短波双天线数字化通信系统及其自动接收校验方法.pdf

本发明涉及一种短波双天线数字化通信系统及其自动接收校验方法，所述短波双天线数字化通信系统是在单收单发数字化通信系统的基础上改进而成，其结构特点是增加第二接收天线、第二数字化接收机、第二数字化发射机和第二发射天线。所述自动接收校验方法，通过安装在所述自适应控制器中的短波频率管理程序、报文自动校验拼接程序和报文选择重传程序完成。本发明优点如下：（1）大大提高了可靠性，由于双天线为短波通信提供了双通道，在某一通道受到干扰时依然能够正常通信；（2）由于采用了新信道探测策略和重传时只重传错误部分报文，避免了多次重复发送报文占用的通信时间，大大缩短了通信时间；（3）通信质量得到增强；（4）抗干扰能力增强。

权利要求书1.  一种短波双天线数字化通信系统，包括第一接收天线、第一数字化接收机、自适应控制器、第一数字化发射机、第一发射天线、计算机和无线电校报终端；所述第一接收天线接第一数字化接收机的相应端口，所述第一数字化接收机的输出端接自适应控制器的一个输入端口，所述自适应控制器的一个输出端接第一数字化发射机的输入端，所述第一数字化发射机的输出端接第一发射天线，所述自适应控制器与计算机双向连接，所述计算机与无线电校报终端双向连接；其特征在于还包括第二接收天线、第二数字化接收机、第二数字化发射机和第二发射天线；所述第二接收天线接第二数字化接收机的相应端口，所述第二数字化接收机的输出端接自适应控制器的另一个输入端口，所述自适应控制器的另一个输出端接第二数字化发射机的输入端，所述第二数字化发射机的输出端接第二数字化发射天线。2.  根据权利要求1所述的短波双天线数字化通信系统，其特征在于所述第一接收天线、第二接收天线、第一发射天线和第二发射天线采用具有分集接收技术的智能天线系统。3.  基于权利要求1或2所述的短波双天线数字化通信系统的自动接收校验方法，其特征在于所述自动接收校验方法通过安装在所述自适应控制器中的短波频率管理程序、报文自动校验拼接程序和报文选择重传程序完成；（一）所述短波频率管理程序的流程如下：读取历史通道频率和电离层预报数据：所述电离预报数据由专业部门提供；给出频率探测的优先次序表及其分组：采用加权平均的方法，对每个所要探测的频率根据探测结果进行打分，按得分高低次序给出频率探测的优先次序表，并按所述优先次序表分组，优先次序表中的奇数项为第一频率组，偶数项为第二频率组；第一频率组的频率用于第一发射天线，第二频率组的频率用于第二发射天线；进行信道探测；采用新信道探测策略分别对第一、第二频率组进行信道探测，所述新信道探测策略如下：从每组得分最高的频率开始探测，当探测到某个信道的信噪比和误码率达到信号传输要求时，立即停止以下信道的探测；探测的信道是否满足传输条件：若不满足传输条件，返回第（3）步，对每一组下一个信道进行探测；若满足传输条件，进入下一步；给出通信频率及通信速率，建链通信：当探测到某个信道达到传输条件时，给出该条件下的通信速率，通信速率选择如下：当探测结果得分高时采用高通信速率，探测结果得分低时采用低通信速率；采用满足通信条件的通信频率和该条件下的通信速率建链通信；建链通信是否成功：若建链通信不成功，返回第（3）步；对每组的下一个信道进行探测；若建链通信成功，进入下一步；更新历史通信频率：当建链通信成功时，更新历史通信频率；结束；（二）报文自动校验拼接程序的流程如下:读取报文A和报文B；读取发送方通过第一、第二发射天线发射的两份报文，即报文A和报文B；判断两份报文是否为同一份报文；接收方根据所述两份报文的报文编号，判断两份报文是否为同一份报文；若不是同一份报文，则直接进入第（8）步；若是同一份报文，则进入下一步；对两份报文进行校验，若发现错误则给出错误位置：利用无线电校报终端对所述两份报文进行校验，若发现存在错误，分别给出每份报文的错误位置；判断是否存在一份完整的报文：若存在一份完整的报文，则直接