第四章-短波通信系統(tǒng)和超短波通信系統(tǒng)

1、第四章 短波通信系統(tǒng)和超短波通信系統(tǒng) 4.1 無線電通信概述 4.2短波通信系統(tǒng) 4.3 超短波通信系統(tǒng)4.1 無線電通信概述 4.1.1 無線電通信的概念 4.1.2 無線電波傳播的主要特點(diǎn) 4.1.3 短波信道和超短波信道的特性 4.1.4 改進(jìn)無線傳輸質(zhì)量的主要措施定義：無線電通信是指利用無線電波傳播信息的通信方式.優(yōu)點(diǎn)：與有線通信方式相比，無線電通信具有通信建立迅速、 通信距離遠(yuǎn)、機(jī)動(dòng)靈活和組網(wǎng)容易等優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)：衰落嚴(yán)重，易受天電等外界干擾，容易被截獲和竊聽等應(yīng)用：主要用于電報(bào)、電話、傳真、廣播和電視等各種信息 傳輸系統(tǒng)。廣泛地應(yīng)用于地面、空中、海上和空間通 信。4.1.1 無線電通信的

2、概念 無線電通信的分類按工作頻段劃分為12個(gè)波段 極長(zhǎng)波、超長(zhǎng)波、特長(zhǎng)波、甚長(zhǎng)波、長(zhǎng)波、中波、短波、超短波和微波 。根據(jù)無線電波的不同波段和傳播模式 無線電通信主要分為短波通信、超短波通信、微波中繼通信、移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信等。序號(hào)頻段名稱頻率范圍波段名稱波長(zhǎng)范圍1極低頻（ELF）330Hz極長(zhǎng)波10010Mm2超低頻（SLF）30300Hz超長(zhǎng)波101Mm3特低頻（ULF）3003000Hz特長(zhǎng)波1000100km4甚低頻（VLF）330KHz甚長(zhǎng)波（萬米波） 10010km5低頻（LF）30300KHz長(zhǎng)波（千米波）101km6中頻（MF）3003000KHz中波（百米波）1000100m7

3、高頻（HF）330MHz短波（十米波）10010m8甚高頻（VHF）30300MHz超短波（米波）101m9特高頻（UHF）3003000MHz分米波微波101dm10超高頻（SHF）330GHz厘米波101cm11極高頻（EHF）30300GHz毫米波101mm12至高頻3003000GHz絲米波101絲米u(yù) 短波通信（又稱高頻通信，HF）:是利用頻率在3-30MHz的電磁波進(jìn)行的無線電通信，實(shí)際上，人們也把中波的高頻頻段1.5-3MHz歸到短波波段，所以現(xiàn)有的許多短波通信設(shè)備，其頻段范圍往往擴(kuò)展到1.5-30MHz。 u 超短波通信：是指利用波長(zhǎng)為10-1m（頻率為30-300MHz）的電

4、磁波進(jìn)行的無線電通信。由于超短波的波長(zhǎng)在1-10m之間，所以也稱為米波通信。整個(gè)超短波的頻帶寬度是270MHz，是短波頻帶寬度的將近10倍。由于頻帶相對(duì)較寬，被廣泛應(yīng)用于電視、調(diào)頻廣播、雷達(dá)探測(cè)、導(dǎo)航、移動(dòng)通信、軍事通信等領(lǐng)域。u 微波中繼通信：是利用300MHz以上頻段的電磁波進(jìn)行無線電通信的一種方式。使用的是分米波和厘米波波段，這種通信方式采用的是視距傳輸方式，受地形和天線高度的限制，相鄰兩站之間的通信距離有限（一般在30公里左右）。利用這種通信方式進(jìn)行遠(yuǎn)距離的通信，必須建立一系列的中繼站，這也是中繼（接力）通信的由來。u 衛(wèi)星通信：是利用通信衛(wèi)星作為中繼站實(shí)現(xiàn)地球上各點(diǎn)之間的通信。主要通

5、信業(yè)務(wù)是電話、電報(bào)、電視、傳真和數(shù)據(jù)傳輸。衛(wèi)星通信可以只經(jīng)過一顆衛(wèi)星，由衛(wèi)星通信地球站向衛(wèi)星傳輸?shù)纳闲芯€路和衛(wèi)星向地球站傳輸?shù)南滦芯€來完成，也可以經(jīng)過多顆衛(wèi)星和多條上、下行線路。衛(wèi)星通信是20世紀(jì)60年代中期航天技術(shù)與通信技術(shù)相結(jié)合產(chǎn)生的新的通信手段。u 移動(dòng)通信：是指通信的雙方或至少一方在移動(dòng)中進(jìn)行的信息交換和傳輸方式。工作在超短波或微波波段。u 散射通信：是指利用大氣層不均勻介質(zhì)對(duì)電磁波的再輻射（散射或反射）作用進(jìn)行的超視距無線電通信。散射通信包括對(duì)流層散射通信、電離層散射通信和流星余跡通信。 n無線電通信簡(jiǎn)史 無線電通信起源于19世紀(jì)末。1892年，英國人麥克斯韋從理論上預(yù)言了電磁波的存

6、在，并證明在真空中它是以光速傳播的。德國人赫茲于1887年用試驗(yàn)方法實(shí)現(xiàn)了電磁波的產(chǎn)生和接收。1859年，意大利人馬可尼和俄國人波波夫分別進(jìn)行了無線電通信試驗(yàn)，并研制成無線電收發(fā)報(bào)機(jī)。隨著真空器件的出現(xiàn)，無線電通信得到迅速發(fā)展。 隨著無線電通信技術(shù)的發(fā)展，無線電接力通信、衛(wèi)星通信、毫米波通信等相繼發(fā)展起來。1931年，在英國多佛爾與法國加來之間建立了世界上第一條超短波接力通信線路。20世紀(jì)50年代，出現(xiàn)了1GHz以上頻段的小容量微波接力通信系統(tǒng)。到20世紀(jì)70年代，數(shù)字微波接力通信系統(tǒng)逐步完善，到80年代，毫米波波段開始應(yīng)用于接力通信。美國貝爾實(shí)驗(yàn)室于1952年首先提出對(duì)流層散射超視距通信設(shè)想

7、，20世紀(jì)60年代以后，散射通信得到很大的發(fā)展。 在衛(wèi)星通信方面，英國人克拉克早在1954年提出了利用地球靜止軌道衛(wèi)星通信的設(shè)想；1957年10月，原蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星；1958年美國發(fā)射了世界上第一顆通信衛(wèi)星“斯科爾”，開始了衛(wèi)星通信的試驗(yàn)階段；1965年美國發(fā)射對(duì)地靜止衛(wèi)星“國際通信衛(wèi)星-1”號(hào)及原蘇聯(lián)發(fā)射對(duì)地非靜止衛(wèi)星“閃電-1”號(hào)的成功，標(biāo)志著衛(wèi)星通信進(jìn)入實(shí)用階段。20世紀(jì)70年代，衛(wèi)星通信進(jìn)一步向各應(yīng)用領(lǐng)域擴(kuò)展。例如，美國現(xiàn)已擁有“國防通信衛(wèi)星”、“艦隊(duì)通信衛(wèi)星”、“Milstar”等多個(gè)使用不同頻段具有不同用途的軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)，衛(wèi)星通信現(xiàn)已成為美國全球軍事通信

8、的重要手段。目前世界各國的長(zhǎng)距離通信和國際通信中約有一半線路應(yīng)用了無線電通信。 中國的無線電通信發(fā)展較早。1899年在廣州、馬口等要塞及各江防艦艇上就設(shè)置了無線電臺(tái)。1923年喀什噶爾電臺(tái)建立，可與印度通報(bào)。1930年上海國際電臺(tái)建立，同舊金山、柏林、巴黎建立了直達(dá)無線電報(bào)線路。中華人民共和國成立后，無線電通信得到迅速發(fā)展。20世紀(jì)60年代開始發(fā)展大容量的微波通信，70年代建立衛(wèi)星通信地球站，1984年發(fā)射了第一顆試驗(yàn)通信衛(wèi)星。目前，無線電通信已成為中國通信事業(yè)中的重要手段。無線電通信系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單工作過程無線電通信系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單工作過程發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)接收機(jī)接收機(jī)發(fā)射天線發(fā)射天線接收天線接收

