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現(xiàn)代短波通信技術(shù)
現(xiàn)代短波通信技術(shù)
摘 要：本文介紹了無線電短波通信的基本特點(diǎn)，研究了無線電短波通信的發(fā)展現(xiàn)狀，探討了無線電短波通信的發(fā)展方向。
關(guān)鍵詞：短波通信 短波技術(shù)
短波是指波長(zhǎng)在100m～10m，頻率為3MHz～30MIIz的電磁波，利用短波進(jìn)行的無線電通信稱為短波通信，又稱為高頻通信。
短波通信是世界各國中、遠(yuǎn)程通信的主要手段，被廣泛應(yīng)用于軍事、外交、氣象、商業(yè)等部門，用以傳送電報(bào)、電話、圖像、語音廣播等信息。
盡管衛(wèi)星通信出現(xiàn)以后某些短波通信業(yè)務(wù)被其取代，但是由于無線短波通信設(shè)備的抗毀性，無線短波通信在戰(zhàn)爭(zhēng)期間特別是在中遠(yuǎn)程軍事通信中，仍占有極其重要的地位，所以無線短波通信將與衛(wèi)星通信長(zhǎng)期并存發(fā)展。
一、短波通信的特點(diǎn)
短波通信可以利用地波傳播，但主要是利用天波傳播。
天波是靠電離層的反射來傳播的，由此決定了短波通信存在以下特點(diǎn)：
(1)不需要建立中繼站即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。
電離層對(duì)短波吸收少，靠天波傳播可以達(dá)到很遠(yuǎn)距離，即使是中小功率的電臺(tái)，電波也能靠天波傳播到很遠(yuǎn)的地方。
(2)短波通信設(shè)備簡(jiǎn)單、易隱蔽、建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用低，破壞后容易恢復(fù)。
(3)可使用的頻段窄，通信容量小。
按照國際規(guī)定，每個(gè)短波電臺(tái)占用3.7MHz的頻率寬度，而整個(gè)短波頻段可利用的頻率范圍只有28.5MHz。
(4)短波的天波信道是變參信道，信號(hào)傳輸穩(wěn)定性差，衰落現(xiàn)象比較嚴(yán)重。
衰落現(xiàn)象是由于利用天波傳播時(shí)，接收點(diǎn)收到了由兩個(gè)或兩個(gè)以上的途徑傳來的電波，而反射這些電波的電離層又在不斷變化造成的。
尤其是在黃昏和拂曉，電離層正處在急劇變動(dòng)過程中，衰落現(xiàn)象更為嚴(yán)重。
二、短波通信的現(xiàn)狀
(一)現(xiàn)代短波信道技術(shù)
現(xiàn)代短波信道技術(shù)主要分為兩大類：
一類是針對(duì)短波變參信道的特點(diǎn)，為了克服短波空間信道的不穩(wěn)定性對(duì)通信質(zhì)量的影響，提高短波通信，特別是短波數(shù)據(jù)通信的可靠性和有效性而發(fā)展起來的，稱之為信道自適應(yīng)技術(shù)。
這一類技術(shù)以短波實(shí)時(shí)選頻與頻率自適應(yīng)技術(shù)為主體，使短波通信系統(tǒng)能實(shí)時(shí)地或近實(shí)時(shí)地選用最佳工作頻率，以適應(yīng)電離層的種種變化同時(shí)起克服多徑衰落影響和回避鄰近電臺(tái)干擾及其他干擾的作用。
這方面技術(shù)對(duì)于提高短波通信的可靠性與有效性具有關(guān)鍵意義。
另一類是針對(duì)短波通信存在的保密性不強(qiáng)、抗干擾能力差的弱點(diǎn)，以及電磁斗爭(zhēng)的特點(diǎn)和規(guī)律，為了提高短波通信在電子戰(zhàn)環(huán)境中的生存能力，以及抗測(cè)向、抗偵察、抗截獲、抗干擾等防御能力而發(fā)展起來的，稱之為短波通信電子防御技術(shù)。
這一類技術(shù)以短波擴(kuò)頻通信技術(shù)為主體，包括短波跳頻和自適應(yīng)跳頻技術(shù)，以及短波直接序列擴(kuò)頻技術(shù)等。
短波跳頻通信是在收發(fā)雙方約定的情況下，不斷地改變工作頻率而進(jìn)行的通信。
由于工作頻率受偽隨機(jī)碼的控制，因此跳頻通信具有很強(qiáng)的抗截獲、抗截聽及抗干擾能力。
短波自適應(yīng)跳頻通信是在短波跳頻通信基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。