进入第（8）步；若不存在一份完整的报文，进入下一步；利用两份报文中的正确部分进行拼接，形成第一次拼接报文：以报文A为模板进行校验，当报文A存在错误位置，而报文B在报文A的相应错误位置的报文是正确的报文，此时，用报文B中的正确报文去替代报文A中的错误报文，形成第一次拼接报文；第一次拼接报文是否正确：对所述第一次拼接报文进行校验，判断其是否正确，若所述第一次拼接报文正确，则直接进入第（8）步；若第一次拼接报文不正确，进入下一步；记录所述第一次拼接报文的错误位置；结束；（三）报文选择重传程序的流程如下：将所述第一次拼接报文的错误位置发送给发送方；要求发送方重传错误位置的正确报文，即发送两份重传报文；将所述两份重传报文分别进行校验，校验后进行拼接得到重传拼接报文；重传拼接报文是否正确：对重传拼接报文进行校验，若重传拼接报文不正确，则返回第（1）步；若重传拼接报文正确，则进入下一步；将所述正确的重传拼接报文与第一次拼接报文再次进行拼接，得到最终拼接报文；校验最终拼接报文是否正确，若不正确，则返回第（1）步，若正确则进入下一步：结束。

说明书短波双天线数字化通信系统及其自动接收校验方法
技术领域
本发明涉及一种短波双天线数字化通信系统及其自动接收校验方法，属于短波无线电通信领域。
背景技术
目前使用的单发单收短波数字化通信系统（见图1）包括第一接收天线、第一数字化接收机、自适应控制器、第一数字化发射机、第一发射天线、计算机和无线电校报终端；所述第一接收天线接第一数字化接收机的相应端口，所述第一数字化接收机的输出端接自适应控制器的一个输入端口，所述自适应控制器的一个输出端接第一数字化发射机的输入端，所述第一数字化发射机的输出端接第一发射天线，所述自适应控制器与计算机双向连接，所述计算机与无线电校报终端双向连接。
所述单发单收短波数字化通信系统的基本工作环节如图2所示，在工作统计中发现，环节一所用时间为3-5分钟，信号发送（不计报文输入）约为1-2分钟，而报文一次性发射成功所用时间平均为6分钟。在报文发送失败时，通常采取更改速率、更改频道的方式继续通信，需要重复环节二至环节四，在信道质量恶化时，需要重新建链通信，重复上述短波通信的整个环节，效率十分低下。
上述单发单收短波数字化通信系统的缺点如下：
（1）信道探测时间长，效果差。在信道探测过程中，先对所有工作信道（频率）进行链路质量探测，该过程称为链路质量分析LQA，然后根据得分高低生成信道使用优先表，通信时，优先使用最佳信道（得分最高的信道）。探测过程中，每个信道都需要经过三次人工握手进行确认，经统计，完成一个信道探测的时间约为17秒，工作信道数越多，需要的时间越长。一般情况下，工作信道为9个，整个信道探测过程耗时2′30″。理论上,信道探测能够为通信提供最好的信道，也可以使通信达到最佳效果。但由于短波信道具有实时变性的特点，长时间的信道探测会导致探测结果不具有实时性，其参考性大大降低。
    由于该系统没有对信道频率进行分析预测，所以该系统提供的信道采用优先表中含有较多无用频率，使得信道探测具有较大的盲目性。同时由于信道探测时间长，导致信道在使用时可靠性降低，在信道变化快时甚至会造成选择后的信道无法使用。对于探测得到的结果，既不能为选择合适通信速率作出判断，又不便于下次通信使用，频率使用效率低下。
（2）据统计，短波通信一次性发送成功的概率仅约为50%左右。通信中断后，需要从建链开始重复整个通信过程，使得通信时间大大延长，并且在重发过程中需要将报文从头重发，多次发送已经接收成功的数据，降低了通信效率。在信道质量变化快或存在干扰情况时，若信道稳定时间小于整个信息发送时间，每次发送都会被中断，信息始终处于重发状态而未能发送成功，无法完成通信。
（3）人工环节多，设备自动化程度低。由于短波通信信道不稳定，为确保发送成功率，在发送消息前，需要采取人工握手的方式对信道质量进行确定。当报文发送失败时，通常采取改变通信速率或者频率进行重新发送，这一过程也需要采用人工方式进行确认更改。接收端接收到报文后，通常进行人工校验以确保接收质量。短波通信人工过程的过多参与，大大增加了通信时间。
