短波按照國際無線電咨詢委員會(CCIR,,現(xiàn)在的ITU-R),,的劃分是指波長在l00m~l0m,頻率為3MHz~30MHz的電磁波。利用短波進行的無線電通信稱為短波通信,,又稱高頻(HF)通信,。實際上,,為了充分利用短波近距離通信的優(yōu)點,,短波通信實際使用的頻率范圍為1.5MHz~30MHz。
自從1921年發(fā)生在意大利羅馬的一次意外事故,,短波被發(fā)現(xiàn)可實現(xiàn)遠距離通信以來,,短波通信迅速發(fā)展,成為了世界各國中,、遠程通信的主要手段,,被廣泛地用于政府、軍事,、外交,、氣象、商業(yè)等部門,,用以傳送電報,、電話、傳真,、低速數(shù)據(jù)和圖像,、語音廣播等信息。在衛(wèi)星通信出現(xiàn)以前,,短波在國際通信,、防汛救災(zāi)、海難救援以及軍事通信等方面發(fā)揮了獨特的重要作用,。
短波通信可以利用地波傳播,但主要是利用天波傳播,。
地波傳播的衰耗隨工作頻率的升高而遞增,,在同樣的地面條件下,,頻率越高,衰耗越大,。利用地波只適用于近距離通信,,其工作頻率一般選在5MHz以下。地波傳播受天氣影響小,,比較穩(wěn)定,,信道參數(shù)基本不隨時間變化,故地波傳播信道可視為恒參信道,。
天波是無線電波經(jīng)電離層反射回地面的部分,,傾斜投射的電磁波經(jīng)電離層反射后,可以傳到幾千千米外的地面,。天波的傳播損耗比地波小得多,,經(jīng)地面與電離層之間多次反射(多跳傳播)之后,可以達到極遠的地方,,因此,,利用天波可以進行環(huán)球通信。天波傳播因受電離層變化和多徑傳播的嚴重影響極不穩(wěn)定,,其信道參數(shù)隨時間而急劇變化,,因此稱為變參信道。天波不僅可以用于遠距離通信,,而且還可以用于近距離通信,。
在地形復(fù)雜,短波地波或視距微波受阻擋而無法到達的地區(qū),,利用高仰角投射的天波可以實現(xiàn)通信,。與衛(wèi)星通信、地面微波,、同軸電纜,、光纜等通信手段相比,短波通信也有著許多顯著的優(yōu)點:
1)短波通信不需要建立中繼站即可實現(xiàn)遠距離通信,,因而建設(shè)和維護費用低,,建設(shè)周期短;
2)設(shè)備簡單,可以根據(jù)使用要求固定設(shè)置,,進行定點固定通信,。也可以背負或裝入車輛、艦船,、飛行器中進行移動通信;
3)電路調(diào)度容易,,臨時組網(wǎng)方便、迅速,具有很大的使用靈活性;
4)對自然災(zāi)害或戰(zhàn)爭的抗毀能力強,。通信設(shè)備體積小,,容易隱蔽,便于改變工作頻率以躲避敵人干擾和竊聽,,破壞后容易恢復(fù),。
這些是短波通信被長期保留,至今仍然被廣泛使用的主要原因,。短波通信也存在著一些明顯的缺點:
1)可供使用的頻段窄,,通信容量小。按照國際規(guī)定,,每個短波電臺占用3.7kHz的頻率寬度,,而整個短波頻段可利用的頻率范圍只有28.5MHz。為了避免相互間的干擾,,全球只能容納7700多個可通信道,,通信空間十分擁擠。并且3kHz通信頻帶寬度,,在很大程度上限制了通信的容量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俾省?/p>
2)短波的天波信道是變參信道,,信號傳輸穩(wěn)定性差。短波無線電通信主要是依賴電離層進行遠距離信號傳輸?shù)?,電離層作為信號反射媒質(zhì)的弱點是參量的可變性很大,。它的特點是路徑損耗、延時散步,、噪聲和干擾,,都隨晝夜、頻率,、地點而不斷變化著,。
一方面電離層的變化使信號產(chǎn)生衰落,衰落的幅度和頻次不斷變化,;
另一方面天波信道存在著嚴重的多徑效應(yīng),,造成頻率選擇性衰落和多徑延時。選擇性衰落使信號失真,,多徑延時使接收信號在時間上擴散,,成為短波鏈路數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹饕拗啤?/p>
