2.2　固定站型

作为最早出现的散射通信站型，散射固定站型的发展时至今日已有近70年的时间，主要用于建立永久性的固定远程通信线路。按照技术体制和站型特征的演进，以冷战时期结束为分界线，其应用定位大致可划分为两个阶段。

2.2.1　应用领域

1．冷战时期[1]的军事应用

在20世纪50—80年代，两大军事集团主要依靠散射通信固定站构建其战略指挥控制、远程雷达预警及边界安全防护信息的远程通信网络。其主要应用方式包括以下两种：

（1）在防空和边界安全应用中，各雷达站间预警信息的传递及与指挥控制系统连接的远程战略通信网，如美国的“白爱丽丝”通信系统、北美三条防空预警线。

（2）高层指挥控制机构间跨越数千千米的广域骨干战略通信网，如ACE high通信系统、486L地中海通信系统、“雪豹”网等。

对流层散射通信在上述应用中的主要优势是：远距离（单跳可达数百千米）、可多跳中继、较大容量（多路传输）、较高可靠性和时效性，支持常年使用。

2．冷战时期后的军事及商业应用

进入20世纪80年代以来，光纤通信、卫星通信等技术日臻成熟，散射固定站在军事战略通信系统和远程战略预警体系中的地位逐渐被取代。但随着集成电路、电子元器件、信号处理等技术的进步，散射固定站在系统规模、占地面积、建造成本、运维复杂度等方面的固有短板也显著改善，被视为光纤和卫星通信的重要备份与补充手段，并在军事通信领域依旧发挥着重要作用，而且以其特有的除自身一次性建设投入外无须额外支出线路维护或卫星转发器租用等运维成本的性价比优势，在岛屿间及岛对岸远程通信、海上石油平台对岸通信、边远地区广播电视信号转发等民用通信领域也得到了普遍推广和应用。

这一时期对流层散射通信的主要应用方式包括以下三种：

（1）中小容量、超远距离战略应急通信；

（2）岛屿间或岛对岸的骨干通信；

（3）海上采油平台对岸的宽带接入通信。

对流层散射通信在上述应用中的主要优势是：长期使用效费比高（与海底光缆和卫星通信相比），在中远距离链路上为用户提供连续不间断的专用带宽（大容量）。与海底光缆、卫星通信等手段相比，散射固定站的主要优势如表2-2所示。

