【2017年整理】短波数字通信

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1、短 波 数 据 通 信 原 理 短 波 通 信 ， 又 称 为 HF（ High Frequency） 通 信 ， 具 有 悠 久 的 发 展 历 史 ， 是 人类 最 早 发 现 的 通 信 手 段 之 一 ， 亦 是 成 本 最 低 的 远 距 离 无 线 电 通 信 的 一 种 有 效 方 式 ，在 通 信 技 术 的 发 展 过 程 中 曾 起 到 过 非 常 重 要 的 作 用 。 然 而 ， 八 十 年 代 初 随 着 人 们对 信 息 通 信 的 广 泛 需 求 ， 对 传 输 质 量 提 出 了 越 来 越 高 的 标 准 。 新 的 无 线 电 频 段 的开 发 和 利 用

2、， 超 短 波 、 微 波 、 以 及 卫 星 通 信 技 术 的 应 用 ， 使 无 线 电 远 距 离 通 信 的手 段 多 样 化 ， 信 道 质 量 不 断 提 高 ， 传 输 信 息 的 容 量 和 工 作 的 可 靠 性 都 有 着 跨 跃 式的 发 展 ， 而 传 统 短 波 通 信 的 弱 点 就 显 得 越 来 越 突 出 ， 使 其 在 通 信 系 统 中 的 地 位 受到 了 冷 淡 。近 年 来 ， 短 波 通 信 又 重 新 受 到 人 们 的 关 注 ， 由 于 短 波 信 号 的 传 播 特 点 ， 信 道具 有 很 强 的 抗 毁 性 ， 使 其 在 某 些 特

3、 殊 场 合 具 有 极 其 重 要 的 作 用 ， 尤 其 是 在 军 事 通信 领 域 ， 短 波 通 信 一 直 是 中 远 距 离 军 事 指 挥 的 有 效 通 信 手 段 之 一 。 随 着 微 电 子 技术 、 载 人 航 天 技 术 及 大 功 率 激 光 技 术 的 迅 猛 发 展 ， 卫 星 通 信 的 生 存 能 力 ， 尤 其 是在 非 常 时 期 的 生 存 能 力 已 受 到 严 重 威 胁 ， 这 使 短 波 通 信 更 加 引 人 关 注 。利 用 个 人 计 算 机 作 为 短 波 电 台 的 数 据 终 端 ， 可 方 便 地 完 成 对 数 据 文 件 的

4、 编辑 、 存 储 、 打 印 和 管 理 ， 与 音 响 电 报 和 电 传 机 相 比 ， 具 有 通 信 速 率 高 、 传 输 差 错小 和 信 道 利 用 率 高 等 优 点 ， 并 且 操 作 简 单 ， 普 通 人 员 就 能 胜 任 这 项 工 作 。 计 算 机数 据 终 端 利 用 短 波 电 台 的 音 频 信 道 传 输 数 据 文 件 ， 其 形 式 已 超 出 了 可 打 印 字 符 的文 本 文 件 ， 不 仅 可 以 直 接 传 输 汉 字 ， 还 能 够 传 输 图 形 、 图 像 和 应 用 程 序 文 件 。 应用 计 算 机 的 数 据 处 理 技 术

5、， 还 能 够 对 所 传 输 的 数 据 进 行 压 缩 和 加 密 处 理 ， 使 数 据通 信 更 加 完 善 ， 在 电 子 对 抗 和 信 息 战 的 场 合 具 有 重 要 的 意 义 。短 波 通 信 新 技 术 的 发 展 ， 计 算 机 技 术 与 通 信 技 术 的 有 机 结 合 ， 短 波 通 信 的 自适 应 技 术 的 采 用 ， 使 传 统 的 短 波 通 信 的 弱 点 得 以 弥 补 。 虽 然 ， 短 波 信 道 的 传 输 速率 并 不 很 高 ， 但 在 军 事 指 挥 的 实 际 应 用 中 ， 所 传 输 的 信 息 量 并 不 很 大 ， 而 更

