短波通信原理范文

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【关键词】频率优选技术短波通信预测探测现状分析

短波通信具有机动灵活、通信距离远、通信能力强的特点，在现代君事眼界通信中有着十分关键的作用。随着短波通信技术研究的不断深入，现代短波通信技术开始向数字化方向发展，但在实际应用过程中，人们发现通信频率优选技术始终是制约短波通信效果的重要因素，尽管引入了较为先进的差错控制技术，应用了调制解调器，短波信道仍然存在较强的窗口效应。在此背景下，有必要对短波远程通信频率优选技术的应用现状进行分析，进一步探讨有效的频率优选手段。

一、频率优选技术的类别分析

短波频率优选技术按照其作用划分，可分为频率探测、频率预测及认知无线电感知三种技术类型。其中，频率优选预测与探测的主要目的是确定最佳通信宽带，缓解频谱源不足等问题。在短波远距离通信过程中，频谱源不足会对短波通信的系统容量产生影响。有相关研究指出，在时空领域上，短波频谱存在很多频谱空洞。频谱空洞直接关系到短波频率的应用效率，如何发现这些空洞，已经成为短波长距离通信频率优选技术研究者们关注的重点。与此同时，无线电感应技术开始在短波通信中出现和应用，其主要原理是通过感知外界不断变化的无线通信环境，借助一定算法来实时变更自身参数，对授权用户的闲置频率空穴进行动态跟踪感知，进而达到充分利用频谱资源的目的。

二、海上短波远程通信频率优选技术应用现状

2.1频率预测技术应用

短波频率预测技术既包括长期预测，又包括短期预测，CCIR组织曾经提出了三种自立的短波信道模型评估算法，分别为报告894、报告252及报告252补编的方法。目前，国内短波频率预测技术仍然是以短期预测、长期预测为基础，在海上短波通信领域，出现了亚太法、自相关频率预测以及神经网络预测法等优选技术。其中亚太法是根据亚太地区39个主要电离层观测站记录的数据，运用f0F2导出预测指数的一种频率预测方法，自相关频率预测技术则以电离层MUF的变化规律为基础，通过预测其短期变化规律来进行准实时预报。

神经网络预测是以神经网络基本原理为依据而建立起的一种短波频率预测模型，也具有实时预报的作用。目前，世界很多国家不同机构对短波频率预测均有深入的研究，大多数研究成果都是以中长期预测为主，虽然也符合短波通信的要求，但不能全面反映实际时刻电离层的反射信道情况。

2.2频率探测技术应用

在频率探测技术不断发展的背景下，很多探测信号体质开始用于短波通信实践中，如脉冲探测、眼图技术和错误计数等，在很大程度上提高了短波通信频率探测的效率。其中，脉冲探测是出现时间最早、应用范围最广泛的一类探测方法，能够同步接收和传输时间和频率，在发端应用了脉冲探测发射机以在整个HF频段上发送脉冲探测信号，接收端中的探测接收机校准时间与标准时间一致，因此能够实现同步收发。在数字传输系统过程中，眼图技术能够比较全面地反映系统传输性能，因而可以通过眼图分析来评估信道。错误计数技术是在控制发送数据的条件下，通过设置反码加权，对信息支路进行放大加权处理，从而提高系统输出结果中的误码率，该方法多用在数字通信系统中。

三、预测与探测组合应用的新模式

短波频率探测的主要作用在于通过对电离层进行动态探测，为短波通信找到最佳通信频率。一般情况下，岸海短波频率的探测工作离不开舰载站与岸基站，舰载站与岸基站保持同步，共同接收电离图，从而构建探测链路。同时，舰载站把优选频率传输至岸基站，再由岸基站对本地区电磁环境作出分析，确立优选频率后将其传回舰载站。在定频工作模式下，海上短波通信工程中，岸海短波数据的链传效果往往难以得到保证，因此，可以考虑将数据链系统与短波通信频率探测系统结合起来，最大限度地利用频率探测系统功能，结合海区天气状况、地理情况及电磁频谱占位情况选择闲置、稳定的通信频率，并对通信频率进行实时分配，大幅度地提高短波通信效果。

四、结束语

短波通信的抗毁性能好，其在海上通信领域有着不可估量的应用价值。但是受现有科学技术水平的影响，短波通信频率优选效果仍然有待改善。

短波通信工要不断提升频率预测和探测水平，综合利用通信技术和网络技术，改进通信设备，从而不断提高通信频率的应用率。

参考文献

[1]李菁晔，徐池，韩东等.基于电子海图的短波频率辅助决策系统研究[J].电子信息对抗技术，2023，01：83-87.

