中波廣播信號的傳播特性及其在通信中的應用

摘要：隨著無線通信技術的迅速發展，廣播信號作為信息傳遞的一種重要手段，其傳播特性和優化策略受到了廣泛關注。中波廣播信號由于其獨特的傳播方式和較長的波長，在覆蓋廣闊地區、穿透障礙物方面具有顯著優勢。該文旨在深入分析中波廣播信號的傳播特性，探索其在現代通信系統中潛力，并對現有傳播模型的優化和信號處理技術的改進提出一系列創新的優化策略，以期提高中波廣播的通信質量和效率。

關鍵詞：中波廣播信號；傳播特性；通信工程

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.10.057

中圖分類號：TN 934.81 文獻標志碼：A 文章編碼：1672-7274（2024）10-0-03

The Propagation Characteristics of Medium Wave Broadcasting Signals and Their Applications in Communication

Abstract： With the rapid development of wireless communication technology， broadcast signals， as an important means of information transmission， have received widespread attention for their propagation characteristics and optimization strategies. Due to its unique propagation method and longer wavelength， medium wave broadcasting signals have significant advantages in covering vast areas and penetrating obstacles. This study aims to analyze the propagation characteristics of medium wave broadcasting signals in depth and explore their potential in modern communication systems. By optimizing existing propagation models and improving signal processing techniques， a series of innovative optimization strategies are proposed to enhance the communication quality and efficiency of medium wave broadcasting.

Keywords： medium wave broadcasting signal; propagation characteristics; communication engineering

1 中波廣播在現代通信中的應用前景與

挑戰

中波廣播信號因其獨特的傳播特性在現代通信中具有重要前景和面臨的挑戰。中波信號在地面波傳播和電離層反射兩種模式下傳輸，能夠覆蓋廣泛的地理區域，特別是在夜間，大氣不受太陽照射，電離層導電性能大大減弱，中波可以傳送到數百到上千千米的地方。這一特性使中波廣播成為覆蓋大范圍區域的重要手段，尤其在地廣人稀的地區和緊5SMA7oeGKtOhoslBKt4CwVuBF+4idXLbhvzFt5J/Fu8=急情況下具有顯著優勢。然而，現代通信技術的飛速發展對中波廣播提出了新的要求和挑戰，數字通信和互聯網的普及帶來了信息傳輸速度和容量的革命性提升，中波廣播在信息容量和傳輸速度上顯得相對滯后。數字廣播技術的發展雖然在一定程度上提升了中波廣播的質量，但在與高速寬帶和移動互聯網的競爭中仍存在顯著差距。中波廣播頻譜資源的有限性也制約了其發展。中波頻段在全球范圍內頻率有限，頻率資源緊張且容易受到電磁干擾，特別是在都市環境中，電力線、工業設備和電子產品的電磁輻射對中波信號造成了嚴重干擾。為了應對這些干擾問題，需要采用先進的抗干擾技術和優化頻譜策略，這在技術和經濟上都提出了較高的要求。中波廣播的設備和基礎設施建設成本較高，與調頻廣播和數字通信相比，中波廣播發射設備功率大、能耗高，維護和運營成本相對較高。這對資源有限的廣播機構和通信運營商來說，是一個不小的負擔[1]。

2 中波廣播信號的傳播特性分析

2.1 信號傳播的物理機制

2.1.1 信號衰減因素分析

中波廣播信號在傳播過程中因受到多種因素的影響出現衰減現象，導致信號衰減的因素主要包括地面波衰減、天空波衰減、電離層影響和環境干擾等，這些因素在不同條件下的作用強度各異，綜合影響中波信號的傳輸效果。地面波衰減是中波信號傳播中的一個主要衰減因素。中波信號以地面波的形式沿地球表面傳播，地面的導電性對信號的傳播有顯著影響。土壤的導電性、濕度和地形等因素都會影響地面波的衰減程度。良好的導電性地面如海水可以減少信號衰減，而干燥的沙地和巖石則會增加信號的衰減。地形起伏也會導致信號的衰減和反射，尤其在山地和丘陵地區，地面波傳播受到的影響更為顯著。天空波衰減是中波信號在電離層反射傳播過程中遇到的另一個重要衰減因素。電離層的狀態受太陽活動影響顯著，白天和夜晚、季節變化以及太陽風暴等都會引起電離層電子密度的變化，影響信號的反射和衰減。白天電離層的D層電子密度高，對中波信號的吸收作用強，使得地面波傳輸受限，信號衰減較大。夜晚D層消失，E層和F層反射效果增強，中波信號可以傳播更遠的距離，但電離層的不穩定性和多路徑效應會引起信號衰減和相位變化。環境干擾也是導致中波信號衰減的重要因素。電磁干擾來源廣泛，涵蓋自然現象如雷電和人為因素如工業設備、電力線和電子設備的輻射等。這些干擾會產生電磁噪聲，削弱中波信號的強度，特別是在城市和工業區，電磁干擾對中波信號的影響尤為顯著[2]。

