现代短波通信技术

现代短波通信技术（精选8篇）

现代短波通信技术 篇1

短波通信历来是军事指挥的重要手段之一。随着现代通信技术的发展, 短波通信在战场中的地位和作用亦日趋显著。因此, 有必要了解短波通信的特点、技术与装备及其发展趋势。

1、短波通信概述

利用短波进行无线电通信称为短波通信, 又称高频通信。短波通信的频率为1.5MHz~30MHz, 它既可以通过天波来进行远距离通信, 又可以利用地波进行近距离通信。

1.1 短波通信的发展现状

短波通信是历史最悠久的无线电通信方式。长期以来, 短波通信因其固有特点而被广泛用于政府、外交、气象、商业等各个部门。上世纪七十年代初, 卫星通信的兴起对短波通信造成了巨大冲击。然而, 经过实践人们认识到, 与卫星通信相比, 短波通信不但成本低、易实现, 重要的是其主要传播媒质-电离层具有天然的抗摧毁性。

上世纪八十年代后, 人们又重新探索研究短波通信技术, 利用自适应信道探测和频率管理等手段, 大大提高了短波通信质量、可靠性以及数据传输速率, 使得现代短波通信又重获广泛的应用前景。

1.2 短波通信的特点

天波是短波通信的主要传播方式, 而天波是靠电离层的反射来传播的, 由此决定了短波通信存在着独有的特点:

(1) 传播距离远。电离层对短波吸收少, 靠天波传播可以达到很远距离, 即使是中小功率的电台, 电波也能靠天波传播到很远的地方。例如TKR150A型电台属中小功率短波电台, 利用天波可以传播到一千公里以外的地方去。

(2) 衰落现象比较严重。衰落现象是由于利用天波传播时, 接收点收到了由两个或两个以上的途径传来的电波, 而反射这些电波的电离层又在不断变化造成的。尤其是在黄昏和拂晓, 电离层正处在急剧变动过程中, 衰落现象更为严重。

(3) 有时存在静区。在短波的较高频率工作时, 会出现地波收不到, 天波又超越接收点的区域, 这个区域就叫静区。接收者处在静区范围内时, 就收听不到对方的信号。

(4) 信号传输稳定性差及受大气和工业无线电噪声干扰严重等。

(5) 短波通信设备简单、易隐蔽、维护费用低及破坏后易恢复。

2、现代短波通信技术与装备

在现代短波通信中, 许多新技术得到了进一步的发展和应用, 由此短波通信系统及装备的性能也得到了较大提高。

2.1 现代短波通信技术

短波通信技术基本上都是围绕着克服和弥补短波通信原有缺点而发展起来的。近些年来, 短波通信新技术主要有以下若干方面:

(1) 短波自适应通信技术。短波自适应通信技术是现代短波通信的象征, 是短波通信技术发展史上的一次重大变革。它利用微处理机控制技术, 实现自动选频、信道存储及自动无线调谐。微处理技术的不断发展, 产生高速信号处理器 (DSP) , 利用信号处理器的快速傅里叶变换, 完成对音频编解码、信噪比测量等短波信道质量的高速探测, 因而能实时选择出最佳的通信信道, 克服短波信道的时变性、多径时延及噪声干扰等对通信的影响, 实现短波信道的高质量通信。短波自适应通信技术主要包括:自适应选频与信道建立技术、自适应跳频技术、功率和传输速率自适应技术及自适应调零天线技术等。

(2) 短波高速调制解调技术。在短波信道上传输高速数字、数据信号时, 遇到的主要问题是由多径传输导致的多径延迟, 其结果导致接收端信号在时间上被展开, 包括形状畸变, 从而增加了形成码间干扰和错误判决的概率。要实现高速传输, 必须对数字、数据信号进行适当的处理-调制解调。目前常用的窄带短波电台的调制解调器有串行和并行两种体制。正交频分复用调制方式具有传输速率快、频带利用率高和抗多径能力强等优点, 被广泛应用于短波通信领域。

(3) 短波传输频带扩展技术。在短波通信中, 由于主要靠天波传播, 每条路径受自由空间损耗、电离层吸收损耗和地面反射损耗等因素影响, 使得短波频段存在“窗口效应”和“多孔性”等现象。应用传输频带扩展技术, 则可以提高通信的抗干扰、抗截获能力, 提高通信传输容量。比较常用的传输频带扩展技术主要有短波直接序列扩频技术、高速跳频技术。