9、天線饋線饋線饋線饋線電磁波電磁波無線電通信系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單工作過程無線電通信系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單工作過程接收機(jī)接收機(jī)發(fā)射天線發(fā)射天線接收天線接收天線饋線饋線饋線饋線電磁波電磁波調(diào)制器調(diào)制器混頻器混頻器高頻放大器高頻放大器高頻振蕩器高頻振蕩器6.6.無線電通信系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單工作過程無線電通信系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單工作過程發(fā)射天線發(fā)射天線饋線饋線調(diào)制器調(diào)制器混頻器混頻器高頻放大器高頻放大器高頻振蕩器高頻振蕩器低頻（基帶）低頻（基帶）信號(hào)信號(hào)中頻信號(hào)中頻信號(hào)高頻振蕩信號(hào)高頻振蕩信號(hào)射頻信號(hào)射頻信號(hào)無線電通信系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單工作過程無線電通信系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單工作過程發(fā)射天線發(fā)射天線饋線饋線電磁波電磁波調(diào)制器調(diào)

10、制器混頻器混頻器高頻放大器高頻放大器高頻振蕩器高頻振蕩器低頻（基帶）低頻（基帶）信號(hào)信號(hào)中頻信號(hào)中頻信號(hào)高頻振蕩信號(hào)高頻振蕩信號(hào)射頻信號(hào)射頻信號(hào)無線電通信系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單工作過程無線電通信系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單工作過程接收天線接收天線饋線饋線第一混頻器第一混頻器高頻放大器高頻放大器一本振一本振第二混頻器第二混頻器二本振二本振二中放二中放解調(diào)器解調(diào)器低頻（基帶）放大器低頻（基帶）放大器一中放一中放無線電通信系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單工作過程無線電通信系統(tǒng)的組成和簡(jiǎn)單工作過程接收天線接收天線饋線饋線第一混頻器第一混頻器高頻放大器高頻放大器一本振一本振第二混頻器第二混頻器二本振二本振二中放二中放解調(diào)器解調(diào)器低頻（基

11、帶）放大器低頻（基帶）放大器一中放一中放電磁波電磁波4.1.2 無線電傳播的主要特點(diǎn)n電波傳播方式 根據(jù)電波的頻率（波長(zhǎng)）的不同，無線電波主要有以下四種傳播方式：地波傳播、天波傳播、視距傳播、散射傳播。（1）地波傳播 地波傳播方式是指無線電波沿地球表面?zhèn)鞑?。它主要用于中波以上的波段的近距離通信。（2）天波傳播 發(fā)射天線向空中發(fā)射電波，由高空電離層反射后到達(dá)接收點(diǎn)，這種方式稱為天波傳播。它是短波通信的主要傳播方式。（3）直接波傳播 直接波傳播方式是指電波在發(fā)射天線和接收天線能互相“看見”的距離內(nèi)的一種傳播方式，故也稱為視距傳播。其傳播的路徑基本是直線。一般有兩種形式，一種是地對(duì)地的視距傳播，一種

12、是地對(duì)空的視距傳播。（4）散射傳播 這種傳播方式是利用對(duì)流層及電離層的不均勻性對(duì)電波的散射作用而實(shí)現(xiàn)的超視距傳播。主要用于超短波和微波的遠(yuǎn)距離通信。(a)射線(b)(c)電離層(d)對(duì)流層 圖 無線電波的主要傳播方式（a） 直射傳播; （b） 地波傳播; （c） 天波傳播; （d） 散射傳播n電波傳播的特性實(shí)際上，天線輻射出去的電波的傳播往往不是單一的形式，可能既有地波，也有天波等，但總有一種方式是最主要的。不同波段的電波，其主要傳播方式也不同，但他們也有一些共同的特性。（1）電波具有直線傳播的特性在均勻介質(zhì)中，電波是沿直線傳播的，它從波源出發(fā)，同時(shí)向各個(gè)方向傳播，而且速度相同，因而在某一瞬間

13、，電波到達(dá)空間各點(diǎn)距波源的距離相等，其形狀很象一個(gè)球面，此種波稱為球面波。（2）電波具有相互干涉的特性在同一波源所產(chǎn)生的不同方向的電波，由于其所經(jīng)過的路徑和距離不一樣，則接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)是各不同路徑電波的合成波，這種現(xiàn)象稱為干涉。干涉會(huì)造成接收信號(hào)時(shí)強(qiáng)時(shí)弱。ABC直射波直射波地面反射波地面反射波（3）電波具有擴(kuò)散的特性電波離開信源越遠(yuǎn)，能量越分散，場(chǎng)強(qiáng)越弱，這種現(xiàn)象稱為電波的擴(kuò)散。（4）電波具有反射和折射的特性當(dāng)電波由一種介質(zhì)傳到另一種介質(zhì)時(shí)，在兩種介質(zhì)的分界面上，傳播的方向要發(fā)生變化，產(chǎn)生反射和折射。 （5）電波具有繞射的特性電波在傳播過程中有繞過障礙物的能力。其繞射能力與電波波長(zhǎng)和地形有關(guān)，波

14、長(zhǎng)越長(zhǎng)，其繞射能力越強(qiáng)；波長(zhǎng)越短，其繞射能力越弱。（6）電波能量的被吸收現(xiàn)象當(dāng)電波在真空中傳播時(shí)，只有能量的擴(kuò)散現(xiàn)象，沒有能量的損耗現(xiàn)象。但實(shí)際工作中，電波在傳播路徑上不管遇到導(dǎo)體還是半導(dǎo)體，都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，因而會(huì)損耗一些能量，這種現(xiàn)象稱為電波的能量被吸收現(xiàn)象。4.1.3 短波信道和超短波信道的特性 短波通信主要依靠天波和地波兩種傳播方式。 超短波通信主要為直線視距傳播。地波傳播方式受大地的吸收 地面對(duì)電波能量的吸收的大小與地面的導(dǎo)電性能和電波頻率有關(guān)：地面的導(dǎo)電性越好，吸收越小；電波頻率越低，損耗越小。具有繞射現(xiàn)象 地波在傳播過程中能繞過障礙物而傳播的現(xiàn)象，稱為繞射。地波的繞射能力與電波的

15、波長(zhǎng)，障礙物的高低大小及波源所處的位置有關(guān)：波長(zhǎng)越長(zhǎng)，障礙物越低窄，地波的繞射能力越強(qiáng)。傳播穩(wěn)定 地表面的電性能及地貌、地物等并不隨時(shí)間很快的變化。天波傳播方式電離層的形式與結(jié)構(gòu)云雨臭氧層O3溫度氣溫隨高度變化曲線對(duì)流層頂50平流層頂10中層頂90熱層頂1000衛(wèi)星流星10102103104km磁層電離層平流層對(duì)流層珠穆朗瑪峰107108109101010111012電子密度/個(gè) / m3DEF1F2大氣的分層現(xiàn)象 氮原子N氧原子O氮分子N2氧分子O2均勻?qū)?O2占20.95%，N2占78.08%)氣體在氣體在90km以上以上的高空按其分子的高空按其分子的重量分層分布，的重量分層分布，如在如在

16、300km高度高度上面主要成分是上面主要成分是氮原子氮原子在離地在離地90km以下以下的空間，由于大的空間，由于大氣的對(duì)流作用，氣的對(duì)流作用，各種氣體均勻混各種氣體均勻混合在一起合在一起電離層：60km到1000km的區(qū)域自由電子、正離子、負(fù)離子、中性分子和原子等組成的等離子體。電離源太陽輻射的紫外線、X射線、高能帶電微粒流、為數(shù)眾多的微流星其它星球輻射的電磁波以及宇宙射線等只占全部大氣質(zhì)量的2左右，但因存在大量帶電粒子，所以對(duì)電波傳播有極大影響。磁層：電離層至幾萬千米的高空存在著由帶電粒子組成的輻射帶，磁層頂是地球磁場(chǎng)作用所及的最高處，出了磁層頂就是太陽風(fēng)橫行的空間。磁層是第一道防線（擋太陽

