(完成)第2章短波通信2(路威)

1、1第第2 2章章 短波通信系统短波通信系统理工大学通信工程学院卫星通信教研室理工大学通信工程学院卫星通信教研室军事通信系统军事通信系统路路 威威电话：电话：828026828026EMAILEMAIL：kahnlgdx.mtnkahnlgdx.mtn2内容回顾内容回顾q 短波通信的传播形式：短波通信的传播形式：q 短波通信的特点：短波通信的特点： 高频高频HF：频段：频段330MHz 地波传播，适合近距离通信地波传播，适合近距离通信 天天波传播，适合远距离通信波传播，适合远距离通信 传输媒介：电离层传输媒介：电离层3提问：提问：在短波通信中，存在哪些问题？在短波通信中，存在哪些问题？ 多径衰落

2、多径衰落 盲区盲区 干扰干扰 通频带窄通频带窄 电离层时变电离层时变43.2 3.2 短波自适应通信短波自适应通信5一、短波通信选频方法一、短波通信选频方法1 1、为什么要选频？、为什么要选频？2 2、选频方法有哪些？、选频方法有哪些？ 短波通信的频率是不能任意选择的，否则就短波通信的频率是不能任意选择的，否则就不能建立可靠的通信。不能建立可靠的通信。 长期频率预测长期频率预测 实时频率探测实时频率探测 自适应选频技术自适应选频技术63 3、长期频率预测、长期频率预测方法：基于月中值的概念方法：基于月中值的概念一、短波通信选频方法一、短波通信选频方法即根据往年的数据资料求得即根据往年的数据资料

3、求得该月份各天在同一时刻的统计平均值。该月份各天在同一时刻的统计平均值。73 3、长期频率预测、长期频率预测参数：参数：MUF-最高可用频率最高可用频率 FOT(OWF)-最佳工作频率最佳工作频率LUF-最低可用频率最低可用频率 MOF-最高观测频率最高观测频率8Greenwich Mean TimeFrequency图：实时观测和长期预测的区别图：实时观测和长期预测的区别 3 3、长期频率预测、长期频率预测9长期频率预测的缺点：长期频率预测的缺点： 1）长期预报和实时观测在一天内有很大偏差；）长期预报和实时观测在一天内有很大偏差；2）长期预报提供的）长期预报提供的MOT未必是最佳的；未必是最

4、佳的；3 3、长期频率预测、长期频率预测103 3、长、长期频率预测期频率预测3）长期预报没考虑多径效应的影响；）长期预报没考虑多径效应的影响；4）长期预报没考虑人为干扰因素；）长期预报没考虑人为干扰因素；多径缩减因子多径缩减因子fMRFMUF11一、短波通信选频方法一、短波通信选频方法4、实时频率预测、实时频率预测(RTCE技术技术)方法：通过实时探测信道特性，选择最佳工作频率。方法：通过实时探测信道特性，选择最佳工作频率。常用常用RTCERTCE技术：技术：ChirpChirp探测探测 导频探测导频探测错误计数错误计数 8FSK 8FSK 电离层脉冲探测电离层脉冲探测12(1)(1)电离层

5、脉冲电离层脉冲RTCERTCE探测探测 早期应用最广泛的早期应用最广泛的RTCERTCE形式，是一种时形式，是一种时间和频率同步传输和接收的间和频率同步传输和接收的脉冲探测系统脉冲探测系统；工作原理工作原理: : 发端在一组发端在一组离散频率离散频率上发射高能量的窄脉冲信号，上发射高能量的窄脉冲信号，收端同步地接收脉冲信号，通过数据处理系统计算出每收端同步地接收脉冲信号，通过数据处理系统计算出每个频率的信道质量，从而选择出最佳通信频率。个频率的信道质量，从而选择出最佳通信频率。13设发射的探测脉冲为：设发射的探测脉冲为：( )x t则接收信号可表示为：则接收信号可表示为：( )( ) ()|1

