摘 要： 短波通信以其機動靈活、抗毀性強、通信距離遠等特殊的優點重新引起人們的研究興趣，本文介紹了短波通信的歷史和發展現狀, 包括短波通信的應用、研究、開發和標準化，并對未來的發展趨勢做了一些預測。
關鍵詞： 短波通信 自適應跳頻" title="跳頻">跳頻 抗干擾 保密 分集 正交頻分復用 Ad-hoc
短波通信或稱高頻通信是指在3M－30MHz頻段范圍內，通過電離層反射來進行遠距離通信或通過地波進行近距離傳輸的一種通信手段。在大約一百公里到數千公里范圍內，不需要轉發器就可以進行超視距通信。長期以來，由于短波通信的固有特點，短波(HF)無線電通信多年來一直被廣泛地用于政府、外交、氣象、商業等各個部門，用以傳送語言、文字、圖像、數據等信息；同時，它也是高空飛行和海上航行的必備通信方式；尤其在軍事部門，它始終是軍事指揮的重要手段之一[1]。雖然衛星通信相對短波通信能為用戶提供寬得多的頻帶以及穩定的高質量通信線路，但事實上，它還不能從根本上取代短波無線電通信。另外，并不是所有用戶都需要衛星，都能得到衛星提供的通信線路。尤其在軍事通信領域，衛星易于被敵方摧毀，這己經成為信息戰中的一個嚴重問題。由于具有不可替代的重要作用，短波通信重新引起了世界各國的高度重視，諸多機構都在不遺余力地進行研究。
1 發展現狀
由于短波信道的頻帶窄(通信帶寬一般為3kHz)、多徑" title="多徑">多徑現象嚴重(2~4條)、延遲大(由CCIR公布的路徑延遲典型值為2ms[2]，最大時延差通常在10ms以下)、多普勒頻移大(在電離層平靜時期，約為0.1Hz至10Hz，在日落日出及電離層騷擾期間，多普勒頻移則可高達20Hz至50Hz[3]，根據DAMSON在高緯度測得的數據，這一數值高達73Hz[4])和衰落(瑞利分布)嚴重等特性給人們的研究帶來很大的挑戰，各種新技術正不斷被應用到短波通信領域中以提高短波通信的性能。
近年來，短波通信領域里的研究非?；钴S，國際上出現了許多的研究機構，例如：IEE在近三年的時間里已經連續舉行了8次“短波通信系統" title="通信系統">通信系統與技術”的會議[5]；IEEE每年都召開“MILCOM”會議，會上有相當多的關于短波通信技術的文章[6]；美國為此成立了一個“短波通信工業協會(HFIA)”，有諸多的大公司如Harris、Motorola、Rockwell、Halcomm、Thales、MobiComm等參加，每年召開2～3次短波技術交流的會議[7]；另外，世界上還有其他的一些相關組織，如北歐無線電協會(NRS)、加拿大的通信研究中心(CRC)、英國蘭喀斯特大學(Lancaster)的電離層和電波傳輸研究小組等。這表明經過上世紀五六十年代衛星通信帶來的短暫沖擊后，短波通信又重新喚起了人們的研究熱情，在技術方面也獲得了很大的進展。
短波無線通信在進行遠距離傳輸時，僅需要不大的發射功率和適中的設備費用，且其通信線路不易被摧毀，但是，短波無線通信也存在多徑和衰落而導致可靠性低、質量差的缺點，無法適應越來越高的傳輸要求。隨著許多新技術的出現，如自適應均衡(單音或多音波形) [8]、最大似然序列估計(單音或多音波形)[9]、加入保護間隔(多音波形)[10]等技術就可以有效地克服多徑效應；另外，為了減輕衰落的影響，采用了分集技術(頻率分集、時間分集和空間分集)[11]、現代編碼交織技術。這些新技術的應用有力地推動著短波通信的發展，使在高頻信道上進行高速數字傳真、數字保密電話、數字視頻傳輸、高速數據傳輸等業務逐漸成為可能。
目前，軍事通信傳遞的信息，己從簡單的指揮命令發展到諸如雷達探測的數據、計算結果、高速圖像傳真信息和數字話音加密信息等一些要求較高的數據信息。因此，對調制解調終端設備提出了越來越高的要求。目前，短波通信已經發展到了第三代，對于發射接收機和調制解調器主要存在兩大標準，美國的MIL-STD-188-XXX和北約(NATO)的STANAG 系列。在這些標準中，包括了調制解調器的各種參數定義、自適應鏈路建立協議(ALE)、數據連接協議(DL)、抗人為干擾(anti-jamming)、組網等各個方面的內容。表1列出了目前各種標準中的調制解調器的制式參數[3][9][12]。
