短波通信系统.ppt

《短波通信系统.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《短波通信系统.ppt（72页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。

1、第2章 短波通信系统本章主要内容：（1）短波通信的特点；（2）短波通信的常用调制方式；单边带通信和调频通信的概念、基本原理、系统组成；（3）数据信号在短波信道上的传输问题；（4）重点介绍高频自适应和扩展频谱通信的原理及其在现代通信设备中的应用。本章要求：1掌握短波通信的特点。理解多径传播对通信系统性能的影响。2 理 解 短 波 通 信 的 调 制 方 式，掌 握 单 边 带 通信和调频通信的概念、基本原理、系统组成。4理解数据信号在短波信道上的传输问题。5了解高频自适应和扩展频谱通信的原理及其在现代通信设备中的应用。2.1 概述 短波通信也称为高频（HF）无线电通信是指利用波长为100m 10

2、m（频率为3MHz 30MHz）的电磁波进行的无线电通信。n 一般也把中波的高频段（1.5MHz 3MHz）归到短波波段，所以现有的许多短波通信设备，其波段范围往往扩展到1.5MHz 30MHz。n 短波通信被广泛地用于气象、通信导航等部门。一、短波传输特性1短波的传播形式短波主要靠电离层反射（天波）传播，也可以和长、中波一样靠地波进行短距离几十公里以内传播。电波各种传播形式的特性简介n（1）地波传播形式地 波 传 播 形 式 的 频 率 范 围 大 约 是1.5MHz 5MHz。地 波 的 衰 减 随 着 频 率 的 升 高 而 增 大，传 播 距 离 和 传播 路 径 上 媒 介 的 电

3、参 数 密 切 相 关。不 宜 用 做 无 线 电广 播 或 远 距 离 通 信。主 要 用 在 长 距 离 点 与 点 之 间 的通信，如船舶助航用。（2）天波传播形式天波靠电离层反射传播，可以进行远距离传播，可以超越丘陵地带，还可以在地波传播无效的很短的距离内建立无线电通信线路。所以对于短波通信线路，天波传播较地波传播更有意义。2 大气电离层的结构 电离层由围绕地球的处于不同高度的3个导电层组成的，这3个导电层分别称为D层、E 层、F 层。各导电层对短波传播的影响（l）D 层：D 层是最低层，在地球上空60km 90km 高度处。白天存在，夜间消失，所以在夜间不再对短波通信产生影响。D 层

4、中的衰减量远大于E层、F 层中的，所以也称D 层为吸收层。（2）E 层：在 地 球 上 空 100km 120km 高 度 处，最 大 电 子 密 度 发 生 在110km 处，白 天 基 本 不 变。在通 信 线 路 设 计 和 计 算 时，以110km 作 为E 层 高 度。E层实际上对短波传播不起作用。（3）F 层：为 反 射 层，在 一 般 情 况 下，远 距 离短 波 通 信 都 选 用F 层 作 为 反 射 层。白 天 电 离 层 包含D、E、F1和F2层，白 天F 层 有 两 层：F1层 位于 地 球 上 空170km 220km 高 度 处，F2层 位 于 地球 上 空225k

5、m 450km 高 度 处。F2层 在 日 落 以 后没 有 完 全 消 失，仍 保 持 剩 余 的 电 离，夜 间F2层 的电 子 密 度 较 白 天 降 低 了 一 个 数 量 级，所 以 夜 间 能反 射 的 频 率 远 低 于 白 天。由 此 可 以 看 出，若 要 保持 昼 夜 短 波 通 信，其 工 作 频 率 必 须 昼 夜 更 换，而且一般情况下夜间工作频率远低于白天工作频率。二 短波电离层传播的基本特性1 最高可用频率（MUF）电波斜射至电离层的入射角；d通信线路的长度；h 电波反射点处电离层的虚高。关于MUF 的几点结论：（1）通 信 距 离、反 射 层 的 电 离 密 度

6、 改 变，其MUF 值改变。（2）当 选 用MUF 作 为 工 作 频 率 时，一 般 情 况 下 可 能获得最佳接收。（3）一般情况下，FOT=0.85MUF。（4）实际通信线路白天和夜间各选用一个频率即可。2 传输模式 传 输 模 式 有 单 跳、多跳。依 靠 单 电 离 层 或多 电 离 层 反 射 构 成 电磁 波 传 输 路 径。当 通信 距 离 2500km 时，往 往 采 用 多 跳，以 获得 较 大 的 仰 角。如 利用F2反 射 一 次，称 为1F2传输模式。3 多径传播 多径传播：指电波通过若干条路径到达接收端。多径延时：多径延时是指电波在同一方向沿着不同路径传播时，到达接