6、iy th u x tu du fim 当发送的探测脉冲足够窄时，接收机测量当发送的探测脉冲足够窄时，接收机测量的就是每一个信道的线性的就是每一个信道的线性单位脉冲响应函数单位脉冲响应函数。r 根据电离图确定最佳工作频段根据电离图确定最佳工作频段(1)(1)电离层脉冲电离层脉冲RTCERTCE探测探测( )( ) ()| 1imify th u x tu du “电离电离”图图 16r根据测量信道参数确定最佳工作频率根据测量信道参数确定最佳工作频率信号能量的测量信号能量的测量多径展宽的测量多径展宽的测量最大多径时延差的测量最大多径时延差的测量噪声干扰的测量噪声干扰的测量(1)(1)电离层脉冲电

7、离层脉冲RTCERTCE探测探测17(2) Chip探测探测典型典型ChirpChirp探测信号是频率线性扫描信号；探测信号是频率线性扫描信号；Chip探测频率变化图探测频率变化图ChirpChirp的含义：的含义：FM/CWFM/CW信号；啁啾声；啁啾信号；啁啾声；啁啾18(2) Chirp探测探测工作原理工作原理: : 通过实时测量通过实时测量接收信号功率的分布接收信号功率的分布和和电离图电离图，外加检测短波，外加检测短波频谱的占用情况频谱的占用情况，来确定最佳工作频率，从而完成实时选频来确定最佳工作频率，从而完成实时选频任务。任务。19(3) 导频探测导频探测工作原理：工作原理：在数据频

8、谱或另一些潜在的可用信道上插入低电平在数据频谱或另一些潜在的可用信道上插入低电平连续波音频信号；连续波音频信号；接收端通过对连续波信号的参数进行测量，利用信接收端通过对连续波信号的参数进行测量，利用信道参数和误码率之间的关系就可以用数据误码来实现道参数和误码率之间的关系就可以用数据误码来实现对信道状态的估计。对信道状态的估计。特特 点：点：优点优点: :其概念和实施简单，其概念和实施简单，RTCERTCE信号和数据信息易于信号和数据信息易于合并，易于实现自动化。合并，易于实现自动化。不足不足: :不能确定不能确定MUFMUF，不能辨认传播模式。，不能辨认传播模式。20(4) 错误计数错误计数R

9、TCE工作原理：工作原理： 探测信号轮流占用每个预选信道，发送探测数码，探测信号轮流占用每个预选信道，发送探测数码，接收机只要对接收的数码进行误码检测，以确定哪个接收机只要对接收的数码进行误码检测，以确定哪个信道最好；信道最好；特特 点：点：优点优点: :为直接测量数字数据的质量为直接测量数字数据的质量;不足不足: :正在传播信息的信道不能与其它代替信道进正在传播信息的信道不能与其它代替信道进行比较，从而要对正在工作的信道作出某种替代时缺行比较，从而要对正在工作的信道作出某种替代时缺乏充分的依据。乏充分的依据。21(5)8FSK信号探测信号探测RTCEr 为一种规范化的信号格式；为一种规范化的

10、信号格式；r 美国军标美国军标MIL-STD-188-141AMIL-STD-188-141A的附录的附录A A（自动线（自动线路建立系统）和我国路建立系统）和我国GJB2077-94GJB2077-94（短波自适应通（短波自适应通信系统自动线路建立规程）中对信系统自动线路建立规程）中对8FSK8FSK信号的选频信号的选频协议及自动线路建立均有详细的规定。协议及自动线路建立均有详细的规定。22一、短波通信选频方法一、短波通信选频方法5、自适应通信技术、自适应通信技术r方法：方法：融选频与通信于一体，并在最佳信道上自动建融选频与通信于一体，并在最佳信道上自动建立通信立通信。r类型：类型：频率自适

11、应频率自适应 功率自适应功率自适应速率自适应速率自适应 分集自适应分集自适应 自适应均衡自适应均衡 自适应调零天线自适应调零天线 23二、短波自适应通信系统二、短波自适应通信系统1 1、系统的基本组成、系统的基本组成数据终端设备数据终端设备调制解调器调制解调器遥控器遥控器自动天线调谐器自动天线调谐器发射机发射机自适应自适应控制器控制器接受机接受机天线天线麦克风麦克风扬声器扬声器24二、短波自适应通信系统二、短波自适应通信系统2 2、系统的主要功能、系统的主要功能r 链路质量分析链路质量分析(LQA)；r 自动链路建立自动链路建立(ALE)；r 监视信道质量；监视信道质量；25 LQA (Lin

