0 引言

    短波通信作為一種可以不依賴于易被摧毀的固定基礎(chǔ)設(shè)施的通信手段，具有通信距離遠(yuǎn)、機(jī)動(dòng)靈活、組網(wǎng)便捷等優(yōu)點(diǎn)，其能力的發(fā)展和提高可以為“海、陸、空、天”一體化協(xié)同作戰(zhàn)提供重要的基礎(chǔ)能力支撐。

    由于短波通信依賴于不穩(wěn)定的大氣電離層反射，短波信道存在時(shí)變色散、衰落和干擾嚴(yán)重等特點(diǎn)。同時(shí)，隨著短波頻段面臨的電磁環(huán)境不斷惡化和遠(yuǎn)距離、高動(dòng)態(tài)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境的通信需要，提高短波通信的可通率和通信質(zhì)量迫在眉睫。隨著分集接收技術(shù)應(yīng)用日益廣泛，將短波通信與空間分集接收技術(shù)相結(jié)合的短波廣域分集接收技術(shù)是一種重大的應(yīng)用創(chuàng)新。該技術(shù)在我國(guó)不具備完備的衛(wèi)星通信網(wǎng)背景下，對(duì)提高我國(guó)軍用通信系統(tǒng)安全具有重要意義。

    分集技術(shù)是針對(duì)包含相同信息、經(jīng)過(guò)多個(gè)相互獨(dú)立路徑傳輸?shù)亩嗦沸盘?hào)實(shí)施合并處理，以達(dá)到減小各種衰落、提高抗干擾能力的目的。不論是在民用還是在軍事裝備中，分集技術(shù)的應(yīng)用都非常廣泛。在軍事領(lǐng)域，針對(duì)隱身技術(shù)日漸完善的隱形飛行器，現(xiàn)有常規(guī)雷達(dá)對(duì)高速、超高速目標(biāo)的捕獲顯得捉襟見(jiàn)肘。外軍現(xiàn)役先進(jìn)雷達(dá)裝備通過(guò)引入分集接收技術(shù)來(lái)提高對(duì)太空和臨近空間快速目標(biāo)的探測(cè)能力，如外軍裝備的反隱身MIMO米波雷達(dá)就是將諧振效應(yīng)與分集接收技術(shù)相結(jié)合。此外，在防空系統(tǒng)的建設(shè)中，使雷達(dá)陣地發(fā)揮分集接收功能、并與導(dǎo)彈陣地相隔較遠(yuǎn)距離，不但可以大大提高雷達(dá)探測(cè)精度和抗干擾能力，還可以提高導(dǎo)彈陣地的抗打擊能力。此外，NASA還將天線陣空間分集接收技術(shù)應(yīng)用于具有極低信噪比的深空探測(cè)，獲得了高質(zhì)量的語(yǔ)音和圖像信息。在民用領(lǐng)域，蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中就廣泛應(yīng)用了分集接收技術(shù)，如RAKE接收機(jī)、MIMO、協(xié)同分集接收技術(shù)等。分集技術(shù)另一個(gè)重要的應(yīng)用領(lǐng)域就是現(xiàn)有的高速鐵路通信系統(tǒng)，如我國(guó)上海運(yùn)營(yíng)的磁懸浮車(chē)地通信系統(tǒng)。 

    短波廣域分集接收就是利用多個(gè)相距較遠(yuǎn)的、通過(guò)有線互聯(lián)的短波固定臺(tái)站，將不同地域空間和不同極化天線所接收的短波信號(hào)，通過(guò)實(shí)時(shí)匯聚和合并解調(diào)，有效提升短波話音鏈路的穩(wěn)定性和可靠性^[1-2]。圖１是基于軟值合并的多天線地空短波分集接收技術(shù)框圖。移動(dòng)臺(tái)通過(guò)聲碼話設(shè)備將編碼后的數(shù)據(jù)通過(guò)短波電臺(tái)發(fā)送出去。地面各個(gè)短波臺(tái)站進(jìn)行同步頭捕獲與頻率校正、信道均衡與解調(diào)軟值操作。由于需要對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行分集合并處理，信號(hào)的匯集方式包括IP網(wǎng)、數(shù)據(jù)專線和電話公網(wǎng)等多種方式[1]，可以根據(jù)業(yè)務(wù)服務(wù)質(zhì)量的要求進(jìn)行合理選擇。在匯聚端，對(duì)各路信號(hào)通過(guò)同步信息進(jìn)行時(shí)延校正，并對(duì)各路解調(diào)軟值數(shù)據(jù)進(jìn)行合并處理，從而提高系統(tǒng)接收性能。這樣的合并處理方式可以有效處理各路信號(hào)到達(dá)匯聚點(diǎn)時(shí)延遲不一的問(wèn)題。

