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【摘要】 为了解决现有点式和链式接力组网对海移动通信系统结构较为薄弱的问题，设计了对海微波通信系统的无线电数据链；介绍了设计目标、微波系统体制和工作模式，并对系统进行了设计分析，提出了采用圆极化天线、OFDM/QPSK体制及Rake接收技术等抗多径衰落措施；拉距试验表明该设计达到了系统技术指标要求，满足系统对数据链系统的功能性要求。
【关键词】 对海微波通信 数据链 OFDM/QPSK
一、引言
为了提高对海指挥通信保障能力，增加对海通信手段，解决海上和陆上机动指挥通信能力不足的问题，某型对海微波通信系统利用浮空器搭载通信转信装备，与地面配套通信装备一起组成通信中继系统，实现现有通信网对海上船只的语音、数据和图像的远距离传输。
该微波通信系统的无线电数据链主要由C波段链路和UHF波段链路设备组成，安装在地面指挥单元、基站和船载移动站上，完成语音和图像等数据的传输。针对海地通信的任务需求，采用OFDM体制，使设备的抗多径、抗衰落等多方面性能得到了进一步提高，满足了海地通信中继的使用要求。
二、设计目标
作为对海微波通信系统的重要组成部分，无线电数据链子系统为完成其在通信中继中的使命，应具有以下功能：（a）业务接入功能。提供业务传输的相应接口，实现数据、指挥调度、电话、IP网络信息的接入复用；（b）信息传输功能。实现船载部分到空中部分、空中部分到地面部分、地面部分到指挥单元之间信息传输；（c）保密功能。具有无线信道加解密功能；（d）指挥通信功能。在地面基站提供与指挥单元的通信信道，实现基站与指挥单元的指挥通信功能；（e）管理功能。具有系统性能、配置、安全和故障管理功能。
三、系统设计
3.1 微波系统体制和工作模式
对海微波通信系统空中部分到海上部分包括三条无线信道，分别为上行信道、下行信道和同步/控制信道，如图1所示。上、下行信道采用频分双工时分多址体制，工作在C频段，用于传输上、下行宽带信息和设备的状态信息。同步/控制信道采用直接序列扩频体制，工作在UHF波段，有三个功能：一是传输地面基站发送的同步信息，保证所有船载移动站同步；二是传输监控设备向船载移动站发送的指令信息，如频道、码速率、业务种类等，可以实现地面基站对船载移动站的实时遥控，与上行信道结合起来，在地面电子方舱就可以实现对船载移动站业务状态的控制，实时了解所有船载移动站设备的工作状态；三是将空中设备的经纬度信息传送给各个船载移动站，供移动站定向天线实现数字引导。
下行链路采用OFDM/QPSK调制体制向多个移动节点广播发送；上行各节点采用OFDM/QPSK调制体制时分工作，系统每帧周期发送一次，每个节点工作时隙占1/8，可支持多套移动站同时工作，时隙分配示意图如图2所示。
3.2 抗多径衰落措施
3.2.1 采用圆极化天线抑制反射径能量
圆极化天线左右旋具有较好的隔离度[1]，海上电波传播的反射径经海面反射后，左旋变为右旋，天线接收时，收到正常旋转的直射径能量和反旋转的反射径能量。利用天线自身的左右旋极化间的隔离，达到对反射径的抑制。
3.2.2 采用OFDM/QPSK体制实现宽带数据传输
海面传播属于强反射、强多径信道，系统传输宜采用抗多径、抗衰落性能较好的调制体制，工程经验证明OFDM是一种有效的调制体制。OFDM是一种利用多载波调制的特殊频率复用技术，通过串并转换降为低速数据，可以有效消除码间串扰的影响，抵抗频率选择性衰落和时间选择性衰落，比起单载波具有更强的抗窄带干扰能力，更便于采用均衡措施。采用OFDM/QPSK体制可以提高链路净衰落储备，但是在莱斯信道下改善的具体数值目前还没有专门说明。图3是文献上提供的瑞利信道下采用OFDM后的性能对比。
