短波中低速數據傳輸技術

曾奇云

[摘 要]短波通信能夠實現(xiàn)較遠距離的通信，同時還具有十分靈活的特性，不僅是在整個無線通信體系當中，對于軍事通信來說，都是十分重要的技術。但是，如果受到較強的干擾，或者信躁比過低，就會影響到短波高速數據傳輸的效果。因此，本文著重研究短波中低速數據傳輸技術，首先對短波通信以及短波中低速數據通信進行了概述，然后簡單介紹本文所設計的短波中低速數據傳輸系統(tǒng)，并對其中關鍵技術進行著重分析，以供參考。

[關鍵詞]短波；中低速；數據傳輸；技術

中圖分類號：TN919.3 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2016）16-0347-01

從上個世紀初到上個世紀中后期，短波通信一直都是遠距離通信中常用的方式，尤其是洲際通信的主要途徑。通過短波通信傳輸，我們可以實現(xiàn)上千公里，甚至是上萬公里的短波通信。隨著科學技術水平的進一步提升，新的計算機技術、通信技術、電子技術等等得到進一步的發(fā)展和應用，短波通信技術也由此得到了更好的提升?；诖耍疚膶@短波中低速數據傳輸技術進行深入探討。

1 短波中低速數據傳輸概述

1.1 短波通信概述

所謂短波通信，就是在借助十米到一百米波長的電磁波的情況下進行無線電通信。在實際應用過程當中，為了能夠充分發(fā)揮短波在近距離通信當中的優(yōu)勢，相關技術研究人員將中波的高頻段歸到短波波段當中，因此，在當前很多短波通信設備當中，波段的范圍都有所變化，其范圍已經擴大到1.5MHz～30MHz。在國外，很多國家也將短波通信稱之為高頻無線通信。從二十世紀的初期到中后期，短波通信一直是遠距離通信和軍事通信的主要手段，通過短波數據傳輸，能夠實現(xiàn)上萬公里距離的通信。之所以短波通信可以得到如此之快的發(fā)展和應用，本人認為主要歸結于以下幾個方面的原因。首先，只有短波通信不受網絡樞紐和有源中繼體制的制約。在戰(zhàn)爭或者災害發(fā)生的情況下，很多通信都會受到損壞，衛(wèi)星受到攻擊，導致無法實現(xiàn)正常通信，而在這一方面，短波通信就具有其他通信手段所沒有的抗損壞、抗襲擊的能力。其次，超短波無法覆蓋到很多的山區(qū)、海洋等區(qū)域，而通過短波就能實現(xiàn)。再次，相比衛(wèi)星通信而言，短波通信不用考慮話費的開支，因而其成本更加理想。雖然短波通信具有十分顯著的應用優(yōu)勢，但是其仍然存在一些不足之處。例如其可以使用的頻段很窄，因而通信的容量較小，無法進行高速數據的傳輸。其次，短波通信的電離層是時變色散信道，傳輸特性不穩(wěn)定，會隨著季節(jié)和晝夜的變化而變化，容易形成衰落。最后，短波通信受到大氣和工業(yè)無線電噪聲的干擾十分顯著。

1.2 短波中低速數據傳輸

在電磁干擾比較嚴重而且信躁比較低的情況下，采用擴頻技術就能有效應對這一問題，從而提高信息傳輸的穩(wěn)定性與傳輸質量。短波擴頻通信系統(tǒng)的帶寬通常是保持不變的，想要有效提升擴頻系統(tǒng)應對干擾的能力，就只有從擴頻系統(tǒng)的處理增益入手，提供其偽隨機碼的速率。當其速率提高到一倍時，整個擴頻系統(tǒng)的處理增益就會上升3dB。但是需要注意的是，當偽隨機碼的速率提高到一定的數值時，就會受到多種因素的影響和制約，從而增加了擴頻系統(tǒng)的應用成本和復雜程度。所以，我們需要把握好偽隨機碼的速率和處理增益的范圍，不能一味地通過提升其速率來提高系統(tǒng)的抗干擾能力。這個時候一般就會用到降低信息速率的方法。另外，在高速數據傳輸系統(tǒng)的可通性較低的時候，就可以采用中低數據傳輸速率，從而有效提高系統(tǒng)的可通性，提高信息傳輸的穩(wěn)定性。本文所研究的短波擴頻通信系統(tǒng)就是主要通過降低信息傳輸速率來提高系統(tǒng)抗干擾能力的。

