短波通信原理
尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视，不仅没有被淘太，还在快速发展。其原因主要有三：
（一）短波是唯一不受网络枢钮和有源中继体制约的远程通信手段，一但发生战争或灾害，各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击。无论哪种通信方式，其抗毁能力和自主通信能力与短波无可相比；
（二）在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波；
（三）与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。
近年来，短波通信技术在世界范围内获得了长足进步。这些技术成果理应被中国这样的短波通信大国所用。用现代化的短波设备改造和充实我国各个重要领域的无线通信网，使之更加先进和有效，满足新时代各项工作的需要，无疑是非常有意义的。
这里简要介绍短波通信的一般概念，优化短波通信的经验，以及一些热门的新技术。
1、短波通信的一般原理
1.1.无线电波传播
无线电广播、无线电通信、卫星、雷达等都依靠无线电波的传播来实现。
无线电波一般指波长由100,000米到0.75毫米的电磁波。根据电磁
波传播的特性，又分为超长波、长波、中波、短波、超短波等若干波段，其中：超长波的波长为100,000米~10,000米，频率3~30千赫；长波的波长为10,000米~1,000米，频率30~300千赫；中波的波长为1,000米~100米，频率300千赫~1.6兆赫；短波的波长为100米~10米，频率为1.6~30兆赫；超短波的波长为10米~1毫米，频率为30~300,000兆赫（注：波长在1米以下的超短波又称为微波）。频率与波长的关系为：频率=光速／波长。
电波在各种媒介质及其分界面上传播的过程中，由于反射、折射、散射及绕射，其传播方向经历各种变化，由于扩散和媒介质的吸收，其场强不断减弱。为使接收点有足够的场强，必须掌握电波传播的途径、特点和规律，才能达到良好的通信效果。
常见的传播方式有：
地波（地表面波）传播
沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波。地波的传播途径如图1.1 所示。其传播途径主要取决于地面的电特性。地波在传播过程中，由于能量逐渐被大地吸收，很快减弱（波长越短，减弱越快），因而传播距离不远。但地波不受气候影响，可靠性高。超长波、长波、中波无线电信号，都是利用地波传播的。短波近距离通信也利用地波传播。直射波传播
直射波又称为空间波，是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波。直射波传播距离一般限于视距范围。在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。
在地面进行直射波通信，其接收点的场强由两路组成：一路由发射天线直达接收天线，另一路由地面反射后到达接收天线，如果天线高度和方向架设不当，容易造成相互干扰（例如电视的重影）。
限制直射波通信距离的因素主要是地球表面弧度和山地、楼房等障碍物，因此超短波和微波天线要求尽量高架。
天波传播
天波是由天线向高空辐射的电磁波遇到大气电离层折射后返回地面的无线电波。电离层只对短波波段的电磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短波远距离通信。
散射传播
散射传播是由天线辐射出去的电磁波投射到低空大气层或电离层中不均匀介质时产生散射，其中一部份到达接收点。散射传播距离远，但是效率低，不易操作，使用并不广泛。
1.2 电离层的作用
电离层对短波通信起着主要作用，因此是我们研究的重点。
电离层是指从距地面大约60公里到2000公里处于电离状态的高空大气层。上疏下密的高空大气层，在太阳紫外线、太阳日冕的软X射线和太阳表面喷出的微粒流作用下，大气气体分子或原子中的电子分裂出来，形成离子和自由电子，这个过程叫电离。产生电离的大气层称为电离层。电离层分为D、E、F1、F2四层。D层高度60~90公里，白天可反射2~9MHz的频率。E层高度85~150公里，这一层对短波的反射作用较小。F层对短波的反射作用最大，分为F1和F2两层。F1层高度150~200
公里，只在日间起作用，F2层高度大于200公里，是F层的主体，日间夜间都支持短波传播。
电离层的浓度对工作频率的影响很大，浓度高时反射的频率高，浓度低时反射的频率低。电离的浓度以单位体积的自由电子数（即电密度）来表示。
电离层的高度和浓度随地区、季节、时间、太阳黑子活动等因素的变化而变化，这决定了短波通信的频率也必须随之改变。
1.3 短波频率范围
电离层最高可反射40MHz的频率，最低可反射1.5MHz的频率。根据这一特性，短波工作频段被确定为1.6MHz - 30MHz。
1.4 短波传播途径
短波的基本传播途径有两个：一个是地波，一个是天波。
如前所述，地波沿地球表面传播，其传播距离取决于地表介质特性。海面介质的电导特性对于电波传播最为有利，短波地波信号可以沿海面传播1000公里左右；陆地表面介质电导特性差，对电波衰耗大，而且不同的陆地表面介质对电波的衰耗程度不一样（潮湿土壤地面衰耗小，干燥沙石地面衰耗大）。短波信号沿地面最多只能传播几十公里。地波传播不需要经常改变工作频率，但要考虑障碍物的阻挡，这与天波传播是不同的。
短波的主要传播途径是天波。短波信号由天线发出后，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以反射多次，因而传播距离很远（几百至上万公里），而且不受地面障碍物阻挡。但天波是很不稳定的。在天波传播过程中，路径衰耗、时间延迟、大气噪声、多径效应、电离层衰落
等因素，都会造成信号的弱化和畸变，影响短波通信的效果。
2、单边带的概念
在无线电通信中，传送信息的载体是特定频率的载波（也称为主频）。那么信息又是如何放到载波上的呢？这就引出了“调制”的概念。调制就是将信息的动态波形通过一定形式加到载波上发送出去，接收台收到被调制的载频信后，再还原信息。调制分为幅度调制（简称“调幅”）、频率调制（简称“调频”）、相位调制（简称“调相”）三种。中波、短波一般采用调幅方式，超短波一般采用调频方式。
根据国际协议，短波通信必须使用单边带调幅方式（SSB），只有短波广播节目可以使用双边带调幅方式（AM）。因此，国内外使用的短波电台都是单边带电台。
2.1 单边带的定义
调幅信号的频谱是由中央载频和上下两个边带组成的。将载频和其中一个边带加以抑制，剩下的一个边带就成为单边带信号。如果用一个边带再加上部份载频或全部载频，就成为兼容式调幅信号。下面用图示的方法说明单边带信号是怎样产生的。
2.2 单边带的优点
单边带的优点是：
① 提高了频谱利用率，减少信道拥挤；
② 节省发射功率约四分之三；
③ 减少信道互扰；
④ 抗选择性衰落能力强。
一部100W单边带电台的实际通话效果，相当于过去1000W以上双边带电台。
优化短波通信的方法
1、改善短波信号质量的三大要素
由于短波传输存在固有弱点，短波信号的质量不如超短波。不过我们可以通过一些途径改善短波信号质量，使其尽可能接近超短波。改善短波信号质量的三大要素是：正确选用工作频率；正确选择和架设天地线；选用先进优质的电台和电源等设备。
1.1 正确选用工作频率
短波频率和超短波频率的使用性质完全不同。超短波属于视距通信，距离短，可以固定使用频段内的任何频点；而短波频率则受到电离层变化、通信距离和方向、海拔高度、天线类型等多种因素的影响和限制。用同一套电台和天线，选用不同频率，通信效果可能差异很大。
对于有经验的短波工作者来说，选频并不困难，其中有明显的规律性可循。一般来说：日频高于夜频（相差约一半）；远距离频率高于近距离；夏季频率高于冬季；南方地区使用频率高于北方；等等。另外，在东西方向进行远距离通信时，因为受地球自转影响，最好采用异频收发才能取得良好通信效果。如果所用的工作频率不能顺畅通信时，可按照以下经验变换频率：
（1）接近日出时，若夜频通信效果不好，可改用较高的频率；
（2）接近日落时，若日频通信效果不好，可改用较低的频率；
（3）在日落时，信号先逐渐增强，而后突然中断，可改用较低频率；
（4）工作中如信号逐渐衰弱，以致消失，可提高工作频率；
（5）遇到磁暴时，可选用比平常低一些的频率。
计算机测频
利用计算机测频软件预测可用频率对短波通信很有帮助，是国外经常采用的先进技术手段。计算机测频系统能够根据太阳黑子活动规律等因素，结合不同地区的历史数据，预测两点之间在未来一段时期每天各时节的可用频段，具有较高参考价值。
美国、欧盟、澳大利亚政府的计算机测频系统数据比较准确，它们通过分布在全球的监测点采集和跟踪各种环境参数的变化提供频率依据。其中澳大利亚的ASPAS系统面向全世界提供测频服务，安装和服务费用不高，很有使用价值。
1.2 正确选择和架设天线地线
天线和地线是很多短波用户容易忽视的问题。当通信质量不好时，很多人习惯于从电台上找原因，而实际上信号不良常常源自天线或地线。
