短波通信试验

短波通信试验（通用8篇）

短波通信试验 篇1

0 引言

虽然JIDS和卫星通信等新型通信方式不断涌现, 机载短波通信在远距通信中仍占有重要的地位[1]。鉴于试验室仿真和测试总是难以摆脱纸上谈兵的潜在嫌疑, 提出运用飞行试验实际对机载短波通信进行功能和性能的考核, 真实飞行得出的对短波通信评估的可信度与实战最为接近。合理高效的试飞方法是进行飞行试验的基础, 根据短波通信试飞的技术特点, 提出了一种短波频率预测方法。

在战争中, 当卫星被打掉, 又超出超短波通信距离时, 短波通信就成为超视距通信的重要甚至是唯一的手段。短波的通信距离主要受到通信频率的影响[2]。在实际飞行试验中, 需要明确频率和通信距离之间的关系。

通过合理的技术方法预先得到被试两地的优势通信频率, 直接决定试飞的短波话音、数据通信的质量以及通信距离。频率频率在传统的试验中, 都是凭经验选频率, 致使短波通信试验一直效率低下。所以, 频率的选取是机载短波通信飞行试验和实战应用的关键。

1 频率和通信距离的关系分析

1.1 电离层对短波通信距离的影响

短波通信是利用电离层反射实现的。由于电离层不会被摧毁, 短波通信是其他通信方式不可替代的。对于无线电路来说, 可以应用的频率不是整个的短波波段, 而仅仅是它的一部分, 即所谓的工作频率。若频率太高, 虽然传播的吸收损耗小, 但电波易穿出电离层, 无法反射至接收点;若工作频率太低, 吸收损耗增大, 致使无法保证通信所需的信噪比[3]。

短波传输损耗主要是自由空间传输损耗Lbf[2], Lbf是2个理想的电源天线在自由空间传播和接收无线电波时产生的损耗, 短波在传播路径上的衰减如式 (1) 所示, 反应了短波频率与通信距离的关系。

又可表示为:

式中, Lbf为自由空间传输损耗;d为通信距离;f为短波频率;λ为短波波长。

频率一定时, 电波主要由2条路径反射回来。仰角高波在电离层浓度较大处反射, 一跳的距离近;低仰角波在较低处反射, 电离层电子浓度小, 一跳的传播距离远。不同仰角时信号的轨迹如图1所示。

1.2 短波的最高可用频率分析

当短波频率升高时, 图1中的高仰角和低仰角波的轨迹趋于重合, 此时相应的频率就是这一距离的最高可用频率fMUF[4], 通信距离和fMUF的关系如图2所示。

相应通信距离的fMUF由公式 (3) 表示:

式中, i100=arcsin (0.985cosβ) , fMUFE (d) 为两地距离为d的最高可用频率;fc (E) 为E层的临界频率。i100为射线入射角, β为初始入射仰角。由图2可以看出, 入射角小最高可用频率低, 最高可用频率随入射角增大而升高, , 从而传播路径越远。

1.3 寂静区对短波通信距离的影响

200 km对于短波通信来说是个临界距离:小于200 km时, 地波传播;大于200 km时, 天波传播, 这样就形成了一个短波通信的寂静区[5,6]。如图3所示, 寂静区的形成是由于地波衰减较快, 传播距离较近处就无法接收到地波, 而相应频率的电波只能在一定距离外才能收到。

由图3可知, 寂静区的范围取决于内半径r1和外半径r2[7]。当频率升高时, 地波衰减增大, r1就减小。为了使电离层将电波反射回来, 随着频率的增高, 反射的仰角就要减小, 所以r2较大。

2 通信频率预测及试验结果

频率是影响通信距离的关键因素, 实现可靠的频率预测对于提高飞行试验的效率有重要意义[8,9]。将传统的选频方法与提出的预测方法进行比较, 结果如表1所示。

选用短波通信工作频率时, 应该尽量接近电波能反射回地面的最高可用频率 (MUF) , 通常选取MUF的80%~90%作为通信频率[10]。这样, 既避免了当电离层变化时电波穿过电离层的可能;又防止若频率取得太高, 电波深入反射层使吸收损耗加大。

通过软件辅助计算[11], 将从互联网上获得的, 当天北京天文台发布的太阳辐射通量 (Flux) 和K指数 (单个台站3小时内地磁扰动强度的指数, 称为3h磁情指数[12]) 及目标地的经纬度输入就可以得出一天内两地之间的短波通信适宜频率。

短波通信是一种远距通信方式。试验中将该飞行试验的航路设计为阎良到海南陵水。试飞中采用了1 000 W的短波电台作为地面通信终端, 假定频率选择10 MHz, 由式 (1) 得出, 信号在航路上传播的传播衰减为117.64 d B。由式 (2) 可得相应有效作用距离约为1 819.33 km。阎良和海南陵水的距离为1 828 km, 与上面分析的通信距离非常接近, 满足航线的距离要求。

在互联网上找到12月17日至12月23日这7天的太阳辐射通量和地磁指数K, 如表2所示。

计算2010年12月20日阎良 (N34.64°、E109.24°) 和三亚陵水 (N18.5°、E109.08°) 之间短波电台通信时可用的频率, 计算结果如图4和图5所示。图中上方TERMINAL表示地点, Sunrise/Set表示日出/日落时间, A Bearing to B表示以A点为轴心, B点在逆时针方向上偏离正北方向的角度, SSN是太阳黑子数, Flux是太阳辐射通量, K是3小时磁情指数, Path Length是两地距离。

图4是一天之中各时段的最高可用频率。可见正午之前的最高可用频率低, 正午之后有所升高。在飞行试验中, 根据试验时间合理地改变所选通信频率即可;图5表示了各个频率在各个时段的可用性百分比, 以及在传播路径上的信噪比。

对于图5的注释如表3所示。

根据图5所得结果, 夜间时段较为适用的频率比白天要高, 最佳频率在14 MHz左右, 因为虽然14.1 MHz和7.1 MHz可用性都为A, 但14.1 MHz的信噪比较高。考虑到试验的气象和时段, 发现原定的试验的频率明显偏高, 将原来的短波定频模式下午时段中的频率进行了修改, 如表4所示。修改之后超视距通信效果良好, 话音质量3级以上[13]。

3 结束语

运用短波通信理论研究了短波频率与通信距离的关系, 分析了影响短波通信距离的因素。又因为解决频率问题的需要, 提出了一种预测频率的方法, 方法首先确定了相应距离和时刻的最高可用频率 (MUF) ;再对各频率在一天中不同时段的可用性百分比以及信噪比进行分析, 综合评价预测出通信质量较好的频率。并通过飞行试验验证了该方法在工程上的可行性。在后续某型直升机短波远距数传试飞和某型预警机短波远距离通信试飞中有着良好的应用。

摘要：机载短波通信是CNI (通信/导航/识别) 体系内不可或缺的组成部分。运用短波通信理论分析了机载短波通信通信频率与通信距离之间的关系, 鉴于通信距离在实战中的的重要性, 提出了一种预测短波通信频率的方法。方法主要为以下2点:一、特定时间和路程下的最高可用频率;二、每一频率在每一时段的信噪比及可用性百分比。方法主要经由理论分析、软件辅助计算, 并结合电磁环境的监测结果和实际地面互联互通经验对预测结果进行修正, 给出每一时刻的最佳通信频率。最后, 通过真实飞行试验对该方法的可行性进行了工程验证。

关键词：短波通信,通信距离,频率预测,飞行试验

短波通信试验 篇2

短波频率和超短波频率的使用性质完全不同。超短波属于视距通信，距离短，可以固定使用频段内的任何频点；而短波频率则受到电离层变化、通信距离和方向、海拔高度、天线类型等多种因素的影响和限制。用同一套电台和天线，选用不同频率，通信效果可能差异很大。对于有经验的短波工作者来说，选频并不困难，其中有明显的规律性可循。一般来说：日频高于夜频（相差约一半）；远距离频率高于近距离；夏季频率高于冬季；南方地区使用频率高于北方；等等。另外，在东西方向进行远距离通信时，因为受地球自转影响，最好采用异频收发才能取得良好通信效果。如果所用的工作频率不能顺畅通信时，可按照以下经验变换频率：

（1）接近日出时，若夜频通信效果不好，可改用较高的频率；（2）接近日落时，若日频通信效果不好，可改用较低的频率；

（3）在日落时，信号先逐渐增强，而后突然中断，可改用较低频率；（4）工作中如信号逐渐衰弱，以致消失，可提高工作频率；（5）遇到磁暴时，可选用比平常低一些的频率。计算机测频

