淺析短波通訊的應用和發(fā)展

胡志忠 胡 峰

(中海油信息科技有限公司 天津分公司，中國 天津300452)

1 什么叫短波通訊

短波按照國際無線電咨詢委員會(CCIR，現(xiàn)在的ITU-R)，的劃分是指波長在l00m～l0m，頻率為3MHz～30MHz的電磁波。利用短波進行的無線電通信稱為短波通信，又稱高頻(HF)通信。實際上，為了充分利用短波近距離通信的優(yōu)點，短波通信實際使用的頻率范圍為1.5MHz～30MHz。

2 短波通訊的特點

短波通信可以利用地波傳播，但主要是利用天波傳播。地波傳播的衰耗隨工作頻率的升高而遞增，在同樣的地面條件下，頻率越高，衰耗越大。利用地波只適用于近距離通信，其工作頻率一般選在5MHz以下。地波傳播受天氣影響小，比較穩(wěn)定，信道參數(shù)基本不隨時間變化，故地波傳播信道可視為恒參信道。天波是無線電波經電離層反射回地面的部分，傾斜投射的電磁波經電離層反射后，可以傳到幾千千米外的地面。天波的傳播損耗比地波小得多，經地面與電離層之間多次反射(多跳傳播)之后，可以達到極遠的地方，因此，利用天波可以進行環(huán)球通信。天波傳播因受電離層變化和多徑傳播的嚴重影響極不穩(wěn)定，其信道參數(shù)隨時間而急劇變化，因此稱為變參信道。天波不僅可以用于遠距離通信，而且還可以用于近距離通信。在地形復雜，短波地波或視距微波受阻擋而無法到達的地區(qū)，利用高仰角投射的天波可以實現(xiàn)通信。

3 短波通訊的優(yōu)缺點

優(yōu)點：

與衛(wèi)星通信、地面微波、同軸電纜、光纜等通信手段相比，短波通信也有著許多顯著的優(yōu)點：

1）短波通信不需要建立中繼站即可實現(xiàn)遠距離通信，因而建設和維護費用低，建設周期短；

2）設備簡單，可以根據(jù)使用要求固定設置，進行定點固定通信。也可以背負或裝入車輛、艦船、飛行器中進行移動通信；

3）電路調度容易，臨時組網(wǎng)方便、迅速，具有很大的使用靈活性；

4）對自然災害或戰(zhàn)爭的抗毀能力強。通信設備體積小，容易隱蔽，便于改變工作頻率以躲避敵人干擾和竊聽，破壞后容易恢復。

缺點：

1）可供使用的頻段窄，通信容量小。按照國際規(guī)定，每個短波電臺占用3.7kHz的頻率寬度，而整個短波頻段可利用的頻率范圍只有28.5MHz。為了避免相互間的干擾，全球只能容納7700多個可通信道，通信空間十分擁擠。并且3kHz通信頻帶寬度，在很大程度上限制了通信的容量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?/p>

2）短波的天波信道是變參信道，信號傳輸穩(wěn)定性差。短波無線電通信主要是依賴電離層進行遠距離信號傳輸?shù)模婋x層作為信號反射媒質的弱點是參量的可變性很大。它的特點是路徑損耗、延時散步、噪聲和干擾，都隨晝夜、頻率、地點而不斷變化著。一方面，電離層的變化使信號產生衰落，衰落的幅度和頻次不斷變化。另一方面，天波信道存在著嚴重的多徑效應，造成頻率選擇性衰落和多徑延時。選擇性衰落使信號失真，多徑延時使接收信號在時間上擴散，成為短波鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕拗啤?/p>

3）大氣和工業(yè)無線電噪聲干擾嚴重。隨著工業(yè)電器化的發(fā)展，短波頻段工業(yè)電器輻射的無線電噪聲干擾平均強度很高，加上大氣無線電噪聲和無線電臺間干擾，在過去，幾瓦、十幾瓦發(fā)射功率就能實現(xiàn)的遠距離短波無線電通信，而在今天，10倍、幾十倍于這樣的功率也不一定能夠保證可靠的通信。大氣和工業(yè)無線電噪聲主要集中在無線電頻譜的低端，隨著頻率的升高，強度逐漸降低。雖然，在短波頻段這類噪聲干擾比中長波段低，但強度仍很高，影響著短波通信的可靠性，尤其是脈沖型突發(fā)噪聲，經常會使數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)突發(fā)錯誤，嚴重影響通信質量。

