基于非对称系统的个人野外移动通信系统研究

武警工程大学信息工程学院 金恒康

本文在现有的通信技术发展基础上，采用非对称的手段，将超短波、短波和卫星两种通信模式结合在一起，实现非对称通信结构模式。根据野外实际特点研究接收带宽大于发送带宽或发送带宽大于接收带宽的非对称野外移动通信系统。个人配备此系统后可以保证在野外环境中实现高效通信同时又达到便携性要求，提高在野外生存能力。通过利用卫星通信进行下载，利用超短波，短波通信进行上传，节约频谱资源、提高频带利用率、减小设备重量和体积，达到一种更加高效的状态，更符合野外环境特点以及开展野外多样化活动的需要。

1.引言

在个人野外活动作业的情况下，移动通信是最重要的通信保障方式。研究个人野外移动系统的问题，其实质就是要解决个人在开展多样化活动中的“动中通”问题，尤其是传统移动通信无法实现的情况。目前，个人野外移动通信方式主要有三种。第一种，实现近距离通信的超短波电台。第二种，实现较长距离通信的短波电台（姜圣.新一代边海防短波电台的设计及关键技术的实现[D].东北大学,2012）。第三种，实现远距离的卫星通信。三种通信方式各有优劣，针对具体活动的差异性可以采用不同的通信方式。但是在日渐复杂的社会环境中，三种通信方式的硬性结合使用，不但使用复杂，个人操作容易出现差错，同时便携性也无法保证。已经不能再体现设备优势，甚至因为过度负荷成为的负担（田桂花,董红英.ADSL技术浅析[J].价值工程,2010,29(22):143-143）。

2.个人野外移动通信系统现状

个人野外通信系统主要是针对有户外需求的士个体，其特点在于上传的信息量较小，可以借助超短波的通信方式来实现。而下载信息的容量大，种类多，使用卫星通信的方式来实现是最为合理的。就目前卫星通信（甘仲民,张更新.卫星通信技术的新发展[J].数字通信世界,2006,27(8):2-9）的使用来看，主要还存在着卫星接收天线过大，重量过沉，空间占用较多，可携性差的缺陷，配备个人野外移动通信系统就可以解决这个难题。作为个人携带的为野外通联服务的设备，考虑到避免在负重，以及体积上给个人造成额外的负担，因此尽可能的让这个设备小而便携。因此我们考虑当前的问题有如下三点：（1）天线过大，是否可以找到不降低接收信号质量而又量轻体小的材料。（2）系统过重，当前卫星通信设备的电源质量和体积都需要耗费一个人力，应用性角度来说不科学。（3）个人野外移动通信的数据通信量的需求性究竟如何，实现与达到的通信要求标准（吴传富,郝威,江磊.军事短波通信中的干扰问题[J].四川兵工学报,2010,31(11):99-101）。

3.通信非对称结构设计及优势

3.1 通信结构对比

如图1中两种通信结构对比，以箭头宽度模拟传输信号的频带宽度，上行和下行带宽相同时，可以对上传输各类信息，对下也可以接收同等宽度的各类信息，从设计的简便角度来说是非常合理的。但是从实际出发，并不是最适合的。在个人野外活动时，需要较丰富的信息资源和辅助活动信号，确保对动态环境进行掌握，因此会要求更高的下行带宽，而对上行带宽的要求只需要保障语音和数据的高效传输即可（胡国强.卫星通信网络和短波/超短波通信网络的互连[J].电讯技术,2006,46(4):137-139）。图1中的非对称条件下的设计，上下不对称的设计，保证下行带宽不变的基础上让上行带宽大大减小，通过这种设计，既能保证个人的有效通联，同时也可以使带宽减小、节约资源、降低成本，并且可以通过这种方式，实现对通信系统硬件进行优化的目的。因此，选择非对称结构的通信系统是从实际出发，从实际出发，相比于对称型结构，非对称的设计在个人野外通信系统中更加合理。

图1 通信结构对比

3.2 结构优势分析

对比当前个人野外移动通信设备，非对称结构的通信系统的优势主要体现在以下几个方面：

（1）速率提高。采用非对称结构，虽然仍无法做到优先发送，但是通过频带的合理规划，使发送和接收完全分开来，上传和下载两个信号传输方向，采用两个完全独立的信道进行，增加信息传输的速度，使信息传输的速率整体提高。

（2）设备小型化。非对称结构的单兵通信系统，利用通信手段的单向传输，完全砍掉另一个方向的传输信道，降低需要构成设备的部分部件，从而使设备做到小型化。

（3）个人操作更加简便。控制系统对超短波通信只进行调制，而不进行解调，从而做到只发不收的功能。对卫星通信不进行调制，只保障解调，做到只收不发的功能。通过这个控制系统就可以实现两个通信方式的合理分工，使用一个通信系统就能完成原本的两个工作内容，使个人使用起来更加方便、易操作。

（4）提高频带利用率。频域范围内利用的资源是有限的，这种上下行通信分开的方式，实质是使带宽资源得到优化。原先一种通信手段收发一体的模式，会产生拥挤的信道。将收发信完全隔离分开，发信不影响收信，收信过大也不会占用发信的带宽。优化信道空间，实现提高传输速率。

（5）功耗减小。采用非对称结构之后，舍弃的单向链路彻底不再产生功耗，而留下的部分，因为超短波通信功耗较少，卫星通信的功耗也得到合理利用，总体上是将通信系统的功耗降低了。

综上五点，非对称结构的单兵通信系统分别从传输速率、设备小型化、操作简易程度、频带利用率和功耗上性能的不同程度提升体现其先进性。

4.非对称结构的个人野外通信系统设计

4.1 系统模式设计

个人野外通信系统通过将个人终端、综合通信平台和卫星空间站联接成一个信息传送网络，网络内各个节点可以实现彼此感知、信息互通和语音收发功能，通过综合信息平台处理，最大程度上扩展通讯广度和范围。基于当前的技术支持能力，结合实际，在现有的三种通信手段的基础上进行改进。弥补超短波只能近距通信、短波信号不稳定、卫星地面站不能小型化的局限和缺陷。信号传输过程链路如图2所示。

图2 系统传输模式

4.2 子系统设计

（1）控制系统。控制系统的功能是对整个单兵通信系统的统筹控制，协调收发的输入输出。通过发送或者接收键入，来启动相应的超短波子系统或者卫星子系统。避免两个系统在同时收发信息时产生冲突和造成干扰，如图3所示。

图3 控制系统

图4 超短波子系统

（2）超短波子系统。当个人在使用该系统时，控制系统打开超短波子系统，进行子系统模式，通过外设键选择对语音信号的发送时，由该系统通过对语音信号进行调制，转换成适合超短波信道发送的频率，再进行发送（见图4）。

（3）卫星子系统。通过终端设备，对需要的信息进行下载，通过设备的外设键，选择需要的业务类型，系统根据键入需要选择相应处理方式，并将处理后的信号以直观的方式送至输出终端，方便个人直接视听。

图5 卫星子系统

5.结论

与个人野外移动通信相比，非对称结构的个人通信系统，联合两种无线通信方式，运用在发送和接收信息的不同带宽上，根据需求的不同，优化资源配置，使结构简单，装备便携，通联顺畅。优化传输速率、设备小型化、操作简易程度、频带利用率和功耗等方面。具有推广和实践价值。