短波通信新技术

时间：2021-02-02 17:19:23 通信工程毕业论文我要投稿

短波通信新技术

　　短波通信新技术【1】

　　摘要：短波通信有自身独特的优点，广泛应用于政府、军事、外交、气象、商业等部门，但也存在固有的缺点。

　　本文介绍了短波自适应频率、DSP数字消噪、无盲区通信以及短波组网等新技术的一般原理、性能特点、产品及相关情况，分析了短波通信发展需求和趋势，为同行提供参考、借鉴。

　　关键词：短波;自适应频率;DSP数字消噪;无盲区通信

　　一、引言

　　短波通信又称高频（HF）通信是指在3M—30MHz频段范围内，通过电离层反射进行远距离传输或通过地波进行近距离传输的一种通信手段。

　　短波通信与其它通信方式相比，有自身的优点：通信距离远，在数千公里范围内短波不需要转发器就可进行超视距通信;抗毁性强，短波是唯一不受网络枢纽和有源中继体制约的远程通信手段，一旦发生战争或灾害，各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击，但电离层具有不可摧毁性;接收设备简单，对于广播业务，接收端只需要配置短波接收机即可。

　　正是由于这些优点，短波通信一直是世界各国中、远程通信的主要手段，广泛应用于政府、军事、外交、气象、商业等部门。

　　短波通信也存在固有的缺点：多径衰落现象严重，短波在电离层反射的传播过程中，信号振幅变化达几十倍，甚至几百倍;盲区内通信困难，一般来说，短波通过地波传播最远距离约为30公里，而天波从电离层第一次反射落地的最短距离约为100公里，因此30公里至100公里的区域，形成了短波通信的盲区;电离层暴变严重干扰短波通信，电离层参数受太阳等外界影响，F2层的电子浓度、有效高度以及电离层结构将产生不规则变化，使电离层的最高可用频率降低，甚至完全破坏而使短波通信中断。

　　近年来，随着短波通信在航空导航、水上安全、抢险救灾、军事通信等方面的广泛应用，其稳定性和可靠性差的缺点日益突出，给短波通信研究带来了很大的挑战的同时，短波通信新技术发展也面临着前所未有的机遇。

　　二、自适应频率

　　短波信道（电离层）是一种典型时变色散信道，其路径损耗、时延散布、噪声和干扰等都随频率、地点、季节、昼夜的变化不断变化，因此，短波通信中工作频率是不能任意选择的。

　　统计表明，即使在夜间通信环境最坏的情况下，短波频段也有4%左右的无噪声信道，而中午约有27%的信道干扰很小或不存在干扰。

　　所以，实时避开干扰，找出具有良好传播条件的无噪声信道是提高短波通信质量最有效的途径。

　　实现这一目标的关键是采用短波自适应频率技术，目前自适应频率经历了短波频率管理、2G—ALE两个成熟阶段，正向3G—ALE发展。

　　（一）频率管理系统

　　短波频率管理系统是在一定区域内组成频率管理网格，在短波范围内测量和分析各种信道参数和干扰分布，根据综合分析和计算结果，得到通信质量优劣的频率排序表，统一分配给区域内各短波通信用户，使用户在最佳工作频率上的建立通信链路。

　　短波频率管理实质是对区域内的用户提供实时频率预报，采用的技术称为实时信道估值RTCE（Real Time Channel Evaluation）技术。

　　频率管理系统的特点是通信与探测分离，探测设备昂贵，这一发展过程也称为短波自适应技术的1G—ALE阶段。

　　（二）2G—ALE通信系统

　　20世纪80年代中期，出现了在通信系统中直接采用RTCE技术，对短波信道进行探测、评估和通信一并完成的短波自适应电台。

　　这种电台能够实时选择出最佳的短波通信信道，使得短波工作频率随信道条件变化而改变，确保了通信始终在质量最佳的信道上进行。

　　2G—ALE通信系统具备如下功能：

　　（三）链路质量分析LQA （Link Quality Analysis）：在2G—ALE通信系统中，RTCE功能称为链路质量分析LQA。

　　一般LQA都是在通信前或间隙中进行的，并且只在有限短波信道上进行，所获得的数据存储在LQA矩阵中。

　　实际通信时，系统根据LQA矩阵中各信道的排列次序，择优选取工作频率。

　　（四）自动扫描接收：为了接收选择呼叫和进行LQA试验，网中所有电台都具有自动扫描接收功能，可在预先规定的若干信道上循环扫描，等候呼叫信号或者LQA探测信号。

　　（五）自动链路建立ALE （Automatic Link Establishment）：根据LQA矩阵，系统全自动建立通信链路，这一功能称为自动链路建立ALE的功能。