短波和超短波使用的天线是完全不同的。超短波通信因为使用频率高，波长短，天线可以做得很小，通常为直立鞭状天线。而短波通信因使用的频率较低，天线必须做得足够大才能有效工作。简单的规律是：天线的长度达到所使用频率的1/2波长时，天线的效率最高。
短波天线的理论原理比较高深。短波天线的种类繁多，用途各异，究竟应该选购何种天线,怎样安装架设才能获得良好的通信效果？根据我们了解和掌握的情况作如下简要介绍：
(1)了解天线的基本工作原理
短波天线分地波天线和天波天线两大类。
地波天线包括鞭状天线、倒L形天线、T形天线等。这类天线发射出的电磁波是全方向的，并且主要以地波的形式向四周传播，故称全向地波天线，常用于近距离通信。地波天线的效率主要看天线的高度和地网的质量。天线越高、地网质量越好，发射效率越高，当天线高度达到1/2 波长时，发射效率最高。
天波天线主要以天波形式发射电磁波，分为定向天线和全向天线两类。典型的定向天波天线有：双极天线、双极笼形天线、对数周期天线、菱形天线等，它们以一个方向或两个相反方向发射电磁波，用天线的架设高度来控制发射仰角。典型的全向天波天线有：角笼形天线、倒V形天线等。它们是以全方向发射电磁波，用天线的高度或斜度来控制发射仰角。
天波天线简单的规律为：天线水平振子（一臂的）长度达到1/2波长时，水平波瓣主方向的效率最高；天线高度越高，发射仰角越低，通信距离越远；反之，天线高度越低，发射仰角越高，通信距离越近；天线高度与波长之比（H/λ）达到二分之一时，垂直波瓣主方向的效率最高。(2)按用途选购天线
随着短波通信技术的发展，短波天线出现了很多不同用途的新品种，例如用于短波跳频的高效能宽带天线；用于为了解决天线架设场地小和多部电台共用一副天线的多馈多模天线等。选择天线基本的着眼点应该是用途。
近距离固定通信：选择地波天线或天波高仰角天线。
点对点通信或方向性通信：选择天波方向性天线等。
组网通信或全向通信：选择天波全向天线。
车载通信或个人通信：选择小型鞭状天线。
(3) 正确处理天线价格与质量的关系
俗话讲一分钱一分货。首先同种用途的天线有不同种类，其增益有高低之分。此外同一种外形的天线，使用不同材料；不同制造工艺，其通信效果的差异是很大的。例如以特种不锈铜钢复合绞线为振子的天线，比用塑包线为振子的天线高频电磁转换效率高得多。又例如匹配器所用的磁性材料优劣，对电台与天线的匹配状态影响极大。高性能磁料能够保证全频段每个频点都能良好匹配；劣质磁料可能造成很多频点甚至整段频率匹配不好，驻波比过大。使用劣质天线，电台输出的功率可能只送出去不到三分之一甚至更少，通信效果可想而知。
在投资增加不多的前提下，尽量选用高质量高增益的天线，能够保证长期稳定和优良的通信效果和延长使用寿命，是很划算的。
（4）介绍二种性能和价格兼优的基站天线
根据多年的对比实验和实际使用经验，我们认为有两种进口天线在性能上能够广泛满足我国大多数用户的通信要求，而且价格不高，性能价格比好，以下分别介绍：
● 用于全方位通信的三角组合型全向全角天线
我国省级行政区，从省会到边缘地区的距离多数在1200公里以内。在这个区域内组建全省或地区的通信网，中心基站选用这种天线是比较理想的。
这种天线既能照顾360°全方位，又能照顾近中远各种距离，接收效
果好，对改善通信盲区特别有效，此外它能兼顾垂直极化波和水平极化波，对区域内各种台站的不同种类天线的兼容性好。
● 兼顾全向和定向两种用途的高增益三线式天线
三线式天线是国际上近年流行的新型多用途天线，它虽然属于偶极天线类，但其性能是普通双极天线无法相比的。与普通双极天线相比它有以下优点：
1.增益高，全频段内驻波比小，而且均匀辐射效率高；
2.水平架设时不仅在天线宽边方向辐射强，而且在窄边方向也有较强辐射；
3.架设状态平稳，抗风抗毁能力强；
4.提供平行和倒V两种架设方式，分别支持2500公里内定向通信和2000公里半径内全向通信。
以上两种天线的振子材质都是不锈铜钢复合绞线，电磁转换效率高而且经久耐用；其高性能磁性材料保证了全频段匹配良好。
（5）正确架设天线和连接馈线
选购好合适的天线后，还必须正确地安装架设，才能发挥出最佳效果。
天线的长度和架设规范是不能改变的，但对于某些天线而言，架设的方向和高度是靠用户自己掌握的，应严格按通信的方向和距离来确定方向和高度。天线的架设位置以开扩的地面为好，没有条件的单位也可以架在两个楼房之间或楼顶。天线高度指天线发射体与地面或楼顶的相对高度。架在楼顶时，高度应以楼顶与天线发射体之间的距离计算，不是按楼顶与地面的高度计算。我们提醒用户，切忌因为架设场地不理想或怕麻烦，就
随便把天线架起来完事，这样做通信效果很可能是不好的。
另一个要点是馈线的选用和布设。馈线是将电台的输出功率送到天线进行发射的唯一通道，如果馈线不畅通，再好的电台和天线，通信效果也是很差的。馈线分为明馈线和射频电缆两类。目前100W~150W电台一般都使用射频电缆馈电方式。选用射频电缆时要注意两项指标：一是阻抗为50欧姆；二是对最高使用频率的衰耗值要小。一般来讲，射频电缆直径越粗，衰耗越小，传输功率越大。在实际使用中，100W级短波单边带电台，常选用SYV-50-5或SYV-50-7的射频电缆，必要时也可以选SYV-50-9的射频电缆。
天线在进行安装选位和布设时，应尽可能缩短馈线的长度，普通SYV-50-5馈线每1米造成信号衰减0.082dB，这意味着100W电台功率通过50米馈线送达天线时，功率剩下不到40W。因此通常要求馈线长度控制在30米以内。如果因为场地条件限制必须延长馈线，则应采用大直径低损耗电缆。另外在布设电缆，应尽量减少弯曲，以降低对射频功率的损耗，如果必需弯曲，则弯曲角度不得小于120度。
（6）电台和天线的匹配
天线、馈线、电台三者之间的匹配必须引起高度重视，否则，虽然电台、天线、馈线都选得很好，通信效果还是不好。
所谓“匹配”就是要求达到无损耗连接，只有电台、馈线、天线三者保证高频输入输出阻抗一致，才能实现无损耗连接。多数短波电台的输出/输入阻抗为50欧姆，必须选用阻抗为50欧姆的射频电缆与电台匹配。天线的特性阻抗比较高，一般为600欧姆左右，只有宽带天线的特性阻
抗稍低一点，大约200~300欧姆，因此，天线不能直接与射频电缆连接，中间必须加阻抗匹配器（也叫单/双变换器）。阻抗匹配器的输入端阻抗必须与射频电缆的阻抗一致（50欧姆），输出端阻抗必须与天线的输入阻抗一致（600欧姆或200/300欧姆）。阻抗匹配器的最佳安装位置是与天线连为一体。
自动天线调谐器也是匹配天线和电台阻抗用的。自动天调的输入端与电台连接，输出端与单极天线连接。自动天调与偶极天线连接时要根据不同产品而定。有些天调要求加单/双变换器，天调与单/双变换器之间用50欧姆射频电缆相连（芯线接天调输出端，外皮接天调的地端），单/双变换器的双输出端与天线连接；多数新型天调不用加单/双变换器，用天调的输出端和接地端分别连接偶极天线的两臂，匹配效果更好，而且效率更高。
（7）正确埋设接地体和连接地线
地线是很多用户容易草率处理的问题。短波通信台站的地线是至关重要的，地线实际上是整个天馈线系统的重要组成部分。我们所说的地线，不是交流供电系统中的电源地或保安地。这里所说的地线是信号地，也称高频地。信号地一般不能接到电源地或保安地上，必须单独埋设。埋设接地体时，必须按有关标准进行，接地电阻不应大于4欧姆。电台的接地柱和接地体之间，必须用多股线铜、编织铜线或大截面优良导体连接，才能起到良好的高频接地作用。而良好的高频接地是减小发射驻波和减小接收噪声的必要前提。
1.3 选用先进优质的电台和电源
工作频率和天线地线搞好了，相当于铺了一条“好路”。好路上还要跑“好车”。好车就是先进优质的电台和电源等设备。
（1）选择电台的原则和标准
怎样评价电台的先进性和优质呢？先进性体现在两个方面：一是电气特性和工艺结构，这方面先进与否决定了性能指标的优劣和设备的可靠性；二是使用功能，具有多种先进功能的电台不仅用途更广泛，而且也说明制造者的科技实力。
电气特性涉及的内容很多，这里只简述三个方面：
①频率特性。好的电台频率稳定性比差的电台高几倍、几十倍甚至几百倍。频率稳定性高的电台，不但话音清晰，信号等级高，而且是支持高速数传的必要条件。在评价频率稳定性时要注意两点：一是全频段各频点的稳定性要一致；二是要在很宽的温度范围内稳定，不能机器一发热就产生频漂。
②通道特性。这一特性描述信号在通过高频、中频、低频几个通道后的畸变程度。当进行短波数传时，这一问题非常突出。使用通道特性差的电台，无论怎样改造，数传速率都上不去，原因之一就是高速数据脉冲通过不佳的通道后发生明显畸变，使其难以被识别。
③干扰和抗干扰特性。这方面的性能在技术说明书上都是以dB（分贝）值表示的，我们统称为dB指标。电台发射方面的dB指标不好，说明你传给对方台的信号不好，而且干扰其它台；电台接收方面的dB指标不好，说明自身容易被别人干扰；二者都是不能容许的。
工艺结构方面，主要看电路集成度和模块化程度。集成度高，可靠性必然高。模块化除了提高设备可靠性外，还使扩展功能和维修十分便利，
是当今电台工艺的主流趋势。
