作者：童新海,赵兵
出版社：电子工业出版社
格式: AZW3, DOCX, EPUB, MOBI, PDF, TXT
军事通信系统试读：
内容简介
本书是军队高等教育自学考试通信技术专业规划教材。本书从系统性和实用性出发，较全面地介绍了现今信息战中广泛使用的几种军事通信系统。全书共分8章，主要内容包括绪论、光通信系统、短波通信系统、散射通信系统、移动通信系统、微波中继通信系统、卫星通信系统、军事通信系统综合应用等。每章后附有本章小结、习题和参考文献。
本书可作为普通高等院校通信工程、电子信息等相关课程的教科书和教辅书，也可供相关领域的工程技术人员学习、参考。
未经许可，不得以任何方式复制或抄袭本书之部分或全部内容。
版权所有，侵权必究。
图书在版编目（CIP）数据
军事通信系统/童新海，赵兵主编.—北京：电子工业出版社，2020.1
ISBN 978-7-121-28334-5
Ⅰ.①军… Ⅱ.①童…②赵… Ⅲ.①军事通信－通信系统－高等学校－教材 Ⅳ.①E96
中国版本图书馆CIP数据核字（2020）第005484号
责任编辑：王羽佳 特约编辑：武瑞敏
印 刷：
装 订：
出版发行：电子工业出版社
北京市海淀区万寿路173信箱 邮编：100036
开 本：787×1092 1/16 印张：13.25 字数：335千字
版 次：2020年1月第1版
印 次：2020年1月第1次印刷
定 价：49.00元
凡所购买电子工业出版社图书有缺损问题，请向购买书店调换。若书店售缺，请与本社发行部联系，联系及邮购电话：（010）88254888，88258888。
质量投诉请发邮件至zlts@phei.com.cn，盗版侵权举报请发邮件至dbqq@phei.com.cn。
本书咨询联系方式：wyj@phei.com.cn，（010）88254535。
出版说明
军队自学考试是经国家教育行政部门批准的、对军队人员进行的、以学历继续教育为主的高等教育国家考试，以个人自学、院校助学和国家考试相结合的形式组织学习和考试，同时也是部队军事职业教育的重要组成部分。军队自学考试自1989年开办以来，培养了大批人才，为军队建设作出了积极贡献。随着国防和军队改革的稳步推进，在军委机关统一部署下，军队自学考试专业调整工作于2017年启动，此次调整中新增通信工程（本科）和通信技术（专科）两个专业，专业建设相关工作由陆军工程大学具体负责。
陆军工程大学在通信、信息、计算机科学等领域经过数十年的建设和发展，积累了实力雄厚的师资队伍和教学实力，拥有2个国家重点学科、2个军队重点学科和多个国家级教学科研平台、全军重点实验室及全军研究（培训）中心，取得了丰硕的教学科研成果。
自承担通信工程（本科）和通信技术（专科）两个军队自学考试专业建设任务以来，陆军工程大学精心遴选教学骨干，组建教材建设团队，依据课程考试大纲编写了自建课程配套教材，并邀请军地高校、科研院所及基层部队相关领域专家、教授给予了大力指导。所建教材主要包括《现代通信网》、《战术互联网》、《通信电子线路》等17部教材。秉持“教育+网络”的理念，相关课程的在线教学资源也在同步建设中。
衷心希望广大考生能够结合实际工作，不断探索适合自己的学习方法，充分利用课程教材及其他配套教学资源，努力学习，刻苦钻研，达到课程考试大纲规定的要求，顺利通过考试。同时也欢迎相关领域的学生和工程技术人员学习、参阅我们的系列教材。希望各位读者对我们的教材提出宝贵意见和建议，推动教材建设工作的持续改进。陆军工程大学军队自学考试专业建设团队2019年6月前 言
为了满足我军新时期通信技术人才培养的需求，兼顾官兵未来职业发展，体现军队特色，与普通高等学校相应学历层次水平和质量要求保持总体一致，以培养职业素养和职业能力为核心，以提高官兵岗位履职能力为重点，我们编写了本书。
本书不仅可以使通信技术专业的学生全面学习和了解目前信息化局部战争中广泛应用的6种典型军事通信系统，还适合军事指挥人员阅读。
本书共分8章。第1章为绪论，主要介绍了军事通信系统在信息战中的作用、能力需求、组成、分类、频段和相关技术指标，使读者对军事通信系统有一个初步的了解。第2～7章分别介绍了光通信系统、短波通信系统、散射通信系统、移动通信系统、微波中继通信系统和卫星通信系统的基本概念、信道特性、系统组成、关键技术、军事应用和发展趋势。第8章介绍了军事通信网的相关知识及军事通信系统典型应用案例。
本书有如下特色。（1）军事特色较浓。本书在介绍各种通信系统基本概念的同时，将其在军事中的应用特点也做了重点介绍，并有针对性地根据“军事应用”要求，介绍相应的关键技术。（2）难易适中，结论性强。本书涉及的理论推导不多，对于常用的知识点只给出结论性公式，对于实际工程应用有一定的指导意义。（3）涵盖面广，重点突出。本书在内容安排上，既保证各个通信系统概念的完整性、独立性，又注重不同通信系统的内在联系与区别。
本书第1章由童新海、蔡君编写，第2章由赵兵编写，第3章由龚玉萍编写，第4章由刘贤编写，第5章由王桁编写，第6章由晋军编写，第7章由郭道省编写，第8章由李永强编写。全书由童新海负责审阅、赵兵负责统稿。
本书在编写过程中，得到了陆军工程大学职教中心及通信工程学院各级领导和同事的关心与支持，电子工业出版社的王羽佳编辑为本书的出版做了大量工作，在此一并向他们深表谢意。
由于军事通信技术发展迅速，作者学识有限，书中疏漏之处在所难免，望广大读者批评指正。作者2020年1月第1章 绪论
通信，顾名思义，就是通达信息。
军事通信是军队为实施作战指挥、协同和武器控制，综合运用各种通信手段进行的信息传递，是军队实现信息化的可靠保证和战斗力的倍增器。
军事通信系统由通信装备、设施及通信人员组成，完成人与人、人与计算机、计算机与计算机、人与武器系统，以及武器系统与武器系统之间的信息传递，用以保障军队指挥、协同和武器控制。军事通信的实施离不开军事通信系统的支持，军事通信任务是通过各种军事通信系统完成的。1.1 信息战与军事通信系统41.1.1 信息战与CISR
