第2章-短波通信系統(tǒng)2解析

1、中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 第第2章章 短波通信系統(tǒng)短波通信系統(tǒng)本章介紹本章介紹短波傳輸?shù)奶匦耘c特點短波傳輸?shù)奶匦耘c特點短波通信技術(shù)短波通信技術(shù)系統(tǒng)及發(fā)展系統(tǒng)及發(fā)展中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 本章主要內(nèi)容：本章主要內(nèi)容：（1）短波通信的特點；（2）短波通信的常用調(diào)制方式； 單邊帶通信和調(diào)頻通信的概念、基本原理、系統(tǒng)組成； （3）數(shù)據(jù)信號在短波信道上的傳輸問題； （4）重點介紹高頻自適應(yīng)和擴展頻譜通信的原理及其在現(xiàn)代通信設(shè)備中的應(yīng)用。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 本章要求：本章要求： 1 掌握短波通信的特點。 理解多徑傳播對通信系統(tǒng)性能的影響。2 理解短波通信的調(diào)制方式， 掌握單邊帶通信和

2、調(diào)頻通信的概念、基本原理、系統(tǒng)組成。4 理解數(shù)據(jù)信號在短波信道上的傳輸問題。5 了解高頻自適應(yīng)和擴展頻譜通信的原理及其在現(xiàn)代通信設(shè)備中的應(yīng)用。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2.1 概述概述 短波通信短波通信也稱為高頻（HF）無線電通信是指利用波長為100m10m（頻率為3MHz30MHz）的電磁波進行的無線電通信。n一般也把中波的高頻段（1.5MHz3MHz）歸到短波波段，所以現(xiàn)有的許多短波通信短波通信設(shè)備，其波段范圍往往擴展到波段范圍往往擴展到1.5MHz30MHz。n短波通信被廣泛地用于氣象、通信導(dǎo)航等部門。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 一、短波傳輸特性一、短波傳輸特性1 短波的傳播形

3、式短波主要靠電離層反射（天波）傳播，也可以和長、中波一樣靠地波進行短距離幾十公里以內(nèi)傳播。電波各種傳播形式的特性簡介電波各種傳播形式的特性簡介n（1） 地波傳播形式地波傳播形式地波傳播形式的頻率范圍大約是頻率范圍大約是1.5MHz5MHz。地波的衰減隨著頻率的升高而增大，傳播距離和傳播路徑上媒介的電參數(shù)密切相關(guān)。不宜用做無線電廣播或遠距離通信。主要用在長距離點與點之間的通信，如船舶助航用。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 （ 2）天波傳播形式）天波傳播形式 天波靠電離層反射傳播，可以進行遠距離傳播，可以超越丘陵地帶，還可以在地波傳播無效的很短的距離內(nèi)建立無線電通信線路。所以對于短波通信線路，天波傳

4、播較地波傳播更有意義。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2 大氣電離層的大氣電離層的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu) 電離層由圍繞地球的處于不同高度的3個導(dǎo)電層組成的，這3個導(dǎo)電層分別 稱為D層、E層、F層。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 各導(dǎo)電層對短波傳播的影響各導(dǎo)電層對短波傳播的影響 （l） D層： D層是最低層，在地球上空60km90km高度處。白天存在，夜間消失，所以在夜間不再對短波通信產(chǎn)生影響。D層中的衰減量遠大于E層、F層中的，所以也稱D層為吸收層層為吸收層。 （2） E層：在地球上空在地球上空 100km120km高度處，高度處，最大電子密度發(fā)生在 110km處，白天基本不變。在通信線路設(shè)計和計算時，以1

5、10km作為E層高度。E層實際上對短波傳播不起作用。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 （3） F層層：為反射層，在一般情況下，遠距離短波通信都選用F層作為反射層。白天電離層包含 D、E、F1和 F2層，白天F層有兩層：F1層位于地球上空 170km220km高度處，F(xiàn)2層位于地球上空 225km450km高度處。F2層在日落以后沒有完全消失，仍保持剩余的電離，夜間F2層的電子密度較白天降低了一個數(shù)量級，所以夜間能反射的頻率遠低于白天。由此可以看出，若要保持晝夜短波通信，其工作頻率必須晝夜更換，而且一般情況下夜間工作頻率遠低于白天工作頻率。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 二二 短波電離層傳播的基本特性

6、短波電離層傳播的基本特性1 最高可用頻率（最高可用頻率（MUF） 電波斜射至電離層的入射角； d通信線路的長度； h電波反射點處電離層的虛高。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 關(guān)于關(guān)于MUF的幾點結(jié)論：的幾點結(jié)論：（1）通信距離、反射層的電離密度改變，其MUF值改變。（2）當(dāng)選用MUF作為工作頻率時，一般情況下可能獲得最佳接收。（3）一般情況下，F(xiàn)OT=0.85MUF 。（4）實際通信線路白天和夜間各選用一個頻率即可。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2 傳輸模傳輸模式式 傳輸模式有單跳、多跳。依靠單電離層或多電離層反射構(gòu)成電磁波傳輸路徑。當(dāng)通信距離2500km時，往往采用多跳，以獲得較大的仰角。如

