無(wú)線電通信中短波的特點(diǎn)與作用分析

張嵩 孫健

?

無(wú)線電通信中短波的特點(diǎn)與作用分析

張嵩 孫健

南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，江蘇 南京 210000

通信技術(shù)的完善令我國(guó)的通信方式有了巨大變革。短波通信作為一種重要的無(wú)線電通信方式，歷來(lái)受到社會(huì)各界以及研究部門的廣泛關(guān)注。短波通信的實(shí)用性以及經(jīng)濟(jì)性很高。在分析了短波通信原理的基礎(chǔ)上探討了短波的特點(diǎn)以及其在我國(guó)通信領(lǐng)域發(fā)揮的作用，旨在為相關(guān)人員提供一定參考。

短波；無(wú)線電通信；特點(diǎn)；作用

引言

無(wú)線電波在無(wú)線電廣播、雷達(dá)通信、衛(wèi)星通信中都發(fā)揮了重要作用。作為無(wú)線電通信中的一種遠(yuǎn)距離通信方式，短波通信具有很多其他通信方式難以替代的優(yōu)異特性。短波通信的設(shè)備較為簡(jiǎn)單，具有很高的靈活性，設(shè)備的安裝便捷，使用成本也較低。短波通信僅需要很小的發(fā)射功率，能起到節(jié)約能源的作用。短波通信在20世紀(jì)50年代左右開(kāi)始興起，并在70年代有了較大的突破。盡管是一種傳統(tǒng)而古老的通信方式，然而在眾多無(wú)線電通信系統(tǒng)中，短波通信占據(jù)了毋庸置疑的重要地位。本文對(duì)無(wú)線電通信中短波的特點(diǎn)與作用進(jìn)行了探討。

1 短波通信原理概述

無(wú)線電通信領(lǐng)域包含長(zhǎng)波通信、中波通信、短波通信以及微波通信等通信方式，其中短波為一種波長(zhǎng)為10?m以上并且不超過(guò)100 m，頻率范圍處在1.5?MHz到30?MHz的無(wú)線電波[1]。處在該頻率范圍內(nèi)的無(wú)線電波在傳輸過(guò)程中到達(dá)高層大氣后可以利用大氣中的電離層發(fā)生反射或折射，隨后短波返回地面從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。一旦短波到達(dá)地面又一次發(fā)生反射并從大氣層中再次返回時(shí)，短波可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)的距離傳送。通過(guò)以上多次折射與反射過(guò)程，短波得以進(jìn)行全球范圍內(nèi)的通信。

短波有兩種傳播方式，分別是地波傳輸和天波傳輸。其中，無(wú)線電波在地球表面?zhèn)鬏數(shù)哪遣糠植ㄩL(zhǎng)為地波。短波的波長(zhǎng)容易被地面吸收從而自身發(fā)生衰減。另外，地球表面的電氣特征也會(huì)對(duì)短波造成影響，因而短波的地波通信通常只用于近距離通信中。隨著工作頻率的增加，短波的地波會(huì)隨之發(fā)生衰減，因而短波的地波通信所采用的工作頻率通常不超過(guò)5?MHz[2]。地波通信較為穩(wěn)定，不容易受到天氣的影響，有基本恒定的信道參數(shù)。

無(wú)線電波在射向大氣層后受到電離層的折射又會(huì)返回地面，該電波為天波。由于天波的投射方式呈現(xiàn)傾斜式，當(dāng)電離層對(duì)其進(jìn)行折射或反射后，天波的傳輸距離大大提升，可以實(shí)現(xiàn)上千公里甚至上萬(wàn)公里的傳播。通過(guò)電離層反射的電波傳輸距離本來(lái)就比較遠(yuǎn)。在地面和電離層之間多次反射后短波可以實(shí)現(xiàn)更遠(yuǎn)距離的傳輸，由此可以在全球范圍內(nèi)進(jìn)行通信。天波傳輸發(fā)生的損耗較小，但天波傳播的穩(wěn)定性較低，電離層的改變或是多路徑傳輸?shù)淖兓苋菀子绊懱觳ǖ恼鬏?，?dǎo)致天波的信道參數(shù)在不同的時(shí)間范圍內(nèi)發(fā)生劇烈波動(dòng)。然而天波通信遠(yuǎn)距離通信的優(yōu)勢(shì)依然奠定了其重要地位，除了適用于遠(yuǎn)距離傳輸以外，天波通信還可以在近距離通信中發(fā)揮作用。在地形較為復(fù)雜、短波地波無(wú)法到達(dá)，并且近距離微波受到阻擋的地區(qū)天波通信也可以發(fā)揮獨(dú)特作用，將天波以高仰角的方式進(jìn)行投射后便可以完成通信。

天波傳播構(gòu)成了短波的通信鏈路。在合適的波長(zhǎng)條件下，天波傳播發(fā)生的損耗很小，采用較低的功率就能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。然而電離層的特性容易影響天波傳播質(zhì)量，從而降低通信水平。若電離層受到太陽(yáng)磁暴、耀斑或是核爆炸等的干擾，則短波通信的電子密度會(huì)發(fā)生嚴(yán)重混亂，甚至中斷短波通信。因此在短波通信中電離層是應(yīng)重點(diǎn)考慮的一方面，通過(guò)建立電離層觀測(cè)站的方式可以監(jiān)視電離層所處的狀態(tài)，并隨時(shí)把握電離層的參數(shù)，從而使短波工作人員更準(zhǔn)確地計(jì)算最佳的波長(zhǎng)和頻率。