军事领域是吸纳和运用高新科技成果最快、最多的领域，随着高新技术在军事领域的应用，新的武器装备大量出现，军队的指挥控制能力、远程攻击能力、快速机动能力、精确打击能力和毁伤能力都得到了空前提高。随着信息技术在现代战争中的广泛应用，信息技术的作用越来越突出，决定了21世纪的战争形态主要是信息化战争，其主要作战样式是信息战。
信息战强调的是制夺信息权，其目的就是抢占战场空间的信息优势，并将信息优势最终转化为决策优势和作战优势。未来的信息战就4是以CISR（Command，Control，Communication，Computer，Intelligence，Surveillance and Reconnaissance）为核心争夺制信息4权的全向交战方式。CISR是一个融侦察、监视、情报、通信、指挥、控制等系统为一体的战场信息基础设施，它集信息的采集、信息传输、信息融合、信息应用功能于一身，构成了未来信息战的核心。
在现代战争中，只有保持通信系统的灵便和有效运转，才能获得战场的主动权，才能获取制信息权。信息战的提出，使军事通信体系的建设成为了抢占制信息权的基石，是赢得现代战争胜利的保证。军事通信系统是信息系统和信息化武器系统的重要基础，是军队实现指挥控制的“神经系统”，是获得更快更准信息的最基本的基础性设施，是“系统集成”的“生命线”，是形成大系统的“聚合剂”和“融合剂”，也是整个军事体系的“神经系统”。1.1.2 军事通信系统的能力需求
信息化战争要求军事通信系统具备10种军事能力：抗电子战的能力、安全保密的能力、机动通信的能力、协同通信的能力、快速反应的能力、单兵通信的能力、整体保障的能力、同武器平台的集成能力、同各种信息系统的综合集成能力、抗毁顽存能力。
为了实现上述的10种军事能力，现代军事通信系统应具有8种技术能力：多层次、全方位、大纵深、立体覆盖能力；多网络无缝连接能力；高速、宽带信息传输与交换能力；语音、数据、图像、视频多业务综合传输能力；互联互通、互操作的能力；全天候的可靠工作能力；通信与导航、气候、侦察、监视等系统的综合能力；恶劣电磁环境下的对抗能力。1.2 军事通信系统的组成
通信的目的是将信息从发信者（信源）传输给另一个时空点的收信者（信宿）。
通信系统是指实现这一通信过程的全部技术设备和传输信息媒质信道的总和。
通信系统通过某种传输媒介（称为信道）将信息m(t)从信源传送到信宿，经过信道传输恶化后在信宿得到的信息表示为，通信系统的组成框图如图1-1所示。从信源来的信息可能是模拟信号也可能是数字信号，它需要相应的通信系统来传输。图1-1 通信系统组成框图
①信源：发出信息的源，是产生消息的机构，消息（message）中包含的信息（information）是用户所关心的部分。信源输出的信号在系统其他部分被转换、复制、处理。
在实际生活中，消息的表现形式是高度复杂的物理现象，如人类的语言和文字、图像、声音，甚至各种传感器的输出。但是通信系统中所说的信源，其输出均为电信号。这些电信号是上述物理现象经过相应的能量转换器件转换后得到的。例如，声音的物理表现形式是声波，而拾音器（话筒）则将声波转换成表现声音的电信号，称为音频信号；又如，摄像机将一系列静止的或活动的景物转换成表现图像的电信号，称为视频信号，也称图像信号。信源既可以输出连续的模拟信号（称为模拟信源），也可以输出离散的数字信号（称为数字信源）。例如，拾音器和摄像机输出的就是模拟信号，而电传机和计算机输出的就是数字信号。模拟信号的特点是时间上连续或离散，但幅度上的取值无限。数字信号的特点是时间上离散或连续，但幅度上的取值有限，即具有有限个输出字符。
②发送设备：发送设备中的信号处理单元对来自信源的信息做进一步的处理，使它能够更有效地在所选定的传输媒介上传输；发送设备中的载波电路完成信号处理单元送出的基带信号到适合于特定传输媒介发送的频带信号（在某些信道下也可能是基带信号）之间的转换。
例如，在数字通信系统中常用的语音编码器、视频编码器等，它们用来减少来自信源的冗余信息；在信号传输中用来检错和纠错的信道编码也在信号处理单元完成。在模拟通信系统中，信号处理通常就是一个简单的低通滤波器。在一个模数混合通信系统中，信号处理单元中通常包含模数转换电路，如常见的脉冲编码调制器（Pulse Code Modulation，PCM）。载波电路完成的主要功能有调制、变频、放大、发射等。调制是为了使信号在信道中传输时，信号特性与信道特性相匹配。例如，在进行射频传输时需要用信号对载波进行调制。调制方法通常可分为模拟调制（如调幅、调频、调相）和数字调制（如幅移键控、频移键控、相移键控）。又如，利用有线方式进行基带传输时，信号往往要进行码型变换以适应传输线的特性。在军用通信系统中，为了对抗敌方的有意干扰，需要采取扩频、跳频等措施，这些措施往往在调制解调器中实现。
③传输媒介：提供通信系统信号的传输通道。可以说所使用的传输媒介几乎决定了该通信系统的主要特征。传输媒介常统称为信道。
从物理特性来划分，传输媒介可划分为有线和无线两大类。典型的有线传输媒介有双绞线、同轴电缆、光纤、波导等；无线传输媒介有空气、海水等。当信号在传输媒介中传输时，会受到损耗、失真、衰落等影响，并会叠加传输媒介引入的各种噪声和干扰。由于受到传输媒介引入的各种效应影响，使得接收设备送到信宿的表现出与发送方的m(t)明显的差异，不同类型的通信系统对这种差异有不同衡量标准，如误码率、信噪比等，衡量的结果常用来判断一个通信系统的性能。
