第四章 中继通信 引 言
中继通信系统用于沟通各司令部之间的通信电路，能为战斗编队的指挥官和参谋军官提供所需的大部分通信电路。中继通信系统是战斗部队所用的高度机动的无线电系统的辅助和补充。
司令部某个指挥机构内部的指挥官及其参谋军官之间的通信，均通过内部电话线路与司令部的电话交换机沟 通联络。司令部的内部通话是通过人工操作的第一代中继通信系统的电话交换机进行的。
司令部内部各指挥机构之间，以及司令部同外部有关机构之间的通信，均通过中继通信电路或局间交换机 进行的。各用户并不都是在同一时间内同司令部外部通信的，因而只需有较少的中继通信电路便能满足需要。 司令部内的所有用户都可以利用这些公共用户中继线。中继通信系统与无线电网内的电台相比，传输信息的容 量较大，可以使用图像设备、数据设备、电报设备与电话设备等，能为整个参谋部提供全面的通信服务。
早期的军用中继通信系统是模拟通信系统，这意味着不能实现保密话音通信，而只能对电报信号加密。另 外，通信设备置于司令部内，通信网要随着指挥系统的配系来设置，是一个很大的缺点，如图4．1所示。在这 种情况下，每个司令部既是一个战斗基地，又是—个大量通信电路的汇集点或通信节点，会产生一些问题。 首 先，司令部既要作为战术基地，又要作为通信节点。各有不同的要求，使司令部的选址产生严重的困难。其次 ，由于司令部目标较大而易暴露，易受敌人目视观察与电子探测，进一步增加了选址的困难。再则，由于司令 部的规模与阵地均较大，会使机动能力受严重的影响，如果不能做到通常难以做到的重分双套设备配置，当通 信网受损害时或在司令部的移动过程中，会引起通信中断。为了解决这些困难问题，发展使用了英国的第二代 战术中继通信系统，即布鲁因系统。布鲁因系统的目标主要有以下一些：
图4．1 通信中心与司令部设置在一起的指挥系统
图4．2 通信中心与司令部分离配置的指挥系统
(1)采用数字传输技术，可以对各条电路加密而获得保密话音通信网。
(2)将长途干线通信设备与无线电中继通信设备设置在离司令部一定距离的一个独立的通信中心内，如图4 ．2所示。司令部与通信中心之间由一段近距离的电路相连通。
通信中心与司令部分离配置之后，通信中心便不再是司令部的组成部分，而是通信网中的节点。这种结构 形式有以下一些优点：
(1)在计划战术阵地和通信台站阵地时可以有更大的独立性，能较好地解决司令部选址问题上的困难。
(2)可以减小司令部的外形尺寸与减少无线电辐射，易于实现视觉的和电子的隐蔽。
布鲁因系统是通信系统与指挥系统分离设置的初步方案，各司令部同其所属的通信中心之间仍有直接的电 路相连通，布鲁因系统在一定程度上仍然与指挥系统配置在一起，这种扩展式指挥系统的示例见图4．3。
图4．3 简单的扩展式指挥系统图中表示的是一个军司令部，下辖两个师，每个师下辖两个旅。军司令部 和每个师各配属有两个通信中心，其部署和行动均适合于其建制的军和师的需要。
这种部署方式还有几个优点：这种系统结构方式在适当范围内能提供备用设备能力；在移动过程中不中断 通信联络；司令部能与两个通信中心连接，各接转交换设备和备用的通信电路能为通信中断的地区提供备用的 迂回通信电路，从而提高了通信网的可靠性。
图4．4 有备用司令部(步进司令部)的扩展式指挥系统
在采用布鲁因中继通信系统的指挥系统中，为使各战斗编队的司令部在运动过程中不中断通信联络，每一 级均有一个备用司令部，或叫做“步进式”司令部。例如，每个军、师和旅均有两个可移动的带有通信站的野 战司令部。通信站由位于司令部附近的一些通信车组成，它用于保障各司令部内部的通信接转交换业务，以及 为各通信中心提供中继通信用的通信电路。当一个司令部保持指挥时，另一个备用司令部(“步进司令部”)可 以自由地转移到另一阵地并重新建立起通信联络，如图4．4所示。完成这一过程后，备用司令部便可方便地承 担起指挥任务，而另一个司令部则变成“步进司令部”(备用司令部)，可以自由地行动转移。这种“两脚迈步 ”的原则也同样适用于通信中心。通常在一个师的管区内有两个通信中心，当一个通信中心需要移动时，可以 将正在使用的无线电中继电路转接到另一个通信中心。在通信中心转移过程中以及在新的阵地上组成通信中心 工作之前的一段时间内，师司令部及其下属的旅在其所用的中继通信系统中将减少一条通信路由。
图4.5 简单的区域性通信系统
可以预料，不付出一些代价是不可能取得布鲁因系统的许多优点的。与以前的一些通信系统相比，布鲁因 系统需使用较多的设备，较多的台站阵地，而且管理与维修工作的工作量也较大。
然而这些缺点与该系统的适应能力强、可靠性高以及能提供较大的信息容量等优点相比，这些缺点并不算大。
中继通信系统的下一个发展阶段是一种理想的区域性通信系统，如图4．5所示。其结构方案是通信中心呈 格网式布局，可以覆盖一个地区。司令部可以在该地区内根据需要移动，并与最方便的通信中心连接。因为这 种通信系统可以利用许多备用通信路由，所以能承受较大的破坏而不致失效。这种系统还可以允许通信中心更 自由地移动，这在现代电子战环境条件下是非常有意义的。 中继通信系统的设备
大多数军用战术中继通信系统主要用于为各参谋部之间提供电话电路，在这些电路上可以同时双向通话， 而不象无线电网中电台的用户那样，在发信和收信时必须进行开关转换(单工工作)。中继通信系统通常可以利 用各种可供选用的通信方式工作，用以处理电报、传真、电视和计算机自动数据处理等信息。某类信息需要哪 种最合适的通信方式取决于用户和通信人员的需求：参谋部门的用户最关心的是使用方便与传输信息的速度； 通信人员关心的是，既要满足通信的规范标准要求，还要能节省所用带宽，以便能为整个参谋部门提供足够的 信道。
电报
在电报通信中，用电传打印机打出信息，电传打印机将每个字母转化为一特定的五位的代码。中继通信系 统将一连串的“0”和1的数列传输到接收端的电传打印机上，经译码后产生一个原始信号的硬拷贝。电报传送 的速度通常用波特数来表示，通用的标准是：