再来看使用功能。社会需求的发展和科技的进步，使短波通信日益向多功能化方向发展。像用于半自动优选频率的自适应功能和全自动优选频率的自优化功能，用于计算机和传真机的数据传输功能，用于保密和抗干扰的跳频功能，用于组网通信的数字选呼功能，用于卫星定位的GPS监控功能，用于连接有线网的有线无线转接功能，等等。在具有这些现代化功能的电台面前，那些只能进行简单通话的电台就显得太原始了。目前在国内有一种现象，就是很多单位致力于在一些单功能电台上添加数传、自适应等功能。这固然是由于有大量旧式电台要改造，可能还有造价方面的考虑。但可以肯定这种现象是过渡阶段。正像现在大家都用GSM手机，再也没有人使用土造的手持电话一样，未来的短波领域也势必普及先进的多功能电台。此外，先进优质电台的售价呈下降趋势，也越来越接近我国用户的经济承受能力。
哪些电台先进而且优质，要具体分析，但有一点可以肯定：目前国内常见的多数日本电台，其电性能、可靠性、功能等与欧美和澳大利亚名牌产品不在一个等级上。
澳大利亚柯顿公司首创的NGT自优化短波电台，正是先进电台的代表。
（2）电源质量与通信效果的关系
很多人认为只要稳压电源的输出电压和电流的数值符合要求就可以用，这种认识不够全面。其实有些干扰可能来自电源，有些话音失真也可能是电源动态范围不足所致。数据传输对电源的要求更严格，如果电源的
电磁屏蔽特性不好，输出纹波大，将直接导致数传工作不正常。功率容量和设计余量也是考核稳压电源优劣的重要依据，有些电源为了降低生产成本，加强价格竞争能力，把功率容量设计在临界状态，并尽量简化电路，选用低指标元器件等等。这类电源的技术性能和可靠性肯定是做不高的。
好汽车要用好发动机，好电台要用好电源，道理是相同的。在选购电源时，一定要挑选功率容量大、输出电压纹波小、电磁屏蔽特性好、电路设计余量大的静化电源产品。
2、短波通信的常见难点及解决方法
2.1 近距离盲区及解决方法
前节已介绍了天波和地波二种传输途径。一般来说，地波最远可达30公里。而天波从电离层第一次反射落地（第一跳）的最短距离约为100公里。可见30至100公里之间这一段，地波和天波都够不到，形成了短波通信的“寂静区”，也称为盲区。盲区内的通信大多是比较困难的。解决盲区通信主要有两个方法：一是加大电台功率以延长地波传播距离；二是常用的有效方法就是选用高仰角天线，也称“高射天线”或“喷泉天线”。仰角是指天线辐射波辨与地面之间的夹角。仰角越高，电波第一跳落地的距离越短，盲区越少，当仰角接近90°时，盲区基本上就不存在了。前文提到的三角组合型全向全角天线就属于这一类。
2 车载台的通信困难及解决方法
车载通信一直都是短波通信中的一个难题。车的体积就那么大，没办法架长天线，其辐射能力怎么也比不上固定台。因此必须从合理设计天线形态和合理选择架设位置等方面来弥补，尽可能利用车体的反射效应，尽
可能增加天线的“电长度”。
车载天线有多种，现在国际上多认为鞭状天线更适合车辆运动中通信，而自动天调应该安装在车外，最好是与天线鞭结合为一体，也就是常说的自调谐鞭状天线，这种天线因天调输出端与天线连接的馈线很短，故效率比较高。美军现在就大量使用这种天线。
鞭状天线可选择两种架设形态：
①远距离通信时多用直立形态，这时可以利用地面以下部分的“镜象天线”效应，使天线鞭的电长度比实际架高增加将近一倍。
②近距离通信时通常将天线鞭拉弯俯卧，利用车顶的反射作用增加高仰角辐射分量，改善盲区通信效果。
不管采取何种措施，车载台因天线长度的限制，发射效率肯定不如固定台高，因此实际通信中常常发现车载台收固定台的信号好，而固定台收车载台的信号不好的现象，为了弥补这种差异，建议车载台备份野外应急软天线供停车时使用。
国外目前还建议采用加大车载台功率的方法延长地波通信距离，改善盲区。提高车载台功率需要在原有100W电台基础上接续500W功率放大器，并相应改用大功率车载天线和大功率车载电源，这种大功率车载系统是行之有效的。
比较而言，船载通信比车载通信困难少得多。一是因为船体长，有围杆，便于架设天、地波兼顾的斜天线；二是海面地波传得远而且船离基地台距离也较远，不容易形成通信盲区。但是船载天线要求抗风强度高，抗腐蚀能力强。
短波通信是指波长１００－１０米（频率为３－３０ＭＨｚ）的电磁波进行的无线电通信。短波通信传输信道具有变参特性，电离层易受环境影响，处于不断变化当中，因此，其通信质量，不如其它通信方式如卫星、微波、光纤好。短波通信系统的效果好坏，主要取决于所使用电台
性能的好坏和天线的带宽、增益、驻波比、方向性等因素。近年来短波电台随着新技术提高发展很快，实现了数字化、固态化、小型化，但天线技术的发展却较为滞后。由于短波比超短波、卫星、微波的波长长，所以，短波天线体积较大。在短波通信中，选用一个性能良好的天线对于改善通信效果极为重要。下面简单介绍短波天线如何选型和几种常用的天线性能。
一、衡量天线性能因素
天线是无线通信系统最基本部件，决定了通信系统的特性。不同的天线有不同的辐射类型、极性、增益以及阻抗。
１．辐射类型：决定了辐射能量的分配，是天线所有特性中最重要的因素，它包括全向型和方向型。
２．极性：极性定义了天线最大辐射方向 电气矢量的方向。垂直或单极性天线（鞭天线）具有垂直极性，水平天线具有水平极性。
３．增益：天线的增益是天线的基本属性，可以衡量天线的优劣。增益是指定方向上的最大辐射强度与天线最大辐射强度的比值，通常使用半波双极天线作为参考天线，其它类型天线最大方向上的辐射强度可以与参考天线进行比较，得出天线增益。一般高增益天线的带宽较窄。
４．阻抗和驻波比（ＶＳＷＲ）：天线系统的输入阻抗直接影响天线发射
效率。当驻波比（ＶＳＷＲ）１：１时没有反射波，电压反射比为１。当ＶＳＷＲ大于１时，反射功率也随之增加。发射天线给出的驻波比值是最大允许值。例如：ＶＳＷＲ为２：１时意味着，反射功率消耗总发射功率的１１％，信号损失０．５ｄＢ。ＶＳＷＲ为１．５：１时，损失４％功率，信号降低０．１８ｄＢ。
二、几种常用的短波天线
１．八木天线（ＹａｇｉＡｎｔｅｎｎａ）八木天线在短波通信中 通常用于大于６ＭＨｚ以上频段，八木天线在理想情况下增益可达到１９ｄＢ，八木天线应用于窄带和高增益短波通信，可架设安装在铁塔上 具有很强的方向性。在一个铁塔上可同时架设几个八木天线，八木天线的主要优点是价格便宜。
２．对数周期天线（ＬｏｇＰｅｒｉｏｄｉｃＡｎｔｅｎｎａ）对数周期天线价格昂贵，但可以使用在多种频率和仰角上。对数周期天线适合于中、短波通信，利用天波信号，效率高，接近于发射期望值。与其它高增益天线相比，对数周期天线方向性更强，对无用方向信号的衰减更大。３．长线天线（Ｌｏｎｇ－ＷｉｒｅＡｎｔｅｎｎａｓ）长线天线优点是结构简单，价格低，增益适中。与八木天线和对极周期天线比，长线天线长度方向性和增益低。但其优势在于，由于其增益与线长度有关，用户可以找到最佳接收线的长度和角度。通过比较信号波长，计算出线的长度，非常适合于远距离通信。当线长４倍波长在仰角为２５度时与双极天线比
增益高３ｄＢ，当线长８倍于波长时，增益高６ｄＢ，仰角下降到１８度，４．车载移动天线（ＭｏｂｉｌｅＡｎｔｅｎｎａｓ）移动天线一般工作在２．０～２５ＭＨｚ频段上，为垂直极性天线，性能与机械特性有关，天线长度较短，在低仰角工作时，发射效率适中。在通常情况下，车载天线仰角应大于４５度，因为天线长度较短，是低效天线。在汽车上，机械特性限制了天线的选择，但天线可以放置为倒"Ｌ"型，这样增加了天线的垂直辐射面，可以提高发射效率，倒"Ｌ"天线适宜用于中短波通信。
三、常用短波天线性能
方向性天线、简单的双极天线适用于短距离通信，但短波远距离通信信号微弱，甚至被各种噪音淹没时，天线就需要选择比双极天线增益更高的天线。理想方向性天线在工作方向上具有很高增益而无用方向上增益为０。
四、不同环境下天线选型
１．固定站间远／近距离通讯由于固定站间通讯方向是固定不变的，所以一般采用高增益，方向性强的短波天线。通信距离在１０００－３０００公里，可使用高增益，低仰角对数周期天线（ＬＰ），但天线价格昂贵。在实践中１００Ｗ短波自适应电台配这种天线，可基本实现北京至昆明，乌鲁木齐甚至拉萨全天候通信。如果通信质量要求不是太高也可使用价格相对便宜的天线如八木天线，长线天线，但长线天线需用天调。距离在６００Ｋｍ以内时采用水平双极天线可取得较好效果，但水平双极天线占地较大，中心站电台较多不适合布天线阵。
２．固定站与移动站间通讯由于移动站在运动中，通讯方向不固定，所以中心站的天线应选用全向天线，例如，多膜短波宽带天线或配有天线调
谐器的鞭状天线。多膜天线虽然价格较贵，但是一个天线竿上可以绕三副天线（俩副高仰角天线，一副低仰角天线）远、近距离通信均可兼顾。中心站也可用鞭状天线，鞭状天线的仰角低，近距（２０--１００公里）通信困难，远距离（５００--３０００公里）只要频率合适，通信效果较好。移动站天线由于安装面的限制，多采用鞭状天线，国内有时用栅网、双环、三环天线。远距离通信时，鞭状天线竖直，近距离通信则可以放置为倒"Ｌ"型，这样使用增加了天线的垂直辐射面，可以提高发射效率。只要天线的发射角、电台的工作频率合适，可以克服短波盲区（３０--８０公里）的通信困难。
