一种非对称多通道技术在短波应急通信中的应用

谢 明，唐光亮

0 引言

短波通信由于其具有建设和维护费用低、建设周期短、设备小、容易隐蔽、不需要建立中继站即可实现远距离通信、既适用于固定通信也适用于移动通信、传播介质不可摧毁等特点，使短波通信在很多应急条件尤其在军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带、时变的信道特性，导致通信可靠性差，数据传输速率不高，通常人们采用自适应选频技术、高速调制解调技术、短波组网技术等来改进。近年来人们又将空间分集技术、频率分集技术(以下称为多通道技术)应用在短波通信中［1］。文中将非对称多通道技术应用在短波应急通信中提高了应急条件下短波通信的可通率和可靠性。即通过空间复用带来复用增益，以提高信息传输速率，通过空间分集、频率分集克服短波信道衰落，以提高短波传输的系统可靠性。在该系统中，可根据环境的不同，选择恰当的信息传输速率和分集增益，获得最优的短波应急通信效果。

1 非对称多通道技术简介

多通道技术是通过多个信道(时间、频率或者空间)接收到承载相同信息的多个副本，由于多个信道的传输特性不同，信号多个副本的衰落就不会相同，接收机使用多个副本包含的信息能比较正确的恢复出原发送信号，从而提高接收信号正确判决率，通常也称为分集技术。分集技术可分为空间分集、频率分集、时间分集和极化分集等。非对称多通道技术就是在信息传输的两个方向上采用不同的分集方式来提高系统的传输可靠性［2］。

2 非对称多通道技术在短波应急通信系统中的应用及实现

短波应急通信系统通常由应急指挥中心和若干机动短波通信站组成，应急指挥中心通过短波信道传输信息，对机动短波通信站进行指挥通信。

在短波应急通信中，应急指挥中心向机动短波通信站方向称为前向通信，反之则称为后向通信。前向通信时采用多通道接收机实现多发多收，后向通信时采用多点接收实现单发多收，前、后向通信采用非对称多通道方式。

2． 1 前向多通道技术及实现方式

随着信息技术以及数字信号处理技术的发展，实现多通道短波收信机已经没有技术难度，目前已开发出8通道小型化短波收信机产品，随着技术的发展，研制数十个通道的短波收信机已成为可能。

当应急指挥中心向现场机动短波站发送信息时，充分利用多通道接收机的优势，指挥中心在多个频率上同时发送信息，机动站则同时接收多个频率的信号。发送频率可通过频率规划覆盖短波频段的低、中、高段，确保覆盖可通频率窗口。多通道收发结构如图1所示。

图1 多通道收发结构示意Fig．1 Schematic diagram of MIMO

该方法通过利用多通道接收机，以增加发送通道和接收通道的方式避免短波通信的频率选择性问题，结构简单可靠，只要有一个频率接收正确即可。当然，如果在接收端进一步利用频率分集处理技术，对多个频率接收的信号进行分集处理，效果会进一步提高，即使在所有频率都未正确接收时，可通过频率分集处理还原正确信息。

2． 2 后向多通道接收技术及实现方式

在相反方向，当机动短波站向应急指挥中心发送信息时，由于机动站受到空间及其他条件限制，不能使用多个通道发送，则充分利用应急指挥中心固定通信站的优势，通过有线网络互联多个分散的接收站，则采用单点发送多点接收的多通道接收技术，充分利用短波通信空间分集效果，多通道接收结构如图2 所示［3］。

图2 多通道接收结构示意Fig．2 Schematic diagram of multi－channel receiver

在多通道接收结构中，只需有一个接收点接收正确即可，也可利用空间分集处理技术对多点接收信号进行分集处理，进一步提高短波通信可靠性和效能。在实际应用中，还可以通过机动短波站在不同频率重复发送信息提高可靠性。

3 试验数据对比及分析

通过试验对比，前向通信时，采用频率分集的多通道收发技术(8个频率通道)与单发单收相比，单次呼叫的可通率从40%左右提高到92%左右，多通道收发技术(8个频率通道)与2G－ALE频率自适应通信技术(8个自适应频率)相比，传输2K字节数据信息时，平均传输时间(含自适应建链时间，无LQA表)从115秒左右减少到30秒左右。后向通信时，采用空间分集的多通道接收技术(8个接收通道)与单发单收相比，可通率从40%左右提高到85%左右，多通道接收技术(8个接收通道)与2G－ALE频率自适应通信技术(8个自适应频率)相比，传输2K字节数据信息时，平均传输时间(含自适应建链时间，无LQA表)从115秒左右减少到30秒左右。

通过试验数据对比可以看出，与单发单收相比，多通道收发通过多通道同时发送和接收提高可通率与可靠性，与自适应通信技术相比，通过多通道发送和接收提高传输时效性。

4 结语

短波通信由于受到信道条件的限制，需要根据用户需求在系统容量、可通率、可靠性和建设成本等方面进行折中考虑，难以用一种技术满足用户的全部需求，文中所述仅是短波应急通信技术的一种方法，突出非对称利用空间分集与频率分集效果，提高可通率与时效性;利用简单的系统结构提高系统可靠性。但其多通道的特点会导致系统成本提高。该应用方式比较适合于数据业务传输，话音业务在多信道条件下还需要进一步研究。

［1］ 唐光亮，刘国泽．短波接入组网技术［J］．通信技术．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］ 刘俊杰，王翔，唐光亮．第二代与第三代短波自动链路协议对比分析［J］．通信技术，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种思路［J］．通信技术，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．