[2]徐池，邱楚楚，李梁等.海上短波通信频率优选技术现状与分析[J].通信技术，2023，10：1101-1105.

1.1具有较强的绕射能力，可以实现远距离通信如在抗震救灾工作中，由于地层的剧烈运动，造成很多房屋建筑和基础设施的坍塌，一方面导致现有的通信中断，另一方面又为救灾通信的传播设置了很多障碍物。短波通信具有较强的绕射能力，在信号传播过程中不会受到地面障碍物的影响，又可实现远距离的信号传播，因此救援现场障碍物多的情况下有着较强的应用优势。1.2成本较低短波通信对设备的要求不高并且设备维护简单方便，为此节省了大量的通信设备建设和维护资金，此外在应用短波通信时还无需支付额外的通信话费，与其它通信手段相比，总体成本较低。尤其是在一些经济水平欠发达地区的应急救援中，短波通信有着更大的应用空间。1.3短波通信支持动中通动中通是对快速移动过程中的卫星地面通信系统的简称。当地面发生严重自然灾害或人为突发事件造成通讯中断时，可以利用短波通信与移动中的卫星地面通信系统建立信号联系，通过卫星地面系统的信息接收和进一步扩散传播，进而实现救援工作的顺利展开。

二、短波通信在应急通信中的应用

2.1实时信道估值（RTCE）短波信道具有较大的变动性，实现短波应急的关键在于科学的评估短波信道的质量。对维特比译码的累积误差信息进行分析，确定短波链路的信道质量，是短波信道质量评定的主要方法。其主要优点有：评估成本小，对发送数据量的要求小，可以大范围的对链路质量进行动态的评分，可以系统的分析信道质量。具体的来讲，当信道编码采用卷积编码，并且译码采用维特比软判决译码时，可以实现译码误差的积累，通过对累积的误差进行分析处理，就可有有效的评估短波链路的信道质量。通过实时信道估值（RTCE）技术的应用，可以及时判断信号传输过程中噪声的干扰状况和电离层的传输情况，并实现短波通信频率的自我优化调整，进而确保信息的有效和顺利传播。2.2短波通信数据传输在第三代短波通信网络中有两种数据业务传输协议，即低速数据传输协议（LDL）和高速数据传输协议（HDL）。高速数据传输在信道质量较好的情况下应用普遍，而在恶劣的信道环境下一般采用低速的数据传输。在实际的短波通信中，为了做好数据的高速传输常常采用高速跳频数据传输技术。高速跳频数据传输的工作原理是对跳频进行查封计算，选择科学的跳速，进而在最大程度上避免信号传输的干扰因素，实现高速数据传输。在低速数据传输方面，通过第三代自动链路建立技术与极低速技术的有效结合，提高了短波通信抗突发干扰和抗连续波的能力，进而有效的实现了在恶劣信道质量下的低速数据传输。

三、结语

我国因地域辽阔，自然环境和社会环境复杂，人为突况和自然灾害时有发生，此种形式下国家加强了对应急通信的投入和建设。短波通信虽是一种古老的无线电通信技术，随着科学技术进一步发展和短波通信技术的进一步完善，其在现今的抗灾抢险中发挥着重要的作用。新时期的背景下，不断探索和提升短波通信技术，提高短波通信设备的性能和通信质量，实现信息的科学、快速、有效传播，能够进一步推进我国抗灾抢险工作的顺利展开，进而促进我国的现代化建设顺利进行。

【关键词】短波通信抗干扰技术应用

我国当前经济持续发展，各项技术有了明显进步，其中城市化和信息化建设发展较为突出，为我国科研教育事业的发展做出了突出贡献。我国的通信技术有了较大突破，作为应用广泛的短波通信技术，一直发挥着巨大作用。