17、風(fēng)）電離層第二道防線（吸收各種射線）平流層內(nèi)極少量的臭氧（O3）第三道防線（防紫外線） 電離層根據(jù)電子密度分層每一個(gè)最大值所在的范圍叫做一個(gè)層D、E、F1、F2層云雨臭氧層O3溫度氣溫隨高度變化曲線對(duì)流層頂50平流層頂10中層頂90熱層頂1000衛(wèi)星流星10102103104km磁層電離層平流層對(duì)流層珠穆朗瑪峰107108109101010111012電子密度/個(gè) / m3DEF1F2D層特點(diǎn)： 6090km夜間消失，氣體密度大，電子易與其它粒子復(fù)合而消失，夜間沒有日照而消失在中午時(shí)達(dá)到最大電子密度對(duì)電波損耗較大電子密度隨季節(jié)有較大的變化。E層：90150km可反射幾兆赫的無線電波在夜間其電子

18、密度可以降低一個(gè)量級(jí)F層：170200km為F1層，200km以上稱F2層。在晚上，F(xiàn)1與F2合并為一層。F2層的電子密度是各層中最大的，在白可達(dá)21012個(gè)/m3，冬天大，夏天小。F2層空氣極其稀薄，電子碰撞頻率極低，電子可存在幾小時(shí)才與其它粒子復(fù)合而消失。F2層的變化很不規(guī)律，其特性與太陽活動(dòng)性緊密相關(guān)。電離層的變化規(guī)律電離層的規(guī)則變化電離層的規(guī)則變化 日夜變化。正午稍后時(shí)分達(dá)到最大值，到拂曉時(shí)各層的電子密度達(dá)到最小。D層消失，E層減小，F(xiàn)合并 季節(jié)變化。夏季的電子密度大于冬季，F(xiàn)2層反常。 隨太陽黑子11年周期的變化。 隨地理位置變化。低緯度大于高緯度190019101920193019

19、401950196019701980199020003002001000太 陽 黑 子 數(shù)年 份 長(zhǎng)波可在D層反射下來，在夜晚由于D層消失，長(zhǎng)波將在E層反射； 中波將在E層反射，但在白天D層對(duì)電波的吸收較大，故中波僅能在夜間由E層反射； 短波將在F層反射；而超短波則穿出電離層。 F層E層D層長(zhǎng) 波中 波短 波100 km170 km 300 km60 km 70 km電離層的不規(guī)則變化電離層的不規(guī)則變化是隨機(jī)的、非周期的、突發(fā)的急劇變化，主要有以下3種：n突發(fā)E層（或稱Es層） 產(chǎn)生“遮蔽”現(xiàn)象n電離層突然騷動(dòng)（太陽上燃燒的氫氣發(fā)生巨大爆炸） D層突然吸收現(xiàn)象n電離層暴：太陽風(fēng)進(jìn)入電離層 F2

20、受影響最大，電子濃度可能增加可能減小40030020010001081091010101110121013正常情況電離層騷擾時(shí)N / (個(gè) / m3)高度 / kmDEDEFF對(duì)電波傳播影響最大的是電離層騷擾和電離層暴。例如2001年4月份多次出現(xiàn)極其嚴(yán)重的電離層騷擾和電離層暴造成我國滿洲里、重慶等電波觀測(cè)站發(fā)射出去的探測(cè)信號(hào)全頻段消失，l較高頻率部分的信號(hào)因電子密度的下降而穿透電離層飛向宇宙空間，l較低頻率部分的電波因遭受電離層的強(qiáng)烈吸收而衰減掉。其它電波觀測(cè)站的最低起測(cè)頻率比正常值上升35倍，臨界頻率下降了50%。電離層暴致使短波通信、衛(wèi)星通信、短波廣播、航天航空、長(zhǎng)波導(dǎo)航、雷達(dá)測(cè)速定位等

21、信號(hào)質(zhì)量大大下降甚至中斷。 電離層電波傳播：無線電波在電離層中的傳播物理機(jī)制短波經(jīng)電離層反射的傳播經(jīng)電離層連續(xù)折射而返回地面到達(dá)接收點(diǎn)電離層散射傳播流星余跡散射傳播電離層電波傳播通常指電離層反射傳播（天波傳播）電離層電波傳播：頻率范圍：長(zhǎng)波、中波、短波（短波為主）優(yōu)點(diǎn)：能以較小的功率進(jìn)行可達(dá)數(shù)千千米的遠(yuǎn)距傳播電路建立迅速機(jī)動(dòng)性好設(shè)備簡(jiǎn)單缺點(diǎn)：受電離層影響衰落現(xiàn)象嚴(yán)重傳播效應(yīng)：多徑傳輸多普勒頻移極化面旋轉(zhuǎn)非相干散射衰落超短波傳播方式 超短波通信主要依靠地波傳播和空間波視距傳播。優(yōu)點(diǎn)： 頻段寬，通信容量大；視距以外的不同網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)可以用相同頻率工作，不會(huì)相互干擾；可用方向性較強(qiáng)的天線，有利于抗干擾；

22、受晝夜和季節(jié)變化的影響小，通信較穩(wěn)定。缺點(diǎn)： 通信距離較近；受地形影響較大，電波通過山岳、丘陵、叢林地帶和建筑物時(shí)，會(huì)被部分吸收或阻擋，是通信困難或中斷。1最高可用頻率（MUF）2傳輸模式3多經(jīng)傳播4衰落5相位起伏（多普勒頻移）6靜區(qū)7晝夜間信號(hào)差別短波在電離層中的傳播特性短波在電離層中的傳播特性1最高可用頻率（最高可用頻率（MUF）最高可用頻率的英文縮寫為MUF，它是指在實(shí)際通信中，能被電離層反射回地面的最高頻率。對(duì)應(yīng)于電離層各分層的電子密度，都存在一個(gè)相應(yīng)的最高頻率fv，也稱為臨界頻率。在此頻率時(shí)，該層對(duì)垂直入射的（入射角=00）電波將起到反射作用；而當(dāng)頻率高于fv時(shí)，垂直入射的電波將穿出

23、該層，因此不能為收發(fā)用戶提供短波通信鏈路。 如果電波是以00的入射角斜射電離層，頻率為fv的電波不會(huì)穿出該層，而當(dāng)為更高的某一頻率fob時(shí)才穿出該層。 fob被稱為入射角為時(shí)的最高可用頻率，它可表示為：顯然， fob fv。secffobv在給定通信距離和反射點(diǎn)高度的情況下，fob 與 fv關(guān)系式可表示為式2-1：式中fv為電波垂直入射時(shí)的最高反射頻率，也稱臨界頻率；為電波斜射至電離層的入射角；d為通信線路的長(zhǎng)度；h為電波反射點(diǎn)處電離層的虛高。2sec12dfffobvvhhd若給定通信線路的通信距離為2000km，在不同斜射頻率下（即以fob為參數(shù)），按照式2-1計(jì)算，可得到一組fv-h的曲

24、線（實(shí)線）；然后在給定的通信線路上測(cè)量，可以得到該線路的頻高圖，即實(shí)測(cè)的f-h的曲線（虛線）。dhhffF為什么在同一電離層高度上有多個(gè)工作頻率？為什么在同一電離層高度上有多個(gè)工作頻率？在設(shè)計(jì)短波通信線路時(shí)，工作頻率應(yīng)采用接近fmu頻率。其原因如下：低頻電波將受到較大的吸收損耗；同時(shí)，對(duì)于較低頻率的電波，電離層的各個(gè)分層都可能對(duì)它產(chǎn)生反射，多經(jīng)傳播效應(yīng)嚴(yán)重。從圖中可以看出，這兩條曲線存在有許多交點(diǎn)，從圖中可以看出，這兩條曲線存在有許多交點(diǎn)，所有的這所有的這些交點(diǎn)表示在給定的斜射頻率上，可能存在的傳播路徑些交點(diǎn)表示在給定的斜射頻率上，可能存在的傳播路徑。E例如：例如：fob為為14MHz，對(duì)，對(duì)