7、利用F2反射一次，稱為1F2傳輸模式 。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 3 多徑傳播多徑傳播 多徑傳播多徑傳播：指電波通過若干條路徑到達接收端。多徑延時多徑延時：多徑延時是指電波在同一方向沿著不同路徑傳播時，到達接收端同一脈沖的各條射線間最大的允許延時差值。統(tǒng)計表明，一般延時差大于5ms的僅占0.5%。 多徑延時有下列特征多徑延時有下列特征：（a）多徑延時隨著工作頻率偏離MUF的增大而增大；（b）多徑延時和通信距離存在一定關(guān)系；（c）多徑延時隨時間變化，因為電離層的電子密度隨時間變化，從而使 MUF隨時間變化。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 4 衰落衰落 在短波通信的接收端，信號振幅總是呈現(xiàn)忽大

8、忽小的隨機變化，這種現(xiàn)象稱為“衰落衰落”。在短波傳播中，衰落有快衰落和慢衰落之分。 連續(xù)出現(xiàn)持續(xù)時間僅幾分之一秒的信號起伏稱為快衰落快衰落，持續(xù)時間比較長的衰落（可能達1小時或者更長）稱為慢衰落慢衰落。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 衰落的種類（依衰落原因劃分）衰落的種類（依衰落原因劃分）（1）干涉衰落：）干涉衰落：由于多徑傳播，到達接收端的若干個信號的時間不同而造成的衰落。（2）吸收衰落：）吸收衰落：產(chǎn)生的原因是D層衰減特性的慢變化。（3）極化衰落）極化衰落中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 干涉衰落的特征：干涉衰落的特征： l）具有明顯的頻率選擇性，只對某一單個頻率或一個幾百赫茲的窄頻帶（頻段寬度

9、不超過300Hz）產(chǎn)生影響。 2）快衰落信號的電場強度振幅服從瑞利分布。指電場強度達到或超過電場強度中值Emed的時間為整個觀察時間的50%。 3）干涉衰落的速率（也稱衰落速率）大約為 1020次分，衰落深度可達40dB，偶爾達80dB。衰落持續(xù)時間通常在4ms20ms范圍內(nèi) 。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 產(chǎn)生的原因是D層衰減特性的慢變化，其時間最長可以持續(xù)1小時或更長，因此吸收衰落屬于慢衰落。 吸收衰落有下列特征：吸收衰落有下列特征： 1）接收點信號幅度的變化比較慢，其周期從幾分鐘到幾小時。 2）對短波整個頻段的影響程度是相同的。 在太陽黑子區(qū)域常常發(fā)生耀斑爆發(fā)，此時有極強的X射線和紫外線

10、輻射，并以光速向外傳播，使白晝時電離層的電離增強，D層的電子密度可能比正常值大10倍以上，不僅把中波吸收，而且把短波大部分甚至全部吸收，以致通信中斷。通常這種騷擾的持續(xù)幾分鐘到1小時。 克服吸收衰落的方法：克服吸收衰落的方法：除了正確地選擇頻率外，在設(shè)計短波線路時只能靠留功率余量來補償電離層吸收的增大。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 極化衰落極化衰落 電波被電離層反射后，其極化已不再和發(fā)射天線輻射時的相同。發(fā)射到電離層的平面極化射線經(jīng)電離層反射后，形成接收地點的橢圓極化波，橢圓長軸的大小和相位隨著傳播路徑上電子密度的隨機變化而不斷變化。若用垂直天線接收信號，當(dāng)長軸方向接近垂線時，信號的強度變得最

11、大；反之，當(dāng)接近水平時，信號的強度變得很小。 克服方法：克服方法：可以采用幾副具有不同極化的接收天線，并且通過選擇電路將接收最強信號的那副天線接到接收機輸入端。這種方法稱為極化極化分集分集。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 5 相位起伏（多普勒頻移）相位起伏（多普勒頻移） 短波傳播中存在的多徑效應(yīng)使信號的相位起伏不定。這種相位起伏也可以看成電離層不規(guī)則運動引起的高頻載波的多普勒頻移多普勒頻移。 多普勒頻移在日出和日落期間呈現(xiàn)出較大的數(shù)值。尤以發(fā)生磁暴時為甚（可達 6Hz） 。在電離層平靜時期的夜間不存在多普勒效應(yīng)，而在其他時間，對于單跳模式傳播多普勒頻移大約在1Hz2Hz的范圍內(nèi)。中國地質(zhì)大學(xué)機電

12、學(xué)院 張惠捷 三三 無線電干擾無線電干擾 無線電干擾分外部干擾和內(nèi)部干擾。 外部干擾是指接收天線從外部接收的各種噪聲，如大氣噪聲、人為干擾、宇宙噪聲等。 內(nèi)部干擾是指接收設(shè)備本身產(chǎn)生的噪聲。在通信中對信號傳輸產(chǎn)生影響的主要是外部干擾。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 1大氣噪聲大氣噪聲在短波波段，大氣噪聲主要是天電干擾，由大氣放電產(chǎn)生。具有以下特征：（1）對長波波段的干擾最強，中、短波次之；而對超短波的影響極小，甚至可以忽略。（2）具有地區(qū)性，雷電地區(qū)強。（3）與接收地點產(chǎn)生的電場強度和電波的傳播條件有關(guān)。（4）在整個電磁頻譜上變化相當(dāng)大，但是在接收不太寬的通頻帶內(nèi)，具有和白噪聲一樣的頻譜。（5

