第3章短波通信系统
短波通信
短波通信一.概念简介短波通信(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6MHZ～30MHZ.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，还在快速发展.1.无线电波传播无线电广播、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米到0.75毫米的电磁波.根据电磁波传播的特性，又分为超长波、长波、中波、短波、超短波等若干波段，其中：超长波的波长为100,000米~10,000米，频率3~30千赫；长波的波长为10,000米~1,000米，频率30~300千赫；中波的波长为1,000米~100米，频率300千赫~1.6兆赫；短波的波长为100米~10米，频率为1.6~30兆赫；超短波的波长为10米~1毫米，频率为30~300,000兆赫（注：波长在1米以下的超短波又f=称为微波）.频率与波长的关系为：λ/c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：(1)地波（地表面波）传播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.(2)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2 MHz－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.(3)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.(4)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.2.电离层的作用电离层对短波通信起着主要作用，因此是我们研究的重点.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60~90公里，白天可反射2~9MHz的频率.E层高度85~150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150~200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率也必须随之改变.3.短波传播途径(1)短波通信的传播方式电离层最高可反射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本传播途径有两个：一个是地波，一个是天波.如前所述，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.(2)短波通信的调制方式在无线电通信中，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.单边带的优点是：①提高了频谱利用率，减少信道拥挤；②节省发射功率约四分之三；③减少信道互扰；④抗选择性衰落能力强.二.短波通信优缺点及关键技术1.优点：①.短波是唯一不受网络枢钮和有源中继体制约的远程通信手段，一但发生战争或灾害，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；②.在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波；③与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低.2.缺点：①.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.②.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.③.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.3.关键技术：⑴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她、照佳地匹配于肘、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.①.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.②.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20～40％，若固定可通率，对误码率进行测试，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；或自适应地根据／Ⅳ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．③.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10～20dB信噪比的改善；若对抗瞄准式干扰可得到30～60 dB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一④.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.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(FTF )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.