④接收设备：接收设备中的载波电路首先将来自传输媒介的信号能量接收，并完成频带信号到基带信号的转换。为了完成这种转换，载波电路的主要功能包括信号接收（如天线、光检测器）、低噪声放大、变频、解调，以及完成解调所需载波和定时同步等；接收设备中的信号处理单元完成发送方信号处理单元功能的逆过程。接收设备尽可能“净化”受到信道“污染”的发送信号，并将发送信号的最佳估计送到信宿。
图1-1给出的通信系统是单向传输系统。广播是典型的单向通信系统，但一般来说，作为双方进行信息交互的通信系统通常是双向的，如电话。此时通信的两端都设置有发信设备和收信设备。当然，传输媒介也应当是能双向传输的。如果两个方向有各自的传输媒介，那么双方都可以独立进行发送与接收，但如果共享一个传输媒介，就必须用频率、时间或空间分割等办法来共享。
另外，通信也不只是点对点通信，很多情况下是多点之间的通信，以完成多点之间的信息传输与交换。这时，就涉及复用技术、多址技术和交换技术，构成一个完整的通信系统或通信网。
军事通信系统是通信系统的一种特殊应用，是针对军事要求用于军事目的的通信系统，它具有一般通信系统所有的特征。考虑到军事应用的特殊要求，军事通信系统与一般通信系统具有明显的不同。图1-2给出了典型军事通信系统的组成框图。图1-2 军事通信系统组成框图
为了防止敌方对通信信号的截获，采用高强度的加密是军事通信系统的普遍特征，从应用角度来看，通常有信道加密和信源加密两种方式，与加密对应，解密过程也不可或缺，信道加（解）密位于信号处理和载波电路之间，信源加（解）密位于信源（宿）与信号处理之间。在军事通信系统中，经过传输信道到达收信方的信号除了考虑一般通信系统的传输影响，重点需要考虑敌方释放的各种干扰。这种干扰同其他通信系统所遭受的雷电、汽车启动、同频干扰、邻道干扰有着明显的不同，它是敌方针对通信方信号样式而释放的人为干扰，目的是阻止通信的正常进行。此时，通信方则需要采用一些特殊技术手段保护己方通信不被截获和干扰，常用的方法有提高天线的方向性、降低正常工作所需的接收电平、采用猝发的通信方式等。1.3 军事通信系统的分类
根据研究问题的角度或应用方式的不同，军事通信系统有不同的分类方法：按传输信号形式的不同，可分为模拟通信和数字通信；按通信方式划分，可以分为单工通信、双工通信和半双工通信；按传输信道划分，可以分为无线电通信（又分为短波、超短波、微波、卫星、散射等）、有线电通信（又分为架空明线、被覆线、同轴电缆等）和光通信等；按通信范围划分，可以分为战略通信、战役通信、战术通信；按通信业务划分，可以分为电话通信、电报通信、数据通信、图像通信、多媒体通信等；按通信终端运动状态划分，可以分为固定通信、机动通信、移动通信等。
1.按传输信号形式分类
通信系统的发送电路将待传输信息进行载波电路映射处理后送入传输媒介，这种映射必须是单一的对应关系，即可逆的一一映射，否则接收端就无法恢复原来的消息。映射过程通常是将信息携带在正弦波或脉冲序列的某个参量或几个参量上，按该参量的取值方式可将映射后的信号分为模拟信号或数字信号。若该参量的取值范围是连续的、可有无限多个取值时，则为模拟信号；若该参量的取值为有限个数值时，则为数字信号。
根据信道中所传输的是模拟信号还是数字信号，相应地将通信系统划分为数字通信系统和模拟通信系统。
需要指出的是，并非模拟信号一定要在模拟通信系统中传输。若将模拟信号先变换为数字信号，则可按数字通信方式进行传输，但在接收端需要进行相反的变换，以还原出模拟信号。图1-3给出了典型的数字通信系统的组成框图。图1-3 数字通信系统的组成框图（1）信源编码与信源解码
在数字通信系统中，信源编码的作用是将信源输出的（模拟的或数字的）信号变换为适合数字通信系统传输的数字信号，在变换过程中应尽量去除信号中的冗余，提高编码效率，降低数字信号的速率，从而提高系统的传输效率，即实现数据压缩，如语音压缩编码、图像压缩编码、数据文本压缩编码等。信源解码是将信源编码器输出的信号恢复为信源编码器输入的信号。（2）加密与解密
数字信号比模拟信号易于加密，且效果也好。加密器的作用是产生密码，并人为地将输入的明文数字序列进行扰乱；解密器对接收的数字序列进行解密，恢复明文。（3）信道编码与信道译码
数字信号在传输过程中，由于噪声、衰落及人为干扰等的影响，会引起传输错误。信道编码的目的就是尽可能地减小错误概率。信道编码器通过适当地增加信号的冗余，在信息序列上附加一些监督码元，对传输的原始信息按一定编码规则进行编码，信道译码器则根据已知的编码规则进行解码，看其编码规则是否遭到破坏，从而发现错误或纠正错误，常用的信道编码有汉明码、格雷码、BCH码、卷积码、RS码、Turbo码及LDPC码。（4）数字调制与解调
数字调制是利用载波调制技术把待传输的数字基带信号转换成适合于信道传输的波形，即利用数字基带信号对正弦波的某些参量进行控制，使载波的这些参量随数字基带信号的变化而变化。解调是调制的逆变换，数字调制技术可分为幅移键控（ASK）、频移键控（FSK）、相移键控（PSK）、连续相位调制（CPM），以及它们的各种组合。（5）同步与定时
同步与定时是数字通信系统的接收端不可缺少的一个重要组成部分，它关系到信息能否正确接收。对于点对点通信系统，同步包括载波同步、位同步和帧同步。如果进一步考虑通信网，那么还要包括网同步。虽然上述各种同步都要在接收端实现，但发送端在设计信号的传输波形时要为接收端实现同步提供必要的条件。（6）多路复用
多路复用是将多个用户或通道的信息按有序的方式组织或组合起来，在一条线路上同时传输多个用户的信息，以合理有效地利用通信资源。多路复用可以在时域实现，也可以在频率域、空间域、极化域等其他信号域实现，相应的实现方式分别为时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、空分复用（SDM）、极分复用（PDM），其中用的最多的是TDM和FDM。
数字通信系统在近几十年来得到了非常迅速的发展，主要具有以下优点。
①在远距离传输系统中，可用中继方式再生，中继器到中继器不存在噪声累积。