(4) 短波通信突发技术。“突发通信”就是将信息分包 (组) 后, 在某瞬间突然发出, 具有随机性和短暂性。信息每次发送时间短, 频率更换频繁, 发送时间难以捉摸, 因此抗截获能力强。目前, 突发通信时间短到60~200ms。在此体制中捕获序列码的设计与检测方法以及由于通信时间短, 同步的快速建立和自适应均衡器的快速收敛是设计中的难点, 现已基本解决。

2.2 现代短波通信装备

随着微电子技术的发展, 短波通信装备逐步走向集成化、综合化、智能化, 技术性能显著提高。比较有代表性的性能优良的设备和系统有:澳大利亚的HF-90H、西德的CHX-200 (智能化HF通信系统) 、美国的CHESS、HF2000系统以及法国TRT公司的MDM12/24等。

(1) HF-90H超小型跳频短波电台。HF-90H由澳大利亚Q-MAC公司推出, 其最突出的特点是采用了智能边带跳频技术。目前世界各电台生产厂提供的均是数字话音类产品。数字话音跳频的缺点是跳频频谱不够隐蔽, 容易被识别、破译和跟踪。HF-90H所采用的智能边带跳频模式利用SSB调制方式传送话音信号。常掺杂着强烈的噪声和十扰信号。智能跳频是一种具有极强频带适应性的技术, 能够周期性地自动测评跳频段内每个信道的信号强度, 并指令网内成员自动弃用嘈杂信道, 通过不断地“过滤”频率, 使通信背景明显净化, 提高通信质量。

(2) HF2000系统。1990年IEEE报道了美国Hughes公司设计和研制的高数据率抗干扰HF2000系统。该系统采用宽带快速跳频技术, 跳频带宽1.536MHz;跳频速率为2560跳/s, 其中2400跳用于数据传输。HF2000系统的调制解调器利用跳频和差分移相键控波形, 能把多径效应的影响减至最小, 而且能对抗天波频率跟踪式干扰机的威胁。若以每跳传输2bit数据, 则可获得4800b it/s的传输速率。HF2000系统采用一种灵活的结构, 利用宽带射频前端和大量的数字信号处理技术及DSP芯片设计, 实现了宽带快速跳频数据传输系统设备。

(3) CHESS系统。CHESS系统由美国Lockheed Sanders公司推出, CHESS系统是以先进的数字信号处理技术及高速DSP芯片为基础设计的, 它代表了新一代的短波扩频技术。跳频带宽为2.56MHz;跳速高达5000跳/s, 其中200跳用于信道探测, 4800跳用于数据传输。若每个频率发送4bit数据, 则可获得19.2kbit/s传输速率。美国国防信息系统局鉴定认为, CHESS系统不影响传统的高频信号, 通过利用相关跳频技术, 获得了理想的性能, 具有无干扰扩频、频谱复用、减少多径衰落影响, 以及降低干扰等特性。

3、现代短波通信技术的发展趋势

虽然现代短波通信近年来发展迅速, 通信质量、通信容量、效率、可靠性等都较以前大为改观, 但对短波通信技术的研究和探索仍然有着极为广泛的领域, 未来在以下几个方面仍需进一步研究。

3.1 研究具有多种自适应能力的综合自适应通信系统。

针对短波信道的时变、色散特性和人为干扰, 为使通信系统保持最佳性能, 必须将频率自适应、信号处理自适应、信息传输自适应、功率自适应、带宽自适应、分集自适应、天线自适应等集于一体, 发展短波通信综合自适应系统。

3.2 研究最佳短波抗干扰通信理论, 探索智能化、综合化抗干扰技术体制

短波通信是战时指挥的唯一可靠途径, 随着干扰手段向宽频域、多样式、多层次方向发展, 抗干扰措施也将趋于综合化、智能化以及多体制并存, 其具体的发展领域为:信号处理、空间处理和时间处理等。

