短波与超短波

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1、一、 短波通信短波通信（Short-wave Comunication）是无线电通信的一种。波长在10米100米之间，频 率范围3兆赫30兆赫。发射电波要经电离层的反射才能到达接收设备，通信距离较远， 是远程通信的主要手段。由于电离层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素的影响， 所以短波通信的稳定性较差，噪声较大。目前，它广泛应用于电报、电话、低速传真通信和 广播等方面。 尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍 然受到全世界普遍重视，不仅没有被淘汰，还在快速发展。1. 短波传播途径 短波的基本传播途径有两个：一个是地波，一个是天波。如前所述，地波沿地球表面传播，

2、 其传播距离取决于地表介质特性。海面介质的电导特性对于电波传播最为有利，短波地波信 号可以沿海面传播 1000 公里左右；陆地表面介质电导特性差，对电波衰耗大，而且不同的 陆地表面介质对电波的衰耗程度不一样（潮湿土壤地面衰耗小，干燥沙石地面衰耗大）。短 波信号沿地面最多只能传播几十公里。地波传播不需要经常改变工作频率，但要考虑障碍物 的阻挡，这与天波传播是不同的。短波的主要传播途径是天波。短波信号由天线发出后，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。但天波是很不稳定的。在天波传播过程中，路径衰耗、 时间延迟、大气噪

3、声、多径效应、电离层衰落等因素，都会造成信号的弱化和畸变，影响短 波通信的效果。2. 电离层的作用电离层对短波通信起着主要作用。 电离层是指从距地面大约 60 公里到 2000 公里处于电 离状态的高空大气层。上疏下密的高空大气层，在太阳紫外线、太阳日冕的软X射线和太 阳表面喷出的微粒流作用下，大气气体分子或原子中的电子分裂出来，形成离子和自由电子， 这个过程叫电离。产生电离的大气层称为电离层。电离层分为 D、 E、 F1、 F2 四层。 D 层 高度 6090 公里，白天可反射 29MHz 的频率。 E 层高度 85150 公里，这一层对短波 的反射作用较小。F层对短波的反射作用最大，分为F

4、1和F2两层。F1层高度150200 公里，只在日间起作用， F2 层高度大于 200 公里，是 F 层的主体，日间夜间都支持短波 传播。 电离层的浓度对工作频率的影响很大，浓度高时反射的频率高， 浓度低时反射的频 率低。 电离的浓度以单位体积的自由电子数（即电密度）来表示。 电离层的高度和浓度一 方面随地区、季节、时间、太阳黑子活动等自然因素的变化而变化；另一方面也受到地面核 试验、高空核试验以及大功率雷达等人为因素影响而变化，这决定了短波通信的频率也必须 随之改变。一般在太阳活动性大的一年采用波段中的长波通信，在太阳活动性小的一年采用 波段中的短波3. 短波通信优点第一、 短波是唯一不受网

5、络枢钮和有源中继体制约的远程通信手段，一但发生战争或灾害， 各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击。无论哪种通信方式，其抗毁能力和自 主通信能力与短波无可相比 第二、在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依 靠短波 第三、与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。 近年来， 短波通 信技术在世界范围内获得了长足进步。这些技术成果理应被中国这样的短波通信大国所用。 用现代化的短波设备改造和充实我国各个重要领域的无线通信网，使之更加先进和有效，满 足新时代各项工作的需要，无疑是非常有意义的。4. 短波电台短波电台是指工作波长为10010米（频率为330兆赫）的无线电通信设备

6、。主要用于 传送话音、等幅报和移频报。在传送电话信号时，采用振幅调制和单边带调制。由发信机、 收信机、天线、电源和终端设备等组成。军用短波电台按用途和使用条件，分为便携式、车 载（或舰载、机载）式和固定式电台。便携式电台主要用于保障战术分队的通信联络，具有 体积小、重量轻等特点，一般采用鞭形天线,利用地波进行近距离通信,功率通常为数瓦至数 十瓦。车载式电台用于组成指挥所通信枢纽或作移动通信使用，其功率为数十瓦至数千瓦, 一般使用鞭形天线和双极天线。固定式电台主要用于战略通信，通常组成发信集中台和收信 集中台，其功率为数百瓦至数千瓦，甚至到数十千瓦，一般使用性能较好的大型天线。为使 用地波通信，