　　它是基于接受自动扫描、选择呼叫和LQA综合运用的结果，也是2G—ALE与1G—ALE系统的最大区别。

　　（六）信道自动切换：在通信过程中，遇到电波传播条件变坏或严重干扰，短波自适应通信系统可以切换信道，使通信频率自动调到LQA矩阵中次佳频率上。

　　3G—ALE通信系统

　　在2G—ALE通信系统基础上，3G—ALE通信系统进行了许多改进：

　　1。驻留组划分

　　引人了驻留组（Dwell Group）的概念，将网络中的所有电台划分成多个驻留组。

　　同一时间、同一组内的电台工作在同一信道上，而不同的组工作在不同的信道上，降低系统的阻塞。

　　2。地址结构

　　网内的每一个台站分配一个单独的11比特地址，低5位为驻留组号，高6位为组内成员号。

　　网内最多有32个驻留组，每组最多有60个台站，网内最多可容纳32×60 =1920个台站。

　　3。信道分离技术

　　采用呼叫信道和数据流信道分离，并保持呼叫信道与数据流信道相邻，以使它们在传输特性上保持一致，有利于对传输信道的监听，保证信息传送的高效率和链路建立的快速性。

　　4。时隙结构

　　电台在每个信道上的驻留时间为5。4s，共分为6个时隙。

　　其中第1时隙用于调谐和监听，第2～5时隙用于呼叫和应答，第6时隙保留作为握手、通知等。

　　划分时隙技术减少信道拥挤。

　　ALE通信系统很好地解决了短波通信的频率选择问题，但是也不可避免地带来探测呼叫大量占用网络通信时间、选择和适应频率的`局限性、建立通信链路慢等问题。

　　最近，澳大利亚柯顿公司最新研制的NG下自优化电台，基于过去用过的信道（频率）、收发链路（双方的联络信息）和登陆时间等信建立的CALM智能化链路质量数据库，较好地解决这些问题。

　　短波通信新技术与新体制【2】

　　【摘要】随着微处理器技术、数字信号处理技术（DSP）技术、自适应技术、扩频通信技术等现代技术的应用，大大提高了短波通信的质量和数据传输速率，增强了自动化、新业力能力，提高了自适应与抗干扰能力，形成了现代短波通信新技术、短波通信装备数字化与网络技术等。

　　【关键词】短波;信道;终端;网络技术

　　短波按照国际无线电咨询委员会（CCIR）的划分是指波长在100m～10m，频率为3MHZ～30MHZ的电磁波。

　　利用短波进行的无线电通信称为短波通信，又称高频通信。

　　实际上，为了充分利用短波近距离通信的优点，短波通信实际使用的频率范围为1。5MHZ～30MHZ。

　　自从1921年发生在意大利罗马的一次意外事故，短波被发现可实现远距离通信以来，短波通信迅速发展，成为了世界各国中、远程通信的主要手段，被广泛地用于政府、军事、外交、气象、商业等部门，用以传送电报、电话、传真、低速数据和图像、语音广播等信息。

　　在卫星通信出现以前，短波在国际通信、防汛救灾、海滩救援以及军事通信等方面发挥了独特的重要作用。

　　20世纪80年代以来，计算机、移动通信和微电子技术的迅猛发展，促进了短波通信技术和装备的更新换代。

　　特别是随着微处理器技术、数字信号处理技术（DSP）技术、自适应技术、扩频通信技术等现代技术的应用，大大提高了短波通信的质量和数据传输速率，增强了自动化、新业力能力，提高了自适应与抗干扰能力，形成了现代短波通信新技术、短波通信装备数字化与网络技术等。

　　一、现代短波信道技术

　　现代短波信道技术主要分为两大类：一类是针对短波变参信道的特点，为了克服短波空间信道的不稳定怕对通信质理的影响，提高短波通信，特别是短波数据通信的可靠性和有效性而发展起来的，称之为信道自适应技术。

　　这一类技术以短波实时选频与频率自适应技术为主体。

　　它使短波通信系统能实时地或近实时地选用最佳工作频率，以适应电离层的种种变化，同时起克服多径衰落影响和回避邻近电台干扰及其他干扰的作用。

　　可以说，这方面技术对于提高短波通信的可靠性与有效性具有关键的意义。

　　事实上，近些年来短波通信技术最重要、最显著发展进步正是在这个方面。

　　尽管自适应技术在短波通信中得到了多方面的应用，除频率自适应外，还有自适应均衡、自适应调制解调、传输速率自适应等等，但在很多场合所说的短波自适应通信或短波自适应技术，实际上就是指短波频率自适应通信或短波频率自适应技术。

　　另一类是针对短波通信存在的保密性不强、抗干扰能力差的弱点，以及电磁斗争的特点和规律，为了提高短波通信在电子环境中的生存能力，以及抗测向、抗侦察、抗截获、抗干扰等防御能力而发展起来的，称之为短波通信电子防御技术。

