电波理论与工程设计论文——短波传播及应用

1、 电波理论与工程设计论文 题 目 短波传播及应用 学 院 专 业 姓 名 学 号 任课教师 目 录45第一章 绪论21.1 无线电波传播31.2 电波射线轨迹41.3 电波传播模式51.4 电离层的作用6第二章 短波传播72.1 短波传播的概念72.2 短波的传播途径72.3 单边带8第三章 短波信道的传播损耗模型103.1 自由空间传播损耗103.2 电离层吸收损耗133.3 多跳地面反射损耗133.4 额外系统损耗14第四章 短波传播的应用164.1 短波通信164.2 短波通信的关键技术174.3 短波通信中的天线选型214.4 短波通信发展现状24第五章 短波通信难点275.1 优化短

2、波通信的方法275.2 短波通信的常见难点及解决方法355.3 短波噪声及消除方法365.4 短波通信盲区及解决方法37第六章 总结与展望40参考文献44第一章 绪论无线电广播、无线电通信、电视、雷达等都要靠无线电波的传播来实现。电波在各种媒介质及媒介质分界面上传播的过程，由于反射、折射、散射及绕射，其传播方向经历各种变化，由于扩散和媒介质的吸收，其场强不断减弱。为使接收点有足够的场强，必须掌握电波传播的途径、特点和规律，才能达到良好的通信效果。尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视，不仅没有被淘太，还在快速发展。其原因主要有三：一、短波是唯一不

3、受网络枢钮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。无论哪种通信方式，其抗毁能力和自主通信能力与短波无可相比；二、在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波；三、与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。近年来，短波通信技术在世界范围内获得了长足进步。这些技术成果理应被中国这样的短波通信大国所用。用现代化的短波设备改造和充实我国各个重要领域的无线通信网，使之更加先进和有效，满足新时代各项工作的需要，无疑是非常有意义的。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100,000米

4、到0.75毫米的电磁波，在通信中，根据无线电波的波长（或频率）把无线电波划分为各种不同的波段（或频段）。长波传播 距离300km以内主要是靠地波，远距离(2000km)传播主要靠天波。用长波通信时，在接收点的场强稳定，但由于表面波衰减慢，对其它收信台干扰大。长波受天电干扰的影响亦很严重。此外由于发射天线非常庞大，所以利用长波作为通信和广播的不多，仅在越洋通信、导航、气象预报等方面采用。中波传播 白天天波衰减大，被电离层吸收，主要靠地波传播，夜晚天波参加传播，传播距离较地波远，它主要用于船舶与导航通信，波长为2000-200m的中波主要用于广播。短波传播 有地波也有天波。但由于短波的频率较高，地

5、面吸收强烈，地表面波衰减很快，短波的地波传播只有几十公里。天波在电离层中的损耗减少，常利用天波进行远距离通信和广播。但由于电离层不稳定，通信质量不佳，短波主要用于电话电报通信，广播及业余电台。超短波传播 由于超短波频率很高，而地波的衰减很大，电波穿入电离层很深乃至穿出电离层，使电波不能反射回来，所以不能利用地表面波和天波的传播方式，主要用空间波传播。超短波主要用于调频广播、电视，雷达、导航传真、中继、移动通信等。电视频道之所以选在超短波(未波及分米波)波段上，主要原因是电视需要较宽的频带(我国规定为8MHz)。如果载频选得比较低，例如选在短波波段，设中心频率 MHz，则相对带宽。这么宽的相对带

6、宽会给发射机、天馈线系统、接收机以及信号传输带来许多困难，因此选超短波波段，提高载频以减小相对带宽。1.1 无线电波传播电波在各种媒介质及其分界面上传播的过程中，由于反射、折射、散射及绕射，其传播方向经历各种变化，由于扩散和媒介质的吸收，其场强不断减弱。为使接收点有足够的场强，必须掌握电波传播的途径、特点和规律，才能达到良好的通信效果。常见的传播方式有：地波(地表面波)传播图1.1 地波传播示意图沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波，一般<2MHz。地波的传播途径主要取决于地面的电特性。地波在传播过程中，由于能量逐渐被大地吸收，很快减弱（波长越短，减弱越快），因而传播距离不

7、远。但地波不受气候影响，信号稳定、吸收小、可靠性高。超长波、长波、中波无线电信号，都是利用地波传播的。短波近距离通信也利用地波传播。天波传播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，一般2MHz-30MHz。电离层只对短波波段的电磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短波远距离通信及长中波广播。图1.2 天波传播示意图直射波传播直射波又称为空间波，是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波，一般>30MHz。直射波传播距离一般限于视距范围。在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波、微波中继通信、蜂窝通信、电视、雷达、卫星通信与广播就是利用直射波传播的。在地面进行

8、直射波通信，其接收点的场强由两路组成：一路由发射天线直达接收天线，另一路由地面反射后到达接收天线，如果天线高度和方向架设不当，容易造成相互干扰（例如电视的重影）。限制直射波通信距离的因素主要是地球表面弧度和山地、楼房等障碍物，因此超短波和微波天线要求尽量高架。图1.3 直射波传播示意图散射传播散射传播是由天线辐射出去的电磁波，投射到低空大气层或电离层中不均匀介质时，利用对流层、电离层、流星余迹等不均匀体对电磁波的散射来实现“超视距传播”，其中一部份到达接收点。散射传播用于超短波（米波）和微波的远距离通信，通信距离远，但是效率低，不易操作，使用并不广泛。图1.4 散射传播示意图1.2 电波射线轨