3.3 加强高频网络化技术研究, 探索能适应现代战争要求的抗毁性结构网络

现代短波通信网主要有两类, 一类是具有主控节点的集中控制系统, 一类是具有灵活分布性网络结构的自适应、自组织网络。后者能自动组织和适应由于网络拓扑变化引起的接续变化, 网络的生存能力强, 使通信具有智能决策能力。我军的高频无线电通信应提高网络的快速反应能力和抗毁性, 使网络结构逐步走向最佳抗毁理论。

3.4 发展综合电子装备, 实现装备的轻型化、模块化、综合化、软件化

为适应现代电子战的需要, 探索一种采用“系统集成”的方案, 最大限度地发挥战术、技术和装备的综合应用效能, 形成通信体系对抗的新型主战兵器。充分利用新技术、新工艺、新器件及超大规模集成电路和芯片, 减小设备的体积和重量。在模块化的基础上, 发展新型装备, 功能选件采用插换式模块板, 进一步提高装备的可靠性、维修性和灵活性。

摘要：短波通信在战场中的地位和作用日趋显著。本文介绍了短波通信的发展现状及特点, 叙述了几种现代短波通信技术及典型装备, 并对未来短波通信技术的发展趋势进行了阐述。

关键词：短波通信,技术与装备,发展趋势

参考文献

[1]张冬辰, 周吉.军事通信.国防工业出版社, 2008.

[2]中国人民解放军总装备部.短波通信技术.国防工业出版社, 2002.

[3]陈太一.战术无线电台.军事科学出版社, 2006.

现代短波通信技术 篇2

HF：高频，所指的就是短波波段1600千周--30000千周（180公尺--10公尺）FM：调频，是一种通信方式

调频（FM），就是高频载波的频率不是一个常数，是随调制信号而在一定范围内变化的调制方式，其幅值则是一个常数。与其对应的，调幅就是载频的频率是不变的，其幅值随调制信号而变。

一般干扰信号总是叠加在信号上，改变其幅值。所以调频波虽然爱到干扰后幅度上也会有变化，但在接收端可以用限幅器将信号幅度上的变化削去，所以调频波的抗干扰性极好，用收音机接收调频广播，基本上听不到杂音。

使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。已调波的振幅保持不变。调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母FM表示。

载波的瞬时频率按调制信号的变化而变，但振幅不变的调制方式。载波经调频后成为调频波。用调频波传送信号可避免幅度干扰的影响而提高通信质量。广泛应用在通信、调频立体声广播和电视中。

我们习惯上用FM来指一般的调频广播（76-108MHz，在我国为87-108MHz、日本为76-90MHz），事实上FM也是一种调制方式，即使在短波范围内的27-30MHz之间，做为业余电台、太空、人造卫星通讯应用的波段，也有采用调频（FM）方式的。FM radio即为调频收音机。

FM调频即收音机功能。作为MP3的一项附加功能，从实用角度来说，现在的MP3这方面做得并不很出色，应该说还不如普通的收音机，在接收范围、精度等等方面还都有差距，只能说是一个有益的补充。当然，如果你注重这个功能的话，也有做得不错的产品。而在具体机型上，针对FM，不同产品还有细分，是否可以保存选定的频道、可以保存多少个频道、立体声和普通声道可以自己设定还是由机器来设定。

SSB：单边带话通信

在短波（HF）段一般采用占用频带较窄的单边带话，简称SB方式（Single Side Band）。在通信中双方直接利用语言，主要是英语明语以及“通信用Q简语”和“缩语”交谈。

单边带话又分上边带（USB）和下边带(LSB)

一般通信系统中，载波音频信号调制后，包含载波频率和上，下两个边带，这两个边带均能用来传输信息。通常传递信号，仅需要一个边带就可以了，但在一般的通信系统中，往往把载波频率和上，下边带一起发送去，这样在载波和另一边带中消耗了发射功率中的大部分功率，而且还要占用较宽的通信频带。为了提高通信效率和节约通信频带，在通信时，可将载波和另一边带去掉，只发送一个边带，这种通信方式就称为单边带通信。

