李強

摘 要：短波通信在現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)信息通信領(lǐng)域有著眾多優(yōu)勢，其具有較強的抗摧毀力，操作設(shè)備簡單，且通信距離長，經(jīng)濟性較高。短波通信技術(shù)廣泛的運用于應(yīng)急通信中，但由于其自身存在一定限制，容易受到外界因素影響使得短波通信環(huán)境不穩(wěn)定。而協(xié)作通信能夠利用多天線技術(shù)與協(xié)作分集技術(shù)，使通信網(wǎng)絡(luò)的效益最大化。本文的研究主要基于應(yīng)急通信網(wǎng)中協(xié)作通信技術(shù)的現(xiàn)狀，由短波通信與協(xié)作通信的基本特點出發(fā)，分析協(xié)作通信技術(shù)在短波應(yīng)急通信網(wǎng)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：短波；應(yīng)急通信網(wǎng)；協(xié)作通信技術(shù)；運用

中圖分類號：TN929 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）19-0031-02

在重大事件發(fā)生時，短波通信能以其具有較強的抗摧毀力，較廣的通信范圍等優(yōu)勢，完成對信息的傳播，提高政府、軍隊的應(yīng)急處置能力，最大限度的保障人民群眾的生命財產(chǎn)安全。因此，綜合分析協(xié)作通信的優(yōu)缺點，有選擇的利用，將協(xié)作通信的優(yōu)勢運用到應(yīng)急通信網(wǎng)的發(fā)展與建設(shè)之中，優(yōu)化提升應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的性能是本文研究的目的之一。

1 協(xié)作通信技術(shù)與短波應(yīng)急網(wǎng)簡介

在我國，應(yīng)急通信正處在飛速發(fā)展時期，其對重大自然災(zāi)害或戰(zhàn)爭事件發(fā)生后的信息傳遞起著極為重要的作用，例如，在2013年“雅安地震”中，各級政府能夠迅速啟動應(yīng)急響應(yīng)預(yù)案，正是得益于強大的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)。短波通信作為應(yīng)急通信網(wǎng)的組成部分，既應(yīng)與應(yīng)急通信網(wǎng)融會互通，也應(yīng)有其獨立性，畢竟短波通信不止適用于應(yīng)急通信網(wǎng)。同時，隨著國家的發(fā)展，重大災(zāi)害，突發(fā)事件時有發(fā)生，應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展已經(jīng)成為檢驗國家安全的重要指標。

1.1 協(xié)作通信概述

協(xié)作通信又稱協(xié)作分集或協(xié)作式MIMO，技術(shù)原理是以三節(jié)點（源節(jié)點，目的節(jié)點和中繼節(jié)點）為基礎(chǔ)，源節(jié)點發(fā)送信號，中繼節(jié)點在轉(zhuǎn)發(fā)從源節(jié)點收到的信息的同時自身也會發(fā)出信號，協(xié)作中共享彼此天線，實現(xiàn)了協(xié)作分集，從而獲得空間分集增益。協(xié)作通信在無線通信中有著廣泛的應(yīng)用，近年來，無線網(wǎng)絡(luò)用戶激增，但寬帶資源有限，這樣的情況對信息傳輸效率以及通信質(zhì)量有了更高的要求，協(xié)作通信應(yīng)運而生，且被廣泛利用。例如，在蜂窩網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，協(xié)作通信可以通過用戶間的協(xié)作提高信號盲點用戶或信號邊緣區(qū)域用戶的通信質(zhì)量。另外協(xié)作通信的三節(jié)點原理，也使得信號在傳輸過程中衰耗得到了一定控制，在不影響信息傳輸?shù)那闆r下，可以降低發(fā)射功率，降低能耗。總的來說，協(xié)作通信作為不同于其他無線通信手段的新型通信技術(shù)，利用其自身優(yōu)點，可以彌補傳統(tǒng)無線通信手段的缺點，起到相輔相成的作用。傳統(tǒng)的點到點通信技術(shù)已接近香濃點，無線通信中需要更多更新的技術(shù)，優(yōu)化傳播效率，降低能耗，因此許多移動通信領(lǐng)域的專家已紛紛投入?yún)f(xié)作通信的研究之中，對協(xié)作通信中的協(xié)議，協(xié)作系統(tǒng)的資源分配以及協(xié)作伙伴的選擇進行了深入探討，在編碼程序上也進行了新的嘗試。

