高頻無(wú)線通信

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專(zhuān)心-專(zhuān)注-專(zhuān)業(yè)Fundamentals and New Concepts for Electronics & Telecommunications3 高頻無(wú)線電通信3.1 引言曾經(jīng)有過(guò)一個(gè)時(shí)期，無(wú)線通信是遠(yuǎn)距離即時(shí)通信的幾種方法之一。我們都曾在黑白戰(zhàn)爭(zhēng)片中看到過(guò)無(wú)線電話務(wù)員用體積龐大的無(wú)線電設(shè)備發(fā)送莫爾斯電碼的場(chǎng)面。二次大戰(zhàn)后，通信產(chǎn)業(yè)的重心轉(zhuǎn)向了其他技術(shù)，致使在六七十年代高頻無(wú)線通信發(fā)展緩慢。不過(guò)現(xiàn)在，在新技術(shù)的推動(dòng)下，高頻（也叫做短波）正處于令人振奮的復(fù)興期。起源 genesis

2、 【復(fù)數(shù)】geneses: The coming into being of something; the origin.現(xiàn)代無(wú)線電技術(shù)是隨著James Clerk Maxwell（詹姆斯克拉克麥克斯韋，英國(guó)物理學(xué)家）1873年發(fā)表的電磁波傳播基本理論的論文而誕生的。但15年后才有人第一次實(shí)際檢測(cè)到了無(wú)線電波。1888年，Heinrich Rudolf Hertz（亨利希魯?shù)婪蚝掌?，頻率單位就是以他的名字命名的。德國(guó)物理學(xué)家。因發(fā)現(xiàn)中子沖擊原子定律，獲1935年諾貝爾獎(jiǎng)）演示了由火花放電線圈產(chǎn)生的擾動(dòng)表現(xiàn)出的Maxwell無(wú)線電波特性。他的工作激勵(lì)了Guglielmo Marconi（古列爾默

3、馬可尼。意大利工程師和發(fā)明家）進(jìn)行用莫爾斯電碼傳送無(wú)線電報(bào)的早期試驗(yàn)。到1986年，Marconi實(shí)現(xiàn)了將消息傳送到幾千米外。那時(shí)，人們認(rèn)為無(wú)線電波在大氣中是沿直線傳播的，因而不能用于超越地平線的通信。但這種看法并沒(méi)有使Marconi泄氣，他是第一個(gè)演示了無(wú)線電波可以遠(yuǎn)距離傳播的人。1901年，他在Newfoundland, Canada檢測(cè)到了發(fā)自3000公里外的Cornwall, England（跨大西洋）的電報(bào)信號(hào)（1909年獲得諾貝爾物理獎(jiǎng)）。他所使用的天線是由風(fēng)箏帶入天空 aloft adv. In or into a high place; high or higher up.的1

4、20米長(zhǎng)的導(dǎo)線。Marconi的成功激勵(lì)了許多人去努力解釋和開(kāi)發(fā)利用這一發(fā)現(xiàn)。Edward Appleton （Sir Edward Victor，1892-1965，因發(fā)現(xiàn)F電離層而獲1947年諾貝爾獎(jiǎng)）最終解釋了無(wú)線電波是如何繞過(guò)地球表面而被接收到的問(wèn)題。正是這位英國(guó)物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了地球大氣層中的電離層能夠反射無(wú)線電波。到二十世紀(jì)二十年代，科學(xué)家們已經(jīng)利用這一理論開(kāi)發(fā)出了測(cè)量和預(yù)報(bào)電離層散射特性的方法。發(fā)展人們終于懂得了高頻無(wú)線電波的傳播特性。例如，話務(wù)員知道可用的頻率會(huì)隨季節(jié)和一天中的時(shí)間不同而不同。高頻技術(shù)得到快速發(fā)展。由于高頻無(wú)線電能為陸、海、空軍提供通信，到二次大戰(zhàn)時(shí)，它已成為軍事指

5、揮員遠(yuǎn) haul拖, 拉, 拖運(yùn)距離A distance, especially the distance over which something is pulled or transported. It was a long haul home, carrying all these bags of books up the hill.距離通信的主要手段。對(duì)于一個(gè)有多年經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)熟練，又理解電離層對(duì)電波傳播的影響的話務(wù)員來(lái)說(shuō)，高頻無(wú)線電是能夠與數(shù)千英里外的部隊(duì)聯(lián)絡(luò)的可靠而有效的手段。今天，對(duì)于那些新建立的國(guó)家，利用高頻無(wú)線電可以快速而廉價(jià)地建立它們的全國(guó)通信系統(tǒng)。停頓 hiatus n.

6、A gap or an interruption in space, time, or continuity; a break在二十世紀(jì)六十年代出現(xiàn)衛(wèi)星通信后的一段時(shí)期，人們對(duì)高頻無(wú)線電的興趣減弱了，這是因?yàn)樾l(wèi)星的頻道更多，能夠以更高的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此外，對(duì)衛(wèi)星通信的操作人員的培訓(xùn)也比較容易。由于遠(yuǎn)距離通信手段轉(zhuǎn)移給了衛(wèi)星，高頻也就被置于次要的地位 relegate 轉(zhuǎn)移to the background推到幕后，置于次要的地位。結(jié)果，用戶更多地尋求衛(wèi)星這種有著更寬頻帶的通信方法，這樣一來(lái)，隨著經(jīng)驗(yàn)豐富的高頻電臺(tái)操作人員的減少，人們對(duì)高頻的熟悉程度也降低了。然而，隨著時(shí)間的過(guò)去 over

7、time，人們發(fā)現(xiàn)盡管衛(wèi)星有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有其局限性。軍隊(duì)用戶越來(lái)越關(guān)注衛(wèi)星易被人為干擾和損壞等問(wèn)題，而對(duì)完全依賴衛(wèi)星提出了置疑，更何況建造和維護(hù)衛(wèi)星及其配套設(shè)施的費(fèi)用也十分昂貴。復(fù)蘇 n the revival of a drowned manvt The fresh air soon revived him. vi These flowers will revive in water.過(guò)去十年間，我們已經(jīng)看到了高頻無(wú)線電的復(fù)興（resurgence）。相關(guān)的研究和開(kāi)發(fā)工作得到了加強(qiáng)，出現(xiàn)了新一代的自動(dòng)化高頻設(shè)備。這些系統(tǒng)大大改善了鏈接可靠性和連通性，免除了使用老式設(shè)備時(shí)所需的繁瑣手工操作過(guò)

8、程?，F(xiàn)在的自適應(yīng)高頻電臺(tái)就像無(wú)線耳機(jī)一樣容易使用。雖然如此 nonetheless adv.even so, for all that, nevertheless，仍有些人將高頻無(wú)線電看作是一種天生就不便于使用的方法。這種陳舊的觀念之所以繼續(xù)存在是因?yàn)橛行┩ㄐ殴ぷ髡咧挥浀藐惻f的高頻設(shè)備的樣子。但是現(xiàn)在，你對(duì)這個(gè)問(wèn)題感興趣本身就已經(jīng)表明高頻又從新被看作是一種遠(yuǎn)距離通信媒介的強(qiáng)有力競(jìng)爭(zhēng)者，它的能力強(qiáng)著呢。在此導(dǎo)言中，我們幫助你了解現(xiàn)代高頻無(wú)線電技術(shù)的知識(shí)。它將涉及到高頻無(wú)線電原理，討論特定的應(yīng)用，然后設(shè)想高頻無(wú)線電通信的未來(lái)。3.2 無(wú)線電通信的原理理解無(wú)線電通信要從理解電磁輻射開(kāi)始。無(wú)線電波是電

9、磁輻射家族中的一員。電磁輻射包括X射線、紫外線、以及我們每天都要用到的可見(jiàn)光。就像將一個(gè)石頭扔進(jìn)平靜的湖水中會(huì)形成水波一樣，無(wú)線電信號(hào)也是從發(fā)射天線向外輻射（傳播）。但與水波不同的是，無(wú)線電波以光速傳播。人們以幅度、頻率和波長(zhǎng)來(lái)表示無(wú)線電波的特征。無(wú)線電波的幅度（即強(qiáng)度）是其高度 峰值與最低點(diǎn)間的距離 的形象化描述。幅度單位為電壓，工程師們常常以均方根（RMS，Root Mean Square）值來(lái)表示。無(wú)線電波的頻率是在某一給定時(shí)間內(nèi)電波的重復(fù)次數(shù)（即周期）。頻率以Hz為單位。1Hz等于每秒一周，數(shù)千Hz表為kHz（kilohertz），數(shù)百萬(wàn)Hz表為MHz（megahertz）。例如可將2