②通过纠错和检错编码，可实现差错控制和错误纠正，提高系统传输可靠性。
③在数字信号上更容易实现复杂的加密，提高信息传输的安全性。
④语音、视频、数据能够在一个数字通信系统中实现综合传输，实现业务综合。
⑤数字电路的成本相对较低，集成度高，大规模生产一致性好。
⑥数字信号容许更大的动态范围。
⑦可以运用更多软件应用技术，研制多功能的通信设备。
目前，大多数通信系统都是数字通信系统，各种军事通信系统已基本实现了从模拟通信系统到数字通信系统的转换。
2.按通信方式分类
在双向通信系统中按通信方式划分，可分为单工通信系统、双工通信系统、半双工通信系统。（1）单工通信
单工通信是指通信双方都能进行发信和收信，但任何一方不能同时进行收信和发信，只能交替地进行。根据收、发频率的异同，又可分为同频单工和异频单工。单工通信示意图如图1-4所示。图1-4 单工通信示意图
同频单工是指通信双方（图1-4）使用相同的频率f工作，发时不1能收，收时不能发，收发不能同时进行的工作方式。平常通信双方都处于接收状态，即把天线接至接收机等候被呼，需要发射时，按下发送讲话（PTT）按钮，即转换成发射状态。同频单工工作方式的收发信机是轮流工作的，故收发天线可以共用，收发信机中的某些电路也可共用，因而具有电台设备简单、省电，且只占用一个频点，组网方便等优点。但是，这样的工作方式只允许一方发送时另一方进行接收。例如，在甲方发送期间，乙方只能接收而无法应答，这时即使乙方启动其发射机也无法通知甲方使其停止发送，这非常不符合人们日常讲话的习惯。此外，当任何一方讲话完毕时，必须立即松开其按讲开关，否则将收不到对方发来的信号，因而使用也非常不方便。
异频单工通信方式，收发信机使用两个不同的频率分别进行发送和接收。异频单工与同频单工的差异仅仅是收发频率的不同。（2）双工通信
双工通信是指通信双方可同时传输信息的工作方式，有时也称为全双工通信，如图1-5所示。图中，基站的发射机和接收机分别使用一副天线，也可以通过双工器共用一副天线，而移动台通常使用双工器。双工通信一般使用一对频道，以实施频分双工（FDD）工作方式。这种工作方式使用方便，与普通有线电话相似，接收和发射可同时进行。但是，在电台的运行过程中，不管是否发话，发射机总是工作的，故电源消耗较大，这一点对用电池作为电源的移动台而言是不利的。为缓解这个问题，在一些简易通信设备中可以采用半双工通信。
还有一种同频双工方式，收、发使用同一频率，但在不同时隙中进行，称为时分双工（TDD）工作方式，但是由于传输延时影响，通常在小区域中应用。（3）半双工通信
半双工通信是指移动台采用“按讲”工作方式、基站采用收发同时进行的通话方式。该方式主要用于解决双工方式耗电大的问题，其组成与图1-5相似，差别在于移动台不采用双工器，而是按下“按讲”开关发射机才工作，但接收机是一直工作的；基站工作情况与双工方式完全相同。图1-5 双工通信示意图
3.按传输信道分类
军事通信的手段有无线电通信（即无线通信）、有线电通信（即有线通信）、光通信，各种通信手段既可以单独运用，也可以综合组织运用。（1）无线电通信
无线电通信利用无线电波，可传输电话、电报、数据、图像等信息，它是军队作战指挥的主要的通信手段。对飞机、舰艇、坦克等运动载体，无线电通信是唯一的通信手段。无线电通信具有建立迅速、机动灵活等特点。
无线电通信系统主要有短波通信、超短波通信、微波中继通信、移动通信、卫星通信等。
无线电通信系统的不足之处是传输的信号易被敌方侦听截获、测向定位和干扰，无线电传播有不稳定性，严重时甚至会造成通信的中断。（2）有线电通信
有线电通信专指利用金属导线、光纤或波导等媒介传输信息的通信方式，是保障军队平时和战时作战指挥的重要通信手段，可传输电话、电报、数据、图像等信息。由于信息是沿导线传输的，电磁辐射较少，不易被敌方截获，不易受自然和人为的干扰，保密性及通信质量好。但机动性、抗毁性较差，特别是暴露在地面上的通信线路易遭敌方火力的破坏。
按传输线路的种类，军用有线通信又通常分为野战线路通信（野战被覆线和野战电缆线路）、架空明线通信、地下（海底）电缆通信、光纤通信等。野战线路通信机动性较好，一般用于野战条件下近距离通信，通信容量小，易于敷设撤收。架空明线通信容量较大，可实施远距离通信，但抗毁性差，随着光缆的发展，架空明线通信将日趋被淘汰。（3）光通信
光通信是指利用光传输信息的通信方式。光通信频带宽、保密性好、抗电磁干扰能力强。按所用的光传输媒介可分为有线光通信（即光纤通信）和无线光通信（如大气光通信、卫星光通信和水下对潜光通信等）。
光纤通信利用光纤作为传输媒介，是现代光通信的主要方式。光纤通信具有通信容量大、中继距离长、抗电磁干扰、无电磁辐射、稳定可靠、保密、轻小等优点，广泛用于国防通信网的干线和支线传输，军事机关、国防基地、要塞、机场等的内部通信网，还广泛用于指挥所、武器平台等的局域通信网；在战术环境也广泛运用光纤通信系统。近地自由空间中的光通信是以大气作为传输媒介的。大气激光通信设备轻便、保密性好、抗干扰性能好，但由于波束窄，收发天线难以对准，只限于视距范围，且易受天气和大气环境的影响。
每种传输信道具有各自不同的特点，给传输信号带来的影响也各不相同，从而对相应的通信系统在组成及采用的关键技术上的要求也各有差别。1.4 军事通信系统使用的频段
