1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)專心-專注-專業(yè)精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業(yè)Fundamentals and New Concepts for Electronics & Telecommunications3 高頻無線電通信3.1 引言曾經(jīng)有過一個時期，無線通信是遠(yuǎn)距離即時通信的幾種方法之一。我們都曾在黑白戰(zhàn)爭片中看到過無線電話務(wù)員用體積龐大的無線電設(shè)備發(fā)送莫爾斯電碼的場面。二次大戰(zhàn)后，通信產(chǎn)業(yè)的重心轉(zhuǎn)向了其他技術(shù)，致使在六七十年代高頻無線通信發(fā)展緩慢。不過現(xiàn)在，在新技術(shù)的推動下，高頻（也叫做短波）正處于令人振奮的復(fù)興期。起源 genesis

2、 【復(fù)數(shù)】geneses: The coming into being of something; the origin.現(xiàn)代無線電技術(shù)是隨著James Clerk Maxwell（詹姆斯克拉克麥克斯韋，英國物理學(xué)家）1873年發(fā)表的電磁波傳播基本理論的論文而誕生的。但15年后才有人第一次實(shí)際檢測到了無線電波。1888年，Heinrich Rudolf Hertz（亨利希魯?shù)婪蚝掌?，頻率單位就是以他的名字命名的。德國物理學(xué)家。因發(fā)現(xiàn)中子沖擊原子定律，獲1935年諾貝爾獎）演示了由火花放電線圈產(chǎn)生的擾動表現(xiàn)出的Maxwell無線電波特性。他的工作激勵了Guglielmo Marconi（古列爾默

3、馬可尼。意大利工程師和發(fā)明家）進(jìn)行用莫爾斯電碼傳送無線電報(bào)的早期試驗(yàn)。到1986年，Marconi實(shí)現(xiàn)了將消息傳送到幾千米外。那時，人們認(rèn)為無線電波在大氣中是沿直線傳播的，因而不能用于超越地平線的通信。但這種看法并沒有使Marconi泄氣，他是第一個演示了無線電波可以遠(yuǎn)距離傳播的人。1901年，他在Newfoundland, Canada檢測到了發(fā)自3000公里外的Cornwall, England（跨大西洋）的電報(bào)信號（1909年獲得諾貝爾物理獎）。他所使用的天線是由風(fēng)箏帶入天空 aloft adv. In or into a high place; high or higher up.的1

4、20米長的導(dǎo)線。Marconi的成功激勵了許多人去努力解釋和開發(fā)利用這一發(fā)現(xiàn)。Edward Appleton （Sir Edward Victor，1892-1965，因發(fā)現(xiàn)F電離層而獲1947年諾貝爾獎）最終解釋了無線電波是如何繞過地球表面而被接收到的問題。正是這位英國物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)了地球大氣層中的電離層能夠反射無線電波。到二十世紀(jì)二十年代，科學(xué)家們已經(jīng)利用這一理論開發(fā)出了測量和預(yù)報(bào)電離層散射特性的方法。發(fā)展人們終于懂得了高頻無線電波的傳播特性。例如，話務(wù)員知道可用的頻率會隨季節(jié)和一天中的時間不同而不同。高頻技術(shù)得到快速發(fā)展。由于高頻無線電能為陸、海、空軍提供通信，到二次大戰(zhàn)時，它已成為軍事指

5、揮員遠(yuǎn) haul拖, 拉, 拖運(yùn)距離A distance, especially the distance over which something is pulled or transported. It was a long haul home, carrying all these bags of books up the hill.距離通信的主要手段。對于一個有多年經(jīng)驗(yàn)，技術(shù)熟練，又理解電離層對電波傳播的影響的話務(wù)員來說，高頻無線電是能夠與數(shù)千英里外的部隊(duì)聯(lián)絡(luò)的可靠而有效的手段。今天，對于那些新建立的國家，利用高頻無線電可以快速而廉價(jià)地建立它們的全國通信系統(tǒng)。停頓 hiatus n.

6、A gap or an interruption in space, time, or continuity; a break在二十世紀(jì)六十年代出現(xiàn)衛(wèi)星通信后的一段時期，人們對高頻無線電的興趣減弱了，這是因?yàn)樾l(wèi)星的頻道更多，能夠以更高的速度進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，此外，對衛(wèi)星通信的操作人員的培訓(xùn)也比較容易。由于遠(yuǎn)距離通信手段轉(zhuǎn)移給了衛(wèi)星，高頻也就被置于次要的地位 relegate 轉(zhuǎn)移to the background推到幕后，置于次要的地位。結(jié)果，用戶更多地尋求衛(wèi)星這種有著更寬頻帶的通信方法，這樣一來，隨著經(jīng)驗(yàn)豐富的高頻電臺操作人員的減少，人們對高頻的熟悉程度也降低了。然而，隨著時間的過去 over

7、time，人們發(fā)現(xiàn)盡管衛(wèi)星有許多優(yōu)點(diǎn)，但也有其局限性。軍隊(duì)用戶越來越關(guān)注衛(wèi)星易被人為干擾和損壞等問題，而對完全依賴衛(wèi)星提出了置疑，更何況建造和維護(hù)衛(wèi)星及其配套設(shè)施的費(fèi)用也十分昂貴。復(fù)蘇 n the revival of a drowned manvt The fresh air soon revived him. vi These flowers will revive in water.過去十年間，我們已經(jīng)看到了高頻無線電的復(fù)興（resurgence）。相關(guān)的研究和開發(fā)工作得到了加強(qiáng)，出現(xiàn)了新一代的自動化高頻設(shè)備。這些系統(tǒng)大大改善了鏈接可靠性和連通性，免除了使用老式設(shè)備時所需的繁瑣手工操作過

8、程?，F(xiàn)在的自適應(yīng)高頻電臺就像無線耳機(jī)一樣容易使用。雖然如此 nonetheless adv.even so, for all that, nevertheless，仍有些人將高頻無線電看作是一種天生就不便于使用的方法。這種陳舊的觀念之所以繼續(xù)存在是因?yàn)橛行┩ㄐ殴ぷ髡咧挥浀藐惻f的高頻設(shè)備的樣子。但是現(xiàn)在，你對這個問題感興趣本身就已經(jīng)表明高頻又從新被看作是一種遠(yuǎn)距離通信媒介的強(qiáng)有力競爭者，它的能力強(qiáng)著呢。在此導(dǎo)言中，我們幫助你了解現(xiàn)代高頻無線電技術(shù)的知識。它將涉及到高頻無線電原理，討論特定的應(yīng)用，然后設(shè)想高頻無線電通信的未來。3.2 無線電通信的原理理解無線電通信要從理解電磁輻射開始。無線電波是電

9、磁輻射家族中的一員。電磁輻射包括X射線、紫外線、以及我們每天都要用到的可見光。就像將一個石頭扔進(jìn)平靜的湖水中會形成水波一樣，無線電信號也是從發(fā)射天線向外輻射（傳播）。但與水波不同的是，無線電波以光速傳播。人們以幅度、頻率和波長來表示無線電波的特征。無線電波的幅度（即強(qiáng)度）是其高度 峰值與最低點(diǎn)間的距離 的形象化描述。幅度單位為電壓，工程師們常常以均方根（RMS，Root Mean Square）值來表示。無線電波的頻率是在某一給定時間內(nèi)電波的重復(fù)次數(shù)（即周期）。頻率以Hz為單位。1Hz等于每秒一周，數(shù)千Hz表為kHz（kilohertz），數(shù)百萬Hz表為MHz（megahertz）。例如可將2