1波特 = 1比特／秒
通常的传输速率为75波特，这就是说传输一个字母的五位数码需5／75秒或1／15秒。对普通英文电报来说 ，75波特相当于用100字／分的速度去传送电报信息。电报可以预先打印在穿孔纸带上，也可以直接打印发送， 但以适当的速度拍发电报还需要有一个熟练的电传打字机操作员。电报是一种相当慢的传送信息的方法，然而 所用的带宽很经济，可以在一个电话信道上同时发送几份电报，这一点将在本章后面讲到。当一份电报要发送 到几个收电单位时，或需要正式分发具体的情报或命令时，用电报传送是特别方便的。
电话
电话是进行对话交谈的最佳通信方法，因为它能即刻得到答复。在电话通信中，还可以传送讲话者的特点 、个性和语调等许多有用的信息。当指挥官试图去激励他的部队时，这些因素在战斗中可能是更为重要的因素 。
传真
传真是一种能传送文件复制件的方法，是传送图象信息的最好方法。文件被一连串类似电视机中那样的扫 描线扫描，产生与文件上的明暗成比例的电信号。军用传真系统的分辨率相当高，可以产生无灰度的通常尺寸 的黑白印刷品。传真系统所用的信道容量为一个电话信道的容量，用现代化的传真设备能在一分钟内传送一份 A4尺寸的文件。过去传真用得很少，这是因为该系统需用几分钟来传送一个文件，而且质量差。
电视
通常播放文娱节目的电视所用的带宽相当于几百路电话信道，因而很少用于军用中继通信中。由于连续动 作的错觉影响，一幅完整的画面必须每秒钟变化25-30次。这个速度减小时，传送画面所需的带宽可按比例减小 。尽管这时所产生的画面闪烁，但它在监视设备中却很有用。普通的电视有时可以在高级 (大)司令部内的各指 挥车之间传送信息，但要有大容量的电缆连接。电视能使各参谋部门的人员不离开指挥车而随时掌握要图简令 情况。 自动数据处理
现代中继通信系统也可用于计算机之间的通信。能通过电报信道以低速率传送数据的计算机系统，以及能 通过电话信道以中速率传送数据的计算机系统，在战场上均已有所应用。在自动数据处理系统中，每个司令部 均有一台计算机以及可供参谋军官使用的视频显示器。中继通信网把这些计算机彼此连通，可以实现信息或数 据库的共享。自动数据处理系统用于诸如战斗命令、弹药情况报告、伤亡情况报告、军需品储备情况等的统计 表报处理，是很有用的。当参谋军官通过电话信道使用数据库时，司令部内的以及各司令部之间的文件量便大 大减少。关于自动数据处理的详细材料，可参见这套丛书的第9册。
中继通信系统技术
中继通信系统中所需的技术可参见图4．6所示的基本终端设计图，本章中将较细地讨论这些技术内容。基 本的电路是电话信道，或是由多路调制器将若干路电话信道综合在一起的电路。有两种可供选用的技术，频分 多路复用和时分多路复用。综合后的信号称为基带信号，如图中所示的情况，用无线电设备将它发送到另一终 端，再用反向处理过程将多路综合信号分路处理后，通过各个电话信道传送出去。其他类型的信息也可利用中 继信道传送。使用数据调制解调器可以使自动数据处理与计算机信息通过电话信道传输。但因其传输速度较慢 ，有时也可以在传送音频电报信号的电话信道上多路复用传送几路电报信号。在自动数据处理系统和电报系统 中常常要使用检错码，用以减少由于无线电电路中的干扰和噪声所引起的接收信号中的误差。通信交换机是处 于通信电路内末端区的设备。通过交换机接转才能把信息传送至相应的目的地地址。
图4．6 中继通信系统巾的基本终端设计图
模拟技术
对于司令部内部的近距离通信来说，使用若干条单独的电缆与每个电话用户相连通可能是比较经济的。对 于长距离通信来说，无论是使川电缆或是无线电台，都须采用多路复用设备，以便各用户可以共享传输设备和 信道。频分多路复用
单边带调幅可以把语言信号转换到新的频殴上。
图4．7a所示为一个0-3千赫的语言信号，图4．7b所示为经单边带调制后共享5-20千赫频段的四个相类似的 信号。各信道之间的间隔称为保护频段间距，这是在设计系统时考虑到设备的频率误差与滤波器欠佳等因素而 规定的。
一旦形成了这“四信道群”的新的基带信号，在中继通信网中就作为一个单元来传送。若干个信道可以组 成“群”。若干个群可组成一个“超群”。若干个超群可组成“主群”或“超主群”。军用通信中所用的电路 数量的最高水平是60-130个信道的超群，它是由15-32个信道的若干个群组成的。
图4．7 频分多路复用
在通信设备中是把群或超群作为一个单元来传送的，无线电传送过程中也不必知道在一个群之中有多少个 信道，无线电中继设备中有足够的带宽可以传送处理一个超群。如果由每个信道单独处理信号而不是按群来处 理时，每个信道都需要有单独的滤波器、调制器和振荡器，所用的设备量将很大。按群来传送处理信号时，所 需的设备量就小得多，但是，某个设备故障时就会影响到该群内的所有信道。
音频电报
中继通信系统内最小的单位通常是单路电话信道。然而像电报这样的信息并不需要一个电话信道的全部容 量。对于一个通常只需用150赫带宽的单路电报信息来说，使用一个电话信道是一种浪费。可以使用频分多路复 用技术把若干电报信号组成一个群，这样的一个群可以有效地使用一个电话信道。这样就要把各个电报信号调 制到话音电路信道带宽的音频范围之内，因此这种技术被称为音频电报技术。
数字技术
各种模拟处理技术由数字技术所替代已有好几年的时间了。日前在战场上所用的中继通信系统中使用了数 字技术与模拟技术相混合的方法，但今后新的系统将是全数字式的。为了明了这种方法的优点，须解释数字技 术的原理。
在第二章中所述的一些调制方法中，信号被用来直接调制载波的频率或振幅。而在数字调制中，由一连串 的脉冲流代表原始信号，然后用此脉冲流去调制载波，或直接在电缆上交替地传输。在军用通信系统中通常使 用两种数字调制技术，即脉码调制和增量调制。
脉码调制
所有脉冲系统均取决于每隔—定时间被取样的模拟波形。必须作出答复的问题是，为了使原始信号完全地 再现，需要什么样的取样频率?