1 短波廣域分集接收特點(diǎn)及難點(diǎn)

1.1 短波廣域分集接收特點(diǎn)

    分集接收技術(shù)是發(fā)端將信號(hào)分散傳輸、收端集中處理、從而減少多徑衰落影響的技術(shù)。目前，主要的分集接收技術(shù)包括空間分集、頻率分集、極化分集、角度分集、時(shí)間分集等。短波廣域分集接收主要用到的是下行信道（移動(dòng)臺(tái)到固定臺(tái)）的空間分集和上行信道（固定臺(tái)到移動(dòng)臺(tái)）的頻率分集。在下行信道上，由于多個(gè)不同短波臺(tái)站間的間隔距離足夠遠(yuǎn)，不同天線接收信號(hào)是相互獨(dú)立的，根據(jù)不同信道間信息的互補(bǔ)來(lái)增強(qiáng)接收效果。在上行信道上，將信源信息調(diào)制到載頻間隔足夠?qū)挼牟煌d波上進(jìn)行傳輸，從而獲得衰落特性相互獨(dú)立的多路信號(hào)。

    根據(jù)匯聚端對(duì)多路信號(hào)合并的方式不同可以分為三種：選擇式合并、等增益合并和最大比合并。這三種合并方式的復(fù)雜度和獲得的分集增益都是有所差異的。

    選擇式合并是從接收到的多路信號(hào)中選擇信噪比最大的一路信號(hào)輸出，該合并方式算法復(fù)雜度低，易于實(shí)現(xiàn)。但是只利用了多路信號(hào)中的一路信號(hào)，分集增益低。

    相比之下，等增益合并和最大比值合并均對(duì)多路信號(hào)進(jìn)行了合并處理，分集效果更加明顯。等增益合并是對(duì)各路信號(hào)對(duì)齊后作等系數(shù)加權(quán)合并處理，算法復(fù)雜度較低，可以提高接收性能。但缺點(diǎn)是，當(dāng)存在某一路或者多路信號(hào)的信噪比很低時(shí)，會(huì)導(dǎo)致分集合并性能急劇下降，甚至可能低于選擇性合并。

    最大比值合并則依據(jù)各路信號(hào)的信噪比分配不同的加權(quán)系數(shù)，再對(duì)各路信號(hào)進(jìn)行加權(quán)合并處理，從而最大化接收信號(hào)信噪比。但缺點(diǎn)是算法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜，同時(shí)需要實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)、精確地測(cè)定各條信道的信噪比來(lái)準(zhǔn)確地分配加權(quán)系數(shù)，從而最大化接收性能。

    由于短波信道具有多徑衰落嚴(yán)重、信道時(shí)變特性復(fù)雜、干擾復(fù)雜等特點(diǎn)，在短波廣域分集接收設(shè)計(jì)中需要考慮將選擇性合并與最大比合并相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)有選擇的最大比合并更能充分發(fā)揮短波分集接收系統(tǒng)的性能^[1]。有選擇的最大比合并的一般步驟是：

    (1)設(shè)定可以滿足數(shù)據(jù)傳輸速率要求的信噪比門(mén)限值SNR_O；

    (2)對(duì)于N條信道，估計(jì)各信道s_i的瞬時(shí)信噪比|s_i| (1≤i≤N)，并與信噪比門(mén)限值SNR_O作比較；

    (3)選出參與最大比合并的信道集合：實(shí)施最大比值合并。

    實(shí)施有選擇的最大比合并可以將選擇性合并和最大比合并各自的優(yōu)勢(shì)相結(jié)合，避免由于短波信道的時(shí)變衰落特性造成各信道質(zhì)量的較大差異，影響分集合并的效果。

