短波通信频率优选技术现状与分析摘要：短波通信是一种重要的通信手段。
由于短波通信依赖的电离层反射信道的随变特性，给短波通信带来了复杂性。
这种复杂性在于需要掌握通信对象之间反射点的电离层情况，进而选择最佳短波通信频率，取得良好的通信效果。
这就需要能够准确选择出短波信道所需要的最佳可用频率，研究短波频率优选技术就是本文重点工作所在。
本文首先分析了短波通信的传播特性，按照实现方法和原理的不同，将频率优选方法分为频率预测和频率探测。
分别详细分析了几种频率预测方法，对频率预测方法的具体应用进行了研究；对电离层探测、chirp探测等几种频率探测方法的基本原理及组织运用进行了分析研究。
最后针对短波通信特点，讨论了短波通信频率优选技术中预测和探测方法的结合，可为短波通信频率优选的实现提供参考。
短波通信具有良好的抗毁性，在超视距通信及海上通信都有着不可替代的作用。
短波通信工作频率的选择及管理作为短波通信组织运用的重要内容，极大地影响着通信系统的性能。
本文结合岛-岸短波通信特点，提出一种岛-岸短波频率管理系统的设计方案。
短波信道质量评估设备按技术体制分为两大类，分别是独立信道探测系统和嵌入式探测系统。
介绍了两类系统的基本原理、目前研究和应用现状以及存在的问题，指出应将两类技术进行结合，根据通信业务进行针对性的信道分析以提高评估效率。
最后对其发展方向进行展望，以期为短波实时信道估值方面的研究提供参考。
关键词：短波通信；频率预测；频谱探测0 引言基金项目：国家自然科学基金资助项目（11374001）1短波通信是发展较早的一种通信技术，是远距离无线电通信的主要手段之一，也是海军最重要的通信手段之一。
短波通信选用有效载频，在“天然”中继器——电离层的作用（反射）下传输信息，具有通信距离远、组网机动灵活和生命力强等优点。
但由于短波通信依赖的电离层反射信道的随变特性，给短波通信带来了复杂性。
这种复杂性在于需要掌握通信对象之间反射点的电离层情况，进而选择最佳短波通信频率，取得良好的通信效果。
这就需要能够优选出短波信道需要的可用频率。
短波频率优选技术的作用是用于短波通信频率优化，改善短波通信链路的传输质量。
短波频率优选技术主要包括：频率探测技术、频率预测技术、认知无线电感知技术。
为了解决短波宽带频谱紧张的问题，就需要对频率的优选进行预测和探测，找到最佳的通信带宽，解决频谱源的匮乏问题。
短波通信中，频率的选择至关重要，频谱源的匮乏是限制短波通信系统容量的主要因素，为了解决短波宽带频谱紧张的问题，就需要对频率的优选进行预测和探测，找到最佳的通信带宽，解决频谱源的匮乏问题。
然而，有实验表明，短波频谱在时域和频域上有大量的频谱空洞。
文献中指出，我国北京地区短波频谱存在频谱空洞，并且频谱空洞是提高短波频率利用率的有效手段，但如何发现这些空洞就是短波宽带通信频谱优选技术的发展方向之一。
通过系统地分析短波频率优选技术的基本原理及应用，提出将频率预测和探测有效结合，多种优选手段综合运用，实现对短波频率的优选。
从而保证短波通信的畅通无阻。
选择适合的通信频段或频点，避免频率规划和分配的盲目性，因此在短波通信系统中，特别是在军用短波通信领域得到了广泛应用。
本文将对各类短波频率优选技术进行总结，并对其发展方向进行展望。
1 短波短波通信频率优选技术研究现状2按照原理和方法不同，频率优选技术可分为预测、探测和认知无线电感知。
下面对当前预测、探测现状进行完整的分析并对认知无限电感知做一下简单描述。