３．干扰环境下的天线选型电台干扰是指工作在当前工作频率附近的无线电台的干扰，其中包括敌方有意识的电子干扰。由于短波通信的频带非常窄，而且现在短波用户越来越多，因此电台干扰就成为影响短波通信顺畅的主要干扰源。特别对于军用通信系统，这种情况尤其严重。电台的干扰与其他自然条件引起的干扰有很大的不同，它带有很大的随机性和不可预测性。在敌方有意识的电子干扰情况下，采用高增益、方向性强的对数周期天线可取得一定的效果。当然，克服干扰主要提高短波电台性能（发射功率、接收灵敏度等等）或者采用频率自适应、短波宽带跳频技术。如果需要数传，调制解调器性能也非常关键，带有交织功能的串行体制短波高速调制解调器具有良好的抗干扰性能。
在影响短波通信效果的主要因素中，天线是首要的。选择一副好天线可以使电台的有效幅射功率成倍甚至成几倍增加。
根据通信距离、通信方向（定向或全向）、承受功率的不同，短波天线品
一、短波通信概述 (1) 二、短波通信的优势 (2) 三、短波通信的一般原理 (2) 3.1.无线电波传播 (2) 3.2 电离层的作用 (4) 3.3 短波频率范围 (4) 3.4 短波传播途径 (4) 四、单边带概念 (5) 4.1 单边带的定义 (5) 4.2 单边带的优点 (5) 五、优化短波通信的方法 (6) 5.1 正确选用工作频率 (6) 5.2计算机测频 (7) 5.3 正确选择和架设天线地线 (7) 六、短波电台天线知识 (7) 6.1了解天线的基本工作原理 (7) 6.2正确选择电台天线 (8) 6.3正确处理天线价格与质量的关系 (8) 6.4常用的天线 (9) 6.4.1用于全方位通信的三角组合型全向全角天线 (9) 6.4.2兼顾全向和定向两种用途的高增益三线式天线 (9) 七、工程施工要点 (10) 7.1正确架设天线和连接馈线 (10) 7.2电台和天线的匹配 (10) 7.3正确埋设接地体和连接地线 (11) 7.4选用先进优质的电台和电源 (11) 八、短波电台的应用 (12) 9.1 近距离盲区及解决方法 (13) 小知识： (14) 一、衡量天线性能因素 (14) 二、几种常用的短波天线 (15)
一、短波通信概述 短波通信是利用波长为100-10米(3-30兆赫兹)的电磁波进行的无线电通信，也称高频通信，主要靠天波传播，可经电离层一次或数次反射，最远可传至上万公里，如按气候、电离层的电子密度和高度的日变化，以及通信距离等因素选择合适的频率，就可用较小功率进行远距离通信。但是由于电离层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素的影响，所以短波通信的稳定性较差，噪声较大。目前，它广泛应用于电报、电话、低速传真通信和广播等方面。 由于采用大气空间及电离层为传输媒介无需投资，仅需配置短波收发信机和天线、馈线系统即可组成短波通信系统。该系统通信设备较简单，机动性大，因此，可用于电话、电报、传真和广播等业务，特别适合应急通信和抗灾通信。 短波通信载频低，可用频带窄，容量不大，并且稳定性较差，所以较少用于民用通信。但近几年，随着新技术的发展，利用计算机进行自动测量传播参数和自动选择最佳通信频率的高频自适应通信，不但使电报电话短波通信可随时保持畅通，而且还可以进行数据速率达4800比特/秒的低速数据通信。
技术市场 从1924年实验室发现了电离层及短波通信实现以后,短波通信以其远距离通信、良好的机动性能、顽固性强及同时具备多种通信能力的特点在战术通信、军事领域、生产领域得到广泛的应用。上个世纪80年代之后,随着大规模的集成电路、电子信息技术、数字化信息处理技术、高速度数字信号处理器等一系列科学技术的发展,短波通信正式进入现代化的数字通信时代。就目前形势而言,短波通信技术虽然大量的应用低速跳频、低速数据传输、声码等,自身的通信能力拥有了一定的抗干扰性,但仍存在一些不足之处。随着数字科学技术的发展,数字信息处理技术、扩频通信技术及自适应技术的应用,短波通信技术中长期处于研究阶段的成果正在逐步地迈向实用阶段。 一、短波通信技术的特点分析 1.波形 短波通信西洞中的自动链路及数据传输将使用相同的突发波,进而起到提高系统灵活性的作用。 2.信道分离 短波通信系统把呼叫信道及数据流信道进行分离并让二者之间相邻,以便他们保持传输特性上相近。信息分离一方面可以让信息流量各自承担,另一方面可以保证信息传送过程中的高效率性及链路建立的快速性。 3.链路建立的同步性 第二代短波通信以异步方式建立链路系统,而第三代短波通信技术将异步方式和同步方式都采用。同步方式相比之于异步方式具有延时更小的特点,电台的驻留信道在在这种方式下某一时间内是确定的。 4.管理业务能力强
第三代短波通信技术对各种业务都具备良好的管理能力,在建立链路的同时可以自动的确定通信的双方所采用的抗干扰及数据体制。同时还具备快速建立链路、同步建立及信息携带的功能。 5.具有可靠地最低限度的通信能力 第三代短波通信技术技术与极低速技术结合在一起,在极其恶劣的环境下实现最低限度通信。极低速的链路建立能力可以达到-20dB,定调频和数据通讯在正常的情况下无法实现的极低速可以完成。 二、短波通信技术的发展趋势 目前的短波通信技术主要指的是频率自适应技术,而未来的短波通信技术将朝着更全方位的方向发展。 1.短波自适应数字通信技术 (1专用选频和通信系统建立。目前我们常用到的自适应选频与信道建立技术都是与通信结合在一起,这种方法的缺点是选频质量大大低于专用选频系统的频率质量。为了确保频率质量,为了提高短波通信质量,我们应该将专用选频系统和自适应通信系统结合在一起;(2传输速率技术。短波通信选定工作频率后,前提是采用传输速率自适应技术,才可能随时获得信道上最大数据吞吐量。我们在允许的误码率范围内应尽可能选择高的数据传输率。为便于确保通信质量,系统所采用的编码和调制方法应与信道条件相关联。当信道传播性良好的时候选择较高传输效率发送信息,反之较差的时候,降低传输速率。 2.高速调制解调技术 当前受到广泛应用的窄带短波电台一共有串行调制调解器和并行调制调解器。串行体制的调制调解器使用的是单载波进行信息发送,最高速率可达到9.6kb/s,这种体制的调制调解器对均衡提出了较高的要求。并行体制的调制调解器主要是将传输
一、填空 1、单音调制时，幅度A不变，改变调制频率Ωm，在PM中，其最大相移△θm 与Ωm_______关系，其最大频偏△?m与Ωm__________；而在FM，△θm与Ωm________,△?m与Ωm_________。 1、在载波同步中，外同步法是指____________________，内同步法是指 ________________________。 2、已知一种差错控制编码的可用码组为：0000、1111。用于检错，其检错能力 为可检；用于纠正位错码；若纠一位错，可同时检查错。 3、位同步信号用于。 1．单边带信号产生的方式有和。 2．设调制信号的最高频率为f H ，则单边带信号的带宽为，双边带信号的带宽为，残留边带信号的带宽为。 3．抽样的方式有以下2种：抽样、抽样，其中没有频率失真的方式为抽样。 4．线性PCM编码的过程为，，。 5．举出1个频分复用的实例。 6．当误比特率相同时，按所需E b /n o 值对2PSK、2FSK、2ASK信号进行排序 为。 7、为了克服码间串扰，在___________之前附加一个可调的滤波器；利用____________的方法将失真的波形直接加以校正，此滤波器称为时域均衡器。 1、某数字传输系统传送8进制信号，码元速率为3000B，则该系统的信息速 率为。 2、在数字通信中，可以通过观察眼图来定性地了解噪和对系统性 能的影响。 3、在增量调制系统中，当模拟信号斜率陡变时，阶梯电压波形有可能跟不 上信号的变化，形成很大失真的阶梯电压波形，这样的失真称 为。 4、为了防止二进制移相键控信号在相干解调时出现“倒π”现象，可以对 基带数字信号先进行，然后作BPSK调制。 1、通信系统的性能指标主要有和，在模拟通信系统中前者用有效传输带宽衡量，后者用接收端输出的衡量。 2、对于一个数字基带传输系统，可以用实验手段通过在示波器上观察该系统
第一章绪论 学习要求： 常用通信术语； 模拟信号与数字信号的定义； 通信系统的组成、分类、和通信方式； 数字通信系统的优缺点； 离散消息的信息量、平均信息量（信源熵）的计算； 衡量模拟通信系统和数字通信系统的性能指标； 传码率、传信率、频带利用率、平均传信率和最大传信率的计算及其关系； 误码率和误信率的定义及计算。 一、简答题 1．消息、信息、信号，通信的含义是什么通信系统至少包含哪几部分 2．试画出模拟和数字通信系统的模型图，并指出各组成部分的主要功能，说明数字通信系统有什么特点 3．举例说明单工、半双工及全双工的工作方式及其特点。 4．举例说明如何度量信息量。 5．通信系统的性能指标是什么这些性能指标在模拟和数字通信系统中指的是什么二、综合题 1.设有四个符号，其中前三个符号出现的概率分别为1/4，1/8，1/8，且各符号的出现是相对独立的。试计算该符号集的平均信息量。 H x bit/符 2.一个由字母A、B、C、D组成的字，对于传输的每一个字母用二进制脉冲编码，00代替A、 01代替B、10代替C，11代替D，每个二进制脉冲宽度为5ms。