13、）天電干擾具有方向性。（6）天電干擾具有日變化和季節(jié)變化。天電干擾的能量主要集中在短波的低頻段這正是短波夜間通信的最有利頻段。因此，夜間的遠方天電干擾將被接收天線接收到。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2 人為噪聲人為噪聲 人為噪聲也稱工業(yè)干擾，是由各種電氣設(shè)備和電力網(wǎng)產(chǎn)生的。這種干擾的幅度除了和本地噪聲源有密切關(guān)系外，也取決于供電系統(tǒng)，這是因為大部分人為噪聲的能量是通過商業(yè)電力網(wǎng)傳送來的。在工業(yè)區(qū)，這種人為干擾的強度通常遠遠超過大氣噪聲，因此它成為通信線路中的主要干擾源。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 3電臺干擾電臺干擾電臺干擾電臺干擾是指和工作頻率相近的其他無線電臺的干擾，包括惡意干擾。由于

14、短波、波段的頻帶較窄，而且用戶越來越多，因此電臺干擾成為影響短波通信順暢的主要干擾源。特別是在軍事通信中，電臺干擾更嚴重，因此抗電臺干擾成為設(shè)計短波通信系統(tǒng)需要考慮的首要問題。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 抗電臺干擾的途徑抗電臺干擾的途徑（1）采用實時選頻系統(tǒng)。由實時選頒系統(tǒng)提供的優(yōu)質(zhì)頻率躲開了干擾，可使系統(tǒng)工作在傳輸條件良好的弱干擾或無干擾的頻道上。（2）盡可能提高系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定度，以壓縮接收機的通頻帶（壓縮接收機的通頻帶，對于減弱大氣噪聲的影響也是有利的）。（3）采用定向天線，或自適應(yīng)調(diào)零天線。（4）采用抗電臺干擾能力強的調(diào)制和鍵控制度。如時頻調(diào)制。（5）采用“跳頻”和“突發(fā)傳輸”技術(shù)。

15、中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 四四 總結(jié)短波通信的特點總結(jié)短波通信的特點（1）主要靠電離層的反射實現(xiàn)遠距離通信。（2）由于電離層的時變性，信號傳播存在多種衰落和多徑延時，使接收信號存在隨機性和不穩(wěn)定性。（3）接收信號時強時弱，背景噪聲較大，信噪比低，選擇工作頻率是很重要的。（4）短波通信在最佳工作頻率時多徑延時也在0.5ms左右，要使碼元周期遠大于0.5ms取為5ms，則RB為200波特，若要以更高的速率傳輸，則需采取一定的技術(shù)措施。在短波信道上傳輸數(shù)據(jù)時一般的傳輸速率2.4Kb/s。（5）短波通信中采用的各種新技術(shù)包括自適應(yīng)技術(shù)、跳頻技術(shù)，傳輸數(shù)據(jù)時采用抗干擾性強的調(diào)制解調(diào)技術(shù)和差錯控制技術(shù)

16、。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2.2 現(xiàn)代短波通信技術(shù)現(xiàn)代短波通信技術(shù)一 常用的調(diào)制、解調(diào)技術(shù)調(diào)制的目的調(diào)制的目的（1）將消息變換為便于傳送的形式。（2）提高性能，特別是抗干擾能力。（3）有效地利用頻帶，高頻無線傳輸就是頻分復(fù)用。 短波通信常用：短波通信常用：調(diào)幅AM、單邊帶SSB、頻率調(diào)制FM中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 常用調(diào)制技術(shù)常用調(diào)制技術(shù)中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2 振幅調(diào)制振幅調(diào)制 AM及解調(diào)（檢波）及解調(diào)（檢波） 振幅調(diào)制中，輸出已調(diào)信號的包絡(luò)與輸入調(diào)制信號成正比，其時間波形表達為：AM波占兩倍的調(diào)制信號頻譜的帶寬，且上、下邊帶所含的信息相同，載波不含任何信息成分，只起運載

17、信息的作用。故AM波的發(fā)射載波功率浪費了，且AM波占用頻帶較寬，抗干擾能力很差。調(diào)幅波的解調(diào)稱為包絡(luò)檢波，它將調(diào)幅波中的調(diào)制信號即調(diào)幅波的包絡(luò)變化檢波出來，還原成原始的低頻信號。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 3 單邊帶調(diào)制單邊帶調(diào)制SSB及解調(diào)及解調(diào) 單邊帶調(diào)制（單邊帶調(diào)制（ SSB）是用高頻濾波器將含有完整調(diào)制信號的單邊帶信號濾出，這種調(diào)制制度稱為“單邊帶調(diào)制”。利用單邊帶信號傳遞消息的通信方式稱為“單邊帶通信”。原型單邊帶制：只用一個邊帶的傳輸方式獨立邊帶制：發(fā)射機發(fā)射的兩個邊帶中含有兩種不同的信息。單邊帶信號的產(chǎn)生方法：單邊帶信號的產(chǎn)生方法：濾波法、相位補償法、合成法解調(diào)方式：解調(diào)方式

