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1关键概念•相干带宽（coherentbandwidth）：指某一特定的频率范围，在该频率范围内的任意两个频率分量都具有很强的幅度相关性，即在相干带宽范围内，多径信道具有恒定的增益和线性相位。相干带宽近似等于最大多径时延的倒数。从频域看，如果相干带宽小于发送信道的带宽，则该信道特性会导致接收信号波形产生频率选择性衰落，即某些频率成分信号的幅值可以增强，而另外一些频率成分信号的幅值会被削弱。•相干时间（coherenttime）：相干时间就是信道保持恒定的最大时间差范围，发射端的同一信号在相干时间之内到达接收端，信号的衰落特性完全相似，接收端认为是一个信号。如果该信号的自相关性不好，还可能引入干扰，类似照相照出重影让人眼花缭乱。从发射分集的角度来理解：时间分集要求两次发射的时间要大于信道的相干时间，即如果发射时间小于信道的相干时间，则两次发射的信号会经历相同的衰落，分集抗衰落的作用就不存在了。短波通信的基本概念按照CCIR国际无线电咨询委员会(InternationalRadioConsultativeCommittee)(1993年起，ITU-R)的规定，短波是指频率为3-30MHz，波长为100m-10m的无线电波。利用短波进行的无线电通信称为短波通信，又称为高频(HF)通信。短波(shortwave)的定义短波通信短波通信实际使用范围为1.5-30MHz。优点勿需中继站就可实现远距离通信短波通信的特点技术成熟、完善机动性强、使用灵活建设周期短、建设和维护成本低对自然灾害和战争的抗毁性强缺点及对策频带窄、容量小短波天波信道是变参信道广泛采用单边带调制技术采用实时选频技术多径效应严重导致信号衰落分集接收技术、扩频技术时频编码/时频相编码及检测技术大气和人为干扰严重扩频技术地波：1.5~5MHz。短波传播方式短波通信实际使用范围为1.5~30MHz。天波地表面波直接波地面反射波地波电离层短波地波传播特性大地吸收导致传播损耗地面导电性能越好，传播损耗越小电波频率越低，传播损耗越小垂直极化波比水平极化波衰减小(利用地波进行近距离通信的频率范围大约是1.55MHz)(通常采用辐射垂直极化波的垂直天线)一）短波传播的形式10-11061051041031021011001510501005001000场强)m/V()Km(d发射功率1KW垂直天线10MHz5MHz1MHz0.5MHz0.15MHz大地吸收导致传播损耗结论：地波的衰减随着频率的升高而增大，所以即使使用1000W的发射机，陆上传播距离也仅为100km左右，所以这种传播形式不宜用作无线电广播或远距离通信。电离层电离层是指从距地面大约60公里到1000公里处于电离状态的高空大气层。1.电离层的形成电离：高空大气层在太阳辐射的作用下，大气气体分子或原子中的电子游离出来，形成离子和自由电子。电离现象显著的区域称为电离层。D层：60~90kmE层：100~110kmES层：120kmF1层：170~220kmF2层：225~450km电离层基本分层特性D层•太阳升起时出现，太阳落下后消失•短波以天波传播时将穿过D层•短波穿过D层时严重衰减•在白天，D层决定了短波传播的距离、发射机功率和天线增益(吸收层)E层•电离开始后可反射高于1.5MHz的短波•出现在太阳升起时,中午达到最大值，之后逐渐减小;太阳降落后，对短波传播不起作用ES层•具有很高的电子浓度，能将高于短波波段的电波反射回来(E-sporadic偶发E层)•偶尔发生•如何利用尚待研究F层•白天有两层：F1层和F2层•F1层夜间消失，常出现于夏季•F2层电子浓度白天大夜间小、冬大夏小•适合远距离短波通信(反射层)电离层各层高度与电子密度的关系100电子密度)/1(3m)(Kmh200300400500010910101011101210132F2F1FED中午午夜电子浓度随高度增加而增加；D、E层夜间消失；F层中午(白天)有两层；F1层夜间消失。