根据国际协议，短波通信必须使用单边带调幅方式（SSB），只有短波广播节目可以使用双边带调幅方式（AM）。因此，国内外使用的短波电台都是单边带电台。

单边带通信的优点是：节约频带，节省功率，由于单边带发射机不发送载频，提高了保密性。

单边带通信的缺点是设备比较复杂。

发送和接收调幅信号的两个边带中的一个边带信号的无线电通信设备。通常由发信机、收信机、天线、电源和终端设备等组成。只用一个边带(上边带或下边带)传送信息的制度，称为“原型单边带制”。把上下边带各传输不同信息的制度，称为“独立边带制”。军用单边带电台，主要采用独立边带制，通常每个 3千赫的边带，可传送一路话或多路报。

单边带通信技术于1915年发明，1923年进行了横跨大西洋通信试验，1933年以后为大多数远洋通信所采用。从1954年起，单边带电台在军用无线电通信系统中迅速发展，逐步取代了普通的调幅电台。单边带电台在传送话音信号时，话音信号和频率合成器产生的高稳定度的低载频信号，同时加到发信机的调制器上，经调制器的作用，产生上下边带信号并抑制载频，再经滤波器把某一边带滤掉，只让另一边带的信号搬移到较高的工作频率上，并加以放大，送至天线发射出去。收信机将天线接收的射频单边带信号，搬回到较低的频率上，并加以放大，送入单边带解调器。在解调器中，必须同时加入低载频信号，将原话音信号还原出来。

单边带电台在传送电报信号时，主要采用移频键控的方式。移频键控信号产生器，可作为发信机的一个部件装入机内，也可作为外附的电报终端设备，它的作用是将键控信号，分别转变为不同频率的无线电信号发出。为接收移频键控信号，单边带接收机内需有移频键控信号接收器或外附的电报终端设备，其作用是将接收到的移频键控信号恢复成相应的键控信号。

现代短波通讯技术的应用 篇3

关键词：短波通讯

一、引言

经过技术改造的短波通讯设备，多年来在没有通讯社会依托的北非撒哈拉沙漠石油管道工程施工通讯中被采用。本设备采用了目前应用较多的自适应选频技术、误码差错控制等现代控制技术。实践证明，采用现代短波通讯技术能够提供高质量、高可通率通讯线路，可以说短波通讯比卫星通讯更为可靠。

二、短波通讯的概念与应用

短波通讯是指利用频率为3MHZ—30MHZ(波长为10-100米)的电磁波进行的无线电通讯。短波通讯能实现几千公里甚至上万公里距离的信息传送。因此从20世纪初一直到60年代中期，短波通讯一直是远距离通讯特别是洲际通讯的主要手段。短波通讯可以传送电报、电话、传真、低速数据和语言广播等多种信息。在卫星通讯出现之前，短波在国际通讯、防汛救灾、海难求援以及军事通讯等方面发挥了独特的重要作用。短波通讯也称为高频(HF)无线电通讯，它被广泛应用于政府，军事、外交、气象、石油勘探商业等部门用以传送语言、文字、图象、数据等信息。

三、现有短波通讯的缺点

短波通讯的质量随时都受电离层特性的影响，电离层时高时低经常变动。是一种不稳定的时变媒体。而且具有多种复杂的时变因素，如昼夜、季节的变化，太阳黑子活动等。都会对电离层造成影响。从而导致信号传输质量的不稳定，产生干扰以及数据传输误码等。此外，短波通讯受带宽限制，信道非常拥挤，信道之间的相互干扰十分严重，而且现有短波通讯无法抵御窃听和各种有意干扰。

四、现代短波通讯中的新技术

近年来，为了克服现有短波通讯存在的缺点，现代短波通讯系统采用了许多新的技术，以求在发射功率不大的情况下，使系统性能达到高质量水平。

4.1时实选频技术

时实选频系统目前有两类：一是自适应频率管理系统，它在短时间内对全频段快速扫描和探测，不断预报各频率可用情况。二是融探测与通讯为一体的频率自适应系统，安采用收发双方可靠呼应技术，线路质量分析(LQA)技术和自动线路建立(ALE)技术，使短波通讯频率随信道条件变化而自适应地变化，确保信道始终在质量最佳信道上进行。自适应选频能充分利用频率资源降低传输损耗，减少多径影响，避开强噪声与电台干扰。提高通讯链路的可靠性。因此，现代短波模拟通讯已普遍采用了自适应时实选频技术。

