武警工程大學(xué)信息工程學(xué)院 金恒康

本文在現(xiàn)有的通信技術(shù)發(fā)展基礎(chǔ)上，采用非對(duì)稱的手段，將超短波、短波和衛(wèi)星兩種通信模式結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)非對(duì)稱通信結(jié)構(gòu)模式。根據(jù)野外實(shí)際特點(diǎn)研究接收帶寬大于發(fā)送帶寬或發(fā)送帶寬大于接收帶寬的非對(duì)稱野外移動(dòng)通信系統(tǒng)。個(gè)人配備此系統(tǒng)后可以保證在野外環(huán)境中實(shí)現(xiàn)高效通信同時(shí)又達(dá)到便攜性要求，提高在野外生存能力。通過利用衛(wèi)星通信進(jìn)行下載，利用超短波，短波通信進(jìn)行上傳，節(jié)約頻譜資源、提高頻帶利用率、減小設(shè)備重量和體積，達(dá)到一種更加高效的狀態(tài)，更符合野外環(huán)境特點(diǎn)以及開展野外多樣化活動(dòng)的需要。

1.引言

在個(gè)人野外活動(dòng)作業(yè)的情況下，移動(dòng)通信是最重要的通信保障方式。研究個(gè)人野外移動(dòng)系統(tǒng)的問題，其實(shí)質(zhì)就是要解決個(gè)人在開展多樣化活動(dòng)中的“動(dòng)中通”問題，尤其是傳統(tǒng)移動(dòng)通信無(wú)法實(shí)現(xiàn)的情況。目前，個(gè)人野外移動(dòng)通信方式主要有三種。第一種，實(shí)現(xiàn)近距離通信的超短波電臺(tái)。第二種，實(shí)現(xiàn)較長(zhǎng)距離通信的短波電臺(tái)（姜圣.新一代邊海防短波電臺(tái)的設(shè)計(jì)及關(guān)鍵技術(shù)的實(shí)現(xiàn)[D].東北大學(xué),2012）。第三種，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的衛(wèi)星通信。三種通信方式各有優(yōu)劣，針對(duì)具體活動(dòng)的差異性可以采用不同的通信方式。但是在日漸復(fù)雜的社會(huì)環(huán)境中，三種通信方式的硬性結(jié)合使用，不但使用復(fù)雜，個(gè)人操作容易出現(xiàn)差錯(cuò)，同時(shí)便攜性也無(wú)法保證。已經(jīng)不能再體現(xiàn)設(shè)備優(yōu)勢(shì)，甚至因?yàn)檫^度負(fù)荷成為的負(fù)擔(dān)（田桂花,董紅英.ADSL技術(shù)淺析[J].價(jià)值工程,2010,29(22):143-143）。

2.個(gè)人野外移動(dòng)通信系統(tǒng)現(xiàn)狀

個(gè)人野外通信系統(tǒng)主要是針對(duì)有戶外需求的士個(gè)體，其特點(diǎn)在于上傳的信息量較小，可以借助超短波的通信方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。而下載信息的容量大，種類多，使用衛(wèi)星通信的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)是最為合理的。就目前衛(wèi)星通信（甘仲民,張更新.衛(wèi)星通信技術(shù)的新發(fā)展[J].數(shù)字通信世界,2006,27(8):2-9）的使用來(lái)看，主要還存在著衛(wèi)星接收天線過大，重量過沉，空間占用較多，可攜性差的缺陷，配備個(gè)人野外移動(dòng)通信系統(tǒng)就可以解決這個(gè)難題。作為個(gè)人攜帶的為野外通聯(lián)服務(wù)的設(shè)備，考慮到避免在負(fù)重，以及體積上給個(gè)人造成額外的負(fù)擔(dān)，因此盡可能的讓這個(gè)設(shè)備小而便攜。因此我們考慮當(dāng)前的問題有如下三點(diǎn)：（1）天線過大，是否可以找到不降低接收信號(hào)質(zhì)量而又量輕體小的材料。（2）系統(tǒng)過重，當(dāng)前衛(wèi)星通信設(shè)備的電源質(zhì)量和體積都需要耗費(fèi)一個(gè)人力，應(yīng)用性角度來(lái)說不科學(xué)。（3）個(gè)人野外移動(dòng)通信的數(shù)據(jù)通信量的需求性究竟如何，實(shí)現(xiàn)與達(dá)到的通信要求標(biāo)準(zhǔn)（吳傳富,郝威,江磊.軍事短波通信中的干擾問題[J].四川兵工學(xué)報(bào),2010,31(11):99-101）。