利用计算机测频软件预测可用频率对短波通信很有帮助，是国外经常采用的先进技术手段。计算机测频系统能够根据太阳黑子活动规律等因素，结合不同地区的历史数据，预测两点之间在未来一段时期每天各时节的可用频段，具有较高参考价值。

美国、欧盟、澳大利亚政府的计算机测频系统数据比较准确，它们通过分布在全球的监测点采集和跟踪各种环境参数的变化提供频率依据。其中澳大利亚的ASPAS系统面向全世界提供测频服务，安装和服务费用不高，很有使用价值。1.2 正确选择和架设天线地线

天线和地线是很多短波用户容易忽视的问题。当通信质量不好时，很多人习惯于从电台上找原因，而实际上信号不良常常源自天线或地线。

短波和超短波使用的天线是完全不同的。超短波通信因为使用频率高，波长短，天线可以做得很小，通常为直立鞭状天线。而短波通信因使用的频率较低，天线必须做得足够大才能有效工作。简单的规律是：天线的长度达到所使用频率的1/2波长时，天线的效率最高。短波天线的理论原理比较高深。短波天线的种类繁多，用途各异，究竟应该选购何种天线,怎样安装架设才能获得良好的通信效果？根据我们了解和掌握的情况作如下简要介绍：(1)了解天线的基本工作原理

短波天线分地波天线和天波天线两大类。

地波天线包括鞭状天线、倒L形天线、T形天线等。这类天线发射出的电磁波是全方向的，并且主要以地波的形式向四周传播，故称全向地波天线，常用于近距离通信。典型地波天线和

波瓣分布如图3.1和图3.2所示。地波天线的效率主要看天线的高度和地网的质量。天线越高、地网质量越好，发射效率越高，当天线高度达到1/2 波长时，发射效率最高。

图1.1 典型地波(T形)天线结构示意图

图1.2 典型地波天线垂直波瓣分布图 天波天线主要以天波形式发射电磁波，分为定向天线和全向天线两类。典型的定向天波天线有：双极天线、双极笼形天线、对数周期天线、菱形天线等，它们以一个方向或两个相反方向发射电磁波，用天线的架设高度来控制发射仰角，其典型波瓣分布如图3.3、图3.4和图3.5所示。典型的全向天波天线有：角笼形天线、倒V形天线等。它们是以全方向发射电磁波，用天线的高度或斜度来控制发射仰角。

图1.3 典型天波天线（双极天线）结构示意图

图1.4 典型天波天线水平波瓣分布图

图1.5 典型天波天线垂直波瓣分布图

天波天线简单的规律为：天线水平振子（一臂的）长度达到1/2波长时，水平波瓣主方向的效率最高；天线高度越高，发射仰角越低，通信距离越远；反之，天线高度越低，发射仰角越高，通信距离越近；天线高度与波长之比（H/λ）达到二分之一时，垂直波瓣主方向的效率最高。

(2)按用途选购天线

随着短波通信技术的发展，短波天线出现了很多不同用途的新品种，例如用于短波跳频的高效能宽带天线；用于为了解决天线架设场地小和多部电台共用一副天线的多馈多模天线等。选择天线基本的着眼点应该是用途。

近距离固定通信： 选择地波天线或天波高仰角天线。

点对点通信或方向性通信：选择天波方向性天线等。

组网通信或全向通信： 选择天波全向天线。

车载通信或个人通信： 选择小型鞭状天线。(3)正确处理天线价格与质量的关系

俗话讲一分钱一分货。首先同种用途的天线有不同种类，其增益有高低之分。此外同一种外形的天线，使用不同材料；不同制造工艺，其通信效果的差异是很大的。例如以特种不锈铜钢复合绞线为振子的天线，比用塑包线为振子的天线高频电磁转换效率高得多。又例如匹配器所用的磁性材料优劣，对电台与天线的匹配状态影响极大。高性能磁料能够保证全频段每个频点都能良好匹配；劣质磁料可能造成很多频点甚至整段频率匹配不好，驻波比过大。使用劣质天线，电台输出的功率可能只送出去不到三分之一甚至更少，通信效果可想而知。在投资增加不多的前提下，尽量选用高质量高增益的天线，能够保证长期稳定和优良的通信效果和延长使用寿命，是很划算的。

（4）介绍二种性能和价格兼优的基站天线 根据多年的对比实验和实际使用经验，我们认为有两种进口天线在性能上能够广泛满足我国大多数用户的通信要求，而且价格不高，性能价格比好，以下分别介绍： ● 用于全方位通信的三角组合型全向全角天线

我国省级行政区，从省会到边缘地区的距离多数在1200公里以内。在这个区域内组建全省或地区的通信网，中心基站选用这种天线是比较理想的。这种天线既能照顾360°全方位，又能照顾近中远各种距离，接收效果好，对改善通信盲区特别有效，此外它能兼顾垂直极化波和水平极化波，对区域内各种台站的不同种类天线的兼容性好。

● 兼顾全向和定向两种用途的高增益三线式天线 三线式天线是国际上近年流行的新型多用途天线，它虽然属于偶极天线类，但其性能是普通双极天线无法相比的。与普通双极天线相比它有以下优点： 1.增益高，全频段内驻波比小，而且均匀辐射效率高；

2.水平架设时不仅在天线宽边方向辐射强，而且在窄边方向也有较强辐射； 3.架设状态平稳，抗风抗毁能力强； 4.提供平行和倒V两种架设方式，分别支持2500公里内定向通信和2000公里半径内全向通信。

以上两种天线的振子材质都是不锈铜钢复合绞线，电磁转换效率高而且经久耐用；其高性能磁性材料保证了全频段匹配良好。（5）正确架设天线和连接馈线

选购好合适的天线后，还必须正确地安装架设，才能发挥出最佳效果。天线的长度和架设规范是不能改变的，但对于某些天线而言，架设的方向和高度是靠用户自己掌握的，应严格按通信的方向和距离来确定方向和高度。天线的架设位置以开扩的地面为好，没有条件的单位也可以架在两个楼房之间或楼顶。天线高度指天线发射体与地面或楼顶的相对高度。架在楼顶时，高度应以楼顶与天线发射体之间的距离计算，不是按楼顶与地面的高度计算。我们提醒用户，切忌因为架设场地不理想或怕麻烦，就随便把天线架起来完事，这样做通信效果很可能是不好的。

另一个要点是馈线的选用和布设。馈线是将电台的输出功率送到天线进行发射的唯一通道，如果馈线不畅通，再好的电台和天线，通信效果也是很差的。馈线分为明馈线和射频电缆两类。目前100W~150W电台一般都使用射频电缆馈电方式。选用射频电缆时要注意两项指标：一是阻抗为50欧姆；二是对最高使用频率的衰耗值要小。一般来讲，射频电缆直径越粗，衰耗越小，传输功率越大。在实际使用中，100W级短波单边带电台，常选用SYV-50-5或SYV-50-7的射频电缆，必要时也可以选SYV-50-9的射频电缆。

天线在进行安装选位和布设时，应尽可能缩短馈线的长度，普通SYV-50-5馈线每1米造成信号衰减0.082dB，这意味着100W电台功率通过50米馈线送达天线时，功率剩下不到40W。因此通常要求馈线长度控制在30米以内。如果因为场地条件限制必须延长馈线，则应采用大直径低损耗电缆。另外在布设电缆，应尽量减少弯曲，以降低对射频功率的损耗，如果必需弯曲，则弯曲角度不得小于120度。（6）电台和天线的匹配

天线、馈线、电台三者之间的匹配必须引起高度重视，否则，虽然电台、天线、馈线都选得很好，通信效果还是不好。

所谓“匹配”就是要求达到无损耗连接，只有电台、馈线、天线三者保证高频输入输出阻抗一致，才能实现无损耗连接。多数短波电台的输出/输入阻抗为50欧姆，必须选用阻抗为50欧姆的射频电缆与电台匹配。天线的特性阻抗比较高，一般为600欧姆左右，只有宽带天线的特性阻抗稍低一点，大约200~300欧姆，因此，天线不能直接与射频电缆连接，中间必须加阻抗匹配器（也叫单/双变换器）。阻抗匹配器的输入端阻抗必须与射频电缆的阻抗一致（50欧姆），输出端阻抗必须与天线的输入阻抗一致（600欧姆或200/300欧姆）。阻抗匹配器的最佳安装位置是与天线连为一体。

