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摘 要：本文针对短波信道的特点，研究短波通信中分集接收策略，给出了广域空间和频率分集接收的应用场景，并通过分集合并算法，提高短波通信系统的通信效果。
关键词：短波通信；分集接收
1.概述
短波通信具有通信距离远、机动灵活等特点，是一种不需要依赖固定基础设施的通信方式，在军事、远洋救援保障等领域都是重要的通信保障手段。
短波信道存在路径损耗、延时散布、噪声和干扰，并且还随着时间等因素在不断变化，因此提高短波通信的可通率和通信质量迫在眉睫。
分集技术是针对包含相同信息、经过多个相互独立路径传输的多路信号实施合并处理，以达到减小各种衰落、提高抗干扰能力的目的。不论是在民用还是在军事装备中，分集技术的应用都非常广泛。
2.系统基本原理
分集接收是一种有效的通信接收方式，它能以较低的成本改善系统的性能。分集的概念可简单解释如下：如果一个无线路径经历深衰落，那么另一个相对独立的路径中可能仍保持著较强的信号。因此，一旦在多径信号中选择出两个或两个以上的信号，接收机的瞬时信噪比和平均信噪比就可得到改善。
分集的基本思想是利用信号和信道的性质，将接收到的多径信号分离成互不相关（独立的）多径信号，然后把这些多径信号的能量按一定的规则合并起来，使接收到的有用信号能量最大，进而提高接收信号的信噪比，达到抗衰落的目的。目前主要的分集方式有空间分集、频率分集和时间分集等。
1）空间分集
空间分集接收基本结构为发端使用一副天线发送，收端使用多副天线接收。当接收端天线相距间隔达到一定程度时，不同接收地点收到信号的衰落具有独立性，将多路的接收信号通过合并处理算法来得到分集增益，获得几乎不受快衰落影响的接收信号，最终输出最佳的信号。
2）频率分集
频率分集是采用两个或两个以上具有一定频率间隔的频率同时发送和接收同一信息，然后进行合成或选择，利用位于不同频段的信号经衰落信道后在统计上的不相关特性，即不同频段衰落统计特性上的差异，来实现抗频率选择性衰落的功能。
3）时间分集
实践证明，快衰落除了具有空间和频率的独立性，还具有时间的独立性，即同一信号在不同的时间区间多次重发，只要两次重发间隔足够大，那么各次发送的信号通过信道后，出现的衰落将是彼此独立的。
3.应用场景及分集策略实现
3.1应用场景
1）固定台分集接收
短波广域分集接收就是利用多个相距较远的、通过有线或无线互联的短波固定台站，将不同地域空间和不同极化天线所接收的短波信号，通过实时汇聚和合并解调，有效提升短波话音链路的稳定性和可靠性。图1 是基于软信息合并的多天线短波分集接收技术框图。移动台通过编码模块将编码后的数据通过短波电台发送出去。各个短波台站进行同步头捕获与频率校正、信道均衡与解调软信息操作。由于需要对多路信号进行分集合并处理，信号的汇集方式包括有线、无线网等多种方式，可以根据业务服务质量的要求进行合理选择。在汇聚端，对各路信号通过同步信息进行时延校正，并对各路解调软信息数据进行合并处理，从而提高系统接收性能。
2）移动台分集接收
由于移动台受应用条件所限（尺寸、重量、功耗等），不具备固定台站可应用的空间、计算能力等资源，因此移动台站要基于自身特点，采用频率分集合并方式进行分集合并，频率的选择可采用智能选频策略，根据通信的信噪比、可通率等参数，选择出通信质量较好的频率集，固定站在可通频率集范围内选择出质量最好的一组频率，通过多个性能较好的固定台站发射机并行发送，移动台将多个频率的同一信号接收下来，进行频率分集合并。
3.2分集合并方式
根据汇聚端对多路信号合并的方式不同可以分为三种：选择式合并、等增益合并和最大比合并。这三种合并方式的复杂度和获得的分集增益都是有所差异的。
1）选择合并
选择分集合并方式是三种分集合并方式中实现最简单的一种分集技术，使用了N根天线的天线阵进行信号接收，选择具有最好信噪比的接收支路。
2）等增益分集合并
