【摘要】伴隨海上活動頻率增加，海上通信逐步引起大眾的關(guān)注。艦船在海上航行過程中常受客觀因素影響，極有可能與岸基指揮所失去聯(lián)系。海面上常用的無線通信方式中共有微波、短波、中波等多種形式，如今選用何種通信技術(shù)已成為海上艦船通信設(shè)備優(yōu)化與管理的重要內(nèi)容。文章立足海上通信設(shè)備研究信號傳輸優(yōu)化技術(shù)，以期切實發(fā)揮海上通信裝備作用，為艦船在海上的安全航行保駕護(hù)航。

【關(guān)鍵詞】通信設(shè)備|信號傳輸|技術(shù)|海上

目前，伴隨21世紀(jì)太空衛(wèi)星資源日漸豐富，衛(wèi)星通信已經(jīng)成為十分智能的海上通信手段。然而，傳統(tǒng)的海上信號傳輸技術(shù)存在一定問題，這就需要有關(guān)人員積極完善和優(yōu)化信號傳輸技術(shù)，以發(fā)揮海上通信設(shè)備的作用，保障海上通信設(shè)備功能。

一、海上通信設(shè)備中的信號傳輸現(xiàn)狀

（一）艦船微波通信

微波通信系統(tǒng)，包括發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、天線等部件，具有大帶寬和高容量優(yōu)勢，是中國通信網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分。然而，它也存在局限性，如視距通信的限制導(dǎo)致無法在海洋中建立中繼，僅適用于短距離通信。距離增加會導(dǎo)致輻射損失加劇并受氣候影響。此外，頻繁使用可能引起不同區(qū)域間的信號干擾。

（二）艦船衛(wèi)星通信

海上衛(wèi)星通信系統(tǒng)，包含衛(wèi)星主站、通訊衛(wèi)星和船用通信裝置，適應(yīng)艦船通信環(huán)境，支持多業(yè)務(wù)傳輸。這種技術(shù)先進(jìn)，性能優(yōu)良，操作簡便，自動化程度高，能與公共及國防網(wǎng)絡(luò)銜接。但也存在不足：系統(tǒng)利用率和數(shù)據(jù)傳輸效果受限，傳輸可靠性不足，頻譜資源有限。發(fā)送延遲大約500～800毫秒。由于同步衛(wèi)星軌道位置限制，難以增加衛(wèi)星數(shù)量以避免互相干擾。衛(wèi)星發(fā)射成功率為80%，但成本和發(fā)射費用較高。

二、海上通信設(shè)備中的信號傳輸特點

（一）海上通信網(wǎng)絡(luò)資源存在復(fù)雜性

海上通信設(shè)備構(gòu)建岸基網(wǎng)絡(luò)時使用的技術(shù)包括移動通信系統(tǒng)和無線城域網(wǎng)，它們提供高質(zhì)量服務(wù)但覆蓋范圍有限。相比之下，海洋廣播可以遠(yuǎn)距離通信，但傳輸速度慢，主要用于語音。無線自組網(wǎng)在一定程度上提高了覆蓋范圍和效果，但性能和穩(wěn)定性不足[1]。目前，不同海洋通信資源的有效整合受限于現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，主要是因為它們基于“轉(zhuǎn)發(fā)型”網(wǎng)絡(luò)。海上通信系統(tǒng)中，如遇不完全覆蓋，可能需用集會網(wǎng)絡(luò)補充或替代。機(jī)會型網(wǎng)絡(luò)按“存儲-傳輸-轉(zhuǎn)發(fā)”流程工作，目前只能在應(yīng)用層實現(xiàn)，未與網(wǎng)絡(luò)層轉(zhuǎn)發(fā)結(jié)合，需要協(xié)同優(yōu)化以提高傳輸效率。

