散射通信（超视距通信）调研

1、散射通信（超视距通信）调研一、 定义散射通信（scatter communication）是利用对流层及电力层的不均匀性对电磁波产生的散射作用，进行的超视距通信。散射通信利用空中介质对电磁波的散射作用，在两地间进行通信。对流层、电离层、流星余迹、人造散射物体等都具有散射电磁波的性质。如果发射机发出的电磁波辐射到这些地方，就会向各个方向散乱地辐射出去，其中朝斜前方向射去的电磁波能达很远的地方。远处的接收机，如果有足够高的灵敏度，就能将散射来的微弱电磁波接收下来，从而实现通信。图一 散射通信原理示意图二、散射通信的特点 由于散射通信中电磁波传输损耗很大，到达接收端的信号很微弱，为了实现可靠的通信，

2、一般要采用大功率发射机，高灵敏度接收机和高增益、窄波束的天线。利用大气层中传播媒介的不均匀性对无线电波的散射作用进行的超视距通信。根据散射媒质的不同，散射通信一般分为对流层散射通信和电离层散射通信。通常所说的散射通信大多是指对流层散射通信。 从地面到十几公里高空的大气层称为对流层。在对流层中由于大气的湍流运动产生了具有各不相同的介电常数的湍流团，当无线电波照射到这些不均匀的湍流团时，就在每一个不均匀体上感应电流，成为二次辐射体，从而向各个方向发出该频率的二次辐射波，这就是散射现象。对流层散射通信就是利用这种现象而实现的超视距无线电通信。由于对流层散射现象在 2008000兆赫频段比较显著，所以

3、对流层散射通信主要工作在这个频段。三、 散射通信发展简况20世纪40年代末，发现超短波和微波有超视距传播现象，随后，证明这种现象是由于对流层不均匀的大气介质引起无线电波的散射而产生的。50年代中期，散射通信开始发展起来，并进入实用阶段。60年代，在无法进行微波接力通信的海岛和无人烟地区，大量使用对流层散射多路通信,最大的通信容量达120路电话，或一路电视。70年代，对流层散射数字通信，也有很大发展。中国是在50年代末开始进行散射通信传播试验，60年代研制成功中小容量的对流层散射模拟通信设备，70年代已经广泛使用模拟的和数字的对流层散射多路通信系统。图二 2009年我国国庆阅兵中出现的散射通信车

4、 表1 国内部分散射通信设备生产公司简介序号公司名称产品领域公司简介联系方式1南京华卓科技有限公司超短波移动多媒体传输设备；近红外超视距光电观测仪；近红外超视距数码望远镜等南京华卓科技有限公司是长期从事图像处理、网络视频、野战光通信产品、通信指挥车改装和光通信维护设备的研发、生产、销售的专业公司。公司在视频处理方面拥有图像压缩、网络传输、流媒体处理等方面的高效算法和专利技术；在特种光缆的制造和应用方面拥有高强度抗弯曲光缆的制造和动态应用光缆的专利技术。南京市江宁经济技术开发区高湖路 77 号 (025)521077662河北远东通信系统工程有限公司卫星通信、散射通信、微波接力通信等河北远东通信

5、系统工程有限公司成立于一九九五年三月、是河北省政府认定的高新技术企业、河北省重合同守信誉单位、是国家建设部授予的电子工程甲级设计企业、电子工程专项承包一级资质企业、拥有进出口贸易权。河北省石家庄市鹿泉经济开发区昌盛大街215/63衡阳泰豪通信车辆有限公司以研制、开发和生产军用通信车辆、车载通信系统及方舱为主的机电一体化军工企业，主要研制生产军用改装车。国家工业与信息化部重点骨干企业、国家军事高科技企业、总参通信部军用通信车与各军兵种方舱的定点生产厂家、总装备部方舱集中采购的定点单位。衡阳市高新技术产业开发区第60、61号街区泰豪衡阳工业园区（新厂区）0734-88