6、重 要的 则 是 信 道 的 可 通 性 ， 有 时 几 个 代 码 的 成 功 传 递 ， 足 以 表 达 上 级 首 长 的 指 挥 意 图 。0.2 国 内 外 研 究 概 况 及 发 展 趋 势如 何 在 极 不 稳 定 的 短 波 信 道 上 实 现 高 速 可 靠 的 数 据 传 输 ， 成 为 通 信 领 域 中 一个 热 门 的 研 究 课 题 ， 世 界 上 的 各 大 公 司 竞 相 大 力 投 资 ， 新 技 术 、 新 产 品 不 但 涌 现 。可 以 说 ， HF 数 字 通 信 状 况 可 以 反 映 一 个 国 家 的 无 线 电 通 信 技 术 的 发 展 水

7、平 。一 般 情 况 下 ， 短 波 数 字 通 信 系 统 的 框 图 如 图 0-1 所 示 。图 0-1 短 波 数 字 通 信 系 统 的 框 图 从 图 0-1 可 知 ， 来 自 计 算 机 、 数 字 式 传 真 机 等 终 端 的 数 据 通 过 数 字 保 密 机加 密 后 ， 送 入 调 制 解 调 器 （ MODEM） 进 行 调 制 ， 再 送 入 短 波 电 台 的 发 信 机 ； 由 短 波电 台 的 收 信 机 接 收 的 信 号 ， 经 调 制 解 调 器 进 行 解 调 ， 获 得 的 数 据 再 送 入 保 密 机 解密 后 ， 最 后 送 给 相 应 的

8、数 据 终 端 。 可 见 调 制 解 调 器 是 联 接 用 户 终 端 和 收 发 信 设 备的 关 键 部 件 。在 短 波 高 速 调 制 解 调 器 研 究 和 应 用 中 ， 多 音 并 行 传 输 体 制 是 目 前 的 一 种 比较 成 熟 的 技 术 ， 其 设 计 思 想 是 把 高 速 串 行 信 道 分 裂 成 许 多 低 速 的 并 行 信 道 。 例 如某 并 行 系 统 首 先 把 话 音 通 道 划 分 成 16 个 并 行 的 子 信 道 ， 高 速 数 据 经 串 /并 变 换 后 分裂 成 16 路 低 速 数 据 ， 对 16 个 低 频 实 现 4DP

9、SK 调 制 ， 所 有 调 制 器 的 输 出 是 16 个 单音 的 4DPSK 信 号 ， 最 后 经 单 边 带 发 射 机 完 成 频 率 搬 移 和 功 率 放 大 后 由 天 线 发 射 出去 。 由 此 可 见 ， 在 短 波 信 道 上 已 不 再 是 高 速 数 据 传 输 ， 而 是 分 裂 成 16 路 同 时 并 发的 低 速 数 据 传 输 ， 若 每 路 传 输 的 码 元 速 率 为 75 波 特 ， 总 的 信 息 传 输 速 率 为2400b/s。 因 此 ， 并 行 体 制 也 称 为 频 分 多 路 并 发 体 制 。 在 接 收 端 ， 单 边 带 接

10、 收 机输 出 的 多 路 数 据 信 号 经 分 路 滤 波 器 分 路 后 对 4DPSK 信 号 解 调 ， 获 得 16 路 低 速 数 据信 号 ， 再 经 并 /串 变 换 后 恢 复 成 高 速 数 据 流 。多 音 并 行 传 输 体 制 由 于 多 频 同 时 发 射 而 导 致 发 射 功 率 分 散 、 信 号 平 均 功 率 和峰 值 功 率 比 低 等 缺 点 ， 但 由 于 技 术 成 熟 、 成 本 低 ， 具 有 较 高 的 性 能 价 格 比 ， 至 今 仍然 被 广 泛 地 用 于 HF 调 制 解 调 器 。 近 年 来 ， 采 用 并 行 制 的 新 型

11、 FH 调 制 解 调 器 ， 例 如美 国 Harris 公 司 生 产 的 高 频 高 速 调 制 解 调 器 RF-3466， 在 实 现 多 路 并 发 和 分 路 方面 有 了 很 大 的 发 展 。 这 种 调 制 解 调 器 利 用 数 字 信 号 处 理 技 术 ， 采 用 快 速 富 氏 变 换在 时 域 内 处 理 信 号 ， 取 代 了 传 统 的 调 制 解 调 器 中 应 用 的 并 行 模 拟 处 理 。 它 把 数 据信 号 采 用 39 个 单 音 TDPSK 低 频 信 号 调 制 输 出 ， 数 据 传 输 速 率 可 达 2400b/s。 在 国内 ， 也

