中波广播信号的传播特性及其在通信中的应用

摘要：随着无线通信技术的迅速发展，广播信号作为信息传递的一种重要手段，其传播特性和优化策略受到了广泛关注。中波广播信号由于其独特的传播方式和较长的波长，在覆盖广阔地区、穿透障碍物方面具有显著优势。该文旨在深入分析中波广播信号的传播特性，探索其在现代通信系统中潜力，并对现有传播模型的优化和信号处理技术的改进提出一系列创新的优化策略，以期提高中波广播的通信质量和效率。

关键词：中波广播信号；传播特性；通信工程

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.10.057

中图分类号：TN 934.81 文献标志码：A 文章编码：1672-7274（2024）10-0-03

The Propagation Characteristics of Medium Wave Broadcasting Signals and Their Applications in Communication

Abstract： With the rapid development of wireless communication technology， broadcast signals， as an important means of information transmission， have received widespread attention for their propagation characteristics and optimization strategies. Due to its unique propagation method and longer wavelength， medium wave broadcasting signals have significant advantages in covering vast areas and penetrating obstacles. This study aims to analyze the propagation characteristics of medium wave broadcasting signals in depth and explore their potential in modern communication systems. By optimizing existing propagation models and improving signal processing techniques， a series of innovative optimization strategies are proposed to enhance the communication quality and efficiency of medium wave broadcasting.

Keywords： medium wave broadcasting signal; propagation characteristics; communication engineering

1 中波广播在现代通信中的应用前景与

挑战

中波广播信号因其独特的传播特性在现代通信中具有重要前景和面临的挑战。中波信号在地面波传播和电离层反射两种模式下传输，能够覆盖广泛的地理区域，特别是在夜间，大气不受太阳照射，电离层导电性能大大减弱，中波可以传送到数百到上千千米的地方。这一特性使中波广播成为覆盖大范围区域的重要手段，尤其在地广人稀的地区和紧5SMA7oeGKtOhoslBKt4CwVuBF+4idXLbhvzFt5J/Fu8=急情况下具有显著优势。然而，现代通信技术的飞速发展对中波广播提出了新的要求和挑战，数字通信和互联网的普及带来了信息传输速度和容量的革命性提升，中波广播在信息容量和传输速度上显得相对滞后。数字广播技术的发展虽然在一定程度上提升了中波广播的质量，但在与高速宽带和移动互联网的竞争中仍存在显著差距。中波广播频谱资源的有限性也制约了其发展。中波频段在全球范围内频率有限，频率资源紧张且容易受到电磁干扰，特别是在都市环境中，电力线、工业设备和电子产品的电磁辐射对中波信号造成了严重干扰。为了应对这些干扰问题，需要采用先进的抗干扰技术和优化频谱策略，这在技术和经济上都提出了较高的要求。中波广播的设备和基础设施建设成本较高，与调频广播和数字通信相比，中波广播发射设备功率大、能耗高，维护和运营成本相对较高。这对资源有限的广播机构和通信运营商来说，是一个不小的负担[1]。

2 中波广播信号的传播特性分析

2.1 信号传播的物理机制

2.1.1 信号衰减因素分析

中波广播信号在传播过程中因受到多种因素的影响出现衰减现象，导致信号衰减的因素主要包括地面波衰减、天空波衰减、电离层影响和环境干扰等，这些因素在不同条件下的作用强度各异，综合影响中波信号的传输效果。地面波衰减是中波信号传播中的一个主要衰减因素。中波信号以地面波的形式沿地球表面传播，地面的导电性对信号的传播有显著影响。土壤的导电性、湿度和地形等因素都会影响地面波的衰减程度。良好的导电性地面如海水可以减少信号衰减，而干燥的沙地和岩石则会增加信号的衰减。地形起伏也会导致信号的衰减和反射，尤其在山地和丘陵地区，地面波传播受到的影响更为显著。天空波衰减是中波信号在电离层反射传播过程中遇到的另一个重要衰减因素。电离层的状态受太阳活动影响显著，白天和夜晚、季节变化以及太阳风暴等都会引起电离层电子密度的变化，影响信号的反射和衰减。白天电离层的D层电子密度高，对中波信号的吸收作用强，使得地面波传输受限，信号衰减较大。夜晚D层消失，E层和F层反射效果增强，中波信号可以传播更远的距离，但电离层的不稳定性和多路径效应会引起信号衰减和相位变化。环境干扰也是导致中波信号衰减的重要因素。电磁干扰来源广泛，涵盖自然现象如雷电和人为因素如工业设备、电力线和电子设备的辐射等。这些干扰会产生电磁噪声，削弱中波信号的强度，特别是在城市和工业区，电磁干扰对中波信号的影响尤为显著[2]。