10、 182 000Hz可寫作2 182 kHz或2.182 MHz。波長是無線電相鄰波峰間的距離。波長與頻率的乘積是等于傳播速度，而速度是一個常數(shù)。因此，當(dāng)頻率增高時，波長縮短，反之亦然。由于無線電波以光速（每秒300106米）傳播，對任何頻率，用300除以MHz為單位的頻率即可得到以米為單位的波長。所以，用300除以10，得10MHz電波的波長為30米。 無線電頻譜在無線電頻譜中，可用的頻率范圍大約從20kHz（正好高于聲波）到30 000MHz以上。相應(yīng)于20kHz的波長為15公里，相應(yīng)于30 000MHz的波長只有1厘米。高頻段的頻率范圍是3到30MHz。大多數(shù)高頻電臺實(shí)際使用的頻率范圍是

11、從1.6到30 MHz。多數(shù)高頻遠(yuǎn)距離通信使用頻率為4到18 MHz。根據(jù)電離層條件和一天中時間的不同，有時 from time to time adv.也使用18 到30MHz的較高頻段（見3.3）。早期，由于高頻電臺使用的波長（10到100米）短于商業(yè)廣播電臺的波長，高頻被叫做短波。這個術(shù)語至今仍用于遠(yuǎn)程無線通信。頻率分配和調(diào)制高頻頻譜范圍內(nèi)的若干頻段已被分配給各種特定用途 航空、海運(yùn)、軍事、政府、廣播即業(yè)余。此外還按照緊急救援、廣播、語音、Morse電碼、傳真、數(shù)據(jù)等不同的傳輸類型作進(jìn)一步管制。頻率分配是按國際條約，由國家指定的權(quán)威機(jī)構(gòu)來管理的。對于無線通信，分配一個頻率只是一個起點(diǎn)，無

12、線電波本身并不傳達(dá)信息，它只不過是有節(jié)奏的連續(xù)波（CW Continuous Wave）流而已。對無線電波進(jìn)行調(diào)制而使其攜帶信息，稱之為載波。為了傳送信息，必須以表示信息的信號去改變（即調(diào)制）載波的幅度、頻率或相位。最簡單的調(diào)制載波的方法是用電報(bào)按鍵控制其通斷。在無線電通信的早期，用Morse電碼進(jìn)行開-關(guān)鍵控是傳送無線信息的唯一方法?，F(xiàn)在無線電通信的常用方法有調(diào)幅（AM），是按與信號（例如人的聲音）的幅度變化成正比的關(guān)系改變載波的幅度。換句話說，信息包含在幅度的變化中。調(diào)幅過程產(chǎn)生一個載頻和一對在載頻附近上下兩邊的完全相同的邊帶。AM是一種低效率調(diào)制方式，它必含載波。只有邊帶才攜帶信息，而A

13、M信號的大部分功率都被不攜帶信息的載波所消耗。單邊帶（SSB）是效率較高的調(diào)幅方式之一，采用這種調(diào)制方式時，抑制掉了載波和一個邊帶，只發(fā)送剩下的一個邊帶USB或LSB。由于SSB信號只需AM信號頻帶的一半，而且只當(dāng)有信號時才產(chǎn)生，因此SSB系統(tǒng)的頻帶利用率（這必適應(yīng)于許多用戶）和發(fā)射機(jī)的功率利用率都較高。全部發(fā)射功率都在攜帶信息的邊帶之中。這種方案的一個變種是等效調(diào)幅（AME，常用于軍事和商業(yè)通信），它將被削弱了的載波與邊帶一起發(fā)送。AME系統(tǒng)可用結(jié)構(gòu)較簡單的接收機(jī)來檢測信號。另一個變種是獨(dú)立邊帶（ISB），它發(fā)送兩個邊帶，但每個邊帶攜帶的信息不同，如一個邊帶攜帶數(shù)據(jù)信號，而另一個邊帶攜帶語音

14、信號。調(diào)頻（FM）技術(shù)中載波的頻率隨調(diào)制信號成正比變化。許多技術(shù)上的原因使常規(guī)FM產(chǎn)生的信號比AM的更清晰，但要占用較寬的頻帶。有時高頻電臺也窄帶調(diào)頻，其頻帶利用率較高，但信號質(zhì)量較差。其他用高頻通道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆桨高€有信號移頻和信號移相，這些將在3.6節(jié)中討論。無線電波傳播傳播描述的是，無線電信號是如何從發(fā)射源向外輻射的?？珊唵蔚叵胂鬅o線電波沿著直線行進(jìn)（就像石頭扔進(jìn)靜止湖面產(chǎn)生的水波）。不過，無線電波傳播的實(shí)際路徑往往要復(fù)雜得多。有兩種傳播模式：地波和天波。地波沿著地球表面?zhèn)鞑?，而天波則是被“反射”回地球的。圖3.1表示高頻無線電波的不同傳播路徑。圖3.1地波由三部分組成：表面波、直達(dá)波

15、和地面反射波。表面波沿地球表面行進(jìn)，達(dá)地平線以遠(yuǎn)。實(shí)際上，表面波的能量會被地球吸收。表面波的有效距離主要取決于頻率以及電波行進(jìn)區(qū)域的地表電導(dǎo)率。吸收強(qiáng)度隨頻率的升高而增大。發(fā)射無線電信號利用表面波傳播的傳播距離與發(fā)射機(jī)功率、接收機(jī)的靈敏度、天線的特性以及傳播路徑的類型有關(guān)。一臺完好的設(shè)備，在全海面導(dǎo)電路徑上的傳播距離可達(dá)200到250英里。但使用同樣的設(shè)備，在干旱、多巖石、不導(dǎo)電的地形上的傳播距離還不足20英里。直達(dá)波沿著直線行進(jìn)，強(qiáng)渡隨距離增加而減弱。它也可能會被大氣折射，使其傳播距離略遠(yuǎn)于地平線。要進(jìn)行通信，發(fā)射天線和接收天線必須相互能“看得見”，所以天線的高度是決定通信距離的關(guān)鍵因數(shù)。因

16、此直達(dá)波有時又叫做視距波（Line-of-Sight，LOS）。地面反射波是從發(fā)射機(jī)發(fā)出，經(jīng)地面反射到達(dá)接收機(jī)的電波。天波使超視距（Beyond Line-of-Sight，BLOS）通信成為可能。對于某些特定的頻率，無線電波經(jīng)折射可返回到數(shù)百、甚至數(shù)千英里遠(yuǎn)的地球表面。隨著頻率、一天中的時間和大氣條件的不同，信號可能經(jīng)過多次反射到達(dá)接收機(jī)。由于電離層不斷變化，可能不易掌握好天波的利用。下以節(jié)我們將更仔細(xì)地討論天波。小結(jié) 從天線發(fā)射的無線電信號以光速在空間傳播。 無線電頻率的單位是赫茲（每秒周期數(shù)）、千赫茲或兆赫茲。 無線電波的頻率決定了其波長，頻率低時波長長，頻率高時波長短。 1.630兆赫

