电磁波是指在真空或物质中通过传播电磁场的振动而传输电磁能量的波。电磁波是通过电场与磁场之间相互联系和转化传播的，是物质运动能量的一种特殊传递形式。空间任何变化的电场都将在它的周围产生变化的磁场，而变化的磁场又会在它的周围感应岀变化的电场。
图3.1 电磁波谱图
电磁波是一种具有波动性的波，同时它也是一种带有能量的波，其能量由所谓的一个一个“光子”所携带，光子也是一种粒子，具有粒子性，即能量的量子化。连续的波动性和不连续的粒子性是相互排斥、相互对立的，但两者又是相互联系并在一定条件下可以相互转化的。波是粒子流的统计平均，粒子是波的量子化。
电磁波的产生有许多方式：电磁振荡、晶体或分子的热运动、电子能级跃迁、原子核的振动与转动、原子核内的能级跃迁等，产生的电磁波的波长变化范围也很大，为10
-11~10
6cm无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、丫射线等都是电磁波。
依据C=λ.f和E=h.f 可知：波长越短，频率越高，能量越大。
将电磁波在真空中按照波长或频率的大小顺序划分成波段，排列成谱即称为电磁波谱，如图3.1所示。
根据图3.1可知，电磁波谱由以下几种电磁波组成：无线电波0.3mm〜3000m(含微波0.1~100cm),红外线0.75μm〜0.3mm(其中，近红外为0.76〜3μm,中红外为3~6pm,远红外为6〜15μm,超远红外为15~300μm),可见光0.4〜0.7μm,紫外线10nm〜0.4μm,X射线0.1〜10nm,丫射线1pm〜0.lnm,高能射线小于1pm。
通常无线通信按工作频段可分为以下几个：极长波、超长波、特长波、甚长波、长波、中波、短波、超短波和微波。表3.1列出了无线通信各工作频段所对应的频段名称、频率范围、波段名称和波长范围。
表3.1无线通信按工作频段的划分
| 序号 | 频段名称 | 频率范围 | 波段名称 | 波长范围 | 传播特性 | 主要用途 | |
| 1 | 极低频(ELF) | 3 〜30Hz | 极长波 | 10〜lOOMm | 空间波为主 | 海岸潜艇通信、远距离通信、 超远距离导航等 | |
| 2 | 超低频(SLF) | 30 〜300Hz | 超长波 | 1 〜10Mm | |||
| 3 | 特低频(ULF) | 300〜3000Hz | 特长波 | 100〜1000km | |||
| 4 | 甚低频(VLF) | 3 〜30kHz | 甚长波(万米波) | 10〜100km | |||
| 5 | 低频(LF) | 30 〜300kHz | 长波(千米波) | 1 〜10km | 地波为主 | 越洋通信、中距离通信、地 下岩层通信、远距离导航等 | |
| 6 | 中频(MF) | 300〜3000kHz | 中波(百米波) | 100-1000m | 地波与天波 | 船用通信、业余无线电通信、 移动通信、中距离导航等 |
|
| 7 | 高频(HF) | 3 〜30MHz | 短波(十米波) | 10〜100m | 地波与 天波 |
远距离短波通信、国际定点 通信等 | |
| 8 | 甚髙频(VHF) | 30 〜300MHz | 超短波(米波) | 1 〜10m | 空间波 | 电离层散射通信、流星余迹 通信、人造电离层通信、对 空间飞行体通信、移动通信 | |
| 9 | 特高频(UHF) | 300〜3000MHz | 分米波 | 微波 | 1 〜10dm | 空间波 | |
| 10 | 超高频(SHF) | 3 〜30GHz | 厘米波 | 1 〜10cm | 地面微波通信、对流层散射 通信、卫星通信等 | ||
| 11 | 极高频(EHF) | 30 〜300GHz | 毫米波 | 1 〜10mm | |||
| 12 | 至高频 | 3OO~3OOOGHz | 丝米波 | 1〜10丝米 | |||
一、微波通信
微波通信(Microwave Communication),是使用波长为lmm~lm的电磁波微波进行的通信。该波长段电磁波所对应的频率范围是300MHz(0.3GHz)〜300GHz。与同轴电缆通信、光纤通信和卫星通信等现代通信网传输方式不同的是，微波通信是直接使用微波作为介质进行的通信，不需要固体介质，当两点间直线距离内无障碍时就可以使用微波传送。利用微波进行通信容量大、质量好并可传至很远的距离，因此是国家通信网的一种重要通信手段，也普遍适用于各种专用通信网，当前主流的微波通信工作频率为6〜80GHz。
1.微波通信原理
微波通信利用微波的地面视距传输特性，釆用中继站转发方式实现无线通信。为满足微波沿地面直线视距传播的特点，考虑到地球曲率半径以及空间传输损耗的影响，一般在平原地区，当天线高架50〜60m时，最大通信距离约为50km(利用更高的天线塔或山区地形地貌其通信距离还可加大，甚至单跳的距离可达100km)。因此，为实现远距离通信，必须每隔50km左右设置一个微波中继站，以中继转发方式将来自上一微波中继站的无线电波信号放大再转发至下一微波中继站。
2.微波通信的调制方式
调制方式是微波通信的重要部分，调制方式对于提高通信容量和质量都有重要的影响。微波通信的调制方式有相移键控(PSK)、频移键控(FSK)、多进制正交调幅调制(QAM)、最小频移键控(MSK)、高斯滤波最小频移键控(GMSK)。
1)相移键控
相移键控是根据数字基带信号的两个电平使载波相位在两个不同的数值之间切换的一种相位调制方法。相移键控调制方式比较简单，抗干扰能力强，但是通信容量有限，整体性价比较高，是中小容量微波通信系统常釆用的调制方式。目前的微波通信调制常常釆用的是QPSK调制方式。
产生PSK信号的两种方法如下。
(1)调相法：将基带数字信号(双极性)与载波信号直接相乘的方法。
(2)选择法：用数字基带信号对相位相差180°的两个载波进行选择。
2)频移键控
FSK是信息传输中使用得较早的一种调制方式，它的主要优点是实现起来较容易，抗噪声与抗衰减的性能较好。在中低速数据传输中得到了广泛的应用。所谓FSK就是用数字信号去调制载波的频率，同样也适合中小容量数字微波通信系统；在当前的微波通信系统中，已经很少使用甚至不再使用这种调制方式区。
调制方法：2FSK可看作两个不同载波频率的ASK已调信号之和。
解调方法：相干法和非相干法。
3)多进制正交调幅调制
多进制正交调幅调制是利用正交载波对两路信号分别进行双边带抑制载波调幅形成的，是目前最广泛应用于大容量数字微波通信系统中的调制方式。这种方式频谱利用率高，产生的带宽容量大。目前较常使用的是32QAM、64QAM、128QAM、256QAM.512QAM等调制方式。
信道间隔越大，调制方式的进制越高级，获得的通信容量就越大。信道间隔、调制方式与通信容量的关系见表3.2.