    由于短波廣域分集接收中的同構(gòu)天線間距很大，幾十到幾千公里不等，能夠很好地保證各天線所接收到的信號(hào)衰落的獨(dú)立性；同時(shí)，由于短波地面接收臺(tái)站分布地域的寬廣，隨著分集重?cái)?shù)的增加，短波通信的可通率也會(huì)得到極大提高，從而有效提高短波通信的可靠性。據(jù)統(tǒng)計(jì)^[2，3]，當(dāng)收端天線分別位于我國(guó)北京、西安、重慶、廣州，發(fā)端電臺(tái)位于南京時(shí)的四重分集接收，短波通信的可通率可以達(dá)到96%以上，遠(yuǎn)高于無(wú)分集方式的可通率，有效提高了短波通信的通信效能。

1.2 短波廣域分集接收技術(shù)難點(diǎn)

    (1)短波模擬話音通信在缺乏聲碼話設(shè)備的條件下，將不同地域空間和不同極化天線所接收的短波模擬話音信號(hào)實(shí)施分集合并接收是短波廣域分集接收技術(shù)的難點(diǎn)之一。針對(duì)短波模擬信號(hào)的特性，主要采用選擇性合并分集接收技術(shù)來(lái)提升話音鏈路的話音質(zhì)量和穩(wěn)定性。實(shí)施的技術(shù)難點(diǎn)包括：①短波信道帶噪語(yǔ)音信號(hào)的端點(diǎn)檢測(cè)；②短波語(yǔ)音信號(hào)的質(zhì)量評(píng)價(jià)；③短波語(yǔ)音信號(hào)的優(yōu)選切換。

    (2)短波廣域分集接收需要對(duì)不同地域所接收到的信號(hào)匯聚后作集中合并處理。然而，信號(hào)的匯聚可以通過(guò)IP網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)專網(wǎng)等多種方式，所獲得的傳輸時(shí)延也是不盡相同，進(jìn)而影響到合并后信號(hào)的整體傳輸時(shí)延。對(duì)于一些延時(shí)要求低的應(yīng)用（如短報(bào)文等），信號(hào)匯聚所帶來(lái)的傳輸時(shí)延對(duì)其無(wú)大的影響，但是對(duì)有延時(shí)要求的話音通信等，會(huì)直接影響其服務(wù)質(zhì)量。因此，對(duì)于各路參與合并的信號(hào)，需要通過(guò)具有QoS意識(shí)的路由技術(shù)、基于延時(shí)限制的軟信息動(dòng)態(tài)合并技術(shù)等來(lái)滿足對(duì)服務(wù)質(zhì)量的要求。

    (3)由于短波天波傳輸主要依靠電離層的反射來(lái)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，依據(jù)短波信道的特性，短波通信的最佳工作頻率為可用頻率窗口中的最高頻率。在這種情況下，短波的散射路徑最少，接收信噪比最高。然而，在實(shí)際的短波通信測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，由于電離層的特性會(huì)隨晝夜變化、太陽(yáng)黑子活動(dòng)、季節(jié)等變化，部分地域會(huì)成為信號(hào)盲區(qū)。因而，短波廣域分集接收技術(shù)需要短波經(jīng)電離層的散射路徑盡可能多，從而需要調(diào)低工作頻率。由此帶來(lái)的弊端是接收端信噪比的降低。如何在最佳工作頻率和最佳的分集增益間進(jìn)行合理的折中是工作頻率調(diào)整的一個(gè)難點(diǎn)。

