短波应急通信网中协作通信技术

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[摘 要]随着我国科学技术的快速发展，短波通信在网络信息通信领域得到了快速的发展，其具有设备简单，抗摧毁能力强，通信距离相对较远，经济性高等特点。同时，短波应急通信网在应急网络通信中也发挥了比较重要的作用，一旦出现突发事故能够对相关信息进行及时的传递。因此，本文将会从短波应急通信网、协作通信技术等方面对其进行全面、系统的分析，然后对短波应急通信网中协作通信技术给予探讨，以更好的推动我国科学技术的发展。

[关键词]短波应急通信网；协作通信技术；应用

中图分类号：X14.5 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）02-0035-02

当发生紧急情况或战争的时候，短波通信可以借助较高的自主通信能力和抗毁能力来实现信息的有效传输。与其他波长电波对比可以发现，短波以其独特的绕射能力和传播特性，可以有效的进行远距离通信。将协作通信技术引入到短波应急通信网中，不仅方便了维护工作的开展，而且还能有效的节约成本，并且具有较强的实用性。因此，需要根据短波应急通信网的优缺点，来对其进行全面的分析，以更好的提高短波应急通信网基本性能。

1.短波应急通信网概述

1.1 短波应急通信网定义

随着科学技术的不断发展，当发生紧急情况或战争的时候，大部分通信设备是无法进行信息传播的。此时，借助短波应急通信网可以有效的解决上述问题。虽然移动通信网络与资源无法进行有效的共享，但是所研发的短波应急通信网能够有效的贯穿于党政军民警，能够有效的实现部队与地方分用、分建的短波资源，从而保证生产工作的顺利进行。通过对短波应急通信网的有效构建，不仅能够有效的应对突发事件，而且还能推动各部门之间的有效协作，为处理突发事件奠定了良好的基础，同时还推动了我国国家和国防安全的建设。

1.2 短波应急通信网设计模型

通常情况下，短波应急通信网设计模型由上级指挥调度中心和前线应急现场两部分构成，上级指挥调度中心又包括计算机终端、大功率短波电台和语音终端构成。而前线应急现场包含有若干便携式背负式小功率短波电台，并且每一台短波电台都借助短波信道进行有效的链接。同时，前线应急现场能够对现场的实际情况给予全方面的了解和掌握，并将所获取的信息及时的上传至上级指挥调度中心，从而为抢险救灾和指挥调度等重大决策提供全方位的信息。图1描述的短波应急通信网设计模型。

1.3 短波应急通信网拓扑结构

短波应急通信网的拓扑结构将会对网络延时、系统性能、经济性等指标产生一定的影响，其主要是借助传输媒介把各种设备的物理布局有效的衔接在一起。通常情况下，短波应急通信网拓扑结构选择了分层分布式的多星状拓扑结构，其不仅能够避免由于局部故障而诱发的全网瘫痪现象，而且还具有较高的传输率和可靠性。短波应急通信网拓扑结构一般是由短波业务管理层、网络管理层和移动终端用户层等构成，其中短波业务管理层和网络管理层借助光纤介质来进行数据的传输，移动终端用户层包括车载模式电台和手持模式电台，其能够保持用户之间的人机通信，一旦发生紧急情况可以在较短的时间内实现盲区通信。短波业务管理层的主要工作是做好短波资源的管理，并为移动短波用户提供分布抗毁、随遇入网等业务的交换与控制功能，从而更好的实现用户数据的移动性管理和安全性管理，为短波应急通信网提供身份寻址和识别功能。同时，短波业务管理层选用了分布式布置的方式来进行各区域中心站的布置，具有成本低、安装位置灵活、抗毁性强、覆盖能力强等优势。将负荷分担机制引入到中心站间不仅能够提高其处理能力，而且还可以对用户的数据进行有效备份，从而提高了接入网的服务质量和可靠性；此外，还可以根据网络负荷状态和实时通信质量，来优选出最佳频率的短波资源动态，这样一来就可以创建出具有较强生存能力的短波应急通信防御网络。

在短波应急通信网中，高级别网管需要做好整个网络频率的调整和分配工作，并借助分层、分级的方式进行管理，其能够对所有短波通信资源进行系统的指挥和规划，从而保持同层之间相互补充，各层之间权责明确。短波应急通信网选择军民平时分管分用的方式来进行短波资源的管理，并实施了战时统管统用制度，从而有效的打破了应急救援中各自为战的现象。同时，短波应急通信网能够准确的为接入用户提供音频、视频、文字等灾情信息，能够实现对数据资源的有效备份和恢复，避免业务量过大或某设备通信故障而引起系统无法正常工作。

