短波通信网络的特点介绍 本文关键词：短波，通信网络，介绍
短波通信网络的特点介绍 本文简介：短波通信网络的特点介绍短波按照国际无线电咨询委员会(CCIR，现在的ITU-R)，的划分是指波长在l00m~l0m，频率为3MHz~30MHz的电磁波。利用短波进行的无线电通信称为短波通信，又称高频(HF)通信。实际上，为了充分利用短波近距离通信的优点，短波通信实际使用的频率范围为1.5MHz~30
短波通信网络的特点介绍 本文内容：
短波通信网络的特点介绍
短波按照国际无线电咨询委员会(CCIR，现在的ITU-R)，的划分是指波长在l00m~l0m，频率为3MHz~30MHz的电磁波。利用短波进行的无线电通信称为短波通信，又称高频(HF)通信。实际上，为了充分利用短波近距离通信的优点，短波通信实际使用的频率范围为1.5MHz~30MHz。
自从1921年发生在意大利罗马的一次意外事故，短波被发现可实现远距离通信以来，短波通信迅速发展，成为了世界各国中、远程通信的主要手段，被广泛地用于政府、军事、外交、气象、商业等部门，用以传送电报、电话、传真、低速数据和图像、语音广播等信息。在卫星通信出现以前，短波在国际通信、防汛救灾、海难救援以及军事通信等方面发挥了独特的重要作用。
短波通信可以利用地波传播，但主要是利用天波传播。地波传播的衰耗随工作频率的升高而递增，在同样的地面条件下，频率越高，衰耗越大。利用地波只适用于近距离通信，其工作频率一般选在5MHz以下。地波传播受天气影响小，比较稳定，信道参数基本不随时间变化，故地波传播信道可视为恒参信道。天波是无线电波经电离层反射回地面的部分，倾斜投射的电磁波经电离层反射后，可以传到几千千米外的地面。天波的传播损耗比地波小得多，经地面与电离层之间多次反射(多跳传播)之后，可以达到极远的地方，因此，利用天波可以进行环球通信。天波传播因受电离层变化和多径传播的严重影响极不稳定，其信道参数随时间而急剧变化，因此称为变参信道。天波不仅可以用于远距离通信，而且还可以用于近距离通信。在地形复杂，短波地波或视距微波受阻挡而无法到达的地区，利用高仰角投射的天波可以实现通信。
与卫星通信、地面微波、同轴电缆、光缆等通信手段相比，短波通信也有着许多显著的优点：
1)短波通信不需要建立中继站即可实现远距离通信，因而建设和维护费用低，建设周期短;
2)设备简单，可以根据使用要求固定设置，进行定点固定通信。也可以背负或装入车辆、舰船、飞行器中进行移动通信;
3)电路调度容易，临时组网方便、迅速，具有很大的使用灵活性;
4)对自然灾害或战争的抗毁能力强。通信设备体积小，容易隐蔽，便于改变工作频率以躲避敌人干扰和窃听，破坏后容易恢复。
这些是短波通信被长期保留，至今仍然被广泛使用的主要原因。短波通信也存在着一些明显的缺点：
1)可供使用的频段窄，通信容量小。按照国际规定，每个短波电台占用3.7kHz的频率宽度，而整个短波频段可利用的频率范围只有28.5MHz。为了避免相互间的干扰，全球只能容纳7700多个可通信道，通信空间十分拥挤。并且3kHz通信频带宽度，在很大程度上限制了通信的容量和数据传输的速率。
2)短波的天波信道是变参信道，信号传输稳定性差。短波无线电通信主要是依赖电离层进行远距离信号传输的，电离层作为信号反射媒质的弱点是参量的可变性很大。它的特点是路径损耗、延时散步、噪声和干扰，都随昼夜、频率、地点而不断变化着。一方面电离层的变化使信号产生衰落，衰落的幅度和频次不断变化。另一方面天波信道存在着严重的多径效应，造成频率选择性衰落和多径延时。选择性衰落使信号失真，多径延时使接收信号在时间上扩散，成为短波链路数据传输的主要限制。