2.2.2　站型特征

1．冷战时期的散射固定站的站型特征

由于受到电子元器件、工作频段及信号处理算法技术水平的制约，这一时期的散射固定站型具有如下特征：

（1）站型体积庞大。

●　大型的抛物面或广告牌天线：视具体通信保障任务要求而定，通常包括30英尺[2]、60英尺、80英尺、120英尺等多种口径；

●　高功率等级的功率放大器：视具体通信保障任务要求而定，通常近距离场合选择1kW，远距离场合使用10～50kW。

大型的电子设备机房和供应设施。

（2）长距离多跳中继链状拓扑组网。

●　单跳距离通常达数百千米，有远达632km的链路；

●　数十个站点以链状连接形式组成多跳中继的通信网络。

（3）提供多路语音和电报服务。

（4）支持全天候工作，具有极高的可靠性。

●　常年担负战备值班任务，连续服役几十年；

●　具有令用户满意的可靠性：如“白爱丽丝”通信系统的传输目标是最坏月最大1%的断线率。

2．冷战时期后的散射固定站的站型特征

（1）站型规模较冷战时期有所减小。

一般采用2副中等口径（通常1.8～4.5m）的抛物面天线或1副大口径（通常4.5～9m）的角分集抛物面天线；

具有1～2台中、高功率等级的功率放大器，通常不超过2kW；

需数个19英寸[3]标准机柜，用于设备安装（不含天线）。

（2）通信容量跨度范围大，可从数百比特每秒覆盖至最高数十兆比特每秒。

（3）通信距离通常较远：典型通信距离多为 100～200km，在超远距离应急通信保障条件下，甚至可超过800km。

（4）分体式结构：通常采用室内单元、室外单元分体式结构。

2.2.3　技术特征

1．冷战时期的散射固定站的技术特征

（1）受电子元器件水平限制，工作频段通常在UHF、L、S等低频段；

（2）需借助大口径天线和高功率放大器弥补远程路径传输损耗；

（3）通常采用空间分集和频率分集相结合的多重分集技术，每站单方向2副天线；

（4）典型调制方式为FM。

2．冷战时期后的散射固定站的技术特征

（1）可选工作频段涵盖L、S、C、X、Ku等多个频段；

（2）综合采用QPSK调制解调、FEC编解码、自适应均衡、自动功率控制等技术，支持中、大通信容量散射传输；

（3）除采用双天线4重分集技术体制以外，出现了基于角分集的单天线散射通信系统。

2.2.4　设备组成及工作原理

散射固定站除散射通信设备外通常还应包括引接设备、网络管理设备、综合交换设备、供配电设备、环境保障设备等，典型散射通信系统的组成如图2-16所示。

散射通信设备发射方向主要完成基带信息的编码、调制、变频、放大及滤波发射，接收方向完成无线信号的接收、低噪声放大、滤波、变频、解调及基带信息的恢复。

引接设备用以完成散射站至通信网或与用户间的信息传输。散射固定站建设受地形因素影响，散射固定站与通信网或与用户之间通常有一定的距离（几十米至几千米不等），在此可采用光纤或被覆线方式进行引接。

网络管理设备用于实现站点内的设备管理和网络系统管理，具有设备故障管理、参数配置、性能监视等功能，实现网络运行状况实时监控，保证通信网络的高效稳定运行，为通信网的综合管理和运行维护提供有力支撑。

综合交换设备是通信系统的核心，支持综合业务交换和承载，满足不同业务对时延、抖动、包丢失的特殊要求。通常由交换机、路由器及网络控制器等组成。

供配电设备依据环境条件为散射固定站各设备提供稳定的电源，通常包括市电的接入、油机接入及不间断供电等。

环境保障设备包括为相关设备提供基本环境条件的通信方舱（或机房）、为设备或操作人员提供基本温度和照明等条件的空调及照明设备、对散射站设备及整站工作环境进行监视的环境监测设备、防雷接地设施等。散射固定站为了保证散射通信质量，选址不以人类宜居为首要因素，同时为了避免敌方破坏对作战人员造成的人身伤害，散射固定站架设位置距操作人员或值班室较远，正常使用时不需要人工干预。环境监测设备能够实时掌控天线、设备方舱环境状况，并将这些数据实时传输至相应值班人员，以快速便捷地了解散射站设备及环境状态。

2.2.5　典型应用

1．冷战时期的典型散射固定站

1）美国

美国开展散射通信研究的时间最早，研发、装备的散射通信设备型号与数量也最多。自冷战时起，数量众多的散射通信固定站作为美国全球战略通信网的重要组成部分，广泛分布在北美、北大西洋、西太平洋和东南亚地区，其应用方式有四种：一是对流层散射通信与视距微波接力、卫星通信、短波通信等其他通信手段综合使用，共同构建远距离链路；二是作为卫星通信链路的重要补充；三是主要用作跨越海峡、湖泊、高山、沙漠等特殊地形的通信手段；四是在“白爱丽丝”远程通信系统（WACS）、远程预警线（DEW Line）系统等远程预警网中作为大跨距传输手段。

（1）“白爱丽丝”（White Alice）远程通信系统[2]。

“白爱丽丝”远程通信系统是美国冷战期间采用对流层散射及视距微波接力方式，在阿拉斯加建立的战略预警远程通信系统。该系统从阿拉斯加延伸至太平洋的阿留申群岛，链路总长度达6400km，用于连接空军在阿拉斯加的远程站点与指挥控制系统，该系统在导弹预警信息远程回传和作战指挥方面发挥了重大作用。该系统连续运行直至20世纪80年代，其可靠性和时效性令军方用户及其他用户十分满意。

“白爱丽丝”远程通信系统的固定散射通信站一般包括多部面向不同方向的对流层散射天线，典型配置是每2面天线构成一个组合，用于某一个通信方向上散射通信信号的发射与接收，多个此类组合可实现多个方向的散射组网通信。散射通信站发射天线的主要工作频段为900MHz左右的短波区间，其根据需求的距离和发射功率分别选择3种不同直径的—9m直径、18m直径和37m直径，分别对应1kW发射功率、10kW发射功率和50kW发射功率，一般一个散射基站由两种不同的天线组成，以便在对流层天气不适应一种电波发射时采用另一种电波，散射通信基站最多有132种不同的频段区域，涵盖了军用和民用区段。“白爱丽丝”远程通信系统的固定散射通信站如图2-17所示。