自动天线调谐器也是匹配天线和电台阻抗用的。自动天调的输入端与电台连接，输出端与单极天线连接。自动天调与偶极天线连接时要根据不同产品而定。有些天调要求加单/双变换器，天调与单/双变换器之间用50欧姆射频电缆相连（芯线接天调输出端，外皮接天调的地端），单/双变换器的双输出端与天线连接；多数新型天调不用加单/双变换器，用天调的输出端和接地端分别连接偶极天线的两臂，匹配效果更好，而且效率更高。（7）正确埋设接地体和连接地线

地线是很多用户容易草率处理的问题。短波通信台站的地线是至关重要的，地线实际上是整个天馈线系统的重要组成部分。我们所说的地线，不是交流供电系统中的电源地或保安地。这里所说的地线是信号地，也称高频地。信号地一般不能接到电源地或保安地上，必须单独埋设。埋设接地体时，必须按有关标准进行，接地电阻不应大于4欧姆。电台的接地柱和接地体之间，必须用多股线铜、编织铜线或大截面优良导体连接，才能起到良好的高频接地作用。而良好的高频接地是减小发射驻波和减小接收噪声的必要前提。1.3 选用先进优质的电台和电源

工作频率和天线地线搞好了，相当于铺了一条“好路”。好路上还要跑“好车”。好车就是先进优质的电台和电源等设备。（1）选择电台的原则和标准

怎样评价电台的先进性和优质呢？先进性体现在两个方面：一是电气特性和工艺结构，这方面先进与否决定了性能指标的优劣和设备的可靠性；二是使用功能，具有多种先进功能的电台不仅用途更广泛，而且也说明制造者的科技实力。

电气特性涉及的内容很多，这里只简述三个方面：①频率特性。好的电台频率稳定性比差的电台高几倍、几十倍甚至几百倍。频率稳定性高的电台，不但话音清晰，信号等级高，而且是支持高速数传的必要条件。在评价频率稳定性时要注意两点：一是全频段各频点的稳定性要一致；二是要在很宽的温度范围内稳定，不能机器一发热就产生频漂。②通道特性。这一特性描述信号在通过高频、中频、低频几个通道后的畸变程度。当进行短波数传时，这一问题非常突出。使用通道特性差的电台，无论怎样改造，数传速率都上不去，原因之一就是高速数据脉冲通过不佳的通道后发生明显畸变，使其难以被识别。③干扰和抗干扰特性。这方面的性能在技术说明书上都是以dB（分贝）值表示的，我们统称为dB指标。电台发射方面的dB指标不好，说明你传给对方台的信号不好，而且干扰其它台；电台接收方面的dB指标不好，说明自身容易被别人干扰；二者都是不能容许的。

工艺结构方面，主要看电路集成度和模块化程度。集成度高，可靠性必然高。模块化除了提高设备可靠性外，还使扩展功能和维修十分便利，是当今电台工艺的主流趋势。

再来看使用功能。社会需求的发展和科技的进步，使短波通信日益向多功能化方向发展。像用于半自动优选频率的自适应功能和全自动优选频率的自优化功能，用于计算机和传真机的数据传输功能，用于保密和抗干扰的跳频功能，用于组网通信的数字选呼功能，用于卫星定位的GPS监控功能，用于连接有线网的有线无线转接功能，等等。在具有这些现代化功能的电台面前，那些只能进行简单通话的电台就显得太原始了。目前在国内有一种现象，就是很多单位致力于在一些单功能电台上添加数传、自适应等功能。这固然是由于有大量旧式电台要改造，可能还有造价方面的考虑。但可以肯定这种现象是过渡阶段。正像现在大家都用GSM手机，再也没有人使用土造的手持电话一样，未来的短波领域也势必普及先进的多功能电台。此外，先进优质电台的售价呈下降趋势，也越来越接近我国用户的经济承受能力。哪些电台先进而且优质，要具体分析，但有一点可以肯定：目前国内常见的多数日本电台，其电性能、可靠性、功能等与欧美和澳大利亚名牌产品不在一个等级上。澳大利亚柯顿公司首创的NGT自优化短波电台，正是先进电台的代表。（2）电源质量与通信效果的关系

很多人认为只要稳压电源的输出电压和电流的数值符合要求就可以用，这种认识不够全面。其实有些干扰可能来自电源，有些话音失真也可能是电源动态范围不足所致。数据传输对电源的要求更严格，如果电源的电磁屏蔽特性不好，输出纹波大，将直接导致数传工作不正常。功率容量和设计余量也是考核稳压电源优劣的重要依据，有些电源为了降低生产成本，加强价格竞争能力，把功率容量设计在临界状态，并尽量简化电路，选用低指标元器件等等。这类电源的技术性能和可靠性肯定是做不高的。

好汽车要用好发动机，好电台要用好电源，道理是相同的。

在选购电源时，一定要挑选功率容量大、输出电压纹波小、电磁屏蔽特性好、电路设计余量大的静化电源产品。

2、短波通信的常见难点及解决方法 2.1近距离盲区及解决方法

前节已介绍了天波和地波二种传输途径。一般来说，地波最远可达30公里。而天波从电离层第一次反射落地（第一跳）的最短距离约为100公里。可见30至 100公里之间这一段，地波和天波都够不到，形成了短波通信的“寂静区”，也称为盲区，如图 2.1 所示。盲区内的通信大多是比较困难的。解决盲区通信主要有两个方法：一是加大电台功率以延长地波传播距离；二是常用的有效方法就是选用高仰角天线，也称 “高射天线”或“喷泉天线”。仰角是指天线辐射波辨与地面之间的夹角。仰角越高，电波第一跳落地的距离越短，盲区越少，当仰角接近90°时，盲区基本上就不存在了。前文提到的三角组合型全向全角天线就属于这一类。

图 2.1 电波越距现象及盲区

2.2 车载台的通信困难及解决方法

车载通信一直都是短波通信中的一个难题。车的体积就那么大，没办法架长天线，其辐射能力怎么也比不上固定台。因此必须从合理设计天线形态和合理选择架设位置等方面来弥补，尽可能利用车体的反射效应，尽可能增加天线的“电长度”。车载天线有多种，现在国际上多认为鞭状天线更适合车辆运动中通信，而自动天调应该安装在车外，最好是与天线鞭结合为一体，也就是常说的自调谐鞭状天线，这种天线因天调输出端与天线连接的馈线很短，故效率比较高。美军现在就大量使用这种天线。鞭状天线可选择两种架设形态：①远距离通信时多用直立形态，这时可以利用地面以下部分的“镜象天线”效应，使天线鞭的电长度比实际架高增加将近一倍。②近距离通信时通常将天线鞭拉弯俯卧，利用车顶的反射作用增加高仰角辐射分量，改善盲区通信效果。

不管采取何种措施，车载台因天线长度的限制，发射效率肯定不如固定台高，因此实际通信中常常发现车载台收固定台的信号好，而固定台收车载台的信号不好的现象，为了弥补这种差异，建议车载台备份野外应急软天线供停车时使用。

国外目前还建议采用加大车载台功率的方法延长地波通信距离，改善盲区。提高车载台功率需要在原有100W电台基础上接续500W功率放大器，并相应改用大功率车载天线和大功率车载电源，这种大功率车载系统是行之有效的。

比较而言，船载通信比车载通信困难少得多。一是因为船体长，有围杆，便于架设天、地波兼顾的斜天线；二是海面地波传得远而且船离基地台距离也较远，不容易形成通信盲区。但是船载天线要求抗风强度高，抗腐蚀能力强。2.3 延长个人携带台通信距离的方法

个人携带台在行进中通信时只能使用短的鞭状天线。一副3米长的鞭天线配合25~50W电台，一般最远只能通20公里。如果要求通得更远，必须换用野外快速型长天线。一种快速天线是20米斜拉型，以最简洁的方法沿地面斜拉架设，最大通信距离可达1000公里以上。如果使用全长30米的三角形快速天线，通信距离更远。以上两种天线也可以用作车载台的备用天线，在停车时换用，能够明显改善盲区内和远距离的通信效果。

3、短波噪声及消除方法 3.1 插入噪声

在两段话音之间涌现的噪声称为插入噪声，这种噪声消除起来比较容易。现在多数短波电台和超短波电台都提供可选用的“静噪”功能。打开静噪开关，插入噪声就被抑制了。但是“静噪”功能不能解决与有用信号混杂在一起的噪声。3.2 背景混杂噪声

