【摘要】 短波通信是海上艦艇使用的重要通信手段，因短波自身特點(diǎn)通信不夠穩(wěn)定，很難滿足通信需求。本文針對(duì)海上艦艇短波通信應(yīng)用現(xiàn)狀，結(jié)合短波通信領(lǐng)域出現(xiàn)的新技術(shù)，就如何改進(jìn)短波通信可靠性、提升艦艇通信保障能力進(jìn)行了分析研究，提出了解決方案。

　　【關(guān)鍵詞】 短波通信 分集合并 自適應(yīng) 人工智能

　　引言：

　　艦艇在海上航行過程中，受客觀條件影響，主要依托無線通信同其它艦艇或岸基指揮所保持通聯(lián)。在海面常用的無線通信方式中，根據(jù)波段劃分，主要分為中波、短波、超短波、微波、衛(wèi)星通信等，在20世紀(jì)，短波通信作為主要通信手段，是航海時(shí)代除導(dǎo)航儀器外最重要的現(xiàn)代化通導(dǎo)裝備。

　　隨著21世紀(jì)太空衛(wèi)星資源的不斷豐富和衛(wèi)星通信技術(shù)的飛速發(fā)展，衛(wèi)星通信已越來越成為海上通信的主要手段。但衛(wèi)星通信的特點(diǎn)決定了在特殊情況下，其受摧毀或故障性中斷的可能性較大，短波通信的特點(diǎn)決定了其抗毀性強(qiáng)，且可全球通信，因此近年來關(guān)于短波通信技術(shù)的跟蹤研究又在不斷成為熱點(diǎn)。

　　一、當(dāng)前短波通信存在的問題

　　海上短波通信是指艦艦、艦岸間利用3-30M頻率進(jìn)行無線長(zhǎng)距離通信的總稱。因短波通信屬于超視距通信，該波段可通過地波或天波的方式進(jìn)行傳輸，理論上可以實(shí)現(xiàn)全球通信。

　　但隨著無線電頻譜技術(shù)的發(fā)展和艦艇用頻裝備的不斷增加，艦用短波電臺(tái)通信質(zhì)量和通信可靠率近年來成逐漸下降趨勢(shì)。

　　以我國黃海北部海域使用情況統(tǒng)計(jì)，2001年，一部125w短波電臺(tái)在采用定頻通信時(shí)，在100-150海里范圍內(nèi)，可通率達(dá)到80%以上，話音質(zhì)量保持在信號(hào)3以上;但在實(shí)踐中對(duì)2020年全年艦艇通信質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試，相同功率電臺(tái)在相同工作模式下，在70海里內(nèi)仍可保持通信，但可通時(shí)間及通信質(zhì)量均出現(xiàn)了較大幅度下降，在70海里-150海里區(qū)間內(nèi)，可通率僅能保持在20%左右。

　　此外，隨著艦艇用頻裝備的增加，艦艇各裝備間通信互擾現(xiàn)象變得異常突出，因艦艇自身面積狹小，且受隱身技術(shù)和艦艇動(dòng)力、自持力需求持續(xù)增加，艦艇天線布設(shè)變得異常困難，一艘千噸左右艦艇已部署的各類型天線約20余幅，而短波天線因傳輸特性所限，往往需要占用較大的占地面積，受艦艇電磁兼容性設(shè)計(jì)約束，很難利用布設(shè)大型天線陣的方式來提升通信質(zhì)量。

　　短波通信在海上航行期間主要用于話音和低速率數(shù)據(jù)通信，因艦艇在海上值勤期間，各種搶險(xiǎn)救援、漁業(yè)執(zhí)法等任務(wù)需要傳遞的是現(xiàn)場(chǎng)即時(shí)情況通報(bào)、多艦艇任務(wù)協(xié)同，緊急事態(tài)應(yīng)答處置等信息，上述信息對(duì)時(shí)效性要求較高，話音作為傳輸即時(shí)信息的介質(zhì)具有天然的優(yōu)勢(shì)。但短波通信作為一種變參信道，受地域、季節(jié)、氣象、波浪等因素影響較大，話音質(zhì)量普遍較差，在進(jìn)行通聯(lián)時(shí)更多依賴于電臺(tái)值守人員經(jīng)長(zhǎng)期訓(xùn)練獲得的經(jīng)驗(yàn)，可以對(duì)系統(tǒng)的工作參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整。