如图4．8a所示，欲从这个脉冲流中看出原始连续波的波形并不是不合理的，但实际上所需的取样次数可以 少一些。而在图 4．8b中，预见两个取样脉冲之间的原始信号波形会出现凹陷情况几乎是不可能的。从中可以 看出，对最高频率的每个周波取样两次时可以得出其极限值，这种取样原理的极限值如图4．8c所示。实际应用 小如果不选用较高的取样率，系统的噪声和失真将使再现的波形严重失真。(另一个取样的例子是从一系列的电 影片格画面中可以模拟出连续动作的图像，根据—定数量的电影片格或取样次数，通过眼睛的视觉暂留而再现 原始图像画面。)
对人们讲话的模似输入信号取样而产生的信号称为脉幅调制信号，这种信号实际上并不是很有用的，但可 以用作产生脉码调制信号的中间信号。从下面的叙述中可以看出，数字调制的许多优点中主要是因为所发送的 脉冲仅有两种电平。这种只有两种电平的信号也就是常说的二进制系统。在脉码调制中，要把每个取样脉冲的 振幅高度转换为二进制数字。
图4．8取样频率图4．9所示为形成脉码调制信号所需的步骤。在这个图例中，某个取样瞬间的信号振幅可 用0-16之间的任一数字来表示，于是任何取样脉冲均能重写为一个四位的二进制数，并把这些数字作为脉码调 制的数字脉冲流来传送。在这个例子中，如果要发送一个3千赫的话音信号，那么至少需要6千赫的取样率取样( 即6千比特／秒的脉冲)。当每个取样脉冲需要一个四位的二进制数时，将要产生一个24千比特／秒的脉码调制 脉冲流。这个例子表明，传送脉码调制信号与传送原始模拟波形相比，需要更大的容量成带宽。
图4．9脉码调制
从图4．9中还可以看出，所发送的第三个取样脉冲为10的二进制数，但其原始信号电平稍大于这个量化级 。这种误差被称为量化噪声，因为这种误差使正确波形产生一些噪声式的变形而干扰重新建立的信号。采用更 多的量化级可以减小量化噪声。如图例中所示，对同样的输入信号来说，如果量化级采用64级而不是16级的话 ，那么量化误差将降低到原噪声的四分之一。但是，每个取样脉冲将需要6位二进制数(64级)而不是4位 (16级) ，用于表示一个3千赫模拟信号脉冲流的数据率将增加到36千比特／秒。这样，脉冲调制所需的带宽就取决于每 个取样脉冲的二进制数的位数。为使量化噪声降低到可接受的程度，量化级应分多少级才是合适的，需由设计 人员主观上作出决定。在布鲁因中继通信系统中使用量化级为64级的脉码调制。
增量调制
这种技术是为了寻求一种比脉码调制更简单更便宜的方法而被人们想出来的。尽管现代数字电子技术的发 展，已把脉码调制设备的成本降低到相当的水平，但现在的增量调制技术可以利用较低的比特率而取得较好的 话音质量。尽管如此，增量调制所用的带宽仍然比原始模拟信号大得多，这一点必须看到。
图4．10 增量调制
在增量调制中，不是将取样脉冲的绝对电乎编码，而是将所发送的连续取样脉冲之间的差值编码。为此，不 必使用多位的二进制数，可以用一位数去表明原始波形是上升(1)或是下降 (0)，如图4．10所示。
在接收机中，此脉冲被用来使波形上升或下降，产生一个如图所示的锯齿波波形。如果用滤波器将其平滑 ，那么重新形成的信号与原始模拟输入信号相似。
时分制多路复用
在脉冲调制系统中，利用取样脉冲之间的时间来发送其他电路中的信号是可能的。这种技术称为时分制多 路复用。为了做到这一点，必须在通信电路的各端点使用同步开关，以便依次地发送各个电路中送来的取样脉 冲，这样，几个用户看起来是同时在使用此电路。尽管各个用户只是周期性地使用很短的时槽，但可以在接收 机中重新建立各取样脉冲之间所包含的原始模似信号。
数字调制的优点
至此我们已经看到，利用多路复用技术可以把信号转换成数字形式并共享通信电路，但所需的带宽很大， 只有在同模拟制频分多路复用技术相比有许多优点的条件下，占用较大的带宽才算是合理的。再生中继器
在模拟制传输技术中的问题是，因电缆与无线电中继电路中会有噪声而使信号失真，因传输条件与传播延 时不恒定多变而引起不同频率成分的衰减，结果使所传输的信号超过一定距离后就难以接收。
数字传输中也同样存在着信号失真畸变的问题，但在接收机中只需作一种简单的判决，就是判决脉冲是0还 是1。因此在判定脉冲状态的误差以前，所传输的信号有一定的失真是允许的。只要在对信号作出误差判决之前 插入使用再生中继器，就可以完
整地保持0和1的序列而不必考虑通信电路的长度。图4．11所示为信号再生的过程。对b点的弱信号进行放大后 要对波形的畸变进行校正。在c点要对经过放大的信号进行判决，然后在d点输出一个新的完善的脉冲。
图4．11 再生中继器加密
数字调制的一个重要优点是便于军事通信中对信号加密。对模拟信号来说，可以用各种方法进行保密传输 。可以把信号分置到各个频段内并加以重新组合，但这种方法在实际的系统中难以有效地把分置开的信号组合 起来，难以满足保密要求。另一种办法是，可以把信号分解成若干个很短时间段的信息后再加以重新组合，但 这种方法在用正常速度对话的通信系统中，由于保密要求高而不宜使用。
数字通信的加密既简单又有效，在发送端加一“随机的”脉冲序列以构成保密信息，而在接收端去掉这同 一的脉冲序列就可以解码。这种脉冲序列在电子设备中易于产生。真正的随机序列是不能使用的，这是因为接 收端无法产生一个完全相同的序列，而能产生一个伪随机码。在一段相当长的时间内，一连串0和1的图形不会 重新出现时， (在实践中这殴时间可能要许多天的时间)，人们便可以把它看作是随机的。在接收端与发送端 ，可以用一个比较简单的保密密钥码去控制电子设备产生这个伪随机序列。
