新型短波電臺(tái)的若干關(guān)鍵技術(shù)論述

周小濤（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司內(nèi)江供電公司信息通信分公司，四川 內(nèi)江 641000 ）

新型短波電臺(tái)的若干關(guān)鍵技術(shù)論述

周小濤
（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司內(nèi)江供電公司信息通信分公司，四川 內(nèi)江 641000 ）

短波通信具有信道復(fù)雜、穩(wěn)定性較弱等特點(diǎn)，此外心痛的容量較少，可靠性低，極大的限制了其功能和應(yīng)用。而采用新型短波電臺(tái)可以有效的解決這一問(wèn)題，提高信號(hào)發(fā)射的效率，實(shí)現(xiàn)多天線的接收模式，從而提高最終的無(wú)線通信效果。本文主要介紹了一種MIMO通信系統(tǒng)，根據(jù)其設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)過(guò)程中的特點(diǎn)，結(jié)合信道傳輸?shù)奶攸c(diǎn)，建立更為完善的信道模型。

新型短波電臺(tái)；MIMO技術(shù)；關(guān)鍵技術(shù)

新型的短波電臺(tái)是利用短波信道的特點(diǎn)，將無(wú)線通信技術(shù)應(yīng)用于短波通信中。短波通信具有信道雜度大的特點(diǎn)，在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中需要對(duì)多個(gè)短波信道進(jìn)行組合才能確保通信的效率。短波的無(wú)線信道在空間中經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)劇烈的波動(dòng)現(xiàn)象，只有當(dāng)具有多個(gè)信道時(shí)，才能確保有用的信號(hào)能夠得到充分的接收并被正確的調(diào)解。MIMO技術(shù)作為天線通信技術(shù)的重點(diǎn)研究領(lǐng)域，在短波通信方面具有十分良好的應(yīng)用前景。

1　MIMO技術(shù)在短波通信中的應(yīng)用進(jìn)展

我國(guó)最早將MIMO技術(shù)應(yīng)用于短波通信中的是清華大學(xué)的研究人員。當(dāng)時(shí)進(jìn)行這兩種技術(shù)的結(jié)合主要是為了提高短波通信系統(tǒng)的容量和穩(wěn)定性。但是當(dāng)時(shí)的實(shí)踐中所采取的信道條件較為理想，對(duì)于短波通信過(guò)程中信道的波動(dòng)性以及相關(guān)性等沒(méi)有進(jìn)行充分的考慮。國(guó)外對(duì)于短波通信的主要研究方向是實(shí)驗(yàn)研究領(lǐng)域，通過(guò)進(jìn)行一系列的實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)試短波MIMO的可行性。從整體上來(lái)看，對(duì)MIMO技術(shù)在短波通信上應(yīng)用的理論研究較少，本文主要從短波信道的建模入手，提出了相應(yīng)的改進(jìn)方法以及編碼技術(shù)下行短波通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。

2　短波信道的傳播特性

短波的傳播方式主要有兩種，分別是地波傳播和天波傳播。天波傳播具有傳輸距離長(zhǎng)，不易受到傳輸環(huán)境影響等優(yōu)點(diǎn)，因此實(shí)際的應(yīng)用更為廣泛。但是短波天波傳輸?shù)目垢蓴_性、衰落性等容易受到電離層特性的影響。所謂的電離層是指大氣層受到太陽(yáng)射線的照射，大氣中的分子和原子中游離出自由的電子。一般，大氣層中的電離層厚度可以達(dá)到上百千米，并位于距離地面60-80千米的高空中。電離層的每一層中電子密度都有所不同，在特定的高度上會(huì)出現(xiàn)極值。

2.1短波信號(hào)在電離層中的傳播特性

短波信道具有衰落性強(qiáng)、多效應(yīng)等特點(diǎn)，盡管一般的無(wú)線信道中也存在這一現(xiàn)象，但是在短波信道中，這些特性表現(xiàn)的尤為明顯。多效應(yīng)現(xiàn)象是指在發(fā)射源發(fā)射了信號(hào)之后，信號(hào)在傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)有不同的傳輸路徑和傳輸方式，從而產(chǎn)生時(shí)間長(zhǎng)短不同的延遲以及不同程度的場(chǎng)強(qiáng)衰落現(xiàn)象。衰落效應(yīng)則主要指短波通信的過(guò)程中，信號(hào)在電離層進(jìn)行傳播時(shí)其振幅會(huì)產(chǎn)生不同程度的變化。衰落現(xiàn)象主要有兩種類(lèi)型，分別是快衰落和慢衰落，兩者的主要區(qū)別是信號(hào)波動(dòng)的持續(xù)時(shí)間不同。快衰落的信號(hào)波動(dòng)持續(xù)時(shí)間一般在幾分之一秒，最多不會(huì)超過(guò)幾十秒。慢衰落信號(hào)波動(dòng)的起伏時(shí)間則可以達(dá)到一個(gè)小時(shí)以上。出現(xiàn)衰落現(xiàn)象的主要原因是電離層對(duì)信號(hào)進(jìn)行了一定的吸收。要克服這一問(wèn)題的主要方式是提高信號(hào)的發(fā)射功率。