2 無(wú)線電通信中短波的特點(diǎn)

2.1 短波通信的優(yōu)點(diǎn)

短波通信具有很多中長(zhǎng)波通信方式無(wú)法比擬的優(yōu)點(diǎn)。首先短波通信可以到達(dá)較遠(yuǎn)的范圍，短波通信最遠(yuǎn)可以覆蓋100?km的距離。短波通信還可以在沙漠、山區(qū)或是海洋等偏遠(yuǎn)而極端的環(huán)境下發(fā)揮顯著作用。短波通信工作人員只需要在終端配置相應(yīng)的短波接收器就可以方便地實(shí)現(xiàn)信息的傳輸，利用短波可以有效地進(jìn)行勘探。隨著技術(shù)研究的不斷深入，短波的應(yīng)用范圍也將得到不斷擴(kuò)展。此外，短波通信抵抗外界干擾的能力較強(qiáng)。由于短波通信的傳輸線路強(qiáng)度很高，當(dāng)面臨巨大的外界干擾如地震、洪水等自然災(zāi)害或是發(fā)生戰(zhàn)爭(zhēng)時(shí)，盡管災(zāi)害區(qū)域內(nèi)的信號(hào)會(huì)被破壞而無(wú)法正常使用，但短波設(shè)備卻幾乎不會(huì)受到自然災(zāi)害或是戰(zhàn)爭(zhēng)的影響，依然可以發(fā)揮通信作用。由于短波通信設(shè)備的體積小巧，攜帶和隱藏十分方便，因此人工可以實(shí)現(xiàn)設(shè)備的轉(zhuǎn)移。此外，短波通信的發(fā)送和接收設(shè)備消耗的能量都較低，較低的功率就可以滿足其發(fā)射性需求，短波通信并不需要復(fù)雜的中繼站或是中樞系統(tǒng)，施工方式極為簡(jiǎn)單，具有較低的成本。由于短波通信設(shè)備日益小型化，為設(shè)備的安裝與移動(dòng)帶來(lái)了極大便利，發(fā)送和接收設(shè)備的安裝也較為靈活，因此可以按照客戶需求隨時(shí)調(diào)整。

2.2 短波通信的缺點(diǎn)

盡管短波通信具有如上諸多優(yōu)勢(shì)，但短波通信的傳輸原理導(dǎo)致其自身不可避免地具有一些劣勢(shì)。一是由于電離層極容易影響短波天波的傳輸，導(dǎo)致短波通信的整體信號(hào)傳輸不夠穩(wěn)定，電離層的變化會(huì)使信號(hào)衰落，并且多路徑傳輸也會(huì)導(dǎo)致頻率發(fā)生衰落和延遲。二是短波通信的工作頻率范圍很窄，其頻段的寬度約為28.5?MHz，頻率端內(nèi)不僅要用于多種通信業(yè)務(wù)，而且還有一部分需要留出來(lái)供給其他用途[3]。數(shù)量眾多的電臺(tái)占據(jù)了有限的頻率波段，盡管已經(jīng)采用一定手段對(duì)頻率加以利用，然而在天波通信龐大的傳輸范圍內(nèi)頻率擁擠現(xiàn)象仍然十分突出。短波通信具有較小的通信容量，電臺(tái)之間容易互相干擾，也會(huì)限制短波通信的質(zhì)量。三是短波通信會(huì)受到噪聲的影響，不管是大氣層中存在的無(wú)線電噪聲還是人為制造的無(wú)線電噪聲，都會(huì)對(duì)短波通信信號(hào)的接收造成影響。當(dāng)噪聲強(qiáng)度很高時(shí)甚至?xí)箶?shù)據(jù)的傳送出現(xiàn)突發(fā)失誤，降低通信質(zhì)量。

3 無(wú)線電通信中短波的作用

3.1 基本通信功能

短波通信作為無(wú)線通信的一種方式，可以實(shí)現(xiàn)通信的基本功能如語(yǔ)音廣播、電報(bào)傳送等。憑借小巧的設(shè)備外觀、低廉的運(yùn)作成本以及使用的靈活方便等優(yōu)勢(shì)，短波通信在國(guó)際廣播、船舶以及飛行器等的通信中發(fā)揮了重要作用，并且在軍事領(lǐng)域也較為廣泛地采用了短波通信方式，軍事作戰(zhàn)通信對(duì)通信的即時(shí)性、隱蔽性和靈活性都有著極高的要求。短波通信依靠得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)已經(jīng)在部隊(duì)作戰(zhàn)通信中被普遍采用。