17、的高頻用于遠(yuǎn)程無線通信。按照國際協(xié)議，此頻率范圍內(nèi)的不同頻段劃分給了特定的用途的無線通信。 調(diào)制過程是為了傳遞信息而將載波信號的相位、幅度或頻率甲乙改變。 經(jīng)電離層反射后傳播無線電波叫做天波，利用天波可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。3.3 電離層和無線電波傳播要理解天波的傳播，就要考慮電離層和太陽活動對高頻無線電波傳播的影響。還必須熟悉一些用于預(yù)測電波傳播的技術(shù)和在特定時間對于特定的鏈路選擇最佳頻率的技術(shù)。我們先從定義開始吧。電離層 天然衛(wèi)星電離層是地球大氣中的帶電粒子（帶電氣體）區(qū)域，其高度在地面上空50到600公里（30到375英里）之間。電離作用使電子從原子中剝離出來而產(chǎn)生帶電粒子，這是由太陽輻射造成的

18、。當(dāng)電離層強(qiáng)電離時，其氣體甚至?xí)l(fā)光，肉眼都能看見，這就是北極光和南極光。電離層在高頻無線電中何以如此重要？那是由于這厚厚的一層氣體就像是天然的衛(wèi)星，使超視距無線電通信成為可能。無線電波到達(dá)這些電離層時，隨頻率不同，有些會被完全吸收，有些會被散射回地球，還有一些會穿透電離層進(jìn)入外太空。在低頻段吸收作用較強(qiáng)，電離作用越強(qiáng)，吸收也越強(qiáng)。天波進(jìn)入電離層的角度叫做入射角（圖3-2），其大小取決于波長和發(fā)射天線的類型。就像臺球從球臺的圍欄上彈回來一樣，無線電波以與入射角大小相同的角度折射回來。因此入射角是決定通信距離的重要因素。要達(dá)到較遠(yuǎn)的電臺，入射角應(yīng)較大。與附近電臺通信，就用較小的入射角。無線電波的

19、入射角大小至關(guān)重要。如果幾乎是垂直入射，電波會穿入電離層而不會被折射回地球。如果入射角太大，電波在到達(dá)電離密度較高的電離層之前就會被其低層吸收掉。因此，入射角的大小必須大到足以將電波折射回來，又不能太大使電波被吸收掉。電離層的分層電離層中有四個不斷變化電離層。由于電離是由太陽輻射造成的，所以其高層的電離密度較大，而低層因受到外層的保護(hù)，電離密度較小。Appleton在上世紀(jì)二十年代早期首次發(fā)現(xiàn)電離層時，將其以Electric Wave命名為E層，后來又發(fā)現(xiàn)了D層和F層。到上世紀(jì)三十到四十年代又發(fā)現(xiàn)了一些其他電離層現(xiàn)象，如偶發(fā)性E層和極光。進(jìn)一步還發(fā)現(xiàn)了A層，B層和C層。電離層中的D層是影響高頻

20、無線電波的最低層。因電離只在白天發(fā)生，故當(dāng)太陽位于天頂時D層的電離濃度最大，在近日落時很快消散。E層的電離濃度在中午最大，近日落時開始消散，午夜時最小。E層中偶爾會出現(xiàn)云狀的電離氣體。這些叫做偶發(fā)E區(qū)的區(qū)域可以用于高頻段高段及更高頻段的天波傳播。電離層中電離濃度最大，因而對遠(yuǎn)距離通信最重要的是F層。在此高度上空氣非常稀薄，離子和電子復(fù)合機(jī)會很少，即使日落后該層的電離特性也會保持下去。白天，F(xiàn)層由兩個不同的層，F(xiàn)1和F2層組成。F1層只在白天存在，且冬天可以忽略，它對于高頻通信并不重要。F2層的電離濃度在中午達(dá)最大，一直維持到午夜，以后逐漸減弱，直到日出前大最小值。白天，若要天波被電離層反射，則

21、要求其波長短到足以穿透D層和E層，但還不足以穿透F層。一般說來，10到20MHZ的頻率滿足此要求。但到晚上，這同一頻段的無線電波又會穿透F層進(jìn)入外太空。通常，遠(yuǎn)距離夜間通信最有效的頻率為38MHZ。影響大氣電離的因素太陽輻射的強(qiáng)度是周期性變化的，故電離層的電離濃度也是周期變化的。我們可以根據(jù)如每天時間的變化和季節(jié)變化來預(yù)知太陽的輻射強(qiáng)度，并使設(shè)備適應(yīng)此變化以便最佳利用電離作用。春夏白晝較長，電離較強(qiáng)。當(dāng)天波穿越電離密度高的D層和E層時會被吸收衰減，致使多數(shù)高頻段的通信距離縮短。秋冬白晝較短，D層和E層電離較弱。較低頻率容易穿過這樣的弱電離層。因此，到達(dá)F層的信號較強(qiáng)，經(jīng)反射可達(dá)到較遠(yuǎn)距離。另一

22、個長周期性變化源于11年一度的太陽黑子活動。太陽黑子爆發(fā)的輻射造成的電離密度更大。太陽黑子越多，電離作用越強(qiáng)。在太陽黑子活動較弱的年份，由于E層和F層的電離密度太弱，不足以將信號反射回地球，故一般不用20MHZ以上頻率。不過，在太陽黑子活動的高峰期，可使用30MHZ以上頻率實(shí)現(xiàn)全球通信。除這些規(guī)律性的變化外，還有如突發(fā)性電離層擾動SID Sudden Ionospheric Disturbances，這是一類無法預(yù)期的現(xiàn)象，也影響高頻通信。突發(fā)性電離層擾動是由太陽耀斑造成的，一次SID可使天波通信中斷幾小時或幾天。太陽耀斑 solar flare使D層產(chǎn)生高密度電離，吸收地球向陽面的大部分高頻

23、信號。在太陽耀斑噴發(fā)后的20到40小時內(nèi)常會發(fā)生磁暴 magnetic storm。來自磁暴的帶電粒子會影響 affect effect influence 作為動詞，都含“影響”的意思affect 指“產(chǎn)生的影響之大足以引起反應(yīng)”，著重“影響”的動作，有時含有“對.產(chǎn)生不利影響”的意思，如：This article will affect my thinking. 這篇文章將會影響我的思想。effect 指“實(shí)現(xiàn)”、“達(dá)成”，著重“造成”一種特殊的效果，如：This book effected a change in my opinion. 這本書使我的看法起了變化。influence 指“

24、通過說服、舉例等對行動、思想、性格等產(chǎn)生不易覺察到的，潛移默化的影響”，如: Influenced by a high-school biology teacher, he took up the study of medicine.在一位中學(xué)生物教師的影響下, 他從事醫(yī)學(xué)研究。電離層的散射作用，暫時性地中斷其反射作用。頻率和最佳路徑由于電離層的狀況會影響無線電波傳播，通信工程師必須為特定時間選定最佳路徑和最佳頻率。在給定電離層條件下用于在特定路徑上傳播的最高可用頻率叫做最高可用頻率（MUF） Maximum Usable Frequency。高于MUF的頻率會穿過電離層進(jìn)入太空，低于MUF的

