摘 要：短波数据通信是现代军事通信中广泛使用的信息传输手段，在通信领域中占有十分重要的地位。本文介绍了短波数据通信的基本特点，研究了短波数据通信在国内外的发展现状，探讨了短波数据通信中的关键技术和未来发展方向。
关键词：短波数据通信、短波高速数据传输、短波终端技术
1 引言
短波通信一直是世界各国中、远程通信的主要手段，被广泛应用于政府、军事、外交、气象、商业等部门，用以传送电报、电话、传真、低速数据和图像、语音广播等信息[1]。尽管卫星通信出现以后某些短波通信业务被卫星通信所取代，但是，因为短波通信技术用于近距离移动通信，也可作为远距离固定通信，而且其设备简单、成本低廉、机动灵活、传输距离远，加上战争期间，短波通信设备具有抗毁性，使短波通信将于卫星通信长期并存发展。特别是在中远程军事通信中，短波通信将占有极其重要的地位。
2 短波数据通信的特点
短波信道是变参信道，具有严重的时变色散性。时变衰落、多普勒频移以及多径传输造成了高频信号在时、频、空三维空间中的严重扩展，影响了数据在短波信道上传输的有效性和可靠性[2]。这些影响主要表现在以下几个方面：
（1）多径衰落使所传输的数据信号幅度产生严重的起伏，甚至完全消失，这是造成短波数据通信出现突发性错误的主要原因；
（2）延时扩展引起的波形展宽使所传输的数据码元互相串扰，即码间串扰（ISI），限制了数据速率的提高：
（3）电离层快速运动和反射层高度的变化所引起的多普勒频移使发射信号的频率结构发生变化，相位起伏不定，从而造成了数据信号的错误接收。
这些问题的存在，不仅限制了短波通信的发展，而且也不能很好地适应人们日益增长的对数据通信，特别是对高速数据通信业务的需求。
3 短波数据通信现状
短波数据通信通常利用HF频段上的3KHz带宽传输数据，即基于传统话音信道上，通过调制解调器将数据信号转变为音频信号通过音频口进行传输。目前，常用通信体制有：定频和慢速跳频两种，最高速率支持2400bps。
对于定频高速数据传输，目前流行的有两种体制的调制解调器：并行体制和串行体制。
并行体制是将发送的数据，并行分配到多个子载波上传输，传统的并行体制中各个子载波在频谱上互相不重叠，在接收端用滤波器组来分离各个子信道，各个子信道之间留有保护频带，虽然对误码率和通信可靠性的改善比较好，但同时存在着发信功率利用率低、频谱利用率低、抗频率选择性衰落及窄带共信道干扰抵抗力差、要求幅度非线性失真互调干扰指标高、要求在拥挤的最高可用频率段工作等先天缺点；串行体制则使用单载波调制发送信息发送端采用8PSK调制，其差错控制方式采用的是前向纠错和反馈重发相结合的混合纠错法，并在接收端运用信道均衡技术、长交织技术、时间分集技术、频率分集技术来补偿信道状态的变化，消除了多径传播和信道畸变引起的码间制串扰，串行制不存在功率分散问题，在相同传输速率下，误码率比并行制改善1-2数量级，大大提高了传输质量[3]，但对均衡的要求很高。目前研制的最先进的串行体制调制解调器采用256-QAM调制，在3KHz带宽上数据传输速率可达16Kbps。新一代并行体制调制解调器，采用正交频分复用技术，由于各子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱互相重叠，可以最大限度地利用频率资源。同时它把高速数据通过串／并转换，将频率选择性衰落信道转换为平衰落信道，从而具有良好的抗噪声、抗多径干扰的能力，适于在短波频率选择性衰落信道中进行高速数据传输[4]。国外已经实现利用短波正交频分复用技术在3KHz带宽上实现9．6Kbps速率的传输。
4 短波数据通信的发展趋势
在短波通信中，随着用户对数据业务的需求越来越多，短波数据通信的地位也越来越重要。目前短波数据通信逐渐暴露出传输速率低、通信容量有限等缺点，已经不能适应现代通信任务的需求，亟需加以变革和发展。
4.1 短波高速数据传输技术
4.1.1 拓展带宽技术
由于短波信道十分拥挤，过大的信道带宽（如100KHz级）干扰严重，会给系统接收机设计和短波组网应用带来严峻的挑战。考虑到现有设备的带宽，在传统3KHz带宽的基础上进行适当的拓展，降低高速数据传输时的信噪比要求，在目前是一条可行的策略。
4.1.2 高效调制技术
