频率管理系统在短波通信中的运用

黄先来

（安徽省人民防空指挥信息保障中心，安徽 合肥 230011）

0 引 言

短波通信是一种传统的通信方式，虽然在无线通信领域发展相对缓慢，应用范围相对较小，但是在军事或特殊条件下的通信中可以发挥重要作用。例如，在特定的地域条件下，当其他通信方式受到制约或限制时，往往依靠无线通信手段进行通信，其中短波通信能够发挥较大的作用。短波通信依赖于电磁波在空间中利用天波实现信息的传输，会受到日夜交替、太阳活动以及其他自然因素的影响，导致电离层参数发生变化。这种变化存在一定的规律，但是仅靠人工统计还无法实时掌握和预测。相比于其他无线通信方式，短波通信具有两个主要特点。一是短波通信依靠电离层对电磁信号的折射进行传播，传输距离较远[1]。二是传输介质具有抗毁性。短波通信的传输介质为电离层，目前尚无手段能够毁坏电离层。但是，短波通信业存在一定的短板。例如，由于短波通信介质为电离层，当电离层状态较差或电离层变化较频繁时，通信质量将受到严重影响。短波频段较短但是用户较多，当大量用户利用短波进行通信时，可能造成相互干扰，影响通信质量。在短波通信中，管理短波频率是保证短波通信质量的重要措施。利用频率管理系统可以分析和预测电离层参数，随时了解电离层的状态。本文主要对频率管理系统在短波通信中的应用展开研究，以期可为相关领域研究人员提供参考和借鉴。

1 短波频率管理系统的发展

短波频率管理系统的作用是对短波通信频率进行规划、分配以及优化，从而提高短波通信的质量。短波频率管理系统的发展起步较早，但是早期的系统大多为独立的信道探测系统，可以通过探测电离层实现最优频率选择。例如，20世纪60年代美国的CURTS系统和加拿大的CHEC系统。70年代美国又开发了宽带Chip系统，随后出现了Selscan系统和ALQA系统。Selscan系统和ALQA系统利用链路质量分析器实现对信道的自动选择和切换，同时能够快速调谐发射机和接收机[2]。除上述系统外，美国的RF-100系列和德国的CHX200、HF-850（ALLS）等系统也具有上述系统的类似功能。

与国外相比，我国短波频率管理系统的研究起步较晚，在自适应通信研究和应用方面较为落后。为了提高短波通信技术的研究水平，我国在短波通信技术的研究中投入了大量人力和物力。在“七五”期间，我国花费大量经费从国外购置自适应短波通信系统来加快我国对短波通信系统研究的进程。经过多年的努力，20世纪80年代以来，我国在自适应短波通信系统的研究上取得了一系列成果，研制了多个型号的选频系统和频率管理系统，显著提高了我国短波通信领域的技术水平。

2 短波频率管理系统构成

设计短波频率管理系统是为了提升短波通信质量，从而保证在远距离条件下仍然能够实现有效通信。在通用的短波频率管理系统中，通常需要垂测站、斜侧站以及斜向返回探测站等共同工作来掌握电离层的状态，并根据应用需要可以将短波频率管理系统配置成固定站和移动站，进而构成管理网络。

在短波频率管理系统的管理网络中，通常采用分层分布式网络结构。其中，一级站点和二级站点主要配备固定站。一方面，固定站可以发现短波频段探测信号，同时监测站点周边环境短波频段的频谱环境。另一方面，固定站可以采集和处理来自多个移动站点的探测数据，并根据数据处理结果管理和分配短波频段资源，最后上报频率的使用情况[3]。

移动站的主要作用是接收和处理其他站点发送的探测信号，同时实时监测本地周边的电磁环境，管理和控制短波通信系统的频管数据。移动站与固定站之间可以构成探测与接收链路，为短波通信时的频率选择提供帮助。移动站点在工作过程中通常被接入固定站所管理的网络，以有效提高短波通信的质量和效率。实际应用时，通常利用机动站实现对固定站的延伸。

3 短波频率管理系统应用及性能提升

将频率管理系统应用到短波通信中，可以有效提高通短波通信的质量。下面详细介绍频率管理系统在短波通信领域可以采用的应用方式。

3.1 监测短波通信时的电磁环境情况

电磁环境的优劣严重影响短波通信的质量和效率。利用频率管理系统可以监测电磁信号，存储、分析以及处理监测的信号数据，并根据处理结果向控制中心提供关于频率管理的相关信息。具体实现这一功能的系统通常称为电磁环境监测系统，是频率管理系统的重要组成部分。电磁环境监测系统的主要功能是对在特定频段发送的探测信号的具体参数和频率的时间可用度等进行详细测量，即统计和分析频率的可用度。此外，电磁环境监测系统还可以全面测量电磁信号的电平、强度、频率以及频偏等参数[4]。

在对频谱进行详细测量时，电磁环境进监测系统可以对监测到的信号进行存储和查询，同时可以对不同的频率提供相匹配的接口，进而实现数据交互。频率管理系统可以识别通信的信号频谱，为使用者提供频率调整的依据，具备高准确性、机动性和实时性的特点。通过电磁环境监测系统的高效利用，使用者能够准确掌握监测到的无线电信号的详细发射参数，对不明信号的属性和种类进行区分。

