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[摘 要]随着科学技术的不断完善，我国甚高频通信系统日益完善，提高了通信质量。 但是在实际运行过程中仍然存在诸多问题，需要加强技术研究，优化其抗外界干扰的能力，提高系统运行的稳定性。因此本文对水上甚高频数据通信系统中的多径时延相关热点问题进行一番探讨。
[关键词]甚高频；水上无线通信；多径时延；
中图分类号：S211 文獻标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0319-01
0 引言
甚高频（Very High Frequency，VHF）通信作为水上近距离通信的主要手段已有几十年的历史，其工作频段范围为 156 ～174 MHz. 采用模拟信号的语音通信目前仍是船舶间和船岸间通信的主要方式.甚高频数据通信系统（VHF Data ExchangeSystem，VDES）的设计研究用于解决由于传统水上 VHF 频段频带窄、通信容量小而造成的 AIS VHF 数据链中网络繁忙和拥堵问题，同时也为水上数据通信提供了更广泛的高速通信途径，以促进水上通信现代化的发展. VDES 的研究对未来船舶导航和船舶交通管理具有重要的指导意义.目前，VDES 处于研究阶段，ITU 和 IMO 等相关国际组织尚未形成统一的标准，可以参考的主要是由 ITU 在 2008 年发布的 ITU-R M.1842-1 建议书该建议书提出了 VDES 的技术发展目标，展示了几种应用示例，其中 100 kHz 带宽应用示例为采用 4 个 VHF 频道组合成的 100 kHz 带宽的数据通信频道，并且具有 32 个子载波结构.利用正交频分复用 （ Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）的多载波通信技术能够满足 VDES 的要求.水上 VHF 频段的无线信号传输信道环境存在多径效应，选择 OFDM 能在有效提高频带利用率的同时，有效对抗水上的多径时延的影响.
1 水面参数
在建立水上 VHF 多径信道模型前，首先要选定合适的水面参数.电磁波在水上环境下传播受到水上气候的影响，导致水上信道参数发生改变.水面状态可以用数值级数描述，常用世界气象组织（World Meteorological Organi-zation，WMO）和 Douglas 采用的波高划分.
2 多径传播模型
2.1 水上无线多径信道
水面的粗糙导致水上电磁波传输存在水面镜面反射和水面漫反射，因此水上无线信号传输路径包含 3 种（见图1），即直达路径、镜面反射路径和漫反射路径. 直达路径是指射频发射端与接收端之间的可视路径；镜面反射路径是指经一次镜面反射的路径；漫反射路径是指经多方向水面漫反射的路径.镜面反射路径与直达路径的路径差是固定的，即时延固定，镜面反射的时延差也是多径时延的最小值. 漫反射时延差大于镜面反射的时延差. 漫反射点可能会落在镜面反射点附近的任意区域，与实际水况有关，漫反射路径与直达路径的路径差是随机的，即时延是随机的.一般认为镜面反射路径来自单独的一个点，而漫反射路径来自具有一定范围的区域 . 水上无线信号传输示意图见图1.
2.2 漫反射区域和多径时延
电磁波发生漫反射（即经过有一定倾斜的无限小的漫反射面反射）时，部分漫反射面反射的电磁波能够被接收端所接收，这些漫反射面所组成的区域即称为有效漫反射区域，如果在接收端接收到的多路漫反射路径时延相近，则会产生叠加效应，影响有效信号的接收.有效漫反射区域的位置和范围直接决定了接收信号的最大时延，确定有效漫反射区域的位置和范围即可确定水上无线信道的最大时延.
3 实现步骤
实现完整的水上甚高频数据传输，还需要结合信源编码、信道编码等过程。具体步骤为 MAC层将以字节为单位的待发送数据传输至物理层，物理层将发送数据转换为二进制的比特流。为了增加通信系统的传输可靠性，降低信道中的噪声和干扰产生的影响，需要将二进制比特流进行信源编码和信道编码。本文选择卷积和交织进行信源和信道编码，完成编码后的二进制数据信息通过指定的星座映射调制成符号序列，通过串并转换进行IF -FT变换，即完成 OFDM符号的生成，添加循环前缀后得到完整的基带信号，再通过射频段上变频至指定的甚高频频段即可完成发射。接收过程为发射的逆过程。
结论
总之OFDM 系统对抗多径时延的性能取决于最大程度消除符号间干扰（Inter Symbol Interference，ISI），通过设置大于无线信道的最大时延的保护间隔能够满足该需求. 水上 VHF 信道中最大多径时延成为 VDES 参数设计的关键，因此有必要研究建立一种水上 VHF 多径传输模型以完成和实现 VDES 的通信需求.
参考文献
[1]彭晓星.GMDSS系统存在问题及应对措施[J].上海海事大学学报，2008，
29（1）：37-40.
[2]吕春苗.OFDM宽带短波通信关键技术研究[D].杭州：浙江大学，2011.