由图3可见，在瑞利信道下，按照1×10-5误码率估计，采用OFDM时只需要16dB的信噪比，而无OFDM则需要至少25dB的信噪比，链路净衰落储备增加9dB。
3.2.3 采用Rake接收技术
由于同步控制/信道采用了扩频体制，解调时可以采用Rake接收技术实现抗多径干扰，图4所示是M路可变抽头Rake接收机框图。它使用相关接收机组，各相关接收机采用不同时延的伪码信号与输入的多径信号相关，得到各自时延的相关输出。然后这些相关接收机的输出根据它们的相对强度进行加权，并把加权后的各路输出延迟相加合并输出。加权系数的选择原则是使输出信噪比最大。采用Rake接收方法之后，接收机相关AGC电压变得非常平稳；而没有采用该方法之前，接收机相关AGC电压抖动非常大，甚至会造成接收机失锁。
四、拉距验证试验
外场拉距试验是定性验证系统在无线状态下工作性能的一种有效手段。拉距验证试验中，对系统移动过程中频谱特性进行了测试，见图5、图6。拉距试验测试结果表明：系统在有主径的信道下，设备工作正常，系统误码正常；在瑞利信道下，系统能否正常工作与遮挡持续时间长短、频谱衰落程度有关。当遮挡持续时间短、频谱衰落不太恶劣时，系统能够正常工作。
五、结论
数据链是对海微波通信系统的重要组成部分，用以实现宽带语音、数据和图像的传输。通过对系统功能和需求的分析，选定了系统体制和工作模式，对系统抗多径衰落措施进行了讨论，通过外场拉距验证试验表明，设计完成的数据链系统满足通信转信指标要求，可以与其它系统一起完成转信任务。本系统设计的原则方法对同类型系统的设计实现有一定的借鉴指导意义。
参 考 文 献
[1] 史晓锋，张有光，林国钧. 通信技术基础.机械工业出版社，2010.
[2] William Schweber. 电子通信系统. 清华大学出版社，2006.
[3] 黄智伟. 无线发射与接收电路设计. 北京航空航天大学出版社，2007.
[4] 沈允春. 扩谱技术. 国防工业出版社，1995.
[5] 董天齐，李向东，郑学谊. 海上靶场试验通信技术与保障.国防工业出版社，2006.
【关键词】 对海微波通信 数据链 OFDM/QPSK
一、引言
为了提高对海指挥通信保障能力，增加对海通信手段，解决海上和陆上机动指挥通信能力不足的问题，某型对海微波通信系统利用浮空器搭载通信转信装备，与地面配套通信装备一起组成通信中继系统，实现现有通信网对海上船只的语音、数据和图像的远距离传输。
该微波通信系统的无线电数据链主要由C波段链路和UHF波段链路设备组成，安装在地面指挥单元、基站和船载移动站上，完成语音和图像等数据的传输。针对海地通信的任务需求，采用OFDM体制，使设备的抗多径、抗衰落等多方面性能得到了进一步提高，满足了海地通信中继的使用要求。
二、设计目标
作为对海微波通信系统的重要组成部分，无线电数据链子系统为完成其在通信中继中的使命，应具有以下功能：（a）业务接入功能。提供业务传输的相应接口，实现数据、指挥调度、电话、IP网络信息的接入复用；（b）信息传输功能。实现船载部分到空中部分、空中部分到地面部分、地面部分到指挥单元之间信息传输；（c）保密功能。具有无线信道加解密功能；（d）指挥通信功能。在地面基站提供与指挥单元的通信信道，实现基站与指挥单元的指挥通信功能；（e）管理功能。具有系统性能、配置、安全和故障管理功能。
三、系统设计
3.1 微波系统体制和工作模式