3.2 为短波通信提供实时选频

短波通信中，选择合适的通信频率十分重要。不同的工作频率下，通信的质量和效率有很大不同。在远距离通信中，工作频率严重影响通信的安全性。因此，在利用短波进行通信前，通常需要选择工作频率，而短波频率管理系统能够为使用者推荐合适的工作频率。在推荐工作频率前，短波频率管理系统通常需要预测和实测频率，同时考虑太阳黑子活动周期和通信双方地理位置等多种因素的影响，通过对可通信频段数据的处理和分析，结合斜测站和垂测站返回的测量数据，完成工作频率的推荐。利用上述方法推荐工作频率，可以显著提升选频的时效性，同时能够避免外界环境对频段的影响。首先，利用或结合GPS确定通信双方的具体位置，进而确定两者的通信距离；其次，根据太阳黑子数和其活动周期预测短波通信频段，然后对电离层进行探测，了解当前的电离层实际状态，确定在该电离层状态和通信距离条件下合适的电离层传播模式；最后，根据预测数据和实测数据为使用者推荐最优的工作频段[5]。利用频率管理系统为使用者提供短波通信实时选频是较为常见的工作方式，也是保证通信质量的有效途径。

3.3 提供短波频率的指配

在短波通信领域，短波用户频段较短且短波频段较窄，导致短波通信中传输的信号质量较差。由于短波通信过程中针对性较弱，且不同用户之间的通信也会相互影响，进一步影响了通信质量。此外，由于短波通信利用电磁波在空中的传播进行通信，采用的是无线信道，使得通信过程极易受到电磁环境的影响，导致通信过程不稳定。因此，在利用短波进行通信时，需要掌握电磁环境基本情况，同时考虑电台情况，指配通信使用的频率。例如，在短波通信过程中发现当前的工作频率上干扰较为严重时，需要及时更换通信频率。在短波通信中进行频率指配的基本过程如下：首先，利用频率选择系统确定指配；其次，挑选可用的工作频率，并去除其中的禁用频率和保护频率；再次，分析通信系统的兼容性，同时更新频率管理系统的资源库信息；最后，完成兼容性分析后向管理中心提交合适的工作频率，管理中心调整或更换通信使用的工作频率，从而实现频率的指配。

3.4 准确分发通信频率

通用的短波频率分发时，应确定短波频率的具体分发方法。确定分发方法后，频率指配系统分配通信信号，同时把频率上传到网上，并探测和评估当前的电离层和电磁环境，以保证在该频率上通信双方能够正常通信。这一过程中，将通信可用频率上传到网络是十分重要的环节，主要包含以下信息。

（1）通信站点之间的电离层信息。通信站点之间短波通信质量的优劣依赖于两个站点之间的电离层状况。通过掌握电离层状态，可以根据站点之间的距离选择合适的工作频率，进而保证站点之间可以可靠高效地交换数据。当前使用较多的是短波自适应技术，在条件允许时可利用卫星通信电路建设信道。

（2）在距离较远的两个站点之间传输信息时，需要建立可靠的传输信道。利用短波频率管理系统可以较精确地选择工作频率或组合通信频率，然后将其分发到各个节点上，提升短波通信的质量和安全性。为了达到精确选择频率或组合通信频率的目的，通信信道通常需要在覆盖区中建立。为了保证通信过程中能够自动扫描通信频率并接收信号，通信前通常需要先在发送站和接收站之间约定好信号格式、传输协议以及调制方法。此外，接收端也需要配置与发送端协议相一致的接收设备，从而为自动扫描提供基础。

利用短波进行通信采用无线信道且频段较窄，因此会受到多种因素的影响。短波频率管理系统通过对短波频段频率的管理，既可以提高短波通信的安全性，增强信号传输时候的方向性，提高通信质量，也能够进一步提高远距离通信的准确度。频率管理系统在短波通信中具有较高的应用前景。

除上述几方面应用外，短波频率管理系统自身性能也需要进一步提高。第一，提高探测短信息的信道容量。第二，进一步研究频率指配和预测算法，提高算法精度和效率。第三，加强通信链路研究，在接收端和发送端实现异频通信。第四，提升数据传输控制器的性能，提升其传输速率。第五，加强与短波通信设备的融合，更好地提升设备性能。短波频率管理系统性能的提升面临很大挑战，需要研究人员投入较多的精力开展深入的研究，才能提高频管系统的性能。

4 结 论

短波通信是远程通信的重要方式之一。尽管短波通信方式较为传统，但其具有设备简单、机动性强以及抗毁性强等特点，在军事、商业以及气象等方面发挥了重要作用。短波通信的传输介质电离层具有时变性，在传输过程中会受到周边电磁环境和季节环境等多种因素的影响，导致通信质量和效率较低。频率管理系统能够有效管理短波通信的频率，从而保证通信过程的稳定性。目前，频率管理系统经过多年的发展已经取得了较大成果，但是任何技术的发展都不是一蹴而就的，需要经过时间的积累和技术的积淀。短波频率管理系统的使用将短波通信的管理和短波通信技术进行了有效融合，以提供更高质量的通信。在未来的研究中，还需要对短波通信技术进行同步发展研究，进而更好地发挥两者的结合作用。