2.1.2 多徑效應及其對信號傳播的影響

中波廣播信號的傳播受到多徑效應的顯著影響，這種現象發生在信號從發射源到接收點的過程中，經由多條路徑傳播，由于反射、折射或散射引起路徑的多樣性，這些路徑涵蓋直接路徑、地面反射路徑，以及其他由建筑物或自然地形反射的間接路徑，這種路徑的多樣性導致接收點的信號存在相位差，產生信號強度的波動，這種波動可導致信號質量不穩定，影響通信可靠性。尤其是在城市環境中，高樓大廈和其他大型構筑物可以顯著改變信號的傳播路徑，增加信號的衰減和相位錯誤。在設計中波廣播系統時，綜合考量這些多徑效應對于優化信號覆蓋區域和提高信號接收穩定性至關重要。有效的策略包括使用多天線接收技術來分辨和整合不同路徑上的信號，或者開發先進的信號處理算法來補償由多徑效應引起的干擾，提高系統的整體性能和通信的可靠性。

2.2 環境因素對中波信號傳播的影響

2.2.1 天氣條件的影響

天氣條件對中波廣播信號的傳播具有深遠的影響，尤其是溫度、濕度和大氣壓力的變化，這些因素通過改變大氣的電離特性和電導率，間接影響信號的傳播效率。例如，低壓系統常帶來的濕潤氣候增加了大氣的導電性，這種增加的導電性能夠吸收和衰減通過其傳播的電磁波。溫度的升高會導致大氣中的自由電子活動增加，這也會引起信號的衰減。閃電等極端天氣現象產生的電磁脈沖會干擾中波信號，造成通信的不穩定。理解這些天氣條件對中波信號的具體影響有助于預測在特定天氣下的通信表現，并對廣播系統進行必要的調整，如增加發射功率或調整信號頻率，以保持通信質量。有效的監控和預測天氣變化，結合動態調整的通信策略，可以顯著提高中波廣播系統在多變天氣條件下的穩定性和效率。

2.2.2 地理環境的影響

地理環境涵蓋地形和地表覆蓋類型，對中波信號的傳播同樣具有重要的影響。山脈、高地及城市建筑物等障礙物可以阻擋或反射中波信號，造成信號強度的不均勻分布。例如，山谷和其他低洼地形因為信號的陰影效應而接收到較弱的信號。在平坦的開闊地區，中波信號能夠較遠距離地傳播，覆蓋更廣的區域。地表的電導率—如城市地區的人造材料與鄉村地區的自然土壤—對信號的吸收和反射有顯著不同，影響信號的衰減和質量，通過詳細地研究地理環境如何影響中波信號的傳播，可以更好地制訂信號覆蓋策略，例如，通過選擇最適合的發射站位置和配置適當的發射參數來優化信號覆蓋，使用地理信息系統（GIS）技術來模擬信號在不同地理環境下的傳播情況，可以預測和解決的覆蓋死角問題，確保廣播服務的連續性和可靠性。

3 中波廣播信號的傳播特性及其在通

信中的優化應用策略

3.1 信號處理技術優化

3.1.1 高效的調制解調技術

采用高效的調制解調技術是優化中波廣播信號傳播特性的重要策略，能夠顯著提升信號的傳輸質量和抗干擾能力。調制是將信息信號加載到載波信號上的過程，而解調則是從接收到的信號中提取原始信息的過程。在中波廣播中，常用的調制技術有幅度調制（A_{QiPrzhkOrDvrhXYhB6ZmPRXTMMrkunlGJjC4DV/0Y5Y=}M）和頻率調制（FM）。隨著數字通信技術的發展，數字調制技術如相移鍵控（PSK）、頻移鍵控（FSK）和正交幅度調制（QAM）逐漸被引入，以提高信號傳輸效率和質量。幅度調制（AM）是最傳統的中波廣播調制技術，具有實現簡單、成本低廉的優點，但其抗干擾能力較差，容易受到噪聲和信道衰落的影響。為改善這一問題，可以采用包絡檢波和同步檢波技術，通過對接收信號的包絡進行檢測或同步提取，提高解調精度和信噪比。雙邊帶調制（DSB）和單邊帶調制（SSB）技術也能有效提高頻譜利用率和抗干擾能力。頻率調制在中波廣播中相對應用較少，但其抗干擾能力較強，能夠有效抑制幅度噪聲，提高信號的清晰度和穩定性。數字調制技術的引入是近年來中波廣播信號優化的重要方向。相移鍵控（PSK）通過改變載波的相位來傳輸信息，具有較高的頻譜效率和抗干擾能力，尤其適用于復雜信道環境下的中波廣播。頻移鍵控（FSK）通過改變載波的頻率來傳輸信息，同樣具有良好的抗干擾性能和傳輸穩定性。正交幅度調制（QAM）結合了幅度調制和相位調制的優點，通過在同一載波上同時進行幅度和相位調制，提高了頻譜利用率和數據傳輸速率。QAM技術可以顯著提升中波廣播的傳輸效率，特別是在需要高帶寬和高質量傳輸的場景下，能夠提供更清晰的音質和更豐富的信息內容。正交頻分復用（OFDM）技術在中波廣播信號優化中具有重要意義。OFDM技術通過將數據流分成多個子載波進行并行傳輸，每個子載波使用不同的頻率，提高了頻譜利用率和抗干擾能力。OFDM技術特別適用于多徑傳播和頻率選擇性衰落的環境，能夠顯著減少信號的衰落和失真，提升傳輸質量。在接收端，高效的解調技術同樣至關重要。采用自適應均衡和噪聲抑制技術，可以有效減少信道干擾和噪聲影響，提高信號的解調精度。自適應均衡技術通過實時調整接收信號的均衡參數，補償信道中的頻率選擇性衰落和多徑效應，確保信號的穩定傳輸和高質量解調。