25、頻率則可能散射回地球。隨著頻率降低，信號被D層吸收隨之加強(qiáng)。（當(dāng)頻率降低到某最低頻率時，信號）會被電離層完全吸收。這個頻率叫做最低可用頻率（LUF） Lowest Usable Frequency。因此，可用頻率“窗口”處于最高可用頻率和最低可用頻率之間。最佳傳輸頻率FOT Frequency of Optimum Transmission通常是MUF的85%。一般說來，F(xiàn)OT的數(shù)值在晚上較低，白天較高。除頻率外，要實(shí)現(xiàn)最佳通信還必須考慮無線電信號的傳播路徑。由于接收到的信號可能是經(jīng)由幾條路徑到達(dá)的電波組成的，包括一路或幾路天波和一路地波。由于它們的路徑長度不同，到達(dá)時間也不同。時間差的范圍叫

26、做多徑傳播 multipath spread。選擇盡可能接近MUF的頻率可將多徑傳播的影響減到最小。傳播預(yù)測技術(shù)既然影響電波傳播的許多因數(shù)有周期性重復(fù)特性，而且是可以預(yù)測的，就會有許多能有效確定FOT的技術(shù)被開發(fā)出來。目前已有許多傳播預(yù)測的計(jì)算機(jī)程序可供使用。其中電離層通信分析和預(yù)測程序IONCAP Ionospheric Communication Analysis and Prediction是一種已被廣泛使用而且很有效的程序，它可以預(yù)測在一天中給定的時間，系統(tǒng)性能與在給定傳播路徑上使用的頻率和設(shè)備的特定配置之間的關(guān)系。當(dāng)然，由于計(jì)算機(jī)化的預(yù)測方法是基于歷史數(shù)據(jù)建立起來的，不可能考慮到影響

27、通信的某些當(dāng)前條件，如因干擾和噪聲這類隨機(jī)現(xiàn)象造成的電離層變化等（后面更詳細(xì)討論）。有一種更快速的自動預(yù)測方法與電離層探測技術(shù)有關(guān)。線性調(diào)頻脈沖探測器系統(tǒng)利用遠(yuǎn)方電臺發(fā)射一種2到30MHZ的掃描探測信號（線性調(diào)頻脈沖），用接收機(jī)跟蹤該信號，同時分析在各指定頻率上的接收性能，并立即顯示最佳傳播頻率范圍。此外，現(xiàn)代高頻通信系統(tǒng)越來越多地利用鏈接質(zhì)量分析LQA Link Quality Analysis技術(shù)。這種系統(tǒng)的發(fā)射臺和接收臺自動地協(xié)同評估其可用信道質(zhì)量。在需要通信時，可用LQA數(shù)據(jù)選擇最佳頻率。第6節(jié)再進(jìn)一步討論這種技術(shù)。小結(jié)電離層是地球大氣中的帶電粒子（帶電氣體）區(qū)域，高度在地面上空50到

28、600公里（30到375英里）之間。電離層中有幾個電子密度不同的層次，它們對無線電波的吸收、通過、反射特性取決于各層的厚度、電波的入射角和信號的頻率。由太陽輻射引起的電離作用將電子從原子中剝離出來，形成帶電粒子。電離層的電離密度隨太陽輻射的強(qiáng)度變化而變化，太陽輻射的強(qiáng)度隨一天中的不同時間、季節(jié)以及太陽黑子活動周期而變。輻射角度取決于信號波長和所用的天線類型。無線電波穿過大氣層時會被大氣層吸收，吸收率隨頻率的降低而增大。當(dāng)采用最佳傳輸頻率時，通信效果最好。通常，最佳傳輸頻率為最高可用頻率MUF的85%。太陽黑子數(shù)每11年增減一次。太陽黑子數(shù)多時，電離作用增強(qiáng)；太陽黑子數(shù)少時，電離作用減弱。太陽耀

29、斑造成突發(fā)性電離層擾動SIDs，它可使高頻通信中斷。傳播預(yù)測技術(shù)，例如IONCAP，可以為給定的傳輸路徑和一天中給定的時間確定MUF、LUF和FOT。此外還有電離層探測和鏈接質(zhì)量分析LQA技術(shù)等。3.4 高頻無線電系統(tǒng)的組成對電波傳播有了總的認(rèn)識，再來看看電波是怎樣產(chǎn)生的。高頻無線電系統(tǒng)主要有發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和天線三大部分組成。許多現(xiàn)代無線電設(shè)備將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)合并為一個單元，叫做無線電收發(fā)機(jī) transceiver。大型固定系統(tǒng)的發(fā)射臺和接收臺一般設(shè)在不同地點(diǎn)，通常是由另一個遠(yuǎn)地臺控制。3.4.1 發(fā)射機(jī)發(fā)射機(jī)的結(jié)構(gòu)雖變化多端，但它們都是由激勵器和功放組成。圖3.3是一臺典型的高頻發(fā)射機(jī)的簡化

30、示意圖。激勵器中的載波的幅度、頻率或相位受來自信號源（例如麥克風(fēng)）的較低頻率信號的調(diào)制。已調(diào)信號再變換為發(fā)送頻率。在經(jīng)電纜將其送往發(fā)射天線之前，功率放大器要將信號的輸出功率提升到發(fā)射機(jī)所需的瓦特?cái)?shù)。發(fā)射機(jī)可能還包含用于清理輸出信號的濾波器。使用帶通濾波器可除去噪聲、寄生信號和激勵器產(chǎn)生的諧波，或源于功放輸出的諧波。這樣可降低對鄰近信道的干擾。3.4.2 接收機(jī)所有現(xiàn)代高頻接收系統(tǒng)都由射頻輸入濾波/放大器，一組頻率變換器以及中頻放大器，解調(diào)器，和本地振蕩頻率合成器組成（見圖3.4）。工作時，接收機(jī)選擇所需信號，將其放大到適當(dāng)電平，經(jīng)過解調(diào)恢復(fù)原來信息（解調(diào)是從已調(diào)波恢復(fù)原始調(diào)制信號的過程）。在當(dāng)

31、代無線設(shè)備中，這些功能中多數(shù)都是數(shù)字化的。為了濾除噪聲和無用信號，有時可在射頻輸入級加入一個可調(diào)預(yù)選器（一種帶通濾波器）。然后將經(jīng)過濾波的信號放大并經(jīng)頻率變換后再進(jìn)一步處理。濾波處理還不止此。典型情況下，接收信號會在幾個不同的中頻經(jīng)過濾波和放大。中放級的放大倍數(shù)依接收信號的強(qiáng)弱而變。例如，為了輸出語音或數(shù)據(jù)，解調(diào)器輸出音頻（基帶）信號送到相應(yīng)設(shè)備。同時，因?yàn)檩斎胄盘柕膹?qiáng)度大小不等，解調(diào)器可產(chǎn)生一個正比于射頻輸入信號電平的電壓，將此電壓作為自動增益控制信號反送到射頻放大器和中頻放大器，以保證解調(diào)器的輸入大小適當(dāng)。3.4.3 天線天線是無線通信中至關(guān)重要的組成部分之一。以下介紹一些典型的天線類型及

32、其應(yīng)用。特性和參數(shù)描述天線特性的最常用術(shù)語是阻抗、增益、輻射模式、出射角 take-off angle，離源角和偏振。每一個天線都有一個輸入阻抗，它表征接到發(fā)射機(jī)上的負(fù)載。輸入阻抗值取決于許多因素，如天線設(shè)計(jì)、工作頻率以及天線相對于周邊物體的位置。無線電通信的基本要求是要在所需的地點(diǎn)和時間，尋找盡可能多的動力產(chǎn)生并發(fā)射信號。大多數(shù)發(fā)射機(jī)都是設(shè)計(jì)成能高效地向50歐姆（歐姆是電阻單位，其符號為）負(fù)載提供最大功率。有些天線，如對數(shù)周期天線由許多長度不同的振子所組成的一種寬頻帶天線。振子長度與間隔符合一定的比例關(guān)系，使得當(dāng)工作頻率改變時，天線的性能按頻率的對數(shù)呈周期性變化可以在某個寬頻帶范圍內(nèi)對發(fā)射機(jī)