25、F2來講存在兩條傳播路徑，它們來講存在兩條傳播路徑，它們的反射點(diǎn)分別標(biāo)為的反射點(diǎn)分別標(biāo)為1和和1。E反射點(diǎn)反射點(diǎn)1的高度為的高度為380km，反射點(diǎn)，反射點(diǎn)1的高度為的高度為680km。EE通過反射點(diǎn)1反射而到達(dá)接收端的信號(hào)要比反射點(diǎn)1反射來的信號(hào)強(qiáng)，這是因?yàn)閮蓷l路徑所受的衰減不同。反射點(diǎn)1所通過的路徑，除了由于通過D、E、F1層而遭到衰減外，和反射點(diǎn)1的路徑相比，在F2層內(nèi)傳播更長(zhǎng)的距離，因而多了一定的附加衰減。 若斜射頻率fob改為18MHz，對(duì)F2來講仍然存在兩條傳播路徑，它們的反射點(diǎn)分別標(biāo)為2和2。反射高度分別為340km和460km。從圖中可以看出，和這個(gè)斜射頻率相應(yīng)的fv-h曲線，

26、和頻高圖中（虛線）E、F1層曲線不存在交點(diǎn)。E這表明fob=18MHz時(shí)，電波已不可能利用F1層和E層反射，而只是穿過它們，然后由F2層反射。E同樣的道理，2點(diǎn)反射在接收端的信號(hào)較2點(diǎn)反射的強(qiáng)，但由于兩者的反射高度相差不太大，所以其場(chǎng)強(qiáng)的差別將小于fob=14MHz時(shí)的情況。E繼續(xù)升高斜射頻率，當(dāng)斜射頻率fob為20MHz，只存在F2層的一個(gè)反射點(diǎn)3，反射高度h=370km。E也就是說當(dāng)fob=20MHz時(shí)，只有一條傳播路徑。繼續(xù)升高斜射頻率，曲線族和頻高曲線不再存在交點(diǎn)，這說明電波將穿過F2層，不再返回地面。E由此可見，反射點(diǎn)3時(shí)斜射電波能否返回地面的臨界點(diǎn)，與該點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的fv就是F2層的臨

27、界頻率，與該點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的fob就稱為F2層的最高可用頻率（MUF）。E總結(jié)以上結(jié)論，可以得到以下重要概念。（1）MUF是指給定通信距離下的最高可用頻率。若通信距離改變了，計(jì)算所得的曲線族和實(shí)測(cè)頻高圖都將發(fā)生變化，從而使臨界點(diǎn)的位置發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)的MUF值也就改變了。顯然MUF還和反射層的電離密度有關(guān)，所以凡影響電離密度的諸因素，都將影響MUF的數(shù)值。（2）當(dāng)通信線路選用MUF作為工作頻率時(shí)，由于只有一條傳播路徑，所以在一般情況下，有可能獲得最佳接收。（3）MUF是電波能返回地面和穿出電離層的臨界值?？紤]電離層的結(jié)構(gòu)隨時(shí)間的變化和保證獲得長(zhǎng)期穩(wěn)定的接收，在確定線路的工作頻率時(shí)，不是取預(yù)報(bào)的MUF值

28、，而是取低于MUF的頻率FOT，F(xiàn)OT稱為最佳工作頻率。一般情況下FOT=0.85MUF。選用FOT之后，能保證通信線路有90%的可通率。由于工作頻率較MUF下降了15%，接收點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)較工作在MUF時(shí)損失了10-20dB,可見為此付出的代價(jià)也是很大的。由于電離層的電子密度受太陽輻射影響很大，白天和夜晚的最高可用頻率相差甚大，工作頻率也需要進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。下圖示出了最高可用頻率一天內(nèi)的變化，作為簡(jiǎn)單的取值方法，而為了更好的適應(yīng)電離層參數(shù)變化引起的傳輸特性隨機(jī)起伏，實(shí)時(shí)地選用最佳工作頻率是合適的。下圖畫出了MUF和FOT及建議選用的日頻和夜頻。484236302418126004812162024

29、0 km500 km1000 km1500 km2000 km2500 km3000 km日出日落本地時(shí)間 / 小時(shí)fMUF / MHz04812162024t/h3456920f/MHz最高可用頻率最高可用頻率最高可用頻率最高可用頻率工作頻率工作頻率建議選用的工作建議選用的工作頻率頻率日頻日頻9MHz夜頻夜頻4.5MHz2傳輸模式傳輸模式在遠(yuǎn)距離短波通信線路的設(shè)計(jì)中，為了獲得較小的傳輸衰減，或者為了避免仰角太小，以致現(xiàn)有的天線無法滿足這一設(shè)計(jì)要求等原因，都需要精心地選擇傳輸模式。下圖為短波線路的路徑圖解。F2層層E層層TRF2層層E層層TRF2層層Es層層TRE層層E層層E層層理論上講，要嚴(yán)

30、格設(shè)計(jì)這種多跳遠(yuǎn)距離通信線路，就必須分別研究線路中每一地段對(duì)應(yīng)于工作頻率的傳播特性和所需要的輻射仰角。但一般來講這種嚴(yán)格的計(jì)算是不必要的，實(shí)際上，在設(shè)計(jì)中只考慮線路兩個(gè)終端的電波傳播情況，就足以確定短波線路對(duì)設(shè)備的具體要求。3多經(jīng)傳播多經(jīng)傳播從前面的學(xué)習(xí)中我們知道，電波可以通過若干路徑和不同的傳輸模式到達(dá)接收端，這種現(xiàn)象就稱為多徑傳播。由于這些路徑具有不同的長(zhǎng)度，所以到達(dá)接收端的各條射線，它們所經(jīng)歷的傳播時(shí)間是不同的。通過華盛頓到英格蘭（6000km）和日本到英格蘭（9600km）的傳真?zhèn)鬏數(shù)臏y(cè)量表明不同模式的射線到達(dá)接收端的時(shí)間是不同的，它們間的差值，在0.54.5ms之間。下圖為短波通信線

31、路多徑時(shí)延差的統(tǒng)計(jì)值。一般說來，時(shí)延差值等于或大于0.5ms 的占99.5%；而超過5ms的僅占0.5%。從表中可以看出，最低模式是2E，時(shí)延為12.73ms ；最高模式為5F，時(shí)延為16.26ms，兩者之差即為多徑時(shí)延差3.53ms 。模 式路 徑 時(shí) 延（ms）1E2E12.733E12.824E12.931F12.962F13.452FE13.653F14.184F15.135F16.26在短波信道上，多徑時(shí)延具有下列特征：（1）多徑時(shí)延隨著工作頻率偏離MUF的增大而增大。原因：在f=MUF時(shí)，將出現(xiàn)單徑傳輸，不存在多徑時(shí)延，偏離MUF將出現(xiàn)多徑傳播。工作頻率與最大可用頻率MUF的比值稱

32、為多徑縮減因子，英文縮寫為MRF，表示為：f為工作頻率，多徑縮減因子越大，說明工作頻率越靠近最高可用頻率。在實(shí)際線路中由于MUF隨電離層發(fā)生變化，因此MRF也隨之變化，多徑時(shí)延亦隨之變化。因此在線路設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮這一情況，實(shí)時(shí)進(jìn)行頻率預(yù)報(bào)來達(dá)到工作頻率盡可能靠攏MUF的目的。fMRFMUF（2）多徑時(shí)延與通信距離有密切關(guān)系圖中示出了多徑時(shí)延與通信距離之間的關(guān)系統(tǒng)計(jì)曲線。可見在200300km的短波線路上，由于電離層與地面間的多次反射，使多徑時(shí)延最嚴(yán)重，可達(dá)8ms；在20008000km的線路上，可能存在的傳播模式減少，故多徑時(shí)延只有23ms。當(dāng)通信距離進(jìn)一步增大時(shí)，由于不再存在單跳模式，多徑時(shí)延