1.4 短波应急通信的常用手段

在重大自然灾害、战争等突发事件发生后，借助各种通信资源来确保紧急救援工作的顺利开展，并为其提供非常规的通信手段，即所谓的短波应急通信，其具有操作简单、组网快、性能稳定等特点。而广播电视网、移动通信网等常规通信网络组网非常复杂，而且在遇到突发灾害时其性能波动比较大，无法更好的完成应急通信。目前，短波应急通信一般选择无线方式，常用的短波应急通信手段有数字集群移动通信网、卫星通信网、短波通信网、微波接力通信网等四大类，他们均具有通信设备开通巡视、机动性好、抗毁能力较强等优势，现对其进行一一介绍。

（1）数字集群移动通信网。其具有快速响应、调度、安全保密等特点，选择了半双工通信方式来实现语音的有效传输，并且支持用户优先、群呼和组呼等功能，但是其所能覆盖的范围有限。

（2）卫星通信应急网。其具有传输环节少，覆盖面大，不受地物、地形和夂虻纫蛩氐闹圃迹通信距离远等特点，能够实现无缝隙覆盖信息网，但是对于卫星的控制与发射技术相对比较复杂，而且通信和造价资费比较高。

（3）微波接力通信网。其一般是借助微波地面视距传播的方式来实现接力站转接信号，从而更好的进行数据信息的远距离传输，其具有通信可靠性高、传输容量大等优势，可以更好的满足各种电信业务，有效地克服自然条件所带来的通信不便。但是微波接力通信绕射能力相对比较差，而且传输时容易受到外界的干扰，超过视距须中继才能完成转发，因此传输损耗比较大。

（4）短波通信网。其一般是借助天线向高空进行发射，当传播的过程中遇到电离层后就会发生发射作用并顺利的射回地面，并从地面反射回电离层，该过程中不需要构建中继枢纽就可以顺利的进行远程通信。短波传统通信方式具有机动性强、远距离通信、使用灵活等特点，因此在自然灾害和战争抗毁性强等领域得到了广泛的应用。但是其通信容量小，可供使用频带窄，而且容易受到多径效应、路径衰耗、电离层衰落等因素的影响，具有较差的通信效果和通信稳定性。

2.协作通信技术概述

2.1 协作通信技术定义

通常情况下，在无线信道中包含了多种移动通信形式，其会在一定程度上降低通信过程中信息传递速度，对数据传递的效率和质量产生一定的影响。同时，无线网络用户所涉及到的节点逐渐增多，但是宽带有限，从而增加了无线网络的业务量，因此对通信质量和信息传输效率提出了较高的要求，在一定程度上影响了无线通信技术的发展。然而，随着科学技术的不断发展，选择空域资源的多通信技术，可以有效的提升信息传递速率，以确保在实际的应用中新型无线通信技术更好的发挥其优势。而协作通信技术一般是以目的节点、源节点及中继节点等为基本的构成要素，并且中继信道的三个节点得以顺利工作的重要基础，在整个通信领域中得到了广泛的应用。在中继信道中，源节点负责发送系统中的信号，并且在系统运行过程中，中继节点不但要对系统源节点中的信号与信息给予发送，而且还需要对自身的信号与信息进行发送，并且在具体运行过程中，能够实现彼此天线的共享，从而有效的节省了信号发送所需要的资源，实现了系统间的协作性。

2.2 协作通信技术方案

协作通信技术主要是以中继为基础，现实生活中常见的技术方案有以下几个方面：（1）放大-转发方式（AF）：其一般需要先放大中继节点并接收到伙伴发送的信号，然后在将信号转发给接收端。（2）解码-转发方式（DF）：借助中继节点对伙伴发送的信号进行译码，然后重新进行信道编码调制并对其进行转发。（3）编码协作方式（CC）：其通常是把协作分集和信道编码有效的结合在一起，借助协作的方式来实现不同节点负责发送不同的编码码字，从而实现编码和分集的增益。

2.3 协作分集技术

在进行无线通信过程中，由于系统会遭受多径传输的影响，从而引起接收信号的强度发生随机变化，即所谓的深衰落，其会使通信质量出现明显的下降。虽然上述现象可以通过增大天线尺寸、发信功率等方法给予有效的改善，但是在实际应用过程中缺乏可行性。而协作分集技术可以有效的改善衰落过程中所造成的影响，其能够在不同的支路上接收承载相关性很小的信号，并借助合并技术将各支路信号进行处理后输出信噪比最佳、幅度较大的信号，有效的改善了系统的性能，降低了接收端深度衰落的概率，在协作通信系统中，常见的协作分集技术有：（1）频率分集：其能够实现在不同频率上发送同一信号来实现频率分集，在发送过程中要求其发送频率间隔适当的超过信道相干带宽，这样一来可以有效的确保传输信号衰落过程中独立不相关。但是具有较低的带宽利用率。（2）时间分集：在不同时隙上进行同一信号发送时能够完成时间分集。但是其具有较低的频谱利用率。（3）空间分集：又被称之为天线分集，其通常是把多个天线分别安置在发射端和接收端，以更好的实现相同信号的收发。由于空间分集能够有效的降低带宽利用率，因此对于推动高速无线通信的发展具有十分重要的意义。为了尽可能的提高发射信号的独立性，可以选择全向天线以更好的确保天线间距足够远。根据接收端和发射端天线数目，可以分为单输入多输出系统、单输入单输出系统、多输入多输出系统、多输入单输出系统。

