新型短波通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究目錄TOC\o"1-3"\h\u22275摘要 I1634第1章新型短波通信系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ) 178051.1短波自適應(yīng)通信系統(tǒng) 131290（2）自動掃描接收功能 1304071.2第三代短波通信系統(tǒng) 27682第2章新型短波通信系統(tǒng)介紹 3115512.1新型短波通信系統(tǒng)方案介紹 379462.2系統(tǒng)主要模塊功能 58821（1）選頻模塊 510206（2）自動鏈路建立模塊 522297（3）更頻模塊 632694（4）數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議 617631（5）數(shù)據(jù)存儲與分析模塊 6211382.3新型短波通信系統(tǒng)的軟件架構(gòu) 7864第3章新型短波通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)介紹 9202093.1多點與面之間的智能選頻技術(shù) 9202873.2具有選頻功能的自動線路建立通信協(xié)議設(shè)計 9282913.3建鏈和數(shù)據(jù)傳輸物理層設(shè)計技術(shù) 95276第4章總結(jié) 10摘要短波通信能夠借助于電離層反射效應(yīng)達(dá)到信息的遠(yuǎn)程輸送，并且整個過程不需要任何相關(guān)的人工裝置做輔助，極大地降低了鏈路成本，即便出現(xiàn)自然災(zāi)害，也不會對其造成直接性影響，這項技術(shù)對于現(xiàn)代的及時救助，軍事通訊具有非常重要的應(yīng)用價值。但是這種技術(shù)也存在一定的不足，就是會受到太陽的影響導(dǎo)致其信道發(fā)生隨機性變化。如今，運用短波頻段的用戶數(shù)量非常多，所以很容易出現(xiàn)不同頻道之間的干擾，另外工業(yè)化中的磁噪聲也會對這一技術(shù)產(chǎn)生一定的影響。所以，選擇短波技術(shù)進(jìn)行通信過程中，必須要選擇一個合理的短波頻率，這也是提高短波通信質(zhì)量的前提保障。關(guān)鍵詞：短波通信,自動選頻,路徑選擇,歷史記錄第1章新型短波通信系統(tǒng)設(shè)計的基礎(chǔ)1.1短波自適應(yīng)通信系統(tǒng)這一技術(shù)主要是針對特定的信號以及系統(tǒng)變化進(jìn)行動態(tài)分析，進(jìn)而對自身參數(shù)以及結(jié)構(gòu)進(jìn)行智能化改善，提升系統(tǒng)本身的抗干擾能力。這一技術(shù)可以動態(tài)第規(guī)避干擾，在最短時間內(nèi)給出最佳通訊鏈路，通過這種方式可以極大地改善通訊的質(zhì)量和效率。當(dāng)前技術(shù)中，選頻、調(diào)頻和功率管控等均能夠?qū)崿F(xiàn)自適應(yīng)。所以，在本文的研究中就運用了這一自適應(yīng)技術(shù)。這一技術(shù)通過自主的方式發(fā)出探測指令，與電離層發(fā)生交互，并自動實現(xiàn)鏈路和頻率的選取，實現(xiàn)高質(zhì)量通訊的輸出，具體的設(shè)計流程如下圖。圖2-1短波白適應(yīng)通信系統(tǒng)基本組成框圖Fig.2-1basicblockdiagramofHFwhiteadaptedcommunicationsystem該設(shè)計的具體功能主要涵蓋四方面，各部分詳細(xì)功能如下所述：（1）實時信道估計（Real-TimeChannelEvaluation，RTCE）功能要想保證在復(fù)雜的傳播媒介中提升通訊的質(zhì)量，就必須要借助于RTCE功能實現(xiàn)。