与信号混杂在一起的背景噪声是最令人头痛的，消除起来也是最困难的，必须通过DSP数字消噪技术加以解决。从使用类型来看，DSP数字消噪分为对端消噪和单端消噪两种。（1）对端消噪

所谓对端消噪，就是需要发方电台和收方电台互相配合进行的消噪。其过程是：在发方，电台对信号和噪声进行大倍率的平等压缩；在收方，电台对信号和噪声进行不平等的解压，通过这一过程，强化了信号，弱化了噪声，实际消噪效果是比较明显的。但是对端消噪在实际用中遇到两个困难：一是消噪器要单独适配电台，设备互换性差；二是不配消噪器的电台参与通信比较困难。这两个问题制约了对端消噪器的推广。（2）单端消噪棗噪声滤除技术

单端消噪只处理本机收到的信号，无须对方台配合，因而完全克服了对端消噪的弊端，成为消噪技术的发展主流。单端消噪的原理是根据有用信号的声谱对话音进行数字化处理，从而滤除噪声分量，因此也称为滤噪。目前有单独的滤噪器产品，还有像柯顿NGT电台，已经把滤噪器做成了电台的标准功能，消噪效果比较理想，不但滤除了讨厌的噪声，还可以将几乎被噪声淹没的微弱信号提升1~2个等级。3.3 附加噪声

浅析短波、超短波通信的发展趋势 篇3

关键词：短波,超短波,自适应,智能化

1 引言

从20世纪80年代初,短波、超短波通信进入了复兴和发展的新时期。许多国家加速了对短波、超短波通信技术的研究与开发,推出了许多性能优良的设备和系统。短波、超短波通信再次占领一定的地位,随着技术的进步,对于通信的一些缺点,不少已找到克服和改进的办法。短波、超短波通信的可靠性、稳定性、通信质量和通信速率都已提高了一个新水平。

2 由单一自适应技术向全自适应技术方向发展

短波通信存在着短波信道的时变色散特性和高电平干扰的弱点。因此,为了提高短波通信的质量,最根本的途径是“实时地避开干扰,找出具有良好传播条件的无噪声信道”。完成这一任务的关键是采用自适应技术。所谓自适应,就是能够连续测量信号和系统变化,自动改变系统结构和参数,使系统能自适应环境的变化和抵御人为干扰。因此短波自适应的含义很广。现已发展的自适应技术有自适应选频与信道建立技术、功率自适应技术、传输速率自适应技术、自适应调制解调技术、自适应分集技术、自适应信道均衡及辨识技术、自适应编码技术、自适应调零天线技术。

传统意义上的自适应主要是指频率自适应,是以事实信道估值为基础,采用自动链路建立和链路质量分析技术,因此也称为实时选频技术。在未来信息时代,网络数据通信将成为主要的通信方式,但是单一的频率自适应还无法满足网络数据通信的要求,由于短波通信中各种新技术的出现,特别是分组交换和各种自适应短波通信技术的发展,为短波数据网的发展打下了基础,频率自适应技术可与其他自适应功能综合构成全自适应短波通信系统。未来通信的需求促进了短波自适应通信系统正向全自适应技术的方向发展。

3 由窄带低速数据通信向宽带高速数据通信发展

针对短波通信存在的保密(或隐蔽)性不强、抗干扰能力差的弱点,以及电磁环境的特点和规律,为了提高短波通信干扰能力,发展起来了短波通信电子防御技术。这类技术以短波扩频(扩展频谱)通信技术为主体,包括短波跳槽和自适应跳频技术、短波直接序列扩频技术等。

传统的绝大多数短波跳频电台都是传输模拟话音的模拟跳频电台,此类短波跳频电台在技术上存在话音质量差、通信距离短、跳数低(通常为几十跳)等问题,而且几乎都是窄带跳频。为提高抗干扰能力,一方面必须提高跳频速率,另一方面可以增加信号带宽,使信号湮没于噪声之中。通常采取纠错、交织、加密等措施,但与此同时,又会使信息的有效传输速率降低。为了提高信息的有效传输速率,也必须增加频率和信道带宽。也就是说高速、宽带已成为短波通信增加抗干扰能力的焦点。如美国近年来研制的短波跳频电台跳速已达5000跳/s以上(跳频带宽为2MHz、信息传输速率为19.2Kbit/s)。

4 短波终端技术向自适应调制解调技术发展

现代短波通信终端技术,主要是针对短波通信存在着严重的电磁干扰的特点,为了满足人们对数据业务、特别是高速数据业务的需求,围绕着提高数据传输的可靠性和数据传输速率而发展起来的。主要包括语音编码技术、数字调制技术、短波调制解调技术,差错控制技术等。

传统的短波通信工作方式主要是“话”和“低速报”,无法满足数据通信的需要。在短波信道上传输数据话音和其他数据信号必须要有短波Modom,调制解调器就成为实现短波数据通信的关键部件。由于短波信道是一个典型的时变信道,多种反射模式并存,不仅存在衰落而且存在多径时散,绝大多数多径时延在2ms—5ms范围内。同时,由于信号时代严重的电磁干扰,为了保证网络传输信息的可靠性,调制解调方式必须具有抗干扰、抗多径和抗衰落的能力,保证快速准确地传递信息。因此,短波自适应抗多径调制解调技术成为现代短波通信研究的重要方面。

5 短波、超短波通信系统由数字化向软件化发展

短波、超短波通信数字化主要包括两个方面的内容:一是语音数字化通信;二是数据通信业务,特别是高速数据业务。因此,在短波信道条件下高速率的可靠数字信号传输,低误码率的语音编码,以及数字信号处理等技术,是实现短波数字化的关键技术。微电子技术的发展,促进了大规模集成电路以及微处理机在短波通信设备中的广泛应用,短波、超短波通信设备集成化、小型化、通用化程度大大加强,技术性能显著提高。目前主要在自适应技术、电子对抗技术、计算机组网技术等3个主流方向发展。但是,传统的设备在结构上存在很大的限制,实现不同的业务需要,接入不同类型的终端。另外,上述3个技术在现有系统中实现面临着很大困难,从而迫使人们寻找一种有效的解决方案。软件无线电是近年来国际兴起的一项新技术,被称为是自模拟通信过渡到数字通信之后,无线领域的又一场革命,代表了当今通信技术的重要发展方向和未来通信产业的增长点,已成为第三代移动通信系统的技术基础和解决协同通信难题的主要技术手段,具有广阔的军用和民用前景。软件无线电技术的兴起不仅为新一代短波、超短波通信设备提供了最佳的解决方案,并且为通信体制的突破发展提供了有力的研究基础。同时,也为软件无线电的研究提供了一个良好的研究平台。

6 短波通信系统网络向第三代全自适应网络方向发展

通信数字化、通信系统网络化、通信业务综合化是短波通信发展的必须趋势,系统兼容、网络互通,以及高可靠性、有效性、强抗毁性,成了通信系统建设的基本要求。为增强短波通信系统与设备的自动化、智能化以及综合业务能力,短波通信正经历有第二代通信设备向第三代通信设备过渡。第三代短波通信的主要技术特征是数字化、网络化,其主体或关键技术包括:第三代自动链路建立技术,新型高速短波跳频技术,以及短波组网通信技术等。随着对短波通信网的网络容量、传输速度、抗干扰能力要求的不断提高,世界各国进入了第三代数字化短波通信系统的重要手段,可将TCP/IP网络和程控电话网拓展到边远地区的纵深,使各移动平台上的综合业务通过短波信道安全无缝地接入各种业务数据网、电话网和TCP/IP网络。

7 新型短波天线向自适应、智能化方向发展

无线电系统都需要天线,它是实现电路电磁能量正反变换的器件。在变换过程中,有3个功能和性能:获得或送出更多的功率———阻抗匹配;高效率变换———效率及衰减;聚集的发射或选择接收———方向性。在这些性能中,方向性更受人重视。传统的方法多为给定权集,选定阵列形状和尺寸,基于此,人们发明成百上千种天线,很难选择。自适应天线技术是高频自适应技术中的一种,它是在天线技术、信号处理技术、自动控制理论等多学科基础上综合发展而成的一门技术。自适应天线阵能够自动适应环境变化,增强系统对有用信号的检测能力,优化天线的方向图,并能有效跟踪有用信号,抑制和消除干扰及噪声而保持系统对某种准则而言是最佳的。它通常有天线阵列组成,故又称为自适应阵列天线。由于自适应天线能自适应地调整阵列单元的幅度和相位,使该阵列特性(如方向图、极化特性和阻抗特性等)处于某种最佳状态,因而它是一种目前十分引人注目的天线类型。特别是它能自适应地调整波瓣图的零点位置使之对准干扰源方向,改变方向特性,而且能提高信号增益,降低电波互相交叉引起的干扰,从而大大提高抗干扰能力。

参考文献

[1]唐朝京.数字微波通信技术[M].北京:国防工业出版社,2002.