（4）短波通信在恶劣电磁环境下容易造成通信中断，当前设备采用单发单收的方式进行通信，在可靠性、稳定性等方面存在着严重不足，严重影响着短波通信作用的发挥。
（5）该系统的天线属于固定天线，不能对天线进行调节，难以发挥出天线的最佳效能。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中的问题，而提供一种可靠性、高抗干扰能力强、信道探测时间短、重传时只需重传错误部分的报文的短波双天线数字化通信系统及其自动接收校验方法。
     本发明解决以上技术问题所采用的技术方案:
技术方案一（短波双天线数字化通信系统）
本发明所述的短波双天线数字化通信系统是在单收单发数字化通信系统的基础上改进而成，具体技术方案如下：
一种短波双天线数字化通信系统，包括第一接收天线、第一数字化接收机、自适应控制器、第一数字化发射机、第一发射天线、计算机和无线电校报终端；所述第一接收天线接第一数字化接收机的相应端口，所述第一数字化接收机的输出端接自适应控制器的一个输入端口，所述自适应控制器的一个输出端接第一数字化发射机的输入端，所述第一数字化发射机的输出端接第一发射天线，所述自适应控制器与计算机双向连接，所述计算机与无线电校报终端双向连接；其特征在于还包括第二接收天线、第二数字化接收机、第二数字化发射机和第二发射天线；所述第二接收天线接第二数字化接收机的相应端口，所述第二数字化接收机的输出端接自适应控制器的另一个输入端口，所述自适应控制器的另一个输出端接第二数字化发射机的输入端，所述第二数字化发射机的输出端接第二数字化发射天线。
所述第一接收天线、第二接收天线、第一发射天线和第二发射天线采用具有分集接收技术的智能天线系统。
技术方案二（自动接收校验方法）
所述自动接收校验方法通过安装在所述自适应控制器中的短波频率管理程序、报文自动校验拼接程序和报文选择重传程序完成；
（一）所述短波频率管理程序的流程如下：
（1）读取历史通道频率和电离层预报数据：
所述电离预报数据由专业部门提供；
（2）给出频率探测的优先次序表及其分组：
采用加权平均的方法，对每个所要探测的频率根据探测结果进行打分，按得分高低次序给出频率探测的优先次序表，并按所述优先次序表分组，优先次序表中的奇数项为第一频率组，偶数项为第二频率组；第一频率组的频率用于第一发射天线，第二频率组的频率用于第二发射天线；
（3）进行信道探测：
采用新信道探测策略分别对第一、第二频率组进行信道探测，所述新信道探测策略如下：
从每组得分最高的频率开始探测，当探测到某个信道的信噪比和误码率达到信号传输要求时，立即停止以下信道的探测；
（4）探测的信道是否满足传输条件：
若不满足传输条件，返回第（3）步，对每一组下一个信道进行探测；
若满足传输条件，进入下一步；
（5）给出通信频率及通信速率，建链通信：
当探测到某个信道达到传输条件时，给出该条件下的通信速率，通信速率选择如下：当探测结果得分高时采用高通信速率，探测结果得分低时采用低通信速率；
采用满足通信条件的通信频率和该条件下的通信速率建链通信；
（6）建链通信是否成功：
若建链通信不成功，返回第（3）步；对每组的下一个信道进行探测；若建链通信成功，进入下一步；
（7）更新历史通信频率：
当建链通信成功时，更新历史通信频率；
（8）结束；
（二）报文自动校验拼接程序的流程如下:
（1）读取报文A和报文B；
读取发送方通过第一、第二发射天线发射的两份报文，即报文A和报文B；
（2）判断两份报文是否为同一份报文；
接收方根据所述两份报文的报文编号，判断两份报文是否为同一份报文；
若不是同一份报文，则直接进入第（8）步；
若是同一份报文，则进入下一步；
（3）对两份报文进行校验，若发现错误则给出错误位置：
