甚低頻無(wú)線(xiàn)通信信道噪聲及性能特性研究

賈琦

摘 要：隨著國(guó)家的不斷發(fā)展、社會(huì)的不斷進(jìn)步，我國(guó)科技水平得到了極大的提升，如今現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)不僅僅局限于地面，由于地表下蘊(yùn)含了豐富的資源，因此目前工業(yè)生產(chǎn)正逐步擴(kuò)大對(duì)地下空間的開(kāi)發(fā)和利用。地下工業(yè)生產(chǎn)安全性的保障離不開(kāi)對(duì)人員、設(shè)備、環(huán)境的檢測(cè)，這便對(duì)無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)提出了較高的要求。無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的應(yīng)用不僅對(duì)于經(jīng)濟(jì)發(fā)展有著促進(jìn)的作用，同時(shí)也可以為國(guó)家的安全提供保障。目前無(wú)線(xiàn)通信被廣泛應(yīng)用至水下潛艇，其中甚低頻得益于其在水中衰減速率較小、波長(zhǎng)較長(zhǎng)，而被用作水下無(wú)線(xiàn)通信中。基于此，本文將針對(duì)甚低頻無(wú)線(xiàn)通信信道噪聲及性能特性進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：甚低頻；無(wú)線(xiàn)通信；信道噪聲；性能特性

作為無(wú)線(xiàn)電頻譜中極具特點(diǎn)的頻段，甚低頻被廣泛應(yīng)用至水下通信、無(wú)線(xiàn)心跳頻率檢測(cè)器及地球物理學(xué)的研究中。然而由于水下通信環(huán)境相對(duì)較為復(fù)雜、干擾因素多，甚低頻的可靠性仍舊存在著許多的不足，因此如何加強(qiáng)甚低頻通信的可靠性成為了目前研究的主要任務(wù)之一。基于甚低頻無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)的特點(diǎn)對(duì)甚低頻無(wú)線(xiàn)通信的噪聲進(jìn)行研究，并結(jié)合目前已掌握的現(xiàn)代無(wú)線(xiàn)通信干擾基本模式進(jìn)行分析，將有助于探索能夠滿(mǎn)足自適應(yīng)和抗干擾通信的要求，在最大限度內(nèi)發(fā)揮水下潛艇的性能。

一、甚低頻的概念及特性

甚低頻指的是頻帶由3KHz到30KHz的無(wú)線(xiàn)電波，其相應(yīng)的波長(zhǎng)范圍為10km至100km。在無(wú)線(xiàn)通信中，甚低頻主要有甚低頻傳播特性和信道特性這兩類(lèi)關(guān)鍵特性。從傳播路徑上來(lái)說(shuō)，甚低頻的波長(zhǎng)較長(zhǎng)，主要有地波傳播、天波傳播和波導(dǎo)傳播三種傳播方式。地波傳播指的是在無(wú)線(xiàn)信道通信中，頻率較低的電磁波區(qū)域沿彎曲的地球表面?zhèn)鞑ィ瑢⒕哂幸欢ǖ睦@射能力，在甚低頻段，地波能夠傳播超過(guò)數(shù)百千米或數(shù)千千米。

眾所周知，在地球表面和電離層下邊緣會(huì)形成波導(dǎo)，其中低頻傳播便可在此波導(dǎo)中進(jìn)行傳播，而在海水、地層中的電磁波傳播將改變傳統(tǒng)傳播規(guī)律中的衰減、相移特性的變化。除此之外，電磁波的傳播也將因媒質(zhì)電磁參數(shù)的不同而受到影響。受到海水、地層等媒介的影響，無(wú)線(xiàn)甚低頻通信的信號(hào)容易被衰減，加之無(wú)線(xiàn)通信的鏈路較長(zhǎng)，導(dǎo)致往往到達(dá)接收端的信號(hào)較為微弱，因此無(wú)線(xiàn)甚低頻信道具有時(shí)延大、衰減大等特點(diǎn)。

二、甚低頻無(wú)線(xiàn)通信信道噪聲干擾類(lèi)別

目前大氣中的雷電是甚低頻外部自然噪聲的主要來(lái)源，除此之外，太陽(yáng)擾動(dòng)所產(chǎn)生的來(lái)自外層空間的大量噪聲能量也會(huì)為甚低頻帶來(lái)噪聲干擾。即使是在通風(fēng)且干燥的環(huán)境下，靜電積累或放電所產(chǎn)生的噪聲場(chǎng)也將對(duì)信號(hào)接收天線(xiàn)和接收機(jī)造成影響。據(jù)調(diào)查研究顯示，甚低頻噪聲干擾主要有大氣噪聲、工業(yè)干擾、電臺(tái)干擾和人為干擾。大氣噪聲的干擾方向往往與晝夜的變化和季節(jié)的更替有關(guān)，這是由于大氣放電的特殊性，其主要在維度相對(duì)偏高的區(qū)域，因此其具有一定的方向性。工業(yè)干擾相對(duì)來(lái)說(shuō)是無(wú)法避免的，工業(yè)干擾主要出現(xiàn)在工業(yè)加工環(huán)節(jié)，電力網(wǎng)、點(diǎn)火設(shè)施等其它設(shè)備的使用均會(huì)對(duì)甚低頻通信造成干擾，且干擾的程度主要由當(dāng)?shù)卦肼暤拇笮『凸╇娤到y(tǒng)所決定。