33、又隨之增大，當(dāng)距離為20000km時(shí)，可達(dá)6ms。（3）多徑時(shí)延隨時(shí)間發(fā)生變化多徑時(shí)延隨時(shí)間變化的原因是電離層的電子密度隨時(shí)間變化，從而使MUF隨時(shí)間變化。電子密度變化越急劇，多徑時(shí)延的變化越嚴(yán)重。多徑時(shí)延嚴(yán)重影響短波數(shù)據(jù)通信的質(zhì)量，所以在線路設(shè)計(jì)中，通常為了保證傳輸質(zhì)量，要限制傳輸速率。目前在印字電報(bào)通信中，為了減少多徑傳輸?shù)挠绊?，通?bào)速率限制在200波特以下。在短波線路傳輸高速數(shù)據(jù)時(shí)，通常需要采用多路并發(fā)的方法。4衰落短波在電離層傳播過程中，由于多徑傳播等原因，使接收端的信號(hào)出現(xiàn)疊加（干涉），接收信號(hào)的強(qiáng)度出現(xiàn)忽大忽小的隨機(jī)起伏，稱為衰落。多徑干涉是引起衰落的主要原因，此外電離層特性的變化

34、等因素也會(huì)引起衰落。衰落有快衰落和慢衰落之分，連續(xù)出現(xiàn)持續(xù)時(shí)間僅幾分之一秒的信號(hào)起伏稱為快衰落；持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)的衰落（1小時(shí)或者更長(zhǎng)）稱為慢衰落。根據(jù)衰落產(chǎn)生的原因，可分為以下3種衰落。干涉衰落、吸收衰落、極化衰落。（1）干涉衰落若從線路發(fā)送端發(fā)射恒定幅度的高頻信號(hào)，由于多徑傳播，到達(dá)接收端的射線不是一條，而是多條。這些射線通過不同的路徑，到達(dá)接收端的時(shí)間不同，傳播的距離不同，遭受的衰減不同，所以到達(dá)接收端后的幅度也各不相同。再者由于電離層的電子密度、高度均是隨機(jī)變化的，電波射線軌跡也隨之變化，這使得同一信號(hào)由多徑傳播到達(dá)接收端后信號(hào)之間不能保持固定的相位差，使合成的信號(hào)振幅隨機(jī)起伏。這種衰落

35、由到達(dá)接收端的若干個(gè)信號(hào)干涉造成，故稱“干涉衰落”。干涉衰落有下列特征。u具有明顯的頻率選擇性即對(duì)不同頻率的信號(hào)具有不同的衰落特性，因此也稱“選擇性衰落。通過試驗(yàn)證明，當(dāng)兩個(gè)信號(hào)頻率差值大于400Hz時(shí)，他們的衰落特性相關(guān)性就很小了。根據(jù)此特點(diǎn)，可以采用頻率分集的方法克服這種衰落。u衰落信號(hào)的振幅服從瑞利分布在非騷動(dòng)短波傳播期間，也就是不存在電離層暴變的時(shí)期，電場(chǎng)強(qiáng)度的快變化主要來源于干涉衰落，少量時(shí)刻也可能是由于極化衰落。u衰落信號(hào)的振幅服從瑞利分布通過長(zhǎng)期的觀察，證實(shí)了遭受快衰落的電場(chǎng)強(qiáng)度振幅服從瑞利分布?？梢宰C明，在瑞利分布條件下，到達(dá)或超過某給定電場(chǎng)強(qiáng)度值的時(shí)間百分?jǐn)?shù)T可由下式計(jì)算。式

36、中 E為給定的電場(chǎng)強(qiáng)度值； Emed為電場(chǎng)強(qiáng)度中值。根據(jù)上式，可畫出瑞利衰落下接收端電場(chǎng)強(qiáng)度的概率分布曲線。20.693()100medEETe從曲線上可以查到：電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到或超過中值的時(shí)間為整個(gè)觀察時(shí)間的50%。若降低給定值E，如E=0.39Emed,低于中值8.2dB，此時(shí)T=90%；若E=0.1Emed,低于中值20dB，此時(shí)， T=99.3%。此曲線圖在短波線路設(shè)計(jì)中非常有用，可以用它來計(jì)算為提高線路可通率所需要額外增加的功率。例如已經(jīng)計(jì)算出保證50%可通率需要的發(fā)射功率為100W，現(xiàn)要求可通率提高至90%，即保證在90%的時(shí)間內(nèi)，線路保持原有的通信質(zhì)量，發(fā)射機(jī)應(yīng)增加多少功率呢？從右圖

37、曲線上可以查到，當(dāng)可通率T=90%時(shí)，接收端的電場(chǎng)強(qiáng)度E將跌落到中值Emed的0.39倍，接收功率跌落到中值的0.15倍，所以要達(dá)到原有的通信質(zhì)量，發(fā)射機(jī)功率應(yīng)增加1/0.15=6.6倍。即發(fā)射功率PT=660W。我們把功率增加的倍數(shù)稱為“功率余量”，也稱“對(duì)快衰落的防護(hù)度”，通常用分貝表示。因此，也可以這樣說，為了保證90%的可通率，留有的功率余量為： 90%10lg10lg6.68.2TTmedPdBP同理，若要求可通率達(dá)到99.3%，功率余量就應(yīng)增加到20dB,即要求功率增加100倍， PT=10000W。由此可以看出，對(duì)于短波線路，由于快衰落的存在，可通率受到一定的限制。99.3%10

38、lg20TTmedPdBP并且，單純靠增加發(fā)射功率來提高可通率是極不經(jīng)濟(jì)的。近年來，在短波線路上廣泛采用分集接收技術(shù)、時(shí)頻調(diào)制技術(shù)以及差錯(cuò)控制技術(shù)來對(duì)抗衰落，使得正常的瑞利衰落信道上傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，用不太大的功率獲得線路的高可通率。u干涉衰落是一種快衰落根據(jù)大量的測(cè)量值表明干涉衰落的速率大約為1020次/min，衰落深度可達(dá)40dB（低于中值），偶爾達(dá)80dB。衰落持續(xù)時(shí)間通常在420ms范圍內(nèi)，是一種快衰落，與吸收衰落有明顯的差別。持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短可用于判別是吸收衰落還是干涉衰落。（2）吸收衰落產(chǎn)生吸收衰落的原因是D層衰減特性的慢變化，其時(shí)間最長(zhǎng)可以持續(xù)1小時(shí)或更長(zhǎng)，因此吸收衰落屬于慢衰落。由于吸

39、收衰落是電離層吸收的變化引起的，所以它有年、月、季節(jié)和晝夜的變化。吸收衰落有下列特征：接收點(diǎn)信號(hào)幅度的變化比較慢，其周期從幾分鐘到幾小時(shí)（包括日變化）。對(duì)短波整個(gè)頻段的影響程度是相同的（不存在頻率選擇性）?？朔账ヂ洌苏_地選擇頻率外，在設(shè)計(jì)短波線路時(shí)只能靠留功率余量來補(bǔ)償電離層吸收的增大。（3）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(shí)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，由于地磁場(chǎng)的作用，分為兩條橢圓極化射線，經(jīng)合成形成接收地點(diǎn)的橢圓極化波。橢圓長(zhǎng)軸的大小和相位隨著傳播路徑上電子密度的隨機(jī)變化而不斷變化，導(dǎo)致接收信號(hào)強(qiáng)度發(fā)生變化。極化衰落出現(xiàn)的概率遠(yuǎn)小于干涉