　　这一类技术以短波扩频通信技术为主，包括短波跳频和自适应跳频技术，以及短波直接序列扩频技术等。

　　短波跳频通信（直）是在收发双方约定的情况下不断地改变工作频率而进行的通信。

　　由于工作频率受伪随机码的控制，因此跳频通信具有很强的抗截获、抗x听及抗干扰能力。

　　与其它频段的跳频通信不同，短波跳频通信由于受到天波信道特性、天调阻抗匹配时间、信道切换时间等限制，跳频带宽一般小于短波频段宽度，在几十千赫到几兆赫。

　　只有地波传播低速跳频才能做到全频段跳频。

　　常规的短波跳频速率一般在几十到几百跳每秒。

　　短波自适应跳频通信是在短波跳频通信技术基础上发展起来的。

　　由于构建两地间的短波通信，受电离层信道和电磁干扰的影响，并不是任意一组频率都能够建立起通信链路实现通信的。

　　短波自适应跳频通信技频率自适应技术和跳频技术结合起来，通过频率自适应选出可通的“好频率”作为跳频频率表，从而避免了盲目性，提高了可通率。

　　与常规跳频通信体制相比，自适应跳频通信的体制的抗干扰性能大大加强。

　　目前，短波跳频技术体制正逐步实现由窄带模拟跳频向宽带数字跳频，慢速跳频向中高速跳频体制转变，并重点发展自适应跳频体制，以提高抗跟踪式、瞄准式和阻塞式干扰的能力。

　　新一代短波宽带高速数字跳频通信系统，由于在高速跳频频率合成器、宽带天线、宽带功放，以及快速信道探测等关键技术上取得了突破，每秒跳速可达2560跳。

　　当然，无论是短波跳频通信技术，还是短波直接序列扩频技术，不仅对提高短波通信电子防御能力具有重要的作用，而且对于改善短波信道性能，提高通信特别是数据通信的可靠性和有效性也具有良好的作用，从一定意义上讲，短波扩频通信技术是实现短波高速数据传输的主要选择之一。

　　除此以外，现代短波通信信道技术还包括短波自适应天线、高仰角天线、以及分集接收技术等。

　　二、现代短波通信终端技术

　　狭义地讲，在通信系统中，作为信息发送和接收的硬件设备称之为通信终端。

　　传统的短波通信终端包括电传机、电键、电子键、送受话器等。

　　广义地讲，通信终端作为人们享用通信业务的直接工具，承担着为用户提供良好的界面，完成所需业务功能和接入网络等多方面任务。

　　例如，在数字通信系统中，要实现信源与信宿间的数据通信，除了必要的编译码设备和差错控制设备以外，为了适应不同信道的传输特性，还必须采用适当的传输技术对数据进行必要的转换，以达到最佳的传输性能。

　　因此，调制解调器便成为数据通信业务中最常用的终端设备之一。

　　现代短波通信技术，主要针对短波通信存在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及有效性传输速率而发展起来的。

　　它主要包括短波调制解调器技术，差错控制技术等。

　　调制解调器是实现短波数据通信的关键部件，按调制方式分为多音并行和单音串行两种体制。

　　1。多音并行体制。

　　在话音通带内，把高速串行信道分裂成多个低速并行信道，以若干个副载波在基带有效带宽内并行传输信息，接收机输出多路数据信息，分路后分别进行数据解调，得到多路低速路据信号，经过重新组合恢复成高速数据流。

　　每个副载波承载的数据率相当低，码元长度相当于多径时延已足够大，能抗多径衰落影响。

　　常用的多音有16音、39音、52音，新型多音并行调制解调器采用FEC、分集、多普勒频移校正和DSP技术。

　　2。单音串行体制。

　　在一个话路带宽内，串行发送高速数据信号。

　　发送端采用SPSK调制，接收端采用高效自适应均衡，序列检测和信道估值综合技术，消除了多径传播和信道畸变引起的码间串扰。

　　串行体制不存在功率分散问题，在相同传输速率下，误码率比并行制改善1个～2个数量级，大大提高了传输质量。

　　三、短波通信装备数字化与网络技术

　　微电子技术的发展，促进大规模集成电路，微处理机在短波通信设备中的广泛应用，短波通信装备集成化、小型化、通用化程度大大加强，技术性能显著提高。

　　在短波电台中频部分对信号进行数字化处理，用软件编程灵活地实现宽带数字滤波、直接数字频率合成、数字上下变频、调制解调、纠错编码、加密解密等。

　　软件无线电台的高度可编程性，对于引入新业务、新技术非常方便，通过更换软件版本或个别硬件模块，电强容易升级换代，并大大缩短研制周期，降低产品开发成本。

　　现代短波通信网络技术主要包括短波跳频电台组网技术和短波数据通信网络技术等。

　　短波跳频电台组网具有特殊性，跳频网络是一个复杂的随机时序系统，实现跳频互通，技术体制和系统所有参数要完全相同，还要进行管理和授权。

　　短波跳频电台有同步组网和异步组网两种方式。

　　一般短波跳频跳速慢，同步保持时间长，大多采用同步保持法组网，由一部电台发出同步信号完成初始同步，在通信过程中随机地补发一些同步校正信号，以消除各台之间时钟误差。

　　上述短波通信新技术、新体制，都是针对解决短波通信存在的问题而产生和发展起来的。

　　其中有的已经在短波通信中发挥积极作用，有的即将进入实用阶段。

　　它们会进一步发掘短波通信潜力，使短波通信在信息社会和信息战中发挥出更大的作用。

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