⑤.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.自适应信道编码技术则足指信源数据在进人调制之前所10 量级的实用要需的全部数字处理，它必须与当前信道条件相匹配.为使信道误码率达到5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.⑥.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.⑦.传输速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.⑵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一200、HF一850；以色列PRC一174电台配置了TMD一326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CHX一200；英国的PRC一150；美国RF一5000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.⑶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2～30 MHz，链路通信距离5D～l 000 km.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.三．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60～70年代产品大多属于独立的信道探测系统，如l968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).它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.该系统适用于战略通信干线或通信网络的使用，每隔1O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10 ，实际机电该系统进行短波数据通信时，在90％的时间里，误码率可保持或低于5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一35(V)系统，其性能是能发送Chirp探测信号，完成2～30MHz(或2～16MHz)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(与不使用该系统的一般通信进行比较)提高1O～l000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一42(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，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<1 s，收<10 ms，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9～26 s，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)需耗费散分钟的时间．该系统的代表产品有HF一80，AN／ARC一190(V)、AN／GRC一193A，AN／GRC一213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一71∞、RF一7166和RF一7200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、6～l0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、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一200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。
短波通信（HF）（5篇范文）
短波通信（HF）（5篇范文）第一篇：短波通信(HF)短波通信HF：高频，所指的就是短波波段1600千周--30000千周（180公尺--10公尺）FM：调频，是一种通信方式调频（FM），就是高频载波的频率不是一个常数，是随调制信号而在一定范围内变化的调制方式，其幅值则是一个常数。
与其对应的，调幅就是载频的频率是不变的，其幅值随调制信号而变。
一般干扰信号总是叠加在信号上，改变其幅值。
所以调频波虽然爱到干扰后幅度上也会有变化，但在接收端可以用限幅器将信号幅度上的变化削去，所以调频波的抗干扰性极好，用收音机接收调频广播，基本上听不到杂音。
使载波频率按照调制信号改变的调制方式叫调频。
已调波频率变化的大小由调制信号的大小决定，变化的周期由调制信号的频率决定。
已调波的振幅保持不变。
调频波的波形，就像是个被压缩得不均匀的弹簧，调频波用英文字母FM表示。
载波的瞬时频率按调制信号的变化而变，但振幅不变的调制方式。
载波经调频后成为调频波。
用调频波传送信号可避免幅度干扰的影响而提高通信质量。
广泛应用在通信、调频立体声广播和电视中。
我们习惯上用FM来指一般的调频广播（76-108MHz，在我国为87-108MHz、日本为76-90MHz），事实上FM也是一种调制方式，即使在短波范围内的27-30MHz之间，做为业余电台、太空、人造卫星通讯应用的波段，也有采用调频（FM）方式的。
FM radio即为调频收音机。
FM调频即收音机功能。