利用无线电校报终端对所述两份报文进行校验，若发现存在错误，分别给出每份报文的错误位置；
（4）判断是否存在一份完整的报文：
若存在一份完整的报文，则直接进入第（8）步；若不存在一份完整的报文，进入下一步；
（5）利用两份报文中的正确部分进行拼接，形成第一次拼接报文：
以报文A为模板进行校验，当报文A存在错误位置，而报文B在报文A的相应错误位置的报文是正确的报文，此时，用报文B中的正确报文去替代报文A中的错误报文，形成第一次拼接报文；
（6）第一次拼接报文是否正确：
对所述第一次拼接报文进行校验，判断其是否正确，若所述第一次拼接报文正确，则直接进入第（8）步；若第一次拼接报文不正确，进入下一步；
（7）记录所述第一次拼接报文的错误位置；
（8）结束；
（三）报文选择重传程序的流程如下：
（1）将所述第一次拼接报文的错误位置发送给发送方；要求发送方重传错误位置的正确报文，即发送两份重传报文；
（2）将所述两份重传报文分别进行校验，校验后进行拼接得到重传拼接报文；
（3）重传拼接报文是否正确：
对重传拼接报文进行校验，若重传拼接报文不正确，则返回第（1）步；若重传拼接报文正确，则进入下一步；
（4）将所述正确的重传拼接报文与第一次拼接报文再次进行拼接，得到最终拼接报文；
（5）校验最终拼接报文是否正确，若不正确，则返回第（1）步，若正确则进入下一步：
（6）结束。
本发明的有益效果如下：
（1）    大大提高了可靠性：
① 缩短了信道探测与信道使用之间的间隔，具有合理的通信速率，信道使用可靠性大大提高。
② 双天线为短波通信提供了双通道，在某一通道受到干扰时依然能够正常通信。
③ 在通信质量较差的情况下，两条信道都未能接收到一份完整报文，通过报文校验拼接，依然可以实现报文完整接收。
（2） 通信时间缩短：
① 频率探测的优先次序表表可靠，信道探测个数少，减少了信道探测所花费的时间。
② 降低了通信中断的概率，避免了多次建链花费大量时间。
③ 重传时只重传错误部分报文，避免了多次重复发送报文占用通信时间。
（3） 通信质量得到增强：
①采用智能天线系统，使得短波通信具有更好的收发性能。②充分利用多天线的优势，采用分集接收技术对信号进行处理，提高了增益，降低了误码率。
（4） 抗干扰能力增强：
① 双通道为短波通信提供了两条通路，避免了某一通道通信频率受到干扰而无法通信的情况。
② 采用选择重传技术，只要干扰信号干扰周期小于一个字节发送的时间，经过多次重传，仍然能成功发送完所有数据，抗干扰能力大大增强。
附图说明
图1为现有的单发单收短波数字化通信系统的原理框图。
图2为图1所示的单发单收数字化通信系统的基本工作环节示意图。
图3为本发明所述短波双天线数字化通信系统的原理框图。
图4为短波频率管理程序的流程图。
图5为报文自动校验拼接程序的程序流程图。
图6为报文选择重传程序的程序流程图。
具体实施方式
实施例1（短波双天线数字通信系统）
本发明所述的短波双天线数字化通信系统是在单收单发数字化通信系统的基础上改进而成，具体技术方案如下（见图3）：
一种短波双天线数字化通信系统，包括第一接收天线、第一数字化接收机、自适应控制器、第一数字化发射机、第一发射天线、计算机和无线电校报终端；所述第一接收天线接第一数字化接收机的相应端口，所述第一数字化接收机的输出端接自适应控制器的一个输入端口，所述自适应控制器的一个输出端接第一数字化发射机的输入端，所述第一数字化发射机的输出端接第一发射天线，所述自适应控制器与计算机双向连接，所述计算机与无线电校报终端双向连接；其特征在于还包括第二接收天线、第二数字化接收机、第二数字化发射机和第二发射天线；所述第二接收天线接第二数字化接收机的相应端口，所述第二数字化接收机的输出端接自适应控制器的另一个输入端口，所述自适应控制器的另一个输出端接第二数字化发射机的输入端，所述第二数字化发射机的输出端接第二数字化发射天线。
