论文部分内容阅读
中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北石家庄 050002
摘 要 散射通信是一种大容量、超视距通信技术。在简要介绍散射通信工作原理的基础上，重点对散射通信在海上应用的优势进行了说明，并介绍了几种适用于海上应用的关键技术和特殊处理方法，最后对海上典型的应用进行了举例和分析。
关键词 散射通信；海上通信；应用
中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）13-0099-01
随着我国海上经济的发展，海上超视距通信需求不断提升，然而传统技术手段或多或少存在局限性，实现大容量数据交互和共享较为困难，无法满足海上数字化建设需求，此时，散射通信成为一种经济实用、行之有效的解决方案。散射通信具有通信容量大、单跳跨距远等特点，能够很好的满足海上应用需求，尤其适用于350km以内的近海岛屿、平台、大陆间应用需求。并且，海上特殊的气象条件降低了散射通信的传输损耗，使散射通信设备在海面上使用时通信距离更远、信道传输容量更高，因此散射通信具有广阔的海上应用前景[1]。
1 散射通信概况及其优势
散射通信具有传播信道稳定、通信容量大、单跳距离远等特点，即便是磁爆、核爆，散射体也不会消失，因此，散射通信同时也具有很强的抗破坏性、抗干扰性、抗截获性等特点，适用于跨山、跨海通信，能够在海上通信中发挥重要的作用。
1.1 散射通信的优势
分析目前需求可知，实现方法主要有微波、卫星、海底光缆等通信方式。微波通信距离有限，由于海上中继不便，微波通信往往只能满足视距内通信。卫星通信适用于超远距离通信，用大量资源来满足350km以内的通信需求无法发挥其优势，不够经济。海底光缆建设维护成本高，易损毁，且不能满足移动点的需求。
作为一种中远程链路通信手段，散射通信有着突出的优势：1）不易被干扰、抗截，抗毁能力强；2）传输信道稳定，基本不受太阳黑子、雷电、极光和磁暴等恶劣环境的影响；3）通信容量大，可达8Mbps以上；4）单跳跨距远，可达100km～600km，“越障”能力强。
1.2 海上通信的优势
地理环境的不同影响着散射链路的传播损耗，受到海洋气候的影响，大气折射指数增大，进而使得散射通信传播损耗降低，传输能力增强。
大量的年中值电平统计表明海上散射比陆地高6dB～10dB，并且由于海上大气波导现象，规则、不规则层反射现象时有发生，导致海上散射通信模式并非全是瑞利信道，也存在大量非瑞利信道，这使得散射通信系统在海上应用的通信效果大大优于在陆地使用时的情况。即同一台设备，在海上应用时可以大幅度提单跳通信距离或海上传输容量；亦或者降低设备能力（意味着降低设备复杂度和成本）来实现与陆地应用时同等通信距离和容量的信息传输需求。
2 海上散射通信关键技术及特殊处理
区别于内陆通信，海上通信具有一些独有的特点，比如舰船的晃动和移动，风大，潮湿等，需要用相应的技术或者特殊处理来应对。
2.1 天线跟踪对准技术
此技術主要用于岸舰通信中，舰船行进中舰载站要不间断的与岸基站进行信息交互，这就需要双方天线实时转动并自动跟踪和对准。
舰载站由于知道自己和岸基站的位置信息（岸基站方位坐标不变）可始终锁定至岸基站，而岸基站天线采用水平跟踪扫描的方式，利用舰载站传回的舰船位置信息结合自身的位置信息就可计算出天线的最佳方位角并进行调整以对准舰船。这样就实现了双方的跟踪与对准。
若舰船在移动中通信中断，此时舰载天线可对准到岸基站，如果仍在岸基站天线覆盖范围，等待重新建链后，岸基站再进行自动跟踪对准，如果舰船已经超出了岸基站天线的覆盖范围可启用全盲对准模式。
2.2 自适应变速率技术
海上通信时，链路中值传输损耗会受到气象条件和地理环境的影响。一方面，每时每刻的气象变化，温湿度变化都会使信号接收电平在一天当中产生剧烈变化；另一方面，在进行岸舰通信时，由于舰船时时移动带来的地理环境以及通信距离变化也会影响链路中值传输损耗。如果只采用固定速率传输，通信中断概率高，无法充分利用信道资源。
速率自适应技术应运而生，即利用信道信息实时改变通信速率，以显著提高平均信息传输能力的技术。当传输损耗大时降低速率以减少通信的中断，当传输损耗小时提高速率以充分利用信道资源，从而达到提升平均信息通过量的目的[2]。
2.3 特殊处理
海上往往是高温、高盐、潮湿的气候并伴随台风、雷电，对通信设备特别是室外机的材质、安装要求较高。同时，由于散射通信自身的特点和需求，决定了海上建设散射通信站需要进行特殊处理。
1）防腐：长期暴露在盐雾、高温的环境，造成散射通信设备容易被腐蚀、盐蚀。