12、k Quality Analysis)LQA (Link Quality Analysis)2 2、系统的主要功能、系统的主要功能r 链路质量分析链路质量分析(LQA)； 在探测的基础上，以打分的形式对信道进在探测的基础上，以打分的形式对信道进行质量评估，并根据对预先置定的若干信道评行质量评估，并根据对预先置定的若干信道评估的结果，按质量优劣排序，存入频率库中。估的结果，按质量优劣排序，存入频率库中。26ALEALE（Automatic Link EstablishmentAutomatic Link Establishment）2 2、系统的主要功能、系统的主要功能r 自动链路建立自动链路建

13、立(ALE) 根据根据LQA矩阵全自动地建立通信线路，不矩阵全自动地建立通信线路，不需要人工调整收发信机工作频率。需要人工调整收发信机工作频率。27 2 2、系统的主要功能、系统的主要功能r 监视信道质量监视信道质量 当使用中的信道质量下降到规定门限值以当使用中的信道质量下降到规定门限值以下时，自动切换信道，即在频率库中提取排序下时，自动切换信道，即在频率库中提取排序仅次于原工作频率的频率进行通信。仅次于原工作频率的频率进行通信。28r通信与探测分离的独立系统通信与探测分离的独立系统 自适应频率管理系统自适应频率管理系统 美国的美国的CURTSCURTS系统；系统；AN/TRQ-35(V)AN

14、/TRQ-35(V)系统；系统；AN/TRQ-42(V)AN/TRQ-42(V)系统。系统。典型的系统有：典型的系统有：二、短波自适应通信系统二、短波自适应通信系统3 3、系统类型、系统类型29军用频率自适应系统军用频率自适应系统(1)（美（美CURTS）(432MHz)(有序频率表有序频率表)30美国美国HarrisHarris公司的公司的RF-7100RF-7100系列；系列；德国德国ALISALIS系统等。系统等。r 探测与通信为一体的频率自适应系统探测与通信为一体的频率自适应系统线路质量分析线路质量分析(LQA)(LQA)自动链路建立自动链路建立(ALE)(ALE)典型的系统有：典型的

15、系统有：3 3、系统类型、系统类型31军用频率自适应系统军用频率自适应系统(2)自动天线调谐单元自动天线调谐单元RF-3282RF-3282发射机发射机接收机接收机数据终端数据终端数据终端数据终端自动链路单元自动链路单元( (自适应控制器单元自适应控制器单元) )RF-3272RF-3272高速调制解调器高速调制解调器RF-3466RF-3466RF-3200RF-3200单边带收发信机单边带收发信机（美（美Harris）2、指标：、指标：发信机工作频率：发信机工作频率：1.6MHz-30MHz；发射功率发射功率:125W；接收频率范围：接收频率范围： 0.5MHz-30MHz；频率分辨率频率

16、分辨率:10Hz;1 1、工作方式：、工作方式：上边带或下边带抑制上边带或下边带抑制载波模拟话、部分抑载波模拟话、部分抑制载波模拟话、全载制载波模拟话、全载波模拟话、等幅报或波模拟话、等幅报或数据等。数据等。3 3、数据传输：、数据传输：使用使用RF-3466RF-3466高速数据高速数据调制解调器和调制解调器和RF-3247RF-3247宽带滤波器时，能传最宽带滤波器时，能传最高速率达到高速率达到2.4kb/s2.4kb/s的的数据和数字话音。数据和数字话音。4、天线：、天线：收发信机可配置多种收发信机可配置多种天线，如双极天线、不天线，如双极天线、不同长度鞭状天线，同长度鞭状天线，RF-3

17、282实现实现RF-3200与天与天线的匹配。线的匹配。工作频率变换时，工作频率变换时，RF-3200能自动对其调谐，能自动对其调谐，对已编程的频率点，最对已编程的频率点，最短调谐时间为短调谐时间为30ms；对；对需重新调谐的频点，最需重新调谐的频点，最短调谐时间为短调谐时间为1ms。5、链路：、链路：通过线路自动分析通过线路自动分析(LQA)(LQA)给机内编程信道的质量给机内编程信道的质量打分排队。美军标中规打分排队。美军标中规定定RTCERTCE所测信道参数有所测信道参数有三项，即信纳德三项，即信纳德(SINAD)(SINAD)、伪误码率伪误码率(PBER)(PBER)和多径和多径(MP