10、 182 000Hz可寫(xiě)作2 182 kHz或2.182 MHz。波長(zhǎng)是無(wú)線電相鄰波峰間的距離。波長(zhǎng)與頻率的乘積是等于傳播速度，而速度是一個(gè)常數(shù)。因此，當(dāng)頻率增高時(shí)，波長(zhǎng)縮短，反之亦然。由于無(wú)線電波以光速（每秒300106米）傳播，對(duì)任何頻率，用300除以MHz為單位的頻率即可得到以米為單位的波長(zhǎng)。所以，用300除以10，得10MHz電波的波長(zhǎng)為30米。 無(wú)線電頻譜在無(wú)線電頻譜中，可用的頻率范圍大約從20kHz（正好高于聲波）到30 000MHz以上。相應(yīng)于20kHz的波長(zhǎng)為15公里，相應(yīng)于30 000MHz的波長(zhǎng)只有1厘米。高頻段的頻率范圍是3到30MHz。大多數(shù)高頻電臺(tái)實(shí)際使用的頻率范圍是

11、從1.6到30 MHz。多數(shù)高頻遠(yuǎn)距離通信使用頻率為4到18 MHz。根據(jù)電離層條件和一天中時(shí)間的不同，有時(shí) from time to time adv.也使用18 到30MHz的較高頻段（見(jiàn)3.3）。早期，由于高頻電臺(tái)使用的波長(zhǎng)（10到100米）短于商業(yè)廣播電臺(tái)的波長(zhǎng)，高頻被叫做短波。這個(gè)術(shù)語(yǔ)至今仍用于遠(yuǎn)程無(wú)線通信。頻率分配和調(diào)制高頻頻譜范圍內(nèi)的若干頻段已被分配給各種特定用途 航空、海運(yùn)、軍事、政府、廣播即業(yè)余。此外還按照緊急救援、廣播、語(yǔ)音、Morse電碼、傳真、數(shù)據(jù)等不同的傳輸類(lèi)型作進(jìn)一步管制。頻率分配是按國(guó)際條約，由國(guó)家指定的權(quán)威機(jī)構(gòu)來(lái)管理的。對(duì)于無(wú)線通信，分配一個(gè)頻率只是一個(gè)起點(diǎn)，無(wú)

12、線電波本身并不傳達(dá)信息，它只不過(guò)是有節(jié)奏的連續(xù)波（CW Continuous Wave）流而已。對(duì)無(wú)線電波進(jìn)行調(diào)制而使其攜帶信息，稱之為載波。為了傳送信息，必須以表示信息的信號(hào)去改變（即調(diào)制）載波的幅度、頻率或相位。最簡(jiǎn)單的調(diào)制載波的方法是用電報(bào)按鍵控制其通斷。在無(wú)線電通信的早期，用Morse電碼進(jìn)行開(kāi)-關(guān)鍵控是傳送無(wú)線信息的唯一方法?，F(xiàn)在無(wú)線電通信的常用方法有調(diào)幅（AM），是按與信號(hào)（例如人的聲音）的幅度變化成正比的關(guān)系改變載波的幅度。換句話說(shuō)，信息包含在幅度的變化中。調(diào)幅過(guò)程產(chǎn)生一個(gè)載頻和一對(duì)在載頻附近上下兩邊的完全相同的邊帶。AM是一種低效率調(diào)制方式，它必含載波。只有邊帶才攜帶信息，而A

13、M信號(hào)的大部分功率都被不攜帶信息的載波所消耗。單邊帶（SSB）是效率較高的調(diào)幅方式之一，采用這種調(diào)制方式時(shí)，抑制掉了載波和一個(gè)邊帶，只發(fā)送剩下的一個(gè)邊帶USB或LSB。由于SSB信號(hào)只需AM信號(hào)頻帶的一半，而且只當(dāng)有信號(hào)時(shí)才產(chǎn)生，因此SSB系統(tǒng)的頻帶利用率（這必適應(yīng)于許多用戶）和發(fā)射機(jī)的功率利用率都較高。全部發(fā)射功率都在攜帶信息的邊帶之中。這種方案的一個(gè)變種是等效調(diào)幅（AME，常用于軍事和商業(yè)通信），它將被削弱了的載波與邊帶一起發(fā)送。AME系統(tǒng)可用結(jié)構(gòu)較簡(jiǎn)單的接收機(jī)來(lái)檢測(cè)信號(hào)。另一個(gè)變種是獨(dú)立邊帶（ISB），它發(fā)送兩個(gè)邊帶，但每個(gè)邊帶攜帶的信息不同，如一個(gè)邊帶攜帶數(shù)據(jù)信號(hào)，而另一個(gè)邊帶攜帶語(yǔ)音

14、信號(hào)。調(diào)頻（FM）技術(shù)中載波的頻率隨調(diào)制信號(hào)成正比變化。許多技術(shù)上的原因使常規(guī)FM產(chǎn)生的信號(hào)比AM的更清晰，但要占用較寬的頻帶。有時(shí)高頻電臺(tái)也窄帶調(diào)頻，其頻帶利用率較高，但信號(hào)質(zhì)量較差。其他用高頻通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨高€有信號(hào)移頻和信號(hào)移相，這些將在3.6節(jié)中討論。無(wú)線電波傳播傳播描述的是，無(wú)線電信號(hào)是如何從發(fā)射源向外輻射的?？珊?jiǎn)單地想象無(wú)線電波沿著直線行進(jìn)（就像石頭扔進(jìn)靜止湖面產(chǎn)生的水波）。不過(guò)，無(wú)線電波傳播的實(shí)際路徑往往要復(fù)雜得多。有兩種傳播模式：地波和天波。地波沿著地球表面?zhèn)鞑?，而天波則是被“反射”回地球的。圖3.1表示高頻無(wú)線電波的不同傳播路徑。圖3.1地波由三部分組成：表面波、直達(dá)波

15、和地面反射波。表面波沿地球表面行進(jìn)，達(dá)地平線以遠(yuǎn)。實(shí)際上，表面波的能量會(huì)被地球吸收。表面波的有效距離主要取決于頻率以及電波行進(jìn)區(qū)域的地表電導(dǎo)率。吸收強(qiáng)度隨頻率的升高而增大。發(fā)射無(wú)線電信號(hào)利用表面波傳播的傳播距離與發(fā)射機(jī)功率、接收機(jī)的靈敏度、天線的特性以及傳播路徑的類(lèi)型有關(guān)。一臺(tái)完好的設(shè)備，在全海面導(dǎo)電路徑上的傳播距離可達(dá)200到250英里。但使用同樣的設(shè)備，在干旱、多巖石、不導(dǎo)電的地形上的傳播距離還不足20英里。直達(dá)波沿著直線行進(jìn)，強(qiáng)渡隨距離增加而減弱。它也可能會(huì)被大氣折射，使其傳播距離略遠(yuǎn)于地平線。要進(jìn)行通信，發(fā)射天線和接收天線必須相互能“看得見(jiàn)”，所以天線的高度是決定通信距離的關(guān)鍵因數(shù)。因

16、此直達(dá)波有時(shí)又叫做視距波（Line-of-Sight，LOS）。地面反射波是從發(fā)射機(jī)發(fā)出，經(jīng)地面反射到達(dá)接收機(jī)的電波。天波使超視距（Beyond Line-of-Sight，BLOS）通信成為可能。對(duì)于某些特定的頻率，無(wú)線電波經(jīng)折射可返回到數(shù)百、甚至數(shù)千英里遠(yuǎn)的地球表面。隨著頻率、一天中的時(shí)間和大氣條件的不同，信號(hào)可能經(jīng)過(guò)多次反射到達(dá)接收機(jī)。由于電離層不斷變化，可能不易掌握好天波的利用。下以節(jié)我們將更仔細(xì)地討論天波。小結(jié) 從天線發(fā)射的無(wú)線電信號(hào)以光速在空間傳播。 無(wú)線電頻率的單位是赫茲（每秒周期數(shù)）、千赫茲或兆赫茲。 無(wú)線電波的頻率決定了其波長(zhǎng)，頻率低時(shí)波長(zhǎng)長(zhǎng)，頻率高時(shí)波長(zhǎng)短。 1.630兆赫