作为MP3的一项附加功能，从实用角度来说，现在的MP3这方面做得并不很出色，应该说还不如普通的收音机，在接收范围、精度等等方面还都有差距，只能说是一个有益的补充。
当然，如果你注重这个功能的话，也有做得不错的产品。
而在具体机型上，针对FM，不同产品还有细分，是否可以保存选定的频道、可以保存多少个频道、立体声和普通声道可以自己设定还是由机器来设定。
SSB：单边带话通信在短波（HF）段一般采用占用频带较窄的单边带话，简称SB方式（Single Side Band）。
短波通信
无线电通信技术
01 简介
03 的原理 05 的特点
目录
02 的重要性 04 系统
短波通信是波长在100米～10米之间，频率范围3兆赫～30兆赫的一种无线电通信技术。
简介
短波通信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。但是，随着技 术进步，特别是自适应技术、猝发传输技术、数字信号处理技术、差错控制技术、扩频技术，超大规模集成电路 技术和微处理器的出现和应用，使短波通信进入了一个崭新的发展阶段，在1988年短波通信设备的销售额达到了 其历史最高水平。同时短波通信设备使用方便，组灵活，价格低廉，抗毁性强等固有优点，仍然是支撑短波通信 战略地位的重要因素 。
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的特点
短波按照国际无线电咨询委员会（CCIR，现在的ITU-R），的划分是指波长在l00m~l0m，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（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1.5MHz~30MHz 。
其次，在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波。
另外，与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。
的原理
由于短波频率在3~30兆赫之间，所以它主要利用电离层反射传播，传播距离环绕地球 。
收信机、收信天线和各种终端设备组成。发信机前级和收信机现已全固 态化、小型化。发信天线多采用宽带的同相水平，菱形或对数周期天线，收信天线还可使用鱼骨形和可调的环形 天线阵。终端设备的主要作用是使收发支路的四线系统与常用的二线系统衔接时，增加回声损耗防止振鸣，并提 供压扩功能。
短波通信系统课件
发射机输出的电信号通过馈线传输到天线，然后由天线辐射到空间中。
接收机
接收机是短波通信系统中的另 一重要组成部分，负责接收空 间中的电信号并将其还原为原 始信息。
它通常包括天线、高频放大器、 混频器、解调器和音频放大器 等部分，用于接收和处理电信号。
接收机将天线接收到的电信号 处理后输出，供用户使用。
应急通信是短波通信系统的另一个重 要应用领域。在发生自然灾害、事故 灾难等紧急情况时，由于通信设施可 能受到破坏，因此需要依靠短波通信 系统进行应急通信。
短波通信系统在应急通信中主要用于 各部门之间的协调和信息传递，如消 防、公安、医疗等部门之间的信息传 递和调度，对于保障应急救援工作的 顺利实施具有重要作用。
天线
天线是短波通信系统中用于辐射和接 收电信号的重要设备。
天线的性能对短波通信系统的通信质 量和可靠性有着重要影响。
它通常由金属导线或金属面构成，能 够将电信号转换为电磁波并辐射到空 间中，或者接收空间中的电磁波并将 其转换为电信号。
终端设备
终端设备是短波通信系统中的用 户设备，用于输入和输出信息。
通信距离
通信距离
短波通信系统的通信距离受到多种因素的影 响，如发射功率、天线高度、工作频率、大 气条件等。在理想条件下，短波通信可以达 到数百公里甚至数千公里的距离。
通信质量
通信距离的远近与通信质量有关。在长距离 通信中，信号可能会受到噪声、干扰和多径 效应的影响，导致通信质量下降。为了提高 通信质量，可以采取适当的信号处理和编码 技术。
航海通信
航海通信是短波通信系统的又一个重要应用领域。在航海领域中，由于船舶经常 处于海洋之中，远离陆地，因此需要依靠短波通信系统进行海上通信。
短波通信系统在航海通信中主要用于船舶与岸上控制中心之间的通信，如航行调 度、气象信息传输、紧急情况报告等，对于保障航海安全和航行顺利具有重要意 义。
短波通信原理
短波通信原理
短波通信是一种利用短波频段进行无线传输的通信技术。
它的原理是通过调频调幅的方式，将信息信号转换为高频的短波信号，然后通过天线进行传输。
短波信号在空间中以电磁波的形式传播，经过反射和折射等过程，能够覆盖长距离的传输距离。
短波通信的频率范围一般为3MHz到30MHz，这个频段在电
离层中的传播特性比较好，可以实现远距离的通信。
与其他频段的无线通信相比，短波通信具有以下优点：
1. 长距离传输：由于短波信号的传输特性，它在空间中的传播距离较远，能够覆盖较大的通信范围，特别适用于遥远地区的通信需求。
2. 抗干扰能力强：短波信号在传输过程中相对不容易受到天气、建筑物等因素的干扰，因此能够更好地保证通信的稳定性和可靠性。
3. 灵活性高：短波通信设备相对较小、轻便，可以快速搭建和移动，适应各种复杂环境下的通信需求。
4. 自主性强：短波通信不依赖于任何地面基础设施，可以独立进行通信，特别适用于紧急情况下的通信应急需求。
短波通信在广播、航空、海陆交通等领域都有广泛应用。
虽然现在有很多其他频段的无线通信技术可以实现更高的传输速率
和更大的带宽，但短波通信由于其独特的传输特性和广阔的覆盖范围，仍然是许多远距离通信需求的首选技术。