18、：相干解調(diào)中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 4 頻率調(diào)制頻率調(diào)制FM及解調(diào)（鑒相）及解調(diào)（鑒相） 頻率調(diào)制（頻率調(diào)制（FM）與相位調(diào)制（）與相位調(diào)制（PM）統(tǒng)稱為角度調(diào)制。頻率調(diào)制是使高頻振蕩的頻率按調(diào)制信號的規(guī)律變化，振幅保持不變的一種調(diào)制方式。調(diào)相使高頻振蕩的相位按調(diào)制信號的規(guī)律變化，振幅保持不變。 調(diào)頻信號的產(chǎn)生方法調(diào)頻信號的產(chǎn)生方法：直接調(diào)頻法與間接調(diào)頻法。 調(diào)頻波解調(diào)的方法調(diào)頻波解調(diào)的方法： （1）波形變換法解調(diào)，又稱直接法。 （2）鎖相環(huán)解調(diào)及調(diào)頻負反饋解調(diào)，又稱間接法。 （3）脈沖計數(shù)法。 （4）正交鑒頻，符合門解調(diào)器。 與AM調(diào)制相比，角度調(diào)制的能量利用率高，其平均功率與最大功率相

19、同。因為調(diào)頻波是等幅的，可以利用限幅器去掉寄生調(diào)幅，故調(diào)頻制的抗干擾性能好。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 二二 數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù)數(shù)據(jù)傳輸?shù)南嚓P(guān)技術(shù) 1 短波信道對數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懚滩ㄐ诺缹?shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懀?）多徑效應(yīng)引起的衰落。它使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號幅度減小，甚至完全消失，是造成短波數(shù)據(jù)通信中出現(xiàn)突發(fā)錯誤的主要原因。 （2）多徑效應(yīng)引起的波形展寬。它使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼元間互相串?dāng)_，是限制數(shù)據(jù)速率的主要原因。 （3）電離層快速運動和反射層高度變化引起的多普勒頻移。它使發(fā)射信號的頻率結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，相位起伏不定，造成數(shù)據(jù)信號的錯誤接收。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2 抗多徑和抗衰落的主要措施抗多徑和抗衰落

20、的主要措施（1）高頻自適應(yīng)技術(shù)：高頻自適應(yīng)技術(shù)： 包括頻率自適應(yīng)、速率自適應(yīng)、功率自適應(yīng)、自適應(yīng)均衡等。尤其是頻率自適應(yīng)，是目前抗多徑和抗干擾的最有效措施。 （2）抗衰落性良好的調(diào)制鍵控技術(shù)：如抗衰落性良好的調(diào)制鍵控技術(shù)：如時頻調(diào)制技術(shù)。 （3）分集接收技術(shù)：分集接收技術(shù)： 在給定信號形式的條件下，接收端通過接收信號的某些處理來提高系統(tǒng)的抗衰落和抗干擾能力。 （4）差錯控制技術(shù)：差錯控制技術(shù)： 在短波數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中加入某種類型的差錯控制技術(shù)，使接收端具有檢測和糾正信息錯誤部分的能力。差錯控制技術(shù)和前面提到的各種技術(shù)不同，不論是由多徑、衰落或干擾造成的數(shù)據(jù)錯誤接收，在一定條件下，絕大部分都能通過

21、差錯控制系統(tǒng)糾正，從而提高了系統(tǒng)的通信質(zhì)量。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 3 分集接收技術(shù)分集接收技術(shù)（1）采用分集接收的原因短波通信中存在由多徑干涉產(chǎn)生的決衰落，衰落深度常達40dB，偶爾達80dB。僅靠加大發(fā)射功率來克服快衰落，實際上付不起那么大的“功率”代價。（2）什么是分集接收利用接收到的多個信號的適當(dāng)組合或選擇，從而達到提高通信質(zhì)量和可通率的技術(shù)。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 分集接收技術(shù)包括分集接收技術(shù)包括1）信號的分散傳輸，以求在接收端獲得多個獨立衰落的信號樣品。2）信號合并（也稱信號的組合），是指接收端收到多個獨立衰落的信號后如何合并的問題。3）分集方式）分集方式 分集的方式（

22、即指信號分散傳輸?shù)姆绞剑┯虚g分集、時間分集、極化分集和角度分集等，時頻調(diào)制也可看作分集的一種方式，稱為“時頻編碼分集”。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 （4）合并方式）合并方式 1）選擇式： 選擇信噪比最強的一路輸出。 2）等增益合并：各路信號合并時的加權(quán)系數(shù)都相等。 3）最大比值合并： 各路信號合并時，加權(quán)系數(shù)按各路的信噪比自適應(yīng)地調(diào)整，以求合并后獲得最大信噪比輸出。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 4差錯控制技術(shù)差錯控制技術(shù) （1）必要性：）必要性：在通信系統(tǒng)中加入某種類型的差錯控制系統(tǒng)，使接收端具有檢測和糾正錯誤數(shù)據(jù)信息的能力。 （2）短波通信線路中差錯的特點）短波通信線路中差錯的特點：隨機

23、性、突發(fā)性、混合性。 （3）差錯控制方式）差錯控制方式 差錯控制方式基本分兩類。一類稱為反饋糾錯，簡稱ARQ。另一類稱為前向糾錯(FEC)方式。在這兩類的基礎(chǔ)上又派生出混合糾錯(HEC)方式。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 （4）傳輸高速數(shù)據(jù)信號的調(diào)制技術(shù)）傳輸高速數(shù)據(jù)信號的調(diào)制技術(shù) 在短波信道上傳輸高速數(shù)據(jù)的主要障礙是多徑傳播引起的波形展寬，若不采用專門的措施，在短波線路上傳輸?shù)淖罡叽a元速度為 200波特，因此必須采取措施，使短波線路上傳輸2400bs以上的高速數(shù)據(jù)信號?，F(xiàn)有HF調(diào)制解調(diào)器有兩種不同體制，都可以滿足高速數(shù)據(jù)的要求。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 （l）傳輸高速數(shù)據(jù)的并行體制）

