甚低頻無線通信信道噪聲及性能特性研究

賈琦

摘 要：隨著國家的不斷發(fā)展、社會的不斷進步，我國科技水平得到了極大的提升，如今現(xiàn)代工業(yè)的發(fā)展已經(jīng)不僅僅局限于地面，由于地表下蘊含了豐富的資源，因此目前工業(yè)生產(chǎn)正逐步擴大對地下空間的開發(fā)和利用。地下工業(yè)生產(chǎn)安全性的保障離不開對人員、設備、環(huán)境的檢測，這便對無線通信系統(tǒng)提出了較高的要求。無線通信技術(shù)的應用不僅對于經(jīng)濟發(fā)展有著促進的作用，同時也可以為國家的安全提供保障。目前無線通信被廣泛應用至水下潛艇，其中甚低頻得益于其在水中衰減速率較小、波長較長，而被用作水下無線通信中。基于此，本文將針對甚低頻無線通信信道噪聲及性能特性進行研究。

關(guān)鍵詞：甚低頻；無線通信；信道噪聲；性能特性

作為無線電頻譜中極具特點的頻段，甚低頻被廣泛應用至水下通信、無線心跳頻率檢測器及地球物理學的研究中。然而由于水下通信環(huán)境相對較為復雜、干擾因素多，甚低頻的可靠性仍舊存在著許多的不足，因此如何加強甚低頻通信的可靠性成為了目前研究的主要任務之一。基于甚低頻無線通信技術(shù)的特點對甚低頻無線通信的噪聲進行研究，并結(jié)合目前已掌握的現(xiàn)代無線通信干擾基本模式進行分析，將有助于探索能夠滿足自適應和抗干擾通信的要求，在最大限度內(nèi)發(fā)揮水下潛艇的性能。

一、甚低頻的概念及特性

甚低頻指的是頻帶由3KHz到30KHz的無線電波，其相應的波長范圍為10km至100km。在無線通信中，甚低頻主要有甚低頻傳播特性和信道特性這兩類關(guān)鍵特性。從傳播路徑上來說，甚低頻的波長較長，主要有地波傳播、天波傳播和波導傳播三種傳播方式。地波傳播指的是在無線信道通信中，頻率較低的電磁波區(qū)域沿彎曲的地球表面?zhèn)鞑?，將具有一定的繞射能力，在甚低頻段，地波能夠傳播超過數(shù)百千米或數(shù)千千米。

眾所周知，在地球表面和電離層下邊緣會形成波導，其中低頻傳播便可在此波導中進行傳播，而在海水、地層中的電磁波傳播將改變傳統(tǒng)傳播規(guī)律中的衰減、相移特性的變化。除此之外，電磁波的傳播也將因媒質(zhì)電磁參數(shù)的不同而受到影響。受到海水、地層等媒介的影響，無線甚低頻通信的信號容易被衰減，加之無線通信的鏈路較長，導致往往到達接收端的信號較為微弱，因此無線甚低頻信道具有時延大、衰減大等特點。

二、甚低頻無線通信信道噪聲干擾類別

目前大氣中的雷電是甚低頻外部自然噪聲的主要來源，除此之外，太陽擾動所產(chǎn)生的來自外層空間的大量噪聲能量也會為甚低頻帶來噪聲干擾。即使是在通風且干燥的環(huán)境下，靜電積累或放電所產(chǎn)生的噪聲場也將對信號接收天線和接收機造成影響。據(jù)調(diào)查研究顯示，甚低頻噪聲干擾主要有大氣噪聲、工業(yè)干擾、電臺干擾和人為干擾。大氣噪聲的干擾方向往往與晝夜的變化和季節(jié)的更替有關(guān)，這是由于大氣放電的特殊性，其主要在維度相對偏高的區(qū)域，因此其具有一定的方向性。工業(yè)干擾相對來說是無法避免的，工業(yè)干擾主要出現(xiàn)在工業(yè)加工環(huán)節(jié)，電力網(wǎng)、點火設施等其它設備的使用均會對甚低頻通信造成干擾，且干擾的程度主要由當?shù)卦肼暤拇笮『凸╇娤到y(tǒng)所決定。

