中國集群通信網(wǎng)
短波通信為何經(jīng)久不衰？
短波，按國際電信聯(lián)盟無線電通信部門（ITU-R，原 CCIR）的定義，是波長約 100 m 至 10 m、頻率 3 MHz 至 30 MHz 的電磁波，實際應(yīng)用常擴展至 1.5 MHz—30 MHz，以充分利用其近距離優(yōu)勢。利用這些波段進(jìn)行的通信稱為短波通信，又稱高頻（HF）通信。
1921 年意大利羅馬的一次偶然實驗，首次證實短波可實現(xiàn)跨洲傳輸，自此短波技術(shù)迅猛發(fā)展，成為各國中遠(yuǎn)程通信的骨干。在衛(wèi)星通信誕生前，它廣泛服務(wù)于政府、軍事、外交、氣象及商業(yè)領(lǐng)域，用于電報、電話、傳真、低速數(shù)據(jù)、圖像和語音廣播等信息的傳遞，在國際通信、防汛救災(zāi)、海難救援及軍事指揮中發(fā)揮了不可替代的作用。
短波通信可以利用地波傳播，但主要是利用天波傳播。
地波沿地面爬行，衰耗隨頻率升高而急劇增加：在相同地質(zhì)條件下，頻率每升高一倍，損耗便顯著放大，故通常把 5 MHz 以下作為地波通信的“黃金區(qū)間”。由于地波受天氣擾動極小、信道參數(shù)幾乎恒定，它被視作一條穩(wěn)定的“恒參通道”，適合城市、礦井或海岸等短距場景。
天波則是電波被電離層“拋回”地面的部分。當(dāng)電波以傾斜角度射向電離層，經(jīng)一次或多次反射后可跨越數(shù)千公里，形成多跳鏈路，實現(xiàn)環(huán)球通信。不過，電離層晝夜和季節(jié)變化劇烈，多徑效應(yīng)明顯，天波信道參數(shù)隨之快速起伏，因此被歸類為“變參通道”。靈活的天波路徑同樣可用于幾十公里內(nèi)的應(yīng)急組網(wǎng)，成為短波“遠(yuǎn)近皆宜”的雙刃劍。
在地形復(fù)雜，短波地波或視距微波受阻擋而無法到達(dá)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(yuǎn)距離通信，因而建設(shè)和維護(hù)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(jìn)行定點固定通信。也可以背負(fù)或裝入車輛、艦船、飛行器中進(jìn)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?br />
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(jìn)行遠(yuǎn)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(yán)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?br />
3）大氣和工業(yè)無線電噪聲干擾嚴(yán)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(yuǎn)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(yán)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(dāng)20世紀(jì)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(yán)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（Defense Nuclear Agency）在一份報告中指出：“在遭受核打擊之后，最具可行性的通信恢復(fù)方案，是依靠成本低廉、能夠自動搜尋信道的高頻通信系統(tǒng)�！�
事實上，自20世紀(jì)70年代末至80年代初，短波通信再度贏得各國青睞。多國相繼加快短波技術(shù)的研發(fā)步伐，推出了一批性能卓越的新型設(shè)備與系統(tǒng)。1979年，美軍修訂的綜合戰(zhàn)術(shù)通信計劃重新強調(diào)了短波通信的核心地位，將其列為第一線指揮控制手段之一；進(jìn)入80年代，美軍又在三軍范圍內(nèi)啟動了一連串短波通信升級項目。海灣戰(zhàn)爭中，美、法等國軍隊大規(guī)模運用短波通信，成效顯著。近年來，世界多國軍隊亦將短波通信視為不可或缺的通信方式。
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(jìn)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。
(責(zé)任編輯：李俊勇)