2）防风：必要时应为室外设备加装防风罩，天线采用栅格状设计方便透风，并在周围用不锈钢管在地面加固，最大限度地抵御台风的侵袭。
3）防爆：尤其是油田等平台应用中应特别注意防爆。设备中的波导腔内容易打火，如果接头不严密可能导致火花泄漏而爆炸，因此应特别注意波导的防爆。将金属密封管套在波导管外侧可有效解决问题。
3 海上散射通信典型应用
3.1 岸舰通信
本文中岸舰通信是指距岸边350km内的近海范围内舰船（包括抢险、救灾等应急通信船只）与大陆上通信站的通信。
我国岛屿资源众多，海岸线漫长，在信息保障方面，舰船主要依靠电台、微波、卫星等方式与大陆进行信息传输，均不理想。散射通信可以很好的满足需求，提供一种可靠安全有效的通信手段[3]。
目前，已在莱州湾一带海岸成功进行试验，测试时间超过50h，累计航行距离大于500km，试验中，船只沿“S”航迹行驶、环形航迹行驶以及摇摆度为10°的情况下双方天线均能自动锁定和跟踪以保障通信正常，岸舰距离在200km内，系统具有较大的通信余量。
3.2 平台通信
本文中平台通信是指距岸边350km内的近海范围内海上作业的平台间以及平台与大陆间的通信，典型的有海上石油开采平台。
位于海南省文昌东部海面的13-1/2油田，距陆地约130km，原有通信链路已不能满足业务的不断增长，迫切需要新建通信链路。微波、卫星、光纤等手段均不理想，最终从经济、技术等方面综合考虑选取了GS504A型散射设备建立了一条散射通信链路。现已投入使用多年，运行稳定。
3.3 岛屿通信
本文中岛屿通信是指距离在350km以内的岛屿和岛屿间以及岛屿和大陆间通信。岛屿通信与平台通信的需求类似，光缆、微波、卫星等手段均不理想，散射通信是一种较好的选择。目前在南沙、西沙一些岛屿已经部署，经过数年的使用，设备可靠稳定，满足了南沙、西沙群岛通信传输的需求，现已进入升级换代阶段。
4 结论
综上所述，作为一种宽带超视距通信手段，散射通信丰富了海上通信的传输手段，并以其抗干扰、低成本、低时延等独特优势在海上通信领域具有广阔的应用前景。
參考文献
[1]焦红艳，冯绍明.散射通信在海洋石油开采中的应用研究[J].无线互联科技，2012（1）：68-69.
[2]李文铎.用于变参信道的变速率传输技术[J].无线电通信技术，2013，39（6）：1-2，14.
[3]曲永志.UHF频段岸舰散射通信技术的应用研究[J].通讯世界，2017（5）：104-105.
摘 要 散射通信是一种大容量、超视距通信技术。在简要介绍散射通信工作原理的基础上，重点对散射通信在海上应用的优势进行了说明，并介绍了几种适用于海上应用的关键技术和特殊处理方法，最后对海上典型的应用进行了举例和分析。
关键词 散射通信；海上通信；应用
中图分类号 TN914 文献标识码 A 文章编号 2095-6363（2017）13-0099-01
随着我国海上经济的发展，海上超视距通信需求不断提升，然而传统技术手段或多或少存在局限性，实现大容量数据交互和共享较为困难，无法满足海上数字化建设需求，此时，散射通信成为一种经济实用、行之有效的解决方案。散射通信具有通信容量大、单跳跨距远等特点，能够很好的满足海上应用需求，尤其适用于350km以内的近海岛屿、平台、大陆间应用需求。并且，海上特殊的气象条件降低了散射通信的传输损耗，使散射通信设备在海面上使用时通信距离更远、信道传输容量更高，因此散射通信具有广阔的海上应用前景[1]。
1 散射通信概况及其优势
散射通信具有传播信道稳定、通信容量大、单跳距离远等特点，即便是磁爆、核爆，散射体也不会消失，因此，散射通信同时也具有很强的抗破坏性、抗干扰性、抗截获性等特点，适用于跨山、跨海通信，能够在海上通信中发挥重要的作用。
1.1 散射通信的优势
分析目前需求可知，实现方法主要有微波、卫星、海底光缆等通信方式。微波通信距离有限，由于海上中继不便，微波通信往往只能满足视距内通信。卫星通信适用于超远距离通信，用大量资源来满足350km以内的通信需求无法发挥其优势，不够经济。海底光缆建设维护成本高，易损毁，且不能满足移动点的需求。
作为一种中远程链路通信手段，散射通信有着突出的优势：1）不易被干扰、抗截，抗毁能力强；2）传输信道稳定，基本不受太阳黑子、雷电、极光和磁暴等恶劣环境的影响；3）通信容量大，可达8Mbps以上；4）单跳跨距远，可达100km～600km，“越障”能力强。
1.2 海上通信的优势
地理环境的不同影响着散射链路的传播损耗，受到海洋气候的影响，大气折射指数增大，进而使得散射通信传播损耗降低，传输能力增强。
