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短波通信技术发展及分析

摘要：短波通信目前依然是不可替代的有效通信方式，其在灾区应急、航海

远程通信、军事通信等领域有着广泛的应用。本文简要概述了短波通信的发展历

程，并给出了存在的问题和未来发展方向的预测。

关键词：短波通信；电离层；超视距通信；高速率通信；宽带通信

1引言

短波通信又称为高频通信，覆盖3-30MHz的频率范围，是一种重要的无线

通信模式，可通过电离层反射的天波提供超视距的传播，甚至数千公里的全球通

信。短波通信是一种有效的远程无线通信模式，其可避免卫星通信相对较高的成

本和战时易摧毁的问题。短波通信已广泛应用于军事行动、灾区救灾、超视距的

船舶通信、及缺乏其他有效通信手段的偏远地区。短波无线电的独特之处在于可

以使用简单廉价的设备在国内外提供远距离通信。适用于通信基础设施不存在或

因自然灾害、军事冲突而无法进入的偏远地区，在不需要中继设施的情况下实现

远距离链接的实用手段。随着卫星通信的出现，提供了更高的数据速率，短波在

远程通信中的使用减少了。然而并非所有情况都能使用卫星通信，随着短波通信

更高的数据速率变得可用，其使用率也在增加，从而使传输信息具有较低的成本。

随着短波通信的技术发展，随之而来的是更高的要求，需要更高的数据速率、更

低的链路建立延迟和智能抗干扰的能力等。

2短波通信的发展历程

20世纪初，随着无线电数量的迅速增长，为避免相互干扰对窄带短波无线电

的需求吸引了大量的研究，那时短波频段的频谱通常分配在3-kHz信道中。几十

年来，短波天波通信一直被用作提供远程通信服务的主要方法，其中一个关键问

题是找到一个可用频率，以支持所需的话音服务，因为可用频率随时间、季节、

空间、天气而变化。在早期的短波通信系统中，可用频率由熟练的无线电操作员

手动选择，其并不能提供全时长期的可靠性。

在20世纪60年代，卫星作为超视距通信的替代品被引入，这种通信更加

可靠，能够在更宽带宽的微波波段上提供更高的数据速率。当时卫星通信逐渐主

导了超视距通信，并取代了短波无线电通信的大部分服务。然而在卫星领域，卫

星通信也存在一些弱项，卫星地面站在灾难降临时易损坏性、紧急情况下室内接

收困难还需要具备视野无遮挡，并且投资和维护成本高等等。在20世纪80年

代，能够攻击和摧毁卫星武器的出现使短波无线电通信的独特优势更加凸显出来，

优势主要有作为信道的电离层不可破坏，设备小巧部署灵活，成本相对较低，以

及无中继的远程点对点通信等。电离层高度多变的特性使得在给定路径上依靠单

一指定频率进行可靠通信变得不可能，链路建立基本上包含在一组不同的频率上

测试通信，然后选择链路质量最高的频率。在短波无线电通信操作自动化方面引

入微处理器之后，并随着数字信号处理技术的发展，从模拟通信过渡到了数字通

信，通信技术的提高使得短波通信质量有所提高。

进入21世纪后，对短波技术提出了更高的要求，建立链路时需要更低的信

噪比，承载更多的通信量，这就促使短波研究人员重新设计自动链路建立技术，

经过改进可以实现高性能数据传输，通过有效联网支持更大的网络，并提供综合

服务，支持语音和数据通信。在过去十年中，人工智能和机器学习的发展正在改

变通信系统的传统设计，见证了认知无线电技术的巨大研究成果，其关键思想是

使一台具有类似人类大脑的无线电能够观察、计划、决定和行动。另外对更高的

数据吞吐量和图像及视频的需求促使研究人员考虑使用比3kHz更宽带宽的短波

频谱，新标准可以支持宽达24kHz的短波信道。

3短波通信存在问题及下步研究方向

3.1存在问题

一是期望短波进行多媒体传输的需求越来越大。短波通信一直被认为是一种

远距离通信方式，可以提供信道带宽不超过3kHz的语音和低速数据传输。与此

同时来自微波频段的竞争对手卫星通信可以提供具有相对较高数据速率的超视距

无线传输。目前与卫星通信相比，短波通信仍有其独特的价值，因为其成本相对

较低，部署具有灵活性，以及拥有无中继的远程通信。然而，在大多数情况下，

其仅被视为远程语音和低速数据传输的保底手段，而不是图像视频等多媒体传输

的首选。通过短波链路传输监控视频或大的数据资料变得比较迫切。这样当卫星

通信出现故障时，确保短波无线通信能及时补缺。

二是大量终端的远程链接需求越来越多。一直以来点对点或点对多点远程通

信一直是短波系统的主导模式，然而随着短波通信在世界范围内的军事和民用领

域得到越来越多的应用，越来越多的短波无线电