9、迹当无方向性天线辐射的电波的频率大于电离层临界频率时，其能量会沿不同的传播路径向远处传播，即不同的波束有不同的电波射线轨迹（见图）。电波波束1沿地面传播，因绕射作用而能到达离发射点几十至几百公里的地区，称为地波。其他仰角的电波波束均进入电离层。垂直入射电离层的波束9，因频率大于临界频率而穿透电离层不折回地面。略微倾斜的波束8、7经电离层折射后也穿过电离层。波束6的仰角较小，在电离层滑行后可能到达很远的地面，这种路径常称为彼得森射线。波束5的仰角更小，可以折射回地面，但距离较近。波束4到达一个最近的距离，这个距离称为跳距。当仰角再小时，电波到达距离反而又远了。当仰角接近地面切线方向时，电波可到达

10、4000公里左右的地方。跳距附近电波能量比较集中，这种现象称为跳距聚焦。在大于跳距的距离上，均可能有两个仰角的波束同时到达，仰角大的称高波，仰角小的称低波。波束4中高波和低波重合。由图可见，存在着一个天波和地波均不能到达的区域，称为寂静区。当电离层不断变化时，一定频率的电波传播距离、跳距和寂静区都会发生相应的变化。图1.5 短波电离层传播的射线轨迹1.3 电波传播模式电离层呈多层结构，由发射点发出的同一电波波束经电离层反射到达一定距离的接收点的传播路径通常多于两个，称为多径传播或多模式传播。到达接收点的不同模式传播的电波有不同的时延和相位，这是引起短波场强衰落的主要原因之一（见多径效应）。短波

11、地波属于绕射传播模式，而天波传播模式多样而复杂。通常以mXnY形式标记传播模式，X、Y代表反射层，m、n代表不同层反射次数。例如，1F表示F层一跳模式，1E2F表示E层一跳、F层二跳的混合模式。此外，还有高、低波模式和不经地面反射而经 Es层反射的M模式等。跨极区和跨赤道传播还有其他特殊传播模式。与几百公里或上万公里的电路相比，30005000公里电路的传播模式比较少，也比较简单。但是，对于一条电路来说，通常是一条路径损耗最小的模式起主要传输作用，这条路径也可能不是跳数最小的路径，因为路径损耗与路径沿途的环境条件有关。根据电离层传播理论，不是所有短波都能从电离层反射而折回地面的。较高频率的短波

12、要从较高电子密度分布的电离层才能反射折回地面。对于一定电子密度分布的电离层和一定的收、发距离，能反射折回地面的电波有一个频率最大值，称为最高可用频率(MUF)，它随收发间距离的减小而变低。因此，收、发在同一点时，所能反射折回地面的电波的最高频率是 这一电子密度分布的电离层所对应的MUF中最低的，称为电离层临界频率。如果收、发间距离一定，发射频率较低，接收点可以收到有一定时延差的高、低角波；随着频率变高，高低角波时延差缩小以至渐变至零，高低角波重合；若频率再升高，则接收点落入跳距以内，完全收不到发射信号。因此，一定距离的电路能传播的频率必有一个上限，这个上限频率称为该电路的最高可用频率。另外，电

13、波经电离层传播的能量还会被电离层吸收，吸收大小通常与频率平方成反比。频率较低，则信号电平因吸收增大而降低。当电平降低到刚能满足最低接收信噪比要求时，所用的频率称为该电路的最低可用频率 (LUF)。由此可见，短波传播为减少吸收应尽可能用高的频率。但一般只能用到0.85MUF的频率，因为若用MUF，只要电离层稍有变化，电波就穿出电离层而不折回。所以，0.85MUF的频率称为最佳可用频率。1.4 电离层的作用电离层对短波通信起着主要作用，电离层是指从距地面大约60公里到2000公里处于电离状态的高空大气层。上疏下密的高空大气层，在太阳紫外线、太阳日冕的软X射线和太阳表面喷出的微粒流作用下，大气气体分

14、子或原子中的电子分裂出来，形成离子和自由电子，这个过程叫电离。产生电离的大气层称为电离层。电离层分为D、E、F1、F2四层。D层高度6090公里，白天可反射29MHz的频率。E层高度85150公里，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。F1层高度150200公里，只在日间起作用，F2层高度大于200公里，是F层的主体，日间夜间都支持短波传播。电离层的浓度对工作频率的影响很大，浓度高时反射的频率高，浓度低时反射的频率低。电离的浓度以单位体积的自由电子数（即电密度）来表示。电离层的高度和浓度随地区、季节、时间、太阳黑子活动等因素的变化而变化，这决定了短波通信的频

15、率也必须随之改变。第二章 短波传播2.1 短波传播的概念短波传播即波长在20010米（相应频率为1.530兆赫）范围内的无线电波的传播。短波可以沿地面以地波方式传播，也可通过电离层反射以天波方式传播。一次反射（一跳）可传输4000千米，多次反射甚至可作环球传播。天波传播受电离层特性的影响。短波首次跨越海洋传播是1921年由业余无线电爱好者实现的，比G.马可尼实现中波跨越海洋传播晚20年。由于短波传播距离远，经济方便，很快在通信和广播领域超过了中波传播的地位。在实现了卫星通信的现代，它仍然广泛用于远距离通信和广播。短波传播的理论基础是磁离子理论，根据电离层的结构和变化规律可对短波传播特性进行预测

