基于计算机平台的短波通信网络构建策略研究分析

范宇

摘要：短波通信是无线电网络中信息传播距离较远的技术类型，因此在现实中被广泛应用在远程通信领域之中，在信息的交流和传递中起重要影响和作用。尤其是在如今的信息时代，信息已经成为社会进步、经济发展的重要影响因子，因此短波通信的影响力更是与日俱增。但是由于技术条件的限制以及短波通信技术本身存在的客观因素，我国在短波通信的使用过程中还存在诸多的问题尚未得到解决，如信息传播不稳定、容易造成噪声污染等，因此在利用形式以及利用方法上存在较大的局限性，有必要展开短波通信网络的构建优化体系研究。本文基于计算机平台展开应急领域中短波通信网络构建策略研究，分析目前短波通信网络构建中存在的问题，并结合相关理论提出相对应的改进建议和优化措施，希望能实现本文的研究目标。

关键词：计算机平台；短波通信；网络构建；策略分析

中图分类号：TP311 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2019）05-0027-02

1 短波通信概述

短波通信是无线电通信技术的其中一个主要类别，其波长主要在五十米和一百米之间，频率范围在60兆赫和30兆赫之间，主要依靠地波传播、直波传播以及天波传播、散射传播四种方式进行传播。工作原理是信号经天线发出后，通过电离层的反射再由地面接收反射回来的信号。因为短波的抗干扰能力较强，可以完成天线——电离层——地面的多次反射，因此相比较长波通信而言，短波通信具备抗干扰能力较强且通信距离远、不易受电离层干扰等优点，目前被主要应用在电话通信、传真通信以及广播等方面。虽然短波通信在很早便已经被发现和利用，但是在计算机通讯技术高度发达的现在也仍在被利用，且在飞速发展之中。其中的主要原因有三点：一是短波通信是所有波长中唯一不受网络枢纽和有源中继体所限制的波长，因此有可能是在应急情况或在非和平环境中能更好发挥通信作用的波长；二是在当前的技术条件限制下，在山区、海洋、戈壁等基础设施建设高度不发达的地区，目前唯有短波通信能够覆盖到，且建设的成本较低，因而性比价非常高；三是短波通信与卫星通信相比，不用支付话费，也没有多余的成本支出，短波通信载体的维修成本也较低，因此更容易普及，也更受欢迎。

2 短波通信技术发展趋势

2.1 短波自適应数字通信技术

因为在实际操作中，短波信道受到自然环境、时间等外界因素影响较大，因此要保障通信正常进行，就必须加强短波自适应能力使得其根据情况及时调整系统结构和参数。未来的短波自适应技术除了包含现阶段的频率自适应技术外，应该是全方位发展的，包括以下几个方面：一是建立自适应选频和信道技术。现阶段的通信领域中，自适应选频和信道技术紧密相连，这样会形成选频质量低的情况。今后应将专用选频系统应用到通信系统中，逐步提高短波通信质量；二是传输速率自适应技术。这一技术可使短波通信在固有工作频率下得到最大数据吞吐量。要达到高效率传输，就必须使得系统调制方法和信道条件紧密结合，使误码率不至于影响通信质量；三是自适应信道均衡技术。这一系统可以有效排除信道传输中出现的多普勒频移、多径效应等情况，避免码间干扰。现阶段应用比较广泛的均衡技术是判决反馈均衡器（DFE），近年来又出现了新的均衡技术，如Turbo技术；四是自适应天线技术。这一技术主要通过对信息的实时处理，加之对天线阵元的位置进行控制，从而形成自适应波束，这会使得信号增益达到最大，有效减弱了外界干扰。

2.2 高速调制解调技术

现阶段窄带短波电台应用广泛，其调制解调器包括串行和并行两种。串行体制对均衡要求很高，其信息主要通过单载波调制发送；并行体制是用并行的、互不重叠的多个子载波进行数据传输，普遍存在频带利用率低、难度大等情况。在这一情况下出现了一种新型的调制方法，即正交频分复用调制法，也叫OFDM。这种方式有其他调制方式无法比拟的高速率、高频带利用率、高抗多径力，也是因为这一优势，近年来受到广泛关注，被逐步利用到短波通信中。该技术具有如下优势：一是抗频率选择性衰落，这主要得益于通过串并转换高速流数据带来的子载波上数据符号持续长度的增加；二是频谱利用率高，这主要是因为与频分复用系统相比，OFDM系统内各子载波之间信道频谱可以实现重叠，存在正交性；三是实现简单，该系统内子载波数量很多，也能比较轻松地实现；四是有利于MIMO技术的应用，使得信道容量大幅度提高，空间资源得有效开发，这主要因为该系统拥有多重天线，可以实现信息的多发多收。

2.3 抗干扰技术

近年来，随着干扰手段逐渐形成多层面、宽领域的发展趋势，抗干扰技术也应向综合智能方向发展，主要发展方向有信号处理技术、空间处理技术、时间处理技术和组网技术四种。其中组网技术是目前抗干扰技术中主要应用到的技术类别。随着网络化时代的来临，短波通信必然会被应用到更广泛的领域中去，甚至要求其成为因特网的一部分，但是由于传统的短波通信特点（话、报、点对点数据传输）的局限，短波通信已无法适应数字化时代的需求。在这一大环境下，第三代短波通信网络在美国军用标准的基础上开始发展起来，在信道效率、路由协议、网络管理等方面较上一代短波通信网络有了长足的进步，但是全网内各短波通信电台之间依然存在选频及频率利用等问题。