（二）通信介質(zhì)異構(gòu)性

海洋環(huán)境中以聲波為通信媒介，與電磁波傳輸?shù)牡孛嫱ㄐ庞酗@著差異。電磁波傳輸速度快，可達(dá)吉比特/秒，而聲波在水中的速度僅1.5公里/秒，最大傳輸率千比特/秒?，F(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)未充分考慮這種不對稱性，通常由網(wǎng)絡(luò)的變換節(jié)點處理，適合固定邊界網(wǎng)絡(luò)，但不適用于邊界變化大的異質(zhì)網(wǎng)絡(luò)。在處理電磁波和聲波的傳輸速率差異時，這種方法影響了傳輸層協(xié)議，特別是基于端到端往返延遲的TCP協(xié)議?，F(xiàn)有基于TCP的無線通信協(xié)議多針對網(wǎng)絡(luò)擁塞，未考慮不對稱性和時延，不適用于海上通信系統(tǒng)[2]。

三、海上通信設(shè)備中的信號傳輸優(yōu)化技術(shù)

（一）5G網(wǎng)絡(luò)無線技術(shù)

在海上5G網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中，各種通信設(shè)備數(shù)據(jù)流通過無線網(wǎng)傳送至邊緣計算核心網(wǎng)，展現(xiàn)了5G網(wǎng)絡(luò)無線技術(shù)的多方面應(yīng)用：無線網(wǎng)。包括宏碁地臺和室內(nèi)配電系統(tǒng)，實現(xiàn)5G平臺的生產(chǎn)區(qū)、中控室和辦公區(qū)域的無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋；邊緣計算中心骨干網(wǎng)。由MEC組成部分構(gòu)成，使用MEC和MEP組件執(zhí)行邊緣計算任務(wù)，并通過UPF組件分發(fā)消息。它將平臺本地流量發(fā)送到應(yīng)用服務(wù)器，再通過承載網(wǎng)控制地面5G網(wǎng)絡(luò)的流量；承載網(wǎng)。負(fù)責(zé)5G無線專用通信網(wǎng)絡(luò)與地面5G通信網(wǎng)絡(luò)的連接、傳輸和接口（圖1）；服務(wù)器虛擬化。在平臺報室中部署服務(wù)器、防火墻和交換機(jī)，并承載核心網(wǎng)絡(luò)設(shè)備部件，實現(xiàn)邊緣計算功能。

（二）海上數(shù)字廣播技術(shù)

NAVDAT系統(tǒng)通過互聯(lián)網(wǎng)收集各種信息，統(tǒng)一加工后由岸臺網(wǎng)發(fā)送。信號以O(shè)FDM和41.66Hz載頻發(fā)送，副載波通過正交調(diào)幅調(diào)制。接收后解調(diào)得到文字、數(shù)據(jù)、傳真和圖片等。最大傳輸速度為25千比特/秒，覆蓋達(dá)648公里。

（三）自動識別系統(tǒng)

艦船識別系統(tǒng)基于VHF頻段自動追蹤并向船舶、岸臺廣播船舶信息，從而對目標(biāo)水域中的船舶進(jìn)行自動追蹤識別與監(jiān)控[3]。從圖2可以看出，AIS系統(tǒng)使用161.975兆赫和162.025兆赫頻帶，近海航行時工作頻寬為12.5kHz和25kHz，海洋環(huán)境中為25kHz。AIS通過時分多路接入提高通信能力。

（四）衛(wèi)星隱蔽通信技術(shù)

衛(wèi)星隱蔽通信技術(shù)現(xiàn)有兩種信息隱藏方法：一種是通過密碼算法或保密傳輸協(xié)議，但易被追蹤；另一種是采用跳頻、擴(kuò)頻和編碼技術(shù)，具有良好的抗干擾性和難以被探測的優(yōu)勢，但消耗大量衛(wèi)星頻譜資源，且在大量通信需求下難以滿足保密需求。因此，變換域衛(wèi)星信息隱藏成為有效方案，將信息嵌入普通廣播或電視信號中，通過公共電視轉(zhuǎn)播或衛(wèi)星鏈接傳輸，共享衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源。這種方法不易被發(fā)現(xiàn)，具有強大的抗干擾和抗截獲能力。在通信設(shè)備信號傳輸優(yōu)化中，大數(shù)據(jù)分析的大信號掩蓋技術(shù)區(qū)分機(jī)密數(shù)據(jù)和普通數(shù)據(jù)：大功率信號s（t）傳輸普通數(shù)據(jù)，小功率信號w（t）傳輸機(jī)密數(shù)據(jù)，兩信號疊加發(fā)送公式如下：