16、和预报。在工程应用中，人们最关心的短波传播特性是电波射线轨迹、传播模式、可用频率和场强计算等。根据电离层传播理论，不是所有短波都能从电离层反射而折回地面的。较高频率的短波要从较高电子密度分布的电离层才能反射折回地面。在我国，北京至南极洲长城站的2.2万多公里的通信中，短波仍是主要通信手段之一。近年，建立在实时电离层信道测量基础上的实时选频系统的出现，使短波通信误码率降至10-5，显示出短波通信仍有较强的生命力。2.2 短波的传播途径电离层最高可反射40MHz的频率，最低可反射1.5MHz的频率。根据这一特性，短波工作频段被确定为1.6MHz-30MHz。所以根据无线电波传播的分类可知，短波的基

17、本传播途径有两个：一个是地波，一个是天波。沿大地与空气的分界面传播的电波，叫地面波或表面波，简称地波，其传播距离取决于地表介质特性。海面介质的电导特性对于电波传播最为有利，短波地波信号可以沿海面传播1000公里左右；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（潮湿土壤地面的衰耗小，干燥沙石地面的衰耗大）。地波在传播过程中，由于部份能量被大地吸收，很快减弱，波长越短，减弱越快，因而传播距离不远。但地波不受气候影响，可靠性高。通常，超长波、长波、中波无线电通信，利用地波传播。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，这与天波传播是不同的。短波信号

18、沿地面最多只能传播几十公里。 短波的主要传播途径是天波。短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以反射多次，因而传播距离很远（几百至上万公里），而且不受地面障碍物阻挡。但天波传播的最大弱点是信号很不稳定，处理不好会影响通信效果。在天波传播过程中，路径衰耗、时间延迟、大气噪声、多径效应、电离层衰落等因素，都会造成信号的弱化和畸变，影响短波通信的效果。随着无线电通信新技术的不断涌现，天波传播弱点对短波通信的影响，正在逐步被克服。2.3 单边带在无线电通信中，传送信息的载体是特定频率的载波（也称为主频）。那么信息又是如何放到载波上的呢？这就引出了“调制”的概念。调

19、制就是将信息的动态波形通过一定形式加到载波上发送出去，接收台收到被调制的载频信后，再还原信息。调制分为幅度调制（简称“调幅”）、频率调制（简称“调频”）、相位调制（简称“调相”）三种。中波、短波一般采用调幅方式，超短波一般采用调频方式。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。1单边带的定义调幅信号的频谱是由中央载频和上下两个边带组成的。将载频和其中一个边带加以抑制，剩下的一个边带就成为单边带信号。如果用一个边带再加上部份载频或全部载频，就成为兼容式调幅信号。2单边带的优点 单边带的优点是：

20、提高了频谱利用率，减少信道拥挤；节省发射功率约四分之三；减少信道互扰；抗选择性衰落能力强。一部100W单边带电台的实际通话效果，相当于过去1000W以上双边带电台。3短波单边带术语SSB 载波和一个边带全抑制的单边带话；USB 上边带话；LSB 下边带话；AM 全载波单边带话（全载波兼容式调幅话）；J2A 单边带报（用上边带或下边带传送手键报）；第三章 短波信道的传播损耗模型短波天波通信是以电离层为媒介传播的。电离层的密度随昼夜、季节、太阳活动周期和经纬度变化而变化，电波传播损耗与时间、季节、经纬度位置、地形等诸多实时变化因素有关。考虑到目前所能计算的损耗，电离层传播损耗可表示为(3-1)式中

21、，是自由空间传播损耗，是电离层吸收损耗，是多跳地面反射损耗，是额外系统损耗。3.1 自由空间传播损耗在无线通信电波传播研究中，最简单的是自由空间传播。所谓自由空间，通常是指充满均匀、无损耗媒质的无限大空间，该空间中，介质均匀，相对介电常数和相对磁导率均恒为1（即介电常数和磁导率分别等于真空介电常数及真空磁导率），且各向同性、电导率为零。自由空间传播是指在接收机和发射机之间完全无阻挡的视距传播，是电波传播中最简单的情况。自由空间传播与真空中传播一样，只有扩散损耗的直线传播，即在此空间中没有反射、折射、绕射、色散、吸收、磁离子分裂等现象，而且电波传播速度等于真空中的光速，因此，自由空间是某些实际空

22、间的一种科学的抽象。尽管在实际环境中很难找到理想的自由空间，但在研究移动通信环境电波传播问题时往往将其作为各种传播环境的比较标准，故在许多场合，需要用到自由空间传播的计算公式。在移动环境下，电波传播的机理是多种多样的，但最终可以归结为直射波、反射波、绕射波、透射波、散射波和衍射波，其中影响最为显著的是直射波、反射波、绕射波和散射波。电波传播总是要受到实际介质或障碍物不同程度的影响，但在研究具体的无线电波传播时，如果实际介质与障碍物对电波传播的影响可以忽略，则这种情况下的电波传播可认为是自由空间传播。当离开发信天线的距离为米时，自由空间场强可用下式表示： (3-2)式中，为场强（）；为辐射功率（

