浅谈如何提高短波通信质量

梁军

浅谈如何提高短波通信质量

梁军

福州94647部队，福建 福州 350026

随着社会经济文化的不断进步与科学技术的迅猛发展，短波通信作为先进的科学技术在信息化时代被广泛应用于各领域，同时也取得了显著的成效。在通信技术的不断升级和发展过程中，新的通信技术不断涌现，提高了短波通信能力。短波通信技术在通信行业中的应用也逐渐占有十分重要的地位。首先介绍了短波信道的特点，然后分析了短波通信的不足，最后论述了提高短波通信质量的方法。

短波无线电；通信质量；短波通信

短波通信又称高频（HF）通信，是指在3～30 MHz频段范围内，通过电离层反射进行远距离传输或通过地波进行近距离传输的一种通信手段。短波通信与其他通信方式相比，有自身的优点：（1）通信距离远，在数千公里范围内短波不需要转发器就可进行超视距通信；（2）抗毁性强，短波是唯一不受网络枢纽和有源中继体制约的远程通信手段，一旦发生战争或灾害，各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击，但电离层具有不可摧毁性；（3）接收设备简单，对于广播业务，接收端只需要配置短波接收机即可。正是由于这些优点，短波通信一直是世界各国中、远程通信的主要手段，广泛应用于政府、军事、外交、气象、商业等部门。

短波通信也存在固有的缺点：多径衰落现象严重，短波在电离层反射的传播过程中，信号振幅变化达几十倍，甚至几百倍；盲区内通信困难，一般来说，短波通过地波传播最远距离约为30 km，而天波从电离层第一次反射落地的最短距离约为100 km，因此30～100 km的区域，形成了短波通信的盲区；电离层暴变严重干扰短波通信，电离层参数受太阳等外界影响，F2层的电子浓度、有效高度以及电离层结构将产生不规则变化，使电离层的最高可用频率降低，甚至完全破坏而使短波通信中断。

近年来，随着短波通信在航空导航、水上安全、抢险救灾、军事通信等方面的广泛应用，其稳定性和可靠性差的缺点日益突出，给短波通信研究带来了很大的挑战的同时，短波通信新技术发展也面临着前所未有的机遇。

1 短波信道特点

目前应用的短波波段频率在2～30 MHz 范围，基准带宽为 3 kHz、1.24 kHz。根据空间电磁理论分析，由于受到电离层多径反射影响，无线电信号在地球表面和电离层之间产生次反射，会引起短波信道，多跳传输产生多径时变，产生频率、时间的分散，因此在接收端，接收到的信号产生毫秒级时间延拓与频率拓展，造成信号的衰落，也称为多普勒频移。中纬度范围内，短波信道引延迟拓展产生的时延多在2～6 ms区间范围，信号衰落在1～5 Hz区间之内。据研究人员研究，在高纬度的北部处于极光地区，产生的时延可达到10 ms，信号的衰落达到50 Hz[1]。

电离层的状态，决定了远距离短波信道的通信链路链接准确率。远距离短波信道传输特点主要有以下几点。

（1）信号传播时延和信道传输函数模量均具有时变特性；多跳传输产生多径时变，引起多普勒频移（信号衰落），容易产生传输码间的相互串扰，对数据传输速率有很大的影响和限制。

（2）电离层多径反射及快速移动引起多普勒频移，信号相位变化，导致数据接收误码率较高，降低数据通信质量。总之，短波通信有很多优点，但是短波通信与电离层环境、使用的天线、电台性能、天线架设方式、工作频率选择、干扰性能、软硬件、电源选择等等因素有很重要因素。

2 短波通信的不足

短波通信虽然能够在不需要中继的情况下进行远距离传输，但是通信质量和效果则不太稳定，主要原因是存在外部干扰和内部干扰。外部干扰是由天线从外部接收的各种干扰，如大气噪声、人为干扰、宇宙噪声等。内部干扰则是由短波设备本身产生的噪声。除了内部和外部的干扰外，短波在进行远距离通信时，通信信道（通过电离层进行反射）也存在着一定程度的不稳定。这些原因都使稳定的短波通信较难实现。