1.2 應(yīng)急通信網(wǎng)及短波通信

應(yīng)急通信技術(shù)不同于普通的通信技術(shù)，其主要目的是在重大自然災(zāi)害，突發(fā)公共事件及緊急軍事態(tài)勢等發(fā)生而無法使用其他傳統(tǒng)通信手段時啟動的，用于緊急聯(lián)絡(luò)的通信手段。我國的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的正真開端應(yīng)該是在改革開放以后，隨著國家的對外開放，對于國家安全的要求進一步提高，同時隨著科技的發(fā)展，公共應(yīng)急設(shè)施已有之前的基礎(chǔ)通信設(shè)施，向衛(wèi)星通信，微波通信等發(fā)展。根據(jù)應(yīng)急通信的基本目的，可以判斷出應(yīng)急通信具有隨機性，短暫性和臨時性等特點，因此對于通信設(shè)備的靈活性與便捷性也有一定的要求。隨著國家的發(fā)展，應(yīng)急通信也得到了較大的發(fā)展，各級政府都基本建立了重大災(zāi)害及突發(fā)事件應(yīng)急響應(yīng)平臺，同時聯(lián)通各防災(zāi)減災(zāi)機構(gòu)，在救災(zāi)減災(zāi)過程中實現(xiàn)協(xié)調(diào)一體，優(yōu)化資源配置。有效短波通信的構(gòu)建，不僅能在重大事件發(fā)生時提供信息傳輸保障，還能促進各部門之間的協(xié)調(diào)，從而達到促進國家安全建設(shè)和加強國防安全的目的。目前，我國的應(yīng)急通信包括了短波，衛(wèi)星，微波等，其中短波通信以其自身抗摧毀能力強，傳播范圍廣，架設(shè)設(shè)備簡單等在應(yīng)急通信中起著重要作用。短波通信是指頻率為3MHz-30MHz的電磁波。短波通信可以使用天波傳遞，也可以使用地波傳遞，天波傳遞時無需建立基站便可以完成遠距離纖細傳遞。

1.2.1 短波應(yīng)急通信網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀

短波通信傳播范圍廣，且可以通過電離層反射實現(xiàn)單跳百公里以上的通信，在重大自然災(zāi)害發(fā)生時，可以克服障礙達到較遠距離，進行信息傳播，是較為經(jīng)濟便捷的一種選擇。二十一世紀以來，短波應(yīng)急通信在防災(zāi)減災(zāi)，公共應(yīng)急，交通調(diào)配等各部門都有廣泛應(yīng)用，建立了短波通信網(wǎng)，在突發(fā)事件應(yīng)急處置上發(fā)揮著重要作用。對于社會生活中一些緊急事件的處理可以看到我國應(yīng)急通信網(wǎng)的發(fā)展，短波通信作為應(yīng)急通信網(wǎng)的重要組成部分，得到了較大的發(fā)展，建設(shè)了技術(shù)臺站，配備了相關(guān)電臺，然而，在短波通信在應(yīng)急通信網(wǎng)的應(yīng)用中，仍存在一些顯而易見的問題。

1.2.2 技術(shù)現(xiàn)狀

第一，短波網(wǎng)絡(luò)的控制可分為集中控制、分布控制及二者結(jié)合的混合控制。集中控制是指以某個節(jié)點或某些節(jié)點為控制中心，其他節(jié)點為從屬作用，能夠提高網(wǎng)絡(luò)的管理效益，但缺點是抗摧毀能力弱；分布控制則是以多個節(jié)點獨立控制網(wǎng)絡(luò)，不存在明顯的中心，網(wǎng)絡(luò)的抗摧毀能力較強，但缺點在于管理較為分散；另一種則是介于二者之間的混合控制。

第二，短波網(wǎng)絡(luò)中拓撲結(jié)構(gòu)設(shè)計十分重要，合理的拓撲結(jié)果設(shè)計能夠保證網(wǎng)絡(luò)的可靠性、抗摧毀性及延時等，根據(jù)短波通信網(wǎng)的不同要求，拓撲結(jié)構(gòu)可以呈現(xiàn)總線形、星形、環(huán)形、樹形和網(wǎng)形等形狀，主要考慮的因素有網(wǎng)絡(luò)節(jié)點數(shù)及靈活節(jié)點等，因此，短波通信網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)主要由幾種結(jié)構(gòu)混合組成。