23、）；为发信天线功率增益。理想的全向天线在所有方向上均匀辐射，故。处于自由空间（或设在高于地面波长以上）的对称天线，为该天线相对于全向天线的功率增益。例如小的偶极子或偶极天线，当其整个尺寸与半波长相比很短时，增益为；半波偶极天线在最大辐射方向上的增益为。因此，垂直于半波偶极天线方向上的自由空间场强是：(3-3)辐射功率为1W的场强作为距离的函数如图3-1的标尺1和2所示。对于W辐射功率，则应在标尺2的数值上增加一校正值。例如，对于辐射功率为1W的半波偶极天线，在10公里处的自由空间场强是57，当辐射功率为50W时，则该处的场强为5710log5074。应当指出，场强是指接收天线上无线电波的能量密

24、度，而与接收天线的型式无关，因此，场强不决定于发射频率，而仅依赖于辐射功率和离发信天线的距离。图3-1 半波偶极天线间的自由空间场强和接收功率（辐射功率1W）在自由空间传播条件下，天线传递给接收机的最大有用功率为(3-4)式中，为自由空间场强（）；为波长（）；为接收天线功率增益。图3-1的标尺2和4表示半波偶极天线的接收功率和接收场强之间的关系。例如，当频率为150MHz、场强为50时，半波偶极天线所获得的最大有用功率为-98。在自由空间传播条件下，接收功率与辐射功率的关系如下：(3-5)我们定义之比为传输损耗，或系统损耗，则(3-6)如以计，以计，以计，则或(3-7)式中，、为发信和接收天线

25、增益（），定义为自由空间路径损耗，显然，它与收、发天线增益无关，而仅与传输路径有关。对于半波偶极天线，可直接从图3-1中读出。需要指出，在自由空间传播条件下，电磁波的能量并没有损失，这里所说的自由空间传输损耗纯属球面波扩散损耗，因为接收天线所捕获到的功率仅仅是发信天线辐射功率的很小一部分，大部分能量都散失掉了。3.2 电离层吸收损耗电离层吸收损耗分为偏移吸收和非偏移吸收，前者指反射区的吸收，后者指电离层D、E区域的吸收。一般偏移吸收损耗极小，可以忽略。工程中常用以下半经验公式：(3-8)式中(以h=100km为例，下同)，是100km高度处的电波入射角是100km高度处的平均值，单位为MHz，

26、是跳数，是吸收系数。的计算公式为：(3-9)式中，为12个月太阳黑子的流动平均值，为穿透吸收区的太阳天顶角平均值。3.3 多跳地面反射损耗在天波多跳传播模式中，传播损耗不仅要考虑电波二次进入电离层，还要考虑地面反射的损耗()。考虑圆极化波，地面反射损耗计算式如下：(3-10)式中，和分别为垂直极化和水平极化的反射系数。和的表示式分别为：(3-11)(3-12)式中，是复介电常数，是地表面导电率，是工作波长。3.4 额外系统损耗额外系统损耗不是一个稳定的参数，它与地磁纬度、季节、本地时间、路径长度都有关系。工程计算中通常用经过反复校核的统计值来估算，表l列出了额外系统损耗()以反射点的本地时间为

27、自变量的估算值：表1 系统损耗估算表18.016.615.416.6第四章 短波传播的应用4.1 短波通信1短波通信的概念 短波通信(Short-wave Comunication)是无线电通信的一种。波长在50米10米之间，频率范围6MHz30MHz。发射电波要经电离层的反射才能到达接收设备，通信距离较远，是远程通信的主要手段。由于电离层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素的影响，所以短波通信的稳定性较差，噪声较大。目前，它广泛应用于电报、电话、低速传真通信和广播等方面。尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视，不仅没有被淘汰，还在

28、快速发展。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。单边带的优点是：提高了频谱利用率，减少信道拥挤；节省发射功率约四分之三；减少信道互扰；抗选择性衰落能力强。2短波通信的优缺点短波通信的优点：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。无论哪种通信方式，其抗毁能力和自主通信能力与短波无可相比；在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波传播；与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。短波通信的缺点

29、：可供使用的频段窄，通信容量小；国际规定每个短波电台占用3.7KHz的频段宽度，而整个波段的频带宽度才28.5MHz,为了避免相互间的干扰，全球只有7700多个可用短波信道，每个信道3.7KHz的现有带宽大幅制约了提高信道容量和数据传输速率。信道差；短波的基本传播途径有两个：一个是地波，一个是天波。地波沿地球表面传播，其传播距离取决于地表介质特性。海面介质的电导特性对于电波传播最为有利，短波地波信号可以沿海面传播1000公里左右；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公里。地波

30、传播不需要经常改变工作频率，但要考虑障碍物的阻挡，这与天波传播是不同的。 由于电离层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素的影响，所以短波通信的性较差，噪声较大。短波的主要传播途径是天波。短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以反射多次，因而传播距离很远（几百至上万公里），而且不受地面障碍物阻挡。但天波是很不 稳定的。在天波传播过程中，路径衰耗、时间延迟、大气噪声、多径效应、电离层衰落等因素，都会造成信号的弱化和畸变，影响短波通信的效果。大气和工业无线电噪声干扰严重；工业电磁辐射的无线电噪声干扰在短波频段的平均强度很高，此外，大气无线电噪声和无线电台间的干扰，尤其