　　以前艦艇報(bào)務(wù)員工作經(jīng)驗(yàn)都在數(shù)十年以上，但隨著人員崗位調(diào)整和人才流動(dòng)性加大，電臺(tái)值守因經(jīng)驗(yàn)缺乏也面臨著越來越多的困難。

　　二、短波新技術(shù)應(yīng)用研究

　　為提高短波通信質(zhì)量，滿足海上任務(wù)協(xié)同通信需求，近年來，國內(nèi)外在相關(guān)領(lǐng)域開展了大量研究，其中短波分集合并技術(shù)、頻率自適應(yīng)技術(shù)和人工智能認(rèn)知技術(shù)等成為了研究重點(diǎn)。

　　2.1 分集合并技術(shù)

　　所謂分集，就是將需要傳遞的信息以空間、頻率或時(shí)間劃分的方式分隔成若干個(gè)衰落基本不相關(guān)的信號(hào)。分集種類包括空間分集、頻率分集、角分集、時(shí)間分集等。

　　信號(hào)分集后還需要進(jìn)行信號(hào)合并，即在接收端接收到若干條相互獨(dú)立的支路信號(hào)以后，可以通過合并技術(shù)來得到分集增益。根據(jù)位置不同，可分為檢測(cè)前合并和檢測(cè)后合并技術(shù)。

　　短波傳輸信道分為地波和天波兩種，其中地波通信主要用于近距離通信，受多徑效應(yīng)影響較大。而天波通信系主要用于中遠(yuǎn)距離通信，其利用電離層反射實(shí)現(xiàn)超視距通信，屬于變參信道，信號(hào)傳輸穩(wěn)定性差。

　　主要原因是：

　　1.電離層的變化會(huì)使信號(hào)產(chǎn)生衰落，在衰落過程中信號(hào)幅度和頻率會(huì)發(fā)生相應(yīng)變化;

　　2.天波通信也存在著多徑效應(yīng)，會(huì)產(chǎn)生頻率選擇性衰落和多路徑延時(shí)。

　　選擇性衰落造成信號(hào)失真，多徑延時(shí)使信號(hào)在時(shí)間維度發(fā)生變化，嚴(yán)重限制了短波鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。

　　而分集接收可以有效抵消信號(hào)衰落、提高系統(tǒng)信噪比。短波分集接收就是利用多個(gè)路徑或頻率、不同到達(dá)時(shí)間、不同編碼或調(diào)制等方式去接收含有同一信息的短波信號(hào)，并將采集來的多個(gè)信號(hào)按照某種方法合并后再提取信息。它能利用多路徑接收信號(hào)的不相關(guān)性獲取分集效果，有效提升短波臺(tái)站接收信噪比，從而減小接收信號(hào)衰落造成的影響，進(jìn)一步降低誤碼率。只要分集接收的幾個(gè)信號(hào)之間是相對(duì)獨(dú)立的，則經(jīng)過適當(dāng)合并后就能使通信性能大為改善。但分集設(shè)計(jì)方案不夠優(yōu)秀，也可能無法正常解調(diào)電平很高的信號(hào)，因空中信道傳輸帶來的的信息錯(cuò)誤也得不到有效抑制，通信質(zhì)量沒有保證。

　　如艦艇編隊(duì)在同一海域共同執(zhí)行任務(wù)時(shí)，指揮艦需與岸基指揮所進(jìn)行通信聯(lián)絡(luò)，在不改變現(xiàn)有短波臺(tái)站部署前提下，可通過編隊(duì)內(nèi)多部電臺(tái)聯(lián)網(wǎng)方式，同時(shí)發(fā)射、接收同一信號(hào)，采取分集合并技術(shù)進(jìn)一步提升短波通信質(zhì)量;岸基臺(tái)站則可采取多臺(tái)站組網(wǎng)方式提高分集接收能力。

　　2.2 頻率自適應(yīng)技術(shù)

　　短波通信頻率使用范圍有限(約27Mhz)，為滿足全球各行業(yè)通信需求，信道擁擠狀況突出。受天氣、地域、潮汐、電離層變化、海浪等多種因素影響，短波通信使用的頻率對(duì)通信影響非常大，甚至白天與夜晚的用頻也呈現(xiàn)完全不一樣的特點(diǎn)。

　　通過使用實(shí)踐來看，選擇合適的短波通信頻率能大大提升通信質(zhì)量。但受限于操作人員技術(shù)水平，很難保證在海上航行期間動(dòng)態(tài)選擇理想的通信頻率，通常預(yù)置的都是在艦艇離港前進(jìn)行測(cè)試后固定使用的頻率。