其實也可以將這部分功能成為線路質(zhì)量分析，主要是從其英文名稱翻譯而來，即：LinkQualityAnalysis，簡稱LQA。為了實現(xiàn)分析成本最低化，通常需要將其放置于通信前和通信中。并引入LQA矩陣，對有關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲。在進(jìn)行選頻過程中，需要對借助于矩陣法對不同信道的質(zhì)量展開排序，進(jìn)而實現(xiàn)最佳的頻率選擇。（2）自動掃描接收功能為了在工作過程中讓電臺以特定的頻率進(jìn)行輸出，并自動地對相應(yīng)信號展開處理，與此同時進(jìn)行LQA實驗，這就需要改短波通信中多數(shù)平臺具備相應(yīng)掃描的接收功能，就是在預(yù)定頻道上進(jìn)行循環(huán)掃描，當(dāng)上一掃描結(jié)束之后，就會有一個時間的停頓，對LQA探測信號和呼叫請求進(jìn)行勘測。（3）自動建立鏈路功能借助于LQA，可以選擇一組或者多組頻道，基于對應(yīng)的信號收發(fā)，構(gòu)建相應(yīng)的數(shù)據(jù)通信鏈路，這種方式就是自動鏈路構(gòu)建（AutomaticLinkEstablishment，簡稱：ALE）。就是說，也就是說，技術(shù)在整個自適應(yīng)通信模式實現(xiàn)過程中占據(jù)核心地位。（4）信道自動切換功能對于短波頻道，因為使用短波頻率人數(shù)較多，受到的干擾也就較強，加上多徑以及選擇性衰落等不利因素影響，即便構(gòu)建了高質(zhì)量的信道，隨著使用時間按的不斷增加，中途也會發(fā)生變化，甚至發(fā)生突然中斷，影響通訊活動。1.2第三代短波通信系統(tǒng)這一系統(tǒng)的通信協(xié)議代碼編制源自于美國國防部，即MIL-STD-188-141B，隨著技術(shù)以及應(yīng)用的不斷深入，第三代通信性能已經(jīng)得到了極大改善，為大規(guī)模和高密度的通訊提供了有力支撐，并且能夠?qū)崿F(xiàn)突發(fā)數(shù)據(jù)通信。對于這一點來講，主要是通過對表更新、消息傳遞、數(shù)據(jù)鏈路質(zhì)量等的不斷優(yōu)化實現(xiàn)。相比第二代通信系統(tǒng)來講，第三代系統(tǒng)包含了很多新的技術(shù)：比如通過分離模式將業(yè)務(wù)與呼叫頻道進(jìn)行分離，能夠在呼叫模式下實現(xiàn)同步掃描，支持PSK調(diào)制等。這些新技術(shù)的應(yīng)用極大地提升了第三代通訊系統(tǒng)的整體性能，主要體現(xiàn)在三個方面：全網(wǎng)站點裝置可以實現(xiàn)同步性；第二通信鏈路更加方便，質(zhì)量也更高；第三，環(huán)境信噪比較低，誤碼性能較強；第四，較高的信道利用能力；第五，對于ALE和DLP來講，兩者波形設(shè)計一樣；第六，可以實現(xiàn)與互聯(lián)網(wǎng)的良好對接。圖2-2MIL-STD-188-141B高頻協(xié)議簇Figure2-2MIL-STD-188-141Bhighfrequencyprotocolcluster根據(jù)具體的功能劃分，可以將第三代協(xié)議進(jìn)一步進(jìn)行細(xì)分，包括：3G-ALE、HDL、LDL和TM、CLM。上圖所述為為給定的具體協(xié)議簇。其中3G-ALE協(xié)議主要是保證點與點，點與面之間的；良好通訊鏈路，提升通訊質(zhì)量，同時也要負(fù)責(zé)對特定鏈路的解散。TM協(xié)議主要是在構(gòu)成的鏈路上，明確數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的類型以及解散該鏈路的任務(wù)。HDL和LDL協(xié)議主要是根據(jù)鏈路的需要為其提供對應(yīng)的高速或者低速傳輸保障。CLM是基于已經(jīng)建成的鏈路上則能夠在已構(gòu)建的鏈路上，同步監(jiān)控相關(guān)的業(yè)務(wù)輸出。