大量的年中值电平统计表明海上散射比陆地高6dB～10dB，并且由于海上大气波导现象，规则、不规则层反射现象时有发生，导致海上散射通信模式并非全是瑞利信道，也存在大量非瑞利信道，这使得散射通信系统在海上应用的通信效果大大优于在陆地使用时的情况。即同一台设备，在海上应用时可以大幅度提单跳通信距离或海上传输容量；亦或者降低设备能力（意味着降低设备复杂度和成本）来实现与陆地应用时同等通信距离和容量的信息传输需求。
2 海上散射通信关键技术及特殊处理
区别于内陆通信，海上通信具有一些独有的特点，比如舰船的晃动和移动，风大，潮湿等，需要用相应的技术或者特殊处理来应对。
2.1 天线跟踪对准技术
此技術主要用于岸舰通信中，舰船行进中舰载站要不间断的与岸基站进行信息交互，这就需要双方天线实时转动并自动跟踪和对准。
舰载站由于知道自己和岸基站的位置信息（岸基站方位坐标不变）可始终锁定至岸基站，而岸基站天线采用水平跟踪扫描的方式，利用舰载站传回的舰船位置信息结合自身的位置信息就可计算出天线的最佳方位角并进行调整以对准舰船。这样就实现了双方的跟踪与对准。
若舰船在移动中通信中断，此时舰载天线可对准到岸基站，如果仍在岸基站天线覆盖范围，等待重新建链后，岸基站再进行自动跟踪对准，如果舰船已经超出了岸基站天线的覆盖范围可启用全盲对准模式。
2.2 自适应变速率技术
海上通信时，链路中值传输损耗会受到气象条件和地理环境的影响。一方面，每时每刻的气象变化，温湿度变化都会使信号接收电平在一天当中产生剧烈变化；另一方面，在进行岸舰通信时，由于舰船时时移动带来的地理环境以及通信距离变化也会影响链路中值传输损耗。如果只采用固定速率传输，通信中断概率高，无法充分利用信道资源。
速率自适应技术应运而生，即利用信道信息实时改变通信速率，以显著提高平均信息传输能力的技术。当传输损耗大时降低速率以减少通信的中断，当传输损耗小时提高速率以充分利用信道资源，从而达到提升平均信息通过量的目的[2]。
2.3 特殊处理
海上往往是高温、高盐、潮湿的气候并伴随台风、雷电，对通信设备特别是室外机的材质、安装要求较高。同时，由于散射通信自身的特点和需求，决定了海上建设散射通信站需要进行特殊处理。
1）防腐：长期暴露在盐雾、高温的环境，造成散射通信设备容易被腐蚀、盐蚀。
2）防风：必要时应为室外设备加装防风罩，天线采用栅格状设计方便透风，并在周围用不锈钢管在地面加固，最大限度地抵御台风的侵袭。
3）防爆：尤其是油田等平台应用中应特别注意防爆。设备中的波导腔内容易打火，如果接头不严密可能导致火花泄漏而爆炸，因此应特别注意波导的防爆。将金属密封管套在波导管外侧可有效解决问题。
3 海上散射通信典型应用
3.1 岸舰通信
本文中岸舰通信是指距岸边350km内的近海范围内舰船（包括抢险、救灾等应急通信船只）与大陆上通信站的通信。
我国岛屿资源众多，海岸线漫长，在信息保障方面，舰船主要依靠电台、微波、卫星等方式与大陆进行信息传输，均不理想。散射通信可以很好的满足需求，提供一种可靠安全有效的通信手段[3]。
目前，已在莱州湾一带海岸成功进行试验，测试时间超过50h，累计航行距离大于500km，试验中，船只沿“S”航迹行驶、环形航迹行驶以及摇摆度为10°的情况下双方天线均能自动锁定和跟踪以保障通信正常，岸舰距离在200km内，系统具有较大的通信余量。
3.2 平台通信
本文中平台通信是指距岸边350km内的近海范围内海上作业的平台间以及平台与大陆间的通信，典型的有海上石油开采平台。
位于海南省文昌东部海面的13-1/2油田，距陆地约130km，原有通信链路已不能满足业务的不断增长，迫切需要新建通信链路。微波、卫星、光纤等手段均不理想，最终从经济、技术等方面综合考虑选取了GS504A型散射设备建立了一条散射通信链路。现已投入使用多年，运行稳定。
3.3 岛屿通信
本文中岛屿通信是指距离在350km以内的岛屿和岛屿间以及岛屿和大陆间通信。岛屿通信与平台通信的需求类似，光缆、微波、卫星等手段均不理想，散射通信是一种较好的选择。目前在南沙、西沙一些岛屿已经部署，经过数年的使用，设备可靠稳定，满足了南沙、西沙群岛通信传输的需求，现已进入升级换代阶段。
4 结论
综上所述，作为一种宽带超视距通信手段，散射通信丰富了海上通信的传输手段，并以其抗干扰、低成本、低时延等独特优势在海上通信领域具有广阔的应用前景。
參考文献
[1]焦红艳，冯绍明.散射通信在海洋石油开采中的应用研究[J].无线互联科技，2012（1）：68-69.
[2]李文铎.用于变参信道的变速率传输技术[J].无线电通信技术，2013，39（6）：1-2，14.
[3]曲永志.UHF频段岸舰散射通信技术的应用研究[J].通讯世界，2017（5）：104-105.