其中，C为信道容量(bit/s)；B为信道带宽(Hz)；S为信号功率(W)；吨为噪声功率(W)。
表3.2波道间隔、调制方式与通信容量的关系
| 信道间隔/MHz | 信道容量 | ||
| C-QPSK | 16QAM | 128 QAM | |
| 3.5 | 2X2 | ||
| 7 | 8 | 2X8 | I7XE1 |
| 14 | 2X8 | 34+2 | 35XE1 |
| 28 | 34+2 | 2X34 | 75XEI |
注：EI为自然对数，值约为2,718。
4)最小频移键控
当信道中存在非线性问题和带宽限制时，幅度变化的数字信号通过信道会使已滤除的带外频率分量恢复，发生频谱扩展现象，同时还要满足频率资源限制的要求。因此，对己调信号有两点要求，一是要求包络恒定；二是具有最小功率谱占用率。因此，现代数字调制技术的发展方向是最小功率谱占用率的恒包络数字调制技术。现代数字调制技术的关键在于相位变化的连续性，从而减少频率占用。近年来新发展起来的技术主要分为两大类：一是连续相位调制技术(CPFSK),在码元转换期间无相位突变，如MSK、GMSK等；二是相关相移键控技术(COR-PSK),利用部分响应技术，对传输数据先进行相位编码，再进行调相(或调频)。MSK是FSK的一种改进形式。在FSK方式中，每个码元的频率不变或者跳变一个固定值，而两个相邻的频率跳变码元信号，其相位通常是不连续的。所谓MSK方式，就是FSK信号的相位始终保持连续变化的一种特殊方式。可以看成调制指数为0.5的一种CPFSK信号。
实现MSK调制的过程为：先将输入的基带信号进行差分编码，然后将其分成I、Q两路，并互相交错一个码元宽度，再用加权函数cos［πt/(2Tb)］和sin［πt/(2Tb)］分别对I、Q两路数据加权，最后将两路数据分别用正交载波调制。MSK使用相干载波最佳接收机解调。
5)高斯滤波最小频移键控
高斯滤波最小频移键控是使用高斯滤波器的连续相位频移键控，它具有比等效的未经滤波的连续相位频移键控信号更窄的频谱。在GSM系统中，为了满足移动通信对邻信道干扰的严格要求，采用高斯滤波最小频移键控调制方式，该调制方式的调制速率为270833Kbit/s,每个TDMA帧占用一个时隙来发送脉冲簇，其脉冲簇的速率为33.86Kbit/s。它使调制后的频谱主瓣窄、旁瓣衰落快，从而满足GSM系统要求，节省频率资源。
二、超短波通信
超短波是指频率为30〜300MHz,相应波长为10〜Im的电磁波。超短波通信主要依靠地波传播和空间波视距传播。由于超短波的波长为1〜10m,所以也称米波通信，整个超短波的频带宽度有270MHz,是短波频带宽度的10倍。由于频带较宽，广泛应用于电视、调频广播、雷达探测、移动通信、军事通信等领域。
1.超短波的传播方式
图3.2描绘了几种无线电波的主要传播方式，超短波通信主要依靠地波传播和空间波视距传播。
图3.2 无线电波的主要传播方式
超短波通信优点：频段宽，通信容量大；视距以外的不同网络电台可以用相同频率工作，不会相互干扰；可用方向性较强的天线，有利于抗干扰；受昼夜和季节变化的影响小，通信较稳定。
超短波通信缺点：通信距离较近；受地形影响较大，电波通过山岳、丘陵、丛林地带和建筑物时，会被部分吸收或阻挡，导致通信困难或中断。
2.超短波通信信道
超短波通信为视距通信，在进行传输信道设计时应考虑自由空间传播损耗、多径衰落、电离层闪烁的影响、天线方向跟踪误差损耗、极化误差损耗和大气损耗等。
1）视距通信
由于超短波频段电波的直线传播特性和地球表面的弯曲，其传输距离受视线距离的限制。所谓视线距离是从一定高度天线顶端所能看到的最远距离。
2)自由空间传播损耗
自由空间传播损耗么与距离d的平方成正比，与波长的平方成反比，通常以分贝计量，即
L
f=10lg(4πd/λ)
2=20lg(4πdf/c) (3.1)
当距离用km表示、频率用MHz表示时，可用下式计算：
L
f=32.45+20lg(km)+20lgf(MHz)(dB) (3.2)
3)多径衰落
由于超短波通信的天线波束较宽，进行通信时接收机除接收来自发信机的直射波外，还会接收到从地面或海面经不同反射(漫反射或镜面反射)来的幅度与相位各不相同的反射波。此外，建筑物、森林等还产生遮蔽效应，运动中的通信设备还会发生多普勒效应。因而超短波接收机的信号会发生相当大的随机起伏，产生所谓的多径衰落。通常用多径衰落深度，即接收到的直射波与各种非直射波的合成信号的瞬时功率相对于平均功率的分贝数，并取绝对值来度量多径衰落的程度，且标明不超过此值的概率值。
多径衰落大致有以下三种情况。
(1)一般的漫反射情况：一般的漫反射是指一般的陆地或非海面所形成的反射，并且没有遮蔽的情况。接收机接收到的信号是幅度恒定的直射信号与漫反射的多径干扰信号(概率密度函数服从瑞利分布)的合成，合成信号的概率密度函数服从赖斯分布。
(2)镜面反射的情况：对于平滑海面、大湖泊以及平坦地面等环境，应使用镜面反射理论来分析。