第2章新型短波通信系統(tǒng)介紹2.1新型短波通信系統(tǒng)方案介紹對于本次系統(tǒng)設(shè)計來講，最底層運用的技術(shù)就是第三代通信系統(tǒng)，結(jié)合實際的開發(fā)需求，本次設(shè)計的主要目的就是開大一套具備選頻、更頻、數(shù)據(jù)存儲和傳輸、分析以及鏈路自建等功能的系統(tǒng)。要想保證設(shè)計系統(tǒng)具備這一目標(biāo)，就需要借助于自動選頻技術(shù)實現(xiàn)。下圖所述為本次系統(tǒng)的詳細(xì)結(jié)構(gòu)設(shè)計框架。圖2-3新型短波通信系統(tǒng)架構(gòu)Figure2-3architectureofanewshortwavecommunicationsystem通過上圖可以看出，本次設(shè)計的通訊系統(tǒng)中，主要模塊為兩大方面，即通信系統(tǒng)和硬件平臺。前者主要是進(jìn)行相應(yīng)的軟件編程操作，后者主要包括一些系統(tǒng)運行過程中必要的信道和選頻通信控制設(shè)備。為此，下圖詳細(xì)展示了本次系統(tǒng)的拓?fù)鋱D。圖2-4新型短波通信系統(tǒng)組成Figure2-4thecompositionofanewshortwavecommunicationsystem信道機--其實就是短波信號收發(fā)裝置，其主要的功能就是接收選頻通道發(fā)出的指令，并接受信息，將信息傳輸給后面的控制裝置。選頻通信控制器--這部分在硬件設(shè)施中非常的重要，其詳細(xì)結(jié)構(gòu)包括GPS、CPU以及調(diào)制解調(diào)裝置，各部分的功能如下所述：第一，監(jiān)控信道機。它會向網(wǎng)絡(luò)中所有的信道機傳遞相應(yīng)的指令，同時設(shè)置后面信道，達(dá)到數(shù)據(jù)交互的目的。第二，定時定位。在這一控制設(shè)備中，通過定時定位功能將站點中所有的站點時間進(jìn)行統(tǒng)一，進(jìn)一步結(jié)合GPS實現(xiàn)精準(zhǔn)定位，最終達(dá)到對頻道預(yù)測的目的，也能在最短時間內(nèi)選擇最佳的鏈路。第三，數(shù)據(jù)交互。在本次控制設(shè)備中，增加了調(diào)制解調(diào)模塊，主要是針對數(shù)據(jù)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，編譯以及解調(diào)等。第四，構(gòu)建和維護(hù)鏈路。這一模塊位于鏈路底層，主要是在設(shè)備發(fā)生故障之后，及時對其進(jìn)行維護(hù)和修理。用戶終端--在系統(tǒng)中可以將普通的PC機視作本次系統(tǒng)的用戶終端，通過這個終端可以輕松地運用系統(tǒng)中的操作軟件，進(jìn)而實現(xiàn)人機交互，數(shù)據(jù)庫的構(gòu)建等基本功能。另外還可以通過終端來控制通信系統(tǒng)，比如數(shù)據(jù)傳輸?shù)鹊取?.2系統(tǒng)主要模塊功能通過研究，可以將本系統(tǒng)劃分為如下幾個模塊，下面就其各自能夠?qū)崿F(xiàn)的功能進(jìn)行簡單的闡述。（1）選頻模塊該模塊是本系統(tǒng)的最重要組成部分之一。一般來說，短波通信的實現(xiàn)離不開電離層，一旦該層發(fā)生異常，再加上多徑傳播的干擾，必然會影響到系統(tǒng)的運行穩(wěn)定性，為了有效地解決這一問題，就要用到選頻技術(shù)。這里提到的選頻模塊，主要就是起到這一作用。它可以利用有關(guān)特征，對一定時間內(nèi)的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行較為準(zhǔn)確的預(yù)估，其中就涉及到關(guān)鍵的電路可靠度等，接著在此前提下，就可以自適應(yīng)的讓本站與其它站之間，選擇出最為合適的頻率、鏈路。