情況下，就需要應用新時期的5G技術、無線光技術，切實優化信號傳輸技術，提高信號傳輸效率，保障海上通信設備的功能。除此之外，要注重優化信號傳輸設備，配備專業人員，采用多種無線通信方式的組網模式，配備專業的通信手段，從而切實增強艦船在海上通信的可靠性和時效性。中國軍轉民

參考文獻

[1]張煥俊.海上專用信號傳輸網絡中的病毒檢測技術[J].艦船科學技術，2017（4）：169-171.

[2]張智新，胡建華.海上平臺手機信號覆蓋設計研究[J].中國寬帶，2022，18（4）：17-19.

[3]陳學昌.基于DSP架構的海上信號傳輸與控制系統設計[J].艦船科學技術，2017（6）：180-182.

[4]范同磊，施展.淺析海上AIS信號亂象及對策[J].珠江水運，2022（15）：28-30.

（作者單位：中國人民武裝警察部隊海警總隊海南支隊）