2 國(guó)內(nèi)外研究概況

    短波廣域分集接收旨在通過(guò)廣域有線互聯(lián)的多個(gè)短波臺(tái)站接收經(jīng)電離層反射和散射的短波信號(hào)，然后合并處理來(lái)提高短波信道的抗衰落和抗干擾性能。盡管已經(jīng)有大量研究工作集中于將MIMO技術(shù)應(yīng)用于VHF~SHF頻段，以利用有限的頻譜來(lái)提高數(shù)據(jù)傳輸速率^[4-6]。然而，由于短波波長(zhǎng)在10 m~100 m之間，相比于MIMO應(yīng)用于其他頻段，所需的天線尺寸較大，使用間隔的天線陣來(lái)應(yīng)用MIMO技術(shù)受到了較大的限制，MIMO技術(shù)領(lǐng)域新的研究進(jìn)展也難于直接應(yīng)用于短波頻段^[7]。幸運(yùn)的是，短波廣域分集接收技術(shù)卻不受這些限制的影響，可以充分發(fā)揮分集技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，國(guó)內(nèi)外在該領(lǐng)域已經(jīng)取得了可喜的研究進(jìn)展，有效改善了短波通信的可靠性和抗干擾性能。

2.1 國(guó)內(nèi)研究概況

    在國(guó)內(nèi)，電子科技大學(xué)通信抗干擾技術(shù)國(guó)家級(jí)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室最早對(duì)短波MIMO相關(guān)關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)展實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作。2004年，張熙瑜、聶在平等人對(duì)MIMO多天線系統(tǒng)展開(kāi)了深入研究，在國(guó)內(nèi)首次提出了分布式開(kāi)關(guān)陣列天線來(lái)均衡各分集支路接收到的信號(hào)強(qiáng)度，從而最大化分集合并增益^[8]；朱鵬、唐萬(wàn)斌等人展開(kāi)了對(duì)短波MIMO信道相關(guān)性的測(cè)量研究，并給出了短波MIMO信道測(cè)量的實(shí)現(xiàn)方案^[9]；王運(yùn)健、李少謙等人對(duì)短波系統(tǒng)中采用OFDM-MIMO通信系統(tǒng)展開(kāi)了研究，嘗試了導(dǎo)頻訓(xùn)練序列來(lái)實(shí)施信道估計(jì)^[10]；王民建、雷霞等人基于MIMO OFDM短波通信系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于擴(kuò)頻滑動(dòng)相關(guān)的短波信道參數(shù)測(cè)量的研究工作，并針對(duì)實(shí)際無(wú)線傳輸干擾問(wèn)題展開(kāi)了干擾抑制研究^[11]；劉吉、雷霞等人面向第三代短波通信標(biāo)準(zhǔn)，研究了基于分布式天線的短波語(yǔ)音分集接收方案來(lái)解決短波信道下語(yǔ)音可靠傳輸問(wèn)題^[12]。此外，上海交通大學(xué)王若擎、錢(qián)良等人針對(duì)短波MIMO通信系統(tǒng)研究了預(yù)編碼技術(shù)來(lái)消除用戶間的干擾等^[13]。

    除了大學(xué)的相關(guān)研究成果外，國(guó)內(nèi)部分企業(yè)（如南京熊貓漢達(dá)科技有限公司等）在短波分集接收領(lǐng)域也開(kāi)展了大量卓有成效的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證工作。王崢等對(duì)分集接收技術(shù)用于對(duì)抗短波信道衰落做了仿真分析并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，展示出良好的分集接收效果^[3]。信長(zhǎng)安探討了在短波組網(wǎng)條件下實(shí)現(xiàn)短波分集接收的設(shè)計(jì)問(wèn)題，并給出了相關(guān)的優(yōu)化和設(shè)計(jì)方法^[2]。王欽玉等對(duì)短波分集接收技術(shù)建立了相應(yīng)的通信模型和軟件仿真。實(shí)際的天波通信試驗(yàn)表明，MIMO短波通信可以將傳統(tǒng)的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)短波通信可通率由17%提升至96%，顯著提升了短波通信的傳輸效能^[14]。此外，中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第三十六研究所李堅(jiān)等人提出了一種短波分集接收方案來(lái)提升短波猝發(fā)通信系統(tǒng)性能。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方案在1 000 km通信距離、猝發(fā)發(fā)射功率100 W的條件下，采用5重分集接收可以有效提高猝發(fā)通信信號(hào)的捕獲概率和接收信號(hào)的信噪比^[15]。