（1）不同字母是等可能出现时，试计算传输的平均信息速率； （2）若每个字母出现的可能性分别为 1 1 1 3 P A ，P B ，P C ，P D 5 4 4 10 试计算传输的平均信息速率。 R b max 200 bit/s R b bit/s 3.国际莫尔斯电码用“点”和“划”的序列发送英文字母，“划”用持续3单位的电流脉冲 表示，“点”用持续1单位的电流脉冲表示；且“划”出现的概率是“点”出现概率的1/3。 （1）计算“点”和“划”的信息量； （2）计算“点”和“划”的平均信息量。 I 2 bit I. bit H x bit/符 4.设一信息源的输出由128个不同的符号组成，其中16个出现的概率为1/32，其余112出现的概率为 1/224。信息源每秒发出 1000个符号，且每个符号彼此独立。试计算该信息源的平均信息速率。 R b 6405 bit/s 5.已知某四进制数字传输系统的传信率为2400b/s，接收端在小时内共收到126个错误码元，试计算该系统的误码率P e 。 P e 105 6．某4ASK系统的4个振幅值分别为0,1,2,3。这4个振幅是相互独立的； （1）振幅0,1,2,3出现概率分别为：,,,，求各种振幅信号的平均信息量 （2）设每个振幅的持续时间（即码元宽度）为1s，求此系统的信息速率
一、填空： (1)某路中要传输的语音信号频率围是200～4000Hz，用PCM调制方式处理时， 则对语音信号的最低抽样速率为8000Hz，码元周期为0.125ms，如果对此信号的每个抽样值进行8位二进制编码，则当采用均匀编码方式时，最小量化单位是整个量化区域的1/256，对编码结果传输时的信息速率是64kbps，码元速率为64KB，采用二进制非归零编码方式时，基带信号带宽是64000Hz，无码间串扰的最大频带利用率是2B/Hz，而当采用A律十三折线方式编码时，最小量化单位是整个量化区域的1/2048，对编码结果传输时的码元速率为64KB，基带信号带宽是64000Hz，无码间串扰的最大频带利用率是2B/Hz，接收端在解调后恢复原语音信号时应该使用低通滤波器，其截止频率应该是64000Hz。如果使用我国TDM的现代数字公用网对这种主意信号进行传输，则传输一次群时信号的码元速率为2048KB，其中用来传送语音信号的大约占整个时间片的15/16，用来传送同步信号的时间片占整个时间片的15/16，用来传送信令信号的时间片占整个时间片的15/16。 (2)通信信号的复用方式有时分复用（TDM），频分复用（FDM），码分复用（CDM） 和波分复用（WDM）等等。 (3)通信按照消息传递的方向与时间关系分可以有单工，半双工和全双工三种方 式。 (4)通信按照数字信号的排列顺序分可以有串行通信和并行通信两种方式。 (5)某路中要传输的语音信号频率围是200～4000Hz，则其基带信号的带宽为 3800Hz，用AM调制方式进行调制通信时，已调信号的带宽是7600Hz，用DSB 调制方式进行调制通信时，已调信号的带宽是7600Hz，用SSB调制方式进行调制通信时，已调信号的带宽是3800Hz，用2ASK调制方式对其A律13折线编码进行调制通信时，已调信号的带宽是64000Hz，用2FSK调制方式对其A 律13折线编码进行调制通信且采用的两种载波频率分别为2MHz和2.5MHz 时，已调信号的带宽是564kHz，用2PSK调制方式对其A律13折线编码进行调制通信时，已调信号的带宽是64000Hz，用2DPSK调制方式对其A律13折线编码进行调制通信时，已调信号的带宽是64000Hz。 (6)信息是指消息中不确定的容。 (7)衡量数字通信系统的有效性的主要性能指标是指传输速率、频带利用率。 (8)平稳随机过程具有各态历经性，其含义是：随机过程中的任一实现都经历了 随机过程的所有可能状态。 (9)凡是功率谱密度在整个频域都是均匀分布的噪声，被称为白噪声。 (10)信道容量衡量的是信道的极限传输能力。 (11)香农公式是C=B*log2(1+S/N)。(12)调制制度增益是解调器的输出信噪比与输入信噪比的比值，通常用 来描述线性调制系统的抗噪声性能。 (13)利用预先设定的有限个电平来表示模拟抽样值的过程称为量化。 (14)抽样定理指：一个频带限制在（0，f H）赫兹的时间连续信号m(t)，如 果以 1/2f H秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。 (15)从差错控制角度看，按加性干扰引起的错码分布规律的不同，信道可 分为三类：随机信道、突发信道和混合信道。 (16)为纠正1个错码，同时检测2个错码，则要求最小码距为 4 。 (17)已知某通信系统待传送的信息为二进制码元序列{a n}，当采用单极性 不归零码型表示{a n}时，若码元周期为T s=0.2ms，某余弦载波频率为f0=30MHz，则：(要求一定要有单位，否则不给分) (18)表示{a n}的基带信号带宽B基=__5KHz__；码元速率R C=_5KB_；信息速 率R b=__5kbps____ (19)对{a n}作2ASK调制时，已调信号带宽B2ASK=__10KHz__；码元速率R C=_5KB ___；信息速率R b=_5kbps__；频带利用率η=__0.5_B/Hz_； (20)对{a n}作2PSK调制时，已调信号带宽B2PSK=___10KHz__；码元速率 R C=__5KB __；信息速率R b=_5kbps__；频带利用率η=__0.5_B/Hz_； (21)对{a n}作2DPSK调制时，已调信号带宽B2PSK=___10KHz__；码元速率 R C=__5KB __；信息速率R b=_5kbps__；频带利用率η=__0.5_B/Hz； (22)对上题{an}采用单极性归零码型（占空比为0.5）表示时，若码元周 期为Ts=0.2ms，表示{an}的基带信号带宽B基=_10KHz__；其功率谱包括离散谱和连续谱； (23)已知某通信系统待传送的信息为二进制码元序列{a n}，当采用单极性 不归零码型表示{a n}时，若码元周期为T s=0.5ms，有两种余弦载波频率分别为f1=3MHz，f2=3.02MHz，则： (24)表示{a n}的基带信号带宽B基=_2KHz_；码元速率R C=_2KB_；信息速率 R b=_2kbps_ (25)对{a n}作2FSK调制时，已调信号带宽B2FSK=__24KHz_；码元速率 R C=__2KB__；信息速率R b=_2kbps_；频带利用率η=_1/12_B/Hz_； (26)已知某通信系统待传送的信息为八进制码元序列{an}，当采用多极性 不归零码型表示{an}时，若码元周期为Ts=0.2ms，某余弦载波频率为f0=30kHz，则： (27)表示{a n}的基带信号带宽B基=_5KHz_；码元速率R C=__5KB_；信息速率 R b=__15kbps____
短波电台通信原理 尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视，不仅没有被淘太，还在快速发展。其原因主要有三： 一、短波是唯一不受网络枢钮和有源中继体制约的远程通信手段，一但发生战争或灾害，各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击。无论哪种通信方式，其抗毁能力和自主通信能力与短波无可相比； 二、在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波； 三、与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。 近年来，短波通信技术在世界范围内获得了长足进步。这些技术成果理应被中国这样的短波通信大国所用。用现代化的短波设备改造和充实我国各个重要领域的无线通信网，使之更加先进和有效，满足新时代各项工作的需要，无疑是非常有意义的。 这里简要介绍短波通信的一般概念，优化短波通信的经验，以及一些热门的新技术。 1、短波通信的一般原理 1.1.无线电波传播 无线电广播、无线电通信、卫星、雷达等都依靠无线电波的传播来实现。 无线电波一般指波长由100,000米到0.75毫米的电磁波。根据电磁波传播的特性，又分为超长波、长波、中波、短波、超短波等若干波段，其中：超长波的波长为100,000米~10,000米，频率3~30千赫；长波的波长为10,000米~1,000米，频率30~300千赫；中波的波长为1,000米~100米，频率300千赫~1.6兆赫；短波的波长为100米~10米，频率为1.6~30兆赫；超短波的波长为10米~1毫米，频率为30~300,000兆赫（注：波长在1米以下的超短波又称为微波）。频率与波长的关系为：频率=光速／波长。 电波在各种媒介质及其分界面上传播的过程中，由于反射、折射、散射及绕射，其传播方向经历各种变化，由于扩散和媒介质的吸收，其场强不断减弱。为使接收点有足够的场强，必须掌握电波传播的途径、特点和规律，才能达到良好的通信效果。 常见的传播方式有： 地波（地表面波）传播 沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波。地波的传播途径如图1.1所示。其传播途径主要取决于地面的电特性。地波在传播过程中，由于能量逐渐被大地吸收，很快减弱（波长越短，减弱越快），因而传播距离不远。但地波不受气候影响，可靠性高。超长波、长波、中波无线电信号，都是利用地波传播的。短波近距离通信也利用地波传播。 直射波传播 直射波又称为空间波，是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波。直射波传播距离一般限于视距范围。在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。 在地面进行直射波通信，其接收点的场强由两路组成：一路由发射天线直达接收天线，另一路由地面反射后到达接收天线，如果天线高度和方向架设不当，容易造成相互干扰（例如电视的重影）。 限制直射波通信距离的因素主要是地球表面弧度和山地、楼房等障碍物，因此超短波和微波天线要求尽量高架。 天波传播 天波是由天线向高空辐射的电磁波遇到大气电离层折射后返回地面的无线电波。电离层只对短波波段的电磁波产生反射作用，因此天波传播主要用于短波远距离通信。 散射传播 散射传播是由天线辐射出去的电磁波投射到低空大气层或电离层中不均匀介质时产生散射，其中一部份到达接收点。散射传播距离远，但是效率低，不易操作，使用并不广泛。 1.2电离层的作用 电离层对短波通信起着主要作用，因此是我们研究的重点。