6、517714中国电子科技集团公司第五十四研究所微波与散射通信 、卫星通信与广播电视等中国电子科技集团公司第五十四研究所始建于1952年，是新中国成立的第一个电信技术研究所，在半个世纪的发展过程中，相继参与了“两弹一星”、“载人航天”、“嫦娥工程”等国家重大工程并发挥重要作用，目前已经成为我国电子信息领域专业覆盖面最宽、规模最大的综合性骨干研究所之一，是国家授权的电子工程甲级设计单位、电子工程专业承包壹级资质单位和工程咨询甲级资格单位。 河北省石家庄市中山西路589号 (0311)86928999（总机）5河北威赛特科技有限公司创 河北威赛特科技有限公司创建于2005年，是专门从事通信测控设备及

7、其他相关电子产品研发生产的高科技企业。公司业务遍及国内外市场，涵盖天线自动测量、卫星测控、卫星通信、微波通信、移动通信、散射通信、遥感遥测和信息接收等领域。 石家庄新华路570号朗德商务舱403室0311-853352196深圳市中创和鑫科技开发有限公司2M便携式图像传输设备；OFDM双向无线图像传输设备；C321背负式发射机等深圳市中创和鑫科技开发有限公司系一家集产品开发、系统集成和工程安装于一体的高科技企业。公司依靠国内知名大学科研机构雄厚的科研势力科技创新，将成熟的军工技术应用和转化为民用产品。公司立足于无线传输和视频应用，将最先进的技术发展和应用引入产品中，服务于社会，主要应用于应急指

8、挥的COFDM移动图像传输和定点监控。深圳市福田区新闻路76号（香梅路）航天科工大楼510室0755- 83735058 四、散射通信的分类根据散射媒质的不同，散射通信一般分为对流层散射通信和电离层散射通信。散射通信中应用最多是对流层散射通信。1.对流层散射通信（1） 定义对流层散射通信是利用对流层散射信道进行的通信。对流层是大气层的一个区域，其顶部位于地面上空十多公里处，并在不同的纬度地区有所不同。在中纬度地区约为1012km，而低（高）纬度地区较高（低）些。在对流层中存在着大量随机运动的不均匀介质-空气涡流、云团等，它们的温度、湿度和压强等与周围空气不同，因此对电波的折射率也不同。当无线电

9、波通过这种存在大量不均匀介质的对流层时， 电波将受到折射、散射和反射。电波再辐射的方向是不均匀的，其大部分能量在电波通过的方向及其附近，而对流层散射通信系统的接收天线接收到的信号，是收/发天线波束相交部分散射体内介质的前向散射信号之和。对流层散射通信也是一种超视距通信，其单跳通信与传输速率、发射功率及天线口径有关，跨距可达几百至上千公里。 对流层散射信道存在电波多径传播现象。由于多径传播引起的衰落都是所谓快衰落。实际上，在对流层散射信道上，除快衰落之外，信号电平中值（或均方根值）都存在有较长的慢起伏，称为慢衰落。对流层散射信道中，由于气象条件的有规律变化(昼夜、季节变化)和随机变化（如气流运动

10、、大气风的影响等），造成了接收信号"短时"平均功率或"短时"中值电平的缓慢起伏而形成的慢衰落。因此，一般情况下对流层散射信道是由快衰落和慢衰落这两种信道组成。（2）对流层散射通信的优点抗核爆能力强 该特点是对流层散射通信独具的，只要爆炸不伤及设备本身，传播基本不受影响。同时它也不怕太阳黑子、磁暴、极光和雷电的影响，所以，对流层散射通信能满足现代战场中通信指挥的需要。通信容量大 对流层散射通信的通信容量比视距微波通信和卫星通信小，但比短波通信大，既可传送多达几十路甚至上百路的语音信号，又可传送高速数据和电视信号，且平均BER<1×106，可

11、靠度高达99%99.99%。目前国外的对流层散射通信的传输速率最高可达40Mbit/s（Ku波段验证试验值），而美军使用的对流层散射系统速率也达16Mbit/s。 通信保密性好 对流层散射通信通常采用方向性尖锐的抛物面天线，空间电波不易被截获，干扰也比较困难；系统中间站较少，较易做到集中防卫，人为破坏比较困难，同时也减轻了系统的长期后勤保障负担。通信距离较远 对流层散射通信的单跳距离一般约为300km，最远可达1 000km，比卫星通信和短波通信小，但远大于视距微波通信，在一定程度上不怕高山、湖海、沙漠、近海海峡等自然障碍。若采用多站接力，其通信距离可达数千公里。机动性好 对于高山、峡谷、丛林