3.通信非對(duì)稱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)勢(shì)

3.1 通信結(jié)構(gòu)對(duì)比

如圖1中兩種通信結(jié)構(gòu)對(duì)比，以箭頭寬度模擬傳輸信號(hào)的頻帶寬度，上行和下行帶寬相同時(shí)，可以對(duì)上傳輸各類信息，對(duì)下也可以接收同等寬度的各類信息，從設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)便角度來(lái)說是非常合理的。但是從實(shí)際出發(fā)，并不是最適合的。在個(gè)人野外活動(dòng)時(shí)，需要較豐富的信息資源和輔助活動(dòng)信號(hào)，確保對(duì)動(dòng)態(tài)環(huán)境進(jìn)行掌握，因此會(huì)要求更高的下行帶寬，而對(duì)上行帶寬的要求只需要保障語(yǔ)音和數(shù)據(jù)的高效傳輸即可（胡國(guó)強(qiáng).衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和短波/超短波通信網(wǎng)絡(luò)的互連[J].電訊技術(shù),2006,46(4):137-139）。圖1中的非對(duì)稱條件下的設(shè)計(jì)，上下不對(duì)稱的設(shè)計(jì)，保證下行帶寬不變的基礎(chǔ)上讓上行帶寬大大減小，通過這種設(shè)計(jì)，既能保證個(gè)人的有效通聯(lián)，同時(shí)也可以使帶寬減小、節(jié)約資源、降低成本，并且可以通過這種方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)通信系統(tǒng)硬件進(jìn)行優(yōu)化的目的。因此，選擇非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)是從實(shí)際出發(fā)，從實(shí)際出發(fā)，相比于對(duì)稱型結(jié)構(gòu)，非對(duì)稱的設(shè)計(jì)在個(gè)人野外通信系統(tǒng)中更加合理。

圖1 通信結(jié)構(gòu)對(duì)比

3.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)勢(shì)分析

對(duì)比當(dāng)前個(gè)人野外移動(dòng)通信設(shè)備，非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的通信系統(tǒng)的優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

（1）速率提高。采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)，雖然仍無(wú)法做到優(yōu)先發(fā)送，但是通過頻帶的合理規(guī)劃，使發(fā)送和接收完全分開來(lái)，上傳和下載兩個(gè)信號(hào)傳輸方向，采用兩個(gè)完全獨(dú)立的信道進(jìn)行，增加信息傳輸?shù)乃俣?，使信息傳輸?shù)乃俾收w提高。

（2）設(shè)備小型化。非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的單兵通信系統(tǒng)，利用通信手段的單向傳輸，完全砍掉另一個(gè)方向的傳輸信道，降低需要構(gòu)成設(shè)備的部分部件，從而使設(shè)備做到小型化。

（3）個(gè)人操作更加簡(jiǎn)便。控制系統(tǒng)對(duì)超短波通信只進(jìn)行調(diào)制，而不進(jìn)行解調(diào)，從而做到只發(fā)不收的功能。對(duì)衛(wèi)星通信不進(jìn)行調(diào)制，只保障解調(diào)，做到只收不發(fā)的功能。通過這個(gè)控制系統(tǒng)就可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)通信方式的合理分工，使用一個(gè)通信系統(tǒng)就能完成原本的兩個(gè)工作內(nèi)容，使個(gè)人使用起來(lái)更加方便、易操作。

