短波电台通信性能改善的若干方法分析

张 倩

(南京熊猫汉达科技有限公司，江苏 南京 210014)

0 引言

短波电台是一种以无线电作为通信传播方式的通信设备，波长区间为100～10 m，频率区间为3～30 MHz。短波电台的核心作用为进行话音传送，以及实施移频报与等幅报操作。该类电台通常分为固定、便携和车载3种制式，总体而言质量较轻，规模较小，优点明显，但并非完美无缺，其通信性能存在薄弱之处，经过改善，可实现更加优质的通信服务，发挥更大效能。

1 对短波电台进行通信性能优化的必要性

短波通信具有高频特点，一般依靠天波或地波进行通信传输，其中天波主要支持长距离通信，而地波主要支持短距离通信。天波方式的长距离信号传输是以电离层反射的路径进行，对中继站没有要求，又因电离层抗毁特性强大，几乎不存在人工摧毁可能性，故而短波通信被用于支持军事指挥。短波电台的载波为无线电波，可支持数据和信息传输。但短波电台通信并非毫无缺陷，其在天线接收、差错控制和信号调整等方面仍有不足，只有对其进行技术性干预，方可实现性能优化，从而为军事领域应用等提供更安全可靠的通信支持。

2 短波电台的核心通信特征

2.1 短波通信的优势

短波电台通信与其他电台通信方式相比，存在诸多优势。短波电台是以短波进行通信传播的电台，而短波与其他波段相比最直接的优势表现，是短波通常不会受到网络枢纽制约，有源中继体一般也无法对其产生影响，且支持远程通信。在特殊的环境中，如自然灾害造成基础通信设施破坏，或战争导致基础设施损毁时，其他通信网络无法正常使用，短波电台仍可在此种环境中继续发挥作用，也不会因卫星控制手段而受到通信干扰。和其他通信手段相比，短波通信抗毁能力强，通信过程中自主能力优越。部分极端环境，如海洋、沙漠等不利于铺设通信网络的地带，或者如山区等信号较差地带，超短波无法实现通信覆盖，短波通信即可成为重要的通信手段。

相较于现代化的卫星通信，短波通信还具有运营成本相对低廉的优势。短波电台通常不要求烦琐复杂的设备支持，其制式支持固定装置，即确定使用位置后定点安装和通信，也支持移动化应用，即可采取车载、舰载或者安装在飞行设备中进行使用，或者依靠人工背负随时使用。此外，短波电台还具有组网快捷、便于隐藏的优点。此种电台设备并不复杂，且体积有限，当需要对设备进行隐藏时可执行性强，还支持随时变化电台频率，不仅具有抗干扰能力，而且可防止通信被窃听。

2.2 短波通信的缺陷

短波电台在应用中也具有固有缺陷，例如短波电台在应用中，可选择的带宽较为有限，可支持的通信容量不高。依据国际相关标准，一架短波电台带宽占用限度为3.7 kHz，在短波频段中，仅有28.5 MHz可供使用，当前国际处于可应用状态的短波信道<7 800个，其根本原因在于保证通信质量，防止信道彼此干扰。因为受到带宽限制，所以通信扩容难以推行，数据传输的速率也很难得到提升[1]。不仅如此，短波电台当前的信道条件并不完善，仍有待改善。电离层虽具有抗毁性，但其中的介质处于空间粒子与太阳辐射等外界因素的干扰下，导致介质传输特性处于波动中，且不具有规律性，在季节和昼夜更替影响下，呈现时变色散特点。基于以上原因，短波信道会具有衰落表现，还会出现多普勒频移效应，以及多径效应。短波电台的缺陷还在于其频段中因工业电器辐射而发生的无线电噪声通常具有较高的干扰性，危害通信质量，当突发噪声为脉冲型时，极易造成数据传输差错。

3 性能优化实施手段

3.1 信道传输

当短波电台工作所处信道环境为衰落信道时，只有输出更高功率才能使其通信性能维持在横参信道通信的状态。若想以原来的功率发射通信信号，天线增益也维持常态，则需要进行调制干预，并且对通信信号进行分集接收，从而使短波电台的通信信道可以保持良好的性能状态。以频移、时移键控联合调制的时频调制技术，工作原理为在特定的持续时间环境中(通常为单个二进制符号或一组该类符号)，借助不定数的窄高频脉冲以组合形式进行原二进制性质数据的传输。这些高频脉冲频率具有波动性，因时隙差异而表现出频率差异。该类信号的特点为信号中存在多样化的时隙和频率，被命名为时频调制信号。

时频调制中复杂性最低的波形为二时二频制波形，该波形是由同一二进制码元经过划分，变成两个时隙，发送载频f1或发送载频f2至两个时隙a、b中。以1为二进制数据，将f1、f2分别发送至a、b两个时隙，描述方式为1-(f1f2)。以0为二进制数据，将f2发送至时隙a，将f1发送至时隙b，描述方式为0-(f1f2)。此种前提下，则二时二频制特点的信号所表现出的频率组合形式为：1-(f1f2)/0-(f1f2)/1-(f1f2)/1-(f1f2)/0-(f1f2)[2]。