短波通信的外部干扰主要来源于天电干扰、工业干扰和电台干扰。天电干扰由大气放电产生。这种放电所产生的高频震荡的频谱很宽，可以干扰短波波段的正常通信。工业干扰是由各种电器设备和电力网等因素产生的。这种干扰的幅度具有随机性和不确定性。电台干扰是与工作频率相近的其他无线电台的干扰，包括敌人有意识的干扰。由于短波波段的频带较窄，而且用户越来越多，因此电台干扰将成为影响短波通信的主要干扰源。如何抗电台干扰也将成为设计短波电台需要考虑的主要问题。

短波通信中的内部干扰来自电台内部。如果电台内部的电磁兼容性能不好，内部的电磁干扰加大，就将直接导致数据传输工作不正常。

通信信道对短波通信源于基本传播途径：地波与天波。地波的传播距离主要取决于地表介质特性。天波传输则需要短波信号由天线发出后射向电离层，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。但天波传输的弱点就是电离层有时会不稳定，而且路径衰耗、时间延迟、多径效应等因素，也同样会造成信号的弱化和畸变，从而影响短波通信的效果。

3 提高短波通信质量的方法

3.1 多天线技术应用

多天线技术（MIMO）作为新型天线技术，是现代移动通信系统中的关键技术，为移动通信系统的容量提升起到了重大作用。它是由多个独立的天线单元组合而成的，同时用于收或发，以提高系统的性能。在无线通信环境中，无线电波信号在空间传送过程中，由于障碍物的存在，信号会出现反射和散射，因此发送方发出的信号到达接收方时，已经不再是一个单纯的直射信号，而是由直射信号、折射信号、散射信号等多路信号组合而成的合成信号。这些信号在叠加过程中，如果相位相同，信号就会加强；如果相位相反，信号就会衰减。这种衰减也被称为多径衰减。多径衰减对系统的可靠性造成了严重的影响。在信号多径环境下，采用多个天线同时进行发射和接收可以成倍地提高系统的信道容量。多通道天线技术与正交频分复用技术（MIMI-OFDM）相结合可以带来频率效率增加、覆盖范围变广、数据速率加快的好处，目前正被越来越多的公司采用。软件无线电是指将原来由硬件实现的无线传输功能部分采用软件来代替实现的技术。软件无线电可以屏蔽移动台的差异性，使各个移动设备之间的通信能够无缝对接，大大降低了不同设备之间通信的复杂性，也降低了通信成本。多通道天线技术和软件无线电的结合，可以将宽带通信延伸到各种通信设备之中。另外，在频谱感知系统中，应用网格化技术，能够提高短波通信的性能[2]。

3.2 选择良好性能的电源装置

电源的可靠性、电源动态范围以及电磁兼容性等指标成为影响短波通信质量的一个问题。随着干扰技术的不断提升，在电台电源选择上应充分考虑电源的屏蔽特性，尤其在军事领域，电源很容易产生干扰，容易被敌方侦测到。因此在电源选择方面需要选择输出电压波纹好、功率容量大、线性特性好、电源动态范围大、静态特性好、屏蔽性能优良、电路设计余量充沛的电源，作为短波通信电台电源。

3.3 选择自适应跳频电台

自适应跳频主要针对敌方人为干扰自适应跳频特点在于精确感知敌方干扰信号后，在收发信号过程可以进行信道切换，即捕获某个频率点干扰，立即在下一次跳变点更换掉上一频率。自适应跳频只有具备足够的信号样本分析能力，才能精确检测接收功率，尤其是在分析中频信号的频谱时，跳频扫描速率应足够快，采样速率和跳频驻留时间应作为主要考虑参数，从而实现较快的扫描速度。自适应跳频采用双工信道模式，引入非对等时分技术，对功率谱进行预估计，既能保证下行链路通信质量，又可以实现上行通信控制，提取相应频点功率谱密度，建立通信链路修正频率表，提升频谱感知质量，增强抗干扰性能。

3.4 做好地线处理工作

要正确埋设接地体和接地线。连接好地线、埋设好接地体有助于降低噪声系数，提升天线性能，另外良好的高频接地有助于减小发射驻波。信号高频地线不同于交流供电电源系统的电源或者保护接地。高频信号地线应单独设计和埋设处理。埋设接地体要严格按照标准操作，尽量降低接地电阻，一般小于4Ω。短波通信电台接地柱、接地体应可靠导体连接，最好选择编织铜线、多股铜线、大截面优良金属导体，从而降低噪声系数，减小发射驻波，提升干扰特性。