由于环保组织担心这些大功率天线对当地环境造成影响而屡次抗议，以及卫星通信、光纤通信等新技术的出现，美军终于在20世纪70年代后期下达了逐步停用阿拉斯加对流层散射通信系统的命令，随着最后一支驻守部队在1985年从米德尔顿通信站撤走，“白爱丽丝”远程通信系统终于走完了其30年的旅程。但是，虽然“白爱丽丝”远程通信系统作为一个通信系统走完了它的不平凡的一生，但是其设施仍然在为美军其他军事通信项目（如BMEWS，弹道导弹早期预警系统）发挥着余热。

（2）美国战略预警系统。

美国战略预警系统由战略轰炸机和巡航导弹预警系统及弹道导弹预警系统组成。其中战略轰炸机和巡航导弹预警系统所属的三个子系统，即远程预警系统[3]（又称DEW Line，或“松露线”远程通信系统）、加拿大中部预警线系统[4]（Mid-Canada Line）及近程预警系统[5]（又称Pinetree Line），各雷达预警站与北美防空司令部（NORAD）之间建有独立的通信线路。这些通信线路早期主要采用低频段对流层散射通信手段，其中有多条散射链路为超远距离散射链路，在20世纪80年代以后，卫星通信在该系统中得到了广泛应用。

众所周知，“松露线”远程通信系统分为主路和支路，主路从格陵兰的图勒雷达站延伸到阿拉斯加最北边，支路从纽芬兰群岛一路南下，代号为“撑杆跳”。在“松露线”远程通信系统中，散射通信系统主要由三种系统组成—部署在格陵兰的AN/FRC-39系统，部署在加拿大（横贯东西）的AN/FRC-45/102系统和加拿大（纵穿南北）的AN/FRC-101系统。这些固定散射通信系统之间的结构大同小异，它们之间的主要区别仅在于高功率发射机和信号处理算法的选择方面。远程预警线中的对流层散射通信站点如图2-18所示。

2）苏联/俄罗斯

苏联/俄罗斯是世界上应用散射通信最普遍也是规模最大的国家之一。在冷战时期，苏联组建的“雪豹”网（在原华沙条约国地域内）、俄罗斯西北部地区的数字通信网、阿富汗地区通信网及俄罗斯南部高加索地区通信网中，大量采用散射通信设备构建骨干通信枢纽[6]。苏联的散射通信在其军事通信中所占比重之大是当今世界各国少有的，各类通信手段的配备比例如表2-3所示。

苏联/俄罗斯在设计军事通信网时，采用以下原则：单跳通信距离大于1000km的链路一般使用卫星通信；单跳通信距离在30km以下的链路用视距微波接力；而在两者之间的，大量采用散射通信作为组网的干线传输手段。“雪豹”网就是其中的一个典型。

“雪豹”网也称为“战斗自动化无线电系统”，始建于1979年，1987年12月投入战备值班使用。此网东西长1200km，南北长800km，在网中组建了26个枢纽站，这些站保证29跳线路上的通信。节点间以散射通信连接，线路总长5000km。由东西4条、南北2条长距离散射传输链路组成栅格状通信网，其最长链路由9跳对流层散射接力而成。“雪豹”网在100～300km之间的通信链路一般采用散射通信。枢纽站上使用了54套P-417固定散射通信站，在远距离（超过400km）的两个路段上使用4套P-420对流层散射中继站。

3）其他国家

冷战时期，对流层散射通信在北约早期战略通信系统中广泛应用。比如北大西洋无线电系统（NARS）、欧洲盟军司令部高级指挥控制系统（ACE High）、486L地中海通信系统等。

