调频技术在短波通信中的应用

刘苗辉

摘 要：进入到新世纪以来，随着我国国民经济水平的飞速提升，我国的通信行业也得到了快速的发展。所谓的短波通信技术指的就是利用频率在3-30MHz范围内的电磁波所进行的无线电通信技术。目前，这种技术在我国的各个行业的各个部门都得到了广泛的应用，其可以进行数据、文字以及语言等各类信息的传递工作。短波通信技术与其他类型的远距离通信技术相比，其通信的容量较小，在可靠性和稳定性等方面也存在着一定的技术不足，并且电离层等外界因素也容易影响其通信质量，但是其所需的设备结构十分简单，电离层这个"中继系统"不容易被破坏，造价地面，能够轻易的构成远程通信、中程通信或是近程通信系统。本文便对短波跳频技术的基本原理和主要优势、跳频通信的关键技术以及短波跳频电台的应用研究三个方面的内容进行了详细的分析和探讨，从而详细的论述了短波通信中调频技术的应用情况。

关键词：调频技术；短波通信；关键技术和应用

1 短波调频技术的基本原理和主要优势

在我国通信领域中，有C=Blog2（1+S/N）这样一个公式，其中C代表信息的极限传输速率，T为传输时间，B为带宽，S/N代表信噪功率比，从这个公式中我们可以看到，对于定量的C来说，信噪功率比的要求和传输时间与带宽是可以相互转换的。如果信道的带宽降低，那么能够换取的对信号噪声功率比的要求也会降低；反之也是如此。而当信号噪声功率比没有发生变化时，那么适当的增加信道的宽度，就会节省信息的传输时间。信息噪声功率比带宽的互换过程并不是自动发生的，必须在变换信号后，使带宽符合相应的要求后才可以互换。与原始信号的频谱相比，调频通信技术可以扩展500-1000倍，这样在进行信息传输的过程中，通信的抗干扰能力就会很强，并且即使在受到严重干扰时，通信也具备较强的稳定性和可靠性。

所谓的跳频技术实际上就是指载波频率在一定宽度范围内根据跳频的图案进行跳变的过程，具体的工作原理如下图。信息调制的功能可以将原始的信息数据变成宽度为B1的信号D，然后就是载波调制的阶段。跳频序列发生器控制载波频率，这样其就可以在宽度为B2的频带内随机的跳变了，信号就由B1扩展到了B2。跳频序列发生器同样也控制变频合成器，当序列值发生变化时，载波频率也发生变化，在天线发射调频信号后，接收机就会接收到信号。在调频信号中，接收机会先提取出调频同步信号，确保所接收到的调频信号与调频序列发生器控制的频率跳变是同步的，从而获得同步的本地载波，载波经过解调后，就得到了带有信息的信号D，继而得到了发射机发射的信息。

作为一种码控的载频跳变的通信方式，跳频技术主要具备以下四大优点：（1）跳频技术的抗衰落和抗干扰能力非常强，其对干扰信号的处理方式为随机躲避式的，能够有效的躲避电子对抗的频率跟踪式干扰。其所传递的信号频谱密度小，并且易被扩展。（2）跳频技术具备任意选址的功能，其所传递的可随机跳变的信息，在一个公共频道信道中会产生若干个传输信号，并且每个信号的载频跳变的规律是有区别的，从而实现任意选址的功能。（3）其所传递的信息既可以是数字信号，也可以是模拟信号。（4）调频技术通信过程非常安全。窃听设备无法检测和识别跳频技术所传递的信息，这是一种低可能检测系统。

2 跳频通信的关键技术

2.1 可变频率合成器

作为整个跳频系统的核心组成部分，可变频率合成器必须具备以下几大技术要求：（1）从一个频率跳变到另一个频率时，跳变速度必须足够快；（2）所产生的频率序列应是连续并且随机的；（3）输出的可用频率成分纯度应足够高；（4）抗震性、可靠性较高，噪声低并且稳定时间短。通常可变频率合成器主要有两类，即直接式可变频率合成器和间接式可变频率合成器，前者从主频率源中输出频率，产生的频率的方法有倍频、混频和分频等；而后者则是用主频通过锁相环来控制可振荡器。