4.2自适应技术

自适应技术是指实时或频繁地利用各种探测技术，根据探测结果自动调整设备参数，达到最佳通讯效果。短波自适应通讯的核心是自动选择最佳的工作频率，自动选用无线电信道和自适应数据传输。应用自适应选频、收发、调制解调、编码、均衡以及天线等多种自适应技术。在严重干扰条件下，短波通讯自动改变工作频率、数传速率、调制方式、编码和纠错、编码方式，最大限度地降低误码率。自适应技术克服了多种时变带来的复杂影响，提高了现代短波通讯中数据传输的质量。

4.3跳频技术

跳频(FH)是指载频按照数字码系统规定的时频图形，使频率相应跳变的一种扩频技术，可以对抗多径干扰，邻近频道干扰，人为瞄准式干扰，可以提高短波通讯的保密性和可靠性，传统的短波慢跳频跳速为10H/S—100H/S。自适应技术与跳频技术结合，实现自适应跳频，能在质量良好的信道上进行跳频，跳频信道驻留时间可随意变动。

现代短波跳频有两种自适应方式：一是频率自适应跳频，它基于对信道参数的探测，并适应信道质量的变化，自动在最佳频率集上进行。二是干扰自适应跳频，它基于对信道中干扰信号参数的估计，采用干扰自适应抑制和自动躲避干扰的跳频。

4.4差错控制技术

现代短波通讯常用两种差错控制技术。一是自动请求重发(ARQ)技术，即收端进行检错并通知发端重发错误信息。因而也称反馈纠错，它对随机差错和突发差错都有良好效果。二是正向纠错(FEC)技术。它利用纠错码在收端进行自动纠错，这需要大量的冗余码，一般占码元总数的25%～50%。

五、结束语

现代短波通信技术 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

浅析短波、超短波通信的发展趋势 篇5

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.

短波通信技术发展与分析 篇6

一、短波通信技术的特点分析

1. 波形

短波通信西洞中的自动链路及数据传输将使用相同的突发波, 进而起到提高系统灵活性的作用。

2. 信道分离

短波通信系统把呼叫信道及数据流信道进行分离并让二者之间相邻, 以便他们保持传输特性上相近。信息分离一方面可以让信息流量各自承担, 另一方面可以保证信息传送过程中的高效率性及链路建立的快速性。

3. 链路建立的同步性

第二代短波通信以异步方式建立链路系统, 而第三代短波通信技术将异步方式和同步方式都采用。同步方式相比之于异步方式具有延时更小的特点, 电台的驻留信道在在这种方式下某一时间内是确定的。

4. 管理业务能力强

第三代短波通信技术对各种业务都具备良好的管理能力, 在建立链路的同时可以自动的确定通信的双方所采用的抗干扰及数据体制。同时还具备快速建立链路、同步建立及信息携带的功能。

5. 具有可靠地最低限度的通信能力

第三代短波通信技术技术与极低速技术结合在一起, 在极其恶劣的环境下实现最低限度通信。极低速的链路建立能力可以达到-20d B, 定调频和数据通讯在正常的情况下无法实现的极低速可以完成。

二、短波通信技术的发展趋势

目前的短波通信技术主要指的是频率自适应技术, 而未来的短波通信技术将朝着更全方位的方向发展。

1. 短波自适应数字通信技术

(1) 专用选频和通信系统建立。目前我们常用到的自适应选频与信道建立技术都是与通信结合在一起, 这种方法的缺点是选频质量大大低于专用选频系统的频率质量。为了确保频率质量, 为了提高短波通信质量, 我们应该将专用选频系统和自适应通信系统结合在一起; (2) 传输速率技术。短波通信选定工作频率后, 前提是采用传输速率自适应技术, 才可能随时获得信道上最大数据吞吐量。我们在允许的误码率范围内应尽可能选择高的数据传输率。为便于确保通信质量, 系统所采用的编码和调制方法应与信道条件相关联。当信道传播性良好的时候选择较高传输效率发送信息, 反之较差的时候, 降低传输速率。

2. 高速调制解调技术

当前受到广泛应用的窄带短波电台一共有串行调制调解器和并行调制调解器。串行体制的调制调解器使用的是单载波进行信息发送, 最高速率可达到9.6kb/s, 这种体制的调制调解器对均衡提出了较高的要求。并行体制的调制调解器主要是将传输的数据并行发送到多个子载波上进行传输。传统的并行体制中, 各子载波之间在频谱上互不重叠, 但在目前而言, 其最高的速率仅为2.4kb/s。