7、便携式和车载式电台的频 率范围已扩展到中波波段，通常为 1.630 兆赫。5. 短波通信组网技术 通信网络化是高技术战争条件下战场电子信息分发的必然要求，是现代战争通信保障的 发 展趋势，对于提高信息交互速度、电子对抗能力、充分发挥部队的整体作战效能有着重要 的 意义。 作为一种不可或缺的应急通信手段，短波通信的网络化以及短波通信在不同层次的 指挥网系中的嵌入应用已经成为短波通信技术的研究重点。 全自动短波网络实质上是一种 无线分组交换网络，采用OSI的七层结构模型，网络的主要设备是网络控制器（HFNC）, 其功能有自动路由选择与自动链路选择、自动信息交换 与信息存储转发、接续跟踪、接续 交换

8、、间接呼叫、路由查询和中继管理等，网内所有设备 都接受网络管理设备（嵌入式计 算机）的管理和控制，这些设备包括电台、ALE控制器与ALE Modem、数据控制器与数 据Modem、HFNC。第三代短波网络标准已经制定。今后将要实现：快速链路建立；较 低的 S/N 下仍然可实现连接 （1） （2） （在衰落信道中改善 8-10dB） ； （3）信道 效率高，能处理上百个台站和更大信息量；（4） ALE和DLP （数据链路协议）使用同 类波形（串行单音 Modem 的 PSK 波形）（5）能支持 IP 及其应用。 ； 外军的短波通信 网络，在 20 世纪 8、 90 年代得到快速发展。 HF-IT

9、F 和 HFSS 是美海军 研究实验室于 80 年代初开发的 HF 通信网络。 HF-ITF 为海军特遣舰队研制，是一个具有自 组织能力的分 布式 HF 网络。 HFSS 网络则是具有集中网络控制节点的 HF 广域网，用于岸 一舰之间的 HF 远程通信网络。北美试验的改进型 HF 数字网络 IHFDN 是具有上述两种网络结构的组合体系，使用天波和地波构成大范围的 HF 多层次网络通信系统。澳大利亚国 防 部进行了两个 HF 网络的建设：一是对已有的海、空军作战通信站进行现代化改造，于 1999 年底完成，建立了一个集中控制的 HF 互联广域网。另外一个是分布式窄带分组 HF 网络， 建立了一个

10、节点可移动的、自组织的分布式通信网络。另外，在网系融合、对 IP 业 务的支 持上，外军也发展迅速。例如，美军的自动化数字网络系统就综合了有线、卫星、 短波通信 等多种中远程通信手段，并且能够支持 IP 业务。 1998 年，美军发布了第三代 短波通信系统标准MIL-STD-188-141B，其主要目的是提高短波自动化技术，以支持大范 围短波网络、数字化战场以及 C4I 网络的互操作性。第三代短 波通信网是无线连接、 无 线分组的交换网络， 其自动链路建立系统可与第二代自适应系统实现互操作， 短波网络 控制器具有强大的网络控制功能， 支持在端对端通信中存在其他传输媒介，包括电缆、光 缆、微波、

11、散射和卫星等通信线路。5.1 短波通信组网的信道类别（1） 固定频率通信网 固定频率通信网是传统的组网方式， 目前军队还有较多使用。这种 组网方式的通信稳 定性和抗干扰能力比较差， 其使用范围正逐渐缩小。 （2）频率自适应 通信网 频率自适应通信网是指网内自适应电台通过线路质量分析、自动选择呼叫及预置信 道扫 描， 能够自动在预先设置频率点组中选择最好的频率建立起短波通信。由于其在保证 信道 质量、 占用频率数量、 建立通信链路、 组网、 系统设备的成熟性等综合性能方面 优点突 出， 因此， 世界各国都广泛使用。 （3）短波跳频通信网 短波跳频通信是使通信 信号的频率在一定带宽内快速随机跳变（

