短波通信快100年了，為什么還不可替代？

2016-12-25 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

[導(dǎo)讀] 短波按照國際無線電咨詢委員會(huì)(CCIR,現(xiàn)在的ITU-R),的劃分是指波長在l00m~l0m,頻率為3MHz~30MHz的電磁波。利用短波進(jìn)行的無線電通信稱為短波通信,又稱高頻(HF)通信。實(shí)際上,為了充分利用短波近距離通信的優(yōu)點(diǎn),短波通信實(shí)際使用的頻率范圍為1.5MHz~30MHz。

短波按照國際無線電咨詢委員會(huì)(CCIR,現(xiàn)在的ITU-R),的劃分是指波長在l00m~l0m,頻率為3MHz~30MHz的電磁波。利用短波進(jìn)行的無線電通信稱為短波通信,又稱高頻(HF)通信。實(shí)際上,為了充分利用短波近距離通信的優(yōu)點(diǎn),短波通信實(shí)際使用的頻率范圍為1.5MHz~30MHz。

自從1921年發(fā)生在意大利羅馬的一次意外事故,短波被發(fā)現(xiàn)可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信以來,短波通信迅速發(fā)展,成為了世界各國中、遠(yuǎn)程通信的主要手段,被廣泛地用于政府、軍事、外交、氣象、商業(yè)等部門,用以傳送電報(bào)、電話、傳真、低速數(shù)據(jù)和圖像、語音廣播等信息。在衛(wèi)星通信出現(xiàn)以前,短波在國際通信、防汛救災(zāi)、海難救援以及軍事通信等方面發(fā)揮了獨(dú)特的重要作用。

短波通信可以利用地波傳播,但主要是利用天波傳播。地波傳播的衰耗隨工作頻率的升高而遞增,在同樣的地面條件下,頻率越高,衰耗越大。利用地波只適用于近距離通信,其工作頻率一般選在5MHz以下。地波傳播受天氣影響小,比較穩(wěn)定,信道參數(shù)基本不隨時(shí)間變化,故地波傳播信道可視為恒參信道。天波是無線電波經(jīng)電離層反射回地面的部分,傾斜投射的電磁波經(jīng)電離層反射后,可以傳到幾千千米外的地面。天波的傳播損耗比地波小得多,經(jīng)地面與電離層之間多次反射(多跳傳播)之后,可以達(dá)到極遠(yuǎn)的地方,因此,利用天波可以進(jìn)行環(huán)球通信。天波傳播因受電離層變化和多徑傳播的嚴(yán)重影響極不穩(wěn)定,其信道參數(shù)隨時(shí)間而急劇變化,因此稱為變參信道。天波不僅可以用于遠(yuǎn)距離通信,而且還可以用于近距離通信。在地形復(fù)雜,短波地波或視距微波受阻擋而無法到達(dá)的地區(qū),利用高仰角投射的天波可以實(shí)現(xiàn)通信。

與衛(wèi)星通信、地面微波、同軸電纜、光纜等通信手段相比,短波通信也有著許多顯著的優(yōu)點(diǎn):

1)短波通信不需要建立中繼站即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信,因而建設(shè)和維護(hù)費(fèi)用低,建設(shè)周期短;

2)設(shè)備簡單,可以根據(jù)使用要求固定設(shè)置,進(jìn)行定點(diǎn)固定通信。也可以背負(fù)或裝入車輛、艦船、飛行器中進(jìn)行移動(dòng)通信;

3)電路調(diào)度容易,臨時(shí)組網(wǎng)方便、迅速,具有很大的使用靈活性;

4)對(duì)自然災(zāi)害或戰(zhàn)爭的抗毀能力強(qiáng)。通信設(shè)備體積小,容易隱蔽,便于改變工作頻率以躲避敵人干擾和竊聽,破壞后容易恢復(fù)。

這些是短波通信被長期保留,至今仍然被廣泛使用的主要原因。短波通信也存在著一些明顯的缺點(diǎn):

1)可供使用的頻段窄,通信容量小。按照國際規(guī)定,每個(gè)短波電臺(tái)占用3.7kHz的頻率寬度,而整個(gè)短波頻段可利用的頻率范圍只有28.5MHz。為了避免相互間的干擾,全球只能容納7700多個(gè)可通信道,通信空間十分擁擠。并且3kHz通信頻帶寬度,在很大程度上限制了通信的容量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?