无线电中继
很清楚， 多路复用的中继通信信号群需要使用宽频带通信电路。单独的一对有线电电路只能用以传送很小 的群。同轴电缆、波导管和光纤有足够的带宽可供中继通信使用，但建设这些电路的投资大，时间长，又不能 机动，所以使用无线电中继通信是可取的。
在军用干线通信中所用的无线电中继通信的原理如图4．12所示。两地的终端站之间不能获得直线无线电路 径，在该电路中 图4．12 无线电中继通信原理 间设置一个中继站，因而名之为无线电中继。中继站同两终端之间有良好的直接无线电路径并能在接收一个终 端站信号后自动地转发给另一个终端站。在远距离的中继通信电路中可以设置若干个中继站。
60千赫以上的一些频率已被用于无线电话通信中。在用高频天波传播的越洋通信电路中，在用甚高频视距 传播的对地面车站、对空中飞机以及舰对岸的通信电路中，都可以载送较大的电话信息量。通常这些频率所能 提供的信道容量是很有限的。所以在甚高频以下的频段内一般不使用多路通信设备。
对于民用中继通信系统来说，主要的目标是要通信容量大，使用超高频频段，譬如说使用3000兆赫，能获 得很好的结果。 12000兆赫左右是无线电中继通信可用频率的上限值，这是因为该频段上的电波在传播过程中 穿透雨水与其他水气冷凝物的能力很弱。超高频中继通信系统只能在视距范围内使用，选择中继通信站的阵地 必须十分仔细，还要用相当的时间对各台站的设备 (天线)进行校直。这个频段适合于固定式的民用中继通信系 统使用。使用大型高方向性的天线以及很高的天线塔，可以减少相互的干扰，还可以减小发射功率。
陆军用的中继通信系统经常要进行战术机动，还要能在短时间内投入使用或撤收，所以不宜使用超高频频 段工作，而使用特高频频段是较好的，既可以获得适当的电路容量，而且台站选址的容差条件也比较宽和。无 线电路径的性能
无线电中继链路中每一段电路上的接收机和发射机之间只能有一定的传输路径损耗。在时分制多路复用系 统中，如果超过了这个传输路径损耗值，那么所接收的数字脉冲流中误码率将很高而不能使用。考虑了天线的 增益和馈线的损耗后，在无线电中继电路中允许的净损耗值便是无线电路径的性能。可使用的无线电通信可以 是中间无障碍的长距离通信，也可以是在直线视距内有山阻挡时的很短距离内的通信，如图4．12中的路径2所 示。
天线
当系统点到点工作时，可以使用在特定方向上辐射的定向大线。把无线电功率集中在一个方向上发射，使 功率得以充分地利用。只要在非期望的方向上没有什么辐射，那么既可以减少对邻近无线电系统的干扰，还可 以最大限度地减少被敌窃听的可能性。在接收端使用方向性天线，可以减少其他电台的干扰与敌台的干扰。特 高频中继通信电路中典型的天线见图2．26、 图 2．27，这些天线的增益都在10-25分贝之间，天线的校直和 隐蔽都易于做到。
选址
位于高地上的无线电中继终端站可以取得最佳的无线电传播路径，可是由1：各种显而易见的原因，司令部 往往要设置在更为隐蔽的地方，因此司令部必须用一条“尾巴”，即用一条电缆或辅助的无线电中继电路同无 线电中继站相连接。
从地图上勘察可以选择无线电中继站的阵地。根据图上标出的无线电路径分布图可以验证最后选定的无线 电路径是否符合第二章中所述的菲涅尔区净空条件。实际上最后选定台站阵地时，还要进行实地勘察以检查下 述几点：
(1)地图上没有标出的当地的各种障碍物，特别是树的高度和密度；
(2)隐蔽和伪装的可能性；
(3)无线电中继通信车的通路；
(4)其他电子设备是否已占据了该阵地，因为雷达和监视设备等也需要使用同样的高地。转发器
图4．13所示为无线电中继转发器。频率为f1的输入弱信号被转换为一频率较低的中频信号，象第三章中所 述的超外差接收机中的放大作用—样，此中频信号在中频放大器中得到放大。然后将此中频信号转换成下一段 无线电中继电路辐射所需的频率f2。虽然频率f1和f2是处在同一频段内，其传播情况也相同，但在转发器的输 入输出之间总要有一个频率差。如果不是这样，由于发射端输出信号的反馈作用，会使接收机难以接收所需的 信号，整个转发器就不能稳定地工作。
图4．13 无线电中继转发器
在实际工作中选择频率是十分复杂的，要考虑到电磁兼容性的各种因素。设置在同一阵地上的各个电台不 能使用相同的频率，不能多路复用各个频率，也不能使用与各个电台的本地振荡频率和中频频率有关的组合频 率。应当认识到，所有的无线电台，无论是用于无线电网内的或是中继通信系统内的，还是用于遥测系统的或 是作指挥用的，使用中都会使电磁兼容性方面的问题增多。另外，使用转发器后所需的频率数将增大，就必须 对整个中继通信网安排一个频率分配计划，其中应包括为对付敌人电子战活动以及为适应自己军队行动需要而 周期性地改变工作频率的计划。在几个相距很远而又不毗邻的地区内，可以重复使用大型中继通信网的各个频 率。
图4．14所示为英国军用的TRIFFID型无线电中继通信设备，其下部是电源设备，中间部分是包括基带电路 、调制器、解调器和频率合成器的设备部件，其顶上部分是频率范围为225- 1850兆赫的三个可交替使用的射频 部件中的一个。
TRIFFID型中继通信设备和其他现代化的中继无线电台一样，均有机内自检测装置，可以对设备的性能进行 连续的监测，并可以发出声音告警信号和灯光告警信号。另外，为能迅速地判断无线电中继通信链路中发生故 障的地点，可在该机中插入使用测试图象发生器和识别电路。无线电员只要调节简单的开关装置，测试信号就 能在无线电中继链路各有关部件的回路间往返传送，迅速地判明故障的部位。