短波通信试验 篇4

一、等效基带信号系统

通信系统中, 信源输出的图像信号、语音信号都是低通信号, 它的特点是直流分量低通频谱, 而它最高频率最低值大于1, 并且, 在频谱地段分布的能量较大, 所以称之为基带信号。它可以通过电缆、架空明线等有线信道直接传输, 不过不可以在无线信道传输。另外, 即便能够在有线信道传输, 但是一对只能传输一路, 对其的利用很不理想。为了能够让基带信号像无线信道哪样传输, 同样也为了让有线信道一起传输很多基带信号, 就要用到解调和调制的技术。调制指从发送端内搬移给定信通道基带信号的过程。解调是指接收端把搬到定信内的频谱还原成基带信号。

二、虚拟短波天波信道模型参数的确定

电离层拥有随四季、昼夜而变的物理特性。它的逼真效果主要在接受的语音信号体现出来的因为时间而变化的影响。这种影响通过参数的改变去实现。所以, 它的逼真度的关键所在是因时间地点而变化的环境参数去确定模型参数。

不过短波模型的参数和环境参数间没有确定的关系, 因此由于环境参数直接计算的模型参数不是轻而易举的。

三、最高可用频率

最高可用频率是指通信距离下, 电波传出电离层和返回地面的临界值, 假如频率比这个临界值高的话, 那么电波穿过电离层, 就不会反馈到地面。最高可用频率也和反射层的电离密度有着关系, 所以, 只要是影响到电离密度的因素, 都会利用最高可用频率的数值。如果通信线路选择最高可用频率作为工作频率的时候, 因为只有一条路径, 所以通常情况下, 可能会获得最好的接收。因此, 可用工作频率选择短波通信电路, 是非常重要的。

四、虚拟信道模型参数数据库的建立

按照虚拟短波/超短波信道模型参数的研讨, 得出的模型参数的选择和环境参数有着很大的关系, 其中的环境参数指时间、日期及地理位置等。这种关系一般不能用确定的函数表达出来, 只可以用一些图描述出来。在环境参数确定出模型参数的时候, 不可能进行人工查图表, 所以应该把这些图表中的数据以数据库的方式存到计算机里面, 就可以自动计算出模型参数。

五、虚拟短波/超短波通信系统平台的构建

实现所有虚拟通信系统, 电台的语音数据都要在虚拟信道处理。通信部队的训练都是以很多电台对通信的集中训练为主要目的。要是多电台对通信, 首先不知道双方都是谁, 但是串口通信必须要提前布线;而且虚拟信道的数据处理工作量很大, 所以以串行通信显然不能保证它的实时性和逼真性。因此找到一个可靠、迅捷、稳定的平台去实现虚拟通信系统, 是虚拟短波/超短波通信系统平台的关键技术之一。

六、虚拟短波/超短波通信系统平台的功能

服务器主要有三大功能:1.网络管理。负责系统的数据传输及网络管理。2.数据管理。对所有的虚拟信道模型参数进行储存兵对其进行数据管理和查询。3.用户管理。主要设置及组织虚拟干扰机和虚拟电台, 就是指挥虚拟电台去进行通信, 分配虚拟干扰机去进行干扰;数据库管理功能的查询到的信道参数以及每个电台送来的各个参数去进行相应的处理和配置;按照信道参数以及每个电台送到的虚拟干扰机的数据和语音数据去进行处理。

参考文献

[1]秦春木.手持式超短波通信平台硬件设计与实现[D].电子科技大学2012

[2]吕争.安卓嵌入式平台中的超短波通信软件设计与实现[D].电子科技大学2012

[3]张忠连.超短波通信系统射频前端电磁防护技术研究[D].电子科技大学2010

[4]李照帅.超短波通信静噪关键技术研究与验证[D].电子科技大学2012

短波通信技术概括及通信频率选择 篇5

一、短波通信发展要求

高度信息化是当今通信技术的总体特点, 其对通信系统及通信技术的要求也越来越高。短波通信设备正朝着数字化、集成化、一体化、网络化的趋势发展, 其未来主要的业务将是图像与数据的整合。随着电磁环境的日益恶化及无线电通信业务的发展, 短波通信应在如下几方面开展深入研究:

1.1 高速、大容量通信

传统的短波通信发展较慢, 主要制约因素是容量有限, 如电报速率在200b/s以下, 这很难满足当今以图像为主流的现代通信需要。而要适应社会发展对短波通信技术的要求, 就必须不断提升短波通信的传输速度及容量。

1.2 可靠通信

电离层反射、传播损耗、电离层倾斜、电离层骚动、散射传播及波导传播的随机性、多径衰落等诸多因素对短波通信产生的不利影响, 因此, 需要不断提高短波通信的可靠性。

1.3 抗干扰通信

短波通信具有隐蔽性差的特点, 其信道保密性能不足, 缺乏必要的抗干扰能力。因此, 要不断提升短波通信的抗干扰性能。

二、我国民用短波通信技术发展的现状

2.1 HF.90H超小型跳频短波电台

HF.90H是引进的澳大利亚技术, 其突出特征是运用智能边带跳频技术, 突破了语音跳频技术中易被识破及跟踪、不安全不隐蔽的弊端。该技术运用SSB边带跳频模式传送语音信号, 其瞬时频率与噪音类似, 且跳频编码在语音起伏中, 跳频频率很难确定。普通的短波信道经常有噪声及干扰信号存在, 而HF.90H频带适应性较强, 可自动排除噪音信道, 大大提高了通信质量。

2.2 CHESS系统

CHESS系统利用数字信号处理技术及DSP芯片为基础, 其跳频宽带能到2.56MHz, 跳频速率可达5000HOPS/S, 同时具有非常高的数据传输速率。该系统最显著的特点是运用了差分跳频技术, 以及将编码与频率调制技术相结合, 对频率编码后, 控制了跳频的频率, 可以实现通过频带换取音噪比及信干比。

三、常用短波通信电波传播途径分析

3.1天波传播

3.1.1电离层

天波主要依靠电离层反射进行传播, 因此可研究总结电离层在不同时段对不同频率电波的反射规律, 以提高短波通信质量。在整个电离层中, 通常是D层、E层、F1 及F2 层对电波通信有较明显的影响, 不同层次之间并没有明显的界限。D层高度在60-80 千米, 午间电子密度达到最高, 夜晚逐渐消失;E层高度在100-120千米, 白天电子密度高于晚上;F1 层高度在180 千米, 与D层一样, 中午电子密度最高而夜晚消失;F2 层高度在200-400 千米, 电子密度是下午达到最高值, 黎明降到最低值。

3.1.2 电离层对电波的反射与折射

电离层的电波频率及其电子密度对折射率有直接影响, 其中, 电波频率与折射率呈现反向相关, 即电波频率越高, 电离层对电波具有的折射率越小;电子密度与折射率呈正向相关, 即电子密度越高, 电波折射率越大。电子密度是随着电离层高度的增加而升高的, 同时导致电波折射率不断升高。在电波频率确定不变的前提下, 电波的入射角度越大则越容易被反射回地面;当入射角小于某一数值时, 电波会直接穿过电离层进入太空。电波的入射角度固定时, 越高频率的电波需要达到更高层次的电离层才有可能被反射回地面, 当频率达到一定数值时, 在折射角不满足条件的情况下, 电波会透过电离层进入太空。

3.1.3 电离层吸收电波

在电波穿过电离层的过程中, 电离层中的自由电子会处于运动状态, 因此会消耗电波能量, 这就是所谓的电离层吸收电波。电波频率与电子密度影响着电离层对电波的吸收程度。电波频率越低、电子密度越高, 吸收能力就越强。

3.2 地波传播

地波传播这一通信方式可以在特定距离内搭建起比较稳定可靠的网络。此网络的有效距离会受到电台的发射频率、传播路径及天线结构等因素影响, 同时载波频段也会对其产生影响。假设前三个条件固定, 载波频率就是影响通信距离的特定因素。这是因为载波频率越低, 大地会吸收较少的电波, 因此, 应该选择低段的短波频率用于地波通信频率;地波传播距离越远时, 通信信号越弱, 当到达距离的临界点后, 短波通信就无法保证其可靠性, 造成信号中断。

