短波通信技术：战场“神行太保”

1921年，意大利首都罗马的近郊发生了一场大火。一个业余无线电爱好者用仅有几十瓦功率的小短波发射台向外发出了求救信号。他原指望附近能有人收到信号并通知消防人员，但这一信号竟意外被几千公里外、处于欧洲大陆另一端的丹麦首都哥本哈根的一些业余无线电台收到了。这在当时简直是一件不可思议的事情。以后又有许多类似的事情发生，说明这不是一个偶然现象。短波怎么有如此神奇的功能呢？是否短波也能实现长距离通信？科学家们于是重新开始研究短波的传播规律。随着研究的不断深入，在通信现代化的战争中，短波通信被广泛用于传输电报、电话、数据和静态图像，在军用远程通信中占据极其重要的地位。陆地上的作战指挥所要与远处的部队或海上的军舰进行通信，都要依靠短波电台。短波通信发射功率小，传输距离远，建站迅速，便于机动，是军用无线电通信的主要方式之一，被誉为现代战场的“神行太保”。

那么短波通信是怎么实现的呢？短波通信，是指波长为100～10米（频率为3～30兆赫）的无线电通信，又称高频无线电通信。短波通信靠天波和地波两种方式传播。地波通信较稳定，在传播过程中，电波能量不断地被地面吸收。工作频率越高，地面的电导率和介电常数越低，传输衰减越大。地波通信距离一般在数十千米以内。中、远距离通信，依靠电离层反射的天波传播，电离层分为D、E、F层。其中，F层的电子密度最高，决定着短波通信的最高可用频率；E层的电子密度较低，能反射短波中较低频率的电波；D层的电子密度最低，且大气密度较大，不仅不能反射短波电波，反而吸收了电波的能量。天波传播存在多径传播现象。在收信天线上收到由同一天线发出，但经两个以上不同路径传来的电波，这种现象称多径传播。由于电离层的变化是随机的，使不同路径来的电波有时同相相加，有时异相相加，从而引起接收的合成信号强度的变化和波形的失真，这就是多径传播引起的衰落现象。如果各条路径传输时延差别不大，传输频带内各频率分量的衰落变化基本上是相同的。信号只有强度变化，而波形失真很小，这种衰落称为一致性衰落；如果信号频带内各频率分量经过几条路径到达接收点的时延差别较大，将引起各个频率分量的衰落不同，使信号的强度不稳定且产生波形失真，这种衰落称为频率选择性衰落。在传输数据时，多径传播将产生严重的码间串扰，致使误码率增大。短波传播还存在“寂静区”。这是由于短波传播中地波传播距离较近，而天波传播的单跳距离较远，因此形成了既收不到地波又收不到天波信号的“寂静区”。为保障通信，可采用降低工作频率，适当增加发信功率和选用高仰角天线等措施。

电离层的高度和电子密度随昼夜、季节、年份的不同而变化，故选用的工作频率也要相应地改变。白天电离层电子密度较大，可用较高的工作频率；夜间电离层电子密度较小，宜用较低的工作频率，一昼夜需数次改变工作频率，才能保障通信顺畅。特别在拂晓和黄昏时，电离层电子密度变化较大，更须及时改变频率，否则将导致通信中断。电离层还易受太阳耀斑和核爆炸的影响；短波波段内电台拥挤，相互干扰严重；大气噪声和工业干扰都使短波通信不够稳定。为克服电离层变化的影响，提高短波通信的稳定性，主要采取以下措施：（1）采用实时选频技术选择最佳信道。根据信道参量的变化，实时选择传播衰减小、多径时延小、干扰小的最佳通信频率。在通信干线上采用实时选频后，可在90%的时间内，使短波通信的误码率保持在10～5或更小。（2）采用各种自适应技术，以适应短波信道的变化。这些技术包括自动增益控制，自动频率跟踪，自适应均衡，自动数码率的转换，窄带干扰抑制，发信功率自动调节，收信天线自适应调零技术等。（3）采用新的调制制度、最佳接收技术、分集接收技术、差错控制技术、频带压缩及扩频技术等。

自1921年业余无线电爱好者发现用小功率电台发射短波无线电信号能传播很远的距离后，短波通信便迅速发展起来。第一条短波通信线路于1924年在德国的瑙恩和阿根廷的布宜诺斯艾利斯之间建立。1927年，中国生产了短波电台，并在中国国民革命军中建立了短波通信。1931年，中国人民解放军开始建立短波通信。

军事上的短波电台，是指工作波长为100～10米（频率为3～30兆赫）的无线电通信设备，又称高频电台。工作在此波段内的单边带电台、调幅电台、调频电台和跳频电台等均属短波电台。通常由发信机、收信机、天线、电源和终端设备等组成。短波电台的设备较简单，开设方便，能用较小的发射功率进行远距离通信，是军事通信的重要装备之一。军用短波电台，按用途和使用条件，分为移动式与固定式。移动式又分为便携式和车载（舰载、机载）式。按功率大小，分为小型（百瓦以下）、中型（百瓦至千瓦）、大型（千瓦以上）电台。便携式电台通常把发信机和收信机合装在一个机壳内，采用鞭形天线（或斜天线、T型天线），使用化学电源或手摇发电机供电，发射功率一般为数瓦至数十瓦，具有体积小、重量轻、便于机动等特点，常用单工通信方式保障战术分队的通信联络。中型电台的发信机和收信机分装在各自的机壳内，安放在固定台站或车辆（舰艇、飞机）内，可作双工通信，其电源可由汽油发电机、电动发电机、蓄电池或市电供给。车载（舰载、机载）式电台常用水平对称振子天线或鞭形天线。固定式中型电台常用笼形天线，通信距离通常为数百千米，主要用来保障中级指挥所的通信联络。为利用地波进行通信，中小型电台的工作频率通常扩展到中波波段。固定式大型电台常采用菱形天线或对数周期天线，通信距离可达数千甚至万余千米。为保障高级指挥所的通信和指挥，一般组成无线电发信中心和收信中心进行双工通信。

短波电台通常有等幅报、移频印字报、调幅话、单边带话、数据和传真等多种工作种类。传输印字报时常用移频键控，传输等幅报时常用振幅键控。短波电台若配用调制解调器（又称数传机），可传输数字电话，数字传真和数据，此时常用移频键控或差分移相键控。军用短波电台的发展趋势是：采用高效话音编码技术和新的调制制度，进一步提高频谱利用率和数字传输速率；采用集成化、模块化器件，使电台体积小、重量轻、耗电省、便于维护和提高可靠性；采用微处理机技术，提高通信设备的调谐、检测、遥控等自动化水平；采用性能优良的终端设备，提高抗衰落和抗多径效应的能力；采用跳频、扩频技术，提高抗干扰性能。