图4．14 TRIFFID电台
电话交换
只有在需要近乎连续不间断通信的条件下，两个远程终端之间使用一条固定的专用信道才是经济的，通常的 情况是，一个终端与其他一些终端通信总是不定时地进行的，这就要求把各个终端同一个具有交换设备的通信 网相连接，然后各终端才能通过合适的电路彼此连接。虽然通信的交换接转可用人工方式来实现，但现在自动 交换系统已占统治地位，本节中将介绍各种不同的交换接转技术。
对用户来说最要紧的是系统的可靠性，可用通信工程师的术语“服务等级”来表述。服务等级是指在一定 的设备条件下所要呼叫沟通的次数与未能连接沟通的呼叫次数之比。0．01的服务等级就是每一百次呼叫中有一 次未能被接通。如果有足够的中继通信电路和接转交换设备，就会有令人满意的服务等级。所用的设备过多将 会增大费用，所用的设备不足会在通信繁忙时引起严重的堵塞，所以对话务量的预测是非常重要的。可以用标 准的公式来表示某个服务等级条件下通信话务量与所需设备数量之间的关系。在市内电话系统中，这个计算公 式是按每天上午中段时间内通话最忙碌时刻的话务密度为基础的，而话务密度是按同时进行呼叫数量的平均值 计算的。军用通信话务量的统计比较困难，通信业务的繁忙时间主要同发生的各种事件有关而不完全取决于一 天中某段时间内的通信话务量。
模拟电话交换
现在使用的交换设备有各种类型的电子机械式交换机。步进制交换设备是1891年发明的， 目前在英国民 用市内电话系统中仍然普遍使用着，在布鲁因系统中使用也很可靠简便。在许多国家中，现在已普遍使用了纵 横接线器，并在此基础上发展使用了现代化的电子控制式接点接线器，西德的奥托科军用中继通信系统就是使 用这种接点接线器。
这三种设备都可以通过如图4．15所示的接转矩阵或空分制交换设备而有效地彼此连通。从图中可以看出， 在输入2和输出 3以及输入4和输出1之间正在通话。
步进制与纵横制接转器都采用电子机械式设备，这种设备的容量大而价格便宜，但随着使用时间延长和接 触点磨损或不干净，故障也会增多，而且其接转速度也不高。在现代电话交换设备中，使用如图4．16所示的簧 片继电器可以提高电话接转交换的速度、降低设备成本并提高可靠性。
图4．15 电话转接矩阵
图4．16 簧片继电器开关
当电流通过线圈时，簧片受磁力作用而吸合，形成了电接点。没有电流时，两接点端间分开约0．1毫米。 由于这个移动距离非常小，使得该开关的动作比老式开关迅速得多。封装玻璃管内充有氮气，使触点保持干净 。
这三种设备都适用于模拟信号通信，而且在电子交换机中可以用计算机来控制簧片继电器接线器。计算机 控制的优点将在后面论述。但是，高速率的数字信号不能有效地利用这种设备来处理，这是因为在接转交换过 程中开关触点的来回跳动和电流的波动会产生错误的脉冲。
数字电话交换
目前还没有能适用于模拟信号传输的理想的电子交换设备，这是因为电子交换设备不同于机械式交换设备 ，采用半导体器件的这种设备的开关电阻值范围很有限，这种设备的输出信号并不是完全按输入信号的线性关 系输出的，所以输出的模拟信号畸变，而且在标称的外输出线上有泄漏，其效果就相当于增加了背景噪声。尽 管这种设备对模拟通信来说并不合适，但对二进制数字信号来说，即使信号有畸变，这种设备还是较好的，能 判定信号的逻辑0或逻辑1状态。
分时式数字交叉点矩阵
数字传输电路是按时分多路复用方式连接在数字交换机卜的。为了在一输入群和一输出群之间沟通一个信 道，需要有两个操作过程，如图4．17所示。
首先将输入群中的时槽移位到输出群所要占据的时槽卜，这被称为时间交换。其次通过交叉点矩阵把输入 系统接转到输出系统上，这称为空间交换。空间交换可由电子接点接线器来实现，这种电子接点接线器是一种 电子逻辑门，每个时槽的操作时间只需几个微秒，所以若干个同时进行的通话可以共享设备。
英国的松鸡中继通信系统中所用的交换机就是这种类型的设备，时分多路复用的信息为32路的一个群，在 通过空分交换设备与相应的时槽沟通以前，输入信号先在交换设备内存储着而不发送出去。接转交换操作是由 小型计算机控制的。
图4．17 基本的时-空-时数字交换软件
计算机所执行的操作受所用的软件控制，重写几段程序就可使程序改变而不必去改动硬件线路。计算机的 这种很好的灵活适应能力，使设备展开使用之后，如果还有相当的富余容量的话，可以给设备加一些新的任务 。这套丛书的第9册将详述这个问题。
为了实现这一点，所用的软件必须是高质量的，软件文本必须很完善，所用的程序必须是通过验证可用的 。像英国陆军所用的松鸡中继通信系统那样的系统，编制程序的工作量就在50个人年以上，而且，没有一个良 好有序的工作方法，程序中的毛病还很难发现。软件的质量是一种难于度量的概念，一般来说，程序必须使系 统能执行各种必需的任务，并使系统能适应各种可能发生的事件。程序并不是只有优点没有缺点的，要根据它 在计算机内所占的内存空间、完成任务的速度、是否便于检查和故障自检等性能来衡量。此外，编制出最后可 以使用的程序可能要花费大量的工时。
在数字式电话交换机以前的各类型电话交换机中，信息的接转交换过程发生灾害性故障是很少的，但是， 不良的计算机程序只要有一点小的错误就可能产生严重的通信故障，所以在通信交换设备中依赖于软件是有危 险性的。如果有个别元件故障，由软件去启动一些备用的操作可以获得相当的可靠性。某些系统要频繁地用软 件对硬件进行故障诊断并进行重新组合操作，以防止整个系统的失效。
