短波信道改进型快速建链技术研究

田 甜，田 杰

（西安烽火电子科技有限责任公司，陕西 西安 710000）

0 引 言

短波通信技术属于中远程无线通信技术，在短波通信过程中，由于信道之间存在竞争特性和时变特性，因此在进行业务通信前需要对待选信道进行探测和建链。对可用信道集合进行依次探测和评估，其过程消耗的时间在整体建链过程中占较高的比例，不仅降低了短波通信效率，而且还降低了信道质量参数输出的实时性[1]。本文针对短波通信建链问题，改进短波通信建链方案，提出了一种改进型的快速建链方案，以提升短波通信效率和信道质量参数的实时性。

1 短波链路建立流程

第三代短波通信的链路建立过程分为系统空闲和建链两个阶段。在系统空闲阶段对信道进行探测，筛选出所有可用的频率，构成可用频率集合，在建立链路时从可用频率集中选取适当的频率进行建链和通信。该设计未能充分考虑信道间的竞争和信道的时变特性，短波信道之间存在竞争关系，会导致信道质量降低，另外由于信道的时变特性要求，需要实时刷新信道的探测结果，以保证信道质量探测结果的实时性。频率探测和建链是分立进行的，这会导致原来可用的频率段变成不可用，第三代短波通信技术对该问题了进行了一定的改进，增加了建链前探测，即在进行建立链路之前，先对备选的频率点进行探测，利用提前探测实现对信道质量评估，筛选出进行建链的最优频率，从而实现对信道实时性的改善[2]。

短波传统建链流程中，主呼叫方先依次探测可用的频率集合，一般频率集合可设定为64个频率点。探测选定频率点附近3 kHz的带宽，若检测结果表明该信道为繁忙状态，则进行对下个频率点的探测，若检测到当前信道为空闲状态，则发送后续响应的探测信号。发送探测信号后若能够收到应答信号，则可依据应答信号中的SNR信息和应答信号强度，对信号质量进行综合估计。当完成全部信道探测后，依据链路质量分析算法，对信道质量进行综合筛选，依据信道质量对信道顺序进行降序排列，选出质量最优的信道。选择在最优信道上进行呼叫，如果能够收到握手信号，则表示成功完成链路建立，即可转入正常的业务通信。

2 改进型快速建链技术

传统建立链路过程需要对可用频率集合依次进行探测，该方法存在以下两方面的问题。一方面是该探测过程会增加建链所需时间，频率间的切换和对信道状态的探测花费了建链的大部分时间，降低了通信效率。另一方面是该过程无法完全保障信道质量参数的实时性，由于短波信道具有快速时变性，信道质量有可能在很短时间内发生变化，因此探测获得的信道质量估计值可能具有滞后。改进快速建链技术的目的是提升建链速度，通过建链速度的提升可以提高通信效率和信道质量评估的实时性，同时需要保证建链的快速性和稳定性，在传统建链流程的基础上对建链结构进行改进[3]。改进型快速建链流程如图1所示。

图1 改进型快速建链流程

改进型快速建链技术在对频率集合探测前加入频谱预测环节，通过频谱预测可以获得信道闲忙状态的预测值，根据信道状态的预测结果判断是否可以建链。利用频率预测减少了探测过程中频率间的切换过程和信道感知，降低了这两个过程的时间消耗。频谱预测存在一定的预测误差，有可能导致对信道状态的误判，但预测误差出现的概率很小，仅造成了很小的性能损失，却能够实现建链速度的大幅度提升。另外改进了LQA算法，新型LQA算法不仅将信道信噪比作为主要考察因素，同时将信道连续空闲时长和空闲概率作为考察因素。通过引入连续空闲时长，增加连续空闲时长因素的权重，会将连续空闲较长的信道靠前排序，从而使得空闲信道会被优先探测，降低信道切换的次数，提高信道探测效率。此外，通过引入信道空闲概率可以排除出一些特殊状况，例如对某信道的下一时刻预测状态为闲且其连续空闲时间也较长，但实际情况是该信道下一时刻为繁忙且其时间空闲率也较低，通过信道空闲概率判断，可筛选出此类错误预判情况。

3 信号收发方案设计

信号建链过程中涉及到信号的发送和接收，信号的收发对信道探测和信道质量评估具有重要影响，因此需分别分析信号的发送方案和接收方案。

3.1 信号发送方案

信号的发送过程主要包括生成发送序列、生成波形以及调制载波。首先需要解决的问题是生成发送序列，经过数据预处理、保护序列、同步报头序列、PDU信息处理以及合并等操作，将协议数据的信息转换为待发送的序列。待发送序列生成流程图如图2所示，描述了从协议数据到待发送序列之间经过的处理环节和处理过程[4]。

图2 待发送序列生成流程

生成待发送序列后，需要生成波形。待发送序列属于符号值序列，对其进行处理后转换为连续的波形，转变标准需选用GJB和MIL协议标准，选用8PSK对发送序列实施调制映射，通过映射将待发序列划分为I和Q两路，通过滤波获得基带信号的连续波形，基带波形生成流程如图3所示。最后是完成载波调制，分别将I和Q基带波形与各调制信号进行相乘，然后将两路信号合并为一路信号，将最终的信号通过射频输出发送信号。

图3 基带波形生成流程

3.2 信号接收方案

信号接收处理流程如图4所示，接收信号通过信道接收机被接收到系统中进行带通滤波。带通滤波器的中心频率设计为1 800 Hz，带宽设计为3 kHz。信号经过带通滤波后，再进行希尔伯特变换去除频谱中的负频率部分，以便之后进行的去载波和参数估计处理环节。紧接着是对信号的下采样，采样频率与发送滤波器的中心频率相一致，下采样之后进行去载波处理，信号经过去载波处理后，即可获取到发送信号滤波后输出的基带信号。之后即可对获得的信号进行分析处理，估计信道参数，如实现对时延和信噪比等参数的估计。通过参数的估计值即可评价建立的链路质量，另外可利用信道参数校正信道。最后提取信号中的信息，其过程基本就是发送流程的逆过程，利用信息提取即可获得最终所需要的协议数据信息。

图4 信号接收处理流程

4 结 论

本文在第三代短波通信探测和链路建立技术的基础上改进链路建立过程，提出了一种改进型快速建链方案，提高链路建立的快速性和稳定可靠性，以解决现有探测和建链技术效率低和时效性差的问题。短波信道具有短时间内发生时变的特性，开发更为快速的探测和建链技术在短波通信中具有较强的需求，因此快速建链技术是短波通信中关键研究技术。