等增益合并是一种加权合并，各个支路的信号进行同步捕获后乘以相等的权值参数，然后进行合并。这种分集方式使得接收机可以从各个支路同时接收到信号，加权合并之后可以利用信号的相互独立特性抵抗个别支路信号在信道中遇到的深衰落，从而带来一定的合并增益。
3）最大比值分集合并
最大比值分集合并方式也是属于一种加权分集合并方式，但是与等增益合并方式不同的是，最大比值分集合并为了是不同信噪比支路信号在最后总的信号中所占比重不同，采取了不等权值的加权合并。最大比值分集合并的结构图与等增益合并相似，只是在取权值时须根据各自信号功率与噪声功率之比进行加权，并求和。
3.3分集重数选择
理论上，分集重数越多，分集合并后的信号质量越好，在实际的应用中，分集重数的增加与其获得的平均信噪比改善并不是线性增加的，当分集重数达到一定（如8重以上的分集）时，性能的增长趋于平坦，另外对于空间分集来说，分集重数越多，所需天线、接收机数量也就越多；对于频率分集来说，分集重数越多，所需天线、发射机数量也就越多，同时带来分集合并处理技术难度也越大，数字信号处理器间交换的信息量和存储量都呈指数型的增长，但信噪比增益的性能却不呈指数增长。因此在实际应用中选择合适的分集重数，达到最佳的性价比。
4.小结
本文较详细地介绍了短波分集接收系统的特点，并结合实际的应用场景和需求对分集合并技术进行了阐述。随着短波宽频段接收、智能选频等技术的不断发展，以及基带处理能力的不断提升，为短波分集接收的应用带来了更大的空间，同时随着机器学习、人工智能、大数据等技术的不断发展，短波分集接收可与这些技术相结合，可智能化的选择频率、信号处理、分集重数等，使短波分集接收技术更上一个台阶。
参考文献
[1] 王金龙.短波数字通信研究与实践[M].北京：科学出版社，2014.
[2] 信长安.短波广域分集接收系统设计讨论[J].计算机光盘软件与应用，2014（11）：92-94.
[3] 王峥，孔田华，金宏兴.广域分集技术在短波通信中的研究及应用[J].信息技术，2015（6）：192-197.
[4] 刘青龙，董家山.短波广域分集技术研究[J].电子技术应用，2016，42（6）：25-29，33.
（作者身份证号码：320721198011060019）
关键词：短波通信；分集接收
1.概述
短波通信具有通信距离远、机动灵活等特点，是一种不需要依赖固定基础设施的通信方式，在军事、远洋救援保障等领域都是重要的通信保障手段。
短波信道存在路径损耗、延时散布、噪声和干扰，并且还随着时间等因素在不断变化，因此提高短波通信的可通率和通信质量迫在眉睫。
分集技术是针对包含相同信息、经过多个相互独立路径传输的多路信号实施合并处理，以达到减小各种衰落、提高抗干扰能力的目的。不论是在民用还是在军事装备中，分集技术的应用都非常广泛。
2.系统基本原理
分集接收是一种有效的通信接收方式，它能以较低的成本改善系统的性能。分集的概念可简单解释如下：如果一个无线路径经历深衰落，那么另一个相对独立的路径中可能仍保持著较强的信号。因此，一旦在多径信号中选择出两个或两个以上的信号，接收机的瞬时信噪比和平均信噪比就可得到改善。
分集的基本思想是利用信号和信道的性质，将接收到的多径信号分离成互不相关（独立的）多径信号，然后把这些多径信号的能量按一定的规则合并起来，使接收到的有用信号能量最大，进而提高接收信号的信噪比，达到抗衰落的目的。目前主要的分集方式有空间分集、频率分集和时间分集等。
1）空间分集
空间分集接收基本结构为发端使用一副天线发送，收端使用多副天线接收。当接收端天线相距间隔达到一定程度时，不同接收地点收到信号的衰落具有独立性，将多路的接收信号通过合并处理算法来得到分集增益，获得几乎不受快衰落影响的接收信号，最终输出最佳的信号。
2）频率分集
频率分集是采用两个或两个以上具有一定频率间隔的频率同时发送和接收同一信息，然后进行合成或选择，利用位于不同频段的信号经衰落信道后在统计上的不相关特性，即不同频段衰落统计特性上的差异，来实现抗频率选择性衰落的功能。
3）时间分集
