CN110518954B - 一种短波/超短波电台远距离中继通信系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种短波/超短波电台远距离中继通信系统和方法，该系统包括主台、中继台以及N个属台，N≤20；属台分布在中继台周围，主台与中继台之间具有阻碍物，中继台与属台之间无阻碍物；主台与中继台之间通过短波天线互相收发信息，中继台与属台之间通过超短波天线互相收发信息，属台之间直接进行信息传输；本发明将短波和超短波两种通信方式相结合，既发挥了短波通信长距离传输优势，又发挥了超短波抗干扰能力强的优势，可有效保障在复杂环境中的超远距离传输问题，同时具有很强的抗毁性。

Description

一种短波/超短波电台远距离中继通信系统和方法

技术领域

本发明属于无线中继通信技术领域，具体涉及一种短波/超短波电台远距离中继通信系统和方法。

背景技术

随着通信技术不断发展，军队对电台的需求也越来越高。现有的军用通信系统一般为短波(频率范围3-30MHz)、超短波(频率范围30-300MHz)、卫星通信等。短波主要传播途径是天波，短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以反射多次，因而传播距离很远，而且不受地面阻碍物阻挡。但在天波传播过程中，时间延迟、大气噪声、多径效应等因素，都会造成信号的弱化和畸变，影响短波通信的效果。

超短波通信利用视距传播方式，比短波天波传播方式稳定性高，受季节和昼夜变化的影响小，受地形影响较大，电波通过山岳、丘陵、建筑物时，会被部分吸收或者阻挡，造成通信困难或中断。卫星通信中电磁波主要在大气层以外传播，电波传播非常稳定。对地面的情况如高山海洋等不敏感，适用于在业务量比较稀少的地区提供大范围的覆盖，在覆盖区内的任意点均可以进行通信。由于卫星通信中所有链路均是无线链路，而且卫星的位置还可能处于不断变化中，因此控制系统也较为复杂。在无线通信技术得到社会的广泛应用之后，电磁环境呈现出了日益复杂的特征，而通信环境的变化，目前任何一种通信技术都无法具备抗干扰能力强和远距离通信的需求。

现有技术在复杂的电磁环境中进行远距离传输时，已不能满足通信的实际需求。短波通信在传播过程中，容易受到昼夜、季节、气候等因素的影响，稳定性较差，噪声较大。超短波通信受地形、建筑物、丛林地带的影响较大，还会被这些干扰因素阻挡或者吸收，给超短波通信造成困难。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种短波/超短波电台远距离中继通信系统和方法，本发明在丘陵、建筑物、丛林地带通信时，选择不受地形影响的短波；在空旷、没有阻挡物地带通信时，选择抗干扰能力强、视距通信、保密性能好的超短波。在不同地形通信时，选择不同的通信方式，可以充分发挥短波和超短波的优势。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

(一)一种短波/超短波电台远距离中继通信系统，包括主台、中继台以及N个属台，1≤N≤20；所述属台分布在中继台周围，所述主台与中继台之间具有阻碍物，所述中继台与属台之间无阻碍物；所述主台与中继台之间通过短波天线互相收发信息，所述中继台与属台之间通过超短波天线互相收发信息，所述属台之间直接进行信息传输；

所述主台包含短波发射模块和短波接收模块；所述短波发射模块用于将主台传送的数据/话音信息进行处理，并通过短波天线发射给中继台；所述短波接收模块用于接收短波天线接收的中继台发送的反馈信息，并将其还原为数据/话音信息；

所述中继台包含接收模块、中继器和发射模块；所述接收模块用于接收短波天线发射的主台信息或超短波天线传输的属台反馈信息；所述中继器用于将接收模块接收的信息进行再生放大；所述发射模块用于将经中继器再生放大的信息通过短波天线或超短波天线对应发送给主台或属台；

所述属台包含超短波发射模块和超短波接收模块；所述超短波发射模块用于将属台传送的数据/话音信息进行处理，并通过超短波天线发射给中继台；所述超短波接收模块用于将超短波天线接收到的信息还原为主台发送的数据/话音信息。

进一步地，所述阻碍物为房屋、树木或高楼。

进一步地，所述接收模块包含A/D转换模块、接收滤波器模块、下变频模块、粗同步模块、细同步模块、信道均衡模块、频偏估计模块、频率校正模块、解调模块和译码模块；接收信号经过A/D采样转换成数字信号，然后经过滤波器和下变频生成基带信号，粗同步完成自相关运算判断数据帧是否到来，确定数据序列的大致位置，训练序列细同步进行本地相关运算，以确定训练序列的精确位置；细同步完成后，信道均衡模块利用接收到的训练序列对信道特性进行估计并对数据进行均衡处理；然后根据特殊数据符号进行频偏估计和频率校正；信道均衡和频偏校正模块迭代多次后得到有效数据，该有效数据依次经过解调和译码后得到数据/话音信息。

