短波数字通信系统关键技术应用探讨

孙健 张嵩



短波数字通信系统关键技术应用探讨

孙健 张嵩

南京熊猫汉达科技有限公司，江苏 南京 210000

短波数字通信技术作为一种发展历史悠久的传统通信技术，凭借高度的安全性、可靠性、灵活性、经济性等优势一直受到强烈推崇，在通信领域占据重要地位。对短波通信系统中的自适应均衡技术和信道编码技术进行探讨，期望为研究人员提供一定参考，使短波通信技术发挥更大价值。

短波数字通信；关键技术；信道

引言

短波数字通信技术具有一系列无可替代的优势，首先它具有很好的机动性能，可以实现较远距离内的通信。此外，该技术具有很强的生存能力与适应能力，仅需要较小的成本投入就能收到良好的通信效果。尽管随着计算机技术和通信技术的发展，很多崭新的通信技术层出不穷，但短波通信技术这一传统的通信方式依托其自身的诸多优良特性不仅从未被时代淘汰，而且在社会各领域中发挥了越来越重要的作用。相比其他通信技术，短波数字通信的体积较小，灵活性强，方便移动，尤其在军事领域短波通信发挥了重大作用。若突发战争或是自然灾害等异常情况，一般的通信设备如通信卫星等很容易被摧毁，并且一旦损坏很难在短时间内修复完好；而短波通信由于目标较小，受到破坏的可能性较小，具有很高的安全可靠性。此外，短波通信可以实现全球范围内的通信，尤其是在低纬度地区，短波通信可用的频段较宽，因而具有很高的可用频率，并且不容易受到磁暴或是粒子沉陷等因素的干扰[1]。

短波通信受到电离层的影响较大，一旦由于季节或是太阳活动的因素导致电离层受到干扰，则短波通信的质量会随着电离层的改变而变动，例如多径传输会引发符号之间的干扰，使接收到的信号失真。短波通信的技术尚且不够成熟，很多关键技术需要完善，研究人员需要在短波通信领域投入更大的科研精力，本文对短波通信中的自适应均衡技术和信道编码技术两大关键技术进行了探讨，在简要阐述技术原理的基础上分析了其应用现状，并展望了短波通信领域关键技术的发展前景。

1 短波数字通信系统关键技术概述

1.1 自适应均衡技术

在短波数字通信中信道均衡是一项关键问题，在信道传输过程中数据很容易受到码间干扰因素的影响导致信号失真。若仅仅对数据码进行简单的调制与解调，则发送的数据仍然无法被充分还原。为了解决码间干扰导致的信号失真问题，信道均衡是一个有效的方法。信道均衡基于补偿信号的原理，对所传输信号利用特定的算法估计出信道特征，继而对失真的信号进行补偿，从而使数据的接收方可以得到精确复原后的数据[2]。

自适应均衡器是根据信号相应的变化可以自动调节的一种设备。一旦调制的信号带宽比短波信道的相对带宽更大时，调制的信号会发生码间干扰问题，使调制的信号的带宽被扩展。自适应均衡器的工作模式有两种，分别是训练模式与跟踪模式。其中训练模式的原理是在发射机发射某个已知且长度固定的序列时，接收端的均衡器会自动调节，令BER降到最低。通常训练序列是一组随机信号，该信号由二进制编码组成，或者训练序列是已经提前制定好的比特流，继而训练序列处于跟踪模式下被跟随并传输用户数据。在这一阶段接收端的自适应均衡器会采用递归算法估计信道特性，一旦发现失真的信号便采用修正滤波器系数的方法补偿信道。训练序列的目的是在任意信道条件下都可以使自适应均衡器得到最优化的滤波器系数，从而在序列被完整地传输后，自适应均衡器得到的滤波系数更加理想。在接收数据时，自适应均衡器便可以实时跟踪信道变化情况。自适应均衡器经过训练模式的不断练习和修正后就可以不断提升滤波特性，使自适应均衡器的收敛性得到有效改善[3]。

自适应均衡技术主要分为两类，分别是传统自适应调节和盲均衡。由于盲均衡的适用范围比较窄，只有对时效性要求不是很高或是无法发送训练序列的情况下盲均衡才适用。为了更好地满足短波通信的时效性，采用传统的自适应均衡技术是极为必要的，研究重点也应放在传统自适应均衡技术方面。

1.2 信道编码技术

短波数字通信中导致信号失真的干扰因素主要有两种，分别是噪声和衰落。对传输过程中的错误进行修正通常采用的是纠错编码技术。由于短波信道是一种衰落信道，多径分量一旦引起大的衰落会增大信道的错误率，因而必须合理编码信道使信道的错误能被及时纠正或者使错误被分散。信道编码包括交织、分组码、级联码、卷积码以及Turbo码几种类型[4]。

1.2.1交织

无线信道的变化过程与符号的持续时间相比较为缓慢。若信道处于某个衰落深陷区内，持续时间在10～100 ms之间，则会使比特发生较为严重的衰减。此时由于错误率很高，采用传统意义上的编码手段起不到任何作用，只能使用交织的方式。交织令码字中的任意一个比特呈现独立衰落的状态，码字内冗余的信息就可以恢复原有的数据。不过交织只有与编码结合在一起才能降低比特发生失误的概率。若一个系统中没有编码，则交织器尽管仍然可以分散错误，但比特失误率不会被减少，并且交织还会增加传输等待时间。