用软件控制交换机的主要优点是，可以用重编程序的办法来改善电话系统的设备性能。为了改造现用的设 备，步进制和纵横制交换设备需彻底重建。
采用计算机控制具有以下的性能特点。
(1)有优先等级的控制功能，可以自动地断开优先等级低的用户。
(2)可以按用户的预定计划进行会议通信和广播通信。
(3)有备用路由选线功能，可以减少通信的拥挤堵塞，或避开发生故障的电路。
(4)带有压缩简化拨号的标准号码簿。
电报交换
电报信息的特点与电话信息有所不同，作电报通信用的电传打字机比电话机少得多，而每个电传打字机的 使用率比电话机高得多。另外，在电传打字机上拍发电报要等待一段时间，所以报务量的峰值问题不很突出， 因此可以根据各种通信业务量的统计来选用交换网的种类。与电话通信的另一个不同点是，电报交换网不需要 双工方式的通信电路，可以发送多址电报，可以允许有某些传输延迟时间。
直通交换
电传打字机采用与电话机连接相同的方法互连的技术称为直通交换，它可以用于商业上的用户电报交换。 电报与电话相比，误码对通信的影响很大，所以电报交换所用信道的质量应比电话通信的要高，而且需使用单 独的电路。
纸带转报
所有的电报电文均准备和储存在穿孔纸带上。转报站的纸带穿孔机把输入的电报报文打印在新的凿孔纸带 上，然后将其撕下进行处理或给下个收报站转发，所以常称为撕断纸带式电报系统。这个工作过程是人工执行 的，操作员取下纸带后，识别收报目的地地址，然后把纸带送到另一个适当的自动发报机给下一个转报站发送 。纸带转报与直通交换相比，所用的信道数要经济得多，这是因为当电路负载过重时，电报可以排队等候。
自动存储转发
图4．18 存储转发交换设备
在报务量很大的情况下，使用自动交换设备是很经济的。存储转发式交换设备的基本构成如图4．18所示。 在撕带式转报系统中的路由分配是由人工进行的，电报是存储在纸带上的。自动化的第一步目标是减少纸带的 数量，因为在通信业务量很大的野战通信车上难以管理大量的纸带。可以只把电报起始部分中的地
址打印在凿孔纸带上而把电报的其他内容存储在磁带上。这样做时，操作人员在处理路由分配信息时仍可能会 发生某些差错。自动化的进一步目标是要求减免路由分配信息中的差错，通常在这部分路由分配信息中插入检 错纠错码，用以减少传输过程中的差错。现已成功地使用了许多完全自动化的存储转发系统。英国的野战电报 自动发送系统就是其中的一种，通过控制台上的监控装置可使计算机全面地控制电报的路由分配。 现代的中继通信系统 最新一代的军用中继通信系统与以前的中继通信系统相比，有以下几个主要特点。 集中使用原则
在早期的中继通信系统中，某些特定的信道只能运用一种通信方式。例如，可以把一个信道用于电报或同 时传送音频电报，再把一个信道用于传送计算机系统的自动数据处理信息，而再把另一信道供优先权高的电话 用户专用。这样的问题是，所有其他的用户只能共享剩余的信道，通信的服务等级就将降低。集中使用原则是 ，所有信道都能传输处理各种信息，而且没有一个信道是专用的。只要有一个信道，优先等级高的用户仍然可 以优先通信，但所使用的具体信道并不是固定不变的。在有许多用户共享许多信道的条件下，对通信情况的统 计结果表明，通信电路沟通的成功率较高，通信的服务等级上升。 设备的通用性原则
设备的通用性原则是上述集中使用原则的必然结果。设备的通用性原则是指尽可能地使用相同的设备或系 统部件来完成各种不同的功能。例如数字中继通信系统要能接收电话信息、电报信息、传真信息与自动数据处 理的数据，并且能将各种信息转换成二进制信息流。要在通信网中传送各种信息，应只使用一种型号
的交换设备。执行设备的通用性原则可以降低设备基本部件的成本，特别是对电子设备来说，随着产量的增大 会使设备的成本大大下降。减少设备部件的型号种类可随之而使库存零备件项目和故障修理项目简化。
设备的通用性原则既适用于诸如电子线路等硬件方面，也适用于软件即计算机指令系统中，有助于大型复 杂的计算机系统的管理使用。 向数字系统发展
许多中继通信系统中的模拟制设备目前正在逐步地被相应的数字系统所取代，但是在没有全面实现数字化 以前，是不可能获得数字化的全部优点的。例如，如果来自中继通信电路中的脉冲流遇到一个模拟制电话交换 机后，必须进行数模转换，而此信号要通过一条数字电路输出时还得进行模数转换。这样多次转换之后，信号 会变得很差。
现代的中继通信系统都是全数字型的设备。英国陆军的松鸡中继通信系统的技术特点就是全数字化的设备 ，话音、电报、数据与传真等输入信息均共享同样的数字信道(16千比特／秒)。话音信号在用户电话机里采用 增量调制法直接数字化。信息的加密是在参谋工作车内进行的。参谋工作车内的设备可以组成若干个32路时分 多路复用的中继群。这些信道均由计算机控制的数字式交换设备用时—空—时方法接转沟通。整个系统只使用 一种型号的计算机，但还有一些备用软件可以保证松鸡中继通信系统使用普通的交换机进行电报存储转发以及 进行系统的管理，这样就很好地实现了设备的通用性原则，并可以全面地获得数字化的优点。
向数字化系统发展的其他一些优点是，符合于总的技术发展方向，有利于促进电子设备和计算机工程技术 的发展。电子技术设备中的集成电路日益复杂，有的集成电路中包括有数千个晶体管，但用这些复杂的集成电 路制造的许多设备的价格还在下降。
