l短波通信的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀

1、l 短波通信的發(fā)展歷史及現(xiàn)狀短波通信（Short-waveCommunication），也被稱為高頻通信，一般指的是利用波長范圍為100m到10m（相應(yīng)的頻率范圍為3MHz到30MHz）的電磁波的無線通信。短波的傳播方式主有兩種：一個(gè)為地波，另一個(gè)為天波。其中地波沿著地球表面進(jìn)行傳播，這種方式的傳播距離主要由地表介質(zhì)特性決定。因?yàn)榈夭ǖ乃p隨著頻率的升高而增強(qiáng)，短波以地波方式傳播時(shí)，使用常用的發(fā)射功率，短波的傳播距離最多只有幾百公里，所以地波不是短波通信中使用的主要傳播方式。然而地波傳播不需要經(jīng)常改變無線通信的工作頻率，但需考慮障礙物的影響，這也是其與天波傳播方式不同的地方。1901年，意大利

2、無線電工程師馬可尼在英國與紐芬蘭之間（距離為3400Km），實(shí)現(xiàn)了跨越整個(gè)大西洋的無線電通信。在這以后，因?yàn)闊o線電短波通信設(shè)備的價(jià)格低廉、便攜性強(qiáng)、操作簡單和靈活等優(yōu)點(diǎn)，無線電短波通信迅速發(fā)展成為遠(yuǎn)距離無線通信的主要技術(shù)。從第二次世界大戰(zhàn)開始一直到20世紀(jì)6O年代的這一段時(shí)間是短波無線通信發(fā)展的黃金時(shí)期，該技術(shù)廣泛地應(yīng)用于軍事、廣播、商業(yè)、氣象等諸多領(lǐng)域，世界上許多國家并建立了覆蓋本地區(qū)或世界性的專用通信網(wǎng)或公用通信網(wǎng)。但自從20世紀(jì)60年代以后，衛(wèi)星通信等新興遠(yuǎn)距離通信技術(shù)的出現(xiàn)使得短波通信的缺點(diǎn)越來越多地暴露出來：帶寬較窄，射頻頻譜資源緊張，存在信道間干擾問題，易被竊聽等等。相反的是，新型

3、衛(wèi)星通信技術(shù)具有信道穩(wěn)定、可靠性高、通信質(zhì)量好、信道容量大等優(yōu)點(diǎn)，許多本來是屬于短波通信的重要業(yè)務(wù)逐步被衛(wèi)星通信所取代。在20世紀(jì)60至7O年代，短波無線通信技術(shù)的研究與應(yīng)用陷入低谷。但電子戰(zhàn)、衛(wèi)星戰(zhàn)等戰(zhàn)爭方式的出現(xiàn)，使得人們發(fā)現(xiàn)一旦發(fā)生戰(zhàn)爭，各種通信系統(tǒng)都有可能被破壞，就是衛(wèi)星也不能避免，如果過分依賴衛(wèi)星作為中繼站進(jìn)行無線通信，在戰(zhàn)時(shí)衛(wèi)星一旦被摧毀，那么整個(gè)通信系統(tǒng)將癱瘓，后果是不堪設(shè)想的。短波自身的特點(diǎn)決定其是唯一不受網(wǎng)絡(luò)樞紐和有源中繼體制約的遠(yuǎn)程通信手段，該技術(shù)的抗打擊能力和自主通信能力超出其他通信方式，再加之衛(wèi)星通信技術(shù)成本很高，而短波通信技術(shù)起點(diǎn)較低、價(jià)格低廉，一般的國家均能進(jìn)行部署

4、和使用。短波無線通信和衛(wèi)星通信一樣，都能夠?qū)崿F(xiàn)全球的通信，基于以上原因，人們對短波無線通信的發(fā)揮的作用又重新予以重視。隨著微電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的不斷發(fā)展，短波無線通信技術(shù)在自適應(yīng)收發(fā)信機(jī)、自適應(yīng)調(diào)制解調(diào)器、自適應(yīng)均衡及檢測、白適應(yīng)天線陣等方面上取得了突破，使得短波無線通信技術(shù)有可能解決高干擾電平、衰落和多徑傳播等信道時(shí)變特性方面的問題，向著數(shù)字化、低誤碼率、高速率的方向繼續(xù)發(fā)展。2 現(xiàn)有短波通信存在的缺陷21地球電離層對短波通信的影響太陽的輻射使得地球大氣層中的氮原子、氧原子失去電子，變成離子這些離子態(tài)的氣體在地球上空形成了電離層。正是因?yàn)槎滩ㄍㄐ烹姶挪ㄐ盘栐诘厍螂婋x層的折

