李淑黨+王鼎+謝洪森

【摘要】 本文在深入研究CCIR推薦的短波頻率預(yù)測(cè)方法的基礎(chǔ)上，根據(jù)近年來新的理論信息和數(shù)據(jù)資源，對(duì)CCIR推薦方法進(jìn)行了改進(jìn)。利用改進(jìn)后的算法對(duì)某一短波通信鏈路進(jìn)行了計(jì)算，將頻率預(yù)測(cè)的結(jié)果與ITS軟件預(yù)測(cè)值進(jìn)行比較，并對(duì)預(yù)測(cè)頻率的性能指標(biāo)（如時(shí)間利用率、接收點(diǎn)信噪比等）進(jìn)行了軟件仿真。從仿真結(jié)果可以看出，通過改進(jìn)算法計(jì)算所得的最佳工作頻率的時(shí)間利用率和接收點(diǎn)信噪比優(yōu)于原始的CCIR推薦方法。因此可以得出結(jié)論，本文提出的短波通信頻率預(yù)測(cè)改進(jìn)方法是有效的。

【關(guān)鍵詞】 短波通信 頻率預(yù)測(cè) 信噪比

引言

短波通信在抗毀性、機(jī)動(dòng)性和靈活性方面具有無可比擬的優(yōu)越性和不可代替的重要作用，是軍用航空超視距遠(yuǎn)程通信和機(jī)動(dòng)通信的主要手段。但由于短波通信信道是時(shí)變色散信道，其固有的弱點(diǎn)（如容量小、頻帶窄、速率低、相互干擾嚴(yán)重、信道狀態(tài)不穩(wěn)定等）制約了短波通信技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。因此，選擇合適的傳播模式和通信頻率對(duì)于短波對(duì)空通信系統(tǒng)具有重要意義。

本文研究的對(duì)象是短波對(duì)空通信的頻率預(yù)測(cè)。由于飛機(jī)的飛行高度一般都在8000～18000m，這個(gè)高度相對(duì)6370km的地球半徑R來說可以忽略。因此，每一時(shí)刻飛機(jī)與地面的短波通信可以看作是地面上點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的短波通信[1]。

MUF是指給定短波通信距離下的最高可用頻率[2]，是電波能返回地面和穿出電離層的臨界值，如果頻率高于此臨界值，則電波穿過電離層，不再返回地面。MUF還與反射層的電離密度有關(guān)，所以凡影響電離密度的諸因素，都將影響MUF的值?？紤]電離層的結(jié)構(gòu)變化和保證獲得長期穩(wěn)定的接收，在確定線路的工作頻率時(shí)，不是取預(yù)報(bào)的MUF值，而是取低于MUF的頻率FOT。FOT稱為最佳工作頻率，一般情況下FOT取MUF的85%，保證通信線路有90%的時(shí)間利用率（有時(shí)也被稱為可通率）。因此短波通信頻率預(yù)測(cè)指的就是計(jì)算通信線路兩個(gè)端點(diǎn)之間的MUF。

CCIR（國際無線電咨詢委員會(huì)）對(duì)短波頻率預(yù)測(cè)給出了推薦的計(jì)算方法[3]。CCIR的推薦方法是在很早的時(shí)候提出的，那時(shí)候計(jì)算手段比較單一，計(jì)算比較繁瑣，現(xiàn)在我們可以利用近年來新的理論信息和數(shù)據(jù)資源（如空間電磁理論、電子地圖、網(wǎng)絡(luò)信息資源等）對(duì)該方法進(jìn)行改進(jìn)和優(yōu)化，使預(yù)測(cè)結(jié)果更加精確和貼近實(shí)際。

一、改進(jìn)算法

其中，A是北京的緯度，B是廣州的緯度，D是兩地之間的經(jīng)度差。

經(jīng)計(jì)算，d=1880km。

計(jì)算發(fā)射天線和接收天線設(shè)置的方向。這一點(diǎn)對(duì)于定向天線來說比較重要，如果發(fā)射方向選擇準(zhǔn)確的話，就可以在保證通信距離的同時(shí)減小反射功率，反之就會(huì)浪費(fèi)功率。