1. 未经过调制的数字信号所占据的频谱是从零频或很低频率开始，称为数字基带信号。 2. 表示信息码元的单个脉冲波形并非一定是矩形的，根据实际需要和信道情况，还可以是高斯脉冲、升余弦脉冲 等其他形式。数字基带信号可表示为： 3. ()()n s n s t a g t nT ∞ =-∞ = -∑，式中n a 为第n 个码元所对应的电平值（0，+1或者-1，+1等）；s T 为码元持续时间； ()g t 为某种脉冲波形。 4. 由于数字基带信号是一个随机脉冲序列，没有确定的频谱函数，所以只能用功率谱来描述它的频谱特性。 5. 二进制的基带信号的带宽主要依赖于单个码元波形的频谱函数。时间波形的占空比越小，占用的频带越宽。若 以频谱的第一个零点计算，NRZ （s T τ=）基带信号的带宽1s B f τ==；RZ （2s T τ=）基带信号的带宽为 12s s B f τ==，其中1s s f =是位定时信号的频率，在数值上与码元速率B R 相等。 6. 单极性基带信号是否存在离散谱取决于矩形脉冲的占空比。单极性NRZ 信号中没有定时分量，RZ 信号中存在 信号分量，可直接提取它。“0”“1”等概率的双极性信号没有离散谱，也就是说没有直流分量和定时分量。 7. 基带信号传输码码型的选择考虑以下原则： 1) 不含直流分量，且低频分量尽量少。 2) 应含有丰富的定时信息，以便从接收码中直接提取定是信号。 3) 功率谱主瓣宽度窄，以节省传输带宽。 4) 能适应信息源的变化。 5) 具有内在的检错能力。 6) 编译码简单，以降低通信延迟和成本。 8. 有效性和可靠性是通信系统的两个重要指标。在模拟通信系统中，有效性用带宽衡量，可靠性用输出信噪比衡量；在数字通信系统中，有效性用码元速率、信息速率和频带利用率表示。可靠性用误码率衡量。 9. 信息速率b R 是每秒发送的比特数；码元速率B R 是每秒发送的码元个数。 2log (/)b B R R M b s =。在讨论效率时，信息速率更为重要，而码元速率决定了发送信号所需的带宽。
第一章绪论 1.3何谓数字通信，数字通信有哪些优缺点 传输数字信号的通信系统统称为数字通信系统；优缺点： 1.抗干扰能力强； 2.传输差错可以控制； 3.便于加密处理，信息传输的安全性和保密性越来越重要，数字通信的加密处理比模拟通信容易的多，以话音信号为例，经过数字变换后的信号可用简单的数字逻辑运算进行加密，解密处理； 4.便于存储、处理和交换；数字通信的信号形式和计算机所用的信号一致，都是二进制代码，因此便于与计算机联网，也便于用计算机对数字信号进行存储，处理和交换，可使通信网的管理，维护实现自动化，智能化； 5.设备便于集成化、微机化。数字通信采用时分多路复用，不需要体积较大的滤波器。设备中大部分电路是数字电路，可用大规模和超大规模集成电路实现，因此体积小，功耗低； 6.便于构成综合数字网和综合业务数字网。采用数字传输方式，可以通过程控数字交换设备进行数字交换，以实现传输和交换的综合。另外，电话业务和各种非话务业务都可以实现数字化，构成综合业务数字网；缺点：占用信道频带较宽。一路模拟电话的频带为4KHZ带宽，一路数字电话约占64KHZ。 1.4数字通信系统的一般模型中的各组成部分的主要功能是什么 数字通行系统的模型见图1-4所示。其中信源编码与译码功能是提高信息传输的有效性和进行模数转换；信道编码和译码功能是增强数字信号的抗干扰能力；加密与解密的功能是保证传输信息的安全；数字调制和解调功能是把数字基带信号搬移到高频处以便在信道中传输；同步的功能是在首发双方时间上保持一致，保证数字通信系统的有序，准确和可靠的工作。 1-10通信系统的主要性能指标是有哪些？ 通信系统的主要性能指标涉及有效性、可靠性、适应性、经济性、标准性、可维护性等。其中有效性和可靠性是主要性能指标，在模拟通信系统有效性可用有效传输频带来度量，同样的消息用不同的调制方式，则需要不同的频带宽度，数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。具体误差率指标有误码率Pe、误信率Pb。 1-11衡量数字通信系统有效性和可靠性的性能指标有哪些？ 有效性用传输速率和频带利用率来衡量，可靠性用差错率来衡量，差错率有误码率，误信率。 第二章确知信号 2.试分别说明能量信号和功率信号的特性。 答：能量信号的其能量为有限的正值，但其功率等于零；功率信号其能量为无穷大，其平均功率为有限值。 7．自相关函数有哪些性质？ 答：（1）自相关函数是偶函数。（2）与信号的能谱密度函数或功率谱密度函数是傅立叶变换对的关系。3当I=0时,R(0)等于信号的平均功率或信号的能量 第三章随机过程 3-6．已知噪声的自相关函数为 =（为常数） （1）试求其功率谱密度及功率； （2）试画出及的图形。
通信原理复习资料 一、基本概念 第一章 1、模拟通信系统模型 模拟通信系统模型 模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统 2、数字通信系统模型 噪声源 数字通信系统模型 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统 3、数字通信的特点 优点： （1） 抗干扰能力强，且噪声不积累 （2） 传输差错可控 （3 ）便于处理、变换、存储 （4 ）便于将来自不同信源的信号综合到一起传输 （5 ）易于集成，使通信设备微型化，重量轻 （6）易于加密处理，且保密性好 缺点： 更多精品文档 （1） 需要较大的传输带宽 （2） 对同步要求高 4、 通信系统的分类 模拟信息源 * 调制器 信 道编码 数 字 调 制 信 道 译 码 信 源 译 码 受信者
（1）按通信业务分类：电报通信系统、电话通信系统、数据通信系统、图像通信系统 （2）按调制方式分类：基带传输系统和带通（调制）传输系统 （3 ）调制传输系统又分为多种调制，详见书中表1-1 （4）按信号特征分类：模拟通信系统和数字通信系统 （5）按传输媒介分类：有线通信系统和无线通信系统 （6）按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信 （7 ）按信号复用方式分类：频分复用、时分复用、码分复用 5、通信系统的主要性能指标：有效性和可靠性 有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的速度”可题。 可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的质量”问题。 （1 ）模拟通信系统： 有效性：可用有效传输频带来度量。 可靠性：可用接收端最终输出信噪比来度量。 （2 ）数字通信系统： 有效性：用传输速率和频带利用率来衡量。 可靠性：常用误码率和误信率表示。 码元传输速率R B :定义为单位时间（每秒）传送码元的数目，单位为波特（Baud ） 信息传输速率R b :定义为单位时间内传递的平均信息量或比特数，单位为比特/秒 6、通信的目的：传递消息中所包含的信息 7、通信方式可分为：单工、半双工和全双工通信 8、信息量是对信息发生的概率（不确定性）的度量。一个二讲制码元含1b的信息量；一个 M进制码元含有log z M比特的信息量。等概率发送时，信息源的熵有_________________________ 更多精品文档