17、的高頻用于遠(yuǎn)程無(wú)線通信。按照國(guó)際協(xié)議，此頻率范圍內(nèi)的不同頻段劃分給了特定的用途的無(wú)線通信。 調(diào)制過(guò)程是為了傳遞信息而將載波信號(hào)的相位、幅度或頻率甲乙改變。 經(jīng)電離層反射后傳播無(wú)線電波叫做天波，利用天波可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。3.3 電離層和無(wú)線電波傳播要理解天波的傳播，就要考慮電離層和太陽(yáng)活動(dòng)對(duì)高頻無(wú)線電波傳播的影響。還必須熟悉一些用于預(yù)測(cè)電波傳播的技術(shù)和在特定時(shí)間對(duì)于特定的鏈路選擇最佳頻率的技術(shù)。我們先從定義開(kāi)始吧。電離層 天然衛(wèi)星電離層是地球大氣中的帶電粒子（帶電氣體）區(qū)域，其高度在地面上空50到600公里（30到375英里）之間。電離作用使電子從原子中剝離出來(lái)而產(chǎn)生帶電粒子，這是由太陽(yáng)輻射造成的

18、。當(dāng)電離層強(qiáng)電離時(shí)，其氣體甚至?xí)l(fā)光，肉眼都能看見(jiàn)，這就是北極光和南極光。電離層在高頻無(wú)線電中何以如此重要？那是由于這厚厚的一層氣體就像是天然的衛(wèi)星，使超視距無(wú)線電通信成為可能。無(wú)線電波到達(dá)這些電離層時(shí)，隨頻率不同，有些會(huì)被完全吸收，有些會(huì)被散射回地球，還有一些會(huì)穿透電離層進(jìn)入外太空。在低頻段吸收作用較強(qiáng)，電離作用越強(qiáng)，吸收也越強(qiáng)。天波進(jìn)入電離層的角度叫做入射角（圖3-2），其大小取決于波長(zhǎng)和發(fā)射天線的類(lèi)型。就像臺(tái)球從球臺(tái)的圍欄上彈回來(lái)一樣，無(wú)線電波以與入射角大小相同的角度折射回來(lái)。因此入射角是決定通信距離的重要因素。要達(dá)到較遠(yuǎn)的電臺(tái)，入射角應(yīng)較大。與附近電臺(tái)通信，就用較小的入射角。無(wú)線電波的

19、入射角大小至關(guān)重要。如果幾乎是垂直入射，電波會(huì)穿入電離層而不會(huì)被折射回地球。如果入射角太大，電波在到達(dá)電離密度較高的電離層之前就會(huì)被其低層吸收掉。因此，入射角的大小必須大到足以將電波折射回來(lái)，又不能太大使電波被吸收掉。電離層的分層電離層中有四個(gè)不斷變化電離層。由于電離是由太陽(yáng)輻射造成的，所以其高層的電離密度較大，而低層因受到外層的保護(hù)，電離密度較小。Appleton在上世紀(jì)二十年代早期首次發(fā)現(xiàn)電離層時(shí)，將其以Electric Wave命名為E層，后來(lái)又發(fā)現(xiàn)了D層和F層。到上世紀(jì)三十到四十年代又發(fā)現(xiàn)了一些其他電離層現(xiàn)象，如偶發(fā)性E層和極光。進(jìn)一步還發(fā)現(xiàn)了A層，B層和C層。電離層中的D層是影響高頻

20、無(wú)線電波的最低層。因電離只在白天發(fā)生，故當(dāng)太陽(yáng)位于天頂時(shí)D層的電離濃度最大，在近日落時(shí)很快消散。E層的電離濃度在中午最大，近日落時(shí)開(kāi)始消散，午夜時(shí)最小。E層中偶爾會(huì)出現(xiàn)云狀的電離氣體。這些叫做偶發(fā)E區(qū)的區(qū)域可以用于高頻段高段及更高頻段的天波傳播。電離層中電離濃度最大，因而對(duì)遠(yuǎn)距離通信最重要的是F層。在此高度上空氣非常稀薄，離子和電子復(fù)合機(jī)會(huì)很少，即使日落后該層的電離特性也會(huì)保持下去。白天，F(xiàn)層由兩個(gè)不同的層，F(xiàn)1和F2層組成。F1層只在白天存在，且冬天可以忽略，它對(duì)于高頻通信并不重要。F2層的電離濃度在中午達(dá)最大，一直維持到午夜，以后逐漸減弱，直到日出前大最小值。白天，若要天波被電離層反射，則

21、要求其波長(zhǎng)短到足以穿透D層和E層，但還不足以穿透F層。一般說(shuō)來(lái)，10到20MHZ的頻率滿足此要求。但到晚上，這同一頻段的無(wú)線電波又會(huì)穿透F層進(jìn)入外太空。通常，遠(yuǎn)距離夜間通信最有效的頻率為38MHZ。影響大氣電離的因素太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度是周期性變化的，故電離層的電離濃度也是周期變化的。我們可以根據(jù)如每天時(shí)間的變化和季節(jié)變化來(lái)預(yù)知太陽(yáng)的輻射強(qiáng)度，并使設(shè)備適應(yīng)此變化以便最佳利用電離作用。春夏白晝較長(zhǎng)，電離較強(qiáng)。當(dāng)天波穿越電離密度高的D層和E層時(shí)會(huì)被吸收衰減，致使多數(shù)高頻段的通信距離縮短。秋冬白晝較短，D層和E層電離較弱。較低頻率容易穿過(guò)這樣的弱電離層。因此，到達(dá)F層的信號(hào)較強(qiáng)，經(jīng)反射可達(dá)到較遠(yuǎn)距離。另一

22、個(gè)長(zhǎng)周期性變化源于11年一度的太陽(yáng)黑子活動(dòng)。太陽(yáng)黑子爆發(fā)的輻射造成的電離密度更大。太陽(yáng)黑子越多，電離作用越強(qiáng)。在太陽(yáng)黑子活動(dòng)較弱的年份，由于E層和F層的電離密度太弱，不足以將信號(hào)反射回地球，故一般不用20MHZ以上頻率。不過(guò)，在太陽(yáng)黑子活動(dòng)的高峰期，可使用30MHZ以上頻率實(shí)現(xiàn)全球通信。除這些規(guī)律性的變化外，還有如突發(fā)性電離層擾動(dòng)SID Sudden Ionospheric Disturbances，這是一類(lèi)無(wú)法預(yù)期的現(xiàn)象，也影響高頻通信。突發(fā)性電離層擾動(dòng)是由太陽(yáng)耀斑造成的，一次SID可使天波通信中斷幾小時(shí)或幾天。太陽(yáng)耀斑 solar flare使D層產(chǎn)生高密度電離，吸收地球向陽(yáng)面的大部分高頻

23、信號(hào)。在太陽(yáng)耀斑噴發(fā)后的20到40小時(shí)內(nèi)常會(huì)發(fā)生磁暴 magnetic storm。來(lái)自磁暴的帶電粒子會(huì)影響 affect effect influence 作為動(dòng)詞，都含“影響”的意思affect 指“產(chǎn)生的影響之大足以引起反應(yīng)”，著重“影響”的動(dòng)作，有時(shí)含有“對(duì).產(chǎn)生不利影響”的意思，如：This article will affect my thinking. 這篇文章將會(huì)影響我的思想。effect 指“實(shí)現(xiàn)”、“達(dá)成”，著重“造成”一種特殊的效果，如：This book effected a change in my opinion. 這本書(shū)使我的看法起了變化。influence 指“

24、通過(guò)說(shuō)服、舉例等對(duì)行動(dòng)、思想、性格等產(chǎn)生不易覺(jué)察到的，潛移默化的影響”，如: Influenced by a high-school biology teacher, he took up the study of medicine.在一位中學(xué)生物教師的影響下, 他從事醫(yī)學(xué)研究。電離層的散射作用，暫時(shí)性地中斷其反射作用。頻率和最佳路徑由于電離層的狀況會(huì)影響無(wú)線電波傳播，通信工程師必須為特定時(shí)間選定最佳路徑和最佳頻率。在給定電離層條件下用于在特定路徑上傳播的最高可用頻率叫做最高可用頻率（MUF） Maximum Usable Frequency。高于MUF的頻率會(huì)穿過(guò)電離層進(jìn)入太空，低于MUF的