由于構(gòu)建兩地間的短波通信，受電離層信道和電磁干擾的影響，并不是任意一組頻率都能夠建立起通信鏈路實(shí)現(xiàn)通信的。
短波自適應(yīng)跳頻通信把頻率自適應(yīng)技術(shù)與跳頻技術(shù)結(jié)合起來，通過頻率自適應(yīng)功能選出可通的“好頻率”作為跳頻頻率表，從而避免了盲目性，提高了可通率。
與常規(guī)跳頻通信體制相比，自適應(yīng)跳頻體制的抗干擾性能大大增強(qiáng)。
(二)現(xiàn)代短波通信終端技術(shù)
在通信系統(tǒng)中，狹義地講，通信終端是指信息發(fā)送和接收的硬件設(shè)備，包括電傳機(jī)、電鍵、電子鍵、送受話器等。
廣義地講，通信終端作為人們享用通信業(yè)務(wù)的直接工具，承擔(dān)著為用戶提供良好的界面，完成所需業(yè)務(wù)功能和接入通信網(wǎng)等多方面任務(wù)。
調(diào)制解調(diào)器是數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)中最為常用的終端設(shè)備之一。
現(xiàn)代短波通信終端技術(shù)，主要是針對(duì)短波通信存在著嚴(yán)重的電磁干擾的特點(diǎn)，為了滿足人們對(duì)數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，特別是高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的需求，圍繞著提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院蛿?shù)據(jù)傳輸速率而發(fā)展起來的。
調(diào)制解調(diào)器是實(shí)現(xiàn)短波數(shù)據(jù)通信的關(guān)鍵部件，按調(diào)制方式分為多音并行和單音串行兩種體制。
多音并行體制，是在話音通帶內(nèi)，把高速串行信道分裂成多個(gè)低速并行信道，以若干個(gè)副載波在基帶有效帶寬內(nèi)并行傳輸信息，接收機(jī)輸出的多路數(shù)據(jù)信息，分路后分別進(jìn)行數(shù)據(jù)解調(diào)，得到多路低速數(shù)據(jù)，經(jīng)過重新組合恢復(fù)成高速數(shù)據(jù)流。
單音串行體制，是在一個(gè)話路帶寬內(nèi)，串行發(fā)送高速數(shù)據(jù)信號(hào)，發(fā)送端采用SPSK調(diào)制，接收端采用高效自適應(yīng)均衡，序列檢測(cè)和信道估值綜合技術(shù)，消除了多徑傳播和信道畸變引起的碼間串?dāng)_。
三、短波通信技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)
隨著人類社會(huì)向信息化的不斷演進(jìn)，短波通信技術(shù)近年來取得一系列的突破與進(jìn)展，其發(fā)展趨勢(shì)主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：
(一)短波自適應(yīng)數(shù)字通信技術(shù)
短波信道由于受到自然環(huán)境、時(shí)間等外界因素影響較大，因此要保障通信的正常進(jìn)行，就必須根據(jù)情況及時(shí)調(diào)整系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)。
未來的短波自適應(yīng)技術(shù)除了包含現(xiàn)階段的頻率自適應(yīng)技術(shù)外，應(yīng)該是全方位發(fā)展的，包括以下幾個(gè)方面：
1、自適應(yīng)選頻和信道技術(shù)
現(xiàn)階段的通信領(lǐng)域中，自適應(yīng)選頻和信道技術(shù)緊密相連，這樣會(huì)形成選頻質(zhì)量低的情況。
今后應(yīng)將專用選頻系統(tǒng)應(yīng)用到通信系統(tǒng)中，逐步提高通信質(zhì)量。
2、傳輸速率自適應(yīng)技術(shù)
這一技術(shù)可在固有工作頻率下得到最大數(shù)據(jù)吞吐量，系統(tǒng)調(diào)制方法和信道條件緊密結(jié)合，達(dá)到高效率傳輸。