四、短波通信电台通信频率的选择

由于电子密度及电离层的高度是不断变化的, 因此对于短波电台来讲, 选择合理的通信频率是保障通信质量的关键。若选择过低的通信频率, 会造成电离层过度吸收电波, 不能保证短波信号的信噪比;若选择过高的通信频率, 则会造成电波穿过电离层, 直接进入太空。因此, 短波通信电台在选择通信频率时要综合考虑如下几点:

首先, 在通信距离固定的前提下, 短波通信频率要低于被电离层反射的最高频率, 以避免电波透过电离层直接进入太空;

其次, 当短波电台通信频率较低, 电离层会较强的吸收电波, 这时短波电波通信频率降低到某一区间, 短波信噪比会大大下降, 通信质量没有保证。正常来讲, 短波通信的最低通信频率为3-4MHz;

再次, 在选择通信频率时也要考虑时间段变化, 日间与夜间的频率应该不同。

实践证明, 在黎明及黄昏时电离层的电子密度变化较为频繁, 应根据实际情况对电波频率进行相应调整。

五、短波通信技术的发展展望

随着短波通信技术的发展, 其主要呈现出如下发展趋势:

首先, 由单一自适应技术发展为全自适应技术。自适应主要是指频率的自适应, 也被称为实时选频技术。在信息化时代, 主要的通信方式是数据通信, 因此单一频率自适应远远不能满足通信要求。短波通信新技术的问世推动了短波数据网的搭建与发展, 同时频率自适应技术可同其他自适应技术构成全自适应通信系统, 这也是短波通信技术的发展趋势。

其次, 抗干扰技术由低速窄带发展为高速宽带。大部分短波跳频电台依然是模拟跳频电台, 其在技术上一直没有攻克通信距离近、语音质量低等难题, 且是窄带跳频。若想提高短波通信的抗干扰能力, 必须提高跳频速率及信号带宽。这同时也可有效提高信息的传输速率。

再次, 短波通信系统网络朝着第三代全自适应网络方向发展。通信系统网络化、通信数字化、通信业务综合化是未来短波通信系统的发展主流趋势, 信息系统的建设应以有效性、可靠性、抗毁性为基本要求。为提高通信系统的智能化、自动化, 短波通信设备应向第三代通信设备方向发展, 以适应未来短波通信业务的发展要求。

六、结语

随着科技的发展, 短波通信技术会逐渐发展为全自适应技术, 且其信号带宽会不断拓宽, 抗干扰性能等也会不断提升, 通信过程将变得更为顺畅, 相信短波通信技术在未来会有更广阔的应用前景。

摘要：随着我国信息技术的发展与经济的进步, 短波通信技术取得了飞速发展, 被广泛应用于通信行业各领域中。现代短波通信技术的应用深刻的影响着军事、航空、海运、等各行业, 极大的推进了我国信息技术的发展, 满足着人类的通信需求。基于此, 本文简要介绍了短波通信发展的要求, 阐述了我国短波通信技术的发展现状及、常用的通信装备、短波电波的传播途径, 并就短波通信电台的通信频率选择及通信技术的发展前景做了简单分析, 希望能对短波通信技术的应用有所帮助。

关键词：短波通信,频率选择

参考文献

[1]李晋.短波通信发展现状与前景探析[J].大陆桥视野, 2013 (12)

短波通信在电力应急通信中的应用 篇6

1 短波通信简介

1.1 原理。

无线电广播、无线电通信、卫星、雷达等都依靠无线电波的传播来实现。无线电波一般指波长由100000m到0.75mm的电磁波。根据电磁波传播的特性, 又分为超长波、长波、中波、短波、超短波等若干波段, 其中短波的波长为100m到10m, 频率为1.6~30MHz。短波的基本传播途径有地波和天波两种。

1.1.1 地波沿地球表面传播, 其传播距离取决于地表介质特性。

陆地表面介质电导特性差, 对电波衰耗大, 而且不同的陆地表面介质对电波的衰耗程度不一样 (潮湿土壤地面衰耗小, 干燥沙石地面衰耗大) , 短波信号沿地面最多只能传播几十千米。地波传播不需要经常改变工作频率, 但要考虑障碍物的阻挡。

1.1.2 短波通信中最主要的传播途径是天波。

天波是由天线向高空辐射的电磁波遇到大气电离层折射后返回地面的无线电波。电离层是指从距地面大约60~2000km处于电离状态的高空大气层, 只对短波波段的电磁波产生反射作用。电离层分为D, E, F1和F2四层。D层高60~90km, 白天可反射2~9MHz的频率;E层高85~150km, 这一层对短波的反射作用较小;F层对短波的反射作用最大, 分为F1和F2两层, Fl层高150~200km, 只在日间起作用, F2层的高度大于200km, 是F层的主体, 日间、夜间都支持短波传播。

因此, 天波传播主要用于短波远距离通信, 而且不受地面障碍物阻挡。但利用天波传播不是很稳定, 因为在天波传播的过程中, 路径衰耗、时间延时、大气噪声、多径效应、电离层衰落等各方面因素, 都会造成信号的弱化和畸变, 从而影响到短波通信的效果和质量, 这也是过去不在电力系统中采用短波通信的主要原因之一。

1.2 特点。

与卫星通信、地面微波等通信方式相比, 无线电短波通信有着许多显著的优点:短波通信不需要建立中继站即可实现远距离通信, 建设和维护费用低且运行成本低;设备简单, 可以使用固定基站进行定点通信, 也可便携背负或装入车辆实现移动通信;电路调度容易, 临时组网方便快捷, 灵活性强;抗毁能力强, 体积小, 适应各种环境条件。

上述优点是短波通信被长期保留、至今仍被广泛应用的主要原因。“同时, 短波通信也存在着一些明显的缺点:可供使用的频段窄, 通信容量小, 只适合语音、低速数据及图片的传输;短波的天波信道是变参信道, 信号传输稳定性差, 电台的操作需要一定的经验与技巧;大气和工业无线电噪声干扰严重。”

2 电力应急通信

电力系统是由发电、输变电、配用电等环节组成的一个庞大的能源输送网络。由多种电力设施构成的电网遍布城乡各地, 具有分布的广阔性。电力通信专网是电网安全稳定运行的支撑网络, 与电网设施一样, 大部分的电力通信电路分布在户外, 在电力生产运行过程中难免发生一些突发事故。“因此, 必须构建电力生产的应急保障系统, 以应对各种突发事故和灾害的影响, 提高电力生产、运行的安全。”

电力应急通信是指当电力系统发生事故或出现灾害等紧急情况时, 能为各级电力生产运行管理机构提供事故现场话音、数据和图像服务的通信保障, 保证抢修现场与应急指挥中心之间联络的通信系统。构建电力应急通信系统, 可在电力系统出现突发事件而导致电力通信中断或需要临时快速通信时, 在最短的时间里获得现场的相关数据信息, 制定切实可行的应急预案, 并通知所有需要召集的应急人员, 用快捷方便的通信手段和通信工具帮助指挥人员进行快速有效的部署和指令传达, 通知应急处理部门协同调度指挥, 从而最大限度地减少事故造成的影响及损失。

电力应急通信方式的选用应具有以下特点:受地理环境和气候条件影响最小且没有传输距离的限制;自成体系, 具有很强的独立性、机动性;实用性、可靠性强, 操作方便;考虑在现场没有电力通信专网和公网情况下, 能够快速地建立临时通信服务;能够传输语音、数据、视频业务。

3 应用探讨

一个基本的短波通信站由电台、天线及电源组成, 两部及以上电台就可以构建一个短波通信系统。根据国际协议, 短波通信使用单边带调幅方式, 窄带传输, 带宽一般为3k Hz, 短波电台的使用只需在当地无线电管理委员会申请持台证即可。根据通信的距离和使用的场合, 短波通信在电力应急通信中的应用可以有以下几种方案。

3.1 远距离通信。短波通信站的选配有三种:固定基站-固定基站;固定基站-移动车载;移动车载-移动车载。

3.2 区域内通信。

短波通信站的选配有两种:固定基站-移动车载;移动车载-移动车载。固定基站与车载台的选配与方案一相同。此方案适用于区域内中心站与现场的移动车载台之间远距离通信, 覆盖范围几百千米, 满足省内或地区内的中、短程通信需求。