（2）自動鏈路建立模塊該模塊也是本系統(tǒng)的重要組成部分之一，它主要包括了兩個環(huán)節(jié)，依次為鏈路自動構(gòu)建與解散。其具體的實現(xiàn)過程為：通過LQA給出的數(shù)據(jù)，可以得到相應(yīng)的最優(yōu)信道，之后就可以在此信道的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)鏈路的創(chuàng)建。之后，用戶就可以利用相應(yīng)的鏈路，實現(xiàn)數(shù)據(jù)資料的傳送等。而對于已創(chuàng)建鏈路的解散，過程是類似的，也能夠通過兩次握手過程來實現(xiàn)。而在前面的構(gòu)建環(huán)節(jié)，一般會用到LQA探測、定頻接收等步驟的支持，其主要包括LQA和呼叫。前者可以說是后者的基礎(chǔ)，事實上，它的作用，就是對信道的質(zhì)量進(jìn)行判斷與分析，而信道質(zhì)量的好壞，則由以下參數(shù)來決定，主要包括了：場強、誤碼率等。要想獲得高質(zhì)量的鏈路，就要從上述幾個參數(shù)上入手。我們首先利用LQA，對相關(guān)頻率進(jìn)行檢測，接著在可選擇的數(shù)個信道中，找到最優(yōu)信道，這時候，才可以進(jìn)入呼叫過程，通過本站與被叫站之間的交互，正式完成鏈路的構(gòu)建。（3）更頻模塊如果在用的信道質(zhì)量出現(xiàn)了下降，我們一般是先試著調(diào)整通信速度，觀察是否能夠恢復(fù)正常，如果通信仍然無法恢復(fù)，則就需要利用更頻協(xié)議，或是直接改用下一級信道實施通信，或是再次對信道進(jìn)行計算，并建立與之對應(yīng)的鏈路，這樣就可以較好的解決通信質(zhì)量下降的問題。用戶在收到相應(yīng)的更頻指令之后，會結(jié)合自身情況采取下一步行動，考慮到所處狀態(tài)的不同，在具體實現(xiàn)過程上，將會有著特定的差別。比如，通信雙方都處在定頻接收態(tài)的時候，是可以直接對頻率進(jìn)行檢測；如果它們都為其它態(tài)，則首先要進(jìn)行呼叫，在實現(xiàn)應(yīng)答之后，生成通信鏈，之后才能得到轉(zhuǎn)換。假如它們都處在同步態(tài)，那么主從站就應(yīng)該根據(jù)約定好的規(guī)則，對相應(yīng)的頻率進(jìn)行檢測，一般情況下，主站為更頻發(fā)送方，從站則為接收方。對于前者來說，需要在有關(guān)時隙，及時的發(fā)送探測幀，接著在其他的時隙，得到相應(yīng)的應(yīng)答幀，直到完成對應(yīng)頻率的探測過程。在設(shè)置的時間點，進(jìn)入到規(guī)定狀態(tài)。而對于后者來說，則是利用時隙獲得前者的探測幀，而發(fā)送的應(yīng)答幀，也是通過時隙來完成的，并在設(shè)置的時間點，進(jìn)入到規(guī)定狀態(tài)。（4）數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議該協(xié)議的應(yīng)用，主要是為了確保數(shù)據(jù)傳送的準(zhǔn)確性與高效率。一般來說，傳送的數(shù)據(jù)包中，都包括了HDL與LDL協(xié)議，對于前者來說，又可以分為以下三種格式，即：HDL_DATA,HDL_ACK,HDL_EOM，同時，還用到了ARQ這一技術(shù)，該技術(shù)的應(yīng)用能夠進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)傳送的速率與質(zhì)量。而對于后者來說，也可以分為下面三種格式，即：LDL_DATA，LDL_ACK，LDL_EOM，其同樣也用到了ARQ，該技術(shù)的應(yīng)用使其能夠較好的實現(xiàn)低速率、高質(zhì)量數(shù)據(jù)信息的傳送。