3)大气和工业无线电噪声干扰严重。随着工业电器化的发展，短波频段工业电器辐射的无线电噪声干扰平均强度很高，加上大气无线电噪声和无线电台间干扰，在过去，几瓦、十几瓦发射功率就能实现的远距离短波无线电通信，而在今天，10倍、几十倍于这样的功率也不一定能够保证可靠的通信。大气和工业无线电噪声主要集中在无线电频谱的低端，随着频率的升高，强度逐渐降低。虽然，在短波频段这类噪声干扰比中长波段低，但强度仍很高，影响着短波通信的可靠性，尤其是脉冲型突发噪声，经常会使数据传输出现突发错误，严重影响通信质量。
这些问题的存在，不仅限制了短波通信的发展，而且也不能很好地适应人们日益增长的对数据通信，特别是对高速数据通信业务的需求。当20世纪60年代卫星通信兴起时，由于卫星通信与短波通信相比具有信道稳定、可靠性高、通信质量好、通信容量大等优点，短波通信受到严重挑战。许多原属短波通信的一些重要业务，被卫星通信所取代;对短波通信的投入急剧减少，短波通信的地位大为降低。至70年代后期，有人甚至怀疑短波通信存在的价值。
然而，实践证明卫星通信的初建费用高，灵活性有限。曾被设想为可能取代短波通信的卫星通信，并不能满足所有情况下的用户需要。事实上也不是所有用户都需要宽带线路。此外，在战争时期，卫星通信容易遭受敌方攻击，信道不易抵御敌方的电磁干扰。与此相比，短波通信不仅成本低廉，容易实现，更重要的是具有天然的不易被“摧毁”的“中继系统”--电离层。卫星中继系统可能发生故障或被摧毁，而电离层这个中继系统，除非高空原子弹爆炸才可能使它中断，何况高空原子弹爆炸也仅仅是有限的电离层区域内短时间影响电离密度。1980年2月，美国国防部核武器局(Defense
Nuclear
Agency)在一份报告中提出：“一个国家，在遭受原子袭击后，恢复通信联络最有希望的解决办法是采用价格不高，能够自动寻找信道的高频通信系统”。事实上，从20世纪70年代末，80年代初开始，短波通信又重新受到重视。许多国家加速了对短波通信技术的研究与开发，陆续推出了一些性能优良的新型设备和系统。美军在1979年修改的综合战术通信计划中，又突出了短波通信的地位，把它列为第一线指挥控制通信手段之一;80年代初开始，美军实施了遍及三军的一系列短波通信改进计划;在海湾战争中，美、法等国军队大量运用短波通信，取得了突出的效果。近年来，其他一些国家的军队，也把短波通信列为重要的通信手段之一。此外，在民用通信的某些领域，短波通信的应用也有发展的趋势。特别是近十几年来，由于多种新技术的应用，短波通信技术及装备取得了很大进展，短波通信原有的缺点，已有不少得到了克服，短波通信链路的质量大大提高，无论是电话传输还是数据传输的质量可以与卫星通信相比。短波通信又重新焕发了青春。
篇2：基于C3I系统的短波通信仿真建模
基于C3I系统的短波通信仿真建模 本文关键词：短波，建模，仿真，通信，系统
基于C3I系统的短波通信仿真建模 本文简介：基于C3I系统的短波通信仿真建模1引言短波通信是指利用波长为100~10m的电磁波进行无线电通信。短波通信多年来被广泛用于政府、军事、气象、商业等领域，用以传送语言、文字、图像、数据等信息。尤其在军事领域，短波通信始终是军事指挥的重要手段之一。如今计算机技术飞速发展，数据库的提出，及仿真技术的应用，
基于C3I系统的短波通信仿真建模 本文内容：
基于C3I系统的短波通信仿真建模
1
引言
短波通信是指利用波长为100~10