31、是脉冲型突发噪声，使短波通信的质量深受影响，常会使数据传输发生严重错误，影响通信质量。4.2 短波通信的关键技术1短波自适应通信技术现代短波通信的重要特征之一是自适应通信技术。其由来可追溯到1979年，在美国原子弹防御研究所的主持下，对遭受原子弹袭击后果用何种通信手段能迅速地恢复通信联络的问题进行了研究，于I980年l2月提出了关于短波自适应自动无线电的报告。在报告中明确提出：最有希望的解决办法，是采用价格不高的、能自动寻找优质信道的短波自适应收发信机。这种低价格设备能提供从视距到几千公里的范围内，不需要中继的通信能力。报告中还指出：今后的短波通信将越来越多的采用自适应技术，即利用收端接收的误

32、差信号为准则，通过某种途径，对系统结构和参数进行自动调整，使系统具有适应通信条件变化的能力，经常处于最佳工作状态。通信条件包括传播条件、大气噪声、人为干扰(有意的或无意的)和敌人的窃听、被传输信息的形式等都可归纳到通信条件中去。因此，从广义上讲，短波自适应通信技术包括：自适应实时选频、自适应调制解调、自适应零位天线、自适应均衡、自适应编码、自适应功率控制、传输速率的自适应、自动重发请求、自动同步等。说到底这种短波通信的自适应，就是短波信道(属变参信道、电波在传播过程中会产生多径效应、衰落多普勒频移等，将严重影响短波通信的质量和可靠性)的自适应，其核心是各种各样的自适应技术都要能实时地、最佳地匹

33、配于时、频、空域都在动态变化着的短波信道的传播特性，即它们要从不同的侧面各自努力做到足够迅速地自适应于信道各种参数的动态变化。下面简单介绍一下这些技术的发展概况。自适应实时选频技术由于信道的主要参数都与频率密切相关，所以通信频率的选择对提高通信质量起者决定性作用。 因此，自适应实时选频在所有自适应方法中是最本质也最有效。目前广泛应用的这种短波自适应选频系统分为自适应频率管理系统和频率自适应系统两种。前者能够在很的时间内对短波全频段进行快速扫描和探测，不断预报各频率的可用情况(选频)，但不能使通信系统跟踪信道媒质的短期变化。后者是融探测与通信为一体的系统，包括自适应探测技术、全频段谱被占用或受干

34、扰的监测技术、预置信道上的选频技术、线路质量分析技术(ALQA)、自动链路建立技术(ALE)和快速换频技术，使系统的自适应能力达到了一个新的水平。自适应调制解调技术众所周知，由于数字通信具有抗干扰能力强、易于加密和纠错、提高传输速率、增加系统容量等优点，电路结构便于集成化、又通用化，是现化通信的发展方向。语音、数据和图象等信息已经或即将使用数字化信号，而且都是相似的二进制数字信号，完全可以综台起来进行传输和交换以提高效率。因此，短波通信也将由过去传输模拟信息为主转向传输数字信息为主。这样就要求有计划、有步骤地改造现有短波通信网，并积极研制高性能的调制解调数传机。近年来，开发的并行高速调制解调器

35、的特点，一是采用了前向误差控制(FEC)、分集多普勒频偏校正和数字信号处理等综台技术，提高了抗干扰能力；二是采用了高速数字信号处理器(如TMs320)和微处理器等，因而使并行高速调制解调器的性能有了很大的提高。从80年代以来又出现了自适应串行调制解调技术，现在技术上已基本成熟，在性能、复杂性和成本上已达到实际应用水平，如美国Harm公司的Modem5254和5254 法国TRT公司的MDM12/24等都是串行体制的短波高速调制解调器。目前，它们又分为以自适应均衡为主体的和以最大似然检测(MLSE)为核心的串行短波高速调制解调器。前者目前研究最多，产品也是最多的一种； 后者以最大似然检测为核心的

36、串行短波高速调制解调器，性能最优，但由于运算量和所需存储量都很大，目前产品较少； 还有以自适应均衡和以MLSE相组合构成的串行短波高速调制解调器，目前它虽处于理论研究阶段，但很有可能成为今后串行短波高速调制解调器发展的方向。串行体制和并行体制相比具有很大的优越性，首先串行体制提高数传速率的潜力很大，使频谱利用率比并行制高；其次串行体制对选择性衰落不敏感，而且它是目前最好型式的抗多径干扰体制；再其次，串行体制峰值功率和平均功率的比值小，允许单边带发射机有一定的幅度非线性失真； 最后从效果上来比，在同样误码率情况下，串行体制的调制解制器比并行的可通率高2040% ，若固定可通率，对误码率进行测试，