(3)有遮蔽的情况：对于漫反射环境，若直射信号受到建筑物、森林等遮挡，那么接收机接收到的信号是直射信号(概率密度函数服从对数正态分布)与多径干扰(概率密度函数服从瑞利分布)的合成。
遮蔽对陆地超短波通信电波传播影响很大。实验表明，在轻微遮蔽情况下，衰落大致与C/M=6dB的赖斯分布接近；较密的遮蔽情况下，信号电平大大跌落，甚至可达20〜30dBo
多径衰落是个随机过程。多径衰落与天线形式、天线安装位置及天线安装方式等有关。飞机机翼、机尾和船甲板上的其他装置也可能引起反射。
多径衰落储备余量：在进行超短波通信系统设计时，要留有适当的余量，以保证在多径衰落环境系统中仍能正常工作。
(1)当未釆取抗多径衰落措施时，多径衰落储备余量一般为5〜15dB。
(2)对于无遮蔽的情况，典型的衰落储备余量为6dB。
(3)对于有遮蔽的情况，则取10dB或更多一些。
减少多径衰落影响的措施有以下几种。
(1)交织编码。R-S编码、BCH编码、卷积编码、交织编码及其相结合编码，能显著减小多径的影响。
(2)多单元天线及空间分集。合理设计的多单元天线，可提供最大的信号强度，同时又能抑制多径衰落。
（3)合理选择站址。条件允许时，在一定的范围内适当选择站址，抑制多径信号，可能将衰减减小几分贝甚至十几分贝。
4）电离层闪烁的影响
当无线电波通过电离层时，受电离层结构不均匀性和随机时变性的影响，信号的振幅、相位、到达角、极化状态等短周期不规则变化，形成电离层闪烁现象。这种现象与工作频率、地理位置、地磁活动情况以及当地季节、时间等有关，且与地磁纬度和当地时间关系极大。工作频率较低的超短波通信系统，必须考虑电离层闪烁现象；当频率高于1GHz时，电离层闪烁的影响大为减轻，但在地磁低纬度地区电离层闪烁的影响仍然很明显。
国际上通常将地磁赤道及其南北20°以内区域称为赤道区或低纬度区，地磁20°〜50°为中纬度区，地磁50°以上为高纬度区。地磁赤道附近及高纬度区（尤其地磁65°以±）电离层闪烁最严重且频繁。
地磁中纬度区的电离层闪烁：在普通的中纬度区（地磁20。〜50°）,电离层闪烁造成的信号起伏一般不大，并且不少地方与地磁活动几乎不相关。表3.3是CCIR1982年提供的普通中纬度区电离层闪烁的数据。
表3.3地磁中纬度区非闪烁增强带电离层闪烁造成的衰落
| 时间百分比 | 频率/ \MHz |
100 | 200 | 500 | 1000 |
| 1.0 | 5.9 | 1.5 | 02 | 0.1 | |
| 0.5 | 9.3 | 2.3 | 0.4 | 0.1 | |
| 0.2 | 16.6 | 4.2 | 0.7 | 0.2 | |
| 0.1 | 25.0 | 6.2 | 1.0 | 0.3 | |
⑴地磁低纬度区的电离层闪烁:地磁低纬度区（地磁20°以下）电离层起伏衰落的特点是衰落快而深，多发生在夜间，时间主要在傍晚8:00左右到第2天凌晨6:00左右；闪烁区出现后有向东漂移的趋势；闪烁强度在春分、秋分时最大，并与太阳黑子数成正比；闪烁的低潮在冬至和夏至。冬季很少发生衰落现象，春季、夏季发生闪烁严重且频繁，其引起的衰落通常比平均电平要低10〜20dB,甚至30dB,而某些时刻的增强比平均电平高6dB。
（2）电离层闪烁的时间频度及对付电离层闪烁的措施：电离层闪烁的幅度变化比较缓慢，出现3dB的幅度变化，每秒大约只有0.2次。即使在超短波频段，受衰落影响的带宽也很宽，3dB相关带宽超过100MHz。如果要对闪烁进行有效的频率分集，需要频率间隔远大于100MHz,因而是不现实的。电离层不规则区会漂移，直观的漂移速度可达280m/s,相隔一定距离的两个站有时候不相关，有时候可能又相关，所以不宜用空间分集对付电离层闪烁衰落，有效方法是时间分集或编码分集。
5)天线方向跟踪误差损耗
由于大气折射引起波束指向的起伏和天线跟踪系统的跟踪精度等原因，天线的指向常偏离实际方向。宽波束天线很难使波束最强点对准目标。
6)极化误差损耗
由发射天线极化与接收天线极化不匹配引起的接收电平下降称为极化误差损耗。空间飞行器姿态随时间变化、降雨以及收发设备轴比的不一致，都会引起极化损耗。实际上收发天线都不可能做成理想的圆极化或线极化，而是椭圆极化。
7)大气损耗
电波在大气中传输时，将受到电离层中自由电子和离子的吸收，受到对流层中氧分子、水蒸气分子和云、雾、雪的吸收和散射，从而形成损耗。这种损耗与电波的频率、波束的仰角以及气候条件有密切关系。在100MHz以下频段，电离层中自由电子或离子的吸收是主要的大气损耗源，频率越低，损耗越大。在日间、低仰角情况下，电波单程衰减与频率的关系见表3.4。在300〜1000MHz频段，大气损耗最小。当仰角大于5。时，电离层中自由电子和离子，对流层中氧分子、水蒸气分子和云、雾、雪的吸收与散射造成的损耗基本上可以忽略不计。
表3.4超短波通过电离层的吸收衰减
| 频率/MHz | 30 | 50 | 100 |
| 衰减/dB | 2.5 | 1.0 | 03 |
3.超短波通信的特点
(1)超短波通信利用视距传播方式，比短波天波传播方式稳定性高，受季节和昼夜变化的影响小。
(2)天线可用尺寸小、结构简单、增益较高的定向天线。这样，可用功率较小的发射机。