33、呈50歐姆負(fù)載，這類天線一般可直接連接到發(fā)射機(jī)。但其他天線，例如偶極子天線、鞭狀天線、長線天線等，其阻抗隨頻率和周圍環(huán)境的變化很大。在這些情況下，要使用天線調(diào)諧器（天線耦合器），將其置于發(fā)射機(jī)和天線之間，以改變天線對發(fā)射機(jī)呈現(xiàn)的負(fù)載特性，才能將發(fā)射機(jī)的輸出功率盡可能多的傳送給天線。天線增益是天線方向性（將輻射能量向某個特定方向聚焦）的計(jì)量單位。其大小是將該天線接收到的信號電平與一個全向天線（其輻射在各方向均等）接收到的信號電平相比較而確定的。增益用表示，增益越大，天線的方向性就越好。發(fā)射天線增益還直接影響到對發(fā)射機(jī)功率的技術(shù)要求。例如，若用一付增益為10的定向天線取代一付全向天線，用一臺100

34、瓦的發(fā)射機(jī)就可以產(chǎn)生和一臺1千瓦發(fā)射機(jī)和一個全向天線同樣的有效輻射功率。除增益外，用戶還必須懂得天線的輻射方向圖才能實(shí)現(xiàn)最佳信號傳輸。輻射方向圖與天線設(shè)計(jì)有關(guān)，天線相對于地面的位置對其影響很大，此外還可能會受附近建筑物和樹木等物體的影響。大多數(shù)天線的方向圖都不是均勻的，這種不均勻性可以用波瓣lobes（輻射最強(qiáng)區(qū)域）和nulls（輻射最弱區(qū)域）來表征。通常，以垂直面和水平面的兩個方向圖來表示（圖3.5），以展現(xiàn)天線增益與仰角（垂直方向圖）方位角（水平圖）的關(guān)系。輻射方向圖與頻率有關(guān)，所以要全面描述一個天線的輻射方向圖，就要有一組不同頻率下的方向圖。在確定通信距離時，出射角是一個重要因素，它是發(fā)

35、射天線水平面與天線方向圖的主瓣間的夾角。遠(yuǎn)距離通信時常用小出射角，短距離通信時多用大出射角。天線相對于地面的取向決定其極化方向。大多數(shù)高頻天線要么采用垂直極化，要么采用水平極化。垂直極化天線的出射角小，適用于發(fā)送地波和遠(yuǎn)距離天波。垂直天線的主要缺點(diǎn)是受地面的電導(dǎo)率和本地噪聲影響大。為獲得最佳效果，需采用地面屏蔽。水平極化天線的出射角較大，適用于短距離通信，遠(yuǎn)至400英里。通過調(diào)節(jié)天線的離地高度，有可能提高較小出射角時的天線增益，以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)距離的天波傳播。極化方向?qū)τ诘夭▊鞑ィl(fā)射天線和接收天線應(yīng)采用相同的極化方向才能得到最佳效果。而對于天波傳播，卻無需計(jì)劃方向一致，這時由于電離層散射會改變信號

36、的極化方向。類型高頻通信中使用的天線種類繁多，在此我們僅介紹幾種最常用的類型。垂直鞭狀天線是全向天線，出射角小，垂直極化，多適用于發(fā)送地面波。圖3.6是垂直鞭狀天線的典型輻射方向圖。加裝一個反射器，構(gòu)成第二垂直鞭，可以為其方向圖添加方向性。最通用的高頻天線之一是半波偶極振子，其天線長度大約等于發(fā)射波長的一半。改變偶極子的取向即可使其水平極化或垂直（中心饋電）極化。圖3.7是一個中心饋電的水平偶極子天線。其輻射方向圖隨離地高度變化很大。垂直偶極天線常用于艦船和地面交通工具上。小結(jié) 一個無線通信系統(tǒng)由發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和天線組組成。 發(fā)射機(jī)組由激勵和功率放大器組成，激勵器包含調(diào)制器、載波發(fā)生器和頻率變

37、換器。 接收機(jī)組由射頻輸入濾波放大器、變頻器中頻放大器，解調(diào)器和本地振蕩器組成。 選擇天線對于成功實(shí)現(xiàn)通信至關(guān)重要。天線的類型有垂直鞭狀天線、偶極子天線和定向天線。 天線耦合器用于使天線阻抗與發(fā)射機(jī)阻抗相匹配，以便最大限度地將功率傳送給天線。 天線增益是天線方向性的一種度量，天線方向性是將天線輻射能量聚焦到特定方向的能力。 天線輻射方向圖的特征是零瓣（輻射最弱區(qū)域）和波瓣（輻射最強(qiáng)區(qū)域） 遠(yuǎn)程通信常用小天線出射角，短程通信常用大出射角。3.5 噪聲和干擾當(dāng)你在雷暴時聽收音機(jī)，一定注意到曾 at one time or another曾經(jīng)出現(xiàn)過中斷。當(dāng)你正在收聽你所喜愛的FM臺時，你可能也同時聽

38、到過飛行員向塔臺急促地報(bào)告 rattle off adv. 急促地背誦：He rattled off the poem. 他把詩文不假思索地背出。飛行數(shù)據(jù)。這些都是影響接收機(jī)性能的干擾。當(dāng)你想要收聽音樂時，這些干擾很是令人煩惱，高頻通信任務(wù)的成敗取決于是否聽到并懂得所傳送的信息，所以噪聲和干擾十分有害。接收機(jī)噪聲和干擾源既有來自內(nèi)部的，也來自外部的。在高頻的大部分頻段，外部噪聲電平大大超過接收機(jī)內(nèi)部噪聲。信號的品質(zhì)以信噪比SNR表示，單位為分貝（dB）。信噪比越高，信號品質(zhì)就越好。有些干擾是無意的 inadvertent adj. 不注意的, 疏忽的, 無意中做的，如飛行員對塔臺的呼叫。有些干

39、擾是敵方 adversaryAn opponent; an enemy.為破壞我方通信而故意施放的。工程師們采用各種技術(shù)來抗擊 combat struggle against.噪聲和干擾。其中有： 提高有效輻射功率， 設(shè)法優(yōu)化工作頻率， 選擇適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方案， 選擇適當(dāng)?shù)奶炀€系統(tǒng)， 設(shè)計(jì)能抗干擾的接收機(jī)。下面我們先看看一些常見的噪聲源和干擾源。天然噪聲源閃電是主要的大氣（天然）噪聲源。大氣噪聲在夏天最為頻繁，晚上最強(qiáng)，主要處于1到5MHz頻段。已有人測定了全球各地的大氣噪聲平均值與一天中不同時間和季節(jié)的關(guān)系，并將其用于預(yù)測高頻無線電系統(tǒng)的性能。另一個天然噪聲源是來自太空的宇宙噪聲。它對整個高頻頻