最高可用频率（MUF,maximumusablefrequency）它是指在实际通信中，能被电离层反射回地面的最高频率。对应于电离层各分层的电子密度，都存在一个相应的最高频率fv，也称为临界频率。最高可用频率（MUF）在此频率时，该层对垂直入射的（入射角φ=00）电波将起到反射作用；而当频率高于fv时，垂直入射的电波将穿出该层，因此不能为收发用户提供短波通信链路。如果电波是以φ00的入射角斜射电离层，频率为fv的电波不会穿出该层，而当更高的某一频率fob时才穿出该层。fob被称为入射角为φ时的最高可用频率，它可表示为：显然，fob≥fv。2sec1'2dfffobvvhj骣琪==+琪桫h’ddhh’ffF为什么在同一电离层高度上有多个工作频率？MUF是电波能返回地面和穿出电离层的临界值。考虑电离层的结构随时间的变化和保证获得长期稳定的接收，在确定线路的工作频率时，不是取预报的MUF值，而是取低于MUF的频率FOT，FOT称为最佳工作频率(frequencyofoptimumtraffic)。一般情况下FOT=0.85MUF。选用FOT之后，能保证通信线路有90%的可通率。由于工作频率较MUF下降了15%，接收点的场强较工作在MUF时损失了10-20dB,可见为此付出的代价也是很大的。由于电离层的电子密度受太阳辐射影响很大，白天和夜晚的最高可用频率相差甚大，工作频率也需要进行相应的调整。下图示出了最高可用频率一天内的变化，作为简单的取值方法，而为了更好的适应电离层参数变化引起的传输特性随机起伏，实时地选用最佳工作频率是合适的。下图画出了MUF和FOT及建议选用的日频和夜频。04812162024t/h3456920f/MHz最高可用频率最高可用频率工作频率建议选用的工作频率日频9MHz夜频4.5MHz静区由天波的反射原理可知，入射角越小，反射线达到的地点距发射点越近。当入射角小到一定值时，电波就有可能穿透电离层而无反射。天线发射的同一频率的电波一般不是一条射线，而是一簇波束，在此波束中由于入射角度不同，有的反射的远，有的反射的近，有的穿透电离层而无反射。很显然，电波的最近反射点至发射点之间是没有反射电波的，这种现象称为天波的越距。在进行短波通信时，天线发射的电波，除有天波传播外，还有地波传播。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30~100公里之间的这一区域，地波和天波都覆盖不到，形成了短波通信的寂静区，简称静区，也称为盲区。盲区内的通信大多是比较困难的。车载台均存在通信盲区问题。静区是长期困扰短波“动中通”的一大难题。解决通信盲区的方法有：一是增大电台的发射功率以延长地波传播距离；二是采用较低的工作频率。由于静区的大小与电波频率、电离层电子密度及发射功率有关。频率越低，电子密度越大，发射功率越大，则静区越小。三是采用高仰角天线，也称高射天线或喷泉天线，以缩短天波第一跳落地的距离。仰角是指天线辐射波瓣与地面之间的夹角。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度时，盲区基本上就不存在了。短波在电离层中的传播特性昼夜间信号差别很大收听收音机时，常遇到这样的现象，夜间收到的信号多而强，白天收到的信号少而弱。有时还有另一种现象，在白天收到的信号，夜间却消失了。这些现象应如何解释呢？要解释这些现象，还应从电离层的变化说起。昼夜间信号差别很大电离层的层数、各层的高度和电子密度在白天和夜间是不同的。在白天，电离层的电子密度较大，而且存在D层。当电波穿过D层时受到的吸收很大，再加上E层和F层的吸收，反射到地面的电波很弱，只有少数在有效通信距离内大功率发信机送来的电波较强，故收信机在白天收到的信号弱而少；在夜间，D层消失，而且E层和F层的电子密度减小，这样电波受到的吸收大大减小，反射到地面的电波较强，故收信机在夜间收到的信号多而强。