短波通信概述 尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视，不仅没有被淘太，还在快速发展。其原因主要有三：一、短波是唯一不受网络枢钮和有源中继体制约的远程通信手段，一但发生战争或灾害，各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击。无论哪种通信方式，其抗毁能力和自主通信能力与短波无可相比；二、在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波；三、与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。 近年来，短波通信技术在世界范围内获得了长足进步。这些技术成果理应被中国这样的短波通信大国所用。用现代化的短波设备改造和充实我国各个重要领域的无线通信网，使之更加先进和有效，满足新时代各项工作的需要，无疑是非常有意义的。 一、短波通信的一般原理 1.无线电波传播 无线电广播、无线电通信、卫星、雷达等都依靠无线电波的传播来实现。无线电波一般指波长由100,000米到0.75毫米的电磁波。根据电磁波传播的特性，又分为超长波、长波、中波、短波、超短波等若干波段，其中：超长波的波长为100,000米~10,000米，频率3~30千赫；长波的波长为 10,000米~1,000米，频率30~300千赫；中波的波长为1,000米~100米，频率300千赫~1.6兆赫；短波的波长为100米~10 米，频率为1.6~30兆赫；超短波的波长为10米
~1毫米，频率为30~300,000兆赫（注：波长在1米以下的超短波又称为微波）。频率与波长的关系为：频率=光速／波长。 电波在各种媒介质及其分界面上传播的过程中，由于反射、折射、散射及绕射，其传播方向经历各种变化，由于扩散和媒介质的吸收，其场强不断减弱。为使接收点有足够的场强，必须掌握电波传播的途径、特点和规律，才能达到良好的通信效果。 常见的传播方式有： 1）地波（地表面波）传播。沿大地与空气的分界面传播的电波叫地表面波，简称地波。其传播途径主要取决于地面的电特性。地波在传播过程中，由于能量逐渐被大地吸收，很快减弱（波长越短，减弱越快），因而传播距离不远。但地波不受气候影响，可靠性高。超长波、长波、中波无线电信号，都是利用地波传播的。短波近距离通信也利用地波传播。 2）直射波传播 直射波又称为空间波，是由发射点从空间直线传播到接收点的无线电波。直射波传播距离一般限于视距范围。在传播过程中，它的强度衰减较慢，超短波和微波通信就是利用直射波传播的。 在地面进行直射波通信，其接收点的场强由两路组成：一路由发射天线直达接收天线，另一路由地面反射后到达接收天线，如果天线高度和方向架设不当，容易造成相互干扰（例如电视的重影）。限制直射波通信距离的因素主要是地球表面弧度和山地、楼房等障碍物，因此超短波和微波天线要求尽量高架。
通信原理概论总结 第一章总结 节1 通信的发展 1、定义：通信就是由一个地方向另一个地方传递消息。 2、电通信四个发展阶段：电报时代、电子管时代、晶体管时代、集成电路时代节 3、消息及其度量1、数字信号与模拟信号电信号一般为脉冲或正弦波，携带消息的三个参量：振幅、频率、相位数字信号与模拟信号的区分方法：取值离散时间离散为数字信号取值连续时间连续为模拟信号取值连续时间离散仍为模拟信号即：由取值的方式确定离散信号或连续信号2、消息（信号）的度量与消息发生的概率有关。定量计算：信息量 I=loga[1/P(x)] P（x）为消息x出现的概率a=2 I的单位为bit[常用] a=e I的单位为nit a=10 I的单位为哈特莱3、离散消息（数字信号）信息量的计算等概时信息量的计算：I = loga 1/P 不等概时信息量的计算：I=H=E[X]=ΣP(xi)II 结论：等概时，消息的不确定程度最大，熵H 最大,即信息量最大。节3 通信系统的构成及特点1、通信系统基本模型通信系统分类与通信 方式主要性能指标为：有效性：描述消息传递的速度（单位时间传输的信息量越大越好）。可靠性：描述消息传递的质量（收、发差值越小越好）。2、模拟通信系统有效性：（指消 息传输速度）用信息速率衡量，但模拟信号的信息量难求,用系统有效传输频带B 来衡量。 可靠性：（指消息传输质量）用系统输出信噪比(S/N)o来衡量。3、数字通信系统有效性： 用传输速率来衡量。码元传输速率RB 为：多少个码元/秒（单位：波特, B）信息传输速率Rb 为：多少信息量/秒Rb = RB H （单位：比特/秒, bit/s ）RbN越大, 系统有效性越好频 带利用率h = 传码率RBN /传输带宽B (单位：波特/赫兹) h 越大, 系统有效性越好可靠性：用误码率来衡量主要技术：编码技术、调制、解调技术。数字通信系统的特点：（略）第 二章总结对随机信号、噪声只能作统计描述。1).统计特性（概率密度与概率分布）；2).数字特征（均值、方差、相关函数等）。节1 随机过程概念随机过程定义随机过程统计 特性的描述1.随机过程的概率分布函数 2.随机过程的概率密度函数三、随机过程数字特征的描述1、数学期望：性质：① E[k] = k ② E[ξ(t) + k] = E[ξ(t)] + k ③ E[ kξ(t)] = k E[ξ(t)] ④ E[ξ1(t) + … +ξn(t)] = E[ξ1(t)] + … +E[ ξn(t)] ⑤ ξ1(t)与ξ2(t)统计独立时，E[ξ1(t)ξ2(t)] = E[ξ1(t)] E[ξ2(t)] 2、方差：性质：① D[k] = 0 ② D[ξ(t) + k] = D[ξ(t)] ③ D[kξ(t)] = K2 D[ξ(t)] ④ξ1(t)ξ2(t)统计独立时，D[ξ1(t)+ξ2(t)] = D[ξ1(t)] + D[ξ 2(t)] 3、相关函数和协方差函数节2 平稳随机过程概念定义：狭义平稳、广义平稳广义平稳条件：①数学期望与方差是与时间无关的常数；②相关函数仅与时间间隔有关。性能讨论1、各态历经性（遍历性）：其价值在于可 从一次试验所获得的样本函数x(t) 取时间平均来得到它的数字特征（统计特性）2、相关函 数R(τ)性质①对偶性（偶函数）R(τ)=E[ξ(t)ξ(t+t)]=E[ξ(t1-t)ξ(t1)]= R(-τ) ②递减性E{[ξ(t) ±ξ(t+t)]2} = E[ξ2(t)±2 ξ(t) ξ(t+t) + ξ2(t+t) ] = R(0)±2R(τ) + R(0) ≥ 0 ∴R(0)≥±R(τ) R(0)≥|R(τ)| 即 τ=0 处相关性最大③ R（0）为ξ ( t ) 的总平均功率。④ R(∞)=E2{ξ(t)}为直流功率。⑤ R(0) - R(∞)= E[ξ 2(t)]- E2[ξ(t)]=s2为交流功率3、功率谱密度Px(w)与R(τ) 节3 几种常用的随机过程一、高斯过程定义: 任意n维分布服从正态分布的随机过程x(t)称为高斯过程（或正态随 机过程）。①高斯过程统计特性是由一、二维数字特征[ak, δk2, bjk]决定的②若高斯过程满足广义平稳条件，也将满足狭义平稳条件。③若随机变量两两间互不相关，则各随机变量统 计独立。二、零均值窄带高斯过程定义、零均值平稳高斯窄带过程同相随机分量xc(t), 正交随机分量x s(t) 结论：零均值窄带高斯平稳过程x( t ) ，其同相分量xc( t ) 和正交分量 xs( t ) 同样是平稳高斯过程，均值为0，方差也相同( sx2 ) , 且同一时刻的xc( t ) , x ( t ) 互不 相关，统计独立。包络a(t) 的一维分布服从瑞利分布，相位j(t) 的一维分布服从均匀分布，且同一时刻的a(t) ，j(t) 统计独立。三、宽带随机过程——白噪声定义：功率谱密度Px(w)在整个频率域范围内都是均匀的噪声称为白噪声。Px(w)=no/2 (瓦/赫兹) no为单边功率谱密度四、正弦波加窄带高斯过程结论：正弦波加窄带高斯过程r(t)，其包络z(t) 服从广义瑞利分
尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视，不仅没有被淘太，还在快速发展。其原因主要有三：? 一、短波是唯一不受网络枢钮和有源中继体制约的远程通信手段，一但发生战争或灾害，各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击。无论哪种通信方式，其抗毁能力和自主通信能力与短波无可相比；? 二、在山区、戈壁、海洋等地区，超短波覆盖不到，主要依靠短波；? 三、与卫星通信相比，短波通信不用支付话费，运行成本低。? 近年来，短波通信技术在世界范围内获得了长足进步。这些技术成果理应被中国这样的短波通信大国所用。用现代化的短波设备改造和充实我国各个重要领域的无线通信网，使之更加先进和有效，满足新时代各项工作的需要，无疑是非常有意义的。? 这里简要介绍短波通信的一般概念，优化短波通信的经验，以及一些热门的新技术。 1、短波通信的一般原理? 1.1.无线电波传播? 无线电广播、无线电通信、卫星、雷达等都依靠无线电波的传播来实现。? 无线电波一般指波长由100,000米到0.75毫米的电磁波。根据电磁波传播的特性，又分为超长波、长波、中波、短波、超短波等若干波段，其中：超长波的波长为100,000米~10,000米，频率3~30千赫；长波的波长为10,000米~1,000米，频率30~300千赫；中波的波长为1,000米~100米，频率300千赫~1.6兆赫；短波的波长为100米~10米，频率为1.6~30兆赫；超短波的波长为10米~1毫米，频率为30~300,000兆赫（注：波长在1 米以下的超短波又称为微波）。频率与波长的关系为：频率=光速／波长。?