7、收端同一脉冲的各条射线间最大的允许延时差值。统计表明，一般延时差大于5ms 的仅占0.5%。多径延时有下列特征：（a）多 径 延 时 随 着 工 作 频 率 偏 离MUF 的 增 大 而增大；（b）多径延时和通信距离存在一定关系；（c）多 径 延 时 随 时 间 变 化，因 为 电 离 层 的 电 子密度随时间变化，从而使MUF 随时间变化。4 衰落 在 短 波 通 信 的 接 收 端，信 号 振 幅 总 是 呈 现 忽大 忽 小 的 随 机 变 化，这 种 现 象 称 为“衰 落”。在短波传播中，衰落有快衰落和慢衰落之分。连 续 出 现 持 续 时 间 仅 几 分 之 一 秒 的 信 号 起

8、 伏称 为 快 衰 落，持 续 时 间 比 较 长 的 衰 落（可 能达1小时或者更长）称为慢衰落。衰落的种类（依衰落原因划分）（1）干 涉 衰 落：由 于 多 径 传 播，到 达 接 收 端 的若干个信号的时间不同而造成的衰落。（2）吸收衰落：产生的原因是D 层衰减特性的慢变化。（3）极化衰落5 相位起伏（多普勒频移）短波传播中存在的多径效应使信号的相位起伏不定。这种相位起伏也可以看成电离层不规则运动引起的高频载波的多普勒频移。多普勒频移在日出和日落期间呈现出较大的数值。尤以发生磁暴时为甚（可达6Hz）。在电离层平静时期的夜间不存在多普勒效应，而在其他时间，对于单跳模式传播多普勒频移大约在1

9、Hz 2Hz 的范围内。三 无线电干扰 无线电干扰分外部干扰和内部干扰。外 部 干 扰 是 指 接 收 天 线 从 外 部 接 收 的 各种 噪 声，如 大 气 噪 声、人 为 干 扰、宇 宙噪声等。内 部 干 扰 是 指 接 收 设 备 本 身 产 生 的 噪 声。在 通 信 中 对 信 号 传 输 产 生 影 响 的 主 要 是外部干扰。四 总结短波通信的特点（1）主要靠电离层的反射实现远距离通信。（2）由 于 电 离 层 的 时 变 性，信 号 传 播 存 在 多 种 衰 落和多径延时，使接收信号存在随机性和不稳定性。（3）接 收 信 号 时 强 时 弱，背 景 噪 声 较 大，信 噪

10、比 低，选择工作频率是很重要的。（4）短 波 通 信 在 最 佳 工 作 频 率 时 多 径 延 时 也 在0.5ms左 右，要 使 码 元 周 期 远 大 于0.5ms 取 为5ms，则RB为200波 特，若 要 以 更 高 的 速 率 传 输，则 需 采 取 一定 的 技 术 措 施。在 短 波 信 道 上 传 输 数 据 时 一 般 的 传输速率2.4Kb/s。（5）短 波 通 信 中 采 用 的 各 种 新 技 术 包 括 自 适 应 技 术、跳 频 技 术，传 输 数 据 时 采 用 抗 干 扰 性 强 的 调 制 解 调技术和差错控制技术。2.2 现代短波通信技术一常用的调制、解调

11、技术调制的目的（1）将消息变换为便于传送的形式。（2）提高性能，特别是抗干扰能力。（3）有 效 地 利 用 频 带，高 频 无 线 传 输 就 是 频 分复用。短波通信常用：调幅AM、单边带SSB、频率调制FM常用调制技术二 数据传输的相关技术 1 短波信道对数据传输的影响（1）多 径 效 应 引 起 的 衰 落。它 使 传 输 的 数 据 信 号 幅 度减 小，甚 至 完 全 消 失，是 造 成 短 波 数 据 通 信 中 出 现 突发错误的主要原因。（2）多 径 效 应 引 起 的 波 形 展 宽。它 使 传 输 的 数 据 码元间互相串扰，是限制数据速率的主要原因。（3）电 离 层 快

12、速 运 动 和 反 射 层 高 度 变 化 引 起 的 多 普勒 频 移。它 使 发 射 信 号 的 频 率 结 构 发 生 变 化，相 位 起伏不定，造成数据信号的错误接收。2 抗多径和抗衰落的主要措施（1）高 频 自 适 应 技 术：包 括 频 率 自 适 应、速 率 自 适 应、功 率 自 适 应、自 适 应 均 衡 等。尤 其 是 频 率 自 适 应，是目前抗多径和抗干扰的最有效措施。（2）抗衰落性良好的调制键控技术：如时频调制技术。（3）分 集 接 收 技 术：在 给 定 信 号 形 式 的 条 件 下，接 收端 通 过 接 收 信 号 的 某 些 处 理 来 提 高 系 统 的 抗