2.2短波信道的噪聲和干擾

在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，短波信道并不是純凈的，總是會(huì)受到一定的噪聲干擾。根據(jù)噪聲的來(lái)源不同，可以將其分為電臺(tái)噪聲、大氣噪聲、人為噪聲等幾種類(lèi)型。電臺(tái)噪聲的產(chǎn)生原因是無(wú)線電臺(tái)的工作頻率與本電臺(tái)的運(yùn)行頻率相近而產(chǎn)生一定的干擾現(xiàn)象。針對(duì)這種噪音，通常可以利用擴(kuò)頻技術(shù)來(lái)提高短波通信過(guò)程中抗電臺(tái)的干擾能力。大氣干擾主要是由一些極短惡劣的自然天氣所導(dǎo)致的，例如沙塵暴、雷電等。這些自然現(xiàn)象會(huì)對(duì)電磁產(chǎn)生一定的干擾，從而影響了正常的短波通信。人為噪聲則主要是由于人工運(yùn)行的電子設(shè)備產(chǎn)生電磁干擾。與前兩種噪聲干擾相比，人為噪聲具有較強(qiáng)的突發(fā)性，并且受到人類(lèi)活動(dòng)范圍和工廠密度的影響。

3　MIMO預(yù)編碼技術(shù)在短波通信中的應(yīng)用

一直以來(lái)，短波通信的質(zhì)量就受到時(shí)變和多普勒頻移等因素的影響和限制，在通信的穩(wěn)定性、信號(hào)傳輸?shù)男实确矫骈L(zhǎng)期都得不到提高。而隨著近年來(lái)選頻技術(shù)、調(diào)制解調(diào)等技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，短波通信的效率和質(zhì)量也有所提升。但是與其他通信方式相比，短波通信在信號(hào)的傳輸速率上仍不夠高，限制了其進(jìn)一步的推廣。為了有效的提升短波通信的數(shù)據(jù)傳輸效率，有必要開(kāi)發(fā)和引進(jìn)一些新的技術(shù)。

MIMO（multiple input multiple output）技術(shù)被成為多輸入多傳輸技術(shù)。該技術(shù)在收發(fā)端都采用了多個(gè)天線進(jìn)行信號(hào)的接收和發(fā)射，從而實(shí)現(xiàn)了在不增加系統(tǒng)發(fā)射功率以及信道帶寬的情況下提高系統(tǒng)容量的要求。在信號(hào)發(fā)射前，先采用預(yù)編碼技術(shù)對(duì)發(fā)射端的信號(hào)進(jìn)行一系列的預(yù)處理，以降低在信號(hào)接收端檢測(cè)過(guò)程的復(fù)雜性。在信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中，則可以使用波束成形技術(shù)將發(fā)射信號(hào)集中于信道的特定方向上，以減少信號(hào)的衰變。MIMO技術(shù)和預(yù)編碼技術(shù)的結(jié)合使用能夠有效的提供信號(hào)的傳輸效率和穩(wěn)定性，并且具有廣泛的應(yīng)用空間。但由于短波通信的效果容易受到電離層、收發(fā)信機(jī)位置等因素的影響，在對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)，需要對(duì)這些因素進(jìn)行綜合的考慮。

3.1多用戶(hù)MIMO下行短波通信系統(tǒng)模型

一個(gè)由單基站和K個(gè)用戶(hù)組成的多用戶(hù)MIMO下行短波通信系統(tǒng)，基站配置，M根發(fā)射天線，假設(shè)，第k個(gè)用戶(hù)配置根接收天線，基站的發(fā)射功率為P。

系統(tǒng)的信道為短波信道，其服從Rayleigh分布，我們假定用戶(hù)之間的信道是相互獨(dú)立的，則第k個(gè)用戶(hù)接收到的信號(hào)為：

3.2信道方向信息反饋

4　結(jié)語(yǔ)

本文主要分析了短波在電離層中的傳輸特點(diǎn)，并結(jié)合短波信道具有貸款窄，時(shí)延長(zhǎng)的特點(diǎn)，難以對(duì)信號(hào)的真實(shí)狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)有效的反饋等特點(diǎn)，分析了MIMO技術(shù)在下行短波通信系統(tǒng)中應(yīng)用的價(jià)值和方法。通過(guò)MIMO技術(shù)在下行短波通信中的應(yīng)用，能夠有效的改善短波信道的時(shí)變性以及多普勒頻移性等。

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10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.18.259