24、傳輸高速數(shù)據(jù)的并行體制把高速串行信道分裂成許多低速的并行信道。經(jīng)單邊帶發(fā)射機完成頻率搬移和功率放大后由天線發(fā)射出去。在短波電離層信道上已不再是高速數(shù)據(jù)傳輸，而是分裂成多路同時并發(fā)的低速傳輸。因此，并行制也稱為頻分多路并發(fā)體制。并行制也稱為頻分多路并發(fā)體制。在接收端，單邊帶接收機輸出的多路數(shù)據(jù)信號經(jīng)分路濾波器分路后解調(diào)，獲得低速數(shù)據(jù)信號，再經(jīng)并串變換后恢復(fù)成高速數(shù)據(jù)流。多路并發(fā)體制避免了由于多徑傳播引起的碼間串?dāng)_，技術(shù)成熟、成本低，至今仍被廣泛使用，但多路信號并發(fā)，分散了發(fā)射機的功率。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 （2）傳輸高速數(shù)據(jù)的串行體制）傳輸高速數(shù)據(jù)的串行體制串行制調(diào)解器的作用是在一個話路

25、帶寬內(nèi)，以諸如2400b/s速率串行傳輸高速數(shù)據(jù)信號，即發(fā)送端采用單載波發(fā)送高速數(shù)據(jù)信號，提高了高頻發(fā)射機的功率利用率，克服了并行體制功率分散的缺點，但由于信號多徑傳輸而引起的碼間干擾十分嚴重，須采取相應(yīng)的技術(shù)措施加以解決。 短波線路之所以能串行傳送高速數(shù)據(jù)是因為采用了高效的自適應(yīng)均衡、序列檢測和信道估值自適應(yīng)均衡、序列檢測和信道估值等綜合技術(shù)，基本克服了由于多徑傳播和信道畸變引起的碼間串?dāng)_。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 三三 自適應(yīng)通信技術(shù)自適應(yīng)通信技術(shù) 1 基本概念基本概念 1）短波天波通信的頻率預(yù)測以及采用高頻自適應(yīng)的必要）短波天波通信的頻率預(yù)測以及采用高頻自適應(yīng)的必要性性 為了確定某一

26、條通信鏈路，必須在通信前完成“頻率預(yù)測”的任務(wù)。在短波通信線路上采用高頻自適應(yīng)來實時預(yù)報頻率，可提供較可靠的高質(zhì)量的通信線路。 綜上所述，高頻自適應(yīng)系統(tǒng)在短波通信中出現(xiàn)決不是偶然的，是短波信道特性的時變性和擁擠性的必然趨勢。 任何一個高頻自適應(yīng)系統(tǒng)都必須完成實時探測信道特性和干擾分布情況的雙重任務(wù)，系統(tǒng)提供的最佳工作頻率是綜合分析這兩方面數(shù)據(jù)的結(jié)果。完成上述任務(wù)采用的技術(shù)統(tǒng)稱為“實時信道估值（實時信道估值（RTCE）”技術(shù)。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2）高頻自適應(yīng)通信：）高頻自適應(yīng)通信： 指高頻通信系統(tǒng)具有適應(yīng)通信條件變化的能力。 通信條件：通信條件：傳播條件、大氣噪聲、人為干擾及被傳輸

27、信息的形式。 自適應(yīng)包括自適應(yīng)包括：頻率自適應(yīng)、功率自適應(yīng)、速率自適應(yīng)、分集自適應(yīng)、自適應(yīng)均衡和自適應(yīng)調(diào)零天線。3）實現(xiàn)頻率自適應(yīng)的方法）實現(xiàn)頻率自適應(yīng)的方法 利用RTCE技術(shù)測量和分析各種環(huán)境參數(shù)，根據(jù)綜合分析和計算的結(jié)果建立一條工作在最佳頻率上的通信線路。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2 實時信道估值實時信道估值（RTCE）的定義的定義是 “實時測量一組信道的參數(shù)并利用得到的參數(shù)值定量描述這組信道的狀態(tài)和傳輸某種通信業(yè)務(wù)的能力”的過程。 選用何種信道參數(shù)，視通信線路傳輸何種通信業(yè)務(wù)而定。對于傳輸數(shù)據(jù)，能直接反映數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量的參數(shù)有信號功率、噪聲功率、多徑延時及在給定時間內(nèi)接收錯誤碼元的數(shù)目