（4）提高頻帶利用率。頻域范圍內(nèi)利用的資源是有限的，這種上下行通信分開的方式，實(shí)質(zhì)是使帶寬資源得到優(yōu)化。原先一種通信手段收發(fā)一體的模式，會(huì)產(chǎn)生擁擠的信道。將收發(fā)信完全隔離分開，發(fā)信不影響收信，收信過大也不會(huì)占用發(fā)信的帶寬。優(yōu)化信道空間，實(shí)現(xiàn)提高傳輸速率。

（5）功耗減小。采用非對(duì)稱結(jié)構(gòu)之后，舍棄的單向鏈路徹底不再產(chǎn)生功耗，而留下的部分，因?yàn)槌滩ㄍㄐ殴妮^少，衛(wèi)星通信的功耗也得到合理利用，總體上是將通信系統(tǒng)的功耗降低了。

綜上五點(diǎn)，非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的單兵通信系統(tǒng)分別從傳輸速率、設(shè)備小型化、操作簡(jiǎn)易程度、頻帶利用率和功耗上性能的不同程度提升體現(xiàn)其先進(jìn)性。

4.非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的個(gè)人野外通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)

4.1 系統(tǒng)模式設(shè)計(jì)

個(gè)人野外通信系統(tǒng)通過將個(gè)人終端、綜合通信平臺(tái)和衛(wèi)星空間站聯(lián)接成一個(gè)信息傳送網(wǎng)絡(luò)，網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各個(gè)節(jié)點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)彼此感知、信息互通和語(yǔ)音收發(fā)功能，通過綜合信息平臺(tái)處理，最大程度上擴(kuò)展通訊廣度和范圍。基于當(dāng)前的技術(shù)支持能力，結(jié)合實(shí)際，在現(xiàn)有的三種通信手段的基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)。彌補(bǔ)超短波只能近距通信、短波信號(hào)不穩(wěn)定、衛(wèi)星地面站不能小型化的局限和缺陷。信號(hào)傳輸過程鏈路如圖2所示。

圖2 系統(tǒng)傳輸模式

4.2 子系統(tǒng)設(shè)計(jì)

（1）控制系統(tǒng)。控制系統(tǒng)的功能是對(duì)整個(gè)單兵通信系統(tǒng)的統(tǒng)籌控制，協(xié)調(diào)收發(fā)的輸入輸出。通過發(fā)送或者接收鍵入，來(lái)啟動(dòng)相應(yīng)的超短波子系統(tǒng)或者衛(wèi)星子系統(tǒng)。避免兩個(gè)系統(tǒng)在同時(shí)收發(fā)信息時(shí)產(chǎn)生沖突和造成干擾，如圖3所示。

圖3 控制系統(tǒng)

圖4 超短波子系統(tǒng)

（2）超短波子系統(tǒng)。當(dāng)個(gè)人在使用該系統(tǒng)時(shí)，控制系統(tǒng)打開超短波子系統(tǒng)，進(jìn)行子系統(tǒng)模式，通過外設(shè)鍵選擇對(duì)語(yǔ)音信號(hào)的發(fā)送時(shí)，由該系統(tǒng)通過對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，轉(zhuǎn)換成適合超短波信道發(fā)送的頻率，再進(jìn)行發(fā)送（見圖4）。

（3）衛(wèi)星子系統(tǒng)。通過終端設(shè)備，對(duì)需要的信息進(jìn)行下載，通過設(shè)備的外設(shè)鍵，選擇需要的業(yè)務(wù)類型，系統(tǒng)根據(jù)鍵入需要選擇相應(yīng)處理方式，并將處理后的信號(hào)以直觀的方式送至輸出終端，方便個(gè)人直接視聽。

圖5 衛(wèi)星子系統(tǒng)

5.結(jié)論

與個(gè)人野外移動(dòng)通信相比，非對(duì)稱結(jié)構(gòu)的個(gè)人通信系統(tǒng)，聯(lián)合兩種無(wú)線通信方式，運(yùn)用在發(fā)送和接收信息的不同帶寬上，根據(jù)需求的不同，優(yōu)化資源配置，使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，裝備便攜，通聯(lián)順暢。優(yōu)化傳輸速率、設(shè)備小型化、操作簡(jiǎn)易程度、頻帶利用率和功耗等方面。具有推廣和實(shí)踐價(jià)值。