所述发射模块包含发送数据管理模块、编码模块、调制模块、组帧模块、上变频模块、发射滤波器模块和D/A转换模块；短波天线或超短波天线接收的数据进入发射模块后，发送数据管理模块在系统要求的时刻送入编码模块进行编码，对编码后的数据进行相位调制，调制后数据与训练序列一起组成一个完整发送数据帧，发送数据帧依次经过上变频、滤波和D/A转换模块变成能够被中继器接收模拟信号。

进一步地，所述短波接收模块、超短波接收模块与所述接收模块的结构相同；所述短波发送模块、超短波发送模块与所述发送模块的结构相同。

进一步地，所述主台与中继台、中继台与属台、属台与属台之间进行信息互通形成中继通信自组网。

(二)一种短波/超短波电台远距离中继通信方法，包括以下步骤：

(1)主台向中继台发送请求与属台n通信的指令，中继台向属台n转发主台的请求指令；

其中，1≤n≤N；

(2)属台n收到请求指令后，判断是否为空闲；如果判断为空闲，则向主台发送应答指令；如果判断为占用，则向主台发送等待指令；

(3)当主台发送的请求指令得到应答后，主台与属台n之间建立下行链路；主台向中继台发送消息帧，中继台向属台n转发消息帧；其中，当主台收到的指令为属台n的等待指令，则主台处于等待状态，直到收到中继台转发的属台n的应答指令；当属台n收到主台发送的消息帧后，属台n向中继台发送请求与主台通信的指令，当属台n发送的请求指令得到应答后，主台与属台n之间建立上行链路；即属台n向中继台发送消息帧，中继台向主台转发消息帧；

(4)当中继台收到主台发送的结束帧时，则解除主台和属台n之间的下行链路；当中继台收到属台n发送的结束帧时，则解除主台和属台n之间的上行链路；

如果主台和属台n之间的通信链路解除后，主台还想继续与属台n进行通信，则需要重新建立通信链路。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：

(1)本发明将短波和超短波两种通信方式相结合，既发挥了短波通信长距离传输优势，又发挥了超短波抗干扰能力强的优势，可有效保障在复杂环境中的超远距离传输问题。

(2)本发明中继通信自组网可快速、准确、高效组建网络；属台可以随时加入和离开网络，任何属台的故障都不会影响整个网络的运行，具有很强的抗毁性。

附图说明

下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。

图1本发明系统的通信示意图；

图2为本发明系统框图；

图3为本发明的发射模块组成框图；

图4为本发明的接收模块组成框图；

图5为本发明系统的自组网框图；

图6为本发明实施例中主台与属台之间的通信链路示意图；

图7为本发明实施例中属台之间的通信链路示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例及效果作进一步详细描述。

参考图1，本发明实施例提供一种短波/超短波电台远距离中继通信系统，包括主台、中继台以及N个属台，1≤N≤20；所述属台分布在中继台周围，所述主台与中继台之间具有阻碍物，所述中继台与属台之间无阻碍物；所述主台与中继台之间通过短波天线互相收发信息，所述中继台与属台之间通过超短波天线互相收发信息，所述属台之间直接进行信息传输；所述主台包含短波发射模块和短波接收模块；所述短波发射模块用于将主台传送的数据/话音信息进行处理，并通过短波天线发射给中继台；所述短波接收模块用于接收短波天线接收的中继台发送的反馈信息，并将其还原为数据/话音信息；

所述中继台包含接收模块、中继器和发射模块；所述接收模块用于接收短波天线发射的主台信息或超短波天线传输的属台反馈信息；所述中继器用于将接收模块接收的信息进行再生放大；所述发射模块用于将经中继器再生放大的信息通过短波天线或超短波天线对应发送给主台或属台；

所述属台包含超短波发射模块和超短波接收模块；所述超短波发射模块用于将属台传送的数据/话音信息进行处理，并通过超短波天线发射给中继台；所述超短波接收模块用于将超短波天线接收到的信息还原为主台发送的数据/话音信息。

其中，主台与中继台、中继台与属台、属台与属台之间的距离都在通信范围内，从图中可以看出，主台和中继台之间存在房屋、树木、高楼等阻碍物，采用了不受阻碍物影响的短波通信；中继台和属台直接之间十分空旷，没有阻碍物的阻挡，采用了抗干扰能力强、视距传输的超短波通信。短波和超短波两种通信方式的结合使用，极大得提升了军用电台在复杂通信环境中的性能。