对于使用自由空间（空气）作为传输信道的通信系统（如短波通信、卫星通信、超短波通信等），干扰和传输条件与所选用的频段紧密相关。理论上讲，任何类型的调制方式（AM、PM、FM）都可以在任何频段使用。但是，出于商业和政治上的原因，在频率使用上制定一定的秩序是必需的。国际上负责频率规划和协调的机构是国际电信联盟（ITU）下属的两个委员会，即国际电报电话咨询委员会（International Telegraph and Telephone Consultative Committee，CCITT）和国际无线电咨询委员会（International Radio Consultative Committee，CCIR）。在美国，制定无线电频率规划的是联邦通信委员会（FCC），而在中国，负责单位是国家无线电管理委员会。表1-1给出了无线电频段的划分、表示法、传输特性和典型应用。表1-1 主要通信频段划分（续表）1.5 军事通信系统的主要性能指标
评价一个通信系统，往往要涉及其主要性能指标，也称主要质量指标，否则就无法衡量通信系统的优劣。从消息的传输角度来看，主要着眼于通信的有效性和可靠性。所谓有效性，主要是指消息传输的“速率”问题；而可靠性主要是指消息传输的“质量”问题。简言之，是“量”与“质”两方面的问题。
在模拟通信系统中，主要性能指标有两个：有效传输带宽和输出信噪比。
模拟通信系统的传输有效性可用每路信号的有效传输带宽来衡量。当信道的容许带宽给定后，每路信号的有效传输带宽越窄，信道内容许同时传送的信号路数越多，这种系统的传输有效性就越好。信号的有效传输带宽与调制方式有关，例如，在传输同一个消息时，由于调频波的带宽要比调幅波宽得多，因此调频通信系统的传输有效性不如调幅通信系统。
模拟通信系统的传输可靠性可用整个通信系统的输出信噪比来衡量。由于信道内存在着噪声，从而接收的波形实际上是信号和噪声的混合物，它们经过解调后同时在通信系统的输出端出现，因此噪声对模拟通信系统的影响可以用输出端上有用信号的功率与噪声功率之比来衡量，这就是输出信噪比。显然，输出信噪比越高，收到消息的准确性越高，通信质量就越好。例如，在电话通信时要求输出信噪比保持40dB以上，此时语音清晰度可以保证听清95%以上的讲话内容。在收看电视节目时输出信噪比要求达到40～60dB，才能将画面的细节看清楚。输出信噪比一方面与接收信号的功率与信道内噪声的大小有关，同时又与采用的调制方式有很大关系。这是因为对于不同的调制方式，接收端采用不同的解调器，而不同的解调器抑制噪声的能力是大不相同的。例如，在调频通信系统内采用鉴频器进行解调，它具有抑制噪声的能力，因此输出信噪比可以得到提高；而在调幅通信系统内采用包络检波器来解调，就没有提高输出信噪比的能力，因此调频通信系统的传输可靠性一般比调幅通信系统好。
在数字通信系统中，主要性能指标有两个：传输速率和传输差错率。
1.传输速率
传输速率是衡量数字通信系统传输能力的性能指标，反映了系统的有效性。通常采用以下3种指标。
①信息传输速率R：简称传信率或比特率，表示单位时间（每秒）b内传送数据信息的比特数，单位为比特/秒（b/s）。
②码元传输速率R：简称传码率或波特率，表示单位时间（每B秒）内传输的码元（符号）个数，单位为波特（Baud），记为B。
二进制传输时，码元传输速率和信息速率一致。对于M进制传输，其码元传输速率和信息传输速率可以通过以下公式来换算。
③通信系统的频带利用率对于频带受限的信道，常用“频带利用率”来衡量传输系统的有效性。它是指单位频带（1Hz）内所能实现的信息传输速率，单位为比特/秒/赫兹（b/s/Hz），或者单位频带内所能实现的码元传输速率。当信道的带宽确定以后，能实现的信息传输速率越高，则频带利用率越高。
或
式中，R为用户信息比特速率；R为用户信息码元速率；W为信bB号传输时占用的带宽。
2.传输差错率
在数字通信系统中，传输系统的差错概率是衡量一个系统传输可靠性的重要指标，通常用比特或符号错误概率来衡量，即误比特率（也称为误信率）和误码率。
①误比特率P：在传输过程中发生错误的比特个数与传输的总比b特数之比，即
②误码率P：在传输过程中发生错误的码元数与传输的总码元数e之比，即
二进制传输系统时，有P=P。be
差错率的大小由传输系统的特性、信道质量及系统噪声等因素决定，若传输系统的特性、信道质量都很好，并且噪声较小，则系统的差错率就较低；反之，系统的误码率就较高。
在数字通信系统中，影响差错率的一个重要参量是接收端接收到的信噪比，通常有两种定义。
信号功率与噪声功率比定义为：测量参考点信号功率与信号带宽内噪声功率比值，通常表示为SN。
比特能量与噪声谱密度比定义为：测量参考点比特能量E与信号b带宽内噪声功率谱密度N的比值，通常表示为EN。0b0
在数字通信系统中，两者之间有如下转换公式。
式中，R为用户信息比特速率；W为信号占用带宽。b本章小结
本章首先简要介绍了军事通信在信息战中的作用，以及信息战中军事通信系统所需具备的能力；然后重点描述了军事通信系统组成与分类，以及军事通信系统使用的频段；最后给出了评价军事通信系统的主要性能指标。由本章讨论可知，从不同的角度或侧面出发，军事通信系统有不同的分类方法。本书后续章节将从传输信道划分角度，重点介绍了光通信系统、短波通信系统、散射通信系统、移动通信系统、微波中继通信系统及卫星通信系统。习 题
1-1 什么是信息战？
1-2 简述军事通信系统的分类方法。
1-3 简述军事通信系统的组成及各部分的功能。
1-4 数字通信系统的优点是什么？
1-5 给出3MHz～300GHz的频段划分及表示法。
1-6 模拟通信系统的有效性和可靠性分别用什么来衡量？数字通信系统的有效性和可靠性分别用什么来衡量？
1-7 一个数字传输系统，信息速率为4800b/s，占用带宽10kHz，求该系统的频带利用率。
1-8 一个数字传输系统的信息速率为4800b/s，工作1小时，接收系统收到126个错误比特，该系统的误比特率是多少？
1-9 某数字系统，信息速率为2400b/s，采用四进制符号传输，该系统的符号速率是多少？5
1-10 在强干扰环境下，某电台在5min内共正确接收到7×10b，系统的信息速率为2400b/s，试求系统的误比特率。参考文献
[1]张冬辰，周吉.军事通信.2版.北京：国防工业出版社，2008.