2.1.2 多径效应及其对信号传播的影响

中波广播信号的传播受到多径效应的显著影响，这种现象发生在信号从发射源到接收点的过程中，经由多条路径传播，由于反射、折射或散射引起路径的多样性，这些路径涵盖直接路径、地面反射路径，以及其他由建筑物或自然地形反射的间接路径，这种路径的多样性导致接收点的信号存在相位差，产生信号强度的波动，这种波动可导致信号质量不稳定，影响通信可靠性。尤其是在城市环境中，高楼大厦和其他大型构筑物可以显著改变信号的传播路径，增加信号的衰减和相位错误。在设计中波广播系统时，综合考量这些多径效应对于优化信号覆盖区域和提高信号接收稳定性至关重要。有效的策略包括使用多天线接收技术来分辨和整合不同路径上的信号，或者开发先进的信号处理算法来补偿由多径效应引起的干扰，提高系统的整体性能和通信的可靠性。

2.2 环境因素对中波信号传播的影响

2.2.1 天气条件的影响

天气条件对中波广播信号的传播具有深远的影响，尤其是温度、湿度和大气压力的变化，这些因素通过改变大气的电离特性和电导率，间接影响信号的传播效率。例如，低压系统常带来的湿润气候增加了大气的导电性，这种增加的导电性能够吸收和衰减通过其传播的电磁波。温度的升高会导致大气中的自由电子活动增加，这也会引起信号的衰减。闪电等极端天气现象产生的电磁脉冲会干扰中波信号，造成通信的不稳定。理解这些天气条件对中波信号的具体影响有助于预测在特定天气下的通信表现，并对广播系统进行必要的调整，如增加发射功率或调整信号频率，以保持通信质量。有效的监控和预测天气变化，结合动态调整的通信策略，可以显著提高中波广播系统在多变天气条件下的稳定性和效率。

2.2.2 地理环境的影响

地理环境涵盖地形和地表覆盖类型，对中波信号的传播同样具有重要的影响。山脉、高地及城市建筑物等障碍物可以阻挡或反射中波信号，造成信号强度的不均匀分布。例如，山谷和其他低洼地形因为信号的阴影效应而接收到较弱的信号。在平坦的开阔地区，中波信号能够较远距离地传播，覆盖更广的区域。地表的电导率—如城市地区的人造材料与乡村地区的自然土壤—对信号的吸收和反射有显著不同，影响信号的衰减和质量，通过详细地研究地理环境如何影响中波信号的传播，可以更好地制订信号覆盖策略，例如，通过选择最适合的发射站位置和配置适当的发射参数来优化信号覆盖，使用地理信息系统（GIS）技术来模拟信号在不同地理环境下的传播情况，可以预测和解决的覆盖死角问题，确保广播服务的连续性和可靠性。

3 中波广播信号的传播特性及其在通

信中的优化应用策略

3.1 信号处理技术优化

3.1.1 高效的调制解调技术

采用高效的调制解调技术是优化中波广播信号传播特性的重要策略，能够显著提升信号的传输质量和抗干扰能力。调制是将信息信号加载到载波信号上的过程，而解调则是从接收到的信号中提取原始信息的过程。在中波广播中，常用的调制技术有幅度调制（A_{QiPrzhkOrDvrhXYhB6ZmPRXTMMrkunlGJjC4DV/0Y5Y=}M）和频率调制（FM）。随着数字通信技术的发展，数字调制技术如相移键控（PSK）、频移键控（FSK）和正交幅度调制（QAM）逐渐被引入，以提高信号传输效率和质量。幅度调制（AM）是最传统的中波广播调制技术，具有实现简单、成本低廉的优点，但其抗干扰能力较差，容易受到噪声和信道衰落的影响。为改善这一问题，可以采用包络检波和同步检波技术，通过对接收信号的包络进行检测或同步提取，提高解调精度和信噪比。双边带调制（DSB）和单边带调制（SSB）技术也能有效提高频谱利用率和抗干扰能力。频率调制在中波广播中相对应用较少，但其抗干扰能力较强，能够有效抑制幅度噪声，提高信号的清晰度和稳定性。数字调制技术的引入是近年来中波广播信号优化的重要方向。相移键控（PSK）通过改变载波的相位来传输信息，具有较高的频谱效率和抗干扰能力，尤其适用于复杂信道环境下的中波广播。频移键控（FSK）通过改变载波的频率来传输信息，同样具有良好的抗干扰性能和传输稳定性。正交幅度调制（QAM）结合了幅度调制和相位调制的优点，通过在同一载波上同时进行幅度和相位调制，提高了频谱利用率和数据传输速率。QAM技术可以显著提升中波广播的传输效率，特别是在需要高带宽和高质量传输的场景下，能够提供更清晰的音质和更丰富的信息内容。正交频分复用（OFDM）技术在中波广播信号优化中具有重要意义。OFDM技术通过将数据流分成多个子载波进行并行传输，每个子载波使用不同的频率，提高了频谱利用率和抗干扰能力。OFDM技术特别适用于多径传播和频率选择性衰落的环境，能够显著减少信号的衰落和失真，提升传输质量。在接收端，高效的解调技术同样至关重要。采用自适应均衡和噪声抑制技术，可以有效减少信道干扰和噪声影响，提高信号的解调精度。自适应均衡技术通过实时调整接收信号的均衡参数，补偿信道中的频率选择性衰落和多径效应，确保信号的稳定传输和高质量解调。