12、、沙漠、沼泽、岸一岛等中间不适宜建微波接力站的地段，可使用移动对流层散射通信设备进行通信，设备的架设和撤收都能在较短时间内完成。抗毁性强 由于散射通信的单跳跨距大，通信站的数量大大减少，所以被摧毁的概率大大降低。一旦干线节点中的散射设备被摧毁，则可迂回传输，以确保通信不中断（应急移动散射通信设备可临时架设也可隐蔽开通）。 抗干扰性强 由于散射通信通常采用大口径的抛物面天线，其波束很窄，方向性很强，故敌方很难窃取散射通信方向或散射“公共体 ，无法干扰。即使在散射公共体上施以无源干扰，对散射通信的影响也不大，因为散射通信就是靠电波的散射效应进行通信的。 适应复杂地形能力强 对于高山、峡谷地，中小山

13、区、丛林、沙漠、沼泽地、岸一岛等中间不适宜建微波接力站地段，可使用对流层散射通信。（1）对流层散射通信发展概况国外概况对流层散射通信作为一种通信手段付诸使用在国外已有三十多年的历史。对流层散射通信的发展大体分四个阶段：六十年代中期以前，在此期间对散射传播机理进行了大量研究，并研制出模拟散射设备，建立了大量的模拟散射通信线路。七十年代到七十年代中期，数字对流层散射通信技术发展较快。主要研究适合于散射信道传输的调制解调技术、编解码技术、分级合并技术、失真自适应技术及装车技术，并在高可靠性、实用性上取得了明显进行展。七十年代后期至八十年代初期美、英、法、苏等国相继研制出一些数字对流层散射通信设备，并

14、建立了许多模拟和数字散射通信线路。自八十年代初期至今，美、英、法、前苏联一直保持在对流层散射通信技术领域的领先地位。美国研制的对流层散射通设备有20多个型号，法国有10多个型号，前苏联、英国、意大利等国也都有多种对流层散射通信设备。美国雷神公司（Raytheon）和优利公司（Unisys）研制的AN/TRC-170数字对流层散射通信设备代表了国际领先水平。AN/TRC-170数字对流层散射无线电通信设备由两种类型组成：V2和V3。这两类终端是为战术野战通信而设计的，可建立视距、绕射和对流层散射多信道通信链路；最远通信距离达250km。AN/TRC-170的V2型装在S-280方舱内，使用两副2

15、9m的抛物面天线和2kW的功率放大器，采用4重空间和频率分集；V3型装在S-250方舱内，采用双重空间分集、抛物面天线和一个2kW功率放大器。每一部终端包括空间分集工作的双天线、无线电台、多路复用设备和勤务线/勤务信道。两类设备都符合战术部署军事规范要求。无线终端是方舱式，可在其运载车内工作，一般不必准备站址，最快在1小时内就可开通使用。AN/TRC-170原来是为美军三军联合战术（TRI-TAC）系统而设计的。现在研制了多路复用附加设备，所以也与NATO、EUROCOM、CEPT30+2 PCM和北美DSI PCM配套，以多种速率工作。目前，AN/TRC-170按照TRI-TAC系统体系结构

16、，为C3系统提供大容量干线和链路，该系统替代老式24路模拟对流层散射通信终端，如AN/TRC-97、AN/TRC-113和AN/TRC-123。目前，共生产了324套终端。工作频率为4.45.0GHz；天线尺寸1.82.9m抛物面天线；传输方式采用V2-4重空间和频率分集及V3-双重空间分集；输出功率为2kW；通信距离可达250km。法国阿尔卡特公司（Alcatel）生产的TFH950S数字式移动对流层散射通信设备是新一代数字式对流层散射通信或视距通信设备。该设备具有抗干扰能力，符合法陆军环境要求，可装在方舱内用轻型车辆载运。该设备采用模块化设计，可在350km范围内以不同的传输功率电平建立2

17、6重分集链路。TFH950S由一部收发信机（D2或D3操作）和一部功率放大器（固态行波管或速调管）组成。两种收发信机按标准机架连接可组成D4或D6终端。这使全部基带模块增加一倍，在基带发生故障的情况下，自动转换装置保持高度分集，还可遥控。该设备的工作方式采用2DPSK（差分相移键控）；频率范围为1.72.1和4.45.0GHz；波道数在1.72.1GHz或4.45.5GHz为4800；数据率256、512、1024、2048kb/s可选；输出功率在1.72.1GHz为0.10.8W (加功率放大器为501500W)和在4.45.0 GHz为0.5W (加功率放大器为10/100或1000W)；