（五）海洋物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

傳統(tǒng)物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)（如藍(lán)牙、紅外、移動蜂窩）在邊遠(yuǎn)和海洋區(qū)域面臨覆蓋不足的挑戰(zhàn)。低軌道衛(wèi)星通信技術(shù)可在海上實現(xiàn)廣泛的信號傳輸，確保通信時效，減少對信號功率的依賴。選擇低能耗傳感器并結(jié)合太陽能進(jìn)行能量補給，可實現(xiàn)全天候操作。利用衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，可在470公里范圍內(nèi)遠(yuǎn)程監(jiān)控海上平臺、島嶼和船舶，使用入侵檢測傳感器實時反饋數(shù)據(jù)，提高通信效率。衛(wèi)星物聯(lián)網(wǎng)還支持快速移動的船舶平臺，優(yōu)化資源和人員配置[4]。

（六）無線光通信技術(shù)

無線光通信使用光進(jìn)行無線信息傳輸，不需光纜，建設(shè)快速靈活，利用頻譜廣泛。相較于光纖通信和傳統(tǒng)無線通信，它在容量、抗干擾和抗截獲方面具有顯著優(yōu)勢。系統(tǒng)中，光傳輸子系統(tǒng)負(fù)責(zé)信號光和信標(biāo)的發(fā)射與接收。ATP子系統(tǒng)實現(xiàn)掃描、捕捉、通訊，并維持光天線對準(zhǔn)。光端機(jī)內(nèi)完成信標(biāo)光的發(fā)送和接收。伺服穩(wěn)定子系統(tǒng)將運動載體（如艦船、飛行器）的振動信號轉(zhuǎn)換為低頻低幅，同時約束大干擾。通信過程分為圖3的四個環(huán)節(jié)。

在無線光通信的首個搜尋階段，雙方光天線通過陀螺伺服機(jī)構(gòu)控制保持穩(wěn)定，使用尋北儀粗略定位后，發(fā)出信標(biāo)進(jìn)行初步搜索。其次是捕捉階段，當(dāng)雙方信標(biāo)進(jìn)入對方接收天線視野，捕捉CCD檢測到對方波束，隨后停止高速掃描。兩個天線相互調(diào)整對準(zhǔn)，完成捕捉，并進(jìn)入激光束追蹤與鎖定，建立通信聯(lián)系。通信階段，光天線通過ATP系統(tǒng)感應(yīng)載流子漂移引起的對準(zhǔn)誤差，實現(xiàn)伺服射束的互相追蹤對準(zhǔn)，維持通信暢通。最后，在通信結(jié)束后，控制電腦發(fā)出撤回命令，使光天線返回原位，斷開主動式伺服天線供電，完成回收過程。

四、結(jié)語

在傳統(tǒng)海上通信設(shè)備中的通信技術(shù)具有傳輸效率低以及距離受限等問題。這種情況下，就需要應(yīng)用新時期的5G技術(shù)、無線光技術(shù)，切實優(yōu)化信號傳輸技術(shù)，提高信號傳輸效率，保障海上通信設(shè)備的功能。除此之外，要注重優(yōu)化信號傳輸設(shè)備，配備專業(yè)人員，采用多種無線通信方式的組網(wǎng)模式，配備專業(yè)的通信手段，從而切實增強艦船在海上通信的可靠性和時效性。中國軍轉(zhuǎn)民

參考文獻(xiàn)

[1]張煥俊.海上專用信號傳輸網(wǎng)絡(luò)中的病毒檢測技術(shù)[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2017（4）：169-171.

[2]張智新，胡建華.海上平臺手機(jī)信號覆蓋設(shè)計研究[J].中國寬帶，2022，18（4）：17-19.

[3]陳學(xué)昌.基于DSP架構(gòu)的海上信號傳輸與控制系統(tǒng)設(shè)計[J].艦船科學(xué)技術(shù)，2017（6）：180-182.

[4]范同磊，施展.淺析海上AIS信號亂象及對策[J].珠江水運，2022（15）：28-30.

（作者單位：中國人民武裝警察部隊海警總隊海南支隊）