由A臺(tái)向B臺(tái)的發(fā)射方向：sinCAB=cosBsinD/sinC

由B臺(tái)向A臺(tái)的發(fā)射方向：sinCBA=cosAsinD/sinC

根據(jù)上面公式，計(jì)算得：

北京向廣州的發(fā)射方向：CAB=189.8451°

廣州向北京的發(fā)射方向：CBA=8.2049°

確定反射點(diǎn)P的地理位置。通信線路兩個(gè)端點(diǎn)之間的大圓距離d=1880km，小于4000km，利用F2層一次反射的方式就能達(dá)成通信，并且此時(shí)反射點(diǎn)在地面的投影就是大圓距離的中點(diǎn)。在電子地圖上，求得反射點(diǎn)P的地理坐標(biāo)（115°E，31.3°N）。

確定發(fā)射天線和接收天線的最佳輻射仰角θ，可以采用下面的經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行計(jì)算。

三、MUF理論計(jì)算值與ITS軟件預(yù)測(cè)值的對(duì)比

ITS軟件[4，5]是美國電信科學(xué)研究院（Institute for Telecommunication Science）開發(fā)的、用于預(yù)測(cè)2～30MHz短波頻段通信性能的軟件，它的可靠性已經(jīng)得到了實(shí)際運(yùn)用的證明。ITS可用于進(jìn)行短波鏈路規(guī)劃，根據(jù)通信線路兩個(gè)端點(diǎn)的地理位置、通信時(shí)間和系統(tǒng)要求，它能夠?qū)Χ滩ㄍㄐ诺耐ㄐ拍Ｊ健⑼ㄐ蓬l率、天線輻射仰角、發(fā)射功率等重要參數(shù)進(jìn)行預(yù)測(cè)，并且預(yù)測(cè)結(jié)果可通過文字、表格或圖形直觀地顯示出來。另外，它還可以對(duì)指定參數(shù)的通信系統(tǒng)的通信指標(biāo)（如時(shí)間利用率、信噪比等）進(jìn)行評(píng)估。我們利用ITS軟件對(duì)同一條件下，對(duì)北京與上海之間的短波通信頻率進(jìn)行了預(yù)測(cè)，得到了頻率-時(shí)間曲線，如圖2中實(shí)線所示，圖中虛線為改進(jìn)理論計(jì)算值的頻率-時(shí)間曲線。

從上圖可以看出，最高可用頻率MUF的理論計(jì)算值與ITS軟件預(yù)測(cè)值隨時(shí)間變化的趨勢(shì)是一致的，并且數(shù)值上的差距也較小。由此可以說明，本文提出關(guān)于最高可用頻率MUF的改進(jìn)算法是可行的。

四、結(jié)束語

短波地空通信在抗毀性、機(jī)動(dòng)性和靈活性方面具有無可比擬的優(yōu)越性和不可代替的重要作用。本文對(duì)CCIR推薦的短波頻率預(yù)測(cè)方法進(jìn)行改進(jìn)，并對(duì)其性能進(jìn)行了仿真，驗(yàn)證了其可行性和有效性。在鏈路計(jì)算中，本文沒有涉及飛機(jī)在起飛降落時(shí)和多跳模式下的通信情況，所以還需要繼續(xù)進(jìn)行相關(guān)方面的研究。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]牟薪葦.短波地空通信系統(tǒng)信道建模與鏈路計(jì)算[D].西安：空軍工程大學(xué)，2008

[2] Gerhard Braun. Planning and Engineering of Shortwave Links[M]. Berlia ， 1982.81～82

[3] ITU-R P.434-6. ITU-R reference ionospheric characteristics and methods of basic MUF，operational MUF and ray-path prediction[S].ITU-R，1995

[4] Institute for Telecommunication Science. Technical Manual[S]. Institute for Telecommunication Science，2004

[5] Institute for Telecommunication Science. User Manual[S]. Institute for Telecommunication Science，2004

[6] 俞明.短波通信的傳播特點(diǎn)與網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)[J].中國無線電，2004，5：60～61endprint