18、)(MP)但但MPMP在在RF-3200RF-3200中尚中尚未要求。未要求。32 提高了短波通信的通信质量和可通率；提高了短波通信的通信质量和可通率； 通信质量对探测结果的相应更加直接、及时；通信质量对探测结果的相应更加直接、及时； 操作简便，自动化程度高；操作简便，自动化程度高； 设备体积小重量轻，便于机动，适合野战条件下运用；设备体积小重量轻，便于机动，适合野战条件下运用；二、短波自适应通信系统二、短波自适应通信系统4 4、短波自适应通信的特点、短波自适应通信的特点p 优点优点334 4、短波自适应通信的特点、短波自适应通信的特点图：可通信率曲线图：可通信率曲线344 4、短波自适应通信

19、的特点、短波自适应通信的特点图：通信误码率积累分布曲线图：通信误码率积累分布曲线35 在信道拥挤的夜间，有可能选不出合格的频率；在信道拥挤的夜间，有可能选不出合格的频率； 实时性不够理想；实时性不够理想； 易遭敌方的侦查和干扰；易遭敌方的侦查和干扰；4 4、短波自适应通信的特点、短波自适应通信的特点p 缺点缺点363.3 3.3 短波扩频通信短波扩频通信一、常用扩频通信技术一、常用扩频通信技术直接序列扩展频谱（直接序列扩展频谱（Direct Sequence Spread Spectrum）跳频扩频（跳频扩频（Frequency Hopping Spread Spectrum）跳时扩频（跳时扩

20、频（Time Hopping Spread Spectrum）混合式混合式1.直接序列扩频原理直接序列扩频原理二、直接序列扩频技术二、直接序列扩频技术-DS -DS PN序列序列扩频调制扩频调制相关解扩相关解扩提高信干比提高信干比2.2.相关解扩相关解扩 )( )()(tctrtx)()()()()()()()(tntJtctdtntJtstr)(tx)(ty d ( t) s ( t) c ( t) c ( t) c o s ( o t) P N 码 产 生 器 B P F P N 码 产 生 器 c o s ( o t) m ( t) m ( t) m ( t) c ( t) r ( t)

21、 c ( t) c ( t) c o s ( o t) P N 码 产 生 器 L P F P N 码 产 生 器 )( )()(tntdty3.DS3.DS扩频特点扩频特点（1）抗干扰、抗多径性能好）抗干扰、抗多径性能好（2）隐蔽性、保密性、抗截获性能好）隐蔽性、保密性、抗截获性能好（3）可以实现码分多址）可以实现码分多址（4）能精确地定时和测距）能精确地定时和测距四、短波跳频扩频技术四、短波跳频扩频技术-FH-FH 扩 频 解 跳 解 调 频 合 扩 频 码 干 扰 扩 频 码 频 合 无干扰无干扰小扩频小扩频因子因子1/9干扰概率干扰概率大扩频大扩频因子因子1/18干扰概率干扰概率扩频因

22、子越大，抗干扰能力越强扩频因子越大，抗干扰能力越强1.1.跳频基本原理跳频基本原理2.2.跳频图案跳频图案f1f4 f2 f5 f6 f7 f3 f1hT f7 f6 f5 f4 f3 f2 f1 f0 0 TC 2TC 3TC 4TC 5TC 6TC 7TC 8TC 3.FH3.FH系统分类系统分类快跳和慢跳的两种定义方法：快跳和慢跳的两种定义方法： 按跳频速率分，一般认为跳频速率小于按跳频速率分，一般认为跳频速率小于1000跳跳/秒秒的称为慢跳频，大于的称为慢跳频，大于1000跳跳/秒的称为快跳频；秒的称为快跳频； 根据跳频驻留时间根据跳频驻留时间Th和码元时宽和码元时宽Ts之间的关系分，

23、之间的关系分，快跳频指在每个数据码元间隔内存在一个或多个跳快跳频指在每个数据码元间隔内存在一个或多个跳频，即频，即Ts=NTh, N为整数；慢跳频则是每个跳频驻留为整数；慢跳频则是每个跳频驻留时间内存在一个或多个码元，即时间内存在一个或多个码元，即Th=NTs4.4.抗跟踪干扰能力分析抗跟踪干扰能力分析(1)跟踪式干扰：跟踪式干扰：干扰方通过对信号进行侦听、处理，然后干扰方通过对信号进行侦听、处理，然后以同样的中心频率来施放干扰。以同样的中心频率来施放干扰。(2)干扰椭圆：干扰椭圆：跟踪式干扰要成为有效干扰除功率因素外，跟踪式干扰要成为有效干扰除功率因素外，还应当满足干扰椭圆的要求。还应当满足