短波通信原理
短波通信原理
短波通信是一种利用短波频段进行通信的技术，它具有覆盖范围广、穿透能力强、抗干扰能力好等特点，因此在无线通信领域有着广泛的应用。
短波通信原理涉及到无线电波的传播、调制解调、天线设计等多个方面，下面将对短波通信原理进行详细介绍。
首先，短波通信的原理是基于无线电波的传播。
无线电波是一种电磁波，它的
传播具有直射传播和地面波传播两种方式。
在短波通信中，地面波传播是主要的传播方式，它能够沿着地球表面传播，覆盖范围广，适合用于远距离通信。
此外，短波通信还利用了电离层的反射作用，使得信号可以在大范围内传播，这也是短波通信能够覆盖全球的重要原因之一。
其次，短波通信的原理还涉及到调制解调技术。
调制是指将要传输的信息信号
转换成适合在载波上传输的调制信号的过程，而解调则是将接收到的调制信号转换成原始的信息信号的过程。
在短波通信中，常用的调制方式有调幅调制（AM）和
单边带调制（SSB），它们能够有效地利用频谱资源，提高信号的传输效率。
另外，短波通信的原理还涉及到天线设计。
天线是短波通信中至关重要的组成
部分，它的设计直接影响到通信质量。
在短波通信中，常用的天线类型有垂直天线、水平偶极天线等，它们各自具有不同的辐射特性和波束方向，可以根据实际需求进行选择和设计。
总之，短波通信原理涉及到无线电波的传播、调制解调、天线设计等多个方面，它是一门综合性的学科，需要对无线电技术有深入的了解和掌握。
随着科技的不断发展，短波通信技术也在不断创新和完善，相信在未来会有更多的新技术应用到短波通信中，为人类的通信带来更多的便利和可能性。
短波通信原理
短波通信原理短波通信是一种利用短波无线电波进行远距离通信的技术。
短波通信具有穿透力强、传播距离远、适应性广等特点，因此在军事、航空、海事、天气预报、应急通信等领域得到了广泛的应用。
短波通信的原理主要包括发射、传播和接收三个基本环节。
首先是发射环节，发射机产生的高频电流通过天线辐射出去，形成电磁波信号。
这些信号经过电离层的反射和折射，可以传播到地球上的远处地区。
其次是传播环节，短波信号在传播过程中会受到电离层、大气层、地球曲率等因素的影响，因此会发生多种传播方式，如地面波、天波、空间波等。
最后是接收环节，接收机接收到传播回来的信号，经过解调、放大等处理，最终还原成原始的信息信号。
短波通信的原理中，电离层的影响是至关重要的。
电离层是地球大气层的一部分，位于地球表面以上约80至500千米的高空，主要由电离气体组成。
在白天，由于太阳辐射的作用，电离层会发生电离，形成一个能够反射短波信号的层次，这被称为F层。
而在夜晚，电离层会发生变化，F层会消失，但会出现一个能够反射短波信号的E层。
这种变化会影响短波信号的传播距离和传播方式，因此也会影响到短波通信的可靠性和稳定性。
除了电离层的影响，大气层和地球曲率也会对短波信号的传播产生影响。
大气层的不均匀性会导致信号的折射和散射，从而影响信号的传播路径和传播距离。
而地球曲率则会导致信号的衰减，使得远距离传播的信号强度逐渐减弱。
总的来说，短波通信的原理是基于电磁波在大气层中的传播特性，利用电离层的反射和折射，以及大气层和地球曲率的影响，实现远距离通信。
了解短波通信的原理对于合理地选择频率、天线和设备，以及预测和改善通信质量都是非常重要的。
在实际应用中，需要综合考虑各种因素，才能确保短波通信的可靠性和稳定性。
短波通信系统和超短波通信系统
智能化发展
随着人工智能和大数据技术的应用，短波通信系统和超短波通信系统的智能化发展成为未来的重要趋 势。通过引入智能化技术，可以实现自适应调制解调、自适应天线调整、自适应信道选择等功能，进 一步提高通信系统的性能和可靠性。
智能化发展还可以实现通信系统的自主管理和维护，减少人工干预和故障率，提高整个通信系统的稳 定性和可用性。同时，智能化技术还可以帮助通信系统更好地适应各种复杂环境和应用场景，满足各 种不同的通信需求。
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短波通信系统和超短波通信系统
目录
• 引言 • 短波通信系统 • 超短波通信系统 • 短波通信系统与超短波通信系统的比较 • 未来发展趋势
01 引言
通信系统的定义与分类
通信系统定义
通信系统是实现信息传输和交换的设 备、设施和网络的组合，主要用于传 递信息，满足人们通信交流的需求。
通信系统分类
根据传输媒介和工作频段，通信系统 可分为短波通信系统、超短波通信系 统、微波通信系统、卫星通信系统等 。
超短波通信系统
传输质量相对较稳定，信号不易受到干扰和衰落，适用于高 质量的语音和数据传输。
覆盖范围
短波通信系统
覆盖范围较广，可以实现全球范围内的通信。
超短波通信系统
覆盖范围相对较小，通常只能实现较近距离的通信，适用于局域网或城域网的应用。
05 未来发展趋势
融合发展
短波通信系统与超短波通信系统的融合，可以充分利用两者的优势，提高通信的 可靠性和稳定性。例如，在复杂环境中，超短波通信系统可以提供稳定的通信链 路，而在远程通信中，短波通信系统则具有更好的穿透能力和覆盖范围。
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➢E层 • 出现在太阳升起时,中午达到最大值， 之后逐渐减小;太阳降落后，对短波传 播不起作用 • 电离开始后可反射高于1.5MHz的短波
➢ES层 (E-sporadic 偶发E层) • 偶尔发生 • 具有很高的电子浓度，能将高于短波 波段的电波反射回来
• 如何利用尚待研究
➢ F层 (反射层) • 白天有两层：F1层和F2层 • F1层夜间消失，常出现于夏季 • F2层电子浓度白天大夜间小、冬大夏小 • 适合远距离短波通信