[2]及燕丽.现代通信系统.北京：电子工业出版社，2001.
[3]何非常.军事通信——现代战争的神经网络.北京：国防工业出版社，2000.
[4]赵志法，鲁道海，冉隆科，等.现代战术通信系统概论.北京：国防工业出版社，1998.
[5]吴诗其，朱立东.通信系统概论.北京：清华大学出版社，2005.
[6]任有银.现代战争与军事通信.北京：解放军文艺出版社，2002.
[7]张传富.军事信息系统.2版.北京：电子工业出版社，2017.
[8]高秀峰.军事信息技术基础.北京：电子工业出版社，2017.
[9]尹志忠.世界军事航天发展概论.北京：国防工业出版社，2015.
[10]黄文准，杨亚东.现代通信原理教程.西安：西安电子科技大学出版社，2016.
[11]宋铮，张建华，黄冶.天线与电波传播.西安：西安电子科技大学出版社，2016.第2章 光通信系统
最早的光通信可追溯到中国古代的利用火光传递信息的烽火台通信，它是一种利用普通光的视觉光通信。烽火台通信的改进是利用不同颜色的烽烟组合来传递更复杂的信息。现在还在一些特殊场合使用的旗语通信也属于视觉通信的范畴。但这些通信方式都存在传输信息量太小的缺点，都不能称为现代意义的光通信。
现代意义上的光通信可追溯到1881年贝尔发明的“光电话”，但因为既没有可靠的高强度光源，也没有稳定低损耗的传输媒介，光通信的发展受到极大限制，这种情况一直持续到20世纪60年代。1960年，世界上的第一台红宝石激光器诞生；1970年，美国贝尔实验室研制成功了半导体激光器；1966年，华裔科学家高锟博士提出了石英玻璃光纤可用于光通信的理论研究，并因此在2009年获得了诺贝尔奖；1970年，美国康宁公司研制出了世界上第一根低损耗石英光纤。光源、传输媒介这两个制约光通信发展的最主要问题相继得以解决后，光通信也取得了飞跃式、革命性的进步。
目前，随着光通信的新理论、新技术、新设备和新应用的不断发展，光通信系统更是成为国家乃至全球最重要的信息基础设施。2.1 光通信概述2.1.1 光通信的基本概念
光通信就是利用光波来传送信息。现代意义的光通信是指利用特殊的技术手段使光波上承载高速的数据信息，提高通信容量；同时尽量降低光波传输过程中的损失，以延长传输距离。下面首先介绍光通信的一些基本概念。
1.光波
光波是一种频率极高的电磁波，但一般习惯采用波长描述。光波波长与频率的关系可用下式表示。
式中，λ为光波的波长，其物理含义是波在一个振动周期内传播8的距离；c为光波在自由空间中传播的速度，其值为3×10m/s；f为频率，其物理含义是交变电磁波在单位时间（每秒）变化的周期数。光−6波波长常用单位有微米（µm）（1µm=10m）、纳米（nm）−9−10（1nm=10m）和埃（Å）（1Å=10m）。光波的波长为10nm～1216100µm，对应的频率范围为10～10Hz。
光波又可细分为红外线（也称红外光）、可见光和紫外（也称紫外光），它们各自的波长范围如图2-1所示。图2-1 光波的波长范围
红外线波段（λ＞0.76µm）又分为近红外、中红外和远红外，该波段主要用于光纤通信、红外制导和天文学等；可见光波段（λ为0.39～0.76µm），是人眼实际可见的波长，如太阳光、白炽灯及许多激光源（如He-Ne激光器）等发出的光；紫外线波段（λ＜0.39µm），比人眼实际可见光的波长还要短得多，目前很少应用于通信。
无线光通信使用的波长按应用场合的不同可在紫外到近红外范围内选择。目前，光通信主要使用近红外光作为光载波，典型的波长为0.85µm、1.31µm和1.55µm。例如，在波分复用系统（Wavelength Division Multiplexing，WDM）中，光波波长的选择就是在1.55µm附近的波长范围内。随着技术的发展，特别是光源与光检测器件的发展，光通信的波长范围也在不断被拓展。
2.光通信的分类
①按照媒介不同，光通信可分为有线光通信和无线光通信。
有线光通信是指以光波作为载体，用光纤为传输媒介的通信方式，具有传输距离长、通信容量大等特点。
无线光通信是指以光波作为载体，不用光纤为传输媒介的通信方式，具有抗电磁干扰能力，相对于有线光通信系统来讲，无线光通信具有更高的机动性和灵活性。
②按信号体制不同，光通信可分为模拟光通信和数字光通信。
模拟光通信是指调制信号为模拟信号的光通信。模拟光通信系统主要应用于微波复用信号传输、雷达信号传输和早期的CATV信号传输等场合。
数字光通信是指以数字信号调制光波的通信方式。数字光通信系统是目前使用最广泛、覆盖范围最大的光通信系统。2.1.2 光通信的主要特点
1.有线光通信的主要特点
有线光通信通常是指光纤通信，与金属同轴电缆等有线通信方式相比，具有如下优点。
①通信容量大。由于光纤的可用带宽较大，一般在10GHz以上，使光纤通信系统具有较大的通信容量。而金属电缆由于存在分布电容和分布电感的低通滤波影响，使得利用金属电缆的信号传输频率、带宽及信息承载能力受到限制。
