社會科技發(fā)展迅速，尤其是信息技術，大數(shù)據(jù)技術等的快速發(fā)展與推廣應用，對傳統(tǒng)模式下的生活與工作產生了巨大沖擊。 海洋信息技術是海洋科學近年來發(fā)展的新興領域。21世紀是“海洋世紀”，世界經濟的一體化和沿海國家海洋經濟和海洋產業(yè)的振興，都需要海洋信息作為基礎，以支持政府宏觀調控和科學決策。

2020年9月中旬，由國家無線電監(jiān)測中心牽頭、南京航空航天大學和普天信息技術有限公司參與申報的重點項目“海洋短波寬帶認知智能信息傳輸機理研究”獲得國家自然科學基金委員會資助，經費309萬元。

海洋短波信息傳輸網(wǎng)絡是國家海洋信息基礎設施建設的重要組成部分，是支撐我國從海洋大國向海洋強國邁進的關鍵手段之一。目前，海洋短波通信面臨可用帶寬窄、可靠性差、天波信道變化預測難等挑戰(zhàn)。本項目將針對以上難點，開展基于認知智能的通信體系架構、電離層知識圖譜、非連續(xù)頻譜聚合、多信道多參數(shù)并行優(yōu)化等方面研究，力爭取得一批國際前沿學術成果;并構建峰值速率達到500kbps的海洋短波可靠寬帶信息傳輸驗證平臺，為我國海洋短波寬帶信息傳輸網(wǎng)絡的建立提供可行方案，進一步為我國海洋信息技術發(fā)展、海洋經濟建設和海洋安全保障做出積極貢獻。

短波通信是波長在100米～10米之間，頻率范圍3兆赫～30兆赫的一種無線電通信技術。由于短波頻率在3~30兆赫之間，所以它主要利用電離層反射傳播，傳播距離環(huán)繞地球。短波通信發(fā)射電波要經電離層的反射才能到達接收設備，通信距離較遠，是遠程通信的主要手段。由于電離層的高度和密度容易受晝夜、季節(jié)、氣候等因素的影響，所以短波通信的穩(wěn)定性較差，噪聲較大。

但是，隨著技術進步，特別是自適應技術、猝發(fā)傳輸技術、數(shù)字信號處理技術、差錯控制技術、擴頻技術，超大規(guī)模集成電路技術和微處理器的出現(xiàn)和應用，使短波通信進入了一個嶄新的發(fā)展階段，在1988年短波通信設備的銷售額達到了其歷史最高水平。同時短波通信設備使用方便，組網(wǎng)靈活，價格低廉，抗毀性強等固有優(yōu)點，仍然是支撐短波通信戰(zhàn)略地位的重要因素。

盡管新型無線電通信系統(tǒng)不斷涌現(xiàn)，短波這一古老和傳統(tǒng)的通信方式仍然受到全世界普遍重視，不僅沒有淘汰，還在不斷快速發(fā)展。因為它有著其它通信系統(tǒng)不具備的優(yōu)點。首先，短波是是唯一不受網(wǎng)絡樞鈕和有源中繼體制約的遠程通信手段，如果發(fā)生戰(zhàn)爭或災害，各種通信網(wǎng)絡都會受到破壞，衛(wèi)星也會受到攻擊。無論哪種通信方式，其抗毀能力和自主通信能力與短波無法媲美。其次，在山區(qū)、戈壁、海洋等地區(qū)，超短波覆蓋不到，主要依靠短波。另外，與衛(wèi)星通信相比，短波通信不用支付話費，運行成本低。

短波通信系統(tǒng)由發(fā)信機、發(fā)信天線、收信機、收信天線和各種終端設備組成。發(fā)信機前級和收信機現(xiàn)已全固態(tài)化、小型化。發(fā)信天線多采用寬帶的同相水平，菱形或對數(shù)周期天線，收信天線還可使用魚骨形和可調的環(huán)形天線陣。終端設備的主要作用是使收發(fā)支路的四線系統(tǒng)與常用的二線系統(tǒng)銜接時，增加回聲損耗防止振鳴，并提供壓擴功能。

短波按照國際無線電咨詢委員會(CCIR，現(xiàn)在的ITU-R)，的劃分是指波長在l00m~l0m，頻率為3MHz~30MHz的電磁波。利用短波進行的無線電通信稱為短波通信，又稱高頻(HF)通信。實際上，為了充分利用短波近距離通信的優(yōu)點，短波通信實際使用的頻率范圍為1.5MHz~30MHz。?

電離層是地球大氣的一個電離區(qū)域。電離層受太陽高能輻射以及宇宙線的激勵而電離的大氣高層。60千米以上的整個地球大氣層都處于部分電離或完全電離的狀態(tài)，電離層是部分電離的大氣區(qū)域，完全電離的大氣區(qū)域稱磁層。也有人把整個電離的大氣稱為電離層，這樣就把磁層看作電離層的一部分。除地球外，金星、火星和木星都有電離層。

電離層從離地面約50公里開始一直伸展到約1000公里高度的地球高層大氣空域，其中存在相當多的自由電子和離子，能使無線電波改變傳播速度，發(fā)生折射、反射和散射，產生極化面的旋轉并受到不同程度的吸收。電離層圖顯示使用電離層探測儀測量的電離層層次的高度及其臨界頻率。電離層探測儀垂直向電離層發(fā)送一系列頻率(一般從0.1至30MHz)。隨頻率增高，信號在被反射前可以穿透更高的層。最后頻率高到不再被反射。

電離層對電波傳播的影響與人類活動密切相關，如無線電通訊、廣播、無線電導航、雷達定位等。受電離層影響的波段從極低頻(ELF)直至甚高頻(VHF)，但影響最大的是中波和短波段。電離層作為一種傳播介質使電波受折射、反射、散射并被吸收而損失部分能量于傳播介質中。3～30兆赫為短波段，它是實現(xiàn)電離層遠距離通訊和廣播的比較適當波段，在正常的電離層狀態(tài)下，它正好對應于最低可用頻率和最高可用頻率之間。但由于多徑效應，信號衰落較大;電離層暴和電離層突然騷擾，對電離層通訊和廣播可能造成嚴重影響，甚至訊號中斷。300千赫至3兆赫為中波段，廣泛用于近距離通訊和廣播。

多信道共用是由若干無線信道組成的移動通訊系統(tǒng)，為大量的用戶共同使用并且仍能滿足服務質量的信道利用技術。多信道共用就是多個無線信道為許多移動臺所共用，或者說，網(wǎng)內大量用戶共享若干無線信道。這與有線用戶共享中繼線的概念相似，目的也是為了提高信道利用率。多信道共用技術是1種提高信道利用率的有效技術。系統(tǒng)中的任1空閑信道可為任1用戶所用，因此系統(tǒng)可以容納比信道數(shù)更多的用戶數(shù)，高效的信道利用率。用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個子頻帶(或稱子信道)，每一個子信道傳輸1路信號。

頻分復用要求總頻率寬度大于各個子信道頻率之和，同時為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘柣ゲ桓蓴_，應在各子信道之間設立隔離帶，這樣就保證了各路信號互不干擾(條件之一)。頻分復用技術的特點是所有子信道傳輸?shù)男盘栆圆⑿械姆绞焦ぷ鳎恳宦沸盘杺鬏敃r可不考慮傳輸時延，因而頻分復用技術取得了非常廣泛的應用。頻分復用技術除傳統(tǒng)意義上的頻分復用(FDM)外，還有一種是正交頻分復用(OFDM)。

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