12、 已 有 许 多 厂 家 仿 制 生 产 同 类 设 备 ， 并 掌 握 了 这 种 技 术 。串 行 体 制 的 调 制 解 调 器 是 在 一 个 话 路 带 宽 内 串 行 发 送 高 速 数 据 信 号 ， 也 就 是说 ， 发 送 端 采 用 单 载 波 发 送 高 速 数 据 信 号 ， 提 高 了 发 射 机 的 功 率 利 用 率 ， 克 服 了并 行 体 制 功 率 分 散 的 缺 点 。 单 音 串 行 体 制 采 用 高 效 的 自 适 应 均 衡 、 序 列 检 测 和 信道 估 值 等 综 合 技 术 ， 基 本 克 服 了 由 于 多 径 传 播 和 信 道 畸 变

13、 引 起 的 码 间 串 扰 。 串 行体 制 的 理 论 和 并 行 体 制 相 比 尚 不 够 成 熟 ， 但 随 着 大 规 模 集 成 电 路 和 数 字 处 理 技 术的 发 展 ， 串 行 体 制 的 研 究 工 作 不 断 发 展 ， 目 前 国 外 已 研 制 出 试 用 阶 段 的 串 行 体 制调 制 解 调 器 。在 接 收 电 平 相 同 的 条 件 下 ， 串 行 制 性 能 优 于 并 行 制 的 原 因 是 ， 对 频 率 选 择 性衰 落 和 窄 带 共 信 道 干 扰 不 敏 感 ， 单 边 带 发 射 机 的 互 调 失 真 造 成 的 非 线 性 串 扰

14、影 响不 大 ， 此 外 串 行 制 的 优 点 是 提 高 数 据 传 输 速 率 的 潜 力 大 ， 消 除 了 发 射 功 率 的 分 散 ，信 号 具 有 较 高 的 平 均 功 率 和 峰 值 功 率 比 。 因 此 从 发 展 的 观 点 上 看 ， 若 串 行 制 在 性能 价 格 比 上 能 逐 步 提 高 ， 今 后 串 行 制 HF 调 制 解 调 器 可 能 替 代 并 行 制 。0.3 本 论 文 关 于 短 波 调 制 解 调 器 的 研 究本 论 文 所 研 究 的 短 波 调 制 解 调 器 是 采 用 时 频 调 制 技 术 ， 以 应 急 机 动 通 信 为使

15、 用 背 景 ， 在 报 文 内 容 较 短 的 情 况 下 ， 把 提 高 信 道 的 可 通 率 作 为 主 要 的 技 术 指 标 。该 调 制 解 调 器 采 用 50600 波 特 的 传 输 速 率 ， 着 重 研 究 在 电 子 对 抗 的 环 境 中 ， 利 用短 波 信 道 进 行 计 算 机 数 据 通 信 的 抗 干 扰 问 题 。 为 便 于 课 题 的 试 验 和 改 进 ， 调 制 解调 器 采 用 通 用 的 微 处 理 器 作 为 工 作 平 台 ， 结 合 软 件 编 程 来 完 成 信 号 处 理 和 模 数 转换 ， 通 过 对 比 实 验 、 分 析 采

16、 用 时 频 调 制 技 术 所 能 达 到 的 最 佳 传 输 效 果 。经 过 大 量 的 信 道 试 验 证 明 ， 该 调 制 解 调 器 在 短 波 信 道 条 件 较 差 的 情 况 下 ， 可 通率 仍 可 达 到 90%， 结 合 使 用 差 错 控 制 技 术 ， 误 码 率 可 小 于 10-6。1 短 波 数 据 通 信1.1 短 波 信 道 的 特 点短 波 通 信 是 利 用 波 长 为 100m 10m(频 率 3MHz 30MHz)的 电 磁 波 进 行 的 无 线 电通 信 。 为 了 充 分 利 用 频 率 资 源 ， 把 中 波 的 高 频 段 (1.5MHz 3.0MHz)也 归 到 短 波 波段 中 去 ， 这 样 短 波 通 信 实 际 使 用 的 频 率 范 围 为 1.5MHz 30MHz。 由 于 它 通 信 距 离 远 、设 备 简 单 、 成 本 低 廉 ， 而 且 建 立 通 信 迅 速 ， 机 动 灵 活 ， 所 以 ， 长 期 以 来 ， 被 广