3.5 匹配好电台与天线

匹配好电台、馈线、天线，实现高频输入输出阻抗一致性。实现无损耗连接对提高短波通信质量尤为重要。短波电台通常的输出阻抗/输入阻抗值是 50，射频电缆在选择时必须与之匹配相同。一般天线的特性阻抗在 600 上下，宽带天线在200～300。所以需要在天线与射频电缆间增加合适的阻抗匹配器。目前随着软件无线电应用，已经实现数字化匹配阻抗，即匹配器输入端保证与电缆匹配一致，输出端与天线阻抗匹配。阻抗匹配器应安装在最接近天线位置。多天线系统需要增加变换器，适应天线阻抗匹配的功能要求，实现良好的信号接收和发射，提高短波通信质量[3]。

另外，天线的前馈系统具有无条件稳定、线性度高、线性度与增益无直接关系、良好的噪声性能等优点，因此是一个较好的选择。前馈系统的失真抑制环路中存在误差，降低了工作效率，成为限制前馈功放应用的主要问题。优化前馈放大器中耦合器的耦合系数能够提高整个系统的工作效率。此外，在前馈功放中直流输入的大部分功率被主放大器和误差放大器所消耗，因此降低每个功放的消耗功率和无源电路参数的优化同样重要。为了降低整个前馈功放的消耗功率，需要提高主放大器的效率和线性度。主放大器线性的提高还能减少误差放大器的消耗功率，因此提高主放大器的线性性能成为提高前馈放大效率的主要因素。

4 短波通信的发展趋势

4.1 由自适应转向全自适应技术

对信号和系统变化进行连续测量，然后通过环境改变已设定系统的结构和参数，使整个技术实现随环境的改变而做出相应的干扰。这就是自适应技术的核心设计理念。短波通信通过综合利用选频信道建立两种技术，再以功率和传输速率的自适应技术作为辅助，将解调技术、分集技术和编码技术等多种技术运用起来，实现结构和技综合的完美设计。这是短波技术由单一的自适应转向全适应的重要发展趋势，这更能将短波技术的应用价值体现出来。

4.2 短波通信系统向第三代自适应网络方向发展

通信系统可以兼容各种通信技术，而通信网络以其可靠性和高效性，可以将通信系统整合起来，实现系统相互通用，同时辅助自动化和智能化，在较短时间内实现系统更新，以达到综合处理业务的目的。将网络化和数字化综合运用到短波通信中，这是推动该技术的前进方向。短波通信能够综合利用自身优势，将移动平台通过网络容量综合用到各种业务中，以推动短波通信向数字化、网络化、业务综合化发展。

4.3 短波终端技术向调制解调技术的发展

电磁干扰是短波通信在传统的传输终端遇到的常见问题。高效的传输系统是数据传输改变的重要方向，主要目的就是使数据业务通过系统传输更具有稳定性和可靠性。传统的短波通信技术无法满足综合业务数据传输的需要，而调制解调技术以其独特的优势，在短波通信中将多种发射模式并存运用，不仅能降低电磁干扰，而且能满足数据传输需求。所以，现代短波通信发展必须改变传统终端技术，应用调制解调技术。

5 结语

在实际工作中，我们应认真摸索并掌握短波传输的固有特性，采取有效措施提高短波通信的稳定性。短波通信仍然是我国必备的通信手段。

[1]左卫. 短波通信系统发展及关键技术综述[J]. 通信技术，2014（8）：847-853.

[2]辛登松. 短波通信技术概括及通信频率选择[J]. 中国新通信，2016（4）：33-34.

[3]汝凡超，范清杰，王雪华. 短波通信技术发展分析[J].信息产业，2013（6）：91.

Talking about How to Improve the Quality of Short Wave Communication

Liang Jun

Fuzhou 94647 Force, Fujian Fuzhou 350026

With the continuous advancement of social economy and culture and the rapid development of science and technology, short wave communication has been widely used in various fields as an advanced science and technology in the information age, and it has also achieved remarkable results. In the continuous development of communication technology, new communication technologies are emerging, and the short wave communication capability is improved. The application of short wave communication technology in the communication industry has gradually occupied a very important position. Firstly, the characteristics of short wave channel are introduced, then the shortcomings of short wave communication are analyzed. Finally, the method of improving the quality of short wave communication is discussed.

short wave radio; communication quality; short wave communication

TN925

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