3. 组网技术

根据当前的形势, 传统的短波通信业务包括话、报、点对点数据等已不能再适应数字化战场的应用需求, 因为当前的短波网络需要支持更多的应用, 而且它还有望成为Int ernet的一部分, 事实上, 短波通信正如其他普通通信一样, 已稳步迈入了网络化时代。而如今的第三代短波通信网络的发展是建立在美军标MIL-STD-188-141B的基础上的, 它在某些方面的性能与第二代网络较之有很大的进展, 比如像自动链路建立 (Aut o Link Est ablishment, ALE) 、信道效率、网络管理、路由协议及与Int ernet互连等。但是也由于短波信道的特殊性, 全网各电台该如何进行实时选频以及频率复用等问题还有待我们进一步解决和研究。

结论:

由于短波通信技术在诸多领域都有其特殊的存在作用, 在移动通信和互联网络高度发展的今天, 世界各国都没有停止对其的开发应用和研究, 短波通信技术正在不断取得重大技术的突破, 推动着该领域的不断前进。如今, 短波通信伴随我们已经步入了信息数字化时代, 在未来的科学技术发展中, 一度被人们认为落后的短波通信技术一定会以其崭新的面貌进入先进通信领域的行列, 为各个行业的发展提供更优质的服务, 推动世界的发展和进步。

参考文献

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[3]钟志明, 徐以涛, 邱炜.短波信道下的信号调制方式识别[J].电讯技术, 2009, (04) .

[4]陆万宏, 薛磊, 刘亚.一种基于干扰可信赖度的通信干扰效果评估方法[J].电子信息对抗技术, 2007, (05) .

短波通信纠错编码技术研究 篇7

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.

一种短波通信信道探测技术 篇8

在通信系统设计中,需要进行通信链路计算,以决定发射功率、接收灵敏度及天线设计增益,而链路计算中,非常重要的一个参数即是链路损耗,在短波通信链路中,电波的自由空间损耗和电离层吸收损耗是组成短波通信链路损耗的主要参量[1],电离层吸收损耗随日落、日出及太阳风暴等其他因素变化剧烈[2],在短波通信链路损耗中占主导地位,因此获得短波通信链路损耗非常重要。而在实际工作中,通常会选择一个参考值来计算,但该值的选择随着空间和时间的变化各不相同,因此设计的短波通信系统可靠性不高,这也是制约短波通信应用的一个重要因素。

电离层垂直探测仪,也叫测高仪,是一种专门用于电离层研究的工具,它垂直向上发射可连续变化频率的高频无线电波,当无线电波到达电离层后,由于电离层具有反射高频无线电波的特性,所以有部分电波能量将反射回地面,测高仪接收系统接收该电磁波,通过测量电波能量、返回时间来获得电离层探测链路损耗和电离层对高频无线电波的频率选择特性(电离层对不同频率的电磁波反射高度和吸收程度不同),电离层反射高度与频率的关系曲线就是电离层频高图[2],该图谱为电离层研究的原始参考资料,在该图谱中加入回波能量幅度,即为三维频高图。

将垂直探测仪收发装置放置于两地,则电离层频高图就演变为两地间短波链路测试图谱,该图谱反映了在两地间短波传播的模式及可用频率等信息,如果是三维频高图则可以获得短波链路损耗,但是电离层垂直探测仪对回波能量测量精度有限,将该值直接应用于短波通信系统链路计算,也不能提高短波通信系统可靠性。而提高电离层回波能量测量的精度,获得精确的电离层损耗是本文的主要工作。

1 工作原理

1.1 电离层环境与短波通信

大气层之上,高度60~500 km以上的区域,一部分空气分子被太阳紫外线电离产生电离气体。这些电离气体称为等离子体,这一区域称为电离层。由于太阳辐射光线穿透大气层不同区域时的能力不同,以及电离层受到辐射的昼夜变化,使电离层电子密度的分布存在着明显的随高度和经纬度而不同的空间结构变化,以及随昼夜、季节与太阳活动周期而不同的时间变化。