4 短波通信的現(xiàn)狀

由于以上缺點的存在，不僅限制了短波通信的發(fā)展，而且也不能很好地適應人們日益增長的對數(shù)據(jù)通信，特別是對高速數(shù)據(jù)通信業(yè)務的需求。當20世紀60年代衛(wèi)星通信興起時，由于衛(wèi)星通信與短波通信相比具有信道穩(wěn)定、可靠性高、通信質量好、通信容量大等優(yōu)點，短波通信受到嚴重挑戰(zhàn)。許多原屬短波通信的一些重要業(yè)務，被衛(wèi)星通信所取代；對短波通信的投入急劇減少，短波通信的地位大為降低。至70年代后期，有人甚至懷疑短波通信存在的價值。

5 短波的發(fā)展方向

近年來，為了克服現(xiàn)有短波通信存在的缺點，現(xiàn)代的短波通信系統(tǒng)中采用了許多新的技術，以求在發(fā)射功率不大的情況下，使系統(tǒng)性能達到高質量水平。

1）自適應技術

自適應技術是指實時或頻繁地利用各種探測技術，根據(jù)探測結果自動調整設備參數(shù)，達到最佳通信效果。短波自適應通信的核心是自動選擇最佳的工作頻率，自動選用無線電信道和自適應數(shù)據(jù)傳輸。運用自適應選頻、收發(fā)、調制解調、編碼、均衡以及天線等多種自適應技術，在嚴重干擾條件下，短波通信自動改變工作頻率、數(shù)傳速率、調制方式、編碼和糾錯編碼方式、最大限度地降低誤碼率。自適應技術克服了多種時變所帶來的復雜影響，提高了現(xiàn)代短波通信中數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|量。

2）調頻技術

跳頻（FH）是指載頻按照數(shù)字碼系統(tǒng)規(guī)定的時頻圖形，使頻率相應跳變的一種擴頻技術，可以對抗多徑干擾、鄰近信道干擾、人為瞄準式干擾，可提高短波通信的保密性和可靠性，傳統(tǒng)的短波慢跳頻跳速為10H/S～100H/S。自適應技術與跳頻技術相結合，實現(xiàn)自適應跳頻，能在質量良好的信道上進行跳頻，跳頻信道駐留時間可隨意變動。

現(xiàn)代短波跳頻有兩種自適應方式：一是頻率自適應跳頻，它基于對信道參數(shù)的探測，并適應信道質量的變化，自動在最佳頻率集上進行。二是干擾自適應跳頻，它基于對信道中干擾信號參數(shù)的估計，采用干擾自適應抑制和自動躲避干擾的跳頻。

完整的自適應跳頻短波通信系統(tǒng)，包括頻率自適應和功率自適應控制，自適應跳頻控制器完成跳頻序列產生、被干擾頻點的檢測與自動更換、跳頻同步及跟蹤、信令協(xié)議及執(zhí)行；自適應功率控制根據(jù)信道誤碼測量結果，自動調整輸出功率，實現(xiàn)以最小的發(fā)射功率獲得正常通信效果。

3）差分糾錯技術

短波信道中，隨機噪聲會導致隨機差錯，衰落、脈沖干擾會導致突發(fā)差錯，嚴重影響數(shù)據(jù)通信。

現(xiàn)代短波通信常用兩種差錯控制技術：一是自動請求重發(fā)（ARQ）技術，即收端進行檢錯并通知發(fā)端重發(fā)錯誤信息，因而也稱反饋糾錯，它對隨機差錯和突發(fā)差錯都有良好的效果，但頻繁重發(fā)，信號時延增大。二是正向糾錯（FEC）技術，它利用糾錯碼在收端進行自動糾錯。

6 結束語

隨著科學技術的迅速發(fā)展，短波通信技術有了新的突破性進展。新技術使短波通信很好地彌補了它的缺點，還使短波通信的設備更加小型化、更加靈活方便，進一步發(fā)揮了短波通信設備簡單、造價低廉、機動靈活等固有的優(yōu)點。短波通信必將在應急通信、抗災通信、特別是在軍事通信中發(fā)揮更重要性、更廣泛的作用。

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