為了適應短波通信的迅速發展，近年來許多國家推出了一些性能優良的短波通信系統。如德國的HF-850系列微機控制的高頻自適應通信系統，具有自適應實時選頻、數據保護等功能，加上相應的附件，系統還具有跳頻和猝發傳輸的功能。法國湯姆遜公司的350H高頻通信設備系列，采用了自適應跳頻方案，應用了自動頻率分析和跳頻信號處理相結合的技術，具有十分強的抗干擾能力。美國HARRIS公司的RF-5000系列高頻數字無線電系統，采用先進的數字信號處理技術，具有抗電子干擾、話音加密、高速數據傳輸、自適應頻率管理和猝發傳輸等功能。
另外，更多的電臺采用實時信道估值(RTCE)技術，實時地預報短波信道頻率，提供可用的工作頻段和頻率管理，能有效改善了通信質量，提高可通率。如美軍的AV/TRQ-42戰術頻率管理系統(TFMS)，HARRIS公司的RF-7100系統、柯林斯公司的SELSCAN系統、加拿大瑞斯公司的RTS151系統、澳大利亞的HF-90H系統等。
戰術電臺中采用跳頻技術的主要目的是提高通信的抗干擾能力。隨著研究的不斷深入，跳頻速率和數據數率也越來越高，現在美國Sanders公司的CHESS[13]高速短波跳頻電臺" title="跳頻電臺">跳頻電臺已經實現了5000跳/秒的跳頻速率，最高數據數率可達到19.2kbps。此外，隨著更大數據量傳輸的要求，帶內多通道(Multi-Channel)被采用，其最高通信速率可達64kbps。可以預見，高跳速、更高數據速率的跳頻電臺正是跳頻通信系統的未來發展方向，軟件無線電的概念也已逐漸應用到新型的跳頻電臺中。
2 發展趨勢
短波通信的研究雖然已有了很大的進展，但仍然存在著很多的問題需要進一步的研究，未來的研究內容可從以下幾個方面考慮：
(1) 自適應跳頻
短波自適應跳頻電臺已經在當前的軍事通信中占有了很重要的一部分。與VHF/UHF頻段不同，短波信道有許多固有特點，例如，受多徑時延、幅度衰落、天氣變化等因素的影響，信道條件變化莫測。所以，若要保證短波通信的可靠性，需要采用自適應跳頻技術，它通過分析波段上的頻率占用率，自動搜索無干擾或未被占用的跳頻信道進行跳頻，不僅避免了自然干擾，也不會受到短波頻譜大量占用的影響。它會根據需要自動地改變跳頻序列，有效地適應惡劣環境。實時預測可用的頻率仍然是一個具有挑戰性的課題。
(2) 自適應編碼調制技術
當工作頻率選定后，通常在允許的誤碼率條件下應選擇盡可能高的數據傳輸速率" title="傳輸速率">傳輸速率。即指當信道傳播特性良好時可用較高傳輸速率發送信息，而當傳播特性變差時則降低傳輸速率，使誤碼率仍能滿足要求。這樣可使信息傳輸質量及速率在實際條件下綜合指標最佳。此技術即傳輸速率自適應技術，實現的關鍵問題是如何擬定信道質量實時估值方法及保證發收兩端同步變速，這就需要系統的編碼和調制方法要隨著信道的變化而變化。故應進一步分析編碼調制方案與信道條件的相互關系，制定出好的實現方案。
(3) 高速調制解調器的研制
隨著人們對短波通信要求的提高，不僅需要傳輸語音，還要實時地傳輸圖像信息等，這就要求研究增加短波通信容量的方法。除了串行調制解調器之外，人們現在正在研究利用多載波并行(例如：OFDM)通信方式或者帶內多通道的方式來提高短波通信的傳輸速率。目前，并行調制解調器的速率可以達到64kbps，遠遠超過了串行調制解調器9.6kbps的傳輸速率，但其性能仍不夠滿意，還需進一步改善。
(4) 保密抗干擾技術
由于短波通信是戰事狀態下指揮唯一可靠的途徑，所以，如何提高通信的保密性抗干擾能力、不被敵人所截獲和破譯，如何使對抗方難以偵察，從而使其干擾失效，如何利用加密和跳頻技術與短波通信結合以增強對抗性能，是通信電子戰面臨的一個新課題。
(5) 組網技術
由于短波通信屬開放型，人們希望利用它組建一個通用的平臺，實現聊天、發送Email、網上視音頻等功能，這對它的組網帶來很大困難。如何有效地進行頻率復用及網絡中各節點間的聯絡，包括全網如何實時選頻等都具有特殊性。美國的聯合戰術無線電系統(JTRS)采用Ad-hoc的方式，但現在仍有許多問題并未得到解決，尤其是與大網中其它通信網間的接口協議的優化擬定等需要進一步研究解決。
短波通信因其設備簡單、通信距離遠、抗毀性強、機動靈活等優點重新引起了人們的廣泛關注，短波通信已經伴隨著我們進入了信息時代。隨著技術的進步和人們研究的深入，曾一度被認為落后的短波通信必將以嶄新的面貌跨入國際先進通信領域的行列。