1.1短波预测研究现状1.1.1国外短波预测研究现状目前国外对短波频率预测都还是以长期预测和短期预测为主，国际电信联盟无线电通信大会（ITU-R）即无线电咨询委员会（CCIR）曾先后开发了三个独立的估算短波信道模型的方法，即基于报告252 、报告 252 补编和报告894 的方法。
除了这三种由CCIR提供的相应计算程序外，不同的国家和研究机构也发展出了各自的短波频率预报程序，国外典型的短波频率预测模型软件如下：1 、IONCAP(电离层通信分析与预测程序）：由美国电信科学研究推出被广泛应用在美军军事通信装备中，其中包括美国海军大型舰船上使用的Harris 公司的高频宽带发射系统；2 、VOACAP（电离层通信增强剖面分析和电路预测程序）：在IONCAP 的基础上发展起来的，不仅能够适应中低纬度地区，同时也适用于高纬度地区和极区；3 、PropMan（传播资源管理程序）：由美国Rockwell 国际公司和Collins航空公司通信部开发的，能够对短波天波频率及信道进行选择和分析，可进行频率预测和通信资源管理；4 、AREPS预测软件：美国空间和海军作战系统中心的“高级折射效应预测系统”的数学模型，该模型的核心是电磁波的高级传播模型，该模型综合了射线光学传播模型和抛物线方程传播模型的优点，是一个快速、精确、实用的复合模型。
高级传播模型不仅考虑了地面高度的变化，而且还考虑了氧气和水汽对电磁波的吸收。
所以适用于各种大气折射率。
1.1.2国内短波预测研究现状国内对短波频率预测的研究也主要建立在长期预测和短期预测的基础3上，也取得了一些成果1、亚大法：中国电波传播研究所研究得到，根据对亚洲、太平洋地区39个电离层观测站的记录数据，采用一个由f0 F2导出的预报指数Ic来预测相关的频率；2、自相关频率预报技术：利用电离层参量MUF的自身变化规律来预测MUF的短期变化规律，这是一种准实时预报技术；3、神经网络预测方法：根据神经网络的基本原理构建短波频率预报的模型，从而实现对频率的实时预报。
尽管世界上不同的国家都对短波频率预报进行了比较深入的研究，但是他们的研究成果很多都是以短波频率的中长期预报为主，这些中长期预报的短波频率虽然在大多数情况下，能够满足短波通信的需要，但是，预测的频率并不能反映预测实际时刻的电离层反射信道的状况，有的时候在所预报的短波频率上短波通信质量并不是很好，甚至有时还会出现不通的情况。
而且不同的频率预测软件的预测结果也有明显的差异，在缺少大量试验验证的条件下无法确认各个结果的准确程度。
所以短波探测技术的发展就十分重要了。
1.2短波探测研究现状随着频率探测技术的发展，现已涌现出各种不同的探测信号体制，它们包括脉冲探测技术、导频探测技术、错误计数技术、眼图技术、啁啾探测技术等。
1、脉冲探测技术：电离层脉冲探测是早期应用最广泛的探测形式。
它是一种采用时间与频率同步传输和接收的脉冲探测系统。
发端采用高功率的脉冲探测发射机，在HF整个波段或部分频段上发送窄带脉冲探测信号。
传输的时间表可以根据系统程序的要求而改变，时间表上的时间是被校准在时标发送台发送的标准时间上的。
在接收端，探测接收机也被校准在标准时间上，因此收和发在时间上是同步的。
这样做的好处是不需要在探测收发设备内装置原子时间和频率标准。
由此可见，只要收发的时间是相同4的，而时间又经过精确的校准，这就可获得收发探测电路的时间和频率的同步传输，这是探测系统正常工作的基础。
2、错误计数技术：错误计数探测技术是用设置反码加权的方法，即在接收端，在发送数据控制下，对作信息支路放大加权(例如发“0”码，则对“1”码加权)，以增加系统输出的误码率。