24、干扰椭圆的要求。d1d2d3发射机发射机接收机接收机干扰机干扰机231phdddTTvv231()hpddTT vdv为光速为光速;Tp为干扰机处理时间为干扰机处理时间;Th为跳频周期。为跳频周期。 为有效通信因子为有效通信因子 1(3)(3)干扰条件干扰条件跳速：跳频速率越跳速：跳频速率越快，跳频信号的驻留快，跳频信号的驻留时间越短，干扰椭圆时间越短，干扰椭圆越小，抗跟踪干扰能越小，抗跟踪干扰能力越强。力越强。 位置：只有当干扰机设置在这个椭圆内时，才位置：只有当干扰机设置在这个椭圆内时，才能使干扰有效，如果干扰机设置在椭圆之外时，能使干扰有效，如果干扰机设置在椭圆之外时，则此跟踪式干扰策略

25、无效。则此跟踪式干扰策略无效。 d1d2d3发射机发射机接收机接收机干扰机干扰机5.FH的特点的特点躲避干扰躲避干扰利用跳频图案的正交性可构成跳频码分多址系统，利用跳频图案的正交性可构成跳频码分多址系统，实现多用户共享频谱资源，并可减少多址干扰。实现多用户共享频谱资源，并可减少多址干扰。频谱使用灵活。由于工作时载波频率是按预定规律频谱使用灵活。由于工作时载波频率是按预定规律离散变化的，因此跳频系统不要求使用连续频谱，便离散变化的，因此跳频系统不要求使用连续频谱，便于频率规划。于频率规划。跳频系统无明显的跳频系统无明显的“远远- -近效应近效应”，功率控制条件，功率控制条件宽松，不存在复杂的功率

26、分配问题。宽松，不存在复杂的功率分配问题。和传统系统兼容和传统系统兼容6.6.短波跳频电台的主要参数短波跳频电台的主要参数 (1)(1)跳频速度跳频速度 慢跳：一般在慢跳：一般在3030跳跳/s/s以下，少数达到以下，少数达到100100跳跳/s/s至几百跳至几百跳/s/s。 快跳：快跳：10001000跳跳/s/s以上。美国研制的以上。美国研制的CHESSCHESS电台达电台达50005000跳跳/s/s。 (2)(2)跳频带宽跳频带宽 部分频段跳频：现有的短波电台多数采用分频段跳频，跳频部分频段跳频：现有的短波电台多数采用分频段跳频，跳频带宽一般是几十千赫至几百千赫。带宽一般是几十千赫至几

27、百千赫。 全频段跳频：抗干扰能力强，是发展的主要方向，但受信道全频段跳频：抗干扰能力强，是发展的主要方向，但受信道和天线阻抗匹配的影响大。和天线阻抗匹配的影响大。3.4 3.4 军用短波通信常用设备及发展趋势军用短波通信常用设备及发展趋势一、短波通信设备军事应用一、短波通信设备军事应用 短波通信具有通信距离远、机动灵活和抗毁能力强的特短波通信具有通信距离远、机动灵活和抗毁能力强的特点，是军事无线通信的重要手段。点，是军事无线通信的重要手段。 r 美军在美军在19791979年修改的综合战术通信计划中，又突出了短年修改的综合战术通信计划中，又突出了短波通信的地位，把它列为第一线指挥控制通信手段之

28、一；波通信的地位，把它列为第一线指挥控制通信手段之一； r 8080年代初开始，美军实施了遍及三军年代初开始，美军实施了遍及三军的一系列短波通信改进计划；的一系列短波通信改进计划； r 在海湾战争中，美、法等国军队大量在海湾战争中，美、法等国军队大量运用短波通信，取得了突出的效果。运用短波通信，取得了突出的效果。 二、短波通信设备常用指标二、短波通信设备常用指标q工作频率：工作频率： 1.630MHz q调制方式：调制方式：USB、LSB、AM、CWq输出功率：输出功率：125W（PEP）q跳频速率：跳频速率：200次次/秒秒q跳频频率数：跳频频率数：256个个q波道数：波道数：2320个个q