37、串行调制解调器比并行体制低得多。所谓自适应调翩解调技术，就是根据信道当前的特点来改变调制解调方式；或自适应地改变各种滤波算法，根据多径时延长短来升降数据率，根据带内的窄带干扰改变当前的调制频率等。自适应零位天线技术自适应零位天线技术就是对所收到的信号进行实时处理，并且实时地调节天线阵元的相位，改变天线的方向图，以强化信号、抑翩干扰。用这种方法来对抗各种各样有意或无意的干扰可得到1020dB信噪比的改善； 若对抗瞄准式干扰可得到3060dB信噪比的改善。目前，采用自适应零位天线阵作为接收天线，已成为抗干扰的有效手段之一。自适应均衡技术自适应均衡技术是短波信道实现串行体制数据传输方式之一的关键技术

38、。它包括自适应信道均衡的误差准则、各种自适应均衡算法、平方根卡尔曼算法、快速横向滤波算法、最小平方格型算法等等，它们各具优缺点，可视实际情况予以选用，自适应均衡器结构及其实现技术等。目前技术已趋成熟，适应于短波信道的自适应均衡器，其均衡精度高、稳定性能好，收敛速度已可以达到或基本达到跟踪信道时变特性的目的。自适应编码技术自适应编码技术包含自适应信源编码技术和自适应信道编码技术。信源编码是指将任意信源有效地转换为数字信息的方法，根据不同的信道条件采用不同的信源编码法。当信道噪声大时，可采用相关编码再增加多余度保护，当信道误码率高到一定程度时，可从标准速率降速使用，信息就容易通过信道。自适应信道编

39、码技术则足指信源数据在进人调制之前所需的全部数字处理，它必须与当前信道条件相匹配。为使信道误码率达到量级的实用要求，通常采用前向纠错(FEC)及反馈应答(ARQ)两大类型的差错控制技术，其编码多为线性分组码或扩展卷积码。在FEC法中，采用依信道参数而变的编码和不同的码长，在可靠保护信码的前提下减小多余度；在ARQ法中，根据信道条件的好坏，改变数据分组的长短，使重发的数据量尽可能小。近年来又出现了分组码软判译码的方法，使纠错码的潜力得到更充分的发挥。自适应功率控制技术接收端对所收得的信号大小产生一个控制指令，并通过反馈信道传输到发送端，对发射机输出功率进行自动控制，以保证通信质量和可靠性。传输速

40、率的自适应技术通常当工作频率选定后，在允许的误码率条件下，应选择尽可能高的传输速率。实际上这完全由信道传播特性的好坏来决定，当信道传播特性良好时，可用较高的数据速率发送信息，而当信道特性恶化时，则降低传输速率，使系统的误码率满足规定的要求。此技术的关键是解决实时信道估值和实施收发两端同步变速问题。采用自动重发请求(ARQ)技术，除可纠错外，也是属于传输速率自适应的范围，它可以根据请求重发次数来提高、减慢或保持传输速率。上述各种短波自适应通信技术，都是为着迅速适应信道参数的变化，通过有效利用高频频谱来实现高质量、高效率和高可靠的通信目的。2短波通信抗干扰技术由于电子对抗技术的发展，现代短波通信必

41、须寻找新的抗干扰技术来增强抗干扰能力。目前在短波通信中，抗干扰能力较强的技术有突发数据通信技术、扩频跳频技术、分集技术和前面介绍的自适应技术等。突发数据通信就是将信息压缩存储后，在某一瞬间突然发送出去，具有随机性和短暂性。信息的每次发送时间短，频率更换频繁，因此有防截收的作用。目前先进的现代短波通信系统(如西德的CHX-200、HF-850；以色列PRC-174电台配置了TMD-326型突发通信终端；美国RF-5000；法国TR0743小型轻便式突发终端)都具有此种功能。扩频跳频技术则是将频谱展宽，让信号能量分散，使具有防探测，防截收的功能。目前短波跳额的典型值是每秒几跳到每秒几十跳，如西德的

42、CHX-200；英国的PRC-150；美国RF-5000和美军舰载高频系统7680等都只实现了每秒几十跳。分集技术则是根据短波信道的具体情况，自适应地从空间、时间、频率、极化、角度和路由等分集技术中选用一种或多重组合技术，以提高信噪比，降低误码率，达到高质量高可靠通信的目的。3短波通信组网技术组网可使军用短波通信用户整体的通信效率及灵活性增加，并且是保证不问断的必要条件。目前国外的短波通信网主要有两种类型：一种是具有主控节点的、集中控制结构的短波自动控制系统，简称集中控制系统；另一种是网结构具有灵活分布的、自适应、自组织网络，简称自组织、自适应网络。集中控制系统主要根据短波通信的特点，采用的是

43、一般的组网技术，如自动信道检测，有线无线转接，自动链路建立，数据编码保护等，这种类型有代表性的如加拿大的RACE无线电话系统；西德RS公司的自动控制短波无线电通信系统；日本高频无线电话电路的数字传辖系统；美国海军的岸舰高频网络等。另一种，自组织、自适应网络的概念，是80年代初期为了适应现代战场抗毁要求而提出的抗毁性结构网。它能够自动地组织和自动地适应由于网络拓扑变化而引起的接续变化的网络。这种网络的生存能力及抗干扰能力都很强。美国海军研究实验室和海军研究办公室支持开发的特混舰队内部短波通信网HF-ITF就是这种可自组筝的抗毁高频移动无线分组网。它有几十至一百个节点，工作频率230MHz，链路通