3、自適應(yīng)信道均衡技術(shù)
這一技術(shù)可以有效排除信道傳輸中出現(xiàn)的多普勒頻移、多徑效應(yīng)等情況，避免碼間干擾。
(二)高速調(diào)制解調(diào)技術(shù)
現(xiàn)階段窄帶短波電臺(tái)的調(diào)制解調(diào)器包括串行和并行兩種。
串行體制對(duì)均衡要求很高，其信息主要通過單載波調(diào)制發(fā)送;這種情況下出現(xiàn)了一種新型的調(diào)制方法，即正交頻分復(fù)用調(diào)制法，也叫OFDM，其主要有以下優(yōu)勢(shì)。
1、抗頻率選擇性衰落
OFDM系統(tǒng)可以通過縮小ISI來減少接收機(jī)內(nèi)均衡的復(fù)雜性，這主要得益于通過串并轉(zhuǎn)換高速流數(shù)據(jù)帶來的子載波上數(shù)據(jù)符號(hào)持續(xù)長(zhǎng)度的增加。
此外，如果沒有均衡器，OFDM系統(tǒng)也可以插入前綴來降低甚至消除ISI的影響。
2、頻譜利用率高
OFDM系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)頻譜資源利用的最大化。
這主要是因?yàn)榕c頻分復(fù)用系統(tǒng)相比，OFDM 系統(tǒng)內(nèi)各子載波之間信道頻譜可以實(shí)現(xiàn)重疊，存在正交性。
3、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單
OFDM 系統(tǒng)主要是通過IDFT/DFT來實(shí)現(xiàn)的，即使該系統(tǒng)內(nèi)子載波數(shù)量很多，也能比較輕松地實(shí)現(xiàn)。
(三)抗干擾技術(shù)
近年來，隨著干擾手段的發(fā)展，抗干擾技術(shù)也應(yīng)向綜合智能方向發(fā)展，主要發(fā)展方向有以下幾種：
1、信號(hào)處理
就自適應(yīng)調(diào)頻而言，其在常規(guī)基礎(chǔ)上加了鏈路質(zhì)量分析，這樣就可以確定被串?dāng)_的頻點(diǎn)，對(duì)其篩選后選擇無干擾的頻點(diǎn)進(jìn)行通信。
2、空間處理
就自適應(yīng)天線凋零技術(shù)而言，在接收端受到干擾時(shí)會(huì)自動(dòng)調(diào)節(jié)天線方向圖零點(diǎn)，這樣就會(huì)大大提高信干比。
3、時(shí)間處理
如猝發(fā)傳輸技術(shù)，在完成信息收集后，在一瞬間將這些信息以高于正常情況1 00倍的速率進(jìn)行傳輸。
4、組網(wǎng)技術(shù)
通信數(shù)字化、通信系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化、通信業(yè)務(wù)綜合化是短波通信發(fā)展的必然趨勢(shì)，系統(tǒng)兼容、網(wǎng)絡(luò)互通，以及高可靠性、有效性、強(qiáng)抗毀性，成了通信系統(tǒng)建設(shè)的基本要求。
因此短波通信必然會(huì)被應(yīng)用到更廣泛的領(lǐng)域中去，甚至要求其成為英特網(wǎng)的一部分，但是由于傳統(tǒng)的短波通信特點(diǎn)的局限，短波通信已無法適應(yīng)數(shù)字化時(shí)代的需求。
在這一大環(huán)境下，第三代短波通信網(wǎng)絡(luò)在美國軍用標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上開始發(fā)展起來，但是全網(wǎng)內(nèi)各短波通信電臺(tái)之間依然存在選頻及頻率利用等問題。
四、結(jié)束語
由于短波通信在軍事通信領(lǐng)域得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，即便是移動(dòng)通信和互聯(lián)網(wǎng)如此發(fā)達(dá)的今天，世界各國仍沒有停止對(duì)短波新技術(shù)的研究。
隨著研究的不斷深入，越來越多的高科技手段被應(yīng)用到信息領(lǐng)域，短波通信必將以嶄新的面貌在通信領(lǐng)域發(fā)揮越來越重要的作用。
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