②传输距离长。光缆的传输损耗比电缆低，因而可传输更长的距离。光纤系统仅需要少量的中继器，光缆与金属电缆的造价基本相同，少量的中继器使光纤通信系统的总成本比相应的金属电缆通信系统要低。
③抗电磁干扰。金属电缆发生干扰的主要原因就是金属导体向外泄漏电磁波。由于光纤的材料是玻璃或塑料，不会产生电磁波泄漏，不存在相互之间的电磁干扰。
④环境适应性强。光纤对恶劣环境有较强的适应能力，比金属电缆更能适应温度变化，而且腐蚀性液体或气体对其影响较小。
⑤重量轻、安全、易敷设。光缆的安装和维护比较安全、简单，在易挥发的液体和气体周围使用而不必担心会引起爆炸或起火，比相应的金属电缆体积小、重量轻，占用的存储空间小，方便运输。
⑥保密性好。由于光纤不向外辐射能量，对光缆进行窃听的难度较大，因此光纤通信通常具有比铜缆更好的保密性。
光纤通信的缺点如下。
①强度较差。光缆本身与同轴电缆相比抗拉强度要低得多。这可以通过使用标准的光纤包层PVC得到改善。
②不能传送电力。有时需要为远处的接口或再生的设备提供电能，光缆显然不能胜任，在光缆系统中还必须额外使用金属电缆。
③专用的工具、设备及培训。需要使用专用工具完成光纤的焊接及维修；需要专用测试设备进行常规测量；光缆的维修既复杂又昂贵，从事光缆工作的技术人员需要通过相应的技术培训并掌握一定专业技能。
2.无线光通信的主要特点
无线光通信通常指自由空间光通信（Free Space Optical Communication，FSO），具有如下优点。
①安装便捷、使用方便，适用于在特殊地形、地貌及有线通信难以实现和机动性要求较高的场所工作。
②不挤占无线电频率资源、电磁兼容性好、抗强电磁干扰能力强等。
③与微波、毫米波通信相比，半导体激光通信系统在价格上也有较强的竞争优势，是一种易于被市场和用户接受的通信手段。
④是组建各种局域网和最后一公里接入的有效手段。
⑤是未来实现卫星之间通信和星地间通信的有效手段。在构筑外层空间通信网上，半导体激光自由空间通信将发挥重要作用。
⑥保密性好，具有很好的军事应用前景，这是因为大气光通信是利用极窄的激光束作为载波，其传播的发散角非常小，不易被截获。
受光波在自由空间传播特性的影响，以大气信道的空间光通信，还存在以下问题。
①受大气影响造成的衰减随机性大（雨、雾、灰尘和自然辐射对光能的吸收和散射，使光的能量迅速衰减），需要补偿。
②大气湍流现象使媒质折射率发生不均匀的随机变化，其结果使接收光斑发生所谓的闪烁现象和飘移现象。
③需要功耗低、转换效率高、输出功率大、调制带宽宽及伺服系统简单的激光发射器件。
④需要灵敏度高、噪声特性好，适用于常温环境下工作的接收器件。
⑤需要体积小、重量轻、光学特性好、便于安装与调整校准的光学收发天线。
⑥需要背景噪声滤除技术。
⑦在机动性要求高和工作平台方位稳定性差的场合应用需要自动跟踪瞄准。2.2 光纤通信系统
光纤通信属于有线光通信，本节重点介绍光纤通信的系统组成、主要器件及关键技术。2.2.1 光纤传输的原理与特性
1.概述（1）光纤的结构
光纤是一种引导光沿特定方向传播的同心圆柱体，其结构如图2-2所示。中心部分是纤芯，其折射率是n，纤芯外面的部分是包1层，其折射率是n。纤芯的折射率n高于包层的折射率n，从而形成212一种光波导效应，使大部分的光被束缚在纤芯中传输，实现光信号的长距离传输。外面的护套层仅起到保护作用，不会对光的传输产生影响。图2-2 光纤的基本结构
光纤的几何尺寸很小，纤芯直径一般为5～50µm，包层的外径为125µm，包括防护层整个光纤的外径，也只有250µm左右。
常用的构成纤芯和包层的材料是高纯度的石英（SiO），它是生2活中玻璃的主要成分。不过必须在石英中加入少量不同的掺杂剂，用以增大或减小石英的折射率，才能作为纤芯或包层材料，常见的掺杂剂有二氧化锗（GeO）、三氧化二硼（BO）等。223（2）光纤的分类
按照折射率分布不同，可将光纤分为两类：阶跃型光纤（SIF）和渐变型光纤（GIF）。阶跃型光纤又称为均匀光纤，其纤芯折射率是常数，而渐变型光纤的纤芯折射率是渐变的，不过阶跃型光纤和渐变型光纤的包层折射率都是常数。
按照光纤材料不同，可将光纤分为四类：石英光纤、石英芯-塑料包层光纤、多成分玻璃光纤和塑料光纤。其中，石英光纤损耗最低，在光纤通信中应用最广泛，本章的论述主要是针对石英光纤的。
按照传输模式不同，可将光纤分为两类：单模光纤和多模光纤。单模光纤的纤芯直径较小，为4～10µm，只能传输单一模式，可以完全避免模式色散，适用于大容量、长距离的光纤通信。多模光纤的纤芯直径较大，约为50µm，在一定的工作波长下可以传输多种模式，但会产生模式色散，限制传输距离，其优点是制造、耦合、连接都比单模光纤容易，适用于短距离通信及局域网等场合。（3）光纤的标准
