短波信道的噪声和干扰

第4章 应 急 电 台 4) 信道拥挤 由于短波通信的信道拥挤、频带窄，因此要采用特殊的 调制技术，如单边带调制。这种方法比调幅节省一半带宽， 由于抑制了不携带信息的载波，因而节省了发射功率。但是， 短波信道的时变和色散特性，使通信中可用的瞬时频带变窄， 限制了传输速率。 5) 天线匹配困难 由于短波波段为1.5～30 MHz，相对波长为10～200 m， 覆盖了多个倍频程。因此，研制高速全频段跳频且阻抗匹配 良好的宽带天线的难度很大。
第4章 应 急 电 台 随着通信技术的飞速发展，系统的更新换代更加迅速。 为了适应通信的要求，近年来软件无线电的思想迅速发展。 其基本思想是尽可能在接近天线处将信号数字化，然后，利 用DSP和大规模可编程逻辑芯片构成的统一平台，结合各种 软件来完成各种通信功能。不同的调制方式，不同体制，不 同的通信协议只需要采用不同的软件，并通过标准的接口来 实现互联。因为只需在软件上作改动，所以也大大缩短了研 制周期和经费。
第4章 应 急 电 台 4.1.1 短波通信概述
1. 短波通信的特点 1) 通信距离远 如果利用短波传播，短波单次反射最大地面传输距离可 达4000 km，多次反射可达上万千米，甚至环球传播。尤其 是在低纬度区域，短波通信可用频带较宽，最高可用频率较 高，受粒子沉降事件及地磁暴的影响较小，而卫星通信在此 区域受电离层及对流层的影响较大，所以短波通信更加实用。 在应急通信中，短波通信得到了广泛的应用。特别是短波频 率自适应技术的发展，极大地提高了短波通信的可靠性和有 效性。
第4章 应 急 电 台 人们又研制了单音串行高速调制/解调器，其关键技术 是采用了连续探测信道特性，实施自适应信道均衡技术，达 到了与短波信道的最佳匹配，从而可以在给定误码率下达到 最高信息传输速率。为了进一步降低误码率，还采用了数据 速率自适应、信号幅度自适应、分集自适应及自动请求重发 和前向纠错编码等新技术。单音串行高速调制/解调器甚至 可以在“负信噪比”信道上传输数据。预计基于单音串行高 速调制/解调器，人们还将进一步改进信道均衡技术，研究 快速收敛的跟踪算法，增强抗干扰的手段，以达到更高的传 输速率。
第4章 应 急 电 台 20世纪70年代中期，BARRY公司研制了一种简便的战 术通信实时选频系统，它能实时测量信道的传输参数；80年 代，计算机技术的发展促进了实时信道估计、频率选择与通 信系统的结合，实现了从信道参数测量、链路质量分析到自 动链路建立的频率自适应的基本功能。后来在增加自适应控 制器的功能、优选信道参数估计、提高链路质量分析性能和 方法等方面继续发展。
第4章 应 急 电 台 一些实验结果表明，在一天内，万千米级的短波通信可 通信时间大于90%。自适应技术保证了系统总是在最佳的信 道上工作，大大减少了发射功率，节省了能源，改善了电磁 环境。
第4章 应 急 电 台 2) 技术成熟 短波通信元器件要求低、技术成熟、制造简单、设备体 积小、价格便宜，在工业、商业、交通、邮政等各部门及军 事领域中，都得到了广泛的应用。 3) 顽存性强 短波通信设备目标小、架设容易、机动性强，即使遭到 损坏也容易修理。由于其造价相对较低，可以大量装备，因 而系统顽存性强。卫星通信系统虽然同样具有远距离通信能 力，而且容量大，传输可靠，但是其设备复杂，价格相对较 高，且安装调试相对复杂。
第4章 应 急 电 台 2. 短波通信的发展 自从1921年发生在罗马的一次意外事故，使短波被发现 可实现远距离通信以来，短波通信发展迅速，成为世界各国 远程通信的主要手段，但是，在20世纪20年代到60年代期间， 短波通信一直不能提供稳定的服务，其根本原因是短波传播 的规律还没有被完全了解和掌握。到了80年代，人类对短波 的传播规律有了比较完整的认识，其中关于电离层反射、多 径衰落、传播损耗、可用频率范围、电离层的不规则性、电 离层骚动、电离层倾斜、波导传播和散射传播的激励和理论 均趋于成熟。国际电信联盟于1982年公布了关于短波传播的 系列报告，这些成为短波通信系统设计的基本依据。
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2) 高速调制解调技术的发展 为了进一步挖掘短波在远距离通信方面的巨大潜力，提 高短波通信的数据传输速度，人们付出了不懈的努力。多音 并行调制/解调器采用多个副载波在短波信道带宽内并发传 输信息，每路传输低速率码以克服码间串扰的影响，数据经 过交织，具有前向纠错功能。美国Harris公司于1984年研制 成功的RF3466调制/解调器，在距离为1200 km，发射功率 为125 W时，达到速率为2400 b/s、误码率为10-3～10-4的水 平。但是多音并行调制/解调器技术上也存在着不能克服的 缺点，如发射功率分散、平均功率与峰值功率比值小、功率 利用率低、抗频率选择性衰落等。
第4章 应 急 电 台 1) 实时信道估计技术的成熟和自适应频率的选择 实时信道估计技术(RTCE)和自适应频率选择技术是最 近十几年来最热门的短波通信新技术。由于短波信道的不均 匀和时变特性，如果采用的频率不当，就无法实现有效的通 信。在掌握了电离层的变化规律和短波在其中的传输规律之 后，20世纪60年代中期，美国国防通信局首先研究出能够为 通信用户提供最佳信道的自动频率选择与预报的公共用户无 线电传输探测系统(CURTS)。该系统每隔10分钟就能将计算 机处理过后的频率报表分送给各用户，但因其设备庞大，造 价昂贵，没有被广泛使用。
第4章 应 急 电 台 国际电信联盟也发布了典型地形条件下地波的传播曲线。 地波传播的研究取得了重大的进展，解决了平面、球面、海 面、陆地及考虑到地表粗糙度的传播分析方法，研究了大气 尘埃对地场波的影响，提出了非齐次球型地面与人造建筑地 面上地波损耗的计算方法。实际测量和理论计算有很好的一 致性，在系统设计中发挥了重大作用。以上这些研究成果为 短波通信奠定了坚实的基础，促进了技术的发展和广泛的应 用。
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4.1 短 波 通 信
按照国际无线电咨询委员会(ITU)的划分，短波是指波 长在10～100 m、频率为3～30 MHz的电磁波。利用短波进 行无线电通信称为短波通信，又称高频(HF)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1.5～30 MHz。