电波传播理论中的阿普顿-哈特里公式指出,不计碰撞和地磁场的影响,对应于电离层中某一高度的电子密度值N,各有一个频率(fN)值。根据这一理论,短波通信系统的高频无线电信号通过天线向电离层辐射时,其频率等于fN时,电波就从与N相对应的高度反射回来[2]。这即是短波通信的基本原理。当无线电波垂直向上进入电离层时:

上式将相应物理常数代入后,则得:

式中:f为探测信号频率,也是经电离层返回信号频率(单位:MHz);Ne为电子浓度(单位:个/cm3)。

由于电子浓度有最大值,当无线电波大于一定的频率以后,电波将不再被反射回地面,这个频率叫做最高可用频率。当电波斜向入射到电离层时,其最高可用频率和垂直入射最高可用频率存在以下关系:

式中:f0为斜向探测电波频率;fv为垂直探测电波频率;φ0为入射角。

1.2 国产TYC测高仪

国产TYC测高仪(见图1)是一种数字式电离层垂直探测设备,是中国电波传播研究所的第五代研制成果,它由发射机、接收机、天线、频率合成器、控制器和计算机组成,各分系统在控制器的控制下同步工作。首先,控制器控制合成器产生1~32 MHz连续变化的高频信号,该信号通过探测仪发射系统,垂直向上向电离层辐射电波,当垂直入射电波信号频率(f)与某高度电离层电子浓度Ne所对应的等离子频率fN相等时,电波就会从该高度反射折回地面。垂直接收系统接收返回信号,记录电离层的特征信息,并形成电离层能反射的频率与其相对应的等效反射高度的关系图(简称频高图),并反映出各层电子浓度分布。

1.3 短波信道探测系统

1.3.1 系统设计

充分利用国产TYC测高仪成熟技术,改造高频接收机,增加信号采集与处理模块,将接收机中频信号进行高速采集,再用专用信号处理器DSP对信号进行处理分析,提取回波信号能量、时延。短波信道探测系统设计如图2所示。

1.3.2 接收机设计

由于需要精确测量电离层回波能量,因此接收机必须具备较好的线形增益和动态范围,在本次设计中,接收机增益设计为64 dB,动态范围设计为90 dB。这是本次系统设计的难点也是重点。

由于数字接收机信号输入幅度要求≤2 Vp-p(10 dBm),因此接收机工作在线性范围内的最大输入信号幅度表示为:

当信号幅度大于AMAX时,接收机工作在非线性放大区,此时接收机的线性动态范围为:

设计程控衰减器来拓宽接收机线性动态范围,程控衰减器设计为0~40 dB可控衰减,当信号大于AMAX时,启动衰减器,减小输入信号,使接收机工作在线性范围内,因此接收机实际线性动态范围为:

2 实例分析和讨论

利用以上设计系统,对北京-青岛短波通信链路进行了测试,获得了以下数据:

图3给出了6.15 MHz通信信号探测图谱,图中横坐标为采样点,起始距离为600 km,每个采样点对应5 km探测距离,纵坐标为回波信号幅度,该通信频率有三个反射点,分别在E层、F1层和F2层,信号发射功率为1 kW,回波功率如图3所示(接收机增益为64 dB),经计算可得,在6.15 MHz,该通信链路的E层、F1层、F2层损耗分别是126.04 dB,120.02 dB,127.98 dB。如设计短波电台接收灵敏度为-100 dBm,则该短波系统发射功率只需-100 dBm+120.02 dB=20 dBm,即0.1 W(一般短波系统均有一定的冗余设计,实际发射功率略大于该值)。

将1~20.2 MHz频率间隔为30 kHz的整个短波波段探测数据合成,得到如图4所示图谱,从该图谱上不但可以获得每个频点的链路损耗值,也可以得到信道随频率变化的趋势。

3 结语

以上介绍了在国产TYC测高仪的基础上,设计短波通信信道探测系统,该系统能够实时地获得多个频点高精度短波通信链路损耗信息,这对短波通信系统的设计和应用具有非常重要的意义,也可以在此基础上展开短波通信选频及频谱管理研究。

参考文献

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[2]朱正平.电离层垂直探测中的观测模式研究[D].北京:中国科学院研究生院,2006.

[3]丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,2002.

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[5]张岩波.正交频分复用系统信道估计技术研究[J].现代电子技术,2012,35(21):22-24.