所述第一接收天线、第二接收天线、第一发射天线和第二发射天线采用具有分集接收技术的智能天线系统。在本实施例中采用智能天线系统可以综合评估通信双方的地理位置、通信频率等相关信息，实时对收发信天线的方向进行智能调整，发挥出天线的最佳效能；采用双天线，一方面可以避免某一信道在受到干扰造成通信中断，提高报文依次发送成功率，增强可靠性；另一方面可以充分利用多天线的优势，采用分集接收技术对信号进行处理，提高增益，降低误码率。
实施例2（自动接收校验方法）：
所述自动接收校验方法通过安装在所述自适应控制器中的短波频率管理程序、报文自动校验拼接程序和报文选择重传程序完成；
（一）所述短波频率管理程序的流程如下（见图4）：
（1）读取历史通道频率和电离层预报数据：
所述电离预报数据由专业部门提供；
（2）给出频率探测的优先次序表及其分组：
采用加权平均的方法，对每个所要探测的频率根据探测结果进行打分，按得分高低次序给出频率探测的优先次序表，并按所述优先次序表分组，优先次序表中的奇数项为第一频率组，偶数项为第二频率组；第一频率组的频率用于第一发射天线，第二频率组的频率用于第二发射天线；
（3）进行信道探测：
采用新信道探测策略分别对第一、第二频率组进行信道探测，所述新信道探测策略如下：
从每组得分最高的频率开始探测，当探测到某个信道的信噪比和误码率达到信号传输要求时，立即停止以下信道的探测；
（4）探测的信道是否满足传输条件：
若不满足传输条件，返回第（3）步，对每一组下一个信道进行探测；
若满足传输条件，进入下一步；
（5）给出通信频率及通信速率，建链通信：
当探测到某个信道达到传输条件时，给出该条件下的通信速率，通信速率选择如下：当探测结果得分高时采用高通信速率，探测结果得分低时采用低通信速率；
采用满足通信条件的通信频率和该条件下的通信速率建链通信；
（6）建链通信是否成功：
若建链通信不成功，返回第（3）步；对每组的下一个信道进行探测；若建链通信成功，进入下一步；
（7）更新历史通信频率：
当建链通信成功时，更新历史通信频率；
（8）结束；
（二）报文自动校验拼接程序的流程如下（见图5）:
（1）读取报文A和报文B；
读取发送方通过第一、第二发射天线发射的两份报文，即报文A和报文B；
（2）判断两份报文是否为同一份报文；
接收方根据所述两份报文的报文编号，判断两份报文是否为同一份报文；
若不是同一份报文，则直接进入第（8）步；
若是同一份报文，则进入下一步；
（3）对两份报文进行校验，若发现错误则给出错误位置：
利用无线电校报终端对所述两份报文进行校验，若发现存在错误，分别给出每份报文的错误位置；
（4）判断是否存在一份完整的报文：
若存在一份完整的报文，则直接进入第（8）步；若不存在一份完整的报文，进入下一步；
（5）利用两份报文中的正确部分进行拼接，形成第一次拼接报文：
以报文A为模板进行校验，当报文A存在错误位置，而报文B在报文A的相应错误位置的报文是正确的报文，此时，用报文B中的正确报文去替代报文A中的错误报文，形成第一次拼接报文；
（6）第一次拼接报文是否正确：
对所述第一次拼接报文进行校验，判断其是否正确，若所述第一次拼接报文正确，则直接进入第（8）步；若第一次拼接报文不正确，进入下一步；
（7）记录所述第一次拼接报文的错误位置；
（8）结束；
（三）报文选择重传程序的流程如下（见图6）：
（1）将所述第一次拼接报文的错误位置发送给发送方；要求发送方重传错误位置的正确报文，即发送两份重传报文；
（2）将所述两份重传报文分别进行校验，校验后进行拼接得到重传拼接报文；
（3）重传拼接报文是否正确：
对重传拼接报文进行校验，若重传拼接报文不正确，则返回第（1）步；若重传拼接报文正确，则进入下一步；
（4）将所述正确的重传拼接报文与第一次拼接报文再次进行拼接，得到最终拼接报文；
（5）校验最终拼接报文是否正确，若不正确，则返回第（1）步，若正确则进入下一步；
（6）结束。