2.2 跳频速率及调频数的选择

这是决定跳频系统整体性能最重要的两个参数，跳频数、频谱的展宽与系统的跳频增益都是成正比例关系的；但是如果频带的宽度太宽时，就可能降低频谱的利用效率。当缩小频道间隔时，就会降低振荡器的漂移和收发信息机之间相对位置的稳定性，多个用户可能在同一个频率上，从而出现误码的现象。所以，在设计跳频数时，应充分的考虑跳频增益高、系统的复杂程度、跳频序列造成的击中数以及预期的误码率等因素，从而确定最为合理的跳频数。设计调频速率时，也要综合的考虑系统各跳频信号的干扰情况、系统的抗干扰能力、频率跳变实现的可能性以及系统的可检测性等因素。

2.3 跳频序列

其跳变的频率必须在频带内均匀的分布，同时具备可用序列多、跳频距离大、周期性和随机性等特点，通常情况下，我们应采用由编码方法所构成的跳频系统的跳频序列。

2.4 跳频的同步

在整个跳频通信系统中，由于收发信息之间距离不稳定以及时钟漂移等因素通常会导致收发不同步问题的出现，那么本地产生的序列码与所收到的序列码就无法匹配，并且也无法正常解跳。所以，为有效的消除时间偏差和频率偏差，就应采取同步的方法，提高收发信息双方载频的一致性。跳频通信通常包括跳频码元同步、频率同步、跳频图案同步和不同步检测判决四个方面的同步，主要有跟踪和捕获两种实现方法。前者是借助由于锁相电路有效的控制钟源，而后者则通过采用匹配滤波器法、搜索法、精确时钟法以及前置码法等方法来捕获脉冲码元。

3 短波跳频电台的应用研究

在短波通信中合理的应用了跳频技术，同时天线自适应调零、自适应调制解调以及自适应选频等技术作为辅助技术，大大的提高了短波通信的抗衰落能力、抗干扰能力以及可靠性和稳定性，真正的实现了不间断通信。进行数字化建设时，无线组网必须足够的职能、自动、稳定和可靠，所以对短波通信链路的质量也有着很高的要求，各级别的指挥所和移动人员数字终端应始终在网络平台上工作。以短波数据/话音通信系统为例，我们对短波调频电台的工作过程进行详细的阐述：

通常情况下，一个固定的短波中心站和四个可移动的短波远端站共同组成了这个系统，作为整个系统的控制中心，短波中心站应配备两套短波通信设备，其主要作用就是调度和管理整个网络资源的利用情况。在所在地的局域网中会接入短波中心站的中心計算机，也就是当地局域网的工作站，进行网络控制的过程中，短波中心站主要负责的工作有控制通信链路、区分业务类型、保证通信终端具备良好的工作状态以及合理的选择和分配网络地址等。

4 结束语

通过以上的论述，我们对短波跳频技术的基本原理和主要优势、跳频通信的关键技术以及短波跳频电台的应用研究三个方面的内容进行了详细的分析和探讨。与其他类型通信技术相比，跳频技术具有其突出的优点和广阔的发展前景，现阶段，通信系统工作的频带更加的拥挤了，而要想有效的解决这一问题就必须利用好宽带系统，在短波通信领域中如果能够合理的应用和发展跳频技术，那么对电子对抗、数字通信以及模拟通信等众多领域都会做出十分突出的贡献。

参考文献

[1]李世鹤.CDMA扩频通信原理[M].北京：人民出版社，1997.

[2]周宏伟.CDMA移动通信技术[M].北京：人民邮电出版社，1996.