微处理机以及其他数字电子设备对当代生活中的许多领域所产生的影响是很明显的，但这种电子革命的趋势目 前还只是表现在数字电子技术设备中，大规模集成电路在模拟制通信系统中的使用还不多。
松鸡中继通信系统用户分机的原型样机中约含有200个集成电路，所以这种样机的体积较大，价格也较贵。 新设汁的用户分机如图4．19所示，其中已使用一台微处理机、30块集成电路和3块混合电路。除一些模拟制部 件和高速逻辑电路外，已用微处理机取代了原先样机中的硬件。
图4．19 松鸡中继通信系统的用户分机
现今的一些小型计算机已可用几个分担不同任务的微处理机
来替代，这就意味着在各个输入终端和输出终端内可以用一些部件来取代计算机而仍能保持各个终端原有的性 能。在通信交换机中用微处理机取代小型计算机，可以有效地减小设备的外形尺寸并降低消耗功率，这是因为 小型计算机为冷却和空调需消耗很大的功率。
现代的中继通信网同由各个计算机、小型计算机与微处理机组成的系统之间有许多相类似之处。通信和计 算机的聚合意味着原先在一门学科内发展起来的技术，现今在两者之间已彼此相关了。由多个计算机互连而组 成的自动数据处理系统问由计算机控制的中继通信系统结合连通是必然的发展趋势。 松鸡中继通信系统
图4．20 松鸡中继通信系统的部分结构图
松鸡中继通信系统是英国驻西欧陆军和皇家空军使用的最新的战术数字式保密中继通信系统。该系统是一 种真正的地区性中继通信系统，其通信网可以覆盖整个作战地区，在此战区内的各司令部以及各个移动式的用 户终端都可以同通信网相连接。数字技术和由计算机控制的交换接转技术，可以使松鸡中继通信系统内的各个 有分机号码的用户，同其他有分机号码的用户自动地连接沟通。军用通信系统的另一个技术改进和新的特点是 ，使用单信道无线电接口分系统后可以使各移动式用户同系统内的各中继通信设施相连通。
图4．20所示为松鸡中继通信网的一部分以及松鸡中继通信系统的几种不同类型的接口设备。这些内容在下 面予以解释。
中继通信网
中继通信网是系统的主要组成部分，由若干个已展开配置的通信网节点(前面称作通信中心)所组成，其通 信范围可以覆盖整个作战地区。各个节点内都有由预先存储的程序实施控制的数字式电路交换机，这些交换机 由无线电中继电路互相连接。无线电中继电路的长度通常小于25公里，各有16个或32个16千比特／秒的时分多 路复用信道。各中继节点和无线电中继设备在工作时都必须是固定不动的，除非在系统中有冗余的中继节点和 无线电中继设备，各个节点才能随部队的战术行动而移动，或为了中继节点本身的安全保护而移动。
固定式接口设备
司令部的各参谋机构均配备有各自的小型通信设施，即能使无线电中继设备与干线中继通信网相连接的接 口节点机。军司令部使用的是主接口节点的设备，可以为150个用户进行本地接转。各参谋机构的用户设备通过 电缆与主接口节点机连接，如果有良好的无线电路径可以利用的话，也可以通过位于高地上的超高频多路无线 电中继站与主接口节点机连通。主接口节点的交换机可以为诸如军司令部这一级的大量参谋用户分机服务，而 对于像旅司令部内小量的用户分机来说，就不必使用这样复杂的设备。在这种情况下，供旅参谋部用的终端设 备可以通过二级接口交换设备与无线电中继通信车，直接同最方便的中继节点相连接。在此中继节点上，各种 通信交换接转甚至旅司令部内部的本地通话接转均能进行。二级接口交换机可为25个用户服务。师司令部的情 况与旅司令部相似，但比旅司令部的用户分机稍多一些，要用两个二级接口交换机。分离式或移动式接口设备
不位于司令部内的独立的用户或移动的用户，可使用一种称为单信道无线电接口设备进行无线电话通信。 单信道无线电接口设备通过无线电中心与中继通信网相连接，这样可使移动式用户使用与固定用户一样的设备 ，并具有同样的通信能力，还可以在整个作战地域内自由运动过程中通过各无线电中心逐个地半自动连接而进 行通话。关于移动用户的接口设备以及将来可能要使用的“独立式”设备，在第六章中叙述。
松鸡中继通信系统的特点
该系统的设计性能以及在展开使用之后，能为各中继节点之间提供多条可供选择的通信路由，在呼叫通话 时可以自动地避开损坏的或出故障的设备和通话信息拥挤的电路。只要某一信道可以使用时，用户之间就能彼 此通话。为实现这一目标，该系统具有两个技术特点：即扩散式路由探索与委派式路由选定。扩散式路由探索 方法是，交换机可以发送扩散式路由探索电报来发现所要联络的用户的位置，如图4．21所示。
为了将使用许多信道的扩散式探索的次数减到最少，在每个接口节点上都编制有常用被呼用户表。当一个 用户的号码被呼叫时，就将其号码置于常用被呼用户表的顶部位置。如果该接口节点随即呼叫同一用户，就不 需要进行扩散式路由探索。然而如果在一段时间内该用户没有被呼叫，那么该用户号码在常用被呼用户表中的 位置便要下移，直至最后移出常用被呼用户表。另一个重要的技术特点是，把路由控制选用的权力委派给各个 交换机依次地去沟通联络，这样才能使各交换机按其所掌握的情况去绕过已损坏的电路和避开通信拥挤的电路 ，便可以与所需联络的终端通信，如图4．22所示。
图4．21 松鸡中继通信系统的扩散式路由探索
图4．22 松鸡中继通信系统的自动路由选择
松鸡中继通信系统的其他一些性能特点如下。
使用。松鸡中继通信网是一种高速的通信交换系统，能在几秒钟之内沟通联络。首次呼叫的沟通概率取决 于用户的优先等级，但一般的呼叫沟通率不会小于95％。