28、等；對于傳輸語言信號，被測參數(shù)包括話音清晰度、基帶頻譜等。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 3.高頻自適應(yīng)電臺及其主要功能高頻自適應(yīng)電臺及其主要功能高頻自適應(yīng)電臺高頻自適應(yīng)電臺是一種具有實時選頻，自動建立線路的智能化的先進通信設(shè)備。主要特點主要特點是都具有線路質(zhì)量分析 LQA、自動線路建立ALE以及自動接收掃描、選擇性呼叫等。它不需要人工干預(yù)。要求其價格低，能提供從視距到幾千公里范圍內(nèi)的自動通信能力。高頻（HF）自適應(yīng)通信系統(tǒng)也稱高頻自適應(yīng)自動無線電，是在20世紀80年代初出現(xiàn)的一種新型短波通信設(shè)備。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 四四 擴展頻譜技術(shù)擴展頻譜技術(shù) 1 擴展頻譜通信的基本概念和理論

29、基礎(chǔ)擴展頻譜通信的基本概念和理論基礎(chǔ) （1）定義： 擴頻通信擴頻通信的信號所占有的頻帶寬度遠大于所傳信息必需的最小帶寬；頻帶的展寬通過編碼及調(diào)制的方法實現(xiàn)，與所傳信息數(shù)據(jù)無關(guān)；在接收端用相同的擴頻碼進行相關(guān)解調(diào)來解擴及恢復(fù)所傳信息數(shù)據(jù)。所采用的擴頻碼序列與所傳信息數(shù)據(jù)是無關(guān)的，絲毫不影響信息傳輸?shù)耐该餍浴U頻碼序列僅僅起擴展信號頻譜的作用。 （2）理論基礎(chǔ)： 仙農(nóng)（Shannon）的有關(guān)信道容量的公式： P為信號功率， N為白噪聲功率 ， W為頻 帶寬度，C稱為傳輸速率 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2 擴頻通信的主要特點擴頻通信的主要特點抗干擾性強抗干擾性強隱蔽性好隱蔽性好可實現(xiàn)碼分多址可實

30、現(xiàn)碼分多址抗多徑干擾抗多徑干擾能精確地定時和測距能精確地定時和測距中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 隱蔽性好隱蔽性好 由于擴頻信號在很寬的頻帶上被擴展，單位頻帶內(nèi)的功率很小，即信號的功率譜密度很低。所以應(yīng)用擴頻碼序列擴展頻譜的序列擴頻系統(tǒng),可在信道噪聲和熱噪聲的背景下在很低的信號功率譜密度上通信。信號既然被湮沒在噪聲里，敵方就很不容易發(fā)現(xiàn)有信號存在，想進一步檢測信號的參數(shù)就更困難了。因此，擴頻信號具有很低的被截獲概率，這在軍事通信上十分有用，可以進行隱蔽通信。再者，由于擴頻信號具有很低的功率譜密度，對目前使用的各種窄帶通信系統(tǒng)的干擾很小。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 可實現(xiàn)碼分多址可實現(xiàn)碼分多址

31、擴頻通信占用頻帶寬。如果讓許多用戶共用這一寬頻帶，可大為提高頻帶利用率。由于在擴頻通信中存在擴頻碼序列的擴頻調(diào)制，充分利用各種不同碼型的擴頻碼序列之間優(yōu)良的自相關(guān)特性和互相關(guān)特性在接收端利用相關(guān)檢測技術(shù)進行解擴，則在分配給不同用戶不同碼型的情況下可以區(qū)分不同用戶的信號，提取有用信號。這樣，在一個寬頻帶上，許多對用戶可以同時通話而互不干擾，這與利用頻帶分割或時間分割的方法實現(xiàn)多址通信的概念類似，即利用不同的碼型進行分割，所以稱為碼分多址。碼分多址方式雖然要占用較寬的頻帶，但平均到每個用戶占用的頻帶來計算，其頻帶利用率是很高的。采用碼分多址，還有利于組網(wǎng)、選呼、增加保密性和解決新用戶隨時入網(wǎng)等問題

32、。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 抗多徑干擾抗多徑干擾利用擴頻碼序列之間的相關(guān)特性，在接收端可以用相關(guān)技術(shù)從多徑信號中提取和分離出最強的有用信號，或把多個路徑來的同一碼序列的波形相加合成。能精確地定時和測距能精確地定時和測距在擴頻通信中采用的擴頻碼速率很高，每個碼片占用的時間很短。比較收發(fā)兩個碼序列的相位之差，就可以精確測出擴頻信號往返的時間差，算出二者之間的距離。測量的精度決定于碼片的寬度，也就是擴展頻譜的寬度。碼片越窄，擴展的頻譜越寬，精度越高。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 3 擴展頻譜通信系統(tǒng)的原理組成擴展頻譜通信系統(tǒng)的原理組成中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 4 擴展頻譜通信系統(tǒng)的方式及

33、原理擴展頻譜通信系統(tǒng)的方式及原理 1）直接序列擴展頻譜系統(tǒng)（）直接序列擴展頻譜系統(tǒng)（DSSS）直接序列擴頻系統(tǒng)是由待傳信息信號與高速率擴頻碼（偽隨機碼），如m序列發(fā)生器的波形相乘后直接控制射頻信號的某個參量而擴展了傳輸帶寬得名的。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2）跳頻擴頻系統(tǒng)（）跳頻擴頻系統(tǒng)（FH-SS）： 數(shù)字信息與二進制偽碼序列模2相加后構(gòu)成跳頻指令（又稱跳頻圖案跳頻圖案）離散地控制射頻載波振蕩器的輸出頻率，使發(fā)射信號的頻率隨偽碼的變化而跳變，跳變系統(tǒng)可以隨機選取的頻率數(shù)通常是幾千到220個離散頻率。FHSS實際上是一個“多頻、選碼和多頻、選碼和移頻鍵控移頻鍵控”系統(tǒng)。在跳頻系統(tǒng)中，控制