一、短波通信的发展历史及特点

1.1发展历史

短波通信的发展过程是波浪式的，从高到低，又从低到高。1895年马可尼首次进行了无线电通信的尝试并获得了成功；在20世纪60年代，短波通信的发展受到抑制；20世纪80年代初开始，短波通信重新受到重视并得到了很好发展。目前短波通信技术已经从第二代通信技术发展到了第三代通信技术。

1.2短波通信的特点

优点：短波通信设备体积小，可进行定点或移动通信，并且维护费用较低，电路调试容易，临时组网方便，对自然灾害或者是战争的抗毁能力强，破坏后容易恢复，灵活性很大。缺点：通信容量较小，可以使用的频段较窄；大气等外在因素对其干扰严重；短波通信的信号传输不稳定。

二、短波通信的基本干扰方式

1、大气噪音。大气干扰是短波通信最为常见的干扰方式，因为大气放电具有方向性，在维度较高的地区，其干扰方向随着季节和昼夜变化而变化。

2、工业干扰。工业生产中的点火装置、电力网等因素是造成短波通信干扰的工业干扰因素，这些因素影响程度的大小与本地噪声的强弱和供电系统有关。

3、电台干扰。与短波通信工作频率相近电台的无线电波，对短波通信同样会造成干扰。首先因为短波通信用户数量很多，其次是因为短波波段的频带本身不宽。

4、人为干扰。这种带有目的性的干扰，在君事应用中很普遍。常见的人为干扰方式有单频或多频干扰等。

三、短波通信的抗干扰技术的应用

1、自适应技术。自适应技术的作用包括两个方面：自动调整短波通信系统中结构和参数；优化系统适应通信的传输环境变化的能力。它提高了系统抗干扰能力，改善了短波通信质量。工作原理是定时分析短波通信的链路质量，在多个信道进行扫描，在接收到对方信号后建立合适的频率链路，进行通信业务传输。优势在于能够根据不同情况，切换传输信道，提高短波通信的抗干扰能力。

2、跳频技术。跳频技术可以通过实际情况不断地更换短波通信频率，避开受到干扰的信道，实时动态修改频率表，保留不受干扰的频点，删除受到干扰的频点。跳频技术抵抗衰落能力很强，可以解决多路径衰落的通信问题，直接拓展频率带宽。

3、差错技术控制。差错控制技术能够解决数据在传输过程中容易出现丢包和出错问题。根据不同的情况，形成不同的抗干扰方法，主要分为自动重发请求、前向纠错和混合纠错等。当接收方经过检验发现收到的数据存在错误时，通知发送方，发送方得知后可以使用此技术进行改正。这一技术可以有效保证短波通信数据的正确和完整性。

4、分集技术。短波通信信道使用情况不同，造成有的信道信号较强，有的信道信号较弱，根据不同信道的情况选择两个或两个以上的信号进行组和，补偿衰落的信道损耗，这种技术就是分集技术。分集技术改善信道的传输质量是以不增加传输功率和带宽为前提的。如果没有这项技术，在噪声干扰、信道情况较差时，发射机必须要发送较高的功率才可以保证正常收到链接。

相比其他的抗干扰技术它的优点在于可以在不增加传输功率和宽带的前提下，改善无线通信信道的传输质量，提高传输质量和信噪比。

四、短波通信中抗干扰技术的发展趋势

科学技术发展迅猛，短波通信的抗干扰技术已经取得了非常大的进展和突破。发展方向主要包括以下三个方面，首先是逐渐向着全自适应状态发展，因为科技的发展意味着全自适应技术必将取代单一的自适应技术；其次是高速数据调制解调技术逐渐成为核心技术，因为这一技术具有传输速度快、利用率高等优点；最后是抗干扰技术体制向宽带发展，这已经是一个必然的趋势。