(3)频率较高，频带较宽，能用于多路通信。
(4)调制方式通常用调频制，可以得到较高的信噪比，通信质量比短波好。通信距离较近；受地形影响较大，电波通过山岳、丘陵、丛林地带和建筑物时，会被部分吸收或阻挡，使通信困难或中断。
三、短波通信
1.短波通信原理
短波通信，也称高频通信，是波长为10〜100m,频率范围为3〜30MHz的一种无线电通信技术。与长、中波一样，短波可以靠表面波和天波传播。由于短波频率较高，地面吸收较强，用表面波传播时，衰减很快，在一般情况下，短波的表面波传播的距离只有几十公里，不适合进行远距离通信和广播。与表面波相反，频率增高，天波在电离层中的损耗却减小。因此可利用电离层对天波的一次或多次反射进行远距离无线电通信。短波利用天波反射实现远距离通信。天波发射信号由天线发出后射向电离层，经电离层反射回地面，又由地面反射回电离层，可以反射多次，不受地面阻碍物阻挡，因而传播距离很远(几百至上万千米)。
短波利用地波实现短距离通信。当地面障碍物与地波的波长相当时，容易阻挡无线电传播，导致短波最多只能沿地面传播几十千米。短波传播示意图如图3.3所示。
图3.3 短波传播示意图
与卫星通信、地面微波、同轴电缆、光缆等通信手段相比，短波通信有着许多显著的优点。
(1)短波通信不需要建立中继站即可实现远距离通信，因而建设和维护费用低，建设周期短，且短波通信不用支付话费，运行成本低。
(2)通信设备简单，体积小，容易隐蔽，可以根据使用要求固定设置，进行定点固定通信；也可以背负或装入车辆、舰船、飞行器中进行移动通信；便于改变工作频率以躲避敌人干扰和窃听，破坏后容易恢复。
(3)电路调度容易，临时组网方便、迅速，具有很大的使用灵活性。
(4)对自然灾害或战争的抗毁能力强。短波是唯一不受网络枢纽和有源中继体制约束的远程通信手段，一旦发生战争或灾害，各种通信网络都可能受到破坏，卫星也可能受到攻击。无论哪种通信方式，其抗毁能力和自主通信能力与短波都无法相比。
当然，短波通信也存在一些明显的缺点。
(1)可供使用的频段窄，通信容量小。按照国际规定，每个短波电台占用3.7kHz的频率宽度，而整个短波频段可利用的频率范围只有28.5MHzo为了避免相互间的干扰，全球只能容纳7700多个可通信道，通信空间十分拥挤，并且3kHz通信频带宽度在很大程度上限制了通信的容量和数据传输的速率。
(2)短波的天波信道是变参信道，信号传输稳定性差。短波无线电通信主要是依赖电离层进行远距离信号传输的，电离层作为信号反射媒质的弱点是参量的可变性很大，它的特点是路径损耗、延时散布、噪声和干扰都随昼夜、频率、地点不断变化。一方面，电离层的变化使信号产生衰落，衰落的幅度和频次不断变化；另一方面，天波信道存在着严重的多径效应，造成频率选择性衰落和多径延时。选择性衰落使信号失真，多径延时使接收信号在时间上扩散，成为短波链路传输的主要限制。
(3)大气和工业无线电噪声干扰严重。随着工业电气化的发展，短波频段工业电气辐射的无线电噪声干扰平均强度很高，加上大气无线电噪声和无线电台间的干扰，大气和工业无线电噪声主要集中在无线电频谱的低端，随着频率的升高，强度逐渐降低。
2.短波通信信道
1)地波传播
(1)地波传播形式：沿地面传播的无线电波叫地波。当天线架设较低，且其最大辐射方向沿地面时，主要是地波传播。其特点是信号比较稳定，基本上不受气象条件的影响，但随着电波频率的升高，传输损耗迅速增大。因此，这种方式更加适合短波的低频传输。
地波传输情况主要取决于地面条件。地面条件的影响主要表现在两个方面：一是地面的不平坦性；二是地面的地质情况。前者对电波的影响随波长不同而变化，而后者是从土壤的电气性质来研究对电波传播的影响。描述大地电磁特性的参数有介电系数£(或相对介电常数弓)、电导率b、磁导率〃。根据实际测量，不同土壤的电参数见表3.5o
表3.5不同土壤的电参数
| 地质 | 相对介电常数 | 电导率b/(S/m) | ||
| 范围 | 平均 | 范围 | 平均 | |
| 海水 | 80 | 80 | 0.6 〜0.66 | 4 |
| 淡水 | 80 | 80 | 0.6〜0.66, 10-3 〜2.4x10-2 | 10-3 |
| 湿土 | 10〜30 | 20 | 3x03 〜3x02 | 10-2 |
| 干土 | 2〜6 | 4 | 1.1x10-5〜2x103 | 10'3 |
(2)地波传播的基本特征：对地波传播的理论分析是相当复杂的，在此只给出一些基本的结论，并加以定性的分析。
①受到大地的吸收。当电波沿地面传播时，在地面要产生感应电流。由于大地不是理想导电体，所以感应电流在地面流动要消耗能量，这个能量是由电磁波供给的。这样，电波在传播过程中，就有一部分能量被大地吸收。
大地对电波能量吸收的大小与下列因素有关。
a.地面的导电性能越好，吸收越小，则电波传播损耗越小。因为电导率越大，地电阻越小，故电波沿地面传播的损耗越小。因此，电波在海洋上的传播损耗最小，湿土和江河湖泊上的损耗次之，干土和岩石上的损耗最大。