13、 衰 落 和 抗干扰能力。（4）差 错 控 制 技 术：在 短 波 数 据 传 输 系 统 中 加 入 某 种类 型 的 差 错 控 制 技 术，使 接 收 端 具 有 检 测 和 纠 正 信 息错 误 部 分 的 能 力。差 错 控 制 技 术 和 前 面 提 到 的 各 种 技术 不 同，不 论 是 由 多 径、衰 落 或 干 扰 造 成 的 数 据 错 误接 收，在 一 定 条 件 下，绝 大 部 分 都 能 通 过 差 错 控 制 系统纠正，从而提高了系统的通信质量。3 分集接收技术（1）采用分集接收的原因短 波 通 信 中 存 在 由 多 径 干 涉 产 生 的 决 衰 落，衰 落

14、深 度 常 达40dB，偶 尔 达80dB。仅 靠 加大 发 射 功 率 来 克 服 快 衰 落，实 际 上 付 不 起 那么大的“功率”代价。（2）什么是分集接收利 用 接 收 到 的 多 个 信 号 的 适 当 组 合 或 选 择，从而达到提高通信质量和可通率的技术。分集接收技术包括1）信 号 的 分 散 传 输，以 求 在 接 收 端 获 得 多 个独立衰落的信号样品。2）信 号 合 并（也 称 信 号 的 组 合），是 指 接 收端 收 到 多 个 独 立 衰 落 的 信 号 后 如 何 合 并 的 问题。3）分集方式分集的方式（即指信号分散传输的方式）有间分集、时间分集、极化分集和角

15、度分集等，时频调制也可看作分集的一种方式，称为“时频编码分集”。（4）合并方式1）选择式：选择信噪比最强的一路输出。2）等 增 益 合 并：各 路 信 号 合 并 时 的 加 权 系 数都相等。3）最大比值合并：各 路 信 号 合 并 时，加 权 系 数 按 各 路 的 信 噪比 自 适 应 地 调 整，以 求 合 并 后 获 得 最 大 信 噪 比输出。4差错控制技术（1）必要性：在通信系统中加入某种类型的差错控制系统，使接收端具有检测和纠正错误数据信息的能力。（2）短波通信线路中差错的特点：随机性、突发性、混合性。（3）差错控制方式差错控制方式基本分两类。一类称为反馈纠错，简称ARQ。另一

16、类称为前向纠错(FEC)方式。在这两类的基础上又派生出混合纠错(HEC)方式。（l）传输高速数据的并行体制把高速串行信道分裂成许多低速的并行信道。经单边带发射机完成频率搬移和功率放大后由天线发射出去。在短波电离层信道上已不再是高速数据传输，而是分裂成多路同时并发的低速传输。因此，并行制也称为频分多路并发体制。在接收端，单边带接收机输出的多路数据信号经分路滤波器分路后解调，获得低速数据信号，再经并串变换后恢复成高速数据流。多路并发体制避免了由于多径传播引起的码间串扰，技术成熟、成本低，至今仍被广泛使用，但多路信号并发，分散了发射机的功率。三 自适应通信技术 1 基本概念 1）短 波 天 波 通

17、信 的 频 率 预 测 以 及 采 用 高 频 自 适 应 的 必 要性为了确定某一条通信链路，必须在通信前完成“频率预测”的任务。在短波通信线路上采用高频自适应来实时预报频率，可提供较可靠的高质量的通信线路。综 上 所 述，高 频 自 适 应 系 统 在 短 波 通 信 中 出 现 决 不 是偶然的，是短波信道特性的时变性和拥挤性的必然趋势。任 何 一 个 高 频 自 适 应 系 统 都 必 须 完 成 实 时 探 测 信 道 特性 和 干 扰 分 布 情 况 的 双 重 任 务，系 统 提 供 的 最 佳 工 作 频 率 是综合分析这两方面数据的结果。完 成 上 述 任 务 采 用 的 技 术 统 称 为“实 时 信 道 估 值（RTCE）”技术。2）高频自适应通信：指高频通信系统具有适应通信条件变化的能力。通 信 条 件：传 播 条 件、大 气 噪 声、人 为 干 扰 及被传输信息的形式。自 适 应 包 括：频 率 自 适 应、功 率 自 适 应、速 率自 适 应、分 集 自 适 应、自 适 应 均 衡 和 自 适 应 调 零天线。3）实现频率自适应的方法利 用RTCE 技 术 测 量 和 分 析 各 种 环 境 参 数，根 据 综 合 分 析 和 计 算 的 结 果 建 立 一 条 工 作 在 最 佳频率上的通信线路。