25、頻率則可能散射回地球。隨著頻率降低，信號(hào)被D層吸收隨之加強(qiáng)。（當(dāng)頻率降低到某最低頻率時(shí)，信號(hào)）會(huì)被電離層完全吸收。這個(gè)頻率叫做最低可用頻率（LUF） Lowest Usable Frequency。因此，可用頻率“窗口”處于最高可用頻率和最低可用頻率之間。最佳傳輸頻率FOT Frequency of Optimum Transmission通常是MUF的85%。一般說(shuō)來(lái)，F(xiàn)OT的數(shù)值在晚上較低，白天較高。除頻率外，要實(shí)現(xiàn)最佳通信還必須考慮無(wú)線電信號(hào)的傳播路徑。由于接收到的信號(hào)可能是經(jīng)由幾條路徑到達(dá)的電波組成的，包括一路或幾路天波和一路地波。由于它們的路徑長(zhǎng)度不同，到達(dá)時(shí)間也不同。時(shí)間差的范圍叫

26、做多徑傳播 multipath spread。選擇盡可能接近MUF的頻率可將多徑傳播的影響減到最小。傳播預(yù)測(cè)技術(shù)既然影響電波傳播的許多因數(shù)有周期性重復(fù)特性，而且是可以預(yù)測(cè)的，就會(huì)有許多能有效確定FOT的技術(shù)被開(kāi)發(fā)出來(lái)。目前已有許多傳播預(yù)測(cè)的計(jì)算機(jī)程序可供使用。其中電離層通信分析和預(yù)測(cè)程序IONCAP Ionospheric Communication Analysis and Prediction是一種已被廣泛使用而且很有效的程序，它可以預(yù)測(cè)在一天中給定的時(shí)間，系統(tǒng)性能與在給定傳播路徑上使用的頻率和設(shè)備的特定配置之間的關(guān)系。當(dāng)然，由于計(jì)算機(jī)化的預(yù)測(cè)方法是基于歷史數(shù)據(jù)建立起來(lái)的，不可能考慮到影響

27、通信的某些當(dāng)前條件，如因干擾和噪聲這類(lèi)隨機(jī)現(xiàn)象造成的電離層變化等（后面更詳細(xì)討論）。有一種更快速的自動(dòng)預(yù)測(cè)方法與電離層探測(cè)技術(shù)有關(guān)。線性調(diào)頻脈沖探測(cè)器系統(tǒng)利用遠(yuǎn)方電臺(tái)發(fā)射一種2到30MHZ的掃描探測(cè)信號(hào)（線性調(diào)頻脈沖），用接收機(jī)跟蹤該信號(hào)，同時(shí)分析在各指定頻率上的接收性能，并立即顯示最佳傳播頻率范圍。此外，現(xiàn)代高頻通信系統(tǒng)越來(lái)越多地利用鏈接質(zhì)量分析LQA Link Quality Analysis技術(shù)。這種系統(tǒng)的發(fā)射臺(tái)和接收臺(tái)自動(dòng)地協(xié)同評(píng)估其可用信道質(zhì)量。在需要通信時(shí)，可用LQA數(shù)據(jù)選擇最佳頻率。第6節(jié)再進(jìn)一步討論這種技術(shù)。小結(jié)電離層是地球大氣中的帶電粒子（帶電氣體）區(qū)域，高度在地面上空50到

28、600公里（30到375英里）之間。電離層中有幾個(gè)電子密度不同的層次，它們對(duì)無(wú)線電波的吸收、通過(guò)、反射特性取決于各層的厚度、電波的入射角和信號(hào)的頻率。由太陽(yáng)輻射引起的電離作用將電子從原子中剝離出來(lái)，形成帶電粒子。電離層的電離密度隨太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度變化而變化，太陽(yáng)輻射的強(qiáng)度隨一天中的不同時(shí)間、季節(jié)以及太陽(yáng)黑子活動(dòng)周期而變。輻射角度取決于信號(hào)波長(zhǎng)和所用的天線類(lèi)型。無(wú)線電波穿過(guò)大氣層時(shí)會(huì)被大氣層吸收，吸收率隨頻率的降低而增大。當(dāng)采用最佳傳輸頻率時(shí)，通信效果最好。通常，最佳傳輸頻率為最高可用頻率MUF的85%。太陽(yáng)黑子數(shù)每11年增減一次。太陽(yáng)黑子數(shù)多時(shí)，電離作用增強(qiáng)；太陽(yáng)黑子數(shù)少時(shí)，電離作用減弱。太陽(yáng)耀

29、斑造成突發(fā)性電離層擾動(dòng)SIDs，它可使高頻通信中斷。傳播預(yù)測(cè)技術(shù)，例如IONCAP，可以為給定的傳輸路徑和一天中給定的時(shí)間確定MUF、LUF和FOT。此外還有電離層探測(cè)和鏈接質(zhì)量分析LQA技術(shù)等。3.4 高頻無(wú)線電系統(tǒng)的組成對(duì)電波傳播有了總的認(rèn)識(shí)，再來(lái)看看電波是怎樣產(chǎn)生的。高頻無(wú)線電系統(tǒng)主要有發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和天線三大部分組成。許多現(xiàn)代無(wú)線電設(shè)備將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)合并為一個(gè)單元，叫做無(wú)線電收發(fā)機(jī) transceiver。大型固定系統(tǒng)的發(fā)射臺(tái)和接收臺(tái)一般設(shè)在不同地點(diǎn)，通常是由另一個(gè)遠(yuǎn)地臺(tái)控制。3.4.1 發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)雖變化多端，但它們都是由激勵(lì)器和功放組成。圖3.3是一臺(tái)典型的高頻發(fā)射機(jī)的簡(jiǎn)化

30、示意圖。激勵(lì)器中的載波的幅度、頻率或相位受來(lái)自信號(hào)源（例如麥克風(fēng)）的較低頻率信號(hào)的調(diào)制。已調(diào)信號(hào)再變換為發(fā)送頻率。在經(jīng)電纜將其送往發(fā)射天線之前，功率放大器要將信號(hào)的輸出功率提升到發(fā)射機(jī)所需的瓦特?cái)?shù)。發(fā)射機(jī)可能還包含用于清理輸出信號(hào)的濾波器。使用帶通濾波器可除去噪聲、寄生信號(hào)和激勵(lì)器產(chǎn)生的諧波，或源于功放輸出的諧波。這樣可降低對(duì)鄰近信道的干擾。3.4.2 接收機(jī)所有現(xiàn)代高頻接收系統(tǒng)都由射頻輸入濾波/放大器，一組頻率變換器以及中頻放大器，解調(diào)器，和本地振蕩頻率合成器組成（見(jiàn)圖3.4）。工作時(shí)，接收機(jī)選擇所需信號(hào)，將其放大到適當(dāng)電平，經(jīng)過(guò)解調(diào)恢復(fù)原來(lái)信息（解調(diào)是從已調(diào)波恢復(fù)原始調(diào)制信號(hào)的過(guò)程）。在當(dāng)

31、代無(wú)線設(shè)備中，這些功能中多數(shù)都是數(shù)字化的。為了濾除噪聲和無(wú)用信號(hào)，有時(shí)可在射頻輸入級(jí)加入一個(gè)可調(diào)預(yù)選器（一種帶通濾波器）。然后將經(jīng)過(guò)濾波的信號(hào)放大并經(jīng)頻率變換后再進(jìn)一步處理。濾波處理還不止此。典型情況下，接收信號(hào)會(huì)在幾個(gè)不同的中頻經(jīng)過(guò)濾波和放大。中放級(jí)的放大倍數(shù)依接收信號(hào)的強(qiáng)弱而變。例如，為了輸出語(yǔ)音或數(shù)據(jù)，解調(diào)器輸出音頻（基帶）信號(hào)送到相應(yīng)設(shè)備。同時(shí)，因?yàn)檩斎胄盘?hào)的強(qiáng)度大小不等，解調(diào)器可產(chǎn)生一個(gè)正比于射頻輸入信號(hào)電平的電壓，將此電壓作為自動(dòng)增益控制信號(hào)反送到射頻放大器和中頻放大器，以保證解調(diào)器的輸入大小適當(dāng)。3.4.3 天線天線是無(wú)線通信中至關(guān)重要的組成部分之一。以下介紹一些典型的天線類(lèi)型及