昼夜间信号差别很大在夜间，由于电离层电子密度减小，本来白天由E层反射的电波，夜间则改由F层反射了。F层比E层高，形成的静区就大。本来某收信机白天位于A电波反射后的可收听区，到夜间则位于A电波反射后的静区了。这样，有些在白天可收到的信号，到夜间反而收不到的。这种现象，即使白天和夜间均由F层反射，也会由于F层昼夜间高度不同而发生。克服昼夜间接受差别大的方法可以采用先进的实时选频技术来克服。从前面的学习中我们知道，电波可以通过若干路径和不同的传输模式到达接收端，这种现象就称为多径传播。多经传播短波在电离层传播过程中，由于多径传播等原因，使接收端的信号出现叠加（干涉），接收信号的强度出现忽大忽小的随机起伏，称为衰落。多径干涉是引起衰落的主要原因，此外电离层特性的变化等因素也会引起衰落。衰落衰落有快衰落和慢衰落之分，连续出现持续时间仅几分之一秒的信号起伏称为快衰落；持续时间比较长的衰落（1小时或者更长）称为慢衰落。根据衰落产生的原因，可分为以下3种衰落。干涉衰落、吸收衰落、极化衰落。（1）干涉衰落若从线路发送端发射恒定幅度的高频信号，由于多径传播，到达接收端的射线不是一条，而是多条。这些射线通过不同的路径，到达接收端的时间不同，传播的距离不同，遭受的衰减不同，所以到达接收端后的幅度也各不相同。再者由于电离层的电子密度、高度均是随机变化的，电波射线轨迹也随之变化，这使得同一信号由多径传播到达接收端后信号之间不能保持固定的相位差，使合成的信号振幅随机起伏。这种衰落由到达接收端的若干个信号干涉造成，故称“干涉衰落”。干涉衰落有下列特征。★具有明显的频率选择性即对不同频率的信号具有不同的衰落特性，因此也称“选择性衰落”。通过试验证明，当两个信号频率差值大于400Hz时，他们的衰落特性相关性就很小了。根据此特点，可以采用频率分集的方法克服这种衰落。★衰落信号的振幅服从瑞利分布（Rayleigh）在非骚动短波传播期间，也就是不存在电离层暴变的时期，电场强度的快变化主要来源于干涉衰落，少量时刻也可能是由于极化衰落。并且，单纯靠增加发射功率来提高可通率是极不经济的。近年来，在短波线路上广泛采用分集接收技术、时频调制技术以及差错控制技术来对抗衰落，使得正常的瑞利衰落信道上传输数据时，用不太大的功率获得线路的高可通率。★干涉衰落是一种快衰落根据大量的测量值表明干涉衰落的速率大约为10~20次/min，衰落深度可达40dB（低于中值），偶尔达80dB。衰落持续时间通常在4~20ms范围内，是一种快衰落，与吸收衰落有明显的差别。持续时间的长短可用于判别是吸收衰落还是干涉衰落。（2）吸收衰落产生吸收衰落的原因是D层衰减特性的慢变化，其时间最长可以持续1小时或更长，因此吸收衰落属于慢衰落。由于吸收衰落是电离层吸收的变化引起的，所以它有年、月、季节和昼夜的变化。吸收衰落有下列特征：接收点信号幅度的变化比较慢，其周期从几分钟到几小时（包括日变化）。对短波整个频段的影响程度是相同的（不存在频率选择性）。克服吸收衰落，除了正确地选择频率外，在设计短波线路时只能靠留功率余量来补偿电离层吸收的增大。（3）极化衰落电波被电离层反射后，其极化已不再和发射天线辐射时的相同。发射到电离层的平面极化射线经电离层反射后，由于地磁场的作用，分为两条椭圆极化射线，经合成形成接收地点的椭圆极化波。椭圆长轴的大小和相位随着传播路径上电子密度的随机变化而不断变化，导致接收信号强度发生变化。极化衰落出现的概率远小于干涉衰落。粗略估计，极化衰落仅占全部衰落的10%~15%。极化衰落发生时，接收端的电压值均较未衰落时下降3dB。为了避免这种极化衰落，可以采用几副具有不同极化方式的接收天线，并且通过选择电路接到接收机输入端。选择电路总使接收最强信号的那副天线接到接收机输入端。这种方法称为极化分集。分集接收是克服信号衰落的有效方法。短波通信系统中，通常利用相距300米的两副天线获取两个衰落近于不相关的信号样本，或者利用