2.2 國(guó)外研究概況

    多輸入、多輸出系統(tǒng)（MIMO）作為傳統(tǒng)天線陣通信的自然延伸和擴(kuò)展，國(guó)外學(xué)者已經(jīng)從信息論容量的角度對(duì)其進(jìn)行過(guò)深入研究，證實(shí)了其容量增益和空分復(fù)用效果^[16-20]。盡管短波存在的多徑傳輸問(wèn)題非常適合于MIMO技術(shù)的應(yīng)用，但受限于傳統(tǒng)短波天線尺寸較大的緣故，使之不便于MIMO技術(shù)的直接應(yīng)用。2008年，國(guó)外首次對(duì)短波MIMO應(yīng)用展開(kāi)了測(cè)試實(shí)驗(yàn)，發(fā)站位于英國(guó)達(dá)拉謨（Durham）、收站分別位于距離達(dá)拉謨255 km的英國(guó)萊斯特（Leicester）和距離達(dá)拉謨743 km的法國(guó)蒙特菲爾（Monterfil），采用4重發(fā)射天線和8重接收天線并實(shí)驗(yàn)了不同類(lèi)型的天線陣。實(shí)驗(yàn)證實(shí)了：(1)在發(fā)射信號(hào)和在不同天線上接收到的信號(hào)間的相關(guān)度足夠低的情況下，短波頻段采用MIMO技術(shù)可以取得高容量增益；(2)異構(gòu)天線陣可以取代天線間相隔距離較遠(yuǎn)的同構(gòu)天線陣、并取得相近似的容量增益^[7]。此后，大量的研究工作朝這兩個(gè)方向展開(kāi)。通過(guò)MIMO技術(shù)來(lái)抑制雜波，加拿大的研究機(jī)構(gòu)實(shí)驗(yàn)證實(shí)了短波MIMO視距外雷達(dá)的可行性和有效性^[23]。文獻(xiàn)[24]在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了短波MIMO應(yīng)用緊湊型交叉極化天線陣的可行性前提下，基于已有的單天線MIL-STD-188-110C-Appendix-D寬帶短波標(biāo)準(zhǔn)，設(shè)計(jì)了新的短波MIMO物理層。仿真結(jié)果表明，與單天線模式相比，該新標(biāo)準(zhǔn)可以提高整體吞吐率116%、提高信噪比15 dB。文獻(xiàn)[25]介紹了短波近垂直天波傳輸在救災(zāi)等指揮通信中的應(yīng)用，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，相比于線性極化天線，環(huán)形極化天線能更有效地抑制多徑衰落的影響，從而可以有效提高各類(lèi)短波分集接收系統(tǒng)的整體性能。針對(duì)視距外短波通信，文獻(xiàn)[26]提出了一種基于隨機(jī)空時(shí)編碼的物理層節(jié)點(diǎn)協(xié)同方法，從而獲得類(lèi)似于MIMO系統(tǒng)的分集增益。仿真實(shí)驗(yàn)證實(shí)了該方法的能量效率和分集增益。文獻(xiàn)[27]針對(duì)短波MIMO OFDM系統(tǒng)提出了一種時(shí)間和頻率同步算法。仿真結(jié)果證明，即使在低信噪比條件下，該方法依然可以顯著提高系統(tǒng)同步性能，并且時(shí)域內(nèi)可以快速收斂。文獻(xiàn)[28]通過(guò)將發(fā)送的極化分集替代傳統(tǒng)的空間分集，提出了一種短波超視距的數(shù)字傳輸方法。通過(guò)280 km遠(yuǎn)的短波傳輸實(shí)驗(yàn)表明，在4.2 kHz的帶寬上可以取得最高24.09 kb/s的傳輸速率。

    此外，隨著網(wǎng)絡(luò)通信領(lǐng)域一些提高網(wǎng)絡(luò)吞吐率的新技術(shù)的出現(xiàn)，如網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)^[29]等，創(chuàng)新性地將MIMO與網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)相結(jié)合可以使系統(tǒng)更加有效地對(duì)抗衰落信道、獲得更高的傳輸速率^[30]。