40、衰落。粗略估計(jì)，極化衰落僅占全部衰落的10%15%。極化衰落發(fā)生時(shí)，接收端的電壓值均較未衰落時(shí)下降3dB。為了避免這種極化衰落，可以采用幾副具有不同極化方式的接收天線，并且通過選擇電路接到接收機(jī)輸入端。選擇電路總使接收最強(qiáng)信號(hào)的那副天線接到接收機(jī)輸入端。這種方法稱為極化分集。綜上所述，分集接收是克服信號(hào)衰落的有效方法。短波通信系統(tǒng)中，通常利用相距300米的兩副天線獲取兩個(gè)衰落近于不相關(guān)的信號(hào)樣本，或者利用兩個(gè)工作于不同頻率（頻率相差在400Hz以上）的接收機(jī)獲取兩個(gè)衰落互不相關(guān)的信號(hào)樣本，然后按一定規(guī)則將兩個(gè)信號(hào)樣本相加（合并），合成的信號(hào)電平將比較平穩(wěn)，衰落程度將大為減輕。上述利用兩副不同位

41、置的天線進(jìn)行分集的方法稱為二重空間分集，而利用兩個(gè)不同頻率傳輸?shù)姆椒ǚQ為二重頻率分集。增加所利用的天線或頻率數(shù)目，可使分集重?cái)?shù)增加。5、相位起伏（多普勒頻移）、相位起伏（多普勒頻移）短波在傳播過程中存在多徑效應(yīng)，不僅使接收點(diǎn)的信號(hào)振幅發(fā)生隨機(jī)變化，也使信號(hào)的相位起伏不定。即使只存在一條射線，也就是單一模式傳播的條件下，由于電離層經(jīng)常性的快速運(yùn)動(dòng)以及反射層高度的快速變化，使得傳播路徑的長(zhǎng)度不斷變化，信號(hào)的相位也會(huì)發(fā)生變化，使信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，頻譜產(chǎn)生畸變。這種頻率發(fā)生變化，畸變的現(xiàn)象稱為多普勒頻移。多普勒頻移在日出和日落期間呈現(xiàn)出更大的數(shù)值，此時(shí)很容易影響采用小頻移的窄帶電報(bào)的傳輸。此外，

42、在發(fā)生磁暴時(shí)，將產(chǎn)生更大的多普勒頻移。在電離層平靜的夜間，一般不存在多普勒效應(yīng)，而在其他時(shí)間，多普勒頻移大約在12Hz的范圍內(nèi)。當(dāng)發(fā)生磁暴時(shí)，頻移最高可達(dá)6Hz。以上給出的26Hz的多普勒頻移是對(duì)于單跳模式傳播而言的。若電波按多跳模式傳播，則總頻移值按下式計(jì)算：式中，n為跳數(shù)；f為單跳多普勒頻移；ftot為總頻移值。 fn ftot 6靜區(qū)靜區(qū)由天波的反射原理可知，入射角越小，反射線達(dá)到的地點(diǎn)距發(fā)射點(diǎn)越近。當(dāng)入射角小到一定值時(shí)，電波就有可能穿透電離層而無反射。天線發(fā)射的同一頻率的電波一般不是一條射線，而是一簇波束，在此波束中由于入射角度不同，有的反射的遠(yuǎn)，有的反射的近，有的穿透電離層而無反射。

43、很顯然，電波的最近反射點(diǎn)至發(fā)射點(diǎn)之間是沒有反射電波的，這種現(xiàn)象稱為天波的越距。在進(jìn)行短波通信時(shí)，天線發(fā)射的電波，除有天波傳播外，還有地波傳播。一般來說，地波最遠(yuǎn)可達(dá)30公里，而天波從電離層第一次反射落地（第一跳）的最短距離約為100公里。可見30100公里之間的這一區(qū)域，地波和天波都覆蓋不到，形成了短波通信的寂靜區(qū)，簡(jiǎn)稱靜區(qū)，也稱為盲區(qū)。盲區(qū)內(nèi)的通信大多是比較困難的。車載臺(tái)均存在通信盲區(qū)問題。靜區(qū)靜區(qū)是長(zhǎng)期困擾短波“動(dòng)中通”的一大難題。解決通信盲區(qū)的方法有：一是增大電臺(tái)的發(fā)射功率以延長(zhǎng)地波傳播距離；二是采用較低的工作頻率。由于靜區(qū)的大小與電波頻率、電離層電子密度及發(fā)射功率有關(guān)。頻率越低，電子密

44、度越大，發(fā)射功率越大，則靜區(qū)越小。三是采用高仰角天線，也稱高射天線或噴泉天線，以縮短天波第一跳落地的距離。仰角是指天線輻射波瓣與地面之間的夾角。仰角越高，電波第一跳落地的距離越短，盲區(qū)越少，當(dāng)仰角接近90度時(shí)，盲區(qū)基本上就不存在了。7晝夜間信號(hào)差別很大晝夜間信號(hào)差別很大收聽收音機(jī)時(shí)，常遇到這樣的現(xiàn)象，夜間收到的信號(hào)多而強(qiáng)，白天收到的信號(hào)少而弱。有時(shí)還有另一種現(xiàn)象，在白天收到的信號(hào)，夜間卻消失了。這些現(xiàn)象應(yīng)如何解釋呢？要解釋這些現(xiàn)象，還應(yīng)從電離層的變化說起。電離層的層數(shù)、各層的高度和電子密度在白天和夜間是不同的。在白天，電離層的電子密度較大，而且存在D層。當(dāng)電波穿過D層時(shí)受到的吸收很大，再加上E

45、層和F層的吸收，反射到地面的電波很弱，只有少數(shù)在有效通信距離內(nèi)大功率發(fā)信機(jī)送來的電波較強(qiáng)，故收信機(jī)在白天收到的信號(hào)弱而少；在夜間，D層消失，而且E層和F層的電子密度減小，這樣電波受到的吸收大大減小，反射到地面的電波較強(qiáng)，故收信機(jī)在夜間收到的信號(hào)多而強(qiáng)。在夜間，由于電離層電子密度減小，本來白天由E層反射的電波，夜間則改由F層反射了。F層比E層高，形成的靜區(qū)就大。本來某收信機(jī)白天位于A電波反射后的可收聽區(qū)，到夜間則位于A電波反射后的靜區(qū)了。這樣，有些在白天可收到的信號(hào)，到夜間反而收不到的。這種現(xiàn)象，即使白天和夜間均由F層反射，也會(huì)由于F層晝夜間高度不同而發(fā)生。克服晝夜間接受差別大的方法可以采用先進(jìn)

46、的實(shí)時(shí)選頻技術(shù)來克服。4.1.4 改進(jìn)無線傳輸質(zhì)量的主要措施為了提高短波、超短波通信線路的質(zhì)量，除了系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)適應(yīng)傳播媒介的特點(diǎn)外，還必須采用各種有力的抗干擾措施來消除或減少信道中引入的各種干擾對(duì)通信的影響，并保證在接收地點(diǎn)所需要的信噪比。下面在討論無線電干擾的基本類型和特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，介紹短波通信系統(tǒng)抗干擾的主要方法。1無線電干擾無線電干擾無線電干擾分為外部干擾和內(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(duì)信號(hào)傳輸產(chǎn)生影響的主要是外部干擾。（1）大氣噪聲在短波波段，大氣噪聲主要是天電干擾，具有以下特征。1

47、）天電干擾由大氣放電產(chǎn)生。這種放電所產(chǎn)生的高頻振蕩的頻譜很寬，對(duì)長(zhǎng)波波段的干擾最強(qiáng)，中、短波次之；對(duì)超短波、微波的影響極小，甚至可以忽略。2）每一地區(qū)受天電干擾的程度視該地區(qū)是否接近雷電中心而異。在熱帶和靠近熱帶的區(qū)域，因雷電較多，天電干擾更嚴(yán)重。3）天電干擾與接收地點(diǎn)產(chǎn)生的電場(chǎng)強(qiáng)度和電波的傳播條件有關(guān)。在短波波段中，出現(xiàn)干擾電平隨頻率的增高而加大的情況。這是由于天電干擾的場(chǎng)強(qiáng)不完全取決于干擾源產(chǎn)生的頻譜密度，而且和干擾的傳播條件有關(guān)。4）天電干擾雖然在整個(gè)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)，實(shí)際上具有和白噪聲一樣的頻譜。5）天電干擾具有方向性。對(duì)于緯度較高的區(qū)域，天電干擾由遠(yuǎn)方