b.电波的频率越低，损耗越小。因为地电阻与电波频率有关，频率越高，由于趋肤效应，感应电流更趋于表面流动，使流过电流的有效面积减小，损耗增大。所以，利用地波传播的频率使用范围一般为1.5〜5MHz。
c.垂直极化波较水平极化波衰减小。这是因为水平极化波的电场与地面平行，导致地面的感生电流大，故产生较大的衰减。
②产生波面倾斜。理论分析指出，沿实际半导体表面传播的垂直极化波是横磁波(TM波)，即沿电磁波传播方向有电场纵向分量。地面波传播过程中的波面倾斜现象就有很大的实用意义。可以釆用相应形式的天线以便有效接收。
③具有绕射损失。电波的绕射能力与其波长和地形的起伏有关。波长越长，绕射能力越强；障碍物越高，绕射能力越弱。在地面波通信中，长波的绕射能力最强，中波次之，短波较小，超短波最弱。当传播距离较远时，必须考虑地球曲率的影响，此时到达接收点的地面波是沿着地球表面绕射传播的。此外，地面障碍物对电波有一定的阻碍作用，因此有绕射损失。
④传播稳定。地波是沿地球表面传播的，由于地球表面电性能及地貌、地物等不会随时间很快地变化，所以在传播路径上，地波传播基本上可以视为不随时间变化。所以，接收点的场强较稳定。
2)天波传播
依靠电离层反射来传播的无线电波称为天波。离地面50km以上的大气层，空气极其稀薄，同时，太阳辐射和宇宙射线辐射等作用很强烈，使空气产生电离，故称电离层。电离层大致分为三层：离地面60〜90km为D层；离地面100〜120km为E层；离地面170〜450km为F层，F层白天分裂为F|和F?层，晚上合并成F层。电波达到电离层后，一部分能量被电离层吸收，一部分能量被反射或折射回地面，形成天波。利用电离层通信可供釆用的频率一般为1.5〜30MHz频段。电离层的密度随昼夜、季节、太阳活动周期和经纬度变化而变化，机理比较复杂。
一般情况下，对于短波通信线路，天波传播具有更重要的意义。因为天波不仅可以进行远距离传播，可以跨越丘陵地带，而且可以在非常近的距离内建立无线电通信。
3)短波信道的特性
(1)D层：是最低层，出现在地球上空60〜90km处，最大电子密度发生在70km处。D层出现在太阳升起时，而消失在太阳降落后，所以在夜间，不再对短波通信产生影响。D层的电子密度不足以反射短波，所以短波以天波传播时，将穿过D层。但是，在穿过D层时，电波将遭受严重的衰减，频率越低，衰减越大。而且在D层中的衰减量将远远大于E层和F层，所以称D层为吸收层。在白天，D层决定了短波传播的距离，以及为获得良好的传播所必需的发射机功率和天线增益。研究表明，在白天D层有可能反射频率为2〜5MHz的短波。在1000km距离的信道试验中，通过测量所得到的衰减值和计算值比较一致。
(2)E层：出现在地球上空90〜150km的高处，最大电子密度发生在110km处，在白天认为基本不变。在通信线路设计和计算中，通常都以110km作为E层高度。和D层一样，E层出现在太阳升起时，而且在中午电离达到最大值，而后逐渐减小，在太阳降落后，E层实际上对短波传播己经不起任何作用。在电离开始后，E层可以反射高于1.5MHz的电波。
(3)Es层：称为偶发E层，是偶尔出现在地球上空120km高处的电离层。E.层虽然是偶尔存在，但是它具有很高的电子密度，甚至能将高于短波波段的频率反射回来，因而，目前在短波通信中，许多人都希望能选用它来作为反射层。当然，Es层的采用应十分谨慎，否则有可能使通信中断。
（4）F层：对短波通信来讲，F层是最重要的，在一般情况下，沿距离短波通信都使用F层作为反射层。这是由于与其他导电层相比，它具有最高的高度，所以可以传播最远的距离，习惯上称F层为反射层。
在白天，F层有两层：F］层和F2层。F］层位于地球上空150~200km高度处；F1层位于地球上空200〜1000km高度处。它们的高度在不同季节和一天内的不同时刻是不一样的。对F2层来讲，其高度在冬季的白天最低，而在夏季的白天最高。F2层和其他层不同，在日落之后并不会完全消失，仍然会保持有剩余的电离。其原因是在夜间F2层的电子密度低，以及天黑后数小时内，粒子辐射仍然存在。虽然夜间F2层的电子密度较白天降低了很多，但是仍然可以反射短波某频段的电波，显然，夜间能反射的电波频率要远低于白天。所以，要保持昼夜不间断通信，工作频率必须昼夜更换，且夜间工作频率要低于日间工作频率。
电离层分层情况，见表3.6。
表3.6电离层分层情况
| 层名 | D层 | E层 | F［层 | F*层 |
| 区域范围/km | 60 〜90 | 90 〜150 | 150〜200 | 200—1000 |
| 最大电子密度处高度/km | 70 | 110 | 180〜200 | 300 |
| 最大电子密度Mnax /（个/cn?） |
1。3 〜1()4 | 〜IO’ | 105 | "〜1()5 |
| 中性分子密度/（个/cn?） | 4x10,3~1015 | 7xlO,o~lO13 | 8.5x109 〜10】° | 2x108~109 |
| 大气成分 | N2,。2，NO | N2,。2，0 | N2, 。2, O | n2» O2» 0 |