40、段的影響是均勻的，但不影響20MHz以下接收機(jī)的性能。人為噪聲電力線、計(jì)算機(jī)設(shè)備、以及工業(yè)和辦公室設(shè)備都會產(chǎn)生人為噪聲，它們是經(jīng)輻射或通過電力電纜到達(dá)接收機(jī)的。人們將這類人為干擾稱為電磁干擾EMI electromagnetic interference，電磁干擾在城市區(qū)域最強(qiáng)。工程師們常用無線電設(shè)備接地和屏蔽技術(shù)和對電源輸入線路濾波的方法來抑制EMI。無意干擾任何時刻都有成千上萬的高頻發(fā)射機(jī)都在空間爭用本來就比較窄的頻段中的射頻頻譜，相互間必然會形成干擾。在夜晚以及在靠近MUF的頻率低端干擾最為嚴(yán)重。在歐洲，由于人口密度高，射頻頻譜也就特別擁擠。無意干擾的一個主要來源是發(fā)射機(jī)、接收機(jī)和天線的

41、布局。例如，船艦上地方狹窄，不得不將若干無線電系統(tǒng)放在一起。30余年來，有人設(shè)計(jì)了許多RF通信系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了克服布局問題的高性能集成艦載通信系統(tǒng)。減小布局干擾的方法有：使天線精確定向、采用對強(qiáng)無用信號不會過載的接收機(jī)、精心設(shè)計(jì)以便將互調(diào)降至最低程度的發(fā)射機(jī)等。故意干擾故意干擾，或叫人為干擾，是有意破壞通信、在工作頻率上發(fā)送的干擾信號。人為干擾可能直接針對某一個頻道，也可能是寬帶的。可能是連續(xù)不斷的干擾，也可能只在被干擾信號存在時才進(jìn)行干擾?，F(xiàn)代軍用無線電系統(tǒng)采用某些技術(shù)來克服人為干擾，降低被檢測和被偵聽的機(jī)率。其中的擴(kuò)頻技術(shù)是以比原始信息的頻率分量寬得多的頻帶發(fā)射已調(diào)信息的。我們將在第7章討論這

42、些技術(shù)。信號從發(fā)射機(jī)經(jīng)由多條路徑到達(dá)接收機(jī)，形成衰落，這是由于這些信號會隨機(jī)地相互加減造成的。小結(jié) 噪聲源有天然（大氣）的也有人為的。閃電是大氣噪聲的主要來源；電力線、計(jì)算機(jī)終端和工業(yè)電器是主要的人為噪聲源。 眾多高頻發(fā)送設(shè)備爭用相當(dāng)窄的射頻頻譜資源造成干擾。夜晚在較低頻率段情況更糟。 將發(fā)射機(jī)放在一起造成相互干擾，并干擾附近的接收機(jī)。 人為干擾是為故意破壞通信而在對方發(fā)射臺工作頻率上施放的干擾。 多徑干擾會造成信號衰減。3.6 采用高頻無線電通道的數(shù)據(jù)通信從一開始起，高頻無線電就使用Morse電碼進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。隨著時間的推移，成功開發(fā)了考慮到RF媒介可變性的若干改進(jìn)技術(shù)，大大提高了在射頻鏈路

43、上傳播數(shù)據(jù)的速率。此外，應(yīng)用糾錯碼和自動重發(fā)請求ARQ Automatic Repeat reQuest技術(shù)，使得能夠在計(jì)算機(jī)-計(jì)算機(jī)通信系統(tǒng)中使用RF無線電而無差錯的傳送數(shù)據(jù)。為了理解高頻數(shù)據(jù)通信原理，我們將定義一些常用的數(shù)據(jù)術(shù)語，并說明modem的重要性，并簡單介紹與高頻數(shù)據(jù)通信相關(guān)的某些問題和解決方案。二進(jìn)制數(shù)據(jù)通信是從發(fā)射機(jī)通過適當(dāng)?shù)男诺缹⑿畔鞑サ浇邮諜C(jī)的活動。例如，本書使用一些符號（字母）將信息編碼成一組代碼（單詞），通過信道（印刷頁面）向接收機(jī)（讀者）傳送。將此原理應(yīng)用于數(shù)據(jù)（信息），為了通過（高頻無線電）信道向接收機(jī)（讀者）傳送信息，我們采用簡寫形式先將數(shù)據(jù)（信息）變換成代碼字

44、。位（binary digits，bits）是只用兩個基數(shù)即符號0和1的計(jì)數(shù)制中的成分。因而，一個位代表截然不同的兩個狀態(tài)變量之一。例如，開關(guān)的通或斷，電壓的正或負(fù)，等等。傳達(dá)二進(jìn)制數(shù)據(jù)的一個簡單方法是以鏈路另一端能解釋的方式接通或斷開電路。電報(bào)通信的早期基本上就是做的。以后采用的方案是用數(shù)位來控制選擇載波的兩個特征性質(zhì) 頻率或幅度。更為復(fù)雜的方法是讓載波可以具有兩個以上的狀態(tài)，用以代表更多數(shù)位。波特率數(shù)據(jù)傳輸速率一般以比特/秒（bps）來測定，有時也用波特表示比特/秒，雖然實(shí)際上這兩個術(shù)語有著不同的含義。波特是信號發(fā)送速度的單位，是被每秒被發(fā)送的符號數(shù)的一種度量。而每一個符號可以代表多個數(shù)位

45、。一個無線信道能支持的最大波特率取決于信道帶寬 帶寬越寬，波特率就越高。信息傳送的速率，即比特率，取決于每個符號有多少位。異步數(shù)據(jù)和同步數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)傳輸有兩種模式：異步和同步，定義如下：在異步數(shù)據(jù)傳輸中，每個字符都有一個起始位和一個停止位。起始位讓接收方準(zhǔn)備好接受字符，停止位使接收方返回空閑狀態(tài)。同步數(shù)據(jù)傳輸中，除去了起始位和停止位。系統(tǒng)采用一個前同步信號 preamble，一個已知的數(shù)位串，在消息開始時發(fā)送，接收方用以使其內(nèi)部時鐘同步來告知接收方消息來了。異步系統(tǒng)無需復(fù)雜的同步電路，但其系統(tǒng)開銷比同步系統(tǒng)要高。這是因?yàn)槠鹗嘉缓屯Ｖ刮粚⒆址L度增加了25%，從8位增加到10位。高頻調(diào)制解調(diào)器用常規(guī)

46、語音電臺是不能直接傳輸數(shù)據(jù)的。必須用一種適用于發(fā)送音頻信號的稱之為調(diào)制器的設(shè)備將數(shù)字電壓電平變換成音頻信號。相反，在接收機(jī)端，則用解調(diào)器將音頻信號變回?cái)?shù)字電壓電平。有些電臺（例如Harris RF-5000）內(nèi)置了高速modem（組裝在一起的MODulator和DEModulator），既能接受語音，也能接受數(shù)字輸入。高頻 modem分為三個基本類型： 低速移頻鍵控（FSK）modem； 高速并行音調(diào)modem； 高速串行（單一）音調(diào)modem。最簡單的modem采用FSK對二進(jìn)制數(shù)據(jù)（若干0和1）編碼。調(diào)制器的輸入是取兩個可能電平之一的數(shù)字信號，其輸出是兩個可能音調(diào)之一的音頻信號。由于存在多