[3]刘安.无线通信原理与应用[M].第2版.周文安，等译.北京：电子工业出版社， 2012.
[关键词]甚高频；水上无线通信；多径时延；
中图分类号：S211 文獻标识码：A 文章编号：1009-914X（2018）28-0319-01
0 引言
甚高频（Very High Frequency，VHF）通信作为水上近距离通信的主要手段已有几十年的历史，其工作频段范围为 156 ～174 MHz. 采用模拟信号的语音通信目前仍是船舶间和船岸间通信的主要方式.甚高频数据通信系统（VHF Data ExchangeSystem，VDES）的设计研究用于解决由于传统水上 VHF 频段频带窄、通信容量小而造成的 AIS VHF 数据链中网络繁忙和拥堵问题，同时也为水上数据通信提供了更广泛的高速通信途径，以促进水上通信现代化的发展. VDES 的研究对未来船舶导航和船舶交通管理具有重要的指导意义.目前，VDES 处于研究阶段，ITU 和 IMO 等相关国际组织尚未形成统一的标准，可以参考的主要是由 ITU 在 2008 年发布的 ITU-R M.1842-1 建议书该建议书提出了 VDES 的技术发展目标，展示了几种应用示例，其中 100 kHz 带宽应用示例为采用 4 个 VHF 频道组合成的 100 kHz 带宽的数据通信频道，并且具有 32 个子载波结构.利用正交频分复用 （ Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）的多载波通信技术能够满足 VDES 的要求.水上 VHF 频段的无线信号传输信道环境存在多径效应，选择 OFDM 能在有效提高频带利用率的同时，有效对抗水上的多径时延的影响.
1 水面参数
在建立水上 VHF 多径信道模型前，首先要选定合适的水面参数.电磁波在水上环境下传播受到水上气候的影响，导致水上信道参数发生改变.水面状态可以用数值级数描述，常用世界气象组织（World Meteorological Organi-zation，WMO）和 Douglas 采用的波高划分.
2 多径传播模型
2.1 水上无线多径信道
水面的粗糙导致水上电磁波传输存在水面镜面反射和水面漫反射，因此水上无线信号传输路径包含 3 种（见图1），即直达路径、镜面反射路径和漫反射路径. 直达路径是指射频发射端与接收端之间的可视路径；镜面反射路径是指经一次镜面反射的路径；漫反射路径是指经多方向水面漫反射的路径.镜面反射路径与直达路径的路径差是固定的，即时延固定，镜面反射的时延差也是多径时延的最小值. 漫反射时延差大于镜面反射的时延差. 漫反射点可能会落在镜面反射点附近的任意区域，与实际水况有关，漫反射路径与直达路径的路径差是随机的，即时延是随机的.一般认为镜面反射路径来自单独的一个点，而漫反射路径来自具有一定范围的区域 . 水上无线信号传输示意图见图1.
2.2 漫反射区域和多径时延
电磁波发生漫反射（即经过有一定倾斜的无限小的漫反射面反射）时，部分漫反射面反射的电磁波能够被接收端所接收，这些漫反射面所组成的区域即称为有效漫反射区域，如果在接收端接收到的多路漫反射路径时延相近，则会产生叠加效应，影响有效信号的接收.有效漫反射区域的位置和范围直接决定了接收信号的最大时延，确定有效漫反射区域的位置和范围即可确定水上无线信道的最大时延.
3 实现步骤
实现完整的水上甚高频数据传输，还需要结合信源编码、信道编码等过程。具体步骤为 MAC层将以字节为单位的待发送数据传输至物理层，物理层将发送数据转换为二进制的比特流。为了增加通信系统的传输可靠性，降低信道中的噪声和干扰产生的影响，需要将二进制比特流进行信源编码和信道编码。本文选择卷积和交织进行信源和信道编码，完成编码后的二进制数据信息通过指定的星座映射调制成符号序列，通过串并转换进行IF -FT变换，即完成 OFDM符号的生成，添加循环前缀后得到完整的基带信号，再通过射频段上变频至指定的甚高频频段即可完成发射。接收过程为发射的逆过程。
结论
总之OFDM 系统对抗多径时延的性能取决于最大程度消除符号间干扰（Inter Symbol Interference，ISI），通过设置大于无线信道的最大时延的保护间隔能够满足该需求. 水上 VHF 信道中最大多径时延成为 VDES 参数设计的关键，因此有必要研究建立一种水上 VHF 多径传输模型以完成和实现 VDES 的通信需求.
参考文献
[1]彭晓星.GMDSS系统存在问题及应对措施[J].上海海事大学学报，2008，
29（1）：37-40.
[2]吕春苗.OFDM宽带短波通信关键技术研究[D].杭州：浙江大学，2011.
[3]刘安.无线通信原理与应用[M].第2版.周文安，等译.北京：电子工业出版社， 2012.