3.1.2 噪聲抑制與信號增強策略

噪聲抑制與信號增強在提高中波廣播信號接收質量中扮演著至關重要的角色。中波信號在長距離傳輸過程中不可避免地會受到各種噪聲的干擾，如大氣噪聲、工業干擾及其他電磁干擾。為了抑制這些噪聲，可以采用多種信號處理策略，例如，波形優化、濾波技術和空間分集技術。波形優化通過調整信號的傳輸波形來減少噪聲帶來的影響，而濾波技術則通過設置特定的頻率范圍來屏蔽外部噪聲，只允許目標信號的頻率通過，可有效降低噪聲水平。空間分集技術則通過使用多個天線接收同一信號，每個天線在不同的位置可以接收到由于路徑差異造成強度不同的信號，系統通過算法合成這些信號，以達到增強信號強度的目的。動態噪聲識別和消除算法能夠在信號接收時實時識別噪聲成分并進行抑制，這對于保持中波廣播信號的清晰度和可靠性是非常有效的。應用這些策略不僅可以顯著提升信號質量，還能增強系統對惡劣傳輸條件的適應能力，確保中波廣播服務的連續性和效率。

3.2 傳播模型的改進與優化

3.2.1 數字化傳播模型的開發

隨著數字技術的發展，傳統的模擬傳播模型已不能滿足現代通信技術的要求，開發適用于中波廣播的數字化傳播模型成為提高傳播效率和精確度的關鍵。數字化傳播模型通過模擬電磁波在復雜環境中的傳播過程，可以準確計算信號在不同條件下的衰減、反射、折射和散射等現象，這種模型使用數學和物理算法來模擬和預測信號傳播的實際表現，涵蓋多路徑效應、大氣層變化、地形影響等因素，憑借這種模型，可以在信號發射前預測信號的覆蓋范圍，優化發射參數，比如發射功率和天線的指向性。

3.2.2 基于機器學習的傳播預測模型

利用機器學習技術來開發中波廣播信號的傳播預測模型，是當前中波信號傳播研究中的一個創新方向。機器學習模型能夠從大量歷史傳播數據中學習并識別信號傳播的模式和規律，預測未來的傳播情況，這種模型的開發首先需要收集廣泛的傳播數據，涵蓋信號強度、頻率、傳播距離、環境條件等，然后通過進行數據預處理消除噪聲和異常值。在實際應用中，這種基于機器學習的預測模型可以實時調整傳播策略，動態優化廣播信號的覆蓋范圍和質量，借助模型，可以顯著提高中波廣播系統的響應速度和適應性，優化信號管理和調度決策，提升整體的通信效率。

4 結束語

歷史上，中波廣播主要用于民用廣播和緊急通信服務。由于其能夠覆蓋廣闊的區域，中波廣播成為了傳播新聞、音樂、文化內容以及在災難發生時發布緊急通知的重要手段。在很多偏遠或基礎設施不發達的地區，中波廣播至今仍是最可靠的信息來源之一。中波的特性使其在海上通信、軍事通信等領域發揮重要作用。隨著技術的進步和用戶需求的提高，傳統的中波廣播面臨著諸多挑戰。中波信號容易受到自然環境和人為干擾的影響，如大氣噪聲、工業干擾等，這些因素會降低信號傳輸質量和可靠性。現代通信業務對數據傳輸的速度和帶寬有更高的要求，而中波廣播的傳輸帶寬相對較窄，難以滿足高速數據傳輸的需求。研究和開發新的優化策略，改進中波廣播的傳輸效率和質量，已成為該領域的重要方向。

參考文獻

[1] 王利輝．中波廣播發射天線的原理與維護研究[J]．通訊世界，2024，31（3）：154-156．

[2] 張雷．中波廣播發射機的原理及應用[J]．電視技術，2024，48（3）：110-113．