甚低频无线通信信道噪声及性能特性研究

贾琦

摘 要：随着国家的不断发展、社会的不断进步，我国科技水平得到了极大的提升，如今现代工业的发展已经不仅仅局限于地面，由于地表下蕴含了丰富的资源，因此目前工业生产正逐步扩大对地下空间的开发和利用。地下工业生产安全性的保障离不开对人员、设备、环境的检测，这便对无线通信系统提出了较高的要求。无线通信技术的应用不仅对于经济发展有着促进的作用，同时也可以为国家的安全提供保障。目前无线通信被广泛应用至水下潜艇，其中甚低频得益于其在水中衰减速率较小、波长较长，而被用作水下无线通信中。基于此，本文将针对甚低频无线通信信道噪声及性能特性进行研究。

关键词：甚低频；无线通信；信道噪声；性能特性

作为无线电频谱中极具特点的频段，甚低频被广泛应用至水下通信、无线心跳频率检测器及地球物理学的研究中。然而由于水下通信环境相对较为复杂、干扰因素多，甚低频的可靠性仍旧存在着许多的不足，因此如何加强甚低频通信的可靠性成为了目前研究的主要任务之一。基于甚低频无线通信技术的特点对甚低频无线通信的噪声进行研究，并结合目前已掌握的现代无线通信干扰基本模式进行分析，将有助于探索能够满足自适应和抗干扰通信的要求，在最大限度内发挥水下潜艇的性能。

一、甚低频的概念及特性

甚低频指的是频带由3KHz到30KHz的无线电波，其相应的波长范围为10km至100km。在无线通信中，甚低频主要有甚低频传播特性和信道特性这两类关键特性。从传播路径上来说，甚低频的波长较长，主要有地波传播、天波传播和波导传播三种传播方式。地波传播指的是在无线信道通信中，频率较低的电磁波区域沿弯曲的地球表面传播，将具有一定的绕射能力，在甚低频段，地波能够传播超过数百千米或数千千米。

众所周知，在地球表面和电离层下边缘会形成波导，其中低频传播便可在此波导中进行传播，而在海水、地层中的电磁波传播将改变传统传播规律中的衰减、相移特性的变化。除此之外，电磁波的传播也将因媒质电磁参数的不同而受到影响。受到海水、地层等媒介的影响，无线甚低频通信的信号容易被衰减，加之无线通信的链路较长，导致往往到达接收端的信号较为微弱，因此无线甚低频信道具有时延大、衰减大等特点。

二、甚低频无线通信信道噪声干扰类别

目前大气中的雷电是甚低频外部自然噪声的主要来源，除此之外，太阳扰动所产生的来自外层空间的大量噪声能量也会为甚低频带来噪声干扰。即使是在通风且干燥的环境下，静电积累或放电所产生的噪声场也将对信号接收天线和接收机造成影响。据调查研究显示，甚低频噪声干扰主要有大气噪声、工业干扰、电台干扰和人为干扰。大气噪声的干扰方向往往与昼夜的变化和季节的更替有关，这是由于大气放电的特殊性，其主要在维度相对偏高的区域，因此其具有一定的方向性。工业干扰相对来说是无法避免的，工业干扰主要出现在工业加工环节，电力网、点火设施等其它设备的使用均会对甚低频通信造成干扰，且干扰的程度主要由当地噪声的大小和供电系统所决定。

众所周知，电台是依靠发射无线电波进行信息的传递，由于无线电波的运行频率与甚低频通信十分类似，因此电台在工作期间将会对甚低频通信造成噪声干扰，且电台干扰也是最为常见的干扰类型，主要原因有两点：一是通过甚低频通信的人员过多，二则是因为甚低频波段的频带宽度相对较窄。再者便是人为干扰因素，这也被普遍运用于军事领域中，其中单频和多频等干扰方式是最为常见的人为干扰方式。

三、甚低频抗干扰技术

通信干扰指的是运用无线电干扰设备发射适当的干扰电磁波，以达到破坏和扰乱敌方无无线电通信的目的的通信对抗技术。通过降低或削弱作战对象无线通信系统的接收信噪比，便可以让作战对象失去通信能力，从而为后续作战提供帮助。目前常用的甚低频抗干扰技术主要有以下四种，分别为跳频技术、自适应技术、差错控制技术和分集技术。

3.1 跳频技术和自适应技术

跳频技术是通过扩频码序列进行控制的，借由频移键控以确保载波的频率在时刻进行变化，从而实现频谱的扩展。得益于其具有非常强大的抗干扰能力，目前跳频技术已被广泛应用至甚低频通信的抗干扰环节中。在通信时，通过对所有的有效频率同时调节发射功率，便可以让功率适应跳帧，从而实现抗干扰功能。自适应技术是最为常见的抗干扰技术，此项技术的应用可以实现系统功能的增强与系统的完善。在甚低频通信中，自适应技术常被用于对链路品质进行分析，并对同一时间段数量较多且不同的链路进行扫描、分析、构建新链路。当系统检测到甚低频信号减少時，自适应技术可以根据需求对链路进行更换，最大限度的降低外部因素所产生的干扰。

3.2 差错控制技术和分集技术

差错控制技术是在数字通信中利用编码方法对传输中产生的差错进行控制，以提高数字信息传输的准确性。在甚低频通信中，当传递环节受到噪声干扰时，接收器在接收到相应的序列后会将序列传递给译码器，译码器通过对序列进行实时译码判定，以决定后续的动作。当译码器检测发现没有错误时，明确信号将反馈至发送端，发送端将清除最初留存在存储器中的序列。当信道衰退时将产生损耗，分集技术则被用于弥补衰退信道对系统所造成的损耗。在无线传播的环境中，具有相同信号的样本之间并不存在关联，分集技术便是充分利用了这一特征，通过采用信号合并的方式在接收信号后，对已被衰减的信号进行完善，消除损耗所造成的影响。其中空间分集技术可以有限避免空间的选择性衰退，然而该项技术的应用对设备有着较为严格的要求，即分集接收机间的距离要明确超过三倍波长。

四、结语

作为水下潜艇通信的重要手段之一，甚低频通信的应用对于国防而言有着十分重要的意义。通过对甚低频通信进行研究，提高甚低频通信的可靠性也将更好的满足抗干扰通信的需求。目前甚低频通信还存在着许多的问题，针对这些问题进行深入研究，改善系统的纠错效果，将提升信号传输的完整性，从而最大程度的发挥出其性能。

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