3.3 现场通信。短波通信站的选配有两种:移动车载-便携电台;便携电台-便携电台。

近年来, 短波通信技术在世界范围内获得了长足进步, 出现了很多新电台、新装备和新技术。短波单边带电台的体积越来越小, 功能越来越多。现已推出了多款新型基站天线和车载天线。短波通信在频率选择方面又推出了短波全频段实时自适应选频系统, 进一步提高了短波通信的稳定性和可靠性。

结束语

短波通信网在应急通信领域的应用 篇7

随着现阶段诸如地震、火灾、冰雪、洪灾和恐怖事件等灾害事件的频发, 政府及其相应的职能机构的工作能力、办事效率不断地经受着考验, 灾害事件给国家经济和地方经济造成了重大损失。因此一旦有灾害发生, 就必须以极快的速度采取补救措施, 补救是否及时、决策是否得当, 重要原因都取决于在灾害发生前后通信措施是否及时, 分析是否准确合理等, 这些因素与人民群众所承受的生命和财产损失情况密切相关。为此, 国内外都在为预防灾害, 以及灾害发生时的实时通信传输而努力。

1 短波通信特点

短波通信不依赖其他有线和无线通信手段都必须具备的网络、传输线路、中继体和建筑等基础运行条件, 属于独立自主通信, 抗毁能力最强。短波通信是实现中、远程无线联络的基本手段。短波一方面通过地波传播实现近距离通信, 另一方面通过电离层反射的天波传播, 实现远距离通信。从点对点直通距离看, 短波是所有无线通信方式中距离最远的一种无线通信手段。

另外, 短波通信系统建设和维护成本低, 无通信费, 建设周期短; 设备简单, 可以根据使用要求进行固定设置, 也可以个人背负或车载安装进行移动通信; 组网灵活; 实时性好; 除了话音之外, 还可以通过配接附属设备实现传送电报、有/无线电话转接、计算机通信和G3 传真等业务。

基于上述优势, 短波通信在国内外历次突发事件中都发挥了不可替代的重要作用, 特别是在救灾初期常常是主要依赖的通信工具, 因此被广泛用于军队、武警、政府各系统、公安安全, 以及地震、林业、 矿业、电信、水利、电力、交通和安监等专业领域。

2 组网建设目标与网络拓朴结构

2. 1 组网建设目标

针对应急通信领域的应用特点, 短波电台网应满足多点交互通信功能, 对上可以及时汇报灾情以及日常运营情况, 对下及时指挥下级单位, 平级单位可以联合作业。最终形成一套完整的通信指挥网络, 满足处置突发事件时可以上传下达, 平时可以进行相关情况通报。

下面以省级应急通信为例, 介绍省级应急通信领域的网络构成。

2. 2 网络拓扑结构

所谓网络拓扑设计是指依据所给定的信息流特性———通信业务量和终端节点的位置, 确定中间节点的位置和网络节点之间连接的方式。最佳的网络拓扑设计是网络经济性的可靠保证, 同时网络拓扑设计也将影响到网络的可靠性、链路的容量及分配、 流量控制及网络延时等主要指标。

针对应急通信领域垂直管理的工作特点, 适合采用树形网络拓扑结构。在这种拓扑结构中, 每个结点与其子结点有连接, 并根据实际需要确定是否与同级其他子结点进行有限连接, 在指挥调度过程中, 通常每个机构听命于一个上级部门, 涉及到同级子节点联合行动时, 一般都由共同的上级单位负责协调, 所以同级子节点直接通信的情况并不是很多, 但是为了提高整个通信网络的抗毁能力, 可以考虑将几个重点子节点进行同级有限连接。树形结构是天然的分级结构, 与其他拓扑网络相比通信线路总长度短, 成本较低, 节点扩充灵活, 寻径方便, 便于管理。

省级应急通信领域短波通信网由省级应急通信部门、市级应急通信部门和县级应急通信部门3 层网络构成。

整个短波通信网能够实现对全省地域的全部覆盖, 必要时还能够与其他职能部门, 以及周边省份的救援单位跨区联络, 实现应急救援指挥无线通信逐级或越级的实时指挥调度。县区台、市台和省台之间在结构层次上形成短波树形拓扑结构通信网络。 根据业务处理的需要, 在同层次上还可组成网形拓扑结构, 这样每个结构节点之间有多条路径可供选择, 具有较高的可靠性, 其网络拓扑结构示意图如图1所示。

3 设备选型情况分析

针对短波通信系统网络的层次构成, 在设备选型上, 从实际需要出发, 以设备功能先进性、稳定性为重, 同时权衡设备的性价比, 在满足系统功能需求的基础上, 达到系统功能先进, 运行稳定、易于操作、 升级维护方便、兼容性好, 性价比高。

3. 1 电台种类选型

短波电台按用途和使用条件, 分为固定式、车载式和便携式电台。固定式电台主要用于战略通信, 通常组成发信集中台和收信集中台, 其功率为数百瓦至数千瓦, 甚至到数十千瓦, 一般使用性能较好的大型天线; 车载式电台用于组成指挥所通信枢纽或作移动通信使用, 其功率为数十瓦至数千瓦, 一般使用鞭形天线和双极天线; 便携式电台主要用于保障战术分队的通信联络, 具有体积小和重量轻等特点, 一般采用鞭形天线, 利用地波进行近距离通信, 功率通常为数瓦至数十瓦。

针对应急通信领域不同级别的特点和功能, 建议采用如下方式配备短波电台设备: 省级应急通信部门建议由125 W或者400 W固定基地站台、125 W动中通车载台以及背负电台组成; 在市级应急通信部门配备125 W固定基地站台和背负台, 实现全市范围的远距离报、话通信能力; 在县应急通信部门配备背负台, 能够实现对全县的覆盖, 必要时可以装到通信车或者指挥车上进行通信。

3. 2 天线种类选型

固定台建议采用全向三线基地宽带天线, 可实现1 500 ~ 2 000 km半径内的语音、报文传输, 对全省的地级市和县实现无缝隙覆盖。全向三线基地宽带天线采用宽带匹配网络和加载技术, 天线具有工作频带宽、电压驻波比小、辐射效率高、免天调等技术特点。全向三线基地宽带天线采用三线偶极结构, 具有性能稳定、抗风能力强、不易损坏等特点。 全向三线基地宽带天线根据不同的应用场景可以采用平拉方式架设或者倒V方式架设, 平拉方式架设适用于固定台的远距离通信, 倒V方式架设适用于固定台的中、近距离全向通信。

固定台除了全向三线基地宽带天线外, 也可使用高增益, 低仰角对数周期天线 ( LP) , 但天线价格昂贵。通信距离较长, 在实践中100 W短波自适应电台配这种天线, 可基本实现北京至昆明, 乌鲁木齐甚至拉萨全天候通信。如果通信质量要求不是太高, 也可使用价格相对便宜的天线如八木天线, 长线天线, 但长线天线需用天调。距离在600 km以内时采用水平双极天线可取得较好效果, 但水平双极天线占地较大, 中心站电台较多不适合布天线阵。

车载式和背负式短波电台根据电台的不同功能配备不同的电台天线, 通常配置为车载鞭天线和便携天线杆等。

3. 3 其他考虑因素

车载式和背负式短波电台建议选用具有双天线插口、能够实现一机多用 ( 可用于基地、车载、背负等多种方式) 的数字化背负电台, 便于系统改造升级和节约以后的建设经费。在日常情况下配备双极或三线天线作为基地电台使用, 与上级单位保持畅通; 在紧急情况下可去掉基地天线接头, 移至应急车或者通信车上配合车载天线作为车载电台赶赴现场并在行进中与上级单位保持畅通; 当车载鞭状天线处于短波近距离通信盲区无法与指挥中心通信时, 可利用电台的双天线插口临时架设简易固定天线实现无盲区通信; 当道路中断, 车辆无法继续前进, 取下车载电台转作背负电台徒步到达救灾现场, 即可在徒步行进中与上级单位保持畅通, 也可在到达现场后临时架设简易天线作为现场通信中心 ( 作为现场指挥部的现场通信保障手段) 与上级单位保持畅通, 将前端实时情况传回指挥中心, 指挥中心给予相应的指挥调度, 最大限度地保证人民生命财产安全。

4 多网系融合设备的配备

为了解决短波通信网与其他通信的融合问题, 同时提高整个短波通信网络的可靠性, 必要时可以配备多网系融合设备, 通过该设备可以将短波无线通信和有线通信、卫星通信及超短波通信等通信手段进行融合, 通过其他制式的承载网络, 实现对短波系统的延伸和扩展, 从而可以大幅度提高通信效率。 多网系融合系统通信示意图如图2 所示。