眾所周知，電臺(tái)是依靠發(fā)射無(wú)線(xiàn)電波進(jìn)行信息的傳遞，由于無(wú)線(xiàn)電波的運(yùn)行頻率與甚低頻通信十分類(lèi)似，因此電臺(tái)在工作期間將會(huì)對(duì)甚低頻通信造成噪聲干擾，且電臺(tái)干擾也是最為常見(jiàn)的干擾類(lèi)型，主要原因有兩點(diǎn)：一是通過(guò)甚低頻通信的人員過(guò)多，二則是因?yàn)樯醯皖l波段的頻帶寬度相對(duì)較窄。再者便是人為干擾因素，這也被普遍運(yùn)用于軍事領(lǐng)域中，其中單頻和多頻等干擾方式是最為常見(jiàn)的人為干擾方式。

三、甚低頻抗干擾技術(shù)

通信干擾指的是運(yùn)用無(wú)線(xiàn)電干擾設(shè)備發(fā)射適當(dāng)?shù)母蓴_電磁波，以達(dá)到破壞和擾亂敵方無(wú)無(wú)線(xiàn)電通信的目的的通信對(duì)抗技術(shù)。通過(guò)降低或削弱作戰(zhàn)對(duì)象無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)的接收信噪比，便可以讓作戰(zhàn)對(duì)象失去通信能力，從而為后續(xù)作戰(zhàn)提供幫助。目前常用的甚低頻抗干擾技術(shù)主要有以下四種，分別為跳頻技術(shù)、自適應(yīng)技術(shù)、差錯(cuò)控制技術(shù)和分集技術(shù)。

3.1 跳頻技術(shù)和自適應(yīng)技術(shù)

跳頻技術(shù)是通過(guò)擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行控制的，借由頻移鍵控以確保載波的頻率在時(shí)刻進(jìn)行變化，從而實(shí)現(xiàn)頻譜的擴(kuò)展。得益于其具有非常強(qiáng)大的抗干擾能力，目前跳頻技術(shù)已被廣泛應(yīng)用至甚低頻通信的抗干擾環(huán)節(jié)中。在通信時(shí)，通過(guò)對(duì)所有的有效頻率同時(shí)調(diào)節(jié)發(fā)射功率，便可以讓功率適應(yīng)跳幀，從而實(shí)現(xiàn)抗干擾功能。自適應(yīng)技術(shù)是最為常見(jiàn)的抗干擾技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的增強(qiáng)與系統(tǒng)的完善。在甚低頻通信中，自適應(yīng)技術(shù)常被用于對(duì)鏈路品質(zhì)進(jìn)行分析，并對(duì)同一時(shí)間段數(shù)量較多且不同的鏈路進(jìn)行掃描、分析、構(gòu)建新鏈路。當(dāng)系統(tǒng)檢測(cè)到甚低頻信號(hào)減少時(shí)，自適應(yīng)技術(shù)可以根據(jù)需求對(duì)鏈路進(jìn)行更換，最大限度的降低外部因素所產(chǎn)生的干擾。

3.2 差錯(cuò)控制技術(shù)和分集技術(shù)

差錯(cuò)控制技術(shù)是在數(shù)字通信中利用編碼方法對(duì)傳輸中產(chǎn)生的差錯(cuò)進(jìn)行控制，以提高數(shù)字信息傳輸?shù)臏?zhǔn)確性。在甚低頻通信中，當(dāng)傳遞環(huán)節(jié)受到噪聲干擾時(shí)，接收器在接收到相應(yīng)的序列后會(huì)將序列傳遞給譯碼器，譯碼器通過(guò)對(duì)序列進(jìn)行實(shí)時(shí)譯碼判定，以決定后續(xù)的動(dòng)作。當(dāng)譯碼器檢測(cè)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有錯(cuò)誤時(shí)，明確信號(hào)將反饋至發(fā)送端，發(fā)送端將清除最初留存在存儲(chǔ)器中的序列。當(dāng)信道衰退時(shí)將產(chǎn)生損耗，分集技術(shù)則被用于彌補(bǔ)衰退信道對(duì)系統(tǒng)所造成的損耗。在無(wú)線(xiàn)傳播的環(huán)境中，具有相同信號(hào)的樣本之間并不存在關(guān)聯(lián)，分集技術(shù)便是充分利用了這一特征，通過(guò)采用信號(hào)合并的方式在接收信號(hào)后，對(duì)已被衰減的信號(hào)進(jìn)行完善，消除損耗所造成的影響。其中空間分集技術(shù)可以有限避免空間的選擇性衰退，然而該項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用對(duì)設(shè)備有著較為嚴(yán)格的要求，即分集接收機(jī)間的距離要明確超過(guò)三倍波長(zhǎng)。

四、結(jié)語(yǔ)

作為水下潛艇通信的重要手段之一，甚低頻通信的應(yīng)用對(duì)于國(guó)防而言有著十分重要的意義。通過(guò)對(duì)甚低頻通信進(jìn)行研究，提高甚低頻通信的可靠性也將更好的滿(mǎn)足抗干擾通信的需求。目前甚低頻通信還存在著許多的問(wèn)題，針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行深入研究，改善系統(tǒng)的糾錯(cuò)效果，將提升信號(hào)傳輸?shù)耐暾裕瑥亩畲蟪潭鹊陌l(fā)揮出其性能。

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