短波跳频电台的发展趋势

第37卷第4期 电 讯 技 术 Vol.37No.4 1997年8月 TELECOM M UNICATION　ENGINEERING Aug.1997●技术展望

短波跳频电台的发展趋势*

王清泉**

关键词:短波通信,跳频,调制解调,评述

[摘要]本文根据短波跳频电台的发展趋势,重点分析了研制新型短波数字跳频电台所涉及的若干关键技术问题。

一、模拟短波跳频电台的现状

由于短波信道的特点及相关技术的局限性,目前问世的绝大多数短波跳频电台都是传输模拟话音的模拟跳频电台[1～3],此类短波跳频电台,在技术上存在以下问题。

1.话音质量差

模拟跳频时,由于模拟话音信号难以存贮及恢复,因而在电台传输跳频同步信号及每跳换频期间所损失的话音信号,无法在正常话音跳频周期内予以恢复,造成话音中断,因而话音质量较差。根据几次通话试验结果,可得出这样的结论:将话音信号分为5个等级,以人耳听通话效果判分,模拟跳频通话比定频通话信号恶化约一个信号等级,且引入了明显的噪声。

2.通信距离缩短

模拟跳频通信话音信号比定频通信话音信号质量恶化约一个等级,通信距离必然缩短,大致缩短20%,其中包括远距离弱信号

*本文于1997年3月5日收到。

**电子工业部第28研究所时,同步传输失误导致通信距离缩短10%,后者已为VHF跳频电台大量跳频通信试验所证实。

3.跳速较低

模拟跳频时,话音信号每个跳周期都有中断,中断时间达3～7ms,主要由频合器换频时间、信道延迟、功放调谐时间等组成。实验表明,语音信号中断率高于每秒20次,每次中断时间大于20%,话音质量会明显恶化。正因为如此,目前的短波模拟电台跳频速率绝大多数为5～10跳/秒。

二、短波跳频电台发展趋势

借鉴VHF跳频电台的成功经验,分析国外短波跳频电台的有关资料,可以归纳出短波跳频电台的发展趋势是研制新型短波数字跳频电台。短波数字跳频电台是指同步信号和话音均采用数字编码方式传输的短波跳频电台。话音是数字信号,传输同步信号和换频期间停止发射的话音信号,可以采用数据压缩技术得以恢复,因而跳频通信和定频通信话音质量相当。与模拟短波跳频电台相比,

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通信距离增加、跳频速率大于20跳/秒、可加保密数字话、可传数据,综合抗干扰能力大大增强。

短波数字跳频电台的技术难点很多,国外直到90年代初才由HARRIS 公司推出了RF —5000型短波数字跳频电台。至于HF —2000及SC —140这样的短波跳频电台,由于电台传输的仍是模拟话音信号,因而只能算

是技术比较先进,采用了自适应选频,增加了M ODEM 可通数据的短波模拟跳频电台。

HARRIS 公司的RF —5000型短波数字跳频电台对外实行严格保密,更难以购到样机,我们必须立足国内,加快研究短波数字跳频的有关技术难点,力争国产短波数字跳频电台早日问世。短波数字跳频电台的原理框

图如下图所示。

短波数字跳频电台组成框图

跳频通信前,先由自适应控制器扫描选择可以进行正常通信的频率点,作为跳频通信用的频率表。跳频通信时,跳频单元控制电台接收或发送同步信号并进行跳频控制;发送时,话音信号经声码器变为数字信号,送M ODEM 调制后,经发射机发送出去;接收时,话音信号经M ODEM 解调,恢复为数字信号送声码器还原模拟话音信号;控制单元完成电台的各种定时、控制及信息交换。

三、数字跳频的若干关键技术

1.声码器技术研究[4]

RF —5000短波数字跳频电台声码器采用美国LPC —10—52E 标准,声码器速率为2400bps 及800bps 两种。

数字通信或定频声码话通信时,声码器

速率为2400bps ;跳频通信时,声码器速率800bps 。

(1)低速声码器研制。

跳频特有的问题是换频和发送同步期间,停止发送话音信号,采用数据压缩技术可以恢复停止发送话音期间中断的信号。实现方法是声码器输出低于M ODEM 输入数据速率,停发期间话音先存储在FIFO 内,然后再经MODEM 高速发送出去。

国内目前技术比较成熟的短波MO-DEM 速率为2400bps,要将声码器速率降低到800bps 左右而话音质量不明显恶化,技术上是有相当难度的。

(2)声码器速率确定

声码器速率必须满足数据平衡公式。设

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声码器速率为f v,M ODEM输入速率f m,电台换频时间为x bit,跳频周期为y bit,每z跳发一次勤务信息,则有:

(z-l)(y-x)/f v=z y/f m(1)整理后为:

y=x[1+z f v/(Z(f m-f v)-f m)](2)

当x,y,z,f m确定后,可求出唯一的声码器速率f v值。

国内1200bps的声码器已研制成功,但话音质量比2400bps有一定程度的恶化, 800bps声码器尚未见报道。综合选择各参数,使声码器速率在800～1500bps之间选择,以平衡话音质量与技术可能性之间的矛盾。

(3)声码器编码方法

声码器采用LPC—10—52E标准时,应加强纠错编码方法的研究,以确保2×10-2 bit误码率条件下,DRT大于80。

(4)声码器同步

跳频用的800bps声码器同步设计条件与定频通信已大不相同,声码器接收的数据是分跳传输的,信号有中断。同步采用信息或话音信号的起始,插入帧同步信息,分帧传输。当接收到信息结束标志或2秒钟内收不到数据,即认为数据结束。

2.跳频MODEM[4～5]

短波数字跳频需要2400bps高速MO-DEM,其主要技术指标如下:

・39单音方式;

・半双工通信;

・FEC编码:(14,10,2)R—S编码方式;

・单音频带:675～2812.5Hz;

・调制:4相TDPSK;

・解调:128点FFT;

・多普勒校正:±75Hz;

・信道带宽:3000Hz

与定频用的2400bps的MODEM相比较,没有采用交织编码纠突发错技术及带内分集技术。

跳频通信数据需每跳及时调制解调,难以采用交织编码纠突发错技术,应采用合适的纠错方法来对抗突发错,保证数据传输正确。

M ODEM输入输出数据是逐跳断续的。相位不连续,时间不连续,应探讨MODEM 同步信息的接收及同步保持问题。

3.自适应控制器[4][6]

由于短波信道存在多径传播、瑞利衰落及各种干扰,属于时变信道。故需要自适应控制器在操作员干予下对短波信道进行扫描、探测、分析并建立可资通信的跳频频率表。当然,自适应控制器还应具备定频自适应控制器的功能。跳频使用时,有几点不同。

(1)建立跳频频率表

跳频频率表中有N个频点,自适应控制器在M个信道上(M>N)进行双向扫描、探测、分析信号质量,探测双方交换分析结果,由主叫方将双方都认为优良的信道确定为跳频频率表中的N个频点并通知全网。

(2)跳频频率表的保密

跳频频率表是要保密的跳频参数,自适应探测结束后,跳频频率表若采用无线方式发给全网各电台,需对信息进行加密处理,也可采用人工分发的方法确保频率表安全。

(3)跳频频率表的实时更换

当跳频频率表中某些信道受干扰或噪声影响严重时,应能实时自动更换这些信道频率,目前,还没有那种自适应跳频电台实现了此种功能,但无疑是一个重要的技术发展方向。解决这一问题涉及“坏跳”频率识别、跳频信息重新设计、跳频与自适应选频综合设计、信息保密设计等。

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