（5）數(shù)據(jù)存儲與分析模塊顧名思義，該模塊主要實現(xiàn)的是數(shù)據(jù)的存儲與分析功能，它對各個環(huán)節(jié)的操作與運行情況進(jìn)行了詳細(xì)的記錄，并將記錄的數(shù)據(jù)資料，迅速傳送至對應(yīng)的數(shù)據(jù)庫進(jìn)行保存，在必要情況下可以完整的導(dǎo)出以供用戶使用，如此一來就能為用戶對系統(tǒng)情況的了解提供了重要的參考，其中，還對通信系統(tǒng)的運行流程及時間進(jìn)行了記錄，比如，盲連接的時間，呼叫和鏈接構(gòu)建的時間，以及相關(guān)狀態(tài)的改變信息等。上述數(shù)據(jù)都是非常重要的，除了為用戶判斷系統(tǒng)的運行情況提供了參考，同時也能為選頻功能的實現(xiàn)，提供了關(guān)鍵的支持，使得有關(guān)頻率的選擇更為精準(zhǔn)，這就為通信質(zhì)量的提升奠定了基礎(chǔ)。2.3新型短波通信系統(tǒng)的軟件架構(gòu)通過對該系統(tǒng)功能的分析，其架構(gòu)可以分為如下三個層次。一是，應(yīng)用層。與之對應(yīng)的是用戶端；二是，鏈路層，選頻裝置就位于該層次；三是，物理層，與之對應(yīng)的是系統(tǒng)所需的物理裝置，其中，前面的兩個層次，是利用網(wǎng)絡(luò)來實現(xiàn)。而本文的研究工作，主要就是實現(xiàn)這方面的功能。如下圖所示，為該系統(tǒng)的具體架構(gòu)。圖2-5系統(tǒng)軟件的架構(gòu)示意圖Figure2-5Schematicdiagramofsystemsoftware應(yīng)用層的功能構(gòu)成比較復(fù)雜，包括了人機交互、接口讀寫等。其中，應(yīng)用和鏈路層的接口，不僅給后者的通信提供了重要支持，而且也實現(xiàn)了上層模塊的調(diào)用，兩者的交互，就是利用這一接口完成的。而用戶窗體，主要實現(xiàn)的是人機之間的交互，使用者能夠利用該窗體對軟件進(jìn)行控制，在相應(yīng)的功能按鍵發(fā)布命令，而系統(tǒng)最終運行得到的結(jié)果，也是利用該窗體展示出來，并及時的反饋給用戶。因此，為了能夠讓用戶更好的使用該軟件，窗體的設(shè)計是非常重要的，必須不斷提高用戶體驗，最主要的設(shè)計目標(biāo)就是改善用戶使用該產(chǎn)品時的直觀感受，既要能夠迅速的實現(xiàn)用戶想要的功能，又要兼具簡單易操作的特點。而功能模塊，則包括了更頻、建鏈和頻率預(yù)測等。研究發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)的大部分功能，都是在應(yīng)用層實現(xiàn)的。具體到某個功能模塊，都要通過對應(yīng)的協(xié)議，及時的調(diào)用鏈路層的有關(guān)協(xié)議來完成某項功能。其中，頻率預(yù)測子系統(tǒng)，主要實現(xiàn)的是頻率預(yù)測功能；而最佳路徑選擇子系統(tǒng)，則主要實現(xiàn)的是最優(yōu)路徑的建立，而它們都?xì)w屬于選頻模塊。本文主要的研究內(nèi)容，就是對上述兩個模塊進(jìn)行研究，并且還進(jìn)行了具體的實現(xiàn)，而實現(xiàn)過程，則在后面的內(nèi)容中進(jìn)行了詳細(xì)的論述。而數(shù)據(jù)存儲和分析模塊，主要是對各個相關(guān)環(huán)節(jié)的運行情況進(jìn)行了詳細(xì)的記錄，其中的很多數(shù)據(jù)都可以為其他模塊的實現(xiàn)提供參考。在鏈路層中，主要進(jìn)行了通信鏈路的構(gòu)建與更頻。其中，鏈路和應(yīng)用層接口，其主要實現(xiàn)的是兩個層次之間的信息交互，在相關(guān)的過程中，該接口會被對應(yīng)的協(xié)議所調(diào)用。