第三，短波通信的組網(wǎng)方式不單一，隨著技術(shù)的發(fā)展，處于不斷融合之中，主要由以下幾種形式：（1）固定頻率組網(wǎng)，即在固定頻率上組網(wǎng)進行簡單通信，在選定或約定的頻率下進行信息傳播，此網(wǎng)絡(luò)相對穩(wěn)定，但適應(yīng)性較差，是傳統(tǒng)意義上的廣播通信網(wǎng)；（2）自適應(yīng)頻率組網(wǎng)，即通過頻率自適應(yīng)技術(shù)對可用頻率進行探查，確保通信傳輸可用，由于頻率自適應(yīng)技術(shù)本身具有成熟的通信鏈路標準協(xié)議、組網(wǎng)和系統(tǒng)設(shè)備，對預(yù)先設(shè)置的頻率進行質(zhì)量分析，選出最佳頻率，因此，該類組網(wǎng)方式受到廣泛應(yīng)用；（3）短波跳頻通信，即通信信號在一定范圍內(nèi)快速切換，是一種反偵察反監(jiān)聽的手段，由于跳頻頻率快速切換，也避免了短波通信衰減較大的缺點，是一種靈活性較強且較為穩(wěn)定的短波通信組網(wǎng)方式；（4）短波IP通信，基于區(qū)域中心站和移動中心站建立，是一種特定協(xié)議下的組網(wǎng)方式，通過建立短波中心站及網(wǎng)管平臺，實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)管理、路由控制等。由于短波通信信道較窄，傳播速度較低等，需要針對其特點建立短波IP路由器模型及短波IP協(xié)議，通過衛(wèi)星、光線等方式提高網(wǎng)絡(luò)覆蓋和數(shù)據(jù)傳輸性能。endprint

1.2.3 技術(shù)缺陷

第一，短波通信的頻段本身較窄，在日常的使用中容易受到其他信號的干擾，在相同的信號頻段中可能存在各種不同的信號，由于其他信號的干擾，使得原本固定使用這一頻段的用戶不能及時準確的接收到信息，無法達到信息傳遞的目的，這樣的短波應(yīng)急通信就失去了意義，甚至可能造成不可挽回的損失。

第二，短波通信在通信中存在不可避免的衰減，由于空氣噪聲，時間延遲等不同的原因，短波通信的信號會受到影響，從而導(dǎo)致信號的畸變，衰減等。由于電離層會受到晝夜溫差，季節(jié)變化等的影響，造成傳遞短波信號的天波受到影響，導(dǎo)致其頻率不穩(wěn)定，加之一些單位使用的設(shè)備不具備自動選頻功能，極大的影響了短波通信的安全性和可靠性。

2 協(xié)作通信技術(shù)在短波應(yīng)急通信網(wǎng)中的應(yīng)用

如上所述，本文主要針對短波應(yīng)急通信網(wǎng)與協(xié)作通信的現(xiàn)狀，對于協(xié)作通信在短波應(yīng)急通信網(wǎng)中運用展開探討與分析。將協(xié)作通信運用于短波應(yīng)急通信中，首先我們需要明確兩者的技術(shù)模型建立，基于前者的研究，以下將對幾種主流形式的技術(shù)模型進行比較，進而得出可行性及適用性等結(jié)論。

2.1 無協(xié)作系單出入單輸出（SISO）模型和單輸入多輸出（SIMO）模型

SISO是一種已知的傳統(tǒng)點對點短波信道，信源在傳播過程可能受到噪聲干擾，需要經(jīng)過調(diào)制，因此，假定接收終端信道狀態(tài)已知，那么通過相干調(diào)制即可得到解調(diào)信號，該模型的特點為編譯碼相對簡單，然而容量較小，能通性較低，面對目前發(fā)展趨勢，實用性相對較低。

SIMO模型是一種基于SISO信道不足這一缺點延伸出的另一種無協(xié)作的技術(shù)模型。簡單來說，是在發(fā)射端安裝一根天線，在接收端（車載臺站）上安裝多根天線，利用分集技術(shù)，假設(shè)接收端提前預(yù)知CSI，通過相干解調(diào)最大比合并技術(shù)，即可獲得解調(diào)信號。該模型能夠彌補SISO模型信道不足的缺點，但由于其只適用于大功率且相對固定的基站，對于功率較小的移動臺站，由于設(shè)備限制而無法滿足其通信要求。由此，在移動臺站間運用協(xié)作通信的技術(shù)模型成為迫切需求。

