短波通信技术,指使用3-30MHz的高频电磁波进行无线电通信的技术。由于短波信号可以通过电离层反射传播,实现全球范围的通信,所以也常被称为“全球通信”技术。

20世纪上半叶,短波技术曾一度主导全球范围的无线电通信。但自20世纪60年代卫星通信技术兴起后,短波通信逐渐衰落。相比短波通信,卫星通信数据传输速率更高,不受大气传播条件影响,操作也更简单,逐渐取代了短波成为主流的全球通信技术。

但卫星通信存在昂贵的建设和维护成本,容易受到各种故障和攻击的影响,有时也无法实现全球范围的覆盖。因此,近年来人们重新认识到短波通信的独特优势,加之短波通信技术本身的进步,短波通信重新受到关注,出现了“复兴”的态势。

短波传播原理

短波信号主要通过两种方式传播:地波传播和天波传播。

地波传播是指信号沿地表传播,与地表互相影响,信号可以曲折传播。这种传播方式距离有限,也易受地形影响。

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天波传播是通过电离层反射实现的,可以传播很长距离。太阳辐射会使地球上层大气电离,产生自由电子。这些带电粒子形成电离层。短波信号入射到电离层,会发生折射,改变传播方向,返回地面。

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电离层根据高度主要分为D层、E层和F层。其中D层会吸收信号,E层主要起折射作用。 F层是短波通信的主要依靠,白天分为F1和F2两层,夜间合并为F1层。高度不同的电离层,会对不同频率的短波信号产生不同的折射效果。

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短波通信的频率选择需要考虑Maximum usable frequency (MUF)。如果频率过高超过MUF,信号会透过电离层进入外太空,无法传播。而最低工作频率(LUF)又受到噪声限制。所以选择在LUF和MUF之间的频率非常关键。

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影响电离层电离程度的因素有太阳黑子数、日照条件、各种solar flare等太阳活动。这会导致短波通信有强的时变性和不确定性。电离层状态也可以通过一些参数进行量化,如黑子数、太阳射频通量指数、地磁指数等。

短波通信的衰落与复兴

20世纪70年代起,卫星通信逐渐取代短波成为主流的全球通信技术。卫星通信数据速率更高,不受传播影响,操作简单。同时互联网的发展也提高了人们对通信质量的要求。这些因素导致短波通信日益衰落。

但卫星通信存在一些问题:成本高,易受攻击,有时无法全球覆盖,延迟较大等。鉴于全球通信的重要性,需要一种备选的全球通信技术。短波通信具有天然的全球覆盖优势,不依赖轨道卫星,抗干扰能力强,后续维护成本低。随着技术的进步,短波通信的数据传输速率和可靠性也得到提高。因此,短波通信重新得到关注,出现复兴的迹象。

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提高短波通信性能的技术

为提高短波通信性能,自动链路建立(ALE)技术应运而生。该技术可以根据信道质量数据库自动选择最佳频率,自动呼叫建立链路,自动监测信道状况并切换频率。

此外,宽带短波通信技术可将信道带宽提高到48kHz,配合先进调制技术,数据速率最高可达240kbps。强大的前向纠错码可提高短波通信的抗干扰能力。

第四代ALE技术可与宽带短波协同工作,支持不同带宽、调制模式等参数的协商,实现高效的频谱利用。

总之,短波通信经过近年的技术改进,在全球备选通信系统方面具有独特优势,正在呈现复兴的态势。相信随着技术的进一步发展,短波通信会在全球通信中发挥更大的作用。

参考链接

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