34、頻率跳變的指令碼的速率沒有直接序列擴頻中的偽碼速率高，一般為每秒幾十跳到幾萬跳。在FHSS中，擴展頗帶的寬度是由跳變的頻率總數(shù)和頻率跳變的最小間隔 決定的。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 3）跳時擴頻系統(tǒng)（）跳時擴頻系統(tǒng)（THSS）：跳時是用偽碼序列啟閉信號的發(fā)射時刻和時間。發(fā)射信號的“有”、“無”同偽碼序列一樣是偽隨機的，跳時一般和跳頻結(jié)合起來使用，兩者一起構(gòu)成“時頻跳變時頻跳變”系統(tǒng)。主要用于時分多址（TDMA）通信。 4）混合式：）混合式：以上3種基本擴頻方式中的兩種或多種結(jié)合起來，便構(gòu)成了一些混合擴頻體制，如 FHDS、 TH DS 、FHTH等，它們比單一的擴頻、跳頻、跳時體制有更優(yōu)良

35、的性能。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2.3 現(xiàn)代短波通信系統(tǒng)現(xiàn)代短波通信系統(tǒng) 系統(tǒng)組成及基本原理系統(tǒng)組成及基本原理中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 1主機主機 比普通電臺多了一個自適應(yīng)選件，能借助收、發(fā)信道完成自動鏈路建立。收、發(fā)信主機一般由收發(fā)信道部分、頻率合成器部分、邏輯控制部分、電源和一些選件組成 。各部分作用及組成如下：各部分作用及組成如下：信道部分信道部分一般包括選頻濾波、頻率變換、調(diào)制解調(diào)、音頻功率放大、射頻功率放大、 AGC電路、 ALC電路、收發(fā)轉(zhuǎn)換電路 。 頻率合成器頻率合成器一般由幾個鎖相環(huán)路組成，產(chǎn)生信道部分頻率變換、調(diào)制解調(diào)所需的本振信號 。邏輯控制電路邏輯控制電路一般包

36、括微處理器系統(tǒng)（包括CPU、程序存儲器、數(shù)據(jù)存儲器等），輸入、輸出電路，鍵盤控制電路，數(shù)字顯示電路以及擴展電路的接口等。 電源部分電源部分提供主機內(nèi)各部分的直流電源。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2自動天線耦合器（天調(diào)）自動天線耦合器（天調(diào)） 隨著頻率變化，天線將呈不同的特性阻抗，自動天線耦合器的作用就是將變化的阻抗通過天線耦合器的匹配網(wǎng)絡(luò)與功放輸出阻抗完全匹配，使天線得到最大功率，提高發(fā)射效率。目前，自動天線耦合器主要由射頻信號檢測器部分、匹配網(wǎng)絡(luò)部分和微處理器系統(tǒng)等電路組成。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 3電源電源 交一直流變換電源一般是中功率穩(wěn)壓電源，提供系統(tǒng)各部分的電源。較常見的有開

37、關(guān)電源和線性穩(wěn)壓電源。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 25 短波通信的發(fā)展短波通信的發(fā)展1小型化小型化 小型化是電子技術(shù)最新成果在電臺整機中應(yīng)用的具體體現(xiàn)。電臺中大量采用微小型元器件、貼片元件、大規(guī)模集成電路和混合集成電路，采用新材料、新工藝，使整機體積、重量明顯降低，其兼容性、可靠性明顯提高，結(jié)合智能化、數(shù)字化、網(wǎng)絡(luò)化，使電臺的功能增加，更適于靈活機動，擴大了電臺的運用領(lǐng)域和范圍。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 2跳頻高速化跳頻高速化 頻率跳變速度是跳頻電臺的重要指標，跳速高，才能保證低截獲、低檢測概率和抗干擾能力強的跳頻通信的優(yōu)勢。具有關(guān)資料介紹，世界已有 5000次秒的高速跳頻電臺，它將徹

38、底克服無線通信中的多徑延時帶來的多徑干擾問題，因為電臺改變頻率之快足以使接收機接收不到延時信號。中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 3直擴與跳頻相結(jié)合直擴與跳頻相結(jié)合單一的跳頻通信系統(tǒng)有不足之處，如傳輸數(shù)據(jù)比傳輸話音的通信距離近，主要是多徑效應(yīng)產(chǎn)生碼間串?dāng)_所致。傳輸數(shù)據(jù)時，由于個別跳頻頻率難免遇到干擾或“碰撞”，將出現(xiàn)突發(fā)差錯，引起誤碼。由于這些問題的存在，人們設(shè)想更好地提高跳頻通信系統(tǒng)的能力，目前世界上已有直擴與跳頻相結(jié)合的擴頻通信體制，它同時發(fā)揮了直接序列擴頻和跳頻的優(yōu)勢，克服兩者的弊端。其最大的優(yōu)勢就是兩者結(jié)合可以明顯提高抗干擾容限和抗截獲能力，同時增大通信距離和通信的可靠性。中國地質(zhì)大學(xué)機電