方式。该系统内设有能传送话音、电报、数据和传真信息的保密通信设备。基本工作方式是话音通信，但 各用户终端设备可以通过专用附加设备同电报设备、数据设备和传真设备相连通。文件收发中心为那些没有自 备终端设备的用户提供电报设备和传真设备。
号码表。每个用户都有一个按部队组织结构排定的固定专用的7位电话号码，例如第一位代表所属的战斗编 队，第二位代表战斗编队的类型，第三位代表机构的识别标志等等，计算机控制的交换机可以找到所要的通信 用户，无论该用户位于系统中的什么地方。
管理。系统中有全面的系统管理设施。使用同一类型的处理机进行接转交换和存储发送信息，使系统对军 事情况的变化能作出快速反应。
修理。系统的各种硬件设备中都有内装式检测设备，可以用更换组件的办法迅速地修理大多数故障。使用 电子修理车上的自动检测设备可以排除战场上各种设备的复杂的故障。
便利条件
计算机控制的电子交换系统的优点之一是，为用户提供的便利条件几乎是无限的，一般地说，这是因为使 用中的每种便利条件都是由计算机程序或软件所控制的，在电子器件或硬件方面所要花费的代价并不昂贵。松 鸡中继通信系统在使用中的便利条件有以下一些。
缩位拨号。用户要经常呼叫网内的某些用户电话号码，仅需拨三位数号码，前两位是特殊电话号，后一位 是表示十个常用号码的0-9序数中的一位数。
线路组群方式。有需要共同关心事务的一组用户，诸如同一司令部内的几个参谋机构，可以把所有来话呼 叫按优先等级的顺序接转到各个参谋机构的第一号空线上去。线路组群的规模限于五条线之内。
呼叫转移。当通话呼叫的对方不在的期间，呼叫用户拨5位数字的电话号码后，便可把呼叫自动地转移到另 外的号码上去。
呼叫转接。进行通话的双方都可以把正在进行的通话转接到第三方。例如，那个没有叫通炮兵科而叫通了 作战科的电话，可以不需要重新拨七位电话号码而把电话转接到炮兵科。
呼叫保留。用户可以使已接通的线路保持直通的情况下，用同一部电话去进行另一个呼叫而不被正在等待 的那个通话者听到，待通话完了之后再恢复原先的通话。
专线用户电路。某些用户需用专线快速接通一个或几个用户。这些要求只能在有限的范围内予以满足；因 为使用专线用户电路会使其他用户可用的中继电路数减少。拥有此种便利条件的用户需另设正常通话用的电话 机。
预占业务。按下“加急”和“特急”按钮后可以利用这两级的预先占线业务。这种便利条件能使具有优先 权的用户自动断开优先等级较低的用户的通话线路而接通优先等级高的用户通话线路。通话者可以听到一种特 殊的音调，告知他已被一个优先等级高的通话占线。这个便利条件可以在整个中继通信系统的干线通信与本地 通信中应用。
电话会议和广播。电话会议是三个或更多个用户的并联通话工作方式。广播通信也是多用户线路的并联连 接，但只有组织广播通信的用户可以发信。电话、电报、传真与数据通信均可使用广播通信。会议通信只能使 用话音通信和电传通信。
隔断中继外线接口。这是最大限度地减少通话量以保证最重要的用户能使用中继外线通话的一种工作便利 条件。在作战活动的紧急情况下或系统遭受破坏的情况下，可以用这种办法减少系统的负载量。隔断中继外线 分两个等级，每一级隔断使用外线用户的数量是不同的。被隔断了外线的用户不能通过中继外线对外呼叫，但 能接收到中继外线的来话呼叫，仍能进行本地通活。
间接电传通信。某些中继节点内配有存储转发设备供分发电传电报使用。存储转发多址电报是按优先等级 顺序发送的，必要时可以为某个临时脱开系统的收报者存储电报。
与其他系统的接口
松鸡中继通信系统符合国际上一致同意的欧洲通信组织制定的各种标准，所以能同符合于欧洲通信标准的 其他系统相兼容。单信道容量为16千比特／秒是一个基本的标准，赞同欧洲通信组织标准化协议的其他北约国 家，在启用新通信系统时将采用 16千比特／秒的单信道容量标准。如图4．20所示的战术接口装置可以在装备 有松鸡通信系统设备的军司令部的侧翼地域或后方地域内展开，以便于同侧翼的其他军司令部和更高一级的司 令部通信。这种接口装置也能把松鸡中继通信系统同使用布鲁因通信系统的部队与战斗编队的有关设备相连通 。此外，还有一种在松鸡中继通信系统内能广泛使用的接口设备，可以同固定式的民用型或军用型电报、电话 系统相连接。
另外一个重要的便利条件是，作战无线电网内各用户的电台可以通过单路话音信道进入松鸡中继通信系统 ，各用户的电台使用作战无线电网电台接口设备就可以在整个松鸡中继通信系统内获得良好的通信能力。所有 通过作战无线电网电台接口设备的通话都是由接口设备操作员用人工操作的方法，在指定的作战无线电网电台 接口工作频率上呼叫沟通的。
自我测验题
1．从下列四方面看，随指挥系统配置通信系统和区域性通信系统的优缺点是什么?
(1)从系统控制看？
(2)从适应通信需求变化的灵活性看?
(3)从生存能力看?
(4)从通信保密看?
2．从用户和通信人员的角度来论述下列通信方式的优缺点。
(1)电报。
(2)电话。
(3)传真。
(4)电视。
3．对于话音通信来说，宁愿使用数字调制技术而不采用模拟传输技术的优缺点是什么?
4．现在中继通信中采用的接转交换方式有哪几种?
5．采用现代化中继通信系统可以获得哪些便利条件?
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2007-12-9 0:04:43
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