3.2 保障通信安全

通常，通信網(wǎng)絡(luò)都離不開(kāi)中心樞紐的作用。一旦受到外界因素的惡意破壞或是其他不可抗力因素導(dǎo)致中心樞紐網(wǎng)絡(luò)發(fā)生癱瘓甚至失靈，則整個(gè)通信網(wǎng)絡(luò)隨之崩潰。在衛(wèi)星通信中這種問(wèn)題尤為突出，在通信中的任何一個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生問(wèn)題都會(huì)使整個(gè)通信系統(tǒng)無(wú)法正常運(yùn)作。然而，短波通信中并不需要中心樞紐，每個(gè)單獨(dú)的單站都可以發(fā)揮主站的作用，從而增強(qiáng)通信網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，保障通信安全。

3.3 實(shí)現(xiàn)全球通信

短波通信基于直線傳播原理，雖然在地球上由于地球曲率以及地表物體阻礙的影響導(dǎo)致其傳播距離較短，然而當(dāng)短波通信受到大氣中的電離層反射后其傳輸范圍可以極大地被擴(kuò)展，可以在全球范圍內(nèi)進(jìn)行信息傳輸。

4 短波通信的發(fā)展前景

通信技術(shù)與信息化的不斷發(fā)展為短波通信技術(shù)的升級(jí)提供了強(qiáng)大的技術(shù)支持，并且由于用戶對(duì)信息的傳輸要求越來(lái)越高，短波通信亟待進(jìn)行深入的技術(shù)研究以及擴(kuò)展使用范圍。目前短波通信領(lǐng)域仍然存在一系列問(wèn)題，較低的傳輸速率、較小的傳輸容量限制了短波通信發(fā)揮更大的作用，未來(lái)針對(duì)短波通信將在以下幾方面重點(diǎn)進(jìn)行突破。

4.1 編碼調(diào)制技術(shù)的完善

作為通信方式的一種，短波通信無(wú)疑需要更高的傳輸速率。在保障一定的容錯(cuò)率的前提下，如何盡量提高短波通信的傳輸速率是一項(xiàng)亟待攻克的技術(shù)難題。此問(wèn)題的解決需要對(duì)信道質(zhì)量進(jìn)行實(shí)時(shí)估計(jì)，并確保信息發(fā)出端與接收端的變速具有同步性[4]。這就要求短波通信系統(tǒng)的編碼和調(diào)制技術(shù)更加完備有效，使其根據(jù)信道的改變同步發(fā)生變化。

4.2 頻段帶寬的擴(kuò)展

短波通信較窄的頻率波段導(dǎo)致?lián)頂D現(xiàn)象十分嚴(yán)重，傳統(tǒng)帶寬維持在3?kHz左右，在該基礎(chǔ)上可以適當(dāng)擴(kuò)展帶寬，降低信息在高速傳輸過(guò)程中的信噪比。

4.3 高速調(diào)制解調(diào)技術(shù)的研發(fā)

短波通信的傳輸內(nèi)容除了語(yǔ)音等常規(guī)信息還包括圖像信息等。更加復(fù)雜的傳輸內(nèi)容對(duì)短波通信的容量提出了更高的要求。高速調(diào)制解調(diào)器的研發(fā)可以促進(jìn)傳輸速率的提升。此外，研究部門也在研究多載波并行的可行性。

5 結(jié)語(yǔ)

盡管現(xiàn)代科技的發(fā)展導(dǎo)致眾多嶄新通信方式的涌現(xiàn)，然而短波通信具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)使其在社會(huì)各領(lǐng)域都被廣泛認(rèn)可與應(yīng)用。未來(lái)針對(duì)短波通信的研究仍需進(jìn)一步深化，使現(xiàn)有的技術(shù)難題得以解決，令短波的通信價(jià)值進(jìn)一步被強(qiáng)化，使我國(guó)的短波無(wú)線通信水平達(dá)到更高層次。

[1]王曉楠. 無(wú)線電通信中短波的特點(diǎn)與作用分析[J]. 電子技術(shù)與軟件工程，2016（16）：37.

[2]劉堂偉. 分析短波在無(wú)線電通信中的作用及特點(diǎn)[J]. 數(shù)字通信世界，2017（9）：123.

[3]孫方剛，莊乾波. 淺析應(yīng)急通信中的無(wú)線電短波通信[J]. 中國(guó)新通信，2014（10）：1.

[4]俞明. 短波通訊的傳播特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[J]. 中國(guó)無(wú)線電，2004（5）：60-61.

Analysis of the Characteristics and Effects of Shortwave in Radio Communication

Zhang Song Sun Jian

Nanjing Panda Handa Technology Co., Ltd., Jiangsu Nanjing 210000

The improvement of communication technology has brought about tremendous changes in the way of communication in China. As an important radio communication method, short-wave communication has been widely concerned by all sectors of society and research departments. The practicality and economy of short-wave communication are very high. Based on the analysis of the principle of short-wave communication, the characteristics of short-wave and its role in the field of communication in China are discussed, aiming to provide some reference for relevant personnel.

short wave; radio communication; characteristics; function

TN925

A

張嵩（1984—），男，漢族，江蘇南京人，大專學(xué)歷，工作單位為南京信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，現(xiàn)有職稱為助理工程師，研究方向?yàn)殡娮又圃臁?/p>