39、學(xué)院 張惠捷 4 軟件無線電軟件無線電人們設(shè)想一種信源，通過不同的調(diào)制方式，覆蓋長波、中波、短波、超短波、微波等波段同時發(fā)送出去，在不同的地域根據(jù)不同的傳播路徑和不同解調(diào)方式接收到一種原始信源而達到可靠通信的目的，這是一種理想的通信手段。20世紀90年代初，美國開始研究軍用軟件無線電，定義為多頻段、多功能的無線電多頻段、多功能的無線電臺（臺（MBMMR）。1994年 8月，美軍 進行了成功演示。這不僅表明軟件無線電在技術(shù)上是完全可行的，還代表了未來軍用無線電臺的發(fā)展趨勢。軟件無線電是一種基于寬帶AD器件、高速DSP芯片，以軟件為核心的嶄新體系結(jié)構(gòu)。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 軟件無線電主要

40、特點如下：軟件無線電主要特點如下： （1）靈活性。軟件無線電在射頻或中頻對接收信號數(shù)字化，通過軟件編程靈活地實現(xiàn)各種寬帶數(shù)字濾波、直接數(shù)字頻率合成、數(shù)字下變頻、調(diào)制解調(diào)、差錯編碼、信道均衡、信令控制、信源編碼及加密解密功能。 （3）開放性。軟件無線電特別強調(diào)開放性，無論在機械結(jié)構(gòu)還是電氣特性等方面都采用標準化、模塊化的結(jié)構(gòu)，保證了通過更新軟件版本、個別的硬件模塊，軟件無線電就可以像個人計算機（PC）一樣不斷地升級換代，具有較長的生命周期。 （2）適應(yīng)性。軟件無線電高度可編程性使新業(yè)務(wù)、新技術(shù)的引入十分方便、經(jīng)濟，只需要在電臺加載新的軟件模塊即可實現(xiàn)，大大降低了系統(tǒng)開發(fā)成本，縮短了設(shè)備研制周期。

41、中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 理想的軟件無線電臺框圖如圖理想的軟件無線電臺框圖如圖25所示：所示：中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 軟件無線電臺優(yōu)點如下：軟件無線電臺優(yōu)點如下： （1）軟件無線電的特點和體系結(jié)構(gòu)保證電臺的模塊化、通用化、系列化設(shè)計，有利于統(tǒng)一三軍電臺裝備的技術(shù)體制。 （2）軟件無線電的使用可以大大減少無線電設(shè)備保密機的品種和數(shù)量，降低電臺的裝備費用和維修費用。 （3）通過集成各種通信頻段、調(diào)制方式、抗干擾模式及靈活的組網(wǎng)方式，軟件無線電能夠使各軍兵種之間的協(xié)同通信能力明顯增強。 （4）在軟件無線電的引入過程中，部隊不僅可以保留品種多、數(shù)量龐大的老電臺資源，還能使這些老裝備更好地發(fā)揮

42、作用，實現(xiàn)新老電臺的“漸變”過渡。軟件無線電技術(shù)的運用可以節(jié)省大量經(jīng)費。 （5）未來的軟件無線電甚至可以實現(xiàn)無感覺地自動選擇并接入不同的通信網(wǎng)絡(luò)，選擇最佳的通信模式，發(fā)送探尋信號建立通信鏈路，采用合適的通信協(xié)議和信號格式進行通信。 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 本次課思考題：本次課思考題：1短波的波長分別是多少？短波的主要傳播形式是什么？地波傳播的特點是什么？天波傳播的特點是什么？2電離層由幾層組成？高度各為多少？隨時間不同，特性有何變化？3什么是最高可用頻率？通常如何確定？4多徑傳輸對通信有何影響？5衰落可分為幾種情況？6無線電干擾的分類如何？各自對通信有何影響？7 短波通信系統(tǒng)中抗干擾的途

43、徑有哪些？ 8短波通信系統(tǒng)中傳統(tǒng)的主要調(diào)制技術(shù)有幾種？ 9在短波通信系統(tǒng)中廣泛采用抗衰落和抗多徑的措施有幾個？10短波信道對數(shù)據(jù)傳輸有何影響？如何克服？短波信道對數(shù)據(jù)傳輸有何影響？如何克服？11 分集接收的分集方式分類有哪些？分集接收的合并方式有幾類？12 差錯控制方式有幾類？各有何優(yōu)缺點？13 短波高速調(diào)制解調(diào)器目前一般采用幾種制式？14多路并行的數(shù)據(jù)傳輸體制中，N路副載波，采用M進制調(diào)制進行傳輸，碼元速率為RB，問總的信息傳輸為多少？ 中國地質(zhì)大學(xué)機電學(xué)院 張惠捷 本次課思考題：本次課思考題：15短波通信中為什么要采用高頻自適應(yīng)技術(shù)？16高頻自適應(yīng)電臺的主要功能有哪些？17如何用仙農(nóng)公式解釋在信息傳輸速率不變的條件下頻帶與信噪如何用仙農(nóng)公式解釋在信息傳輸速率不變的條件下頻帶與信噪比的關(guān)系？比的關(guān)系？18擴展頻譜通信有什么主要特點？擴展頻譜通信有幾種方式？19跳頻系統(tǒng)有何特點？20現(xiàn)代短波通信系統(tǒng)一般由哪幾部分組成？21短波電臺一般由哪幾部分組成？22短波