m的电磁波进行无线电通信。短波通信多年来被广泛用于政府、军事、气象、商业等领域，用以传送语言、文字、图像、数据等信息。尤其在军事领域，短波通信始终是军事指挥的重要手段之一。如今计算机技术飞速发展，数据库的提出，及仿真技术的应用，使军事指挥自动化进入一个新的阶段。短波战术平台是指挥自动化系统(C3I)的一个子系统，该平台充分利用计算机技术和电子地图数据库，实现遂行通信，保障谋划、仿生拉试预决策、通信作战文书的生成。这里仅对通信仿真建模进行讨论。
2
短波信道的传播损耗模型
短波天波通信是以电离层为媒介传播的，电离层的密度随昼夜、季节、太阳活动周期和经纬度变化而变化，因此传播损耗与时间、季节、经纬度位置、地形等诸多实时变化因素有关。考虑到目前所能计算的损耗，电离层传播损耗可表示为
式中，LP0是自由空间传播损耗，La是电离层吸收损耗，Ln是多跳地面反射损耗，Yp是额外系统损耗。
2．1
自由空间传播损耗
在短波信号传播过程中，由于电波逐渐远离发射点，能量扩散的面积越来越大，从而使得接收点的场强越来越小。在计算该项损耗时，认为地球和电离层均是平面状态，反射是镜面反射，如图1所示，其中r表示天波传播中的射线距离：D是发射点A与接收点B
之间的大圆距离(地球表面距离)，收发两端点间的地球中心夹角用a表示。
自由空间传播损耗的计算公式：
式中，R是地球半径，h是电离层高度，△是射线仰角。
2．4
额外系统损耗
额外系统损耗不是一个稳定的参数，它与地磁纬度、季节、本地时间、路径长度都有关系。工程计算中通常用经过反复校核的统计值来估算，表1列出了额外系统损耗(YP)以反射点的本地时间为自变量的估算值。
3
系统仿真流程
图2为仿真系统总体结构。中，主控系统数据库中有2类数据库：仿真评估库和固定数据库。前者包括仿真任务分配库、通信设备布设库和通信信道布设库等，是在仿真评估过程中产生的；其后者包括传输信道模型库和通信设备模型库等，由系统管理员维护。
系统仿真思想及流程：接受作战任务后，首先打开电子地图，选取作战区域，地图管理模块随之运行；然后布设军事短波通信网，将布设的各种设备参数信息及相关信息写入主控系统数据库，通信仿真模块根据传播损耗模型得出结果，并通过显示模块显示。
4
仿真结果
为测试模型可行性，选取北京一广州通信线路(夏季白天)：D=1
800
km，反射点位置为(110°E，31°N)，h=300
km，发射信号为1个语音信号，带宽为300～3
300
Hz。仿真结果如图3所示。从图3中可以看出，接收信号遭受损耗与预期结果一致，从而证明了该数学模型的可行性。
5
结论
对C3I系统的短波通信网进行仿真建模，其仿真结果对改进网络的性能有很大帮助，对指挥者及时作出通信保障谋划和仿生拉试预决策有一定的指导意义。但该模型还有需改善的地方，如未考虑山地绕射、多径衰落、多普勒频移等。后续工作将会对此进行改进。
(1)求大圆距离D
由电子地图可知发射端A和接收端B的地理经纬度，则大圆距离为：
式中，x1为发射端的地理纬度；y1为发射端的地理经度；x2为接收端的地理纬度；y2为接收端的地理经度。北纬纬度取正值，南纬纬度取负值，(y1-y2)为收发两点间的经度间隔。
(2)求射线仰角△
由图1可得：
式中，h是电离层高度，其值可由经验值获得。
2．2
电离层吸收损耗
电离层吸收损耗La分为偏移吸收和非偏移吸收，前者指反射区的吸收，后者指电离层D、E区域的吸收。一般偏移吸收损耗极小(≤1
dB)，可以忽略。工程中常用以下半经验公式:
式中(以h=100
km为例，下同)，θ0是100