5 网络遥控设备的配备

由于短波电台发射时有较强的辐射, 严重时会对周围的人员和设备形成伤害, 为了避免该情况的发生, 必要时可配备网络遥控设备, 如图3 所示。通过该设备可以实现将短波电台及天线架设在远离指挥中心的地方, 网络遥控转换设备与短波电台相连, 同时通过通信传输光缆将控制信号和音频信号传输到指挥中心, 操作人员可以在指挥中心对短波电台进行遥控操作, 从而可以增加人员的安全性。

6 短波通信网人员配备

针对目前应急通信部门工作人员的现状, 需要配备短波通信网系统日常维护和操作人员, 短波通信由于需要较高的操作和维护经验, 只有专门从事该领域的工程师, 才能够对系统较了解, 鉴于这种情况, 需要对整个通信网进行定期的维护和定期演习, 使得操作人员对系统更加熟悉, 经过长期的经验积累, 才能够掌握短波通信领域的相关知识。

7 结束语

本文重点以省级应急通信部门为例, 介绍了短波通信的网络结构和构成要素, 这些方面同样适合于国家级、市级、县级的短波通信网的建设, 目前短波通信设备种类很多, 技术成熟, 价格相对经济、安装方便、反应迅速等特点, 是应急通信的必备设备。

应急通信部门作为突发事件的主要指挥和协调单位, 如何在突发事件的事前预防、事发应对、事中处置和善后管理过程中, 保障通信链路的畅通, 已经是一个迫切需要解决的问题。

短波通信网的组建, 作为应急突发事件的最后通信手段, 可以有效地提高突发事件的处置效率, 为尽量减少人民群众的生命和财产损失提供技术保证。

参考文献

[1]张维平.政府应急管理--一案三制创新研究[M].合肥:安徽大学出版社, 2010.

[2]沈琪琪, 朱德生.短波通信[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2001.

[3]吕笛, 秦仁军, 严有光.短波双极天线应用方法研究[J].无线电通信技术, 2011, 37 (2) :35-38.

[4]陈建国, 张永静.通信网络拓扑抗毁性评估算法研究[J].无线电通信技术, 2006, 32 (1) :6-8.

[5]卜格鸿, 刘力天, 赵洪利.短波星型网组网协议设计及实现[J].指挥技术学院学报, 2001, 12 (4) :15-18.

[6]杨清海.软件无线电的功能实现[D].西安:西安电子科技大学, 2001:27-35.

[7]刘传铭, 王玲.政府应急管理组织绩效评测模型研究[J].哈尔滨工业大学学报 (社会科学版) , 2006 (1) :64-68.

[8]牛冲槐, 任朝江, 白建新.突发性公共事件中政府应急能力的测定[J].太原理工大学学报, 2003 (12) :21-25.

短波通信纠错编码技术研究 篇8

关键词：纠错编码,短波通信,Simulink

1 短波通信及纠错编码技术发展概述

短波通信又称高频 (HF) 通信, 是利用频率为3MHz ~ 30MHz的电磁波进行的无线电通信。短波通信因其具有通信距离较远、通信机动灵活、可迅速开通、网络重构方便快捷等特点, 是武警部队通信保障的重要方式之一。

由于短波通信依靠状态不是很稳定的电离层反射无线电波实现通信, 短波通信的信道存在干扰复杂、衰落严重、多径传播等特性, 使得实现有效、可靠的短波通信技术变得复杂, 难度增大。为了提高短波通信的可靠性, 纠错编码技术应运而生。经过半个多世纪的发展, 不断涌现出各种信道编码方案, 目前应用较多的纠错编码技术包括RS码、卷积码、Turbo码。

2 常用的纠错编码技术原理

2.1 RS码

RS码, 是一种重要的线性分组编码方式。该编码技术是利用伽罗华创造的伽罗华域 (Galois Field) 中的数学关系来把传送数据包的每个字节映射成伽罗华域中的一个元素, 每个数据包都按码生成多项式为若干个字节的监督校验字节, 组成RS的误码保护包, 接收端则按校验矩阵来校验接收到的误码保护包是否有错, 有错时则在错误允许的范围内纠错。RS纠错编码具有很强的纠正突发误码的能力。它的纠错能力强, 并且构造方便, 编码简单, 编译码设备也不太复杂, 被广泛应用在各种通信和计算机存储系统中[1]。

2.2 卷积码

卷积码是一种非分组编码, 适用于前向纠错法。卷积码的监督码元并不实行分组监督, 每一个监督码元都要对前后的信息单元起监督作用, 整个编译码过程也是一环扣一环, 连锁地进行下去[2]。卷积码主要优点是:第一, 编码复杂度非常低, 具有线性编码复杂度;第二, 译码复杂度主要由卷积码的约束长度决定, 一般译码复杂度不高;第三, 非常适合用在有干扰信号主要是加性高斯白噪声的信道上。缺点主要是:第一, 数据块长度较长的时候性能下降。第二, 当约束长度增加时, 其译码复杂度成2 的指数倍增长。

2.3 Turbo码

1993 年, 法国不列颠通信大学两位教授C.Berrou、A.Glaviex和他们的博士生P.Thitimajshima首次提出了一种新型信道编码方案——Turbo码, 由于它很好地应用了shannon信道编码定理中的随机性编译码条件, 从而获得了几乎接近Shannon理论极限的译码性能。Turbo码又称并行级联卷积码, 它巧妙地将卷积码和随机交织器结合在一起, 在实现随机编码思想的同时, 通过交织器实现了由短码构造长码的方法, 并采用软输出迭代译码来逼近最大似然译码[3]。Turbo码在信噪比较低的高噪声环境下, 不仅性能优越, 而且还具有很强的抗衰落和抗干扰能力。

3 短波通信纠错编码技术仿真分析

为比较三种纠错编码技术性能, 采用Matlab中的Simulink模块进行仿真分析。系统仿真的短波信道模型是基于Watterson短波信道模型思想, 利用Simulink模块搭建Multipath Rayleigh Fading Channel (多径瑞利衰落信道) 和AWGN Channel (加性高斯白噪声信道) 两种信道模型。其中, 在多径瑞利衰落信道中, 设置的主要参数为最大多普勒频移。在加性高斯白噪声信道中, 主要参数为信噪比Eb/N0。

运行模型, 设置加性高斯白噪声信道的信噪比 (d B) 参数为1, 2, 4, 6, 得到RS码 (15, 9) 的误码率分别为0.978、0.972、0.967、0.961, 卷积码 (2, 1, 7) 的误码率分别为0.1836、0.004672、4.5e-006、3.8e-006, Turbo码 (R=1/2) 的误码率分别为6.8359e-004、5.8594e-004、5.4181e-004、4.8828e-004;设置多径瑞利衰落信道的最大多普勒频移 (Hz) 参数分别为0. 1, 0.01, 0.05 , 0. 001, 得到RS码 (15, 9) 的误码率分别为0.6312、0.4545、0.3619、0.1818, 卷积码 (2, 1, 7) 的误码率分别为0.4822、0.4701、0.4957、0.4539, Turbo码 (R=1/2) 的误码率分别为5.8534e-004、4.6828e-004、3.9063e-004、3.5053e-004。

由仿真结果可以看出, RS码在多径瑞利衰落信道中性能较好, 抗突发错误能力较强;卷积码在加性高斯白噪声信道中误码率较低, 抗随机错误能力较强;而Turbo码无论是在加性高斯白噪声信道还是在多径瑞利衰落信道, 误码率均达到了10-4 数量级, 显示了优异的纠错性能。但Turbo码存在“地板效应”, 即误码率下降到一定程度再下降就很慢了。

4 结论

本文介绍了三种重要的纠错编码方式:RS码、卷积码、Turbo码, 通过建立Simulink仿真模型, 可以看出, Turbo码具有优越的纠错性能, 不仅在信噪比较低的高噪声环境下性能优越, 而且具有很强的抗衰落、抗干扰能力。经过分析, 短波电台信号通过Turbo码编译码技术实现信道编码, 通信的整体抗干扰能力和质量都得到很大的提升, 可以进一步提高武警部队日常执勤、处突的通信保障能力。

参考文献

[1]党百振.一种二级级联纠错编码的设计与分析[J].移动通信, 2013 (14) :74-77

[2]李校娟.卷积码的译码算法研究[D].西安:电子科技大学, 2013.