44、信距离5D1000km。它采用动态的单跳连接多群结构，网络中分频段建网，能提高抗干扰能力，也有益于系统的抗毁。总之，一般的点对点通信，已远远满足不了用户的要求，必须发展自适应路由组网技术。4.3 短波通信中的天线选型短波通信传输信道具有变参特性，电离层易受环境影响，处于不断变化当中，因此，其通信质量，不如其它通信方式如卫星、微波、光纤好。短波通信系统的效果好坏，主要取决于所使用电台性能的好坏和天线的带宽、增益、驻波比、方向性等因素。近年来短波电台随着新技术提高发展很快，实现了数字化、固态化、小型化，但天线技术的发展却较为滞后。由于短波比超短波、卫星、微波的波长长，所以，短波天线体积较大。在短波

45、通信中，选用一个性能良好的天线对于改善通信效果极为重要。下面简单介绍短波天线如何选型和几种常用的天线性能。 1衡量天线性能因素天线是无线通信系统最基本部件，决定了通信系统的特性。不同的天线有不同的辐射类型、极性、增益以及阻抗。辐射类型决定了辐射能量的分配，是天线所有特性中最重要的因素，它包括全向型和方向型。极性极性定义了天线最大辐射方向电气矢量的方向。垂直或单极性天线（鞭天线）具有垂直极性，水平天线具有水平极性。增益天线的增益是天线的基本属性，可以衡量天线的优劣。增益是指定方向上的最大辐射强度与天线最大辐射强度的比值，通常使用半波双极天线作为参考天线，其它类型天线最大方向上的辐射强度可以与参考

46、天线进行比较，得出天线增益。一般高增益天线的带宽较窄。阻抗和驻波比(VSAR)天线系统的输入阻抗直接影响天线发射效率。当驻波比VSAR=1:1时没有反射波，电压反射比为1。当VSAR大于1时，反射功率也随之增加。发射天线给出的驻波比值是最大允许值。例如：VSAR为2:1时意味着，反射功率消耗总发射功率的11%，信号损失0.5dB。VSAR为1.5:1时，损失4%功率，信号降低0.18dB。 2几种常用的短波天线 方向性天线、简单的双极天线适用于短距离通信，但短波远距离通信信号微弱，甚至被各种噪音淹没时，天线就需要选择比双极天线增益更高的天线。理想方向性天线在工作方向上具有很高增益而无用方向上增

47、益为0。八木天线（Yagi Antenna）八木天线在短波通信中通常用于大于6MHz以上频段，八木天线在理想情况下增益可达到19dB，八木天线应用于窄带和高增益短波通信，可架设安装在铁塔上具有很强的方向性。在一个铁塔上可同时架设几个八木天线，八木天线的主要优点是价格便宜。 对数周期天线（Log Periodic Antenna）对数周期天线价格昂贵，但可以使用在多种频率和仰角上。对数周期天线适合于中、短波通信，利用天波信号，效率高，接近于发射期望值。与其它高增益天线相比，对数周期天线方向性更强，对无用方向信号的衰减更大。 长线天线（Long-Wire Antenna）长线天线优点是结构简单，价

48、格低，增益适中。与八木天线和对极周期天线比，长线天线长度方向性和增益低。但其优势在于，由于其增益与线长度有关，用户可以找到最佳接收线的长度和角度。通过比较信号波长，计算出线的长度，非常适合于远距离通信。当线长4倍波长在仰角为25度时与双极天线比增益高3dB，当线长8倍于波长时，增益高6dB，仰角下降到18度。 车载移动天线（Mobile Antenna）移动天线一般工作在2.025MHz频段上，为垂直极性天线，性能与机械特性有关，天线长度较短，在低仰角工作时，发射效率适中。在通常情况下，车载天线仰角应大于45度，因为天线长度较短，是低效天线。在汽车上，机械特性限制了天线的选择，但天线可以放置为

49、倒“”型，这样增加了天线的垂直辐射面，可以提高发射效率，倒“”天线适宜用于中短波通信。 3不同环境下天线选型 固定站间远近距离通讯 由于固定站间通讯方向是固定不变的，所以一般采用高增益，方向性强的短波天线。通信距离在1000-3000公里，可使用高增益，低仰角对数周期天线（LP），但天线价格昂贵。在实践中100W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60km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。 固定站与移

50、动站间通讯由于移动站在运动中，通讯方向不固定，所以中心站的天线应选用全向天线，例如，多模短波宽带天线或配有天线调谐器的鞭状天线。多模天线虽然价格较贵，但是一个天线竿上可以绕三副天线（两副高仰角天线，一副低仰角天线）远、近距离通信均可兼顾。中心站也可用鞭状天线，鞭状天线的仰角低，近距（20-100公里）通信困难，远距离（500-3000公里）只要频率合适，通信效果较好。 移动站天线由于安装面的限制，多采用鞭状天线，国内有时用栅网、双环、三环天线。远距离通信时，鞭状天线竖直，近距离通信则可以放置为倒“”型，这样使用增加了天线的垂直辐射面，可以提高发射效率。只要天线的发射角、电台的工作频率选取合适，