在满足一定的条件下，可以由若干个伪误码系统统计值外推出实际系统的误码率。
这种方法一役适用于数字通信系统。
3、眼图技术：数字传输系统中眼图的形状全面准确地反映了系统的传输性能。
因此，直接对眼图进行。
分析也是一种有效的信道估值方法。
眼图信道估值技术在获得某特定调制方式的解调后的基带信号并采用密集抽样的方法和同步分离技术以后，可以获得该基带信号的眼图样本。
通过对该眼图的参数分析和特征提取。
获得能描述信道特征和传输数据性能的一组参数，并对这些参数进行综合，得到信道的质量评估。
眼图的基本形状、眼图的最大值、最小值、均值以及过零点畸变等，这些参数比较准确地和全面地反映干扰和衰落对数据传输的影响程度。
因此，用这组参数或其变形能综合评估传输信道性能。
眼图信道估值方法一般适合于对数据传输线路及其传输性能的综合描述。
4、啁啾探测技术：啁啾(Chirp)探测是另一种电离层的探测方式，它在原理上和脉冲探测完全不同。
Chirp的含义，一是指探测信号采用了FM/CW 信号，也就是频率扫描信号。
当然，也可以采用频率对数扫描的形式。
Chirp 探测系统正常工作的基础和脉冲探测时一样，必须使收发在时间和频率扫描上实现精确同步。
也就是说，探测发射机和探测接收机必须经过精确校时，以保证同时开始扫描。
频率扫描信号的扫描范围和斜率应一致，满足上述条件后，发射机和接收机内的本地扫频振荡器将同步地由低到高实施频率扫描。
运用短波Chirp探测系统来保障远洋短波通信是完全可行的，其所探测出来的优质频率对于保障远洋短波通信来说也是基本可靠的。
电离层Chirp探测能够直接提供最佳的工作频率，从而提高了远距离短波通5信频率使用的针对性和高效性，减少了对无用频率的使用及对电磁环境的污染。
随着时代的进步，微电子，计算机数字信号处理、自适应和跳频扩频通信等现代电子信息技术的发展及其在短波通信中的广泛应用，大大改善了短波通信系统的性能和频率选择能力，发展出了一种新的选择技术—无线电感知技术。
1.3认知无线电感知研究现状认知无线电技术通过对外界无线通信环境不断的进行检测与感知，再根据一定的算法，每时每刻地改变自身的某些参数，动态地感知授权用户暂时闲置的频率空穴，并在不妨碍授权用户使用该频段的前提下实现频谱的再次利用，从而达到对频谱资源充分、有效的利用这一目的。
可以说，认知无线电技术是一种智能的频谱接入技术。
由于认知无线电技术存在以上种种优点，其已成为未来无线通信领域中研究的一个焦点话题。
而对作为该系统中的关键技术和重要前提——频谱检测技术的研究则具有更为深远的意义。
本文所研究的重点正是认知无线电中的频谱感知技术。
2 短波通信频率预测2.1短波频率预测的研究目的、困难及研究现状2.1.1短波通信频率预测的研究的目的和意义短波通信由于通信距离远、设备简单，组织使用方便，同时具有抗摧毁性好、成本低，且不依赖于第三方资源等优点，一直以来在军事通信尤其是海军岸海通信中被广泛采用。
由于短波通信依赖的电离层反射信道的随变特性，给短波通信带来了复杂性。
这种复杂性在于需要掌握通信对象之间反射点的电离层情况，进而选择最佳短波通信频率，取得良好的通信效果，这就需要能够准确选择出短波信道所需要的最佳可用频率。
因此，短波通信频率的优选就成为了决定短波通信质量的关键因素，其直接影响到短波通信的稳定性和可靠性，6同时关系到指挥所对舰艇的指挥与控制以及舰艇之间的相互协同作战。
而短波通信频率的预测是短波通信频率优选中的一个重要手段，对于短波通信频率的确定具有重要意义。