【关键词】短波通信；频段；预选频；实时选频；数字信号处理器

1.引言

短波通信是指利用波长为100～10m（频率为3～30MHz）的电磁波通过电离层反射来传输信息的无线通信方式。短波实时选频技术（RTFS：RealTimeFrequencySelection）是针对短波信道的缺陷而发展起来的频率自适应技术。短波频率自适应是指短波通信系统适应通信条件变化的能力。随着短波自适应技术、扩频技术的发展，以及超大规模集成电路、微处理器和数字信号处理等技术的发展，逐渐形成了具有高性能、高度自动化和自适应能力的现代短波通信系统，推动了短波通信的新发展。在通信过程中，实时选频系统不断根据短波信道的传输质量实时选择最佳工作频率，使短波通信链路始终工作在相对最佳状态。因此，实时选频技术在现代短波通信系统中具有至关重要的作用[1—4]。

2.短波通信系统的方案设计

2.2实时选频技术方案

采样后的数字信号经FIFO送入DSP系统后完成信号的数字下变频、FFT变换、解调译码及实时选频。其原理框图所示。其中虚线框中部分即为实时选频系统的噪音信号流程图。

此处设计的实时选频系统的工作原理为：根据分析信道中噪音情况的结果，得到电离层相关传输特性，从而完成选频。噪音信号经FFT的输出结果为复数，通过取模得到信号频域信息的幅度，然后计算各个频点上的对应功率。接着送入预选频模块，对平均检测概率和平均虚警概率的影响进行数值分析（分析的信噪比范围设定在—10dB～10dB之间），得出相对应的门限值Td；然后系统根据频谱的能量与门限值Td比较去除大气背景噪音和邻台干扰噪音，剩下的噪音可以反映电离层传输情况；最后根据干扰矩心频率ICF（InterferenceCentricFrequency）与电离层F2层临界反射频率foF2的相关性来确定链路最大可用频率的方法进行选频[4，7]，得到频率优劣表，为短波电台通信初始链路建立确定较优传输频段[4—6]。

3.实时选频系统的实现

3.1系统实现方案

为满足系统的实时性要求，短波差分跳频接收系统软件设计采用前后台系统，实时性的严格要求必须靠中断服务子程序来保证。实时选频系统的软件可分为两大部分，分别是噪音信号的产生和对噪音信号的处理。噪音信号的产生由Matlab仿真完成，生成的噪音信号数据包送至DSP在EVM板上实现系统实时选频的仿真[1，4]。本文只讨论对噪音信号的实时处理部分。

3.2平均噪音功率采集与计算

由于系统的跳频带宽为2.56MHz，此处选取A/D转换器采样率fS为20.48MHz，频率间隔为5kHz。功率采集与计算的具体过程为每经过一个时间段T1，程序产生一个中断信号来调整本振，使系统接收下一个2.56MHz的噪音信号，同时FFT模块对噪音信号并行1024点复数FFT处理，经过2倍抽取后的采样率fS为10.24MHz。选取1024点复数FFT，刚好可以满足5kHz的频率识别精度。这样对应FFT变换的时域抽样周期为，对应FFT的记录长度为。TP=0.2ms即为A/D转换器读取2048个点的时间，而一次FFT的时间大约为0.3ms。因此TP主要由FFT时间决定，加上FFT复数结果取模时间，此处选取T1为0.4ms。这样，经过一个时间段T1后程序又产生中断信号调整本振，使系统接收下一个2.56MHz的噪音信号。依此类推完成系统本振在143.4～168.6MHz之间的切换，从而按顺序采集到FFT输出的短波2～30MHz十个频段上的噪音信号频域信息加以存储。这样经过大约10个T1的时间后，系统对所有频点扫描了1次。得到短波2～30MHz上5120个频点的频域信息，之后通过取模平方计算各个频点上的对应功率值供下面预选频模块使用[4，7]。

3.3预选频模块

预选频模块将平均功率计算与采集模块得到的各个频点上的平均功率按照基于ICF的算法进行选频，得到频段优劣表。首先从采集模块获取5120个频点数据并存储在数组P（k）中，根据式（1）生成5120个频点的频率值F[k]；接着将十个频段上各个频点的噪音功率与门限值Td比较，大于Td的频点作为邻台干扰的频点，其所在的频段作为邻台干扰频段记录下来。然后利用去除邻台干扰频点的频隙及该频隙上的功率由式（2）计算出ICF，再由式（3）求出临界频率foF2。高于临界频率的频段不能通过电离层反射信号，将穿出电离层而不能到达目的地，为不可用频段，邻台干扰所在频段也为