一、短波通信概述 (3) 二、短波通信的优势 (3) 三、短波通信的一般原理 (4) 3.1.无线电波传播 (4) 3.2 电离层的作用 (5) 3.3 短波频率围 (6) 3.4 短波传播途径 (6) 四、单边带概念 (7) 4.1 单边带的定义 (8) 4.2 单边带的优点 (8) 五、优化短波通信的方法 (8) 5.1 正确选用工作频率 (9) 5.2计算机测频 (9) 5.3 正确选择和架设天线地线 (10) 六、短波电台天线知识 (10) 6.1了解天线的基本工作原理 (10) 6.2正确选择电台天线 (11) 6.3正确处理天线价格与质量的关系 (11) 6.4常用的天线 (12) 6.4.1用于全方位通信的三角组合型全向全角天线 (12) 6.4.2兼顾全向和定向两种用途的高增益三线式天线 (12) 七、工程施工要点 (13)
7.1正确架设天线和连接馈线 (13) 7.2电台和天线的匹配 (14) 7.3正确埋设接地体和连接地线 (15) 7.4选用先进优质的电台和电源 (15) 八、短波电台的应用 (17) 9.1 近距离盲区及解决方法 (18) 小知识： (19) 一、衡量天线性能因素 (19) 二、几种常用的短波天线 (20)
一、短波通信概述 短波通信是利用波长为100-10米(3-30兆赫兹)的电磁波进行的无线电通信，也称高频通信，主要靠天波传播，可经电离层一次或数次反射，最远可传至上万公里，如按气候、电离层的电子密度和高度的日变化，以及通信距离等因素选择合适的频率，就可用较小功率进行远距离通信。但是由于电离层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素的影响，所以短波通信的稳定性较差，噪声较大。目前，它广泛应用于电报、、低速传真通信和广播等方面。 由于采用大气空间及电离层为传输媒介无需投资，仅需配置短波收发信机和天线、馈线系统即可组成短波通信系统。该系统通信设备较简单，机动性大，因此，可用于、电报、传真和广播等业务，特别适合应急通信和抗灾通信。 短波通信载频低，可用频带窄，容量不大，并且稳定性较差，所以较少用于民用通信。但近几年，随着新技术的发展，利用计算机进行自动测量传播参数和自动选择最佳通信频率的高频自适应通信，不但使电报短波通信可随时保持畅通，而且还可以进行数据速率达4800比特/秒的低速数据通信。 二、短波通信的优势 尽管当前新型无线电通信系统不断涌现，短波这一古老和传统的通信方式仍然受到全世界普遍重视，不仅没有被淘太，还在快速发展。其原因主要有三：
第1次作业 11.计算机终端通过电话信道传输数据，电话信道带宽为3.2kHz，信道输出的信噪比。该终端输出256个符号，且各符号相互独立，等概出现。（1）计算信道容量；（2）求无误码传输的最高符号速率。 12. 一个信号，用的抽样频率对它理想抽样． （1）试求画出已抽样信号频谱图。 （2）若已抽样后的信号经过一个截止频率为500Hz的理想低通滤波器，输出端将有哪些频率成分？（3）若已抽样后的信号经过一个截止频率为350Hz的理想低通滤波器，输出端将有哪些频率成分？ 13. 采用13折线A律编码，归一化1分为2048个量化单位△。设输入信号值x为308△，求 （1）编码码组 （2）译码输出和量化误差。 14. 某一16进制数字基带传输系统，若采用升余弦滚降滤波波形且信息传输速率为10Mb/s，可用传输带宽为1.375MHz，则滤波器的滚降系数为多少？ 15. 采用二进制移频键控方式在有效带宽2400Hz的传输信道上传送二进制数字信息。已知2FSK信号的两个频率?1 为980Hz，?2 为1580Hz，码元速率RB=300B，传输信道输出端的信噪比6dB.试求：（1）2FSK信号的第一零点带宽； （2）带通滤波器的输出信噪比r为多少？ （3）非相干接收时，系统的误码率； （4）相干接收时，系统的误码率。 附：非相干2FSK 相干2FSK
16. 信号调制器原理框图如图4-1所示，若发送的绝对码序列为100101，已知码元速率为2000B，载波频率为4000Hz。（1）试画出2DPSK信号波形（2）若采用相干解调-码反变换方式进行解调，试画出各点时间波形（3）若采用差分相干解调，试画出各点时间波形。
关于短波通信技术发展 摘要：在经过长达数十年发展历程之后的短波通信技术，从初始的初级阶段到 现在的成熟应用，经过多年来不断的技术创新。如今已经被广泛运用于各个领域，尤其是日常及军事领域。短波通信技术具有与其他相似技术与众不同的特性，其 技术优势必将是不可比拟的，必将成为当今科学研究的热点之一。短波通信技术 发展分析，以其优异的技术特性来成为未来通信的发展趋势。 关键词：短波通信；特征；发展方向 引言：自2000年以来，科学发展飞跃式的前进，经济的快速发展带动了一系列的行业， 其中通信类行业发展更是速度惊人，科学技术作为第一生产力，通信技术顺应了市场的发展。经济的推动力下，通信行业不断地成长与发展。1925年左右，研究人员通过实验发现了电离 层和短波，短波通信具有比其他同类产品更好的机动性和顽固性在三十年前宣告加入数字通信，开启了数字通信的新纪元。当今，短波通信技术应用范围日益广泛，能力不断提高，不 断改善和强化，在数字化越来越先进的今天，数字媒介，频率扩容通信技术的不断发展，短 波通信技术不断地向更加实用性发展。 一、短波通信概述 短波通信(也称高频通信,Nigh frequency,HF)是国际上军、民最常用的基本通信手段之一,且具有明显的优势和特点。随着反卫星武器的逐步成熟,军用短波通信及其装备的地位越来越重要,装备规模很大,应用很广。 短波通信作为战略指挥通信、战役指挥通信、战术指挥通信以及协同通信的重要手段之一,在有些情况下(比如在卫星通信中断时)甚至是中、远程指挥通信的唯一手段。随着短波通 信战技性能的进一步提高,短波通信的作用地位越来越重要,主要表现在指挥通信和协同通信 两个方面。 指挥通信主要分战略通信、战役通信和战术通信三个层次,还有特殊需求的专线通信等。 指挥通信距离近至几十千米,远至数千千米。由于短波的地波和天波特性,其通信距离能满足 指挥通信对通信距离的要求。 在协同通信方面,短波通信比VHF、UHF频段电台表现出了距离上的优越性,因为飞机上天、舰艇出海时,其协同通信下不能依靠VHF、UHF解决问题,比如超低空突防的武装直升机、远程 轰炸机等,短波通信几乎是唯一的手段。 二、自适应频率 短波信道(电离层)是一种典型时变色散信道，其路径损耗、时延散布、噪声和干扰等都随 频率、地点、季节、昼夜的变化不断变化，因此，短波通信中工作频率是不能任意选择的。 统计表明，即使在夜间通信环境最坏的情况下，短波频段也有4%左右的无噪声信道，而中午约有27%的信道干扰很小或不存在干扰。所以，实时避开干扰，找出具有良好传播条件的无 噪声信道是提高短波通信质量最有效的途径。实现这一目标的关键是采用短波自适应频率技术，目前自适应频率经历了短波频率管理、2G-ALE两个成熟阶段，正向3G-ALE发展。 2.1频率管理系统 短波频率管理系统是在一定区域内组成频率管理网格，在短波范围内测量和分析各种信 道参数和干扰分布，根据综合分析和计算结果，得到通信质量优劣的频率排序表，统一分配 给区域内各短波通信用户，使用户在最佳工作频率上的建立通信链路。短波频率管理实质是 对区域内的用户提供实时频率预报，采用的技术称为实时信道估值RTCE(Real Time Channel Evaluation)技术。频率管理系统的特点是通信与探测分离，探测设备昂贵，这一发展过程也 称为短波自适应技术的1G-ALE阶段。 2.2 2G-ALE通信系统 20世纪80年代中期，出现了在通信系统中直接采用RTCE技术，对短波信道进行探测、 评估和通信一并完成的短波自适应电台。这种电台能够实时选择出最佳的短波通信信道，使 得短波工作频率随信道条件变化而改变，确保了通信始终在质量最佳的信道上进行。2G-ALE 通信系统具备如下功能：