參考文獻
1 中國人民解放軍總裝備部.短波通信技術，國防工業出版社，2002年2月
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3 STANAG 4415. Characteristics of a Robust, Non-Hopping, Serial-Tone Modulator /Demodulator for Severely Degraded HF Radio Links. North Atlantic Treaty Organization, Edition 1, Dec. 24 1997
4 Angling, M J, P S Cannon, N C Davies, T J Willink, V Jodalen, B Lundborg, Measurements of Doppler and multipath spread on oblique high latitude paths and their use in characterising data modem performance, Radio Sci., 33 (1), pp. 97-107, 1998.
5 IEE has organised 3 year intervals eight highly successful International Conferences on "HF Radio Systems and Techniques. http://conferences.iee.org/HF2003/
6 HF sessions of the IEEE MILCOM series.http://www.milcom.org/
7 High Frequency Industry Association (HFIA) http://www.hfindustry.com/
8 Nieto, J.W., On-air results of spatial diversity for the MIL-STD-188-110B Appendix C (STANAG 4539) 9600 bps waveform Military Communications Conference, 2001. MIL COM 2001. Communications for Network-Centric Operations:Creating the Information Force. IEEE, Volume:1,28-31 Oct.2001 Pages:432-436 vol.1
9 STANAG 4285. Characteristics of 1200/2400/3600Bits per Second Single Tone Modulators/Demodulators for HF Radio Links. North Atlantic Treaty Organization, Brussels 1989
10 L. Vanderdorpe. MMSE Equalizers for Multi-tone Systems without Guard Time. Proceedings of EUSIPCO-96, Trieste, Italy, Sept. 10-13 1996, pp. 2049-2052
11 Bernard Sklar. How to Cope with Fading Channels.Milcom 1996 Tutorial, Oct. 21-24 1996, Mclean, Va.
12 MIL-STD-188-110B-"Mil. Std. Interoperability and Per-formance Standards for Data Modems",Draft Version Revised 7 March 2000
13 Herrick D L and Lee P K. CHESS A New Reliable High Speed HF Radio. Proceedings of IEEE MILCOM 96, McLean Virginia, USA November 1996, pp.684-690.