短波信道特性研究

短波信道特性研究

【摘要】短波通信干扰严重，针对短波信道特性进行研究，找出影响通信质量的要素，提出改善通信质量的两种方法。

【关键词】短波；信道；误码率

短波信道频带窄、多径现象非常严重、时延较大、多普勒频移大和衰落严重。一般情况下短波信道的带宽为3.7KHz，信号传输路径为2～4条，时延典型值为2ms，多普勒频移高达20Hz至50Hz，在高纬度地区曾实测达73Hz，另外在信号传输过程中伴随着瑞利衰落，这使得短波信道十分复杂恶劣，造成短波通信的通信质量提高十分困难。但是随着科技的发展，短波通信的性能还是得到了巨大的提高[1]。

短波通信主要依靠电离层的反射来进行通信，因此，电离层的状态将直接影响短波通信的质量。短波通信中的多径现象非常严重、时延较大、多普勒频移大和衰落严重很大程度上就是由电离层的不均匀、时变和色散造成的[2]。

1.多径效应

短波通信时，发射端发出的同一电磁波信号经过不同的途径和不同的传输时延到达接收端的现象。多普勒展宽就是由多径效应引起的。

当发射端发射信号时，部分信号只经过电离层一次反射就到达接收端；部分信号在经电离层反射回地面后再次被反射到电离层，经电离层第二次反射到达接收端；有的信号甚至需要经过电离层三至四次反射后才到达接收端。多径现象中一般为2、3、4条路径，出现概率为85%，其中以出现3条路径的情况最多[3][4]。另外，经大量的数据统计：在中长距离传输系统中，绝大部分的多径时延在0.2～5ms之间，但是极少情况下最大时延达8ms[5]。一般情况下，99.5%的多径时延不小于0.5ms，50%的多径时延不小于1.4ms，仅有0.5%的多径时延超过5ms。

2.衰落现象

衰落现象是指接收端接收到的信号幅度随着时间无规则变化的现象。衰落在短波通信中分为快衰落和慢衰落。持续时间较短并且连续出现的衰落称为快衰落；而持续时间相对比较长的衰落是慢衰落。

2.1快衰落

快衰落的成因主要是多径现象。随着时间的推移，电离层的密度、高度总是呈现随机的变化，这使得电磁波信号的传输路径也不停随机变化。接收端接收到受多径影响的同一信号间的相位差不再恒定，造成合成信号的幅度发生随机改变。因此，这种因接收端收到的电磁波信号的相位干涉所造成的衰落也称“干涉

衰落”。

快衰落具有明显的频率选择性，尤其对单个频率或几百赫兹的窄带信号影响较大。即使是对于一个已调高频信号，因其各频率分量的多径传播条件不同，所以同样有可能会发生严重的衰落，造成信号失真。但是若两个频移差值大于400Hz，经试验证明：它们之间衰落的几乎不具有相关性。

2.2慢衰落

电离层的吸收特性改变主要是因电离层密度、高度等变化造成的。这种吸收特信的改变引起的衰落因为随时间变化非常缓慢（几分钟到几小时），对短波通信的影响不具有频率选择性。在不发生磁暴和电离层骚扰等极端情况下，衰落深度可能低于中值10dB。

通常情况下认为短波信道中的衰落为瑞利衰落，信号起伏达30 dB，极端情况下可能会达到60～80dB[6]。当信道发生衰落时，通信系统的接收端收到的电磁波信号信噪比降低，造成系统误码率降低，极大地影响短波通信的质量。

2.3多普勒频移

随着时间的推移，电离层是不断快速运动变化的，尤其是电离层高度的快速变化。当电离层发射电磁波时，这种快速变化将使电磁波传输路径的距离快速变化而引起电磁波频率的变化。接收端接收到的电磁波不再固定在某一频点，而是发生了频率漂移，这就是多普勒频移。

多普勒频移的另一个成因是由多径效应引起的。在短波通信时，多径效应不仅改变信号的幅度，还引起相位的抖动。信号的频率也因相位的抖动而发生漂移，造成多普勒频移。多普勒频移一般为1Hz～2Hz，但日出和日落时多普勒频移将加重，特别是在发生磁暴时有可能增加到6Hz。同时，如果电磁波经过电离层多次反射后到达接收端，那么总的多普勒频移可以按下面的公式计算：

（4-9）

式（4-9）中，n为跳数，为总的多普勒频移值，为单跳的多普勒频移值。

2.4噪声与干扰

在日常的短波通信时，通信中的噪声一般分为大气噪声、宇宙噪声和各种工业干扰噪声等几类，其中工业干扰噪声是最主要的噪声。这些噪声和干扰严重影响了短波通信的可靠性。在数字短波通信中，误码率是衡量短波通信系统传输信息的准确度的重要指标。一般情况下，主要通过改善信道性能和引入差错控制技术来降低系统的误码率。

2.4.1改善信道性能。即在短波通信系统中增大信号发射功率，提高天线的

增益，改进调制技术，引入分集技术来提高通信系统的可靠性。

2.4.2差错控制。即将差错控制技术引入短波通信系统中，使接收端具有前向纠错的能力，从而使系统的误码率降低，提高通信系统的可靠性。

由于短波通信一般为远距离通信，这给提高短波信号的性能带来了很大的困难，主要是由于多径展宽和多普勒频移使得信道环境本身就相对比较恶劣；另外，天线场地、电台性能等因素在很大程度上也影响到了短波通信性能的进一步提高。此时引入自适应编码调制技术是最适合的方法。

参考文献：

[1]徐淑正，张晖，杨华中等.信息时代的短波通信[J]. 电子技术应用，2005（03）：1-2.

[2]胡中豫.现代短波通信技术[M].北京：国防工业出版社，2003.

[3]张尔扬.短波通信技术[M].北京：国防工业出版社，2002.

[4]沈琪琪，朱德生.短波通信[M].西安：西安电子科技大学出版社，2001.

[5]张金涛.短波传输技术的研究[D].硕士学位论文.陕西西安：西安电子科技大学，2006，1.

[6]邮电部北京设计院，上海邮电设计院.电信工程设计手册12短波通信.北京：人民邮电出版社，1991.