32、其應(yīng)用。特性和參數(shù)描述天線特性的最常用術(shù)語(yǔ)是阻抗、增益、輻射模式、出射角 take-off angle，離源角和偏振。每一個(gè)天線都有一個(gè)輸入阻抗，它表征接到發(fā)射機(jī)上的負(fù)載。輸入阻抗值取決于許多因素，如天線設(shè)計(jì)、工作頻率以及天線相對(duì)于周邊物體的位置。無(wú)線電通信的基本要求是要在所需的地點(diǎn)和時(shí)間，尋找盡可能多的動(dòng)力產(chǎn)生并發(fā)射信號(hào)。大多數(shù)發(fā)射機(jī)都是設(shè)計(jì)成能高效地向50歐姆（歐姆是電阻單位，其符號(hào)為）負(fù)載提供最大功率。有些天線，如對(duì)數(shù)周期天線由許多長(zhǎng)度不同的振子所組成的一種寬頻帶天線。振子長(zhǎng)度與間隔符合一定的比例關(guān)系，使得當(dāng)工作頻率改變時(shí)，天線的性能按頻率的對(duì)數(shù)呈周期性變化可以在某個(gè)寬頻帶范圍內(nèi)對(duì)發(fā)射機(jī)

33、呈50歐姆負(fù)載，這類(lèi)天線一般可直接連接到發(fā)射機(jī)。但其他天線，例如偶極子天線、鞭狀天線、長(zhǎng)線天線等，其阻抗隨頻率和周?chē)h(huán)境的變化很大。在這些情況下，要使用天線調(diào)諧器（天線耦合器），將其置于發(fā)射機(jī)和天線之間，以改變天線對(duì)發(fā)射機(jī)呈現(xiàn)的負(fù)載特性，才能將發(fā)射機(jī)的輸出功率盡可能多的傳送給天線。天線增益是天線方向性（將輻射能量向某個(gè)特定方向聚焦）的計(jì)量單位。其大小是將該天線接收到的信號(hào)電平與一個(gè)全向天線（其輻射在各方向均等）接收到的信號(hào)電平相比較而確定的。增益用表示，增益越大，天線的方向性就越好。發(fā)射天線增益還直接影響到對(duì)發(fā)射機(jī)功率的技術(shù)要求。例如，若用一付增益為10的定向天線取代一付全向天線，用一臺(tái)100

34、瓦的發(fā)射機(jī)就可以產(chǎn)生和一臺(tái)1千瓦發(fā)射機(jī)和一個(gè)全向天線同樣的有效輻射功率。除增益外，用戶還必須懂得天線的輻射方向圖才能實(shí)現(xiàn)最佳信號(hào)傳輸。輻射方向圖與天線設(shè)計(jì)有關(guān)，天線相對(duì)于地面的位置對(duì)其影響很大，此外還可能會(huì)受附近建筑物和樹(shù)木等物體的影響。大多數(shù)天線的方向圖都不是均勻的，這種不均勻性可以用波瓣lobes（輻射最強(qiáng)區(qū)域）和nulls（輻射最弱區(qū)域）來(lái)表征。通常，以垂直面和水平面的兩個(gè)方向圖來(lái)表示（圖3.5），以展現(xiàn)天線增益與仰角（垂直方向圖）方位角（水平圖）的關(guān)系。輻射方向圖與頻率有關(guān)，所以要全面描述一個(gè)天線的輻射方向圖，就要有一組不同頻率下的方向圖。在確定通信距離時(shí)，出射角是一個(gè)重要因素，它是發(fā)

35、射天線水平面與天線方向圖的主瓣間的夾角。遠(yuǎn)距離通信時(shí)常用小出射角，短距離通信時(shí)多用大出射角。天線相對(duì)于地面的取向決定其極化方向。大多數(shù)高頻天線要么采用垂直極化，要么采用水平極化。垂直極化天線的出射角小，適用于發(fā)送地波和遠(yuǎn)距離天波。垂直天線的主要缺點(diǎn)是受地面的電導(dǎo)率和本地噪聲影響大。為獲得最佳效果，需采用地面屏蔽。水平極化天線的出射角較大，適用于短距離通信，遠(yuǎn)至400英里。通過(guò)調(diào)節(jié)天線的離地高度，有可能提高較小出射角時(shí)的天線增益，以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的天波傳播。極化方向?qū)τ诘夭▊鞑?，發(fā)射天線和接收天線應(yīng)采用相同的極化方向才能得到最佳效果。而對(duì)于天波傳播，卻無(wú)需計(jì)劃方向一致，這時(shí)由于電離層散射會(huì)改變信號(hào)

36、的極化方向。類(lèi)型高頻通信中使用的天線種類(lèi)繁多，在此我們僅介紹幾種最常用的類(lèi)型。垂直鞭狀天線是全向天線，出射角小，垂直極化，多適用于發(fā)送地面波。圖3.6是垂直鞭狀天線的典型輻射方向圖。加裝一個(gè)反射器，構(gòu)成第二垂直鞭，可以為其方向圖添加方向性。最通用的高頻天線之一是半波偶極振子，其天線長(zhǎng)度大約等于發(fā)射波長(zhǎng)的一半。改變偶極子的取向即可使其水平極化或垂直（中心饋電）極化。圖3.7是一個(gè)中心饋電的水平偶極子天線。其輻射方向圖隨離地高度變化很大。垂直偶極天線常用于艦船和地面交通工具上。小結(jié) 一個(gè)無(wú)線通信系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和天線組組成。 發(fā)射機(jī)組由激勵(lì)和功率放大器組成，激勵(lì)器包含調(diào)制器、載波發(fā)生器和頻率變

37、換器。 接收機(jī)組由射頻輸入濾波放大器、變頻器中頻放大器，解調(diào)器和本地振蕩器組成。 選擇天線對(duì)于成功實(shí)現(xiàn)通信至關(guān)重要。天線的類(lèi)型有垂直鞭狀天線、偶極子天線和定向天線。 天線耦合器用于使天線阻抗與發(fā)射機(jī)阻抗相匹配，以便最大限度地將功率傳送給天線。 天線增益是天線方向性的一種度量，天線方向性是將天線輻射能量聚焦到特定方向的能力。 天線輻射方向圖的特征是零瓣（輻射最弱區(qū)域）和波瓣（輻射最強(qiáng)區(qū)域） 遠(yuǎn)程通信常用小天線出射角，短程通信常用大出射角。3.5 噪聲和干擾當(dāng)你在雷暴時(shí)聽(tīng)收音機(jī)，一定注意到曾 at one time or another曾經(jīng)出現(xiàn)過(guò)中斷。當(dāng)你正在收聽(tīng)你所喜愛(ài)的FM臺(tái)時(shí)，你可能也同時(shí)聽(tīng)

38、到過(guò)飛行員向塔臺(tái)急促地報(bào)告 rattle off adv. 急促地背誦：He rattled off the poem. 他把詩(shī)文不假思索地背出。飛行數(shù)據(jù)。這些都是影響接收機(jī)性能的干擾。當(dāng)你想要收聽(tīng)音樂(lè)時(shí)，這些干擾很是令人煩惱，高頻通信任務(wù)的成敗取決于是否聽(tīng)到并懂得所傳送的信息，所以噪聲和干擾十分有害。接收機(jī)噪聲和干擾源既有來(lái)自內(nèi)部的，也來(lái)自外部的。在高頻的大部分頻段，外部噪聲電平大大超過(guò)接收機(jī)內(nèi)部噪聲。信號(hào)的品質(zhì)以信噪比SNR表示，單位為分貝（dB）。信噪比越高，信號(hào)品質(zhì)就越好。有些干擾是無(wú)意的 inadvertent adj. 不注意的, 疏忽的, 無(wú)意中做的，如飛行員對(duì)塔臺(tái)的呼叫。有些干

39、擾是敵方 adversaryAn opponent; an enemy.為破壞我方通信而故意施放的。工程師們采用各種技術(shù)來(lái)抗擊 combat struggle against.噪聲和干擾。其中有： 提高有效輻射功率， 設(shè)法優(yōu)化工作頻率， 選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方案， 選擇適當(dāng)?shù)奶炀€系統(tǒng)， 設(shè)計(jì)能抗干擾的接收機(jī)。下面我們先看看一些常見(jiàn)的噪聲源和干擾源。天然噪聲源閃電是主要的大氣（天然）噪聲源。大氣噪聲在夏天最為頻繁，晚上最強(qiáng)，主要處于1到5MHz頻段。已有人測(cè)定了全球各地的大氣噪聲平均值與一天中不同時(shí)間和季節(jié)的關(guān)系，并將其用于預(yù)測(cè)高頻無(wú)線電系統(tǒng)的性能。另一個(gè)天然噪聲源是來(lái)自太空的宇宙噪聲。它對(duì)整個(gè)高頻頻