18、电源采用220V AC或48V DC；工作温度为-10+55；贮存温度为-40+70；相对湿度为 95%(+55)；体积(D3)是 440(高)×560(宽)×540(深)mm；重量为37kg。中国内概况中国自50年代末开始研究散射通信理论和对流层散射通信设备，三十多年来，已先后研制出TS一398、TA一506、TS一510、GS-110、GS一111、GS一112、GS一113、GS一310等多个型号的对流层散射通信设备。 进入20世纪80年代以来，散射通信在军、民各个领域越来越多地被采用，车载移动散射通信系统的问世又为散射通信设备拓宽了应用领域。20世纪90年代，中国散

19、射通信设备已出口到国外。2、2.电离层散射通信以离地面约60公里以上的电离层作媒介进行的散射通信，可用频率为4050兆赫，通信距离可达10002000公里，不受电离层骚动和极光的影响。但这种通信容量很小，只可传输低速数据，因信号微弱，需要有庞大的天线和大功率发射机，这些设备费用很贵，目前很少采用。五、散射通信的应用在民用通信领域，散射通信可广泛用于电力管理、石油、采矿、水利等各种工业部门作为指挥、调度等，也可用于森林防火、抢险救灾、应急通信系统，发挥着重要的作用。日本NEC公司为利比亚撒哈拉沙漠地区研制了对流层散射电视传输线路，该系统采用27米大口径天线八重分集接收，中频相加，发射功率为20k

20、W， 容量为一路黑白电视和125路话，系统有两跳组成，全长为557km。横贯澳大利亚的散射通信系统是跨越草原的散射线路，该系统三条全长640km，其射频频率为2.42.7 GHz,发射功率为1kW, 天线为10和米20米，容量为120路话。加拿大水电部建成的一条拉布拉半岛到魁北克通信线路采用了对流层散射，天线为18米，容量为120路，四重分集工作。英国的北海油田广泛采用散射通信作为平台至岸的通信手段，到目前为止，英国马克尼公司以为北海公司建成21条对流层散射电路，其工作频率为1.72.7 GHz，发射功率为1kW，天线采用两付18米或12米的双偏置抛物面广告牌天线。目前，我国已有十几条散射通信

21、链路投入使用，创造了可观的经济效益和社会效益，充分显示出散射通信的经济性、实用性、有效性和可靠性。在军事方面，美国、前苏联、法国和英国等军事大国充分利用着对流层散射通信。在美国除了国防战略通信系统中早就采用了不少对流层散射通信线路外，对流层散射通信已成为美国全球战略通信网的重要组成部分，主要用于跨越极区、海峡、湖泊、高山、沙漠等特殊地形进行通信。另外，在远程预警网中应用甚广。在战术网中，对流层散射通信主要用于三军联合战术通信网（配备于集团军、旅级指挥机关）和保障战区的指挥通信网中。在海湾战争中，有100多套AN/TRC-170对流层散射机用于"沙漠风暴"行动中，仅美国空军就

22、使用了39条对流层散射链路，全长约为3000km。这是对流层散射机在海湾通信的一次最大的部署。前苏联以对流层散射通信做为军事通信网的主干线传输方式并辅以微波接力等多种手段的组网方式是鲜为人知的，单跳通信距离1000km时的链路一般使用卫星通信，单跳通信距离在30km以下的链路视距微波接力，而在两者之间的，尤其是通信距离在100300km之间的通信链路一般采用散射通信。正是出于这种考虑，前苏联在其组建的许多军事通信网中都大量应用散射通信做为组网的干线传输手段。"雪豹"网就是前苏联大规模应用散射通信方式组建通信网的例证。 "雪豹"网组网所用的散射通信设备主要采用前苏联的P-147及P-420，其工作4.44.75GHz，容量为3060路话，有两条散射链路跨越罗马尼亚国土，其单跳通信距离达320380km。法国的"阿尔卡特"公司又推出先进的179型战术对流层散射站；