如图2所示，本发明系统框图包括主台、中继台、属台3个部分。主台可以与中继台互相收发信息，中继台与属台可以互相收发信息。如果主台想与属台进行通信，则需要通过中继台转发信息。具体以主台发送信息给属台工作流程为例：主台将数据/话音信息送入发射模块进行处理，然后经过短波天线发射出去。中继台通过短波天线将接收到的信息送入到接收模块进行处理，将数据/话音信息进行恢复。然后将这些信息通过中继器送入到发射模块进行一系列处理，再通过超短波天线发射出去。属台将超短波天线接收到的信息送入到接收模块进行相应处理，完成主发属收单方向通信。

如图3所示，发射模块组成框图包括发送数据管理模块、编码模块、调制模块、组帧模块、上变频模块、发射滤波器模块、D/A转换模块等组成。原始数据进入发射模块，发送数据管理模块在系统要求的时刻送入编码模块进行编码，然后进行调制，调制数据与训练序列一起组成一个完整发送数据帧，数据帧经过上变频和滤波，再经过D/A转换模块由数字信号变成模拟信号。

以上短波发射模块、超短波发射模块与发射模块的系统结构相同，在其中的信号处理过程也类似。

如图4所示，接收模块组成框图包括A/D转换模块、接收滤波器模块、下变频模块、粗同步模块、细同步模块、信道均衡模块、频偏估计模块、频率校正模块、解调模块、译码模块等组成。接收信号经过A/D采样转换成数字信号，然后经过滤波器和下变频生成基带信号，粗同步完成自相关运算判断数据帧是否到来，确定数据序列的大致位置，训练序列细同步进行本地相关运算，以确定训练序列的精确位置。细同步完成后，信道均衡模块利用接收到的训练序列对信道特性进行估计并对数据进行均衡处理。然后根据特殊数据符号进行频偏估计和频率校正。信道均衡和频偏校正模块迭代多次后可以得到有效数据，该数据经过解调和译码后得到数据/话音信息。

以上以上短波接收模块、超短波接收模块与接收模块的系统结构相同，在其中的信号处理过程也类似。

参考图5，本发明的中继通信自组网包括主台与属台之间的通信、属台与属台之间的通信。

示例性地，以主台与属台N之间的通信说明主台与属台之间的通信过程，以属台A与属台B之间的通信说明属台与属台之间的通信过程。具体实施步骤如下：

示例性地，参考图6，主台与属台N之间的通信链路为：

a)主台向中继台发送请求与属台N通信的指令，中继台向属台N转发主台的请求指令；

b)属台N收到请求指令后，判断是否为空闲；如果判断为空闲，则向主台发送应答指令；如果判断为占用，则向主台发送等待指令；

c)当主台发送的请求指令得到应答后，主台与属台N之间建立下行链路；主台向中继台发送消息帧，中继台向属台N转发消息帧。其中，当主台收到的指令为属台N的等待指令，则主台处于等待状态，直到收到中继台转发的属台N的应答指令；当属台N收到主台发送的消息帧后，属台N向中继台发送请求与主台通信的指令，当属台N发送的请求指令得到应答后，主台与属台N之间建立上行链路；即属台N向中继台发送消息帧，中继台向主台转发消息帧。此时，主台和属台就可以进行双工通信。

d)当中继台收到主台发送的结束帧时，则解除主台和属台N之间的下行链路；当中继台收到属台N发送的结束帧时，则解除主台和属台N之间的上行链路。

如果主台和属台N之间的通信链路解除后，主台还想继续与属台N进行通信，则需要重新建立通信链路。

示例性地，参考图7，属台A与属台B之间的通信链路为：

a)属台A向属台B发送请求指令，属台B收到请求指令后判断是否为空闲。如果判断为空闲，则向属台A发送应答指令；如果判断为占用，则向属台A发送等待指令。

b)当属台A收到应答指令后，A→B之间通信链路建立，属台A则向属台B发送消息帧。当属台A收到等待指令后，属台A处于等待状态，直到收到属台B应答指令。

c)当属台B收到消息帧后，则向属台A发送请求指令。当属台B收到应答指令后，B→A之间通信链路建立，属台B向属台A发送消息帧。此时，属台A和属台B之间就可以进行双工通信。

d)当属台A收到属台B发送的结束帧时，B→A之间通信链路解除；当属台B收到属台A发送的结束帧时，A→B之间通信链路解除。

当属台A和属台B之间的通信链路解除后，属台A还想继续与属台B进行通信，则需要重新建立通信链路。

本发明在丘陵、建筑物、丛林地带通信时，选择不受地形影响的短波；在空旷、没有阻挡物地带通信时，选择抗干扰能力强、视距通信、保密性能好的超短波。在不同地形通信时，选择不同的通信方式，可以充分发挥短波和超短波的优势。短波和超短波两种通信方式的结合使用，极大的提升了军用电台在复杂通信环境中的性能。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (4)