47、徑傳播的影響， 高頻 modem系統(tǒng)的數(shù)據(jù)率被限制在低于75bps。采用頻率的多音調(diào)FSK（MFSK）可以獲得較高的速率。Harris在上世紀(jì)80年代首先采用并行的和串行的音調(diào)波形使數(shù)據(jù)傳輸率提高到4800bps。串行音調(diào)modem以單一音調(diào)攜帶信息，并采用功能強(qiáng)大的前向糾錯（Forward Error Correction，F(xiàn)EC）大大改善了高頻信道的數(shù)據(jù)傳輸，極大的提高了健壯性，降低了對干擾的敏感度，提高了數(shù)據(jù)率。差錯控制有多種不同的途徑避免數(shù)據(jù)傳輸問題。FEC是在數(shù)據(jù)流中加入冗余數(shù)據(jù)，讓接受方檢錯和糾錯。這種方案的一個重要特點(diǎn)是它無需用作認(rèn)可的返回信道。如果接收方檢測到一個錯誤，它只需將

48、其糾正并準(zhǔn)確地產(chǎn)生原始數(shù)據(jù)，而無需告知發(fā)送方數(shù)據(jù)有問題。如果在數(shù)據(jù)流中錯誤是隨機(jī)出現(xiàn)的，F(xiàn)EC編碼技術(shù)是最有效的。但是高頻介質(zhì)往往出現(xiàn)突發(fā)的一串錯誤，即信道中的高誤碼率（bit error rate，BER）的段散布在低誤碼率段中。為充分利用FEC編碼技術(shù)的優(yōu)勢，最好采用交錯處理方法將信道中出現(xiàn)的錯誤隨機(jī)化。例如，在調(diào)制器方，使數(shù)據(jù)進(jìn)入一個9行10列矩陣，數(shù)據(jù)塊在行向進(jìn)入列向出來。但數(shù)據(jù)塊離開矩陣準(zhǔn)備傳送時，輸出數(shù)位的序列成為1，11，21，等等。在解調(diào)器方，進(jìn)行相反的退交錯處理。數(shù)據(jù)從列向進(jìn)入一個與發(fā)送方同樣的矩陣。再按行讀出，將數(shù)據(jù)序列恢復(fù)成原始狀態(tài)。這樣，如果有一9個連續(xù)位的突發(fā)錯誤，經(jīng)

49、退交錯處理后，它們落入任何一個30位的序列中的錯誤位不大于3。軟判決解碼進(jìn)一步提高糾錯編碼的糾錯能力。其中，將一組保持其模擬特性的被測符號與一組可能的傳輸代碼字相比較。系統(tǒng)“記住”檢測電壓，在決定發(fā)送哪一個代碼字之前，對代碼字中的每一個符號都施用一個加權(quán)系數(shù)。數(shù)據(jù)通信中還用聲碼器 VOCODER= VOice CODER,語音編碼器，聲碼器，自動語音合成儀An electronic device or system for synthesizing speech.進(jìn)行加密語音呼叫。聲碼器將聲音變成數(shù)據(jù)流經(jīng)高頻信道發(fā)送，在接收端再用聲碼器將數(shù)據(jù)重建成電話品質(zhì)的聲音。除糾錯技術(shù)外，在高速串行mod

50、em中還可以采用兩種信號處理方案來改善數(shù)據(jù)傳輸。一是用自動信道均衡器來補(bǔ)償接收數(shù)據(jù)時的信道特性變化。一是用自適應(yīng)切割濾波器找出并抑制解調(diào)器輸入端的窄帶干擾，以降低同信道干擾的影響，即出現(xiàn)在正在使用的同一信道中的干擾。小結(jié) 傳送數(shù)據(jù)時，需用modem將數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)變換成模擬形式；接收數(shù)據(jù)時，需將模擬數(shù)據(jù)變回?cái)?shù)字形式。 高頻modem有低速FSK、高速并行音調(diào)和高速串行音調(diào)三類。 串行音調(diào)modem大大改善了在高頻信道進(jìn)行數(shù)據(jù)通信的性能，如數(shù)據(jù)率高、前向糾錯（FEC）能力強(qiáng)，抗干擾力強(qiáng)。 采用FEC方案無需采用回線即可實(shí)現(xiàn)糾錯。 交錯技術(shù)是一種使突發(fā)差錯隨機(jī)化的方法，可使FEC工作更加可靠。 軟判決解

51、碼是利用將一組模擬字符符號與一些可能傳輸?shù)拇a字對比來進(jìn)一步降低誤碼率。 采用聲碼器將語音信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)值數(shù)據(jù)以便在高頻信道上的編碼傳輸。 自動信道均衡和自適應(yīng)分割濾波是為提高數(shù)據(jù)通信性能而采用的信號處理技術(shù)。3.7 自適應(yīng)無線電技術(shù)電離層性質(zhì)的不斷變化以及隨機(jī)噪聲和干擾會造成高頻通信中斷。過去，需要技術(shù)熟練的電臺操作員來建立通信并不斷調(diào)節(jié)運(yùn)行參數(shù)?，F(xiàn)在，這一功能完全自動化了。提供自適應(yīng)無線電系統(tǒng)的RF通信能對傳播條件的變化迅速做出反應(yīng)并利用實(shí)時信道評估技術(shù)的反饋信息來選擇頻率、調(diào)節(jié)數(shù)據(jù)率、或改變調(diào)制方案。鏈接自動建立和鏈路品質(zhì)分析是眾多自適應(yīng)過程中的兩個。鏈接自動建立ALE Automatic

52、 Link Establishment鏈接自動建立是一種無需操作員干預(yù)，而能讓高頻電臺自動呼叫并在最佳信道建立鏈接的技術(shù)。典型的鏈接自動建立系統(tǒng)要利用存儲在一個存儲器“矩陣”中的新近測量到無線信道特性（LAQ數(shù)據(jù)）。該系統(tǒng)的工作很像電話，網(wǎng)絡(luò)為其中的中的每一個電臺都分配了一個地址（ID）。不使用時，每一個電臺都不斷掃描為其分配的各個頻率，傾聽對它的呼叫。要與指定臺通信，呼叫方只需象撥電話號碼一樣輸入其ID。電臺查詢其LAQ矩陣并選擇最佳可用分配頻率（下面將對LAQ矩陣做進(jìn)一步說明）。然后發(fā)出一段含目的電臺ID的簡短消息。當(dāng)接收臺“聽到”其地址時，就停止掃描并停留在該頻率上。兩個電臺自動實(shí)現(xiàn)了“

53、握手”聯(lián)絡(luò)以確認(rèn)鏈路的建立并準(zhǔn)備開始通信。原先完全沉寂的接收臺會發(fā)出一個振鈴信號告警接收方操作員有來電呼叫。當(dāng)通信完結(jié)時，一方電臺“掛機(jī)”，一個切斷信號送到另一個電臺，然后它們都返回掃描模式。鏈接品質(zhì)分析一個高頻通信系統(tǒng)有許多分配給它的信道。一個具有LAQ功能的系統(tǒng)能選擇最佳信道。以下是一個自適應(yīng)系統(tǒng)的工作原理。網(wǎng)絡(luò)中的電臺會在規(guī)定的時間間隔嘗試與分配給它的各個頻率建立鏈接，并測量每一個鏈接頻率上的信號品質(zhì)。這些品質(zhì)數(shù)據(jù)存儲在一個矩陣中。呼叫初始化時，電臺會檢測其“存儲器”以確定對該呼叫要與之通信的電臺的最佳品質(zhì)頻率，既之以該頻率進(jìn)行鏈接。如果鏈接失敗，它會嘗試以下一個最佳頻率鏈接，如此進(jìn)行下