2 短波中低速數據傳輸關鍵技術

2.1 短波中低速數據傳輸系統(tǒng)的設計

在對短波中低速數據傳輸系統(tǒng)進行設計的過程中，需要考慮短波信道的特性，在設計的過程中，可以通過對于直擴技術的應用來克服系統(tǒng)較低的信噪比，從而使得低速數據能夠得到有效的傳輸，同時可以通過直接序列擴頻來使得系統(tǒng)的抗干擾性得到提高。

2.2 同步不確定性

對于擴頻通信系統(tǒng)而言，其同步往往存在著兩個不穩(wěn)定因素，第一是碼相位的不穩(wěn)定，第二是載波頻率的不穩(wěn)定。如果要想使得接收機能夠正常工作，碼相位的分辨率必須要保證在一個碼元的范圍之內，而且載波中心頻率的分辨率也必須要使得解擴后的信號落在相關濾波器頻率的范圍內，并且本地載波頻率應該始終對準輸入信號的載波頻率。

之所以會出現(xiàn)碼相位的不穩(wěn)定和載波頻率的不穩(wěn)定，是由于多方面因素的共同作用而引起的。第一是頻率源的漂移，由于頻率源的漂移，往往會導致部分碼相位和載波的頻率出現(xiàn)一定的偏差，從而導致不確定性產生；第二是電波傳播存在時延，接收機和發(fā)射機之間在頻率及相位上始終存在著一定的差異，所以就使得電波傳播存在一定的時延；第三是多普勒頻移，由于通信系統(tǒng)的相對運動是不斷變化的，同時對短波無線電波起到反射作用的電離層也是不斷變化的，所以就會導致碼相位出現(xiàn)抖動和載波頻率發(fā)生偏移的情況；第四是多徑效應，所謂的多徑效應是指的由于多路徑傳播而造成的碼相位和載波頻率相位出現(xiàn)延遲的情況，從而使得同步出現(xiàn)不確定性。

2.3 Rake接收機的設計

對于傳統(tǒng)的Rake接收機而言，它利用不同信號之間的互相關很小，而信號的自相關峰又非常尖銳，所以傳統(tǒng)的Rake接收方法往往都是采用的相關接收機或者是最佳非相干匹配濾波接收機，它通過對于多個期望信號的最強多徑分量加以捕獲，然后在通過一個加權網絡來得到這些相關器輸出的一個組合，并且利用該組合來對期望信號加以判決和檢測。Rake接收機對于判決統(tǒng)計量的組合充分體現(xiàn)了分集接收的思想，通過分集接受能夠有效的克服衰落，使得整個短波通信系統(tǒng)的性能得到有效的改善。所以在對Rake接收機進行設計的時候，可以采用兩條多徑，在完成了同步之后，就可以對主徑的位置加以確定，然后再通過時延就可以確定兩條多徑的位置。Rake接收機的原理如圖1所示。

3 結語

當前在應急通信中，短波通信應用得較為普遍，但是就目前的情況而言，短波通信系統(tǒng)往往對于信道的適應能力還較差，而且其抗干擾能力也較弱，所以為了能夠使得短波通信得到更好的發(fā)展和應用，本文針對短波中低速數據傳輸技術進行了研究，以期實現(xiàn)在較低信噪比的環(huán)境之中通過中低速率來實現(xiàn)高可靠性的數據傳輸，進而有效的促進短波通信的發(fā)展。

參考文獻

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