岸舰散射通信技术有何应用

　　散射通信是利用对流层中由于大气的不均匀性引起的对短波和超短波进行的散射和反射现象而实现的一种超视距通信方式。岸舰散射通信即是利用散射通信方式实现舰船和岸基指挥所之间的双向信息传输。岸舰散射通信单跳可实现从100~600km的通信距离，传输速率可满足从1024kbps到32kbps的不同通信需求。由于其特有的电波传播方式，岸舰散射通信具有较强的抗干扰、抗侦收和抗核爆的能力，是一种重要的保底通信手段。现有散射通信设备多工作于C波段，天线配置为抛物面型栅格天线，其半功率波束角小，将其用于岸舰通信将极大地限制使用条件，而且对舰载天线伺服系统的要求较高。在C波段散射通信设备的基础上，本文提出了一种UHF频段的散射通信系统方案，天线配置为对周天线，可实现岸舰150km以上的有效可靠通信。

　　3UHF岸舰散射通信关键技术

　　3.1天线自动跟踪和断链重建技术

　　岸舰散射通信首要任务是保障舰船在行进过程中不间断的信息传输。由于岸基站方位坐标不变，舰载站可通过预设方法始终锁定至岸基站，而岸基站则根据通过管理信道接收到的基于卫星导航系统获得的舰载站坐标信息机动调整自身天线，使其始终跟踪对准舰载站，从而实现天线的自动跟踪与对准。若舰船在通信过程中出现链路中断，则舰载天线依然根据设置的岸基站位置进行自动锁定，岸基站可保持原有天线方位，在链路重新建立后再启动自动跟踪对准协议。如果断链恢复期间，舰船驶出了岸基天线覆盖区，可启用全盲对准模式。此时，舰载天线根据预设方位锁定岸基站并向其发送建站信号，岸基站根据协议扫面建站信号，捕获舰载站信号后，锁定舰载站并实现通信建链，图1为全盲工作模式天线对准流程图。

　　3.2不对称信道配置技术

　　由于大气中散射体和湍流气团的运动，散射信道存在较为严重的快衰落和频率选择性衰落，为对抗衰落，往往采用多天线分集和频率分集技术。传统车载散射站往往采用对称的2×2抛物面栅格天线配置方式和收发双频点的双工工作模式。出于电磁兼容和舰船空间狭小的考虑，本文提出了一种不对称的3×1天线配置方案，岸基站采用3套4单元对周天线阵，舰载站采用1套4单元对周天线阵，大大增加了天线的分集重数。同时，系统采用收发4频点的双工工作模式，增加了频率分集效果，其系统频率配置如图2所示。对于各分集接收信号，采用最大比值合并技术，以期实现最佳的分集接收效果。

　　3.3信道编解码技术

　　3.3.1自适应均衡技术根据散射衰落深度大、衰落快速的特点，本文采用具有快速收敛的自适应时域均衡技术。自适应均衡器能够自动学习和跟踪信道传输特性，并不断地修正自身工作参数去适应信道特性的变化，从而消除信道造成的干扰或失真，以改善接收系统的性能。本文采用最小均方误差(MMSE)准则作为最佳化准则，即在MMSE准则下，均衡器自动综合出最佳抽头加权系数，从而得到消除符号间干扰所需的补偿信号。本系统均衡器采用判决反馈均衡器(DFE)。DFE包括前向均衡器(AFE)和反向均衡器(ABE)两部分，其中前向均衡器采用加权系数自适应于信道状态的抽头延迟线滤波器实现，反向均衡器用另一个自适应抽头延迟线滤波器实现。AFE的抽头间隔为1/2符号间隔(Tb/2)，采用LMS算法调整抽头加权，从而去掉误差信号(均衡器输出信号与希望序列量化值之差)和输入数字采样之间的相关性。为保证收敛，均衡器在启动时，先发送一个短的已知序列，用于调整均衡器抽头的起始增益，该过程称之为对均衡器的训练，所发的码序列为训练码，为使均衡器开始工作后快速收敛到适当值，同时能抑制判决误差的影响，需要一个最佳的训练码序列。在训练阶段，由已知训练码作为希望序列来产生误差信号，训练结束后，采用判决输出产生希望序列。由于ABE在当前符号上消除过去的干扰，因此其抽头间隔采用符号间隔(Tb)。ABE也采用LMS算法调整抽头加权，以去除误差信号与过去判决之间的相关性。3.3.2纠错编码技术在实际应用环境中，海面恶劣传播环境会对岸舰散射通信系统误码率造成严重的影响，比如造成突发误码，会影响IP等低容错数据的传输，因此本系统设计中采用了LDPC编码纠错技术。LDPC码(Low-densityparitycheck，LDPC)，即低密度奇偶校验码，是当今信道编码领域最令人瞩目的研究热点，被下一代卫星数字视频广播标准DVB-S2、IEEE802.3、802.11e和802.11n、4G移动通信等系统采纳，图3给出了LDPC编码前后的误码率对比效果。本系统使用LDPC纠错编译码可有效的降低接收门限、提高链路的传输性能。3.3.3交织编码技术岸舰散射信道近似于瑞利衰落，码字内的衰落高度相关，性能增益较少。为获得更好的性能，需要减小码字内衰落的相关程度，设计中采用交织的方法。在分集合并的基础上进行帧间交织，减小码字的衰落相关性。交织深度决定着交织后码字内衰落相关性的大小，本系统交织深度为1/2个衰落周期，即交织后一个码字跨越1/2个衰落周期。

　　4UHF频段岸舰通信试验

　　UHF频段岸舰散射通信系统单端站系统框图如图4所示。试验岸基站场地选择在黄河入海口自然保护区距海10km处，舰载站选用的民用盐中捞118号起重船，船体总重194t。试验过程历时11d，累计测试时间超过50h，累计测试航行距离大于500km。试验对UHF频段岸舰散射通信系统的极限通信能力、信号覆盖能力和天线跟踪能力进行了验证：(1)岸舰距离在200km内，系统具有较大的通信余量;(2)双方天线信号可有效覆盖30°角范围内的区域;(3)船只沿“S”航迹行驶、环形航迹行驶以及摇摆度为10°的情况下双方天线具有良好的锁定跟踪能力。通过试验也同时发现了UHF频段岸舰散射通信系统存在可改进的空间。①天线方位调整不够便捷，若能利用相控阵天线技术，可极大地提高系统的建链速度，将进一步扩展岸舰散射的应用空间。②舰船行驶至特定区域时，误码率上升，需手动降低通信速率，若在该系统中引进自适应变速率通信技术，可进一步提高链路在极限条件下可靠性与稳定性。

　　5结束语

　　岸舰散射是一种安全有效可靠的通信手段，随着天线技术和变速率通信技术的发展应用，岸舰散射通信必将拥有更广阔的应用空间，在未来岛屿巡防和毗邻经济海域的监管中发挥更为重要的作用。

　　阅读期刊：交通信息与安全

　　《交通信息与安全》(双月刊)创刊于1983年，由武汉理工大学、交通计算机应用信息网主办。杂志紧密结合交通行业实际，刊载了交通行业在交通信息化建设、管理信息系统(MIS)、地理信息系统(GIS)、全球定位系统(GPS)、智能运输系统(ITS)、计算机辅助设计(CAD)、电子数据交换(EDI)、企业网(Intranet)等领域计算机应用的学术论文、研究成果、经验总结、专题讲座等方面的大量文章，介绍了国内外计算机硬件、软件技术的新成果、新产品、应用动态和发展趋势。