时频调制又叫时频编码调制，这是因为其传输信息的手段为编码。该种调制技术可抗瑞利衰落，此为其核心优点。时频调制单个二进制符号仅支持将差异化的两个高频脉冲向外传输，当其所选频率f1与f2差频≥500 Hz，则二者衰落特性基本可视为不相关，以此为基础，频率可实现分集。当编码手段科学性较高时，时频调制技术可通过分集接收的形式实现抗衰落，同时对编码之间的串扰发生抗干扰影响。

因为短波电台通信时会发生多径干涉，快衰落由此出现，衰落深度常规值约为40 dB，峰值期约为80 dB，为了实现抗衰落目的，分集技术得到了更多应用。极化分集是一种可操作性较强的接收技术，其缺陷在于，若在水面舰艇中安装电台接收端，对安装范围限制性较强。

当通信信号在短波信道中传输时，因为受到传播媒质的影响，发射电波将由原本的单一极化状态转变为相互为正交关系的两个极化波。为了保证良好的接收效果，可设置极化平面不同、位置相近的两个天线，分别进行信号接收。例如，在进行极化分集时，可选择笼型天线，同时架设两副，分别为垂直与水平两个方向的笼型天线。其中垂直天线使用750同轴电缆与Ⅰ级接收机相连，水平天线使用四线馈线和变阻器(75～220O)与Ⅱ级接收机相连[3]。

3.2 差错控制

短波电台在通信信号传输时为保证通信质量，通常采用重发纠错、前向纠错以及混合纠错三种形式实现差错控制。重发纠错是一种反馈纠错手段，按照线路接收端的指令，对信号进行自动重发，以此方式完成检错，其核心步骤为由信号发射端向信号接收端发送检错码，接收端收到检错码信号后，将判决信号反馈到发送端，在此过程中实现纠错。混合纠错是基于前向纠错和检错重发而出现的差错控制手段，其核心步骤为由信号发送端将检错和纠错码向信号接收端发送，信号接收端收到相应信号之后，将判决信号反馈到接收端，在此过程中完成纠错。

3.3 自适应选频

干扰短波信道的因素众多，无论是多径时延还是幅度衰落都会造成信道通畅性和稳定性降低，气候环境波动也会对其产生影响。为确保短波电台具有良好的通信状态，该系统必须调节自身短波信道波动，通过此种方式完成参数变化和结构调整，这种技术即为短波自适应。此种技术是为弥补短波信道固有的不足，通过调节频率而进行缺陷补偿。其自适应方式为进行短波信号传输时，对其传输质量进行持续性测试，并从中选取适用性最强的频率，通过此种方式，维持短波通信链路的良好传输状态。当前所使用的实时信道估值，以自适应为技术理念的信号控制，以及具有自适应特征的信号处理技术等，都属于该类选频技术。

3.4 调制解调技术

利用短波电台进行通信时，在多径效应影响下，时域会发生扩展，为保证码元速率，必须进行时域平衡性调节，应用针对性的调制解调技术，可将码元速率从200 B升级到2 400 b/s。短波信号传输分为串行体制与并行体制。串行体制的速率≤9.6 kb/s，在信息传输时以单载波为调制手段，该体制对信道估值、自适应均衡以及序列检测技术进行综合性应用，所以可对信道畸变以及多径传播导致的码间串扰问题进行高质量应对。而传统的并行体制的传输形式为以并行手段进行数据分配，通过多个子载波实现信号传输，在过去，这些子载波以互相独立的方式存在于频谱中，通过滤波器即可实现接收端的子信道分离，并设置保护频带隔离子信道，致使频带未能得到高效利用，也无法支持多个滤波器同时工作，速率≤2.4 kb/s。

3.5 信号抗干扰

决定短波电台信号传输水平的核心因素之一为电磁环境，电磁环境越复杂，越要求电台具有良好的抗干扰能力。短波电台为了提升此项能力，对传播媒质进行自适应设计，并结合多维度抗干扰手段，通过技术干预，对抗信道中的通信干扰。靶场电台干扰在多无线电台之中是核心干扰方式，通过实时选频和提升频率稳定性可实现抑制干扰的目的，除此之外，还可安装定向天线和具有自适应特征的调零天线，以此来对抗干扰。

4 结语

在电台通信设备中，短波电台有其独特的存在价值，但其本身也存在性能缺陷，如易受电磁干扰等，通过信道传输干预，加强差错控制，实行自适应选频，充分运用调制解调技术，并增强短波电台的抗干扰能力，可有效促进短波电台的性能优化，使其具有更加良好的通信应用表现，提升通信质量与安全性，促使短波电台发挥更大价值。