3.1.2 噪声抑制与信号增强策略

噪声抑制与信号增强在提高中波广播信号接收质量中扮演着至关重要的角色。中波信号在长距离传输过程中不可避免地会受到各种噪声的干扰，如大气噪声、工业干扰及其他电磁干扰。为了抑制这些噪声，可以采用多种信号处理策略，例如，波形优化、滤波技术和空间分集技术。波形优化通过调整信号的传输波形来减少噪声带来的影响，而滤波技术则通过设置特定的频率范围来屏蔽外部噪声，只允许目标信号的频率通过，可有效降低噪声水平。空间分集技术则通过使用多个天线接收同一信号，每个天线在不同的位置可以接收到由于路径差异造成强度不同的信号，系统通过算法合成这些信号，以达到增强信号强度的目的。动态噪声识别和消除算法能够在信号接收时实时识别噪声成分并进行抑制，这对于保持中波广播信号的清晰度和可靠性是非常有效的。应用这些策略不仅可以显著提升信号质量，还能增强系统对恶劣传输条件的适应能力，确保中波广播服务的连续性和效率。

3.2 传播模型的改进与优化

3.2.1 数字化传播模型的开发

随着数字技术的发展，传统的模拟传播模型已不能满足现代通信技术的要求，开发适用于中波广播的数字化传播模型成为提高传播效率和精确度的关键。数字化传播模型通过模拟电磁波在复杂环境中的传播过程，可以准确计算信号在不同条件下的衰减、反射、折射和散射等现象，这种模型使用数学和物理算法来模拟和预测信号传播的实际表现，涵盖多路径效应、大气层变化、地形影响等因素，凭借这种模型，可以在信号发射前预测信号的覆盖范围，优化发射参数，比如发射功率和天线的指向性。

3.2.2 基于机器学习的传播预测模型

利用机器学习技术来开发中波广播信号的传播预测模型，是当前中波信号传播研究中的一个创新方向。机器学习模型能够从大量历史传播数据中学习并识别信号传播的模式和规律，预测未来的传播情况，这种模型的开发首先需要收集广泛的传播数据，涵盖信号强度、频率、传播距离、环境条件等，然后通过进行数据预处理消除噪声和异常值。在实际应用中，这种基于机器学习的预测模型可以实时调整传播策略，动态优化广播信号的覆盖范围和质量，借助模型，可以显著提高中波广播系统的响应速度和适应性，优化信号管理和调度决策，提升整体的通信效率。

4 结束语

历史上，中波广播主要用于民用广播和紧急通信服务。由于其能够覆盖广阔的区域，中波广播成为了传播新闻、音乐、文化内容以及在灾难发生时发布紧急通知的重要手段。在很多偏远或基础设施不发达的地区，中波广播至今仍是最可靠的信息来源之一。中波的特性使其在海上通信、军事通信等领域发挥重要作用。随着技术的进步和用户需求的提高，传统的中波广播面临着诸多挑战。中波信号容易受到自然环境和人为干扰的影响，如大气噪声、工业干扰等，这些因素会降低信号传输质量和可靠性。现代通信业务对数据传输的速度和带宽有更高的要求，而中波广播的传输带宽相对较窄，难以满足高速数据传输的需求。研究和开发新的优化策略，改进中波广播的传输效率和质量，已成为该领域的重要方向。

参考文献

[1] 王利辉．中波广播发射天线的原理与维护研究[J]．通讯世界，2024，31（3）：154-156．

[2] 张雷．中波广播发射机的原理及应用[J]．电视技术，2024，48（3）：110-113．