实践证明，快衰落除了具有空间和频率的独立性，还具有时间的独立性，即同一信号在不同的时间区间多次重发，只要两次重发间隔足够大，那么各次发送的信号通过信道后，出现的衰落将是彼此独立的。
3.应用场景及分集策略实现
3.1应用场景
1）固定台分集接收
短波广域分集接收就是利用多个相距较远的、通过有线或无线互联的短波固定台站，将不同地域空间和不同极化天线所接收的短波信号，通过实时汇聚和合并解调，有效提升短波话音链路的稳定性和可靠性。图1 是基于软信息合并的多天线短波分集接收技术框图。移动台通过编码模块将编码后的数据通过短波电台发送出去。各个短波台站进行同步头捕获与频率校正、信道均衡与解调软信息操作。由于需要对多路信号进行分集合并处理，信号的汇集方式包括有线、无线网等多种方式，可以根据业务服务质量的要求进行合理选择。在汇聚端，对各路信号通过同步信息进行时延校正，并对各路解调软信息数据进行合并处理，从而提高系统接收性能。
2）移动台分集接收
由于移动台受应用条件所限（尺寸、重量、功耗等），不具备固定台站可应用的空间、计算能力等资源，因此移动台站要基于自身特点，采用频率分集合并方式进行分集合并，频率的选择可采用智能选频策略，根据通信的信噪比、可通率等参数，选择出通信质量较好的频率集，固定站在可通频率集范围内选择出质量最好的一组频率，通过多个性能较好的固定台站发射机并行发送，移动台将多个频率的同一信号接收下来，进行频率分集合并。
3.2分集合并方式
根据汇聚端对多路信号合并的方式不同可以分为三种：选择式合并、等增益合并和最大比合并。这三种合并方式的复杂度和获得的分集增益都是有所差异的。
1）选择合并
选择分集合并方式是三种分集合并方式中实现最简单的一种分集技术，使用了N根天线的天线阵进行信号接收，选择具有最好信噪比的接收支路。
2）等增益分集合并
等增益合并是一种加权合并，各个支路的信号进行同步捕获后乘以相等的权值参数，然后进行合并。这种分集方式使得接收机可以从各个支路同时接收到信号，加权合并之后可以利用信号的相互独立特性抵抗个别支路信号在信道中遇到的深衰落，从而带来一定的合并增益。
3）最大比值分集合并
最大比值分集合并方式也是属于一种加权分集合并方式，但是与等增益合并方式不同的是，最大比值分集合并为了是不同信噪比支路信号在最后总的信号中所占比重不同，采取了不等权值的加权合并。最大比值分集合并的结构图与等增益合并相似，只是在取权值时须根据各自信号功率与噪声功率之比进行加权，并求和。
3.3分集重数选择
理论上，分集重数越多，分集合并后的信号质量越好，在实际的应用中，分集重数的增加与其获得的平均信噪比改善并不是线性增加的，当分集重数达到一定（如8重以上的分集）时，性能的增长趋于平坦，另外对于空间分集来说，分集重数越多，所需天线、接收机数量也就越多；对于频率分集来说，分集重数越多，所需天线、发射机数量也就越多，同时带来分集合并处理技术难度也越大，数字信号处理器间交换的信息量和存储量都呈指数型的增长，但信噪比增益的性能却不呈指数增长。因此在实际应用中选择合适的分集重数，达到最佳的性价比。
4.小结
本文较详细地介绍了短波分集接收系统的特点，并结合实际的应用场景和需求对分集合并技术进行了阐述。随着短波宽频段接收、智能选频等技术的不断发展，以及基带处理能力的不断提升，为短波分集接收的应用带来了更大的空间，同时随着机器学习、人工智能、大数据等技术的不断发展，短波分集接收可与这些技术相结合，可智能化的选择频率、信号处理、分集重数等，使短波分集接收技术更上一个台阶。
参考文献
[1] 王金龙.短波数字通信研究与实践[M].北京：科学出版社，2014.
[2] 信长安.短波广域分集接收系统设计讨论[J].计算机光盘软件与应用，2014（11）：92-94.
[3] 王峥，孔田华，金宏兴.广域分集技术在短波通信中的研究及应用[J].信息技术，2015（6）：192-197.
[4] 刘青龙，董家山.短波广域分集技术研究[J].电子技术应用，2016，42（6）：25-29，33.
（作者身份证号码：320721198011060019）