短波通信技術(shù),指使用3-30MHz的高頻電磁波進(jìn)行無線電通信的技術(shù)。由于短波信號可以通過電離層反射傳播,實(shí)現(xiàn)全球范圍的通信,所以也常被稱為“全球通信”技術(shù)。

20世紀(jì)上半葉,短波技術(shù)曾一度主導(dǎo)全球范圍的無線電通信。但自20世紀(jì)60年代衛(wèi)星通信技術(shù)興起后,短波通信逐漸衰落。相比短波通信,衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)傳輸速率更高,不受大氣傳播條件影響,操作也更簡單,逐漸取代了短波成為主流的全球通信技術(shù)。

但衛(wèi)星通信存在昂貴的建設(shè)和維護(hù)成本,容易受到各種故障和攻擊的影響,有時(shí)也無法實(shí)現(xiàn)全球范圍的覆蓋。因此,近年來人們重新認(rèn)識到短波通信的獨(dú)特優(yōu)勢,加之短波通信技術(shù)本身的進(jìn)步,短波通信重新受到關(guān)注,出現(xiàn)了“復(fù)興”的態(tài)勢。

短波傳播原理

短波信號主要通過兩種方式傳播:地波傳播和天波傳播。

地波傳播是指信號沿地表傳播,與地表互相影響,信號可以曲折傳播。這種傳播方式距離有限,也易受地形影響。

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天波傳播是通過電離層反射實(shí)現(xiàn)的,可以傳播很長距離。太陽輻射會(huì)使地球上層大氣電離,產(chǎn)生自由電子。這些帶電粒子形成電離層。短波信號入射到電離層,會(huì)發(fā)生折射,改變傳播方向,返回地面。

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電離層根據(jù)高度主要分為D層、E層和F層。其中D層會(huì)吸收信號,E層主要起折射作用。 F層是短波通信的主要依靠,白天分為F1和F2兩層,夜間合并為F1層。高度不同的電離層,會(huì)對不同頻率的短波信號產(chǎn)生不同的折射效果。

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短波通信的頻率選擇需要考慮Maximum usable frequency (MUF)。如果頻率過高超過MUF,信號會(huì)透過電離層進(jìn)入外太空,無法傳播。而最低工作頻率(LUF)又受到噪聲限制。所以選擇在LUF和MUF之間的頻率非常關(guān)鍵。

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影響電離層電離程度的因素有太陽黑子數(shù)、日照條件、各種solar flare等太陽活動(dòng)。這會(huì)導(dǎo)致短波通信有強(qiáng)的時(shí)變性和不確定性。電離層狀態(tài)也可以通過一些參數(shù)進(jìn)行量化,如黑子數(shù)、太陽射頻通量指數(shù)、地磁指數(shù)等。

短波通信的衰落與復(fù)興

20世紀(jì)70年代起,衛(wèi)星通信逐漸取代短波成為主流的全球通信技術(shù)。衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)速率更高,不受傳播影響,操作簡單。同時(shí)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展也提高了人們對通信質(zhì)量的要求。這些因素導(dǎo)致短波通信日益衰落。

但衛(wèi)星通信存在一些問題:成本高,易受攻擊,有時(shí)無法全球覆蓋,延遲較大等。鑒于全球通信的重要性,需要一種備選的全球通信技術(shù)。短波通信具有天然的全球覆蓋優(yōu)勢,不依賴軌道衛(wèi)星,抗干擾能力強(qiáng),后續(xù)維護(hù)成本低。隨著技術(shù)的進(jìn)步,短波通信的數(shù)據(jù)傳輸速率和可靠性也得到提高。因此,短波通信重新得到關(guān)注,出現(xiàn)復(fù)興的跡象。

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提高短波通信性能的技術(shù)

為提高短波通信性能,自動(dòng)鏈路建立(ALE)技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)可以根據(jù)信道質(zhì)量數(shù)據(jù)庫自動(dòng)選擇最佳頻率,自動(dòng)呼叫建立鏈路,自動(dòng)監(jiān)測信道狀況并切換頻率。

此外,寬帶短波通信技術(shù)可將信道帶寬提高到48kHz,配合先進(jìn)調(diào)制技術(shù),數(shù)據(jù)速率最高可達(dá)240kbps。強(qiáng)大的前向糾錯(cuò)碼可提高短波通信的抗干擾能力。

第四代ALE技術(shù)可與寬帶短波協(xié)同工作,支持不同帶寬、調(diào)制模式等參數(shù)的協(xié)商,實(shí)現(xiàn)高效的頻譜利用。

總之,短波通信經(jīng)過近年的技術(shù)改進(jìn),在全球備選通信系統(tǒng)方面具有獨(dú)特優(yōu)勢,正在呈現(xiàn)復(fù)興的態(tài)勢。相信隨著技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展,短波通信會(huì)在全球通信中發(fā)揮更大的作用。

參考鏈接

Webinar: The Rebirth of HF | Rohde & Schwarz (rohde-schwarz.com)