40、段的影響是均勻的，但不影響20MHz以下接收機(jī)的性能。人為噪聲電力線、計(jì)算機(jī)設(shè)備、以及工業(yè)和辦公室設(shè)備都會(huì)產(chǎn)生人為噪聲，它們是經(jīng)輻射或通過(guò)電力電纜到達(dá)接收機(jī)的。人們將這類(lèi)人為干擾稱為電磁干擾EMI electromagnetic interference，電磁干擾在城市區(qū)域最強(qiáng)。工程師們常用無(wú)線電設(shè)備接地和屏蔽技術(shù)和對(duì)電源輸入線路濾波的方法來(lái)抑制EMI。無(wú)意干擾任何時(shí)刻都有成千上萬(wàn)的高頻發(fā)射機(jī)都在空間爭(zhēng)用本來(lái)就比較窄的頻段中的射頻頻譜，相互間必然會(huì)形成干擾。在夜晚以及在靠近MUF的頻率低端干擾最為嚴(yán)重。在歐洲，由于人口密度高，射頻頻譜也就特別擁擠。無(wú)意干擾的一個(gè)主要來(lái)源是發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和天線的

41、布局。例如，船艦上地方狹窄，不得不將若干無(wú)線電系統(tǒng)放在一起。30余年來(lái)，有人設(shè)計(jì)了許多RF通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了克服布局問(wèn)題的高性能集成艦載通信系統(tǒng)。減小布局干擾的方法有：使天線精確定向、采用對(duì)強(qiáng)無(wú)用信號(hào)不會(huì)過(guò)載的接收機(jī)、精心設(shè)計(jì)以便將互調(diào)降至最低程度的發(fā)射機(jī)等。故意干擾故意干擾，或叫人為干擾，是有意破壞通信、在工作頻率上發(fā)送的干擾信號(hào)。人為干擾可能直接針對(duì)某一個(gè)頻道，也可能是寬帶的?？赡苁沁B續(xù)不斷的干擾，也可能只在被干擾信號(hào)存在時(shí)才進(jìn)行干擾?，F(xiàn)代軍用無(wú)線電系統(tǒng)采用某些技術(shù)來(lái)克服人為干擾，降低被檢測(cè)和被偵聽(tīng)的機(jī)率。其中的擴(kuò)頻技術(shù)是以比原始信息的頻率分量寬得多的頻帶發(fā)射已調(diào)信息的。我們將在第7章討論這

42、些技術(shù)。信號(hào)從發(fā)射機(jī)經(jīng)由多條路徑到達(dá)接收機(jī)，形成衰落，這是由于這些信號(hào)會(huì)隨機(jī)地相互加減造成的。小結(jié) 噪聲源有天然（大氣）的也有人為的。閃電是大氣噪聲的主要來(lái)源；電力線、計(jì)算機(jī)終端和工業(yè)電器是主要的人為噪聲源。 眾多高頻發(fā)送設(shè)備爭(zhēng)用相當(dāng)窄的射頻頻譜資源造成干擾。夜晚在較低頻率段情況更糟。 將發(fā)射機(jī)放在一起造成相互干擾，并干擾附近的接收機(jī)。 人為干擾是為故意破壞通信而在對(duì)方發(fā)射臺(tái)工作頻率上施放的干擾。 多徑干擾會(huì)造成信號(hào)衰減。3.6 采用高頻無(wú)線電通道的數(shù)據(jù)通信從一開(kāi)始起，高頻無(wú)線電就使用Morse電碼進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。隨著時(shí)間的推移，成功開(kāi)發(fā)了考慮到RF媒介可變性的若干改進(jìn)技術(shù)，大大提高了在射頻鏈路

43、上傳播數(shù)據(jù)的速率。此外，應(yīng)用糾錯(cuò)碼和自動(dòng)重發(fā)請(qǐng)求ARQ Automatic Repeat reQuest技術(shù)，使得能夠在計(jì)算機(jī)-計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)中使用RF無(wú)線電而無(wú)差錯(cuò)的傳送數(shù)據(jù)。為了理解高頻數(shù)據(jù)通信原理，我們將定義一些常用的數(shù)據(jù)術(shù)語(yǔ)，并說(shuō)明modem的重要性，并簡(jiǎn)單介紹與高頻數(shù)據(jù)通信相關(guān)的某些問(wèn)題和解決方案。二進(jìn)制數(shù)據(jù)通信是從發(fā)射機(jī)通過(guò)適當(dāng)?shù)男诺缹⑿畔鞑サ浇邮諜C(jī)的活動(dòng)。例如，本書(shū)使用一些符號(hào)（字母）將信息編碼成一組代碼（單詞），通過(guò)信道（印刷頁(yè)面）向接收機(jī)（讀者）傳送。將此原理應(yīng)用于數(shù)據(jù)（信息），為了通過(guò)（高頻無(wú)線電）信道向接收機(jī)（讀者）傳送信息，我們采用簡(jiǎn)寫(xiě)形式先將數(shù)據(jù)（信息）變換成代碼字

44、。位（binary digits，bits）是只用兩個(gè)基數(shù)即符號(hào)0和1的計(jì)數(shù)制中的成分。因而，一個(gè)位代表截然不同的兩個(gè)狀態(tài)變量之一。例如，開(kāi)關(guān)的通或斷，電壓的正或負(fù)，等等。傳達(dá)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的一個(gè)簡(jiǎn)單方法是以鏈路另一端能解釋的方式接通或斷開(kāi)電路。電報(bào)通信的早期基本上就是做的。以后采用的方案是用數(shù)位來(lái)控制選擇載波的兩個(gè)特征性質(zhì) 頻率或幅度。更為復(fù)雜的方法是讓載波可以具有兩個(gè)以上的狀態(tài)，用以代表更多數(shù)位。波特率數(shù)據(jù)傳輸速率一般以比特/秒（bps）來(lái)測(cè)定，有時(shí)也用波特表示比特/秒，雖然實(shí)際上這兩個(gè)術(shù)語(yǔ)有著不同的含義。波特是信號(hào)發(fā)送速度的單位，是被每秒被發(fā)送的符號(hào)數(shù)的一種度量。而每一個(gè)符號(hào)可以代表多個(gè)數(shù)位

45、。一個(gè)無(wú)線信道能支持的最大波特率取決于信道帶寬 帶寬越寬，波特率就越高。信息傳送的速率，即比特率，取決于每個(gè)符號(hào)有多少位。異步數(shù)據(jù)和同步數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸有兩種模式：異步和同步，定義如下：在異步數(shù)據(jù)傳輸中，每個(gè)字符都有一個(gè)起始位和一個(gè)停止位。起始位讓接收方準(zhǔn)備好接受字符，停止位使接收方返回空閑狀態(tài)。同步數(shù)據(jù)傳輸中，除去了起始位和停止位。系統(tǒng)采用一個(gè)前同步信號(hào) preamble，一個(gè)已知的數(shù)位串，在消息開(kāi)始時(shí)發(fā)送，接收方用以使其內(nèi)部時(shí)鐘同步來(lái)告知接收方消息來(lái)了。異步系統(tǒng)無(wú)需復(fù)雜的同步電路，但其系統(tǒng)開(kāi)銷(xiāo)比同步系統(tǒng)要高。這是因?yàn)槠鹗嘉缓屯Ｖ刮粚⒆址L(zhǎng)度增加了25%，從8位增加到10位。高頻調(diào)制解調(diào)器用常規(guī)

46、語(yǔ)音電臺(tái)是不能直接傳輸數(shù)據(jù)的。必須用一種適用于發(fā)送音頻信號(hào)的稱之為調(diào)制器的設(shè)備將數(shù)字電壓電平變換成音頻信號(hào)。相反，在接收機(jī)端，則用解調(diào)器將音頻信號(hào)變回?cái)?shù)字電壓電平。有些電臺(tái)（例如Harris RF-5000）內(nèi)置了高速modem（組裝在一起的MODulator和DEModulator），既能接受語(yǔ)音，也能接受數(shù)字輸入。高頻 modem分為三個(gè)基本類(lèi)型： 低速移頻鍵控（FSK）modem； 高速并行音調(diào)modem； 高速串行（單一）音調(diào)modem。最簡(jiǎn)單的modem采用FSK對(duì)二進(jìn)制數(shù)據(jù)（若干0和1）編碼。調(diào)制器的輸入是取兩個(gè)可能電平之一的數(shù)字信號(hào)，其輸出是兩個(gè)可能音調(diào)之一的音頻信號(hào)。由于存在多