3 基于计算机平台的短波通信网络的构建策略

3.1 计算机平台仿真软件的研究与应用

要基于计算机平台展开短波通信网络的构建策略研究，不可避免地要使用仿真软件来满足各方面的需求，弥补传统短波通信使用过程中存在的问题与不足。本文研究的主要仿真软件包括Omnet++、Simulink、HFSS、MAK PTI等。其中Omnet++仿真软件是一款支持多协议的网络仿真软件，主要通过模块化的工作形式来提供具体的功能，特点在于强大完善的图形化界面接口，可以更为直观地了解到短波通信的信息传输过程与接收情况，因此该软件一直是短波通信网络构建所使用的主要仿真软件之一，并且取得了较好的口碑；Simulink是一种软件包，来源于Matlab，主要作用在于构建系统图并基于构建出的系统图实现仿真场景的展示、动态系统的建模等功能，借此将整个仿真过程及结果可视化，因此通过Simulink软件的使用，用户可以更为直观的了解整个仿真过程及短波通信的结果，方便进行系统设计、网络构建等工作；HFSS是一款由美国研发的全波三维电磁仿真软件，拥有较高的精准度，同时兼具信息处理的高效性和仿真速度的快捷性，并且整个操作系统简单实用、易于上手，因此该系统现已经成为三维电磁仿真软件研究和制作的行业标准，被广泛应用在通信领域；MAK PTI同样是由美国发明的一种商用RTI，具有体积小巧、高效易用的特点，因此可以最大限度地保证HLA的应用性能，从而有助于更好地完成短波通信网络的构建。

3.2 协作通信技术的研究与应用

虽然短波通信的抗毁能力较强，能够应用于远距离传输，但是利用短波在信息传输过程中的衰落、多径和节点的移动不可避免地会导致通信的质量受到影响，不利于通信的稳定性，而且目前关于点对点的通信技术已经逼近研究极限，因此需要开发新技术来突破传统通信技术的限制。这种社会背景下，协作通信技术自然成为最好的选择。

协作通信需要三个体系的支撑，分别是源、中继和目的。其中源主要起发射信号的作用；中继主要起接收信号的作用，同时其自身也带有发射信号的作用，因此对于源发出的信号本身是一种加强；目的则是整个信息传输的终点，是代表信息成功被接收和感知的标志。在协作通信中，常常会涉及协作分集技术、协作MIMO系统两个主要内容。协作分集技术一般可以分为频率分集、时间分集、空间分集三种，都各有优缺点，其中空间分集因其整体技术性能较好而被广泛采用。协作分集技术主要是为了改善传统的点对点的短波传输技术造成的信号质量不稳定的问题，通过合并技术实现信噪比最佳信号输出，从而改善整个信息传统系统的性能；协作MIMO系统也被称为多输入/多输出系统，主要采用在短波信息传输的发射端和接收端都安置阵列天线的方式来实现信号的增强，改善整个无线通信系统的性能，实现短波通信网络构建和覆盖稳定化。

4 基于计算机平台的短波通信网络构建的应用研究

针对目前短波通信传输技术存在的缺陷，仿真计算及平台进行网络的搭建和设计，需要通过协作通信技术来实现。为此需要在短波通信发射和接收设备中分别安置天线装置，实现信息增强和信号共享的作用，借此实现短波通信网络系统的兼容性和使用效率。基于此，基于计算机平台的短波通信网络构建所应制作的协作MIMO模型应如下图1所示：

图1 协作MIMO信道模型图

在上图中，风别用[Y1i]和[Y2i]代表天线接收到的信号.其中i代表信心传输过程中帧与帧之间的时隙信号；H1和H2代表不同便携式电台到车载式电台之间的信道规律；N代表天线传输信息过程中的加性噪声。通过计算两幅天线在各自第一帧时隙所接收到地信号信息，结合短波通信信息传输过程中的衰落规律，得出具体的信号能量计算规律：

[x1=argminx1∈Sd2（x1，x1）]

[z1=argminz1∈Sd2（z1，z1）]

5 结语

总而言之，基于计算机平台展开短波通信网络构建策略研究，是新的时代发展形势下对于通讯技术的新要求，也是信息时代进一步深化和突破的重要支撑，无论对于社会经济的发展、国防安全的实现抑或人们生活水平的提升都具有重要的作用，同时也能为无线电通讯技术理论的突破提供思想指引，既具有学术价值，又带有经济价值，因此关于短波通信网络的研究必然将成为如今这个时代的热门研究课题和内容。

但由于本人时间及工作经验有限，本文并未深入涉及短波通信网络构建过程中的具体细节，在内容上也存在诸多不足，因此仍需要更多通信领域的专业人士进行深入研究和挖掘，本文仅做抛砖引玉之用。

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