1.一种短波/超短波电台远距离中继通信系统，其特征在于，包括主台、中继台以及N个属台，1≤N≤20；所述属台分布在中继台周围，所述主台与中继台之间具有阻碍物，所述中继台与属台之间无阻碍物；所述主台与中继台之间通过短波天线互相收发信息，所述中继台与属台之间通过超短波天线互相收发信息，所述属台之间直接进行信息传输；

所述主台包含短波发射模块和短波接收模块；所述短波发射模块用于将主台传送的数据/话音信息进行处理，并通过短波天线发射给中继台；所述短波接收模块用于接收短波天线接收的中继台发送的反馈信息，并将其还原为数据/话音信息；

所述中继台包含接收模块、中继器和发射模块；所述接收模块用于接收短波天线发射的主台信息或超短波天线传输的属台反馈信息；所述中继器用于将接收模块接收的信息进行再生放大；所述发射模块用于将经中继器再生放大的信息通过短波天线或超短波天线对应发送给主台或属台；

所述属台包含超短波发射模块和超短波接收模块；所述超短波发射模块用于将属台传送的数据/话音信息进行处理，并通过超短波天线发射给中继台；所述超短波接收模块用于将超短波天线接收到的信息还原为主台发送的数据/话音信息；

其应用所述短波/超短波电台远距离中继通信系统的方法，具体包括以下步骤：

(1)主台向中继台发送请求与属台n通信的指令，中继台向属台n转发主台的请求指令；

其中，1≤n≤N；

(2)属台n收到请求指令后，判断是否为空闲；如果判断为空闲，则向主台发送应答指令；如果判断为占用，则向主台发送等待指令；

(3)当主台发送的请求指令得到应答后，主台与属台n之间建立下行链路；主台向中继台发送消息帧，中继台向属台n转发消息帧；其中，当主台收到的指令为属台n的等待指令，则主台处于等待状态，直到收到中继台转发的属台n的应答指令；当属台n收到主台发送的消息帧后，属台n向中继台发送请求与主台通信的指令，当属台n发送的请求指令得到应答后，主台与属台n之间建立上行链路；即属台n向中继台发送消息帧，中继台向主台转发消息帧；

(4)当中继台收到主台发送的结束帧时，则解除主台和属台n之间的下行链路；当中继台收到属台n发送的结束帧时，则解除主台和属台n之间的上行链路；

如果主台和属台n之间的通信链路解除后，主台还想继续与属台n进行通信，则需要重新建立通信链路；

所述主台与中继台、中继台与属台、属台与属台之间进行信息互通形成中继通信自组网。

2.根据权利要求1所述的短波/超短波电台远距离中继通信系统，其特征在于，所述阻碍物为房屋、树木或高楼。

3.根据权利要求1所述的短波/超短波电台远距离中继通信系统，其特征在于，所述接收模块包含A/D转换模块、接收滤波器模块、下变频模块、粗同步模块、细同步模块、信道均衡模块、频偏估计模块、频率校正模块、解调模块和译码模块；

接收信号经过A/D采样转换成数字信号，然后经过滤波器和下变频生成基带信号，粗同步完成自相关运算判断数据帧是否到来，确定数据序列的大致位置，训练序列细同步进行本地相关运算，以确定训练序列的精确位置；细同步完成后，信道均衡模块利用接收到的训练序列对信道特性进行估计并对数据进行均衡处理；然后根据特殊数据符号进行频偏估计和频率校正；信道均衡和频偏校正模块迭代多次后得到有效数据，该有效数据依次经过解调和译码后得到数据/话音信息；

所述发射模块包含发送数据管理模块、编码模块、调制模块、组帧模块、上变频模块、发射滤波器模块和D/A转换模块；短波天线或超短波天线接收的数据进入发射模块后，发送数据管理模块在系统要求的时刻送入编码模块进行编码，对编码后的数据进行相位调制，调制后数据与训练序列一起组成一个完整发送数据帧，发送数据帧依次经过上变频、滤波和D/A转换模块变成能够被中继器接收模拟信号。

4.根据权利要求3所述的短波/超短波电台远距离中继通信系统，其特征在于，所述短波接收模块、超短波接收模块与所述接收模块的结构相同；所述短波发送模块、超短波发送模块与所述发送模块的结构相同。

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