| 电离成因 | X射线和莱曼。射 线的光电离；宇宙 射线的碰撞电离 | X射线及紫外线的光 电离 | 而=(200-800)x10*% 的 紫外线 |
|
| 基本特点 | 夜间消失 | 电子密度白天大夜间 小 |
&层夜间消失，常出现于夏 季 | F2层电子密度白 天大夜间小，冬季 大夏季小 |
4）电离层变化规律
电离层的变化分为规则变化和不规则变化。
（1）规则变化：电离层的规则变化包括日夜变化、季节变化、11年周期变化和随地理位置变化。
①日夜变化。由于日夜太阳的照射不同，所以白天电子密度比夜间大；中午密度比早晚大；D层在日落之后很快消失，E层、F层电子密度减小。总的来说，日照越强烈，电子密度越大。
②季节变化。不同季节，太阳的照射也不尽相同。一般夏季的电子密度大于冬季，但是F2层例外，F2层冬季的电子密度反而大于夏季电子密度，其原因至今还不清楚。有一种解释是，由于F2层大气在夏季因高温膨胀使电子密度减小。
③11年周期变化。当太阳黑子活动数目增加时，太阳所辐射出的能量增强，使电离层各层的电子密度增大。因为太阳黑子的活动周期是11年，电离层的电子密度也随着太阳黑子的变化而变化，所以电离层的变化周期也是11年。
④随地理位置变化。电离层的特性随地理位置不同也是存在差异的。这是因为不同地点的太阳辐射不同，赤道附近太阳辐射最强，两极最弱。所以，赤道上空电子密度高，两极上空电子密度低。
（2）不规则变化：电离层除了上述规则变化，还存在一些随机的、非周期的或突发的急剧变化，我们称这种变化为不规则变化。它主要包括突发Es层（突发E层）、电离层暴、电离层突然骚扰等。电离层的不规则变化，往往导致通信中断。
①突发Es层（E层）。Es层的出现是偶然的，结构不均匀，但是形成后在一定时间内很稳定。在中纬度地区，Es层夏季出现较多。从全球来看，远东地区Es层出现概率较大，我国上空Es层强且多，特别是在夏季频繁出现。Es层对短波有时呈半透明特性，即入射电波的部分能量被反射，另一部分能量被吸收。有时，由于受到Es层的反射，入射电波无法达到Es层以上的区域，形成“遮蔽”现象。
②电离层暴。当太阳黑子数目急剧增多时，太阳所辐射的紫外线、X射线和带电微粒都急剧增加，正常的电离层状态就会遭到破坏，这种电离层的异常变化称为电离层暴或电离层骚扰。电离层暴在F2层表现最为明显。出现电离层暴常常使F2层的临界频率大大降低，一次就可能使原来正常使用的高频率电波穿透F2层而无法被反射，造成通信中断。电离层暴的持续时间可以从几小时到几天之久。当太阳出现耀斑时，喷射出大量微粒流，也常常引起地磁场的很大骚动，即产生磁暴。由于磁暴经常伴随着电离层暴，且又比电离层暴出现早，所以目前它是预报电离层暴的重要依据之一。此外，发生磁暴时，由于地磁场的急剧变化，会在大地中产生感应电流，这种电流会在通信电路中引起严重干扰。
③电离层突然骚扰。当太阳发生耀斑时，常常辐射出大量的X射线，以光速到达地球（时间约为8分18秒），当穿透高层大气到达D层所在高度时，会使D区电离度大大增强，这种现象称为电离层突然骚扰。它的持续时间从几分钟到几小时不等。因为这种现象是由太阳耀斑引起的，所以只发生在地球上的太阳照射区。电离层突然骚扰，对不同频段的无线电波产生不同的影响。由于D层的电子密度大大增强，需要在D层以上各层反射的短波信号遭到强烈的吸收，甚至导致通信中断，这种现象称为“短波消逝”。此外，D层的高度明显下降（有时下降幅度可达15km）,因此导致D层反射的电磁波信号的相位产生突然的变化，这种现象称为“相位突然异常"。
5）短波在电离层中的传播特性
（1）最高可用频率（MUF）:指给定通信距离下的最高可用频率，是电波能返回地面和穿出电离层的临界值，如果频率高于此临界值，电波会穿过电离层到达外层空间。MUF和反射层的电离密度有关，所以凡影响电离密度的诸因素，都将影响MUF的值。当通信线路选用MUF作为工作频段时，由于只有一条传播路径，所以一般情况下，有可能获得最佳接收。考虑到电离层的结构变化和保证获得长期稳定的接收，在确定线路的工作频率时，取的是低于MUF的频率OWF,OWF称为最佳工作频率，一般情况下：
OWF=0.85MUF (3.3)
选用OWF之后，能保证通信线路有90%的可通率。
(2)多径传播：主要带来两个问题，一是衰落，二是时延。
多径衰落是指在微波信号的传播过程中，由于受地面或水面反射和大气折射的影响，会产生多个经过不同路径到达接收机的信号，通过矢量叠加后合成时变信号。
多径时延是指多径中最大传输时延与最小传输时延之差。多径时延与通信距离、工作频率和工作时刻有密切关系。
多径时延随着工作频率偏离MUF的增大而增大。工作频率偏离MUF的程度可用多径缩减因子(MRF)表示。MRF的定义如下：
其中，/代表工作频率。显然，MRF越小，表示工作频率偏离MUF越大。
多径时延还与工作时刻有关。例如，在日出日落时刻，多径时延现象最严重、最复杂，中午和子夜时刻多径时延一般就较小而且稳定。多径时延随时间变化，其原因是电离层电子密度随时间变化，从而使MUF随时间变化。电子密度变化越剧烈，多径时延的变化也就越严重。