3 短波廣域分集接收關(guān)鍵技術(shù)及發(fā)展趨勢(shì)

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

    為實(shí)現(xiàn)短波廣域分集接收系統(tǒng)的性能增益，需要研究以下的關(guān)鍵技術(shù)。

3.1.1 分集合并技術(shù)

    對(duì)來(lái)自遠(yuǎn)端的多路接收信號(hào)通過(guò)組網(wǎng)方式匯集、并將基于解調(diào)數(shù)據(jù)的軟值合并基本步驟是：

    (1)對(duì)各支路基帶音頻信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)和同步；

    (2)依據(jù)各路信號(hào)的信噪比和幅度信息，對(duì)各條支路信號(hào)分配不同的加權(quán)系數(shù)；

    (3)對(duì)加權(quán)后的各支路信號(hào)相加合并。

    單純的分集合并算法包括選擇合并、等增益合并和最大比值合并。在短波廣域分集接收系統(tǒng)中，出于對(duì)復(fù)雜度的限制和高分集增益的要求，一般采用的是組合合并技術(shù)^[31]。常見(jiàn)的組合合并方式是將選擇合并（SC）與最大比值合并（MRC）或等增益合并（EGC）相結(jié)合，對(duì)從所有鏈路中選出的部分鏈路實(shí)施最大比合并或者等增益合并。

3.1.2 模擬話音質(zhì)量打分與切換

    在短波模擬話音分集接收系統(tǒng)中，當(dāng)缺少聲碼話設(shè)備時(shí)，需要通過(guò)選擇性分集合并接收來(lái)提高話音鏈路的話音質(zhì)量和穩(wěn)定性。由于短波的天波傳輸受到電離層的影響較大，多徑衰落、干擾、噪聲等均會(huì)對(duì)信號(hào)的接收造成影響。為此，可以概括為三項(xiàng)主要的關(guān)鍵技術(shù)：

    (1)帶噪語(yǔ)音端點(diǎn)檢測(cè)技術(shù)：從含噪聲的語(yǔ)音信號(hào)中確定出語(yǔ)音信號(hào)的起始點(diǎn)及結(jié)束點(diǎn)。目前主要有基于模型與基于特征兩類(lèi)端點(diǎn)檢測(cè)方法；

    (2)語(yǔ)音質(zhì)量評(píng)價(jià)技術(shù)：主要從語(yǔ)音質(zhì)量的特征參數(shù)（如響度、信噪比、串音等）角度來(lái)加以綜合評(píng)價(jià)；

    (3)語(yǔ)音信號(hào)優(yōu)選切換技術(shù)：通過(guò)對(duì)各支路語(yǔ)音信號(hào)信號(hào)質(zhì)量的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)，動(dòng)態(tài)地切換至語(yǔ)音質(zhì)量更好的信道。

3.1.3 具有服務(wù)質(zhì)量意識(shí)的等待匯集技術(shù)

    在短波廣域分集接收系統(tǒng)中，需要對(duì)多個(gè)不同地域空間和不同極化天線所接收到的短波信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸并匯聚至中心站點(diǎn)進(jìn)行合并處理。由于經(jīng)過(guò)不同路徑的傳輸，到達(dá)中心合并站點(diǎn)的延時(shí)也不相同。為了確保語(yǔ)音信號(hào)的服務(wù)質(zhì)量（QoS），當(dāng)各支路信號(hào)中的某一路信號(hào)到達(dá)中心合并站點(diǎn)后，需要確定一個(gè)等待時(shí)間的門(mén)限tT，從而在QoS和分集增益間取得一個(gè)合理的折中，該問(wèn)題可以歸結(jié)為求解如下的一個(gè)最優(yōu)化問(wèn)題：

在式(1)中，ΔC(t)表示在等待匯聚時(shí)間t后所能獲得的分集增益；Δw(t)表示在等待匯聚時(shí)間t后在QoS上所付出的代價(jià)；優(yōu)化目標(biāo)即為，在滿足語(yǔ)音信號(hào)QoS要求的條件下，確定等待匯聚時(shí)間t，使得在單位QoS損失的條件下取得最大的分集增益。