1.2.2 卷积码

卷积码的原理是利用各组编码之间的相关性，该编码序列可以使输入的连续序列转变成输出序列。卷积码在国际卫星通信中被公认为标准码。这种编码形式可以实现最佳的译码。卷积码凭借优越的性能得到了广泛应用。

1.2.3 分组码

分组码的功能是对数据源分组并在每组数据源中通过计算得到一个更长的码字，继而传输该码字。较低的码率会导致较高的信道冗余水平，从而有更大的概率纠正错误。

1.2.4 级联码

级联码形式可以实现二进制码和非二进制码之间的单极级联。级联码可以将短分量的码字构建组合成更长的编码。在短波数字通信领域已经广泛采用以非二进制码为外码、二进制码为内码的级联码形式，其中内码通常较短，译码方式选用的是软判决译码算法；外码采用的译码方式是代数译码方式。

1.2.5 Turbo码

卷积码和交织结合在一起便构成了Turbo码，是一种随机性的编码技术。Turbo码可以足够接近香农极限的译码性能，具有很强的抗衰落干扰能力。

2 短波数字通信系统关键技术的应用现状

自适应均衡性的水平高低很大程度上影响了短波通信的质量。自适应均衡技术的功能是避免调制带宽较大导致的短波信道干扰的问题，然而短波通信的信号传输过程中不可避免地存在很大的变化性和很多不可预知的情况，因而短波通信中的自适应均衡器必须很好地自我调节，及时纠正短波通信中的码间干扰引发的通信错误。然而自适应均衡器的类型、性能和使用效果都有差异，由此导致均衡器的使用容易发生问题，并降低短波通信的效率。

在信道编码方面，由于短波通信技术有着很长的发展历史，传统的短波数字通信中的编码技术与如今的编码技术相比较为落后。目前随着相关技术的完善，短波通信的编码水平有了一定程度的提升，然而由于通信信道较多，在传输中信号很容易发生交错。信道编码技术可以纠正这一问题，但部分信道编码仍存在一些未被处理的漏洞，无法很好地发挥编码纠错功能。

3 短波数字通信系统关键技术的升级与优化措施

3.1 自适应均衡技术的优化方法

作为短波通信系统的核心组成部分，自适应均衡技术的性能直接决定了短波通信的质量与通信系统的稳定性。短波通信的具体实现过程是监控信道中传输信号的状况，一旦发现传输中出现错误则第一时间将错误部分反馈给通信系统的控制中心，随后控制中心发出指令，自适应均衡器按照指令做出处理动作[5]。在短波数字通信系统中可以引进一些先进技术，采用智能化手段修复一部分问题不是很严重的码间干扰。另外，程序开发人员可以研究如何简化码间干扰的纠错程序，使自适应均衡器的工作量得到降低的同时提升纠错的精准性，使自适应均衡技术在短波数字通信系统中得到更加稳定的应用[6]。

3.2 信道编码技术的优化方法

短波数字通信过程中对信道合理而科学的编码是一项关键任务。研究人员应高度重视信道编码工作，在设计信道编码时应预先估计好容易发生的问题，针对问题做好综合化的分析与处理准备，从而降低信道编码中出现漏洞的可能性。

4 结语

短波数字通信技术历来被公认为最优的远程通信技术，可以实现远距离通信，然而短波数字通信容易受到电离层的干扰而降低稳定性与可靠性。自适应均衡技术和信道编码技术是解决短波数字通信中存在缺陷的两种关键技术，其中自适应均衡技术针对码间干扰问题有较为良好的效果，使传输的数字信号能被精确还原，从而使接收方得到正确的信息。信道编码技术是将失真的数据利用特定算法使之还原为初始数据的技术。总体而言，短波数字通信技术作为通信领域内的一项关键技术，在很长一段时间内都难以被替代，可以预见该技术在未来必将得到更深入的研究与创新，使短波数字通信现有的问题得到解决，并且能发挥崭新的功能。

[1]王金龙. 短波数字通信研究与实践[M]. 北京：科学出版社，2013.

[2]邓胜林. 短波数字通信网云南中心站系统分析[D]. 昆明：云南大学，2015.

[3]孔京. 基于软件无线电原理的短波数字通信平台的关键技术的研究[D]. 哈尔滨：哈尔滨工程大学，2003.

[4]江伟. 短波数字通信系统关键技术论述[J]. 数字通信世界，2018（3）：142.

[5]杨吉祥. 短波数字通信系统关键技术探讨[J]. 电子技术与软件工程，2016（12）：54.

[6]齐崇英，陈西宏，苏红潮. 基于DSP的单兵背负式短波数字通信系统[J].电子技术应用，2002，28（3）：50-51.

Discussion on the Application of Key Technology in Short-Wave Digital Communication System

Sun Jian Zhang Song

Nanjing Panda Handa Technology Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 210000

As a traditional communication technology with a long history, short-wave digital communication technology has been highly praised for its high security, reliability, flexibility and economy. It plays an important role in the field of communication. The adaptive equalization technology and channel coding technology in short-wave communication systems are discussed. It is expected to provide some reference for researchers and make the short-wave communication technology more valuable.

short-wave digital communication; key technology; channel

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