(3)衰落：在电离层内短波传播的过程中，电离层电特性的随机变化，引起传播路径和能量吸收的随机变化，使得接收电平呈现不规则变化。短波通信中，即使在电离层的平静时期，也不可能获得稳定的信号。接收信号振幅总是呈现随机变化，这种现象称为“衰落”。衰落分为快衰落和慢衰落。
慢衰落主要是吸收型衰落，它是由电离层电子密度及高度的变化造成电离层吸收特性的变化而引起的，表现为信号电平的变化，其周期可从数分钟到数小时。日变化、季节变化及11年周期变化均属于慢衰落。吸收衰落对短波整个波段的影响程度是相同的。在不考虑磁暴和电离层骚扰的情况下，衰落深度可能低于中值10dB。
要克服慢衰落，应该增加发射机功率，以补偿传输损耗。根据测量得到的短波信道小时中值传输损耗的典型概率分布，可以预计在一定的可通率要求下所需增加的发射功率。通常要保证90%的可通率，应补偿的传输损耗约为-130dB。
快衰落是一种干涉型衰落，它是由随机多径传输引起的。电离层媒质随机变化，各径相对时延也随机变化，使得合成信号发生起伏，在接收端看来，这种现象是由于多个信号的干涉造成的，因此称为干涉衰落。干涉衰落具有明显的频率选择性。实验证明，两个频率差值大于400Hz后，它们的衰落特性的相关性就很小了。干涉衰落的电场强度振幅服从瑞利分布。干涉衰落的衰落深度可达40dB,偶尔会达到80dBo
为了减小快衰落的影响，不仅需要增加发射功率，还需要采用抗衰落技术，如分集接收、时频调制和差错控制等。
(4)相位起伏(多普勒频移)：信号相位起伏是指相位随时间的不规则变化。引起相位起伏的主要原因是多径传播。此外，电离层折射率的随机变化及电离层不均匀体的快速运动，都会使信号的传输路径长度不断变化从而出现相位的随机起伏。
信号相位随时间变化时，必然会产生附加的多普勒频移。必须指出，即使只存在一条射线，也就是在单一模式传播的条件下，由于电离层经常性的快速运动，以及反射层高度的快速变化，传播路径的长度会不断变化，信号相位也会随之产生起伏不定的变化。从时间域的角度来看，短波传播中存在时间选择性衰落。多普勒频移在日出和日落期间较为严重，在电离层平静的夜间，不存在多普勒效应，而在其他的时间，单跳模式下多普勒频移一般在1〜2Hz的范围内。当发生磁暴时，频移最高可达6Hz。
6)短波信道的噪声和干扰
短波信道的噪声主要包括大气噪声、人为噪声、宇宙噪声等。其中，人为噪声在大部分地区都处于主导地位。
人为噪声也称为工业干扰，它是由各种电气设备、电力网和点火装置等产生的。特别需要指出的是，这种干扰的幅度除了与本地噪声源有密切关系，同时也取决于供电系统。这是因为大部分的人为噪声的能量是通过商业电力网传送来的。人为噪声短期变化很大，与位置有密切的关系，而且随着频率的增加而减小。人为噪声辐射的极化具有重要意义。当接收相同距离、相同强度的干扰来源的噪声时，可以发现接收到的噪声电平的垂直极化比水平极化高3dB。
3.短波通信技术
1)自适应技术
短波信道受多径时延、幅度衰落、天气变化等因素的影响变化莫测，要保证通信的可靠性，需要系统根据短波信道的变化自适应改变系统结构和参数。现在的短波自适应通信技术主要是指频率自适应技术，而未来的短波自适应通信技术应该是全方位的，包括自适应选频与信道建立技术、传输速率自适应技术、自适应信道均衡技术、自适应天线技术等。
(1)自适应选频与信道建立技术。现在的自适应选频与信道建立技术都是与通信结合在一起的，这样选频质量会低于专用实时选频系统提供的频率质量。今后的发展方向应该是将专用选频系统和自适应通信系统结合起来，进一步提高短波通信质量。
(2)传输速率自适应技术。短波通信在选定工作频率后，要在随时间变化的信道上得到最大数据吞吐量，就必须釆用传输速率自适应技术。通常在允许的误码率条件下应选择尽可能高的数据传输率，这需要系统所采用的编码和调制方法与信道条件相互关联，当信道传播特性良好时用较高传输速率发送信息，而当传播特性变差时则降低传输速率，使误码率始终能满足通信质量的要求。
(3)自适应信道均衡技术。在短波时变信道中传输信号时，为了消除多径效应、多普勒频移等带来的严重码间干扰，必须釆用自适应信道均衡技术。判决反馈均衡器(DecisionFeedbackEqualizers,DFE)是目前短波通信系统普遍釆用的一种均衡技术。近几年提出了一种新的均衡技术一一Turbo均衡技术，它结合信道编解码技术，充分利用了信道信息，经比较，在短波通信系统中应用Turbo均衡技术较之DFE又提高了2〜3dBo
(4)自适应天线技术。自适应天线技术的原理是通过对接收到的信号进行实时处理,控制和调节天线阵元的相位来改变天线方向图特性，完成自适应波束形成，使天线波束的零位对准干扰方向，信号方向的增益达到最大，从而有效地提高系统抗多径衰落和抗干扰能力。
2)高速调制解调技术