48、傳播而來，而且?guī)в蟹较蛐浴?）天電干擾具有日變化和季節(jié)變化。一般來說，天電干擾的強(qiáng)度冬季低于夏季，這是因?yàn)橄奶煊懈l繁的大氣放電。在一天內(nèi)，夜間的干擾強(qiáng)于白天，由于天電干擾的能量主要集中在短波的低頻段，這正是夜間短波通信適合選用的頻段。（2）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。特別地，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?yàn)榇蟛糠秩藶樵肼暤哪芰渴峭ㄟ^商業(yè)電力網(wǎng)傳送來的。（3）電臺(tái)干擾電臺(tái)干擾是指和工作頻率相近的其他無線電臺(tái)的干擾，包括有意識(shí)的干擾。由于短波和超短波頻帶較窄，而且用戶越來越多，因此電臺(tái)干擾成為影響短波、超短波通信順暢的主要干

49、擾源。特別是在軍事通信中電臺(tái)干擾更嚴(yán)重，因此抗電臺(tái)干擾成為設(shè)計(jì)短波、超短波通信系統(tǒng)需要考慮的首要問題。2抗干擾措施抗干擾措施對(duì)于上述各種外部干擾，在進(jìn)行短波通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)區(qū)別對(duì)待。對(duì)于大氣噪聲，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中需要計(jì)算，并以此為基礎(chǔ)，根據(jù)所要求的信噪比確定接收點(diǎn)最小信號(hào)功率。人為噪聲的計(jì)算比較困難，因而在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，通常采用加大最小信號(hào)功率的辦法。如接收中心設(shè)在工業(yè)城市內(nèi)，需要把以上計(jì)算的最小功率提高10dB，以克服工業(yè)干擾的影響。必須指出，在可能的條件下，接收中心最好設(shè)在遠(yuǎn)離城市的郊區(qū)，這是最有效的抗工業(yè)干擾措施。目前，在短波通信系統(tǒng)中抗電臺(tái)干擾的途徑大致有下面幾個(gè)方面：（1）采用實(shí)時(shí)選頻系統(tǒng)

50、。在實(shí)時(shí)選頻系統(tǒng)中，通常把干擾水平的大小作為選擇頻率的一個(gè)重要因素。所以由實(shí)時(shí)選頻系統(tǒng)提供的優(yōu)質(zhì)頻率實(shí)際上已經(jīng)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。近年來出現(xiàn)的高頻自適應(yīng)系統(tǒng)還具有“自動(dòng)信道切換”的功能，也就是說，遇到嚴(yán)重干擾時(shí)，通信系統(tǒng)將作出切換信道的響應(yīng)。（2）盡可能提高系統(tǒng)的頻率穩(wěn)定度，以壓縮接收機(jī)的通頻帶。（3）采用定向天線和自適應(yīng)調(diào)零天線。前者由于方向性很強(qiáng)，減弱了其他方向來的干擾，后者由于零點(diǎn)能自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)干擾方向，從而避免了干擾。（4）采用抗電臺(tái)干擾能力強(qiáng)的調(diào)制和鍵控制度。（5）采用“跳頻”技術(shù)，自20世紀(jì)80年代以來短波跳頻通信技術(shù)得到了不斷地發(fā)展，先后經(jīng)

51、過了常規(guī)跳頻、自適應(yīng)跳頻和高速跳頻三個(gè)階段。4.2 短波通信系統(tǒng) 4.2.1 短波通信系統(tǒng)的組成及工作原理 4.2.2 短波高速數(shù)據(jù)傳輸 4.2.3 短波通信系統(tǒng)的數(shù)字化 4.2.4 短波自適應(yīng)通信網(wǎng) 4.2.5 短波調(diào)頻通信網(wǎng) 4.2.6 短波通信系統(tǒng)的應(yīng)用與發(fā)展4.2.1 短波通信系統(tǒng)的組成及工作原理 現(xiàn)代短波通信系統(tǒng)一般由帶自適應(yīng)鏈路建立功能的收發(fā)信主機(jī)、自動(dòng)天線耦合器、電源以及一些擴(kuò)展設(shè)備，如高速數(shù)據(jù)調(diào)制解調(diào)器、大功率放大器等部分組成，如下圖所示：收發(fā)信收發(fā)信主機(jī)主機(jī)電源電源自動(dòng)天自動(dòng)天線耦合線耦合器器A調(diào)制解調(diào)制解調(diào)器調(diào)器擴(kuò)展設(shè)擴(kuò)展設(shè)備備500W功放功放自動(dòng)天自動(dòng)天線耦合線耦合器器B

52、現(xiàn)代短波通信系統(tǒng)方框圖現(xiàn)代短波通信系統(tǒng)方框圖1主機(jī)主機(jī)收發(fā)信機(jī)主機(jī)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，現(xiàn)代收發(fā)信機(jī)多了自適應(yīng)選件，能借助收、發(fā)信道完成自動(dòng)鏈路的建立。頻率合成器頻率合成器電源電源邏輯控制邏輯控制信道部分信道部分選件選件收發(fā)信機(jī)主機(jī)方框圖收發(fā)信機(jī)主機(jī)方框圖（1）信道部分通常由選頻濾波、頻率變換、調(diào)制解調(diào)、音頻功率放大、射頻功率放大、AGC（自動(dòng)增益控制）電路、ALC（自動(dòng)電平控制）電路、收/發(fā)轉(zhuǎn)換電路等組成。當(dāng)處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)，其主要功能是將音頻信號(hào)經(jīng)音頻放大送至調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，形成單邊帶調(diào)制信號(hào)，然后再經(jīng)兩次頻率變換（頻率搬移），將信號(hào)搬移到工作

53、頻率上（1.630MHz），之后對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行線性放大，功率放大、濾波，保證有足夠的純信號(hào)功率輸出，經(jīng)天線向空間傳播；當(dāng)處于發(fā)射狀態(tài)時(shí)音音頻頻放放大大調(diào)調(diào)制制載波載波混混頻頻1混混頻頻2激勵(lì)激勵(lì)1激勵(lì)激勵(lì)2線線性性放放大大功功率率放放大大ALC控制電路控制電路當(dāng)處于接收狀態(tài)時(shí)，則將在天線上感應(yīng)的射頻信號(hào)加到選頻網(wǎng)絡(luò)，利用該網(wǎng)絡(luò)選擇出有用信號(hào)，經(jīng)射頻放大或直接輸入到混頻器對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行頻率變換（一般進(jìn)行兩次混頻），將信號(hào)搬移到低中頻，然后對(duì)低中頻信號(hào)放大后進(jìn)行解調(diào)，還原成音頻信號(hào)，再經(jīng)音頻功放推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。為了使收信信號(hào)輸出穩(wěn)定，發(fā)射功率輸出平穩(wěn)，信道部分一般要加入自動(dòng)增益控制電路和自動(dòng)電平調(diào)