5、射現(xiàn)象，人們才可以利用短波進(jìn)行長距離的無線通信。在這些電離層中離地面最近的一層，平均厚度為1公里。這層電離層在日間中午時(shí)電離程度達(dá)到最高，到了晚上，電離層內(nèi)的正負(fù)離子逐漸復(fù)合，這層電離層也隨之消失。這一層電離層只吸收電磁波信號的能量，但并不進(jìn)行反射。一般情況下這層電離層的電離化的程度越高，其吸收無線電波能量的能力也就越強(qiáng)。第二層電離層的距離地面約為100公里，其平均厚度約為25公里，電離程度高于第一層，在沒有太陽光照射的時(shí)候（例如夜間），這層電離層失去離子的速度很快，所以它也是主要在白天對短波通信的傳播產(chǎn)生影響。但是第二層與第一層不同，它不會吸收較低頻率的短波通信電磁波信號的能量而讓較高頻率的

6、電磁波通過，而第二層可以把電磁波反射回地面。一般在晚間電離層可以把頻率范圍在10MHz到30MHz的信號反射到地面上。因?yàn)檫@個(gè)時(shí)候第一次層電離層消失，第二層電離層也變得很弱。電波經(jīng)由發(fā)射機(jī)的天線發(fā)射后，利用電離層反射回地球表面，這段距離稱為跳躍距離（簡稱為跳距），電磁波信號經(jīng)一次反射（也就是一個(gè)跳距）最多可傳輸達(dá)到4000Km，短波電磁波信號經(jīng)過多次反射后便可以作環(huán)球傳播。電離層的反射角與跳距有關(guān)，而反射角又與發(fā)射機(jī)天線的仰角又關(guān)，仰角越小，則反射角越大，跳距也就越遠(yuǎn)。當(dāng)前電離層的條件直接影響著不同頻率的無線通信電磁波信號的傳播。太陽黑子活動可以使得地球電離層反射短波信號的能力增強(qiáng)，除此之外，

7、太陽流也會使電離層擾動，進(jìn)而導(dǎo)致電磁暴。這種情況下，電離層會吸收短波的信號，而不是傳播信號，影響著短波無線通信的進(jìn)行。22多徑傳播對短波通信的影響電磁波通過多條不同的路徑同時(shí)進(jìn)行傳播最終到達(dá)終端接收機(jī)的現(xiàn)象稱為多徑傳播。由于這些傳播的路徑長度不同，所以每一路電磁波信號到達(dá)接收機(jī)的時(shí)間不同。不同路徑間的最大時(shí)延之差也稱作多徑時(shí)延。多徑傳播現(xiàn)象通常會造成數(shù)字通信中碼元的重疊問題，進(jìn)而造成判決錯(cuò)誤和誤碼的發(fā)生，影響了無線通信速率的提高和通信的可靠度。常見的多徑傳播現(xiàn)象有：單跳傳播和多跳傳播、低角射線和高角射線、尋常波和非尋常波等等。由于短波無線通信設(shè)備的天線波束較寬，射線的發(fā)散性也就較大，又因?yàn)榈厍?/p>

8、電離層是分層的，所以在一條短波無線通信的電磁波信號傳播中存在著不同的傳播路徑，也就是存在多徑傳播現(xiàn)象。短波無線通信中的多徑傳播會產(chǎn)生兩個(gè)間題：一是衰落，另一個(gè)是延時(shí)。短波電磁波信號在地球的電離層內(nèi)傳播時(shí)，由于電離層電特性變化的隨機(jī)性，造成不同信號的傳播路徑和能量吸收的隨機(jī)變化，使得接收機(jī)端的電平不規(guī)則變化，信號幅度呈現(xiàn)隨機(jī)變化，這種問題稱為衰落。衰落問題的產(chǎn)生對短波無線通信的可靠性、穩(wěn)定性影響很大，有時(shí)甚至?xí)?dǎo)致通信中斷。多徑傳播還使得傳輸信號失真或使信道的傳輸帶寬受限。多徑延時(shí)是指不同傳播途徑中最大的傳輸延時(shí)與最小-的傳輸延時(shí)之差，它的值與系統(tǒng)的頻率、距離等條件有關(guān)。當(dāng)傳播使用的電磁波頻率達(dá)