NARS的北端自格陵兰岛衔接北美的“松露线”远程通信系统，再沿冰岛、丹麦法罗群岛、苏格兰至英格兰，完成了大西洋的跨越。该系统共包括5座散射通信站，其中冰岛2座、丹麦法罗群岛1座、苏格兰1座、英格兰1座。NARS系统的散射通信站与格陵兰使用的一样，都是科林斯电子公司生产的FRC-39系统，分别有1kW、10kW和50kW的三种发射天线，这种散射基站和“白爱丽丝”远程通信的固定散射站一样，同样是由2个发射天线和4个接收天线组成一组。散射基站使用真空管，早期可靠性并不好，经常有传输数据丢失的情况，后来引入了固态电路系统，传输稳定性大大提升。和“白爱丽丝”远程通信系统的命运一样，北大西洋无线电系统在经历了30年的风雨之后，也在20世纪80年代后期彻底关闭，少量用于补充弹道导弹防御系统。

欧洲盟军司令部高级指挥控制系统（ACE High）起源于1956年，是在紧急情况下为北约各成员国之间提供应急通信联络的通信系统。该系统分布于9个不同的北约成员国，共包括82个通信站、49条对流层散射线路和相近数量的微波接力线路。其中散射线路采用L波段（832.56～959.28MHz）的散射通信系统，部分散射站点的发射功率可达10kW，可为北约各成员国提供远程电话和电报通信服务。该系统于20世纪80年代末退役，但截至2006年部分站点仍在使用[7]。图2-19为ACE High系统中的典型散射通信站。

自20世纪60—70年代起，印度也加大了对流层散射通信的发展力度，形成了以GCC-200、GCC-220等散射通信设备为主的装备系列，并建成了沿中印、印巴边界分布的散射通信干线网和跨越中国领土与苏联的通信链路。印度AREN陆军无线电工程网于20世纪90年代初全面开通，是计算机控制的自动化、栅格状地域通信网，大量采用对流层散射通信系统。

2．冷战时期后的典型散射固定站

1）超远距离战略应急通信

在发生自然灾害、恐怖袭击、大规模战争等自然或人为突发紧急情况下，当光缆、卫星通信等基础通信设施遭受破坏、损毁或干扰而部分或全部失效时，散射固定站可作为备份通信手段，为国防或商业用户提供近千千米范围内可靠的窄带应急通信保障能力。这类应用的业务速率一般较低，速率范围通常为比特每秒量级至千比特每秒量级，业务类型通常为报文、数据、低速语音，用于进行最关键的指挥信息、控制指令的传输。

2）岛屿间及岛对岸的骨干通信

美国著名的散射通信设备供应商Comtech公司曾为巴哈马群岛提供了数套8Mb/s散射通信设备，实现了电话局和9个岛屿上的蜂窝基站之间的超视距通信连接。该系统所有的散射链路工作频段均在2GHz，并配备Comtech公司先进的数字散射调制解调器和自动功率控制设备，因此能够在保证通信质量的条件下尽量降低发射功率，减轻对其他工作在相同频段设备的干扰。该散射通信设备采用的是1面4端口角分集抛物面天线，直径为9m，如图2-20所示。此外，Comtech公司还为英国的CATS工程岛对岸链路、亚洲某岛屿之间的跨海通信链路提供了散射通信设备。

3）海上石油平台对岸的宽带接入通信

在为近海海域的石油、天然气开采平台建立与陆地之间的超视距无线通信链路方面，对流层散射通信在性价比方面具有突出优势。美国Comtech、Signatron、SATCOM等散射通信设备供应商已为英国、澳大利亚、墨西哥、马来西亚等国家和地区的近岸石油平台建立了数量众多的散射通信链路，通信容量一般达到8Mb/s。其中，SATCOM公司为Woodside Energy西澳大利亚石油&天然气开采生产公司升级原有的一条连接近岸平台与岸基处理厂的S频段散射通信链路，通过升级TM-20散射调制解调器、1kW固态功率放大器及集成的NetMAC管理监视与控制设备等方式，将通信容量从2Mb/s提高到20Mb/s，并使系统动态范围扩展至100dB以上，显著提升了各种链路条件下的通信性能[8]。

近年来，我国广东、海南等沿海地区的部分近海石油平台也安装、开通了国产散射通信设备[9-12]，如图2-21所示，最高通信容量达50Mb/s，最远距离将近200km。

4）其他

除岛屿间及岛对岸远程通信、海上石油平台对岸通信外，固定散射通信站还在人防、交通、公安、武警、消防等民用通信领域得到了广泛应用[13-14]，涉及抗震救灾、安保执勤、人防演练演示等，有效保障了应急条件下通信业务的可靠传输。沈阳人防散射通信系统如图2-22所示。