47、徑傳播的影響， 高頻 modem系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率被限制在低于75bps。采用頻率的多音調(diào)FSK（MFSK）可以獲得較高的速率。Harris在上世紀(jì)80年代首先采用并行的和串行的音調(diào)波形使數(shù)據(jù)傳輸率提高到4800bps。串行音調(diào)modem以單一音調(diào)攜帶信息，并采用功能強(qiáng)大的前向糾錯(cuò)（Forward Error Correction，F(xiàn)EC）大大改善了高頻信道的數(shù)據(jù)傳輸，極大的提高了健壯性，降低了對(duì)干擾的敏感度，提高了數(shù)據(jù)率。差錯(cuò)控制有多種不同的途徑避免數(shù)據(jù)傳輸問(wèn)題。FEC是在數(shù)據(jù)流中加入冗余數(shù)據(jù)，讓接受方檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。這種方案的一個(gè)重要特點(diǎn)是它無(wú)需用作認(rèn)可的返回信道。如果接收方檢測(cè)到一個(gè)錯(cuò)誤，它只需將

48、其糾正并準(zhǔn)確地產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)，而無(wú)需告知發(fā)送方數(shù)據(jù)有問(wèn)題。如果在數(shù)據(jù)流中錯(cuò)誤是隨機(jī)出現(xiàn)的，F(xiàn)EC編碼技術(shù)是最有效的。但是高頻介質(zhì)往往出現(xiàn)突發(fā)的一串錯(cuò)誤，即信道中的高誤碼率（bit error rate，BER）的段散布在低誤碼率段中。為充分利用FEC編碼技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，最好采用交錯(cuò)處理方法將信道中出現(xiàn)的錯(cuò)誤隨機(jī)化。例如，在調(diào)制器方，使數(shù)據(jù)進(jìn)入一個(gè)9行10列矩陣，數(shù)據(jù)塊在行向進(jìn)入列向出來(lái)。但數(shù)據(jù)塊離開(kāi)矩陣準(zhǔn)備傳送時(shí)，輸出數(shù)位的序列成為1，11，21，等等。在解調(diào)器方，進(jìn)行相反的退交錯(cuò)處理。數(shù)據(jù)從列向進(jìn)入一個(gè)與發(fā)送方同樣的矩陣。再按行讀出，將數(shù)據(jù)序列恢復(fù)成原始狀態(tài)。這樣，如果有一9個(gè)連續(xù)位的突發(fā)錯(cuò)誤，經(jīng)

49、退交錯(cuò)處理后，它們落入任何一個(gè)30位的序列中的錯(cuò)誤位不大于3。軟判決解碼進(jìn)一步提高糾錯(cuò)編碼的糾錯(cuò)能力。其中，將一組保持其模擬特性的被測(cè)符號(hào)與一組可能的傳輸代碼字相比較。系統(tǒng)“記住”檢測(cè)電壓，在決定發(fā)送哪一個(gè)代碼字之前，對(duì)代碼字中的每一個(gè)符號(hào)都施用一個(gè)加權(quán)系數(shù)。數(shù)據(jù)通信中還用聲碼器 VOCODER= VOice CODER,語(yǔ)音編碼器，聲碼器，自動(dòng)語(yǔ)音合成儀An electronic device or system for synthesizing speech.進(jìn)行加密語(yǔ)音呼叫。聲碼器將聲音變成數(shù)據(jù)流經(jīng)高頻信道發(fā)送，在接收端再用聲碼器將數(shù)據(jù)重建成電話品質(zhì)的聲音。除糾錯(cuò)技術(shù)外，在高速串行mod

50、em中還可以采用兩種信號(hào)處理方案來(lái)改善數(shù)據(jù)傳輸。一是用自動(dòng)信道均衡器來(lái)補(bǔ)償接收數(shù)據(jù)時(shí)的信道特性變化。一是用自適應(yīng)切割濾波器找出并抑制解調(diào)器輸入端的窄帶干擾，以降低同信道干擾的影響，即出現(xiàn)在正在使用的同一信道中的干擾。小結(jié) 傳送數(shù)據(jù)時(shí)，需用modem將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變換成模擬形式；接收數(shù)據(jù)時(shí)，需將模擬數(shù)據(jù)變回?cái)?shù)字形式。 高頻modem有低速FSK、高速并行音調(diào)和高速串行音調(diào)三類(lèi)。 串行音調(diào)modem大大改善了在高頻信道進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的性能，如數(shù)據(jù)率高、前向糾錯(cuò)（FEC）能力強(qiáng)，抗干擾力強(qiáng)。 采用FEC方案無(wú)需采用回線即可實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)。 交錯(cuò)技術(shù)是一種使突發(fā)差錯(cuò)隨機(jī)化的方法，可使FEC工作更加可靠。 軟判決解

51、碼是利用將一組模擬字符符號(hào)與一些可能傳輸?shù)拇a字對(duì)比來(lái)進(jìn)一步降低誤碼率。 采用聲碼器將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值數(shù)據(jù)以便在高頻信道上的編碼傳輸。 自動(dòng)信道均衡和自適應(yīng)分割濾波是為提高數(shù)據(jù)通信性能而采用的信號(hào)處理技術(shù)。3.7 自適應(yīng)無(wú)線電技術(shù)電離層性質(zhì)的不斷變化以及隨機(jī)噪聲和干擾會(huì)造成高頻通信中斷。過(guò)去，需要技術(shù)熟練的電臺(tái)操作員來(lái)建立通信并不斷調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)?，F(xiàn)在，這一功能完全自動(dòng)化了。提供自適應(yīng)無(wú)線電系統(tǒng)的RF通信能對(duì)傳播條件的變化迅速做出反應(yīng)并利用實(shí)時(shí)信道評(píng)估技術(shù)的反饋信息來(lái)選擇頻率、調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)率、或改變調(diào)制方案。鏈接自動(dòng)建立和鏈路品質(zhì)分析是眾多自適應(yīng)過(guò)程中的兩個(gè)。鏈接自動(dòng)建立ALE Automatic

52、 Link Establishment鏈接自動(dòng)建立是一種無(wú)需操作員干預(yù)，而能讓高頻電臺(tái)自動(dòng)呼叫并在最佳信道建立鏈接的技術(shù)。典型的鏈接自動(dòng)建立系統(tǒng)要利用存儲(chǔ)在一個(gè)存儲(chǔ)器“矩陣”中的新近測(cè)量到無(wú)線信道特性（LAQ數(shù)據(jù)）。該系統(tǒng)的工作很像電話，網(wǎng)絡(luò)為其中的中的每一個(gè)電臺(tái)都分配了一個(gè)地址（ID）。不使用時(shí)，每一個(gè)電臺(tái)都不斷掃描為其分配的各個(gè)頻率，傾聽(tīng)對(duì)它的呼叫。要與指定臺(tái)通信，呼叫方只需象撥電話號(hào)碼一樣輸入其ID。電臺(tái)查詢其LAQ矩陣并選擇最佳可用分配頻率（下面將對(duì)LAQ矩陣做進(jìn)一步說(shuō)明）。然后發(fā)出一段含目的電臺(tái)ID的簡(jiǎn)短消息。當(dāng)接收臺(tái)“聽(tīng)到”其地址時(shí)，就停止掃描并停留在該頻率上。兩個(gè)電臺(tái)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)了“

53、握手”聯(lián)絡(luò)以確認(rèn)鏈路的建立并準(zhǔn)備開(kāi)始通信。原先完全沉寂的接收臺(tái)會(huì)發(fā)出一個(gè)振鈴信號(hào)告警接收方操作員有來(lái)電呼叫。當(dāng)通信完結(jié)時(shí)，一方電臺(tái)“掛機(jī)”，一個(gè)切斷信號(hào)送到另一個(gè)電臺(tái)，然后它們都返回掃描模式。鏈接品質(zhì)分析一個(gè)高頻通信系統(tǒng)有許多分配給它的信道。一個(gè)具有LAQ功能的系統(tǒng)能選擇最佳信道。以下是一個(gè)自適應(yīng)系統(tǒng)的工作原理。網(wǎng)絡(luò)中的電臺(tái)會(huì)在規(guī)定的時(shí)間間隔嘗試與分配給它的各個(gè)頻率建立鏈接，并測(cè)量每一個(gè)鏈接頻率上的信號(hào)品質(zhì)。這些品質(zhì)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在一個(gè)矩陣中。呼叫初始化時(shí)，電臺(tái)會(huì)檢測(cè)其“存儲(chǔ)器”以確定對(duì)該呼叫要與之通信的電臺(tái)的最佳品質(zhì)頻率，既之以該頻率進(jìn)行鏈接。如果鏈接失敗，它會(huì)嘗試以下一個(gè)最佳頻率鏈接，如此進(jìn)行下