54、去，直到成功建立鏈接。自適應(yīng)技術(shù)的增強(qiáng)通過使用計(jì)算機(jī)控制器，根據(jù)信道條件選擇modem的數(shù)據(jù)率，選擇最佳天線，自動調(diào)節(jié)發(fā)射功率，自動消除干擾信號，選擇modem的調(diào)制方式和編碼方案等，可以使自適應(yīng)無線電技術(shù)得到進(jìn)一步增強(qiáng)。其優(yōu)點(diǎn)是這樣的自適應(yīng)系統(tǒng)高度自動化，無需人為干預(yù)即可提高通信質(zhì)量。這樣一來，對要有高技術(shù)知識的操作員的需求就大大減少了。小結(jié) 自適應(yīng)無線電技術(shù)可使現(xiàn)代高頻無線電系統(tǒng)自動適應(yīng)不時變化的傳播條件。 鏈路自動建立（ALE）使高頻無線電臺有可能無需人員干預(yù)而建立鏈接。 鏈路品質(zhì)分析（LQA）是一種評估品質(zhì)的方法，以便在最佳信道/頻率建立鏈接。 還有其他一些自適應(yīng)技術(shù)。3.8保密通信無

55、線電技術(shù)的進(jìn)步已使我們進(jìn)入通信更容易、更安全、更可靠的時代。通信安全問題現(xiàn)在已經(jīng)和通信本身一樣重要。這一章我們將討論保密通信COMSEC COMmunication SECurity，它是保證重要通信安全的方法。我們也要談及保密傳輸TRANSEC TRANsmission SECurity問題 讓他人難于劫獲或干擾你通信的方案。COMSEC COMSEC采用擾頻 scrambling不規(guī)則性，雜亂性；擾頻；（加密）編碼（法）或加密 cryptographic 加密, 密碼技術(shù)使那些無需或不應(yīng)知道通信內(nèi)容的人無法理解你的信息。請注意用于數(shù)字信號的加密技術(shù)和用于模擬信號的擾頻技術(shù)是不同的。加密是在

56、發(fā)射機(jī)端將信息加密成看起來是隨機(jī)信息，并在接收機(jī)端采用解密方法將該隨機(jī)消息解密的過程。歷史上曾使用了代碼來保護(hù)敏感信息。那時，在發(fā)信之前，發(fā)信人用手工方式對消息進(jìn)行編碼，在接收端，收信人再用手工方式對收到的消息解碼。而現(xiàn)代電子技術(shù)卻可以自動完成編碼和解碼過程。編碼和解碼都需使用某種數(shù)學(xué)算法，并配上一把密匙，將顯見信息變?yōu)榧用軤顟B(tài)。否則，發(fā)送未經(jīng)加密保護(hù)的信息，而被他人截獲，則截獲者無需費(fèi)力就可以知道你發(fā)送的信息。為此，美國政府已經(jīng)建立了相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)來劃分敏感信息的分類和級別。在無需極高保密級的語音通信系統(tǒng)中，可以用加密來防止竊聽 eavesdropping 偷聽。擾頻 scrambling不規(guī)則性

57、，雜亂性；擾頻；（加密）編碼（法）作為一種模擬通信保密技術(shù)，是將語音信號分割成若干子音頻頻帶，將子音頻頻帶搬移到不同的音頻段，然后再以組合音頻輸出去調(diào)制發(fā)射機(jī)。其中，是以隨機(jī)方式去控制頻率搬移的。擾頻方式類似于以一個解碼環(huán)（有點(diǎn)象孩子們的早餐盒）發(fā)送一段消息。例如，你將字母c指定為g，a指定為n，t指定為w，這樣當(dāng)你收到消息gnw時，你就將它解碼為cat。去擾頻 descrambling就是在接收方將擾頻過程反轉(zhuǎn)過來。在數(shù)字加密中，數(shù)據(jù)（可以是第5節(jié)中描述的數(shù)字化的聲音）簡化成二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。加密引擎 cryptographic engine根據(jù)通信量密匙（TEK） traffic encryp

58、tion key產(chǎn)生一個極長的、不重復(fù)的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流。將此數(shù)據(jù)流加于加密數(shù)據(jù)流中而產(chǎn)生已密數(shù)據(jù)流，即加密正文。以這種方式產(chǎn)生的二進(jìn)制數(shù)據(jù)流是天生不可預(yù)測的。而所有模擬信號都比較容易預(yù)測，因而不大安全。數(shù)據(jù)加密強(qiáng)度是確定消息內(nèi)容的困難程度，它與密匙算法的復(fù)雜程度有關(guān)。密匙是一個能改變算法的重建同步 resynchronization的變量。保護(hù)好密匙極其重要，即使不速之客訪問到加密信息并且掌握了算法，沒有密匙照樣無法解密信息。美國政府開發(fā)了嚴(yán)格的密匙管理程序來保護(hù)、分發(fā)、存儲和廢除密匙。過去，是人工用紙帶、磁介質(zhì)、或插入式傳遞裝置將密匙載入加密設(shè)備的。創(chuàng)建密匙和將密匙安全投遞給每個用戶對于軍事行

59、動的細(xì)節(jié)部署和保管記錄工作都十分重要。還有一種用于商業(yè)機(jī)構(gòu)的密匙管理系統(tǒng)是公共密匙加密法。采用此方法時，每個用戶都要產(chǎn)生兩把密匙。一把是公共密匙“Y”，一把是私人密匙“X”，其Y值得自X值。這種系統(tǒng)的加密強(qiáng)度取決于從Y導(dǎo)出X的難度。用Y密匙加密的信息只能用X密匙解密。采用公開向用戶分發(fā)公共Y密匙，同時保留獨(dú)家訪問私人X密匙的方法，任何人都可以利用你的公共密匙向你發(fā)送保密消息，而由于只有你有X密匙，你才是唯一能解密該消息的人。若在網(wǎng)絡(luò)中使用公共密匙系統(tǒng)，網(wǎng)絡(luò)中的所有用戶都可以實(shí)現(xiàn)雙向保密通信。這叫做非對稱密匙系統(tǒng)。此外還有所謂對稱密匙系統(tǒng)，它是用同一密匙加密和解密。因?yàn)樵窗l(fā)者和接收者都必須有相同

60、的密匙，因而這種系統(tǒng)的安全性最高。美國一家電子公司Harris首先為保護(hù)和分發(fā)對稱密匙通信系統(tǒng)密匙開發(fā)了最新的電子方法。其中，一種適用于無線網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品叫做Over-The-Air-Rekeying（OTAR）。這種技術(shù)幾乎完全無需手工裝載密匙，是一種很安全的密匙管理系統(tǒng)。OTAR基于一個密匙開始分發(fā)系統(tǒng)（a begin key distribution system），它包括一把用于加密TEK（通信量密匙）的用以對密匙加密的密匙（KEK，key encryption key）和另外任何一把運(yùn)作中的COMSEC或TRANSEC密匙。這種方法稱之為“包裹”，以區(qū)別于通信量加密。KEK是唯一必須事先