3.1.4 具有QoS意識(shí)的路由技術(shù)

    在短波廣域分集接收系統(tǒng)中，由于多個(gè)短波地面臺(tái)站所接收到的信號(hào)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)、經(jīng)不同的路徑加以傳輸，所產(chǎn)生的網(wǎng)絡(luò)延時(shí)也是不一樣的。具有QoS意識(shí)的路由技術(shù)可以通過(guò)動(dòng)態(tài)地獲取網(wǎng)絡(luò)擁塞情況來(lái)選擇合適的路由，從而有助于提高分集增益和語(yǔ)音質(zhì)量。

3.2 發(fā)展趨勢(shì)

    對(duì)于短波廣域分集接收系統(tǒng)未來(lái)的發(fā)展，主要表現(xiàn)出以下幾個(gè)方面的發(fā)展趨勢(shì)。

3.2.1 采用緊湊的異構(gòu)天線陣技術(shù)

    在短波廣域分集接收領(lǐng)域，為保證各短波地面臺(tái)站天線所接收的信號(hào)衰落的獨(dú)立性，國(guó)內(nèi)研究機(jī)構(gòu)所開(kāi)展的相關(guān)研究工作主要是基于相距足夠遠(yuǎn)的、位于不同地域的、多個(gè)同構(gòu)短波通信天線所接收到的信號(hào)進(jìn)行合并接收，從而大大限制了分集的重?cái)?shù)和分集增益。由于異構(gòu)天線陣可以取代天線間相隔距離較遠(yuǎn)的同構(gòu)天線陣、并取得相近似的容量增益^[7]，由此可以帶來(lái)分集重?cái)?shù)和分集增益的大幅提升，也是未來(lái)應(yīng)用的趨勢(shì)。

3.2.2 實(shí)施分層混合合并技術(shù)

    對(duì)于單純的分集合并技術(shù)(如最大比和等增益合并)會(huì)隨著分集重?cái)?shù)的增加，其計(jì)算開(kāi)銷(xiāo)也會(huì)隨之增大；選擇合并盡管算法復(fù)雜度低，但分集效率低下。通過(guò)將不同的分集合并算法加以組合，可以取得對(duì)分集合并性能和計(jì)算復(fù)雜度間的合理折中。

    隨著緊湊的異構(gòu)天線陣在國(guó)外短波分集接收系統(tǒng)中的成功應(yīng)用^[21-22]，可以通過(guò)諸如先對(duì)分布在不同地域的、應(yīng)用異構(gòu)天線陣的若干短波臺(tái)站實(shí)施最大比合并，然后匯聚至中心合并站點(diǎn)實(shí)施選擇合并。此類(lèi)分層混合合并方式類(lèi)似于“微分集”和“宏分集”的思想，可以有效提高短波廣域分集合并系統(tǒng)整體性能，是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。

3.2.3 節(jié)點(diǎn)協(xié)同分集接收

    由于節(jié)點(diǎn)間的協(xié)同分集可以擴(kuò)大短波分集接收系統(tǒng)的應(yīng)用范圍，降低各分集接收短波臺(tái)站所接收到的信號(hào)經(jīng)有線網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)难訒r(shí)，是作為天線分集接收系統(tǒng)的一類(lèi)重要補(bǔ)充。節(jié)點(diǎn)協(xié)同分集利用了無(wú)線傳輸?shù)膹V播特性，并通過(guò)協(xié)同節(jié)點(diǎn)創(chuàng)造出“虛擬”的分布式天線，從而獲得空間分集增益。

3.2.4 分集合并技術(shù)與其他新技術(shù)相結(jié)合

    隨著一些通信新技術(shù)的出現(xiàn)，如網(wǎng)絡(luò)編碼技術(shù)^[29]、功率分配技術(shù)^[32]等的出現(xiàn)，在短波廣域分集接收系統(tǒng)中將分集合并接收與其他新技術(shù)的相互結(jié)合，以進(jìn)一步提高短波通信系統(tǒng)的性能是未來(lái)一個(gè)重要的發(fā)展方向。