3)大氣和工業(yè)無線電噪聲干擾嚴重。隨著工業(yè)電器化的發(fā)展,,短波頻段工業(yè)電器輻射的無線電噪聲干擾平均強度很高,,加上大氣無線電噪聲和無線電臺間干擾,在過去,,幾瓦,、十幾瓦發(fā)射功率就能實現(xiàn)的遠距離短波無線電通信,,而在今天,10倍,、幾十倍于這樣的功率也不一定能夠保證可靠的通信,。大氣和工業(yè)無線電噪聲主要集中在無線電頻譜的低端,隨著頻率的升高,,強度逐漸降低。雖然,,在短波頻段這類噪聲干擾比中長波段低,,但強度仍很高,影響著短波通信的可靠性,,尤其是脈沖型突發(fā)噪聲,,經(jīng)常會使數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)突發(fā)錯誤,嚴重影響通信質(zhì)量,。
這些問題的存在,,不僅限制了短波通信的發(fā)展,而且也不能很好地適應(yīng)人們?nèi)找嬖鲩L的對數(shù)據(jù)通信,,特別是對高速數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)的需求,。當20世紀60年代衛(wèi)星通信興起時,由于衛(wèi)星通信與短波通信相比具有信道穩(wěn)定,、可靠性高,、通信質(zhì)量好、通信容量大等優(yōu)點,,短波通信受到嚴重挑戰(zhàn),。許多原屬短波通信的一些重要業(yè)務(wù),被衛(wèi)星通信所取代;對短波通信的投入急劇減少,,短波通信的地位大為降低,。至70年代后期,有人甚至懷疑短波通信存在的價值,。
然而,,實踐證明衛(wèi)星通信的初建費用高,靈活性有限,。曾被設(shè)想為可能取代短波通信的衛(wèi)星通信,,并不能滿足所有情況下的用戶需要。事實上也不是所有用戶都需要寬帶線路,。
此外,,在戰(zhàn)爭時期,衛(wèi)星通信容易遭受敵方攻擊,,信道不易抵御敵方的電磁干擾,。與此相比,,短波通信不僅成本低廉,容易實現(xiàn),,更重要的是具有天然的不易被“摧毀”的“中繼系統(tǒng)”--電離層,。衛(wèi)星中繼系統(tǒng)可能發(fā)生故障或被摧毀,而電離層這個中繼系統(tǒng),,除非高空原子彈爆炸才可能使它中斷,,何況高空原子彈爆炸也僅僅是有限的電離層區(qū)域內(nèi)短時間影響電離密度。
1980年2月,,美國國防部核武器局(DefenseNuclearAgency)在一份報告中提出:“一個國家,,在遭受原子襲擊后,恢復(fù)通信聯(lián)絡(luò)最有希望的解決辦法是采用價格不高,,能夠自動尋找信道的高頻通信系統(tǒng)”,。
事實上,從20世紀70年代末,,80年代初開始,,短波通信又重新受到重視。許多國家加速了對短波通信技術(shù)的研究與開發(fā),,陸續(xù)推出了一些性能優(yōu)良的新型設(shè)備和系統(tǒng),。美軍在1979年修改的綜合戰(zhàn)術(shù)通信計劃中,又突出了短波通信的地位,,把它列為第一線指揮控制通信手段之一;80年代初開始,,美軍實施了遍及三軍的一系列短波通信改進計劃;在海灣戰(zhàn)爭中,美,、法等國軍隊大量運用短波通信,,取得了突出的效果。近年來,,其他一些國家的軍隊,,也把短波通信列為重要的通信手段之一。
此外,,在民用通信的某些領(lǐng)域,,短波通信的應(yīng)用也有發(fā)展的趨勢。特別是近十幾年來,,由于多種新技術(shù)的應(yīng)用,,短波通信技術(shù)及裝備取得了很大進展,短波通信原有的缺點,,已有不少得到了克服,,短波通信鏈路的質(zhì)量大大提高,無論是電話傳輸還是數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量可以與衛(wèi)星通信相比,,短波通信又重新煥發(fā)了青春,。