9、到系統(tǒng)所能承受的最高的頻率，多徑時(shí)延的值響應(yīng)地也會減至最小，而傳播方式也會與普通的單跳傳播非常接近。如果系統(tǒng)的工作頻率減小，同時(shí)也會造成多徑時(shí)延值的升高。在多波無線通信中，多徑時(shí)延會引起碼元畸變，增大誤碼率等不利影響。3 短波通信的優(yōu)化方法及發(fā)展趨勢分析31跳頻技術(shù)抗干擾問題是現(xiàn)代短波無線通信中技術(shù)中的一個(gè)核心問題，特別是應(yīng)用在軍事通信領(lǐng)域時(shí)。擴(kuò)展頻譜通信（簡稱擴(kuò)頻通信）技術(shù)是一種有效的抗干擾方法，該技術(shù)通過利用與發(fā)送的信息無關(guān)的偽隨機(jī)碼使得發(fā)射信號頻帶寬度遠(yuǎn)大于基帶信號頻帶寬度。主要的擴(kuò)頻通信方式主要有直接序列擴(kuò)頻、跳頻和跳時(shí)等等。而在短波無線通信中主要以跳頻為主，也有少量設(shè)備使用直接序列擴(kuò)

10、頻、跳頻或跳頻和跳時(shí)相結(jié)合的技術(shù)。跳頻通信是將無線通信的信道帶寬分為不同相鄰的頻率間隔（也稱為頻隙）。在某個(gè)信號的傳輸間隔內(nèi)，發(fā)送的信息占據(jù)一個(gè)或多個(gè)可用的頻隙，以類似于偽隨機(jī)碼的方式進(jìn)行，這樣跳頻序列可以在較寬的頻帶內(nèi)進(jìn)行跳變?；鶐盘柋怀醪秸{(diào)制后再進(jìn)入載波調(diào)制（也就是擴(kuò)頻調(diào)制）階段，可變頻率綜合器經(jīng)由跳頻序列的控制，載波頻率（即頻率綜合器的輸出頻率）隨著跳頻序列值的改變而改變。在接收機(jī)端，系統(tǒng)首先從發(fā)射機(jī)中發(fā)送的射頻信號中恢復(fù)出跳頻同步信號，使接收端的跳頻序列控制的頻率的變化與跳頻信號同步，再利用本振信號解調(diào)接收到的跳頻信號，進(jìn)而獲取基帶信號。跳頻技術(shù)是一種有利的抗瑞利衰落的技術(shù)，可以降低

11、交織深度和相關(guān)時(shí)延。在多址通信系統(tǒng)中可以提高頻譜資源利用率，具有很強(qiáng)的抗干擾、抗衰落、抗截獲和抗監(jiān)測能力，頻譜使用靈活，不要求使用連續(xù)頻譜，便于進(jìn)行頻率的規(guī)劃，除此之外跳頻通信系統(tǒng)沒有顯著的“遠(yuǎn)一近效應(yīng)”，加之功率控制條件寬松，因此在短波無線通信中得以大量的應(yīng)用。32高速調(diào)制解調(diào)技術(shù)當(dāng)代使用的短波無線通信設(shè)備中的調(diào)制解調(diào)器主要有串行和并行兩種架構(gòu)方式，其中串行方式利用單載波調(diào)制來實(shí)現(xiàn)信號的發(fā)送，并且對均衡的要求很高，而并行方式是將需要發(fā)送的信息并行分接到若干個(gè)不同的子載波上，一般的并行方式中，每個(gè)子載波在的頻率也會不同，而是在接收機(jī)中采用相關(guān)的濾波器組來選取各個(gè)子信道，所以要求每個(gè)相關(guān)的子信道之間要留有一定的頻率范圍用來方便濾波操作，這種方式的頻譜利用率教低，并且設(shè)置多個(gè)濾波器提出較高的要求。正交頻分復(fù)用(OFDM)調(diào)制方式的主要優(yōu)點(diǎn)是傳輸速率快、頻帶利用率高和抗多徑傳播能力強(qiáng)，因此開始得到人們的關(guān)注，也被逐漸應(yīng)用于短波無線通信技術(shù)中。33組網(wǎng)技術(shù)傳統(tǒng)的短波無線通信業(yè)務(wù)已無法滿足數(shù)字化戰(zhàn)場的應(yīng)用需求，這就要求當(dāng)前的短波無線通信網(wǎng)絡(luò)需要支持更多的應(yīng)用，并能組合成為全球互聯(lián)網(wǎng)的一部分，短波無線通信技術(shù)和其他通信技術(shù)一道步入了網(wǎng)絡(luò)時(shí)代。第三代短波無線通信網(wǎng)絡(luò)是建立