基于短波探测信号的短信息传输技术研究

艾尔肯.艾则孜

(乌鲁木齐职业大学，新疆乌鲁木齐830002)

1.前言

短波这一传统的通信方式具有其它通信手段无法比拟的优势。目前各国竞相推出和配备各种短波自适应电台、跳频电台，采用微处理器、数字信号处理（DSP）、自适应技术、跳频技术，不断提高短波通信的质量和数据传输速率，增强自动化、新业务功能。其中，在短信息传输技术中，采用短波探测信号方法，具备许多优势。对于短信息而言，它从发送端传送到接收端，可以具有多条传播路径，不占用全频段资源，对其它短波通信不构成干扰。本文对基于短波探测信号的短信息传输技术进行了深入研究。

2.短信息传输信道的数学模型

短信息传输信道的数学模型见图1：

2.1 调制信道模型

调制信道的共性：

(1)有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端（图2）；

(2)绝大多数的信道都是线性的，即满足叠加原理；

(3)信号通过信道具有一定的迟延时间，而且它还会受到(固定的或时变的)损耗；

(4)即使没有信号输入，在信道的输出端仍有一定的功率输出(噪声)。

对于二对端的信道模型(一对输入端和一对输出端)，其输出与输入的关系应该有

其中，ei(t)为输入的已调信号；e0(t)为信道总输出波形；n(t)为加性噪声/干扰，且与ei(t)相互独立。f[ei(t)]表示已调信号通过网络所发生的(时变)线性变换。

若设f[ei(t)]=k(t)ei(t)，则有e0(t)=k(t)ei(t)+n(t)

信道的作用相当于对输入信号乘了一个系数k(t)。上式为调制信号的一般数学模型。加性干扰n(t)，乘性干扰k(t)。

通常乘性干扰是一个复杂的函数，包括各种线性畸变、非线性畸变，同时由于信道的迟延特性和损耗特性随时间作随机变化，往往用随机过程来表述。

在分析乘性干扰时，可以把信道粗略分为两大类：

恒参信道：k(t)不随时间变化或基本不变化；

随参信道：k(t)随机快变化。

当没有信号输入时，加性干扰也存在，但没有乘性干扰输出。

2.2 编码信道模型

编码信道的输入和输出信号均是数字序列，对应二进制即0和1的序列。

编码信道对信号的影响是一种数字序列的变换，即把一种数字序列变成另一种数字序列。一般把编码信道看成是一种数字信道。

编码信道模型可以用数字的转移概率来描述。模型中，把P(0/0)、P(1/0)、P(0/1)、P(1/1)称为信道转移概率。以P(1/0)为例，其含义是“经信道传输，把0转移为1的概率”，这是一种错误转移概率。

编码信道是无记忆的信道，即前后码元发生的错误是互相独立的。

3.短信息传输的格式

对短消息的控制共有三种模式：

(1)Block Mode

(2)基于AT命令的PDU Mode

(3)基于AT命令的Text Mode

目前，PDU Mode因其比较简单已取代Block Mode、Text Mode。

PDU数据格式分析：

例如，我们要将“Hi”字符发送到目的地。

PDU字符串为：

0891683108200805F011000 D 913176378290F900000002 C834

（1）08//短信息中心地址长度，指（91）+（683108200805F0）的长度。

（2）91//短信息中心号码类型。91是TON/NPI遵守International/E.164标准，指在号码前需加‘+’号；此外还有其它数值，但91最常用。

短消息编码：

需要发送的短消息内容为“Hi”，使用的GSM字符集为7位编码。首先将字符转换为7位的二进制，然后，将后面字符的位调用到前面。例如：H翻译成1001000，i翻译成1101001，显然H的二进制编码不足八位，那么就将i的最后一位补足到H的前面。那么就成了11001000（C8），i剩下六位110100，前面再补两个0，变成00110100（34），于是“Hi”就变成了两个八进制数C834。

4.短波探测通信网构建

短波探测通信网构建（见图3示意图），可采用分布控制、集中控制两种方式相结合的混合控制网络模式，在障碍物较大较多的地区，可采用中继方式灵活布置节点，若有条件也可接入其它无线/有线网络。移动节点在传输距离以及移动性上都有很大灵活性，它能够在某一地域的整个范围内，实现轻松扩展与延伸。

(1)每个短波电台作为探测通信网一个接入点，每一个接入点具备自动信道选择、自动发射识别、选择呼叫与自动接续等功能，多个接入点有序组合构建公安消防部队探测通信网。

(2)短波探测通信网具备半自动优选频率的自适应（ALE）功能和全自动优选频率的自优化功能，采用网络技术、软件技术、现场管理，以软件交换为支撑，实现对短波电台的联网和控制，支撑现场的应急管理。具有数据传输功能、保密和抗干扰的跳频功能、组网通信的数字选呼功能、卫星定位的GPS监控功能和实现连接有线网的有线无线转接功能等。

(3)短波探测通信网以短波作为传输链路，在实际组网中，可加大电台功率以延长传播距离，或采用三线式天线、ML-90天线、7006宽带软天线等新式天线，消除盲区，以实现高质量通信。

5.短波探测信号实现短信息传输的技术研究

5.1 短信息数据编码

短信息数据编码主要采用BCH编码和交织编码的方式。在发送端，要求将发送的176比特数据分为16组，每组11比特，对于每组分别进行(11，15，3)的BCH编码。每组11比特信息经过这种BCH编码后，成为15比特的码字。16组信息相应地编成16组字。对于每组码字，就性能而言，可以纠正一位随机错误。

在实际情况中，短波信道的干扰以突发干扰为主，即干扰往往同时影响连续的多个码元，单纯的BCH码组是不适合于信道传输的。因此，还要对16组码字进行交织编码。在此方案中我们采用长度为16的交织编码，对16组码字进行交织编码。

交织编码并没有改变码元的数目，而是对各个码组分量在顺序上按一定规律重新排列。交织编码的最后结果会得到15组数据，每组包含16个元素。交织编码并不能改变码组的纠错能力，但是它能分散信道突发错误，使错误能够在BCH解码中被纠正。

将进行交织编码后的15组数据首尾相连，形成所需的240比特数据段。选择16位相关码作为同步头，写入数据帧中16位同步段中，形成256bit数据。整体过程见下图：

5.2 数据解码

对得到的判决帧，利用交织编码的原理，进行逆运算，可以实现交织解码。交织解码后，还必须将得到的结果帧还原为16组码字，每组码字为15比特。对每组码字分别进行BCH解码。由于采用系统码，所以码字经过纠错处理后，只需将码字的前11位提取出来就可以还原出发送端发送的信息。整体过程见图5：

5.3 数据帧检测

数据帧检测主要利用数据帧中的同步头(16bit相关码)进行，利用相关码的相关特性对数据帧进行检测，同时提供随后的数据bit同步信号。当检测到16bit相关码时，认为随后的数据为有效数据帧。因此，同步头采取什么码字非常重要，常用的同步码有多种，为了实现帧同步和检测，同步码必须具有如下特点：

①码组应尽可能短，以保证数据传输效率；

②尽可能避免信息数据中出现与它相同的码字，减少虚警；

③具有尖锐的自相关函数。

6.结论

本文对短波探测信号在短信息传输技术中的具体应用进行研究分析。研究表明，采用整个短波频段进行短信息传输具有很强的频率分集作用，可以保证信息传输可靠准确地传输，实现高可靠的信息接收。

[1]沈琪琪，朱德生.短波通信[M].西安电子科技大学出版社，1995.

[2]肖景明，王元坤.电波传播工程计算[M].西安电子科技大学出版社，1989.