2)短波的天波信道是變參信道,信號(hào)傳輸穩(wěn)定性差。短波無線電通信主要是依賴電離層進(jìn)行遠(yuǎn)距離信號(hào)傳輸?shù)?電離層作為信號(hào)反射媒質(zhì)的弱點(diǎn)是參量的可變性很大。它的特點(diǎn)是路徑損耗、延時(shí)散步、噪聲和干擾,都隨晝夜、頻率、地點(diǎn)而不斷變化著。一方面電離層的變化使信號(hào)產(chǎn)生衰落,衰落的幅度和頻次不斷變化。另一方面天波信道存在著嚴(yán)重的多徑效應(yīng),造成頻率選擇性衰落和多徑延時(shí)。選擇性衰落使信號(hào)失真,多徑延時(shí)使接收信號(hào)在時(shí)間上擴(kuò)散,成為短波鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕拗啤?

3)大氣和工業(yè)無線電噪聲干擾嚴(yán)重。隨著工業(yè)電器化的發(fā)展,短波頻段工業(yè)電器輻射的無線電噪聲干擾平均強(qiáng)度很高,加上大氣無線電噪聲和無線電臺(tái)間干擾,在過去,幾瓦、十幾瓦發(fā)射功率就能實(shí)現(xiàn)的遠(yuǎn)距離短波無線電通信,而在今天,10倍、幾十倍于這樣的功率也不一定能夠保證可靠的通信。大氣和工業(yè)無線電噪聲主要集中在無線電頻譜的低端,隨著頻率的升高,強(qiáng)度逐漸降低。雖然,在短波頻段這類噪聲干擾比中長波段低,但強(qiáng)度仍很高,影響著短波通信的可靠性,尤其是脈沖型突發(fā)噪聲,經(jīng)常會(huì)使數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)突發(fā)錯(cuò)誤,嚴(yán)重影響通信質(zhì)量。

這些問題的存在,不僅限制了短波通信的發(fā)展,而且也不能很好地適應(yīng)人們?nèi)找嬖鲩L的對(duì)數(shù)據(jù)通信,特別是對(duì)高速數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的需求。當(dāng)20世紀(jì)60年代衛(wèi)星通信興起時(shí),由于衛(wèi)星通信與短波通信相比具有信道穩(wěn)定、可靠性高、通信質(zhì)量好、通信容量大等優(yōu)點(diǎn),短波通信受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。許多原屬短波通信的一些重要業(yè)務(wù),被衛(wèi)星通信所取代;對(duì)短波通信的投入急劇減少,短波通信的地位大為降低。至70年代后期,有人甚至懷疑短波通信存在的價(jià)值。

然而,實(shí)踐證明衛(wèi)星通信的初建費(fèi)用高,靈活性有限。曾被設(shè)想為可能取代短波通信的衛(wèi)星通信,并不能滿足所有情況下的用戶需要。事實(shí)上也不是所有用戶都需要寬帶線路。此外,在戰(zhàn)爭時(shí)期,衛(wèi)星通信容易遭受敵方攻擊,信道不易抵御敵方的電磁干擾。與此相比,短波通信不僅成本低廉,容易實(shí)現(xiàn),更重要的是具有天然的不易被“摧毀”的“中繼系統(tǒng)”--電離層。衛(wèi)星中繼系統(tǒng)可能發(fā)生故障或被摧毀,而電離層這個(gè)中繼系統(tǒng),除非高空原子彈爆炸才可能使它中斷,何況高空原子彈爆炸也僅僅是有限的電離層區(qū)域內(nèi)短時(shí)間影響電離密度。1980年2月,美國國防部核武器局(Defense Nuclear Agency)在一份報(bào)告中提出:“一個(gè)國家,在遭受原子襲擊后,恢復(fù)通信聯(lián)絡(luò)最有希望的解決辦法是采用價(jià)格不高,能夠自動(dòng)尋找信道的高頻通信系統(tǒng)”。事實(shí)上,從20世紀(jì)70年代末,80年代初開始,短波通信又重新受到重視。許多國家加速了對(duì)短波通信技術(shù)的研究與開發(fā),陸續(xù)推出了一些性能優(yōu)良的新型設(shè)備和系統(tǒng)。美軍在1979年修改的綜合戰(zhàn)術(shù)通信計(jì)劃中,又突出了短波通信的地位,把它列為第一線指揮控制通信手段之一;80年代初開始,美軍實(shí)施了遍及三軍的一系列短波通信改進(jìn)計(jì)劃;在海灣戰(zhàn)爭中,美、法等國軍隊(duì)大量運(yùn)用短波通信,取得了突出的效果。近年來,其他一些國家的軍隊(duì),也把短波通信列為重要的通信手段之一。此外,在民用通信的某些領(lǐng)域,短波通信的應(yīng)用也有發(fā)展的趨勢(shì)。特別是近十幾年來,由于多種新技術(shù)的應(yīng)用,短波通信技術(shù)及裝備取得了很大進(jìn)展,短波通信原有的缺點(diǎn),已有不少得到了克服,短波通信鏈路的質(zhì)量大大提高,無論是電話傳輸還是數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量可以與衛(wèi)星通信相比。短波通信又重新煥發(fā)了青春。