进一步研究短波数字调制解调技术，并进行调制与编码相结合体制的开发。重点研究以自适应均衡与最大似然序列检测（MLSE）最佳组合构成的串行调制解调器和采用格形编码调制体制（TCM）的调制解调器，进一步提高短波数传速率，更有效地克服码间干扰。
4.1.3编译码技术
Turbo码是一种非常接近Shannon极限的编译码技术，与传统的RS码和卷积码相比，由于采用了软输入输出迭代译码方法，译码性能更加优越，具有广泛的应用前景。由于Turbo码派生出的Turbo原理，与调制解调技术结合可形成Turbo迭代检测和均衡，获得的性能比单一前向纠错更好。
4.1.4自适应信道均衡技术
在短波时变信道中传输信号时，为了消除多径效应、多普勒频移等带来的严重码间干扰，必须采用自适应信道均衡技术。判决反馈均衡器(Decision Feedback Equalizers，DFE)是目前短波通信系统普遍采用的一种均衡技术[5]。近几年提出了一种新的均衡技术－Turbo 均衡技术，它结合信道编解码技术，充分利用了信道信息，经比较在短波通信系统中应用Turbo 均衡技术较之DFE 又提高了2~3dB[6]
4.2 短波终端技术向自适应调制解调技术发展
现代短波通信终端技术，主要是针对短波通信存在着严重的电磁干扰的特点，为了满足人们对数据业务，特别是高速数据业务的需求，围绕着提高短波数据通信的有效性和可靠性而发展起来的。主要包括语音编码技术、数字调制技术、短波调制解调器技术，差错控制技术等。
传统的短波通信工作方式主要是“话”和“低速报”，无法满足数据通信的需要。在短波信道上传输数据话音和其他数据信号必须要有短波Modem，调制解调器就成为实现短波数据通信的关键部件。由于短波信道是一个典型的时变信道，多种反射模式并存，不仅存在衰落而且存在多径时散，绝大多数多径时延在2～5ms范围内。同时，由于信息时代严重的电磁干扰，为了保证网络传输信息的可靠性，调制解调方式必须具有抗干扰、抗多径和抗衰落的能力，保证快速准确地传递信息。因此，短波自适应抗多径调制解调技术成为现代短波通信研究的重要方面。
4.3 差错控制技术
短波信道中，随机噪声会导致随机差错，衰落、脉冲干扰会导致突发差错，严重影响数据通信，通常字符差错率在10-2～10-3数量级，采用差错控制技术，可以改善二、三个量级，达到10-5～10-6[5]。短波通信常用两种差错控制技术：（1）自动请求重发（ARQ）：收端检错，通知发端重发错误信息，因而也称反馈纠错。对随机差错和突发差错都有良好的效果，但频繁重发，信号时延增大。（2）正向纠错（FEC）：利用纠错码，收端自动纠错，需要大量冗余码，占码元总数的25％～50%。采用交织码/扩散卷积码，可把突发差错分离成随机差错。FEC不需反馈信道，但造价较高。如何根据信道的质量自适应地选择合适的差错控制技术，是未来的一个重要研究方向。
5 结束语
随着数据业务量的增加和业务种类的拓展，对于短波高速数据传输的需求也日益增强，为了获得更高的通信容量，支持更多的业务应用，对短波高速数据通信进行进一步的研究具有重要的现实意义。
由于短波通信在军事通信领域地位的特殊性，即便是移动通信和互联网如此发达的今天，不断取得重大技术突破，推动着短波数据通信的发展。如今，短波通信已经伴随着我们进入了信息时代，随着技术的进步和人们研究的深入，短波数据通信必将以崭新的面貌迎接新的挑战。
参 考 文 献：
[1].徐淑正,张 晖,杨华中等.信息时代的短波通信.电子技术应用,2005.3
[2].胡中豫等.现代短波通信[M].北京：国防工业出版社,2003
[3] 陈 浩.短波通信新技术与新体制.通讯世界,2000 (12)
[4] 申志福,马大玮.短波通信新技术应用及发展趋势.军队指挥自动化,2005(4)
[5] 董斌虹,李少谦.短波通信的现状及发展趋势.信息与电子工程,2007.2
[6] Otnes R,Tuchler M.Improved receivers for digital high frequency waveforms using turbo equalization[A].MILCOM.2002[C].Disney land Resort in Anaheim,California, 2002
作者简介
韩艳，女，1984年生，山西忻州人，重庆通信学院通信与信息系统硕士研究生，主要研究方向为短波数据通信。