12、 对外界来说是随机跳 变， 而实际上是按预先设置 的“ 图案” 跳变） ， 使敌方侦察和干扰跟不上这种变化， 无 法施放干扰而达到抗干扰的 目的。所以， 跳频的性能好坏， 取决于频率点变化的多少（ 频 率点越多， 意味着信号带 宽越宽） 和频率点变化的快慢， 即跳频速率。 跳频带宽越宽， 跳 速越高.，则侦察和干 扰越困难。 目前， 随着自适应跳频通信技术的逐渐成熟， 短波跳频 通信网将成为短波通 信网络的重要组成部分。 短波跳频电台组网有其特殊性，跳频网络是一个复杂的随机时序 系统，实现跳频互通， 技术体制和系统所有参数要完全相同， 还要进行管理和授权。 短 波跳频电台有同步组网和异 步组网

13、两种方式，一般短波跳频跳速慢，同步保持时间长，大 多采用同步保持法组网，由一 部电台发出同步信号完成初始同步， 在通信过程中随机地补 发一些同步校正信号，以消除各 台之间时钟误差。理论上组网数等于跳频频率数，经优化 设计实际可达到频率数的80%85%，同步频率数越多，组网效率越高，但同步时间和组 网时间加长。同步组网一定是正交 的，适用于电台密集的场合。异步组网容易，使用方便 各网建立时间不分先后，但组网效 率低，频率碰撞概率与组网数按指数规律增加。 （4） 短波直接序列扩频通信网 直接序列扩频通信是将原来集中在信息带宽内的能量分散在带宽 宽得多的扩频码序列 带宽之内，使能量密度下降成千上万倍

14、甚至低于接收机的噪声。而在 通信的接收端， 用解 扩的方法再将能量集中起来， 实现正常的通信。 因此它又有优良的 抗干扰性能和抗截获性 能。 显然， 以这种传输方式组成的通信网特别适用于战时。 但扩 频通信技术要求很高， 目 前国际上的应用也刚刚起步。5.2 短波网络的拓扑设计对短波通信来说， 由于是无线传送， 不需要实际的物理连接， 同时其信道容量小， 一 般 不采用总线形拓扑结构。从短波通信的军事用途角度来看，环形拓扑结构的抗毁性较差， 容 易被破坏导致通信中断。因此，主要的网络拓扑结构有星形、树形、网形。（1）星形网络 结构 星形网传送平均延时小， 结构简单， 建网容易，传统的定频无线电

15、台的组网， 通常 按指挥关系组成集中式的星形网。在一个频率上， 采用“ 按键讲话”的单工方式， 也就 是 各个设备经常处在“ 接收” 状态，而用本机的转换开关来启动发射机。网内每部电台都 能 与其它任何一部电台直接通信， 也可以经过一个适当配置的转信台转接。 在后一种情况 下， 转信台与不同分台联络时要用不同频道作为发送和接收，定频无线电台也可以异频双 工工作。 定频组网的应用范围越来越少， 考虑到短波通信装备的现状， 目前宜采用自适 应信道 组织非实时星形网或近实时星形网结构。 由于星形网络可靠性差， 中心节点易成 为系统的“ 瓶颈” ，且一旦发生故障会导致 整个网络瘫痪，因此采用星形拓扑结

16、构时，不 能将其作为唯一的结构。（2）树形网络结构 树形网络结构符合军队建制， 可以通过增加 链路的数量来提高其抗毁性， 是短波通信 在军事上应用的一种常用拓扑结构。 在这种拓 扑结构中， 每个结点与其子结点有连接， 其 所有子结点之间采用全连通形拓扑结构， 并 根据需要与同级其它子结点进行有限连接， 从 而提高整个通信网络的抗毁性能。 军事上 一般不允许一个作战单元同时听命于两个指挥部， 故每个子结点只拥有一个父结点。例如， 岸上战区指挥所（ 岸指） 、海上编队指挥所（ 编 指） 及战斗群指挥所（ 群指） 按建制可组成 树形网络结构， 群指为该网的一个子节点， 如 图 2 所示。(3) 网形网络结构 短波通信干线网中的各节点， 都是各种作战、 管理信息的汇集、 发 出、 中转、 储 存中枢， 信息流向多、流量大， 是战时作战指挥的中心。因此， 短波通 信干线网应具有 很高的通信可靠性和及时性。由于全互联形网形结构， 其任意两点间可直 接通信， 通信速 度快， 网络的可靠性最高， 所以， 短波通信干线网若其