29、预置波道数：预置波道数：11个个q工作种类：定频明、密话，跳频密话工作种类：定频明、密话，跳频密话q天线种类：天线种类：q重量：重量：7公斤（不含电池）公斤（不含电池）调制解调器收发信主机自动天线耦合器A电源功放自动天线耦合器B扩展设备1.TBR-1211.TBR-121型通用超短波跳频电台型通用超短波跳频电台 该电台，主要用于陆军团营、装甲车辆、炮兵自行武器及该电台，主要用于陆军团营、装甲车辆、炮兵自行武器及配套车辆、陆航直升机和地面部队、海军地面部队及舰艇。它配套车辆、陆航直升机和地面部队、海军地面部队及舰艇。它既可以背负使用，也可以配装既可以背负使用，也可以配装5050瓦功率放大器供车载

30、使用。瓦功率放大器供车载使用。主要战技性能主要战技性能工作频率：工作频率：303087.975MHz87.975MHz跳频速率：跳频速率：200200次次/ /秒秒跳频频率数：跳频频率数：256256个个波道数：波道数：23202320个个预置波道数：预置波道数：1111个个工作种类：定频明、密话，工作种类：定频明、密话，跳频密话跳频密话重量：重量：7 7公斤公斤( (不含电池不含电池) )2.TCR-154A2.TCR-154A型型125W125W短波自适应短波自适应/ /跳频电台跳频电台 1 1）用途）用途: : 主要用于集团军、师之间的通信，可作为固定主要用于集团军、师之间的通信，可作为

31、固定台、移动台使用台、移动台使用。2 2）主要战技性能）主要战技性能发信频率：发信频率：1.61.630MHz 30MHz 收信频率：收信频率：0.10.130MHz30MHz工作种类：工作种类：USBUSB、LSBLSB、AMAM、CWCW输出功率：输出功率：125W(PEP)125W(PEP)跳频速率：跳频速率：5 5跳跳/ /秒、秒、1010跳跳/ /秒、秒、2020跳跳/ /秒秒跳频频率数：跳频频率数：3232个个天线天线: :接上天调后可配接单极、双极、对数周期等多种天线接上天调后可配接单极、双极、对数周期等多种天线外部接囗：外接调制解调器可传数据、图象等外部接囗：外接调制解调器可传

32、数据、图象等1)1)用途用途 BJ2032BJ2032型载货汽车底盘型载货汽车底盘改成的厢式工作车，供部队改成的厢式工作车，供部队军师团野战条件下，进行机军师团野战条件下，进行机动和固定通信。动和固定通信。3.TBR-134 20/100W3.TBR-134 20/100W自适应跳频电台自适应跳频电台2)2)主要性能指标主要性能指标工作频率工作频率: 1.6: 1.630MHz30MHz频率间隔频率间隔：100Hz100Hz发功率发功率：单边带话：单边带话 20W20W 单边带报单边带报 15W15W AM 5W AM 5W ( (加功放后加功放后 100W)100W)跳速跳速： 5 5跳、跳

33、、1010跳、跳、2020跳跳/ /秒秒通信功能通信功能：机动中可提供一路中、近距离：机动中可提供一路中、近距离的短波单工密话、快报、等幅报、跳频功的短波单工密话、快报、等幅报、跳频功能等业务；固定状态下，可入有线网。能等业务；固定状态下，可入有线网。1 1）用途）用途: :装备到师、团级部队。主要用装备到师、团级部队。主要用于机动和固定状态下的无线电通信。于机动和固定状态下的无线电通信。4.TCD-2144.TCD-214型型125W125W短波自应跳频电台车短波自应跳频电台车2 2）主要性能指标）主要性能指标(1)(1)频率范围频率范围短波发频率短波发频率 1.61.630MHz30MHz 短波收频率短波收频率 0.10.1 30MHz30MHz超短波频率超短波频率 400400 440MHz440MHz(2)(2)发功率发功率短波短波:125W :125W 超短波超短波:25W :25W (3)(3)短波跳频：跳速短波跳频：跳速5 5、1010、2020跳跳/ /秒秒5.TCD-2155.TC