4 結(jié)束語(yǔ)

    本文較詳細(xì)地介紹了短波廣域分集接收系統(tǒng)的特點(diǎn)以及實(shí)現(xiàn)的技術(shù)難點(diǎn)。同時(shí)，對(duì)短波廣域分集接收系統(tǒng)當(dāng)前的國(guó)內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r做了詳盡介紹與對(duì)比。最后，介紹了短波廣域分集接收系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)并指出了其未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

參考文獻(xiàn)

[1] 王金龍.短波數(shù)字通信研究與實(shí)踐[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

[2] 信長(zhǎng)安.短波廣域分集接收系統(tǒng)設(shè)計(jì)討論[J].計(jì)算機(jī)光盤(pán)軟件與應(yīng)用，2014(11)：92-94.

[3] 王崢，孔田華，金宏興.廣域分集技術(shù)在短波通信中的研究及應(yīng)用[J].信息技術(shù)，2015(6)：192-197.

[4] LIU J，LIU Z，XIE R，et al.Beam-space domain angle estimation algorithm in VHF MIMO radar[J].Dianzi Xuebao(Acta Electronica Sinica)，2011，39(9)：1961-1966.

[5] KIM D Y，JO H S，YOON H，et al.Reverse-link interrogation range of a UHF MIMO-RFID system in Nakagami-fading channels[J].Industrial Electronics，IEEE Transactions on，2010，57(4)：1468-1477.

[6] SUYAMA S，SHEN J，BENJEBBOUR A，et al.Super high bit rate radio access technologies for small cells using higher frequency bands[C].Microwave Symposium(IMS)，2014 IEEE MTT-S International.IEEE，2014：1-4.

[7] ABBASI N，GUNASHEKAR S D，WARRINGTON E M，et al.Capacity estimation of HF-MIMO systems[C].11th International Conference on Ionospheric Radio Systems and Techniques，IRST，Edinburgh，Scotland，April，2009：28-30.

[8] 張熙瑜.一種用于MIMO系統(tǒng)的新型分集天線[D].成都：電子科技大學(xué)，2004.

[9] 朱鵬.短波信道傳播特性和測(cè)量方法研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2008.

[10] 王運(yùn)健.MIMO-OFDM系統(tǒng)中短波信道特性研究與測(cè)量[D].成都：電子科技大學(xué)，2009.

[11] 王民建.MIMO-OFDM系統(tǒng)中關(guān)鍵技術(shù)的研究和實(shí)現(xiàn)[D].成都：電子科技大學(xué)，2011.

[12] 劉吉.短波信道下語(yǔ)音傳輸關(guān)鍵技術(shù)研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2013.

[13] 錢(qián)良.新型短波電臺(tái)的若干關(guān)鍵技術(shù)研究[D].上海：上海交通大學(xué)，2014.

[14] 王欽玉，劉芳碩，王崢，等.MIMO短波通信研究[J].通信與廣播電視，2014(3)：22-27.

[15] 李堅(jiān)，駱曹飛.用于猝發(fā)通信的短波分集接收技術(shù)[J].通信對(duì)抗，2008(3)：39-42.

[16] JAKES W C，COX D C.Microwave mobile communications[M].Wiley-IEEE Press，1994.

[17] MONZINGO R A，MILLER T W.Introduction to adaptive arrays[M].SciTech Publishing，1980.

[18] TELATAR I E.Capacity of Multi-Antenna Gaussian Channels[J].Eur.Trans.Telecommun，1999，10(6)：585-595.

[19] BLISS D W，F(xiàn)ORSYTHE K W，HERO A O，et al.Environmental issues for MIMO capacity[J].IEEE Trans.Signal Process，2002，50(9)：2128-2142.

[20] GESBERT D，AKHTAR J.Breaking the barriers of Shannon’s capacity：an overview of MIMO wireless systems[J].Signal Processing，2002，1(B2)：B3.

21-33略