与时间分集和频率分集相比，空间分集可以有效的提高其分集增益，从而达到改善系统传输性能，有效的对抗无线信道衰落，降低传输误码率，提高系统容量。

3.短波应急通信网中协作通信技术的应用

3.1 协作系统模型的构建

在进行短波信息传递过程中，将协作模式信息通信技术引入到了便携式的天线和电台中，其可以更好的实现彼此互享天线和电台，不仅可以提升系统对信息的存储容量，而且还可以提高信息传递和传输的安全性和高效性。而在短波应急通信网中，需要做好协作系统模型的构建工作，本文⒒岫MISO型协作模型进行分析，在该模型中协作便携式形式的信息的车载电台与传递电台可以使用同一根天线，以更好的实现对信息的有效传递。假设两个电台是中继选择的主要协作对象，在协作传输信号过程中，便携式电台 A、B能够被有效的

破译出来。设x2=（x1x2x3…xn）、z2=（z1z2z3…zn）分别属于便携式电台 A、B进行发送的数据，并且其下脚标i个分组，hi=（h1ih2ih3i…hni）（i=1，2）代表了发射天线i到车载式电台接收天线这段距离上的信道特征。nj=（n1jn2jn3j…nnj）（j=1，2），代表了接受天线j在不同时间段内所能接收到的不同噪声分量。同时，如果在特定的时间内各子中信道特殊属性保持不变，则说明该模式可以有效的提高信息传递的稳定性和安全性。

3.2 系统中信道容量分析

实际上，短波信道容量是进行短波应急通信网优劣的主要评价标准，而协作系统模型通常是在断臂衰落信道的基础上建立起来的，而且在衰落信道中所存储的信息存在不确定性，需要通过对衰落信道进行计算才可以掌握各态历经中断容量与信息容量，而后者可以对编码自身的增益给予直观的反映，而在整个系统运行中，中断容量可以对子集合增长的数量和数值给予充分的反应。因此，需要对协作通信 MISO模型中所涉及到的信道容量进行准确的计算，在该模型汇总由于信息接收方仅包含一根天线，并且将多根天线安装在了发射端，从而有效的实现了协作法分集，其 信道容量的公式如下：

式中，hi代表的是第i根电台与发射天线的复增益。与传统短波信息网络相比，协作通信技术可以适当的提高整个系统运行过程中的信燥比，而且还能实现对信息中断容量的有效扩张，并随电台与发射天线数量的增加而保持线性增长。通过对相关数据进行计算和分析可以发现，借助协作通信技术，可以使中断容量与信道容量随着电台与发射天线数值的不断增长而逐渐升高。同时，借助协作通信技术可以更好的提高通信系统自身的容量，一旦遇到紧急情况或战争的时候，能够实现数据信息的有效传输，有效的提高了数据传输的安全性。

3.3 协作通信系统能量效率分析

在短波应急通信网中引入协作信息技术，可以提高信息传输的稳定性和安全性，从而确保紧急情况或战争情况下，相关信息的有效传输。但是，协作通信技术所涉及到的能量效率方面还需要进一步的研究。因此，需要对无协作传输和协作传输过程中所需要的能量消耗情况进行对比，从而更好的推导出协作通信能量效率。通常情况下，在确保传输质量的同时，如果无协作传输和协作传输比值小于1，则代表协作传输可以有效降低对能量的消耗。通过相关研究可以发现，在进行协作通过过程中，当车载电台与原电台之间的距离小于10km时，将会导致整个系统协作相应增益值低于1，并且短波应急通信网未出现明显的增益，从而说明在对信息和数据进行远距离传输过程中，借助协作通信技术，可以有效的降低发送功率效果，即所谓在进行短距离信息传输过程中，与无协作传输的电台相比，协作通信技术所具有的优势并不明显，但是在进行远距离信息的传输过程中，电台系统能耗会出现明显的下降，因此需要具体情况对其进行具体分析。

4.结束语

总之，当遇到紧急情况或战争时，短波应急通信网具有较强的自主通信能力和抗毁能力，能够确保数据信息的有效传输，并且在数据传输过程中选择协作通信技术，可以有效的提高其通信传输的安全性和稳定性，尤其是在进行远距离信息传输过程中，电台系统的能耗得到明显的下降，从而为短波应急通信网的构建提供了一定的意见和参考。

参考文献

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