51、可以克服短波盲区（30-80公里）的通信困难。 干扰环境下的天线选型 电台干扰是指工作在当前工作频率附近的无线电台的干扰，其中包括敌方有意识的电子干扰。由于短波通信的频带非常窄，而且现在短波用户越来越多，因此电台干扰就成为影响短波通信顺畅的主要干扰源。特别对于军用通信系统，这种情况尤其严重。电台的干扰与其他自然条件引起的干扰有很大的不同，它带有很大的随机性和不可预测性。在敌方有意识的电子干扰情况下，采用高增益、方向性强的对数周期天线可取得一定的效果。当然，克服干扰主要提高短波电台性能（发射功率、接收灵敏度等等）或者采用频率自适应、短波宽带跳频技术。如果需要数传，调制解调器性能也非常关键，带有交

52、织功能的串行体制短波高速调制解调器具有良好的抗干扰性能。4.4 短波通信发展现状短波信道的时变性，使得高效的短波通信系统必须用上信道探测快速选频技术。在国外，本世纪6070年代产品大多属于独立的信道探测系统，如1968年美国国防部委托斯坦福研究所研制的CURTS系统(公共用户无线电传输探测系统，简称自动选频和预报系统)。该系统被应用于自动选频和预报中，预报出发点是基于信号能量、干扰噪声、多径展宽、多普勒展宽和空分集天线的相关性五个信道参数的实时测量，适用于战略通信干线或通信网络的使用，每隔10分钟为用户提供一张台有通信质量等级的频率表。被美军用作战略频率管理系统。利用该系统进行短波数据通信时，

53、在90%的时间里，误码率可保持或低于，实际机电线路中断时间减少20%40%，在进行2400 baud数据传输试验时(与不使用该系统进行较)，数据丢失率减少65%。但该系统所占频谱宽，所需发射功率大，系统时间同步精度要求高，设备复杂而庞大，造价高昂。在本世纪70年代初，美国Barry公司研制的Chirp系统，于1976年发展成为美军第一代战术频率管理系统，AN/TRQ-35(V)系统，其性能是能发送Chirp探测信号，完成230MHz(或216MHz)多参数信号估算，能显示五个级共等8个优选工作频率，抗干扰能力强，易于组网，电磁兼容性好，具有检测功能，可使短波通信的质量和可靠性(与不使用该系统的

54、一般通信进行比较)提高10l000倍。它的研制成功，曾让人们惊呼。短波通信已进人了新纪元 ，现已装备了美海、陆、空军和海军陆战队，以及世界上20多个国家军队。美陆军还计划配备第二代频率管理系统AN/TRQ-42(V)，它们都属于扫频制，需时较长，不能实时选频。属于此种类型的还有加拿大Hermes公司为其海军研制的CHEC(信道估算和呼叫)系统。它在信道估算中，主要根据信噪比作最佳频率鉴别，没有考虑多径传播的因素，因而所选频率对于传输数据信号并不一定是最佳的。另外，该系统只适用于单工方式工作的通信线路。本世纪80年代以来，不少国家加速了对短波通信的研究与开发，并陆续推出了一些性能优良的设备和系统

55、，其共性是容高频探测与通信为一体的综合系统，例如美国洛克伟尔-科里斯国际有限公司注册商标为SELSCAN 和ALQA的系统。前者含义为选择性呼叫与巡回检测为80年代初期产品，后者指先进的线路质量分析器(ALQA) 为80年代中期产品，具有收发信机用快速自动调谐：发<1s，收<10ms，并且率先采用先进线路质量分析器，具有自动信道选择，信道自动建立，选呼和信道自动切换等功能，实现了高频探测与通信的综合，但由于该系统取样时间长度为926s，因此信道参数测定(信号噪声谱密度比衰落深度、衰落功率谱、频率偏离的平均值和均方根值，噪声(干扰)的时间、频率和幅度的统计特性、谐波失真)需耗费散分钟

56、的时间。该系统的代表产品有HF-80，AN/ARC-190(V)、AN/GRC-193A，AN/GRC-213等型电台。另外，美国Harris公司1985年推出AUTOLINK 即自动高频信道选频机 ，典型产品有RF-7100、RF-7166和RF-7200等系统。其特点有HF线路的全自动建立、最佳信道选择、线路质量分析LQA、可预置信道检 、选择性呼叫(群呼、广呼、单点呼叫)、微处理器控制、繁忙信道探测等，其中线路质量分析提供四项功能，即信噪比测试、6l0个站的测试、点对点质量测试和网络质量测试。属于这种探测与通信综台的系统还有美国的Sunair公司推出的SC-l0系统(具有自动实时频率管理

57、、自动建立线路、自动LQA、选择呼叫等功能)，西德Siemens公司推出的CHX-200系统，常简称智能化HF通信系统(具有32-320个频率的自动信道选择，99个地址的选呼、数据保护、跳频和突发长度为230ms的突发传输和加密等功能。它的电台有四种型号20瓦的CHX202、100瓦的CHX210、400瓦的CHX240和1000瓦的CHX250,系统的心脏是CHP200通信处理器，它可用于近、中、远距离的通信，能在战略网和战术网中发挥作用)；西德Rohele Schwartz公司推出的ALIS系统，代号叫HF-850系统(具有有/无源信道分析、自动信道选择、自动建立线路、自动信道切换，外接ECCM模块后，有具有跳频和突发传输功能，天线可作隐蔽调谐，对100个编程信道调谐仅费时20 ms)；以色列Tadiran公司推出的MES