54、整電路。當(dāng)處于接收狀態(tài)時(shí)選選頻頻網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)射射頻頻放放大大混混頻頻1混混頻頻2本振本振1本振本振2中中頻頻放放大大解解調(diào)調(diào)AGC控制電路控制電路音音頻頻功功放放揚(yáng)揚(yáng)聲聲器器載波載波（2）頻率合成器一般由幾個(gè)鎖相環(huán)組成，產(chǎn)生信道部分實(shí)現(xiàn)頻率變換（混頻）、調(diào)制解調(diào)所需的穩(wěn)定的激勵(lì)、本振和載波信號(hào)?，F(xiàn)代頻率合成器一般采用數(shù)字式頻率合成技術(shù)，使頻率合成器的體積大大縮小。 （3）邏輯控制電路現(xiàn)代通信設(shè)備中的邏輯控制電路一般采用單片機(jī)控制技術(shù)或嵌入式系統(tǒng)技術(shù)。邏輯控制電路通常包括微處理器系統(tǒng)（包括CPU、程序存儲(chǔ)器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器等）、輸入與輸出電路、鍵盤控制電路、數(shù)字顯示電路及擴(kuò)展電路的接口等。邏輯控制電路將

55、控制整個(gè)設(shè)備的工作狀態(tài)，協(xié)調(diào)與擴(kuò)展電路的聯(lián)系，擴(kuò)展能力的強(qiáng)弱是體現(xiàn)設(shè)備先進(jìn)的重要標(biāo)志。（4）電源部分提供主機(jī)內(nèi)各部分的直流電源。（5）選件根據(jù)用戶的不同要求，完成某一個(gè)或某幾個(gè)特殊要求，可選擇不同的選件。2自動(dòng)天線耦合器自動(dòng)天線耦合器隨著頻率的變化，天線將呈不同的特性阻抗。自動(dòng)天線耦合器的作用是將變化的阻抗通過天線耦合器的匹配網(wǎng)絡(luò)與功放輸出的阻抗完全匹配，使天線得到最大功率，提高發(fā)射效率。目前，自動(dòng)天線耦合器主要由射頻信號(hào)檢測(cè)器部分、匹配網(wǎng)絡(luò)部分和微處理器系統(tǒng)等電路組成。微處理器系統(tǒng)微處理器系統(tǒng)電源電源射頻信號(hào)檢射頻信號(hào)檢測(cè)測(cè)匹配網(wǎng)絡(luò)匹配網(wǎng)絡(luò)射頻輸射頻輸入入（1）射頻信號(hào)檢測(cè)部分通常由3個(gè)檢測(cè)

56、器電路組成，分別對(duì)射頻信號(hào)的相位、阻抗及駐波比進(jìn)行檢測(cè)，并將檢測(cè)的數(shù)據(jù)送給微處理器系統(tǒng)作為調(diào)諧匹配的依據(jù)。檢測(cè)器的精度直接影響調(diào)諧的準(zhǔn)確性。（2）匹配網(wǎng)絡(luò)一般由可變串聯(lián)電感、可變并聯(lián)電容等元件組成。微處理器系統(tǒng)經(jīng)過處理運(yùn)算，輸出驅(qū)動(dòng)繼電器的控制信息，使相應(yīng)的電感、電容介入匹配電路達(dá)到天線與功放輸出阻抗匹配的目的。（3）微處理器系統(tǒng)為自動(dòng)天線耦合器的核心，是由單片機(jī)組成的電路系統(tǒng)，其作用是根據(jù)檢測(cè)器所提供的信息進(jìn)行判斷、處理，輸出一組控制匹配網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)，并調(diào)整其匹配網(wǎng)絡(luò)參數(shù)，判斷是否匹配，如未達(dá)到匹配目的，微處理器系統(tǒng)將再輸出一組控制數(shù)據(jù)進(jìn)行判斷，直到網(wǎng)絡(luò)參數(shù)滿足匹配條件為止。在工作頻率變化后，

57、應(yīng)重復(fù)上述調(diào)諧步驟，對(duì)所工作的頻率完成調(diào)諧匹配功能。3電源電源交-直流變換電源一般是中功率電源，提供系統(tǒng)各部分的電源。較常見的有開關(guān)電源和線性穩(wěn)壓電源。4.2.2 短波高速數(shù)據(jù)傳輸用短波和超短波傳輸數(shù)據(jù)信號(hào)時(shí)，由于短波、超短波信號(hào)傳播方式不同，它們所體現(xiàn)的數(shù)據(jù)傳輸性能也不盡相同。與超短波相比，天波傳播的特殊性限制了傳輸速率的提高和誤碼率性能的改善，因此，必須采取相關(guān)技術(shù)來提高短波信道上數(shù)據(jù)信號(hào)的傳輸速率。1短波信道對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊懚滩ㄐ诺缹?duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憦奈锢砀拍钌?，短波信道?duì)數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懼饕憩F(xiàn)在以下幾方面：（1）多徑效應(yīng)引起的衰落使傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信號(hào)幅度減小，甚至完全消失，這是造成短波數(shù)

58、據(jù)通信中出現(xiàn)突發(fā)錯(cuò)誤的主要原因。（2）多徑效應(yīng)引起的波形展寬是傳輸?shù)臄?shù)據(jù)碼元間互相串?dāng)_，這是限制數(shù)據(jù)速率的主要原因。（3）電離層快速運(yùn)動(dòng)和反射層高度變化引起的多普勒頻移，使發(fā)射信號(hào)要的頻率結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，相位起伏不定，從而造成數(shù)據(jù)信號(hào)的錯(cuò)誤接收。2短波數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的抗多徑和抗衰落的措施短波數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的抗多徑和抗衰落的措施在傳統(tǒng)的短波數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中，信道誤碼率通常是10-210-3的數(shù)量級(jí)。嚴(yán)重的衰落以及由于多徑引起的碼元串?dāng)_限制了通信質(zhì)量的進(jìn)一步提高。近幾年來，由于在短波數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中采用了各種有效的抗衰落和抗多徑（通常是指碼元串?dāng)_）措施，系統(tǒng)的誤碼率差不多減少了兩個(gè)數(shù)量級(jí)，達(dá)到10-510-

59、6。目前，在短波線路上廣泛采用以下4種抗衰落和抗多徑的技術(shù)措施：（1）高頻自適應(yīng)技術(shù)；（2）抗衰落性能良好的調(diào)制鍵控技術(shù)（3）分集接收技術(shù)；（4）差錯(cuò)控制技術(shù)（1）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)技術(shù)，是目前抗多徑和抗干擾的有效措施。（2）抗衰落性良好的調(diào)制鍵控技術(shù)，時(shí)頻調(diào)制技術(shù)就是其中的一種。（3）分集接收技術(shù)，在給定信號(hào)形式的條件下，接收端通過接收信號(hào)的某些處理來提高系統(tǒng)的抗衰落和抗干擾能力的一種技術(shù)。（4）差錯(cuò)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(cuò)控制技術(shù)，使接收端具有檢測(cè)和糾正信息錯(cuò)誤的能力。差錯(cuò)控制技術(shù)與前面提到的各種技術(shù)

60、不同，不論是由多徑、衰落還是干擾造成的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤接收，在一定條件下，絕大部分錯(cuò)誤都能通過差錯(cuò)控制系統(tǒng)予以糾正，從而提高了系統(tǒng)的通信質(zhì)量。3時(shí)頻組合調(diào)制時(shí)頻組合調(diào)制時(shí)頻調(diào)制是一種組合調(diào)制，由時(shí)移鍵空（TSK）和頻移鍵控（FSK）組合而成的時(shí)頻調(diào)制（FTSK）。時(shí)時(shí)移移鍵鍵控控頻頻移移鍵鍵控控時(shí)時(shí)頻頻調(diào)調(diào)制制頻頻移移鍵鍵控控從FTSK波形可以看出，在一個(gè)二進(jìn)制碼元兩個(gè)不同的時(shí)隙內(nèi)，實(shí)際上發(fā)送了兩個(gè)不同頻率的載波。在本例中，對(duì)于碼元“1”，前一個(gè)時(shí)隙發(fā)送f1，后一個(gè)時(shí)隙發(fā)送f2；而對(duì)于碼元“0”，前一個(gè)時(shí)隙發(fā)送f2，后一個(gè)時(shí)隙則發(fā)送f1，這種FTSK波形稱為“二時(shí)二頻制”，是時(shí)頻調(diào)制中最簡(jiǎn)單的一種波形