对海微波通信系统空中部分到海上部分包括三条无线信道，分别为上行信道、下行信道和同步/控制信道，如图1所示。上、下行信道采用频分双工时分多址体制，工作在C频段，用于传输上、下行宽带信息和设备的状态信息。同步/控制信道采用直接序列扩频体制，工作在UHF波段，有三个功能：一是传输地面基站发送的同步信息，保证所有船载移动站同步；二是传输监控设备向船载移动站发送的指令信息，如频道、码速率、业务种类等，可以实现地面基站对船载移动站的实时遥控，与上行信道结合起来，在地面电子方舱就可以实现对船载移动站业务状态的控制，实时了解所有船载移动站设备的工作状态；三是将空中设备的经纬度信息传送给各个船载移动站，供移动站定向天线实现数字引导。
下行链路采用OFDM/QPSK调制体制向多个移动节点广播发送；上行各节点采用OFDM/QPSK调制体制时分工作，系统每帧周期发送一次，每个节点工作时隙占1/8，可支持多套移动站同时工作，时隙分配示意图如图2所示。
3.2 抗多径衰落措施
3.2.1 采用圆极化天线抑制反射径能量
圆极化天线左右旋具有较好的隔离度[1]，海上电波传播的反射径经海面反射后，左旋变为右旋，天线接收时，收到正常旋转的直射径能量和反旋转的反射径能量。利用天线自身的左右旋极化间的隔离，达到对反射径的抑制。
3.2.2 采用OFDM/QPSK体制实现宽带数据传输
海面传播属于强反射、强多径信道，系统传输宜采用抗多径、抗衰落性能较好的调制体制，工程经验证明OFDM是一种有效的调制体制。OFDM是一种利用多载波调制的特殊频率复用技术，通过串并转换降为低速数据，可以有效消除码间串扰的影响，抵抗频率选择性衰落和时间选择性衰落，比起单载波具有更强的抗窄带干扰能力，更便于采用均衡措施。采用OFDM/QPSK体制可以提高链路净衰落储备，但是在莱斯信道下改善的具体数值目前还没有专门说明。图3是文献上提供的瑞利信道下采用OFDM后的性能对比。
由图3可见，在瑞利信道下，按照1×10-5误码率估计，采用OFDM时只需要16dB的信噪比，而无OFDM则需要至少25dB的信噪比，链路净衰落储备增加9dB。
3.2.3 采用Rake接收技术
由于同步控制/信道采用了扩频体制，解调时可以采用Rake接收技术实现抗多径干扰，图4所示是M路可变抽头Rake接收机框图。它使用相关接收机组，各相关接收机采用不同时延的伪码信号与输入的多径信号相关，得到各自时延的相关输出。然后这些相关接收机的输出根据它们的相对强度进行加权，并把加权后的各路输出延迟相加合并输出。加权系数的选择原则是使输出信噪比最大。采用Rake接收方法之后，接收机相关AGC电压变得非常平稳；而没有采用该方法之前，接收机相关AGC电压抖动非常大，甚至会造成接收机失锁。
四、拉距验证试验
外场拉距试验是定性验证系统在无线状态下工作性能的一种有效手段。拉距验证试验中，对系统移动过程中频谱特性进行了测试，见图5、图6。拉距试验测试结果表明：系统在有主径的信道下，设备工作正常，系统误码正常；在瑞利信道下，系统能否正常工作与遮挡持续时间长短、频谱衰落程度有关。当遮挡持续时间短、频谱衰落不太恶劣时，系统能够正常工作。
五、结论
数据链是对海微波通信系统的重要组成部分，用以实现宽带语音、数据和图像的传输。通过对系统功能和需求的分析，选定了系统体制和工作模式，对系统抗多径衰落措施进行了讨论，通过外场拉距验证试验表明，设计完成的数据链系统满足通信转信指标要求，可以与其它系统一起完成转信任务。本系统设计的原则方法对同类型系统的设计实现有一定的借鉴指导意义。
参 考 文 献
[1] 史晓锋，张有光，林国钧. 通信技术基础.机械工业出版社，2010.
[2] William Schweber. 电子通信系统. 清华大学出版社，2006.
[3] 黄智伟. 无线发射与接收电路设计. 北京航空航天大学出版社，2007.
[4] 沈允春. 扩谱技术. 国防工业出版社，1995.
[5] 董天齐，李向东，郑学谊. 海上靶场试验通信技术与保障.国防工业出版社，2006.