而物理層接口，主要實現(xiàn)的是上層和相關(guān)的物理裝置之間的交互，當(dāng)然也需要被對應(yīng)的協(xié)議所調(diào)用，這時候需要用到鏈路和物理層的接口協(xié)議，進(jìn)而實現(xiàn)有關(guān)接口的一一對應(yīng)。而建鏈和更頻功能的實現(xiàn)，同樣離不開有關(guān)協(xié)議的支持，而這兩部分，也是本研究的核心內(nèi)容。在該系統(tǒng)中，物理層主要包括了調(diào)制解調(diào)、信道裝置、GPS設(shè)備，第一種設(shè)備，主要實現(xiàn)的是調(diào)制與解調(diào)功能。而最后一種設(shè)備，主要實現(xiàn)的是定時、定位等功能。而信道機，主要實現(xiàn)的是信號的收發(fā)。上述裝置之間并沒有關(guān)聯(lián)，其各自有著獨立性，因此，只需進(jìn)行相關(guān)接口的適配，就能順利的運行相關(guān)設(shè)備，并獲得對應(yīng)的功能。第3章新型短波通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)介紹本系統(tǒng)的開發(fā)在很多方面借鑒了已有的通信系統(tǒng)，然后結(jié)合自身需求做出了了一定的創(chuàng)新。應(yīng)用到的關(guān)鍵技術(shù)主要有：3.1多點與面之間的智能選頻技術(shù)首先，是多點與面之間智能選頻的實現(xiàn)。通過相關(guān)技術(shù)的應(yīng)用，能夠在相應(yīng)的空間范圍內(nèi)，使得有關(guān)節(jié)點的配置變得更加優(yōu)化，通信質(zhì)量得以保障。其中，涉及到的技術(shù)有：一是，多點與面的選頻，它的應(yīng)用可以使得站點之間的分布變得更加科學(xué)，并且在多點與面進(jìn)行通信時，能夠選擇得到最為合適的路徑。二是，選頻的智能化處理。通過對相關(guān)數(shù)據(jù)信息的統(tǒng)計與分析，利用智能化處理手段，來不斷改進(jìn)相應(yīng)的算法。3.2具有選頻功能的自動線路建立通信協(xié)議設(shè)計考慮到通信環(huán)境的復(fù)雜性，特別是在信噪比較低、干擾較強的時候，短波信號的質(zhì)量不斷下降，建鏈變得愈加困難，如果仍然沿用原有的協(xié)議，是很難實現(xiàn)通信的。通過研究，我們可以將選頻與建鏈融合結(jié)合到一起，使得有關(guān)頻率的選擇變得更加合理，同時還實現(xiàn)了更加高效的自動更頻，這就為通信質(zhì)量的提升提供了重要保障。3.3建鏈和數(shù)據(jù)傳輸物理層設(shè)計技術(shù)主要包括：突發(fā)波形設(shè)計技術(shù)，它實現(xiàn)了自動線路的創(chuàng)建，并能夠較好的應(yīng)用在短波信號的傳送過程中。在已有通信協(xié)議的基礎(chǔ)上，結(jié)合最新的功能需求，對其進(jìn)行了很多方面的優(yōu)化，使之在許多細(xì)節(jié)上超過了“美標(biāo)”的性能?？偨Y(jié)短波通信之所以會實現(xiàn)，靠的就是電離層的反射原理。但是電離層是不穩(wěn)定的，會被太陽活動、天氣、環(huán)境質(zhì)量等原因所干擾，因此，一旦采用了這種通信方法，和它有關(guān)的頻率就要注意隨時優(yōu)化，也就是依據(jù)通信發(fā)生時信道的好壞來選擇比較符合的通信頻率。時段稍微長一些的短波通信，一般情況下，會根據(jù)時間段的不同來選用適合的頻率，所以經(jīng)常都會改變。針對這種情況，就需要提出一種選擇頻率的方法來精確有效的對頻率進(jìn)行預(yù)測和選擇，以此來提高通信的質(zhì)量。參考文獻(xiàn)[1]陳安全,何山,石海洋.短波通信技術(shù)發(fā)展及分析[J].中國軍轉(zhuǎn)民,2022(07):20-22.[2]程霞.超短波無線電通信抗干擾技術(shù)的發(fā)展趨勢[