54、去，直到成功建立鏈接。自適應(yīng)技術(shù)的增強(qiáng)通過(guò)使用計(jì)算機(jī)控制器，根據(jù)信道條件選擇modem的數(shù)據(jù)率，選擇最佳天線，自動(dòng)調(diào)節(jié)發(fā)射功率，自動(dòng)消除干擾信號(hào)，選擇modem的調(diào)制方式和編碼方案等，可以使自適應(yīng)無(wú)線電技術(shù)得到進(jìn)一步增強(qiáng)。其優(yōu)點(diǎn)是這樣的自適應(yīng)系統(tǒng)高度自動(dòng)化，無(wú)需人為干預(yù)即可提高通信質(zhì)量。這樣一來(lái)，對(duì)要有高技術(shù)知識(shí)的操作員的需求就大大減少了。小結(jié) 自適應(yīng)無(wú)線電技術(shù)可使現(xiàn)代高頻無(wú)線電系統(tǒng)自動(dòng)適應(yīng)不時(shí)變化的傳播條件。 鏈路自動(dòng)建立（ALE）使高頻無(wú)線電臺(tái)有可能無(wú)需人員干預(yù)而建立鏈接。 鏈路品質(zhì)分析（LQA）是一種評(píng)估品質(zhì)的方法，以便在最佳信道/頻率建立鏈接。 還有其他一些自適應(yīng)技術(shù)。3.8保密通信無(wú)

55、線電技術(shù)的進(jìn)步已使我們進(jìn)入通信更容易、更安全、更可靠的時(shí)代。通信安全問(wèn)題現(xiàn)在已經(jīng)和通信本身一樣重要。這一章我們將討論保密通信COMSEC COMmunication SECurity，它是保證重要通信安全的方法。我們也要談及保密傳輸TRANSEC TRANsmission SECurity問(wèn)題 讓他人難于劫獲或干擾你通信的方案。COMSEC COMSEC采用擾頻 scrambling不規(guī)則性，雜亂性；擾頻；（加密）編碼（法）或加密 cryptographic 加密, 密碼技術(shù)使那些無(wú)需或不應(yīng)知道通信內(nèi)容的人無(wú)法理解你的信息。請(qǐng)注意用于數(shù)字信號(hào)的加密技術(shù)和用于模擬信號(hào)的擾頻技術(shù)是不同的。加密是在

56、發(fā)射機(jī)端將信息加密成看起來(lái)是隨機(jī)信息，并在接收機(jī)端采用解密方法將該隨機(jī)消息解密的過(guò)程。歷史上曾使用了代碼來(lái)保護(hù)敏感信息。那時(shí)，在發(fā)信之前，發(fā)信人用手工方式對(duì)消息進(jìn)行編碼，在接收端，收信人再用手工方式對(duì)收到的消息解碼。而現(xiàn)代電子技術(shù)卻可以自動(dòng)完成編碼和解碼過(guò)程。編碼和解碼都需使用某種數(shù)學(xué)算法，并配上一把密匙，將顯見(jiàn)信息變?yōu)榧用軤顟B(tài)。否則，發(fā)送未經(jīng)加密保護(hù)的信息，而被他人截獲，則截獲者無(wú)需費(fèi)力就可以知道你發(fā)送的信息。為此，美國(guó)政府已經(jīng)建立了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來(lái)劃分敏感信息的分類(lèi)和級(jí)別。在無(wú)需極高保密級(jí)的語(yǔ)音通信系統(tǒng)中，可以用加密來(lái)防止竊聽(tīng) eavesdropping 偷聽(tīng)。擾頻 scrambling不規(guī)則性

57、，雜亂性；擾頻；（加密）編碼（法）作為一種模擬通信保密技術(shù)，是將語(yǔ)音信號(hào)分割成若干子音頻頻帶，將子音頻頻帶搬移到不同的音頻段，然后再以組合音頻輸出去調(diào)制發(fā)射機(jī)。其中，是以隨機(jī)方式去控制頻率搬移的。擾頻方式類(lèi)似于以一個(gè)解碼環(huán)（有點(diǎn)象孩子們的早餐盒）發(fā)送一段消息。例如，你將字母c指定為g，a指定為n，t指定為w，這樣當(dāng)你收到消息gnw時(shí)，你就將它解碼為cat。去擾頻 descrambling就是在接收方將擾頻過(guò)程反轉(zhuǎn)過(guò)來(lái)。在數(shù)字加密中，數(shù)據(jù)（可以是第5節(jié)中描述的數(shù)字化的聲音）簡(jiǎn)化成二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。加密引擎 cryptographic engine根據(jù)通信量密匙（TEK） traffic encryp

58、tion key產(chǎn)生一個(gè)極長(zhǎng)的、不重復(fù)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。將此數(shù)據(jù)流加于加密數(shù)據(jù)流中而產(chǎn)生已密數(shù)據(jù)流，即加密正文。以這種方式產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流是天生不可預(yù)測(cè)的。而所有模擬信號(hào)都比較容易預(yù)測(cè)，因而不大安全。數(shù)據(jù)加密強(qiáng)度是確定消息內(nèi)容的困難程度，它與密匙算法的復(fù)雜程度有關(guān)。密匙是一個(gè)能改變算法的重建同步 resynchronization的變量。保護(hù)好密匙極其重要，即使不速之客訪問(wèn)到加密信息并且掌握了算法，沒(méi)有密匙照樣無(wú)法解密信息。美國(guó)政府開(kāi)發(fā)了嚴(yán)格的密匙管理程序來(lái)保護(hù)、分發(fā)、存儲(chǔ)和廢除密匙。過(guò)去，是人工用紙帶、磁介質(zhì)、或插入式傳遞裝置將密匙載入加密設(shè)備的。創(chuàng)建密匙和將密匙安全投遞給每個(gè)用戶對(duì)于軍事行

59、動(dòng)的細(xì)節(jié)部署和保管記錄工作都十分重要。還有一種用于商業(yè)機(jī)構(gòu)的密匙管理系統(tǒng)是公共密匙加密法。采用此方法時(shí)，每個(gè)用戶都要產(chǎn)生兩把密匙。一把是公共密匙“Y”，一把是私人密匙“X”，其Y值得自X值。這種系統(tǒng)的加密強(qiáng)度取決于從Y導(dǎo)出X的難度。用Y密匙加密的信息只能用X密匙解密。采用公開(kāi)向用戶分發(fā)公共Y密匙，同時(shí)保留獨(dú)家訪問(wèn)私人X密匙的方法，任何人都可以利用你的公共密匙向你發(fā)送保密消息，而由于只有你有X密匙，你才是唯一能解密該消息的人。若在網(wǎng)絡(luò)中使用公共密匙系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶都可以實(shí)現(xiàn)雙向保密通信。這叫做非對(duì)稱密匙系統(tǒng)。此外還有所謂對(duì)稱密匙系統(tǒng)，它是用同一密匙加密和解密。因?yàn)樵窗l(fā)者和接收者都必須有相同

60、的密匙，因而這種系統(tǒng)的安全性最高。美國(guó)一家電子公司Harris首先為保護(hù)和分發(fā)對(duì)稱密匙通信系統(tǒng)密匙開(kāi)發(fā)了最新的電子方法。其中，一種適用于無(wú)線網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品叫做Over-The-Air-Rekeying（OTAR）。這種技術(shù)幾乎完全無(wú)需手工裝載密匙，是一種很安全的密匙管理系統(tǒng)。OTAR基于一個(gè)密匙開(kāi)始分發(fā)系統(tǒng)（a begin key distribution system），它包括一把用于加密TEK（通信量密匙）的用以對(duì)密匙加密的密匙（KEK，key encryption key）和另外任何一把運(yùn)作中的COMSEC或TRANSEC密匙。這種方法稱之為“包裹”，以區(qū)別于通信量加密。KEK是唯一必須事先