它是指在实际通信中，能被电离层反射回地面 的最高频率。
对应于电离层各分层的电子密度，都存在一个 相应的最高频率fv，也称为临界频率。
在此频率时，该层对垂直入射的（入射角 φ=00）电波将起到反射作用；而当频率高于fv 时，垂直入射的电波将穿出该层，因此不能 为收发用户提供短波通信链路。
如果电波是以φ>00的入射角斜射电离层，频率为fv的电波不 会穿出该层，而当更高的某一频率fob时才穿出该层。 fob被称为入 射角为φ时的最高可用频率，它可表示为：
由于电离层的电子密度受太阳辐射影响很大，白天 和夜晚的最高可用频率相差甚大，工作频率也需要进行 相应的调整。下图示出了最高可用频率一天内的变化， 作为简单的取值方法，而为了更好的适应电离层参数变 化引起的传输特性随机起伏，实时地选用最佳工作频率 是合适的。下图画出了MUF和FOT及建议选用的日频和 夜频。
fob = fv secj = fv 1+骣 琪 琪 桫2dh' 2
显然， fob ≥ fv。
h’
d
为什么在同一电离层高度上有多个工作频率？
h’
f
h
F
f
d
MUF是电波能返回地面和穿出电离层的临界值。 考虑电离层的结构随时间的变化和保证获得长期稳定 的接收，在确定线路的工作频率时，不是取预报的 MUF值，而是取低于MUF的频率FOT，FOT称为最 佳工作频率(frequency of optimum traffic)。一般情况 下FOT=0.85MUF。选用FOT之后，能保证通信线路 有90%的可通率。由于工作频率较MUF下降了15%， 接收点的场强较工作在MUF时损失了10-20dB,可见 为此付出的代价也是很大的。
于信道的相干时间，则两次发射的信号会经历相同的衰落，分集抗
衰落的作用就不存在了。
1
短波通信的基本概念
短波(shortwave)的定义 按照CCIR国际无线电咨询委员会(International Radio
Consultative Committee) (1993年起，ITU-R)的规定，短波是 指频率为3-30MHz，波长为100m-10m的无线电波。
短波通信 利用短波进行的无线电通信称为短波通信，又
称为高频(HF)通信。 短波通信实际使用范围为1.5-30MHz。
短波通信的特点
优点 ➢勿需中继站就可实现远距离通信 ➢技术成熟、完善 ➢建设周期短、建设和维护成本低 ➢机动性强、使用灵活 ➢对自然灾害和战争的抗毁性强
缺点及对策
➢ 频带窄、容量小 广泛采用单边带调制技术
• 相干时间 （coherent time） ：
相干时间就是信道保持恒定的最大时间差范围，发射端的同一信号
在相干时间之内到达接收端，信号的衰落特性完全相似，接收端认
为是一个信号。如果该信号的自相关性不好，还可能引入干扰，类
似照相照出重影让人眼花缭乱。从发射分集的角度来理解：时间分
集要求两次发射的时间要大于信道的相干时间，即如果发射时间小
关键概念
• 相干带宽 （coherent bandwidth） ：
指某一特定的频率范围，在该频率范围内的任意两个频率分量都具 有很强的幅度相关性，即在相干带宽范围内，多径信道具有恒定的 增益和线性相位。相干带宽近似等于最大多径时延的倒数。从频域 看，如果相干带宽小于发送信道的带宽，则该信道特性会导致接收 信号波形产生频率选择性衰落，即某些频率成分信号的幅值可以增 强，而另外一些频率成分信号的幅值会被削弱。
➢ 短波天波信道是变参信道 采用实时选频技术
➢多径效应严重导致信号衰落 分集接收技术、扩频技术 时频编码/时频相编码及检测技术
➢大气和人为干扰严重
扩频技术
短波传播方式
电离层
天波
地表面波
地波
地波： 1.5~5 MHz。
直接波 地面反射波
短波通信实际使用范围为1.5~30MHz。
短波地波传播特性
➢ 大地吸收导致传播损耗 ➢ 地面导电性能越好，传播损耗越小 ➢ 电波频率越低，传播损耗越小
(利用地波进行近距离通信的频率范围大约 是1.55MHz)
➢ 垂直极化波比水平极化波衰减小 (通常采用辐射垂直极化波的垂直天线)
大地吸收导致传播损耗
一）场强短(V波/ m传) 播的形式
106
105
104
103
102
101
发射功率1KW
100
垂直天线
10-1
10MHz
1
5 10
50 100
0.15MHz
0.5MHz
1MHz 5MHz
500 1000
d(Km)
结论：地波的衰减随着频率的升高而增大，所 以即使使用1000W的发射机，陆上传播距离也 仅为100km左右，所以这种传播形式不宜用作 无线电广播或远距离通信。
电离层
电离层是指从距地面大约60公里到1000公里 处于电离状态的高空大气层。
1. 电离层的形成
电离层各层高度与电子密度的关系
h( Km)
500
电子浓度随高
400
度增加而增加；
300
午夜
F2
200
100
D
0
109
1010
F2
D、E层夜间
中午 消失；
F1 E
1011Βιβλιοθήκη 1012F层中午(白天) 有两层；F1层夜间 消失。
1013
电子密度 (1/ m3 )
最高可用频率（MUF）
最高可用频率 （MUF, maximum usable frequency）
电离：高空大气层在太阳辐射的作用下，大 气气体分子或原子中的电子游离出来，形成离子 和自由电子。
电离现象显著的区域称为电离层。
电离层基本分层特性
D层： 60~90km
E层： 100~110km
ES层： 120km
F1层： 170~220km
F2层： 225~450km
➢D层(吸收层) • 太阳升起时出现，太阳落下后消失 • 短波以天波传播时将穿过D层 • 短波穿过D层时严重衰减 • 在白天，D层决定了短波传播的距离、 发射机功率和天线增益