眾所周知，電臺是依靠發(fā)射無線電波進行信息的傳遞，由于無線電波的運行頻率與甚低頻通信十分類似，因此電臺在工作期間將會對甚低頻通信造成噪聲干擾，且電臺干擾也是最為常見的干擾類型，主要原因有兩點：一是通過甚低頻通信的人員過多，二則是因為甚低頻波段的頻帶寬度相對較窄。再者便是人為干擾因素，這也被普遍運用于軍事領域中，其中單頻和多頻等干擾方式是最為常見的人為干擾方式。

三、甚低頻抗干擾技術(shù)

通信干擾指的是運用無線電干擾設備發(fā)射適當?shù)母蓴_電磁波，以達到破壞和擾亂敵方無無線電通信的目的的通信對抗技術(shù)。通過降低或削弱作戰(zhàn)對象無線通信系統(tǒng)的接收信噪比，便可以讓作戰(zhàn)對象失去通信能力，從而為后續(xù)作戰(zhàn)提供幫助。目前常用的甚低頻抗干擾技術(shù)主要有以下四種，分別為跳頻技術(shù)、自適應技術(shù)、差錯控制技術(shù)和分集技術(shù)。

3.1 跳頻技術(shù)和自適應技術(shù)

跳頻技術(shù)是通過擴頻碼序列進行控制的，借由頻移鍵控以確保載波的頻率在時刻進行變化，從而實現(xiàn)頻譜的擴展。得益于其具有非常強大的抗干擾能力，目前跳頻技術(shù)已被廣泛應用至甚低頻通信的抗干擾環(huán)節(jié)中。在通信時，通過對所有的有效頻率同時調(diào)節(jié)發(fā)射功率，便可以讓功率適應跳幀，從而實現(xiàn)抗干擾功能。自適應技術(shù)是最為常見的抗干擾技術(shù)，此項技術(shù)的應用可以實現(xiàn)系統(tǒng)功能的增強與系統(tǒng)的完善。在甚低頻通信中，自適應技術(shù)常被用于對鏈路品質(zhì)進行分析，并對同一時間段數(shù)量較多且不同的鏈路進行掃描、分析、構(gòu)建新鏈路。當系統(tǒng)檢測到甚低頻信號減少時，自適應技術(shù)可以根據(jù)需求對鏈路進行更換，最大限度的降低外部因素所產(chǎn)生的干擾。

3.2 差錯控制技術(shù)和分集技術(shù)

差錯控制技術(shù)是在數(shù)字通信中利用編碼方法對傳輸中產(chǎn)生的差錯進行控制，以提高數(shù)字信息傳輸?shù)臏蚀_性。在甚低頻通信中，當傳遞環(huán)節(jié)受到噪聲干擾時，接收器在接收到相應的序列后會將序列傳遞給譯碼器，譯碼器通過對序列進行實時譯碼判定，以決定后續(xù)的動作。當譯碼器檢測發(fā)現(xiàn)沒有錯誤時，明確信號將反饋至發(fā)送端，發(fā)送端將清除最初留存在存儲器中的序列。當信道衰退時將產(chǎn)生損耗，分集技術(shù)則被用于彌補衰退信道對系統(tǒng)所造成的損耗。在無線傳播的環(huán)境中，具有相同信號的樣本之間并不存在關(guān)聯(lián)，分集技術(shù)便是充分利用了這一特征，通過采用信號合并的方式在接收信號后，對已被衰減的信號進行完善，消除損耗所造成的影響。其中空間分集技術(shù)可以有限避免空間的選擇性衰退，然而該項技術(shù)的應用對設備有著較為嚴格的要求，即分集接收機間的距離要明確超過三倍波長。

四、結(jié)語

作為水下潛艇通信的重要手段之一，甚低頻通信的應用對于國防而言有著十分重要的意義。通過對甚低頻通信進行研究，提高甚低頻通信的可靠性也將更好的滿足抗干擾通信的需求。目前甚低頻通信還存在著許多的問題，針對這些問題進行深入研究，改善系統(tǒng)的糾錯效果，將提升信號傳輸?shù)耐暾?，從而最大程度的發(fā)揮出其性能。

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