2.2 協(xié)作系多輸入單輸出（MISO）和多輸入多輸出（MIMO）模型

針對短波通信，在移動便攜式臺站間運用協(xié)作通信技術(shù)，通過共享天線，獲得分集效益，從而提高系統(tǒng)的容量與可靠性。在協(xié)作系模型中，協(xié)作便攜形式的傳遞臺站與車載臺站間使用一根天線。通過對假設(shè)數(shù)據(jù)進行公式的推導(dǎo)，可以得出共享一根天線的不同移動臺站接收到的信號基本一致，其誤差在可接受范圍內(nèi)。這個結(jié)果適用于MISO和MIMO兩種協(xié)作系模型，對此可以得出結(jié)論，協(xié)作系模型傳遞便捷，信息衰減率低，可以有效保證信息傳遞的安全性和穩(wěn)定性。

值得一提的是MIMO接入點與MIMO客戶端之間可以同時接收和發(fā)送多個空間流，信道的大小隨著天線數(shù)量的增加而呈現(xiàn)正相關(guān)增加，使得MIMO能在不增加發(fā)送功率的情況下，成倍的提升信息傳播速率。

2.3 協(xié)作通信的信道容量與網(wǎng)絡(luò)壽命分析

信道容量的分析。通過對信噪比，發(fā)射功率等數(shù)據(jù)的公式推導(dǎo)，可以得出以下結(jié)論：SIMO模型較SISO模型，信道有一定增加，原因在于其可以接收多個不同的信號衰落樣本。由此可分析得出接收天線對數(shù)的增加直接導(dǎo)致了信道容量的增加。同時，相較于無協(xié)作系的SIMO和SISO模型，協(xié)作系的MISO和MIMO模型系統(tǒng)容量有了大幅提升，后者遠高于前者，進一步證明了通過協(xié)作通信，天線數(shù)量的增加直接對應(yīng)了信道容量的增加，信道容量作為直接衡量通信網(wǎng)絡(luò)質(zhì)量的指標之一，其質(zhì)量是通信網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中不可忽視的重點之一。

2.4 技術(shù)運用中的注意事項

前文中已經(jīng)提到部分短波應(yīng)急通信網(wǎng)的應(yīng)用現(xiàn)狀，將協(xié)作通信運用到短波應(yīng)急通信中一來是為了豐富短波通信的傳播途徑，二來，也能在一定程度上改善短波通信目前的不足。

第一，對于短波通信頻段較窄，容易受到干擾的現(xiàn)狀，利用MISO和MIMO模型適當調(diào)整信道容量，對于短波通信的穩(wěn)定性和安全性將會產(chǎn)生大幅提升。

第二，針對短波通信在無線通信中地位及功能的弱化，在將協(xié)作通信運用于應(yīng)急短波通信，利用協(xié)作通信的分集效益，降低發(fā)射端功率，做到節(jié)省成本，提高短波通信的經(jīng)濟價值，短波通信的地位自然而然得到提升，短波通信也會更受重視。

更好的利用短波通信，發(fā)展短波應(yīng)急通信網(wǎng)，使其在應(yīng)急通信網(wǎng)中起到更重要的作用是本文研究的目的也是主旨所在。將協(xié)作通信運用于短波應(yīng)急通信網(wǎng)中，主要是利用協(xié)作通信的分集效益，彌補短波通信自身存在的不足，完善短波應(yīng)急通信網(wǎng)。

3 結(jié)語

協(xié)作通信用于應(yīng)急通信網(wǎng)已成為必然趨勢，其具有信道廣，衰減少，成本低等優(yōu)點，能夠彌補短波通信中信道窄、能量消耗大、易衰減等缺陷。協(xié)作通信應(yīng)用于短波應(yīng)急通信網(wǎng)中也使短波應(yīng)急通信的設(shè)備更加簡單、信息傳輸更加靈活、機動性更高，由此，短波通信在抗災(zāi)救災(zāi)、軍事通信能夠起到更重要的作用，并在今后較長時間內(nèi)得到發(fā)展。

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