km高度处的电波入射角,fH是100
km高度处的平均值，单位为MHz，n是跳数，Ii是吸收系数。Ii的计算公式为：
式中，R12为12个月太阳黑子的流动平均值，xi为穿透吸收区的太阳天顶角平均值。
仿真中采用数学计算和选取典型值的方法模拟。
(1)求电波入射角θ0将h=100
km代人式(6)。
(2)求磁旋频率fH我国经纬度大致范围为北纬：22°~55°，东经75°~135°，查100
km处磁旋频率的世界地图可得FH的取值范围为1．2～1．5
MHz。为计算简便，定义如下：若反射点的纬度位于北纬22°～35°，fH=1．3
MHz；北纬35°～45°，fH=1．4
MHz；北纬45°～55°，fH=1．5
MHz。
(3)求12个月太阳黑子的流动平均值R12
该值无法计算，可查表求得。
(4)求太阳天顶角xi某地某时刻的太阳天顶角是指太阳射线(光线)直射到地球经纬度上，再继续延伸到地心，此延伸线(即太阳直射线)与电台所在地理经纬度到地心的直线之间的夹角。某地的太阳天顶角的大小和该地的地理位置、季节、时间有关。
仿真可按下列步骤进行：
(1)确定太阳直射线在地球上的经度太阳直射线1天(24
h)经过经度线360°，每小时经过15°，每分钟经过0．25°，每秒钟经过0．004
166
667°。太阳直射线投射到东经120°经度面时是我国中午12时0分0秒，计算120°E以西时间由12时减，计算120°E以东时间由12时加；计算
120°E以西的经度由120°E减，计算120°E以东的经度由120°E加。如12时30分，太阳直射位置在：120°-30
x0．25°=112．
5°E
(2)确定太阳直射线在地球上的纬度太阳直射线经过的地球纬度线以1年为周期：由南纬23．5°到北纬23．5°，再回到南纬23．5°。春分和秋分这两天，太阳直射赤道，纬度为0°。夏至和冬至时太阳分别直射在北回归线23．5°N和南回归线23．5°S。太阳直射线经历纬度范同为0°～23．5°。太阳直射线每天经过的纬度是：23．5／91．25(1个季度的天数)=0．257
534
247°；每小时经过的纬度是：23．5／(91．25x24)=0．01O
730
594°；每分钟经过的纬度是：23．5／(91．25x24x60)=0．000
178
843°；每秒钟经过的纬度是：23．5／(91．25x24x60
x60)=0．000
002
981°。例如，如果是第2个季度，计算某天某时某分钟的太阳直射线所在的纬度，要首先计算这一天到春分的天数。假设某年春分为4月3日。计算4月23日
12时30分太阳直射线所在的纬度：
{[20(天)x24(时)+12(时)]x60(分)+30(分)}x0．000
178
843=5．284
810
65°N
根据上述计算，可得出4月23日12时30分太阳直射线所在的经纬度是(112．5°E，5．284．810
65°N)。
(3)确定太阳顶角由式(5)计算出太阳直射位置与电台所在位置的地球中心夹角即是所求的太阳顶角。
2．3
多跳地面反射损耗
在天波多跳传播模式中，传播损耗不仅要考虑电波二次进入电离层，还要考虑地面反射的损耗(LR)。考虑圆极化波，地面反射损耗计算式如下；
式中，RV和RH分别为垂直极化和水平极化的反射系数。RV和RH的表示式分别为：
式中，εr是复介电常数，σ是地表面导电率，λ是工作波长。
仿真时，只考虑陆地(εr=4和σ=10-3
S／m)和海面(εr=80和σ=5
S／m)。若为多跳传播，应将求得的数值乘以(n-1)，即多次地面反射损耗的总和值。