目前，国际上光纤主要采用国际电信联盟的ITU-T的G系列。与之对应，我国的光纤标准为国家标准GB/T 15912系列和信息产业部颁布的通信行业标准YD/T系列，具体如下。
①G.651：定义了渐变折射率多模光纤，主要是指0.85µm和1.31µm的多模光纤。
②G.652：普通单模光纤，指零色散波长在1.31µm窗口的单模光纤。
③G.653：色散位移光纤，在G.652光纤的基础上，将零色散点从1.31µm窗口移动到1.55µm窗口，解决了1.55µm波长的色散对单波长高速系统的限制问题。但光纤非线性效应导致的四波混频在G.653光纤上对DWDM系统的影响严重，故G.653并没有得到广泛推广。
④G.654：截止波长位移型单模光纤。这种光纤通过特殊设计使在1.55µm处的损耗系数降为0.185dB/km，这主要是为满足海底光纤长距离通信的要求。
⑤G.655：非零色散位移光纤。这种光纤是在1.55µm窗口有合理的、较低的色散，能够降低四波混频和交叉相位调制等非线性影响，同时能够支持长距离传输，而尽量减少色散补偿。（4）光缆
光缆最主要的技术要求是保证光纤在制造成缆、敷设，以及在各种使用环境下光纤的传输性能不受影响并具有长期稳定性。
①光缆的主要特性。
机械性能：包括抗拉强度、抗压、抗冲击和弯曲性能。
温度特性：包括高温和低温特性。
重量：每公里重量（kg/km）。
尺寸：外径尺寸。
这些特性中最关键的是机械性能，目的是保持光缆在各种敷设条件下都能为缆芯提供足够的抗拉、抗压、抗弯曲等机械强度，故必须采用加强芯和光缆保护层。
②光缆的结构。
缆芯：光缆结构中的主体，其作用主要是妥善地安置光纤的位置，使光纤在各种外力影响下仍能保持优良的传输性能。多芯光缆还要对光纤进行着色以便于识别。另外，为防止气体和水分子浸入，光纤中应具有各种防潮层并填充油膏。
加强元件：有两种结构方式，一种是放在光缆中心的中心加强件方式，另一种是放在护层中的外层加强方式。
光纤护层：同电缆护层一样，是由护套等构成的多层组合体。护层一般分为填充层、内护套、防水层、缓冲层、铠装层和外护套等。
③光缆的分类。
从光缆的缆芯结构划分，可分为层绞式、骨架式、带状光纤和束管式四大类。我国和欧亚各国多采用前两种结构。
从光缆的应用角度划分，可分为中继光缆、海底光缆、用户光缆、局内光缆、无金属光缆、复合光缆及野战光缆等。可根据其应用场合选择以上四类结构的光缆。
2.光纤的传输原理（1）光纤的导光原理
光纤通信的基本问题是研究光信号如何在光纤中传输。
由于光具有波粒二象性，即波动性和粒子性，指的是光波既能像波一样向前传播，有时又表现出粒子的特性。这里避开用麦克斯韦方程组这种复杂的方法来解释光的传播特性，将光看成一条光线，即用几何光学的方法来分析其传播特性。当光从一种介质入射到另一种介质时，在两种介质的分界面上会发生反射和折射，如图2-3所示。若入射光在分界面处被全部发射回第一种介质中，则称为全反射现象。
光线在两介质界面处发生全反射必须满足以下两个条件。
①光线必须由光密介质入射到光疏介质，即n﹥n。12°
②入射角必须大于其临界角，即θ﹤θ﹤90。c1
这里临界角。
由光纤的结构可知，光纤纤芯的折射率n高于包层的折射率n，12当激光被耦合进入纤芯后，只要到包层和纤芯界面的入射角大于临界角，就会发生全反射，使光束在包层和纤芯的界面之间来回反射，从而使光束在光纤中传输下去。光纤的导光原理如图2-4所示。图2-3 光线在界面上的反射与折射图2-4 光纤的导光原理
根据光的反射和折射定理可知，当光线的入射角满足下式时，可在光纤中传播。
式中，，是光纤纤芯和包层的相对折射率差。
若光纤外为空气，则有n=1，就有0（2）光纤的数值孔径（NA）
定义满足入射条件的最大入射角的正弦，即sinθ为光纤的数值max孔径（Numerical Aperture），记为NA，即
数值孔径NA是光纤的一个极为重要的参数，反映了光纤捕捉光线的能力。
NA越大，光纤捕捉光线的能力就越强，光纤与光源之间的耦合效率就越高。理论上讲，光纤的相对折射率差Δ应当取得大一些，但Δ太大会导致光纤严重的多径色散。实际工程中，单模光纤的NA取值在0.1左右，多模光纤的NA取值在0.2左右。
3.光纤的传输特性（1）光纤的损耗特性
光纤损耗的定义：光纤中传播的光信号能量随着传播距离而不断衰减。
光纤损耗的影响：决定了光信号在光纤中最大的传输距离。
光纤损耗的分类：吸收损耗、散射损耗和辐射损耗。其中，吸收损耗与光纤材料有关。例如，石英光纤本身的损耗主要由光纤的本征吸收、瑞利散射、杂质吸收等因素构成。
石英光纤的损耗随工作波长的变化如图2-5所示。通常将石英光纤的通信波段划分为三个波段，即850nm附近的短波长段、1310nm附近和1550nm附近的长波长段。图2-5 石英光纤的损耗特性
目前光纤采用的低损耗光谱如表2-1所示。光纤的第一低损耗窗
试读结束[说明：试读内容隐藏了图片]