目前广泛应用的窄带短波电台的调制解调器有串行和并行两种体制，串行体制使用单载波调制发送信息，目前最高速率为9.6Kbit/s,对均衡的要求很高；并行体制是将发送的数据并行分配到多个子载波上传输，传统的并行体制中各个子载波在频谱上互相不重叠，在接收端用滤波器组来分离各个子信道，各个子信道之间要留有保护频带，频带利用率低，而且多个滤波器的实现也有难度，目前最高速率仅为2.4Kbit/s。正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM)调制方式以其传输速率快、频带利用率高和抗多径干扰能力强等优点越来越受到人们的重视，也开始逐步应用于短波通信领域。相对于单载波和非正交频分复用方式，OFDM应用于短波通信具有以下优势。
(1)抗频率选择性衰落。OFDM系统把高速数据流通过串并转换，使得每个子载波上的数据符号持续长度相对增加，从而可以有效地减小无线信道的时间弥散所带来的ISI(IntersymbolInterference),这样就减小了接收机内均衡的复杂度，有时甚至可以不釆用均衡器，仅通过釆用插入前缀的方法消除ISI的不利影响。
(2)频谱利用率高。OFDM系统由于各个子载波之间存在正交性，允许子信道的频谱相互重叠，因此与常规的频分复用系统相比，OFDM系统可以最大限度地利用频谱资源。
(3)实现简单。釆用IDFT(InverseDiscreteFourierTransform)/DFT(Disc-reteFourierTransform)实现OFDM。即使对于子载波个数很多的系统，随着大规模集成电路技术与DSP技术的发展都是很容易实现的。
(4)有利于MIMO(Multiple-Input/Multiple-Output)技术的应用。MIMO技术利用多个天线实现多发多收，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地提高信道容量，充分开发了空间资源。而OFDM系统中由于每个子载波内的信道可看作平坦衰落信道，MIMO系统带来的额外复杂度可以控制在较低的水平。相反，单载波MIMO系统的复杂度与天线数量和多径数量乘积的幕成正比，不利于MIMO技术的应用。
3)抗干扰技术
短波通信是战事状态下指挥唯一可靠的途径，随着干扰手段向宽频域、多样式、多层次的方向发展，抗干扰措施也应趋于综合化、智能化以及多体制并存，具体的发展方向如下。
(1)信号处理。自适应跳频系统在常规跳频通信的基础上加上了链路质量分析(LinkQualityAnalysis,LQA),通过可靠的通信链路质量分析，确定被干扰的频点，给出可以使用的跳频频率集，并把该频率集通过反馈信道传送给发射方，使双方自动适应信道变化情况，同时删除被干扰的全部频率，然后在无干扰或干扰很小的频点进行可靠通信。
(2)空间处理。例如，釆用自适应天线调零技术，当接收端受到干扰时，使其天线方向图零点自动指向干扰方向，以提高通信接收机的信噪比。
(3)时间处理。例如，猝发传输技术和先进的纠错编码技术。猝发传输技术是先将信息存储起来，然后在某一瞬间以正常时10〜100倍或更高速率猝发。一方面可使用较大的脉冲功率来抵御有意干扰，另一方面由于发射时间的随机性和短暂性，侦收概率大大降低；釆用接近香农极限的Turbo码结合交织技术、迭代技术以及抗干扰技术在一定程度上可提高系统的抗干扰性能。
4)组网技术
传统的短波通信业务(话、报、点对点数据)巳不能适应数字化战场的应用需求，当前的短波网络需要支持更多的应用，并希望成为Internet的一部分，短波通信正同其他通信一样，已稳步迈入了网络化时代。第三代短波通信网络开始发展，它建立在美国军用标准MIL-STD-188-141B的基础上，在自动链路建立(Auto Link Establishment,ALE)、信道效率、网络管理、路由协议及与Internet互连等方面的性能都较第二代网络有很大进展。但是由于短波信道的特殊性，全网各电台如何实时选频以及频率复用等问题都有待进一步解决。
四、中波通信
中波是指频率为300kHz〜3MHz,相应波长为1km〜100m的电磁波。中波能以表面波或天波的形式传播，这一点和长波一样。但长波穿入电离层极浅，在电离层的下界面即能反射。中波较长波频率高，故需要在比较深入的电离层处才能发生反射。波长为2000〜3000m的无线电通信用无线或表面波传播，接收场强都很稳定，可用以完成可靠的通信，如船舶通信与导航等。波长为200〜2000m的中短波主要用于广播，故此波段又称广播波段。
1.中波通信信道
中波段无线电波能以地波或者天波方式传播，天波要求在比较大的电子密度处才能发生反射。电离层的D层对于天波的影响较大，在白天，由于这层对于中波的吸收强度较高，中波在天波传播时衰减很大，因此主要靠地波来传播，而到了夜间时，由于D层消失，天波从E层反射，吸收损耗也减小。在150〜200km以外就有天波存在，故在晚间天波和地波同时存在，所以中波的传播除了受昼夜变化的影响和晚上有衰落现象，还受季节变化的影响。
由于中波的电波波长(100〜1000km)较长，在地波方式传播时，绕射能力较强，可以越过山川和较大的建筑物，且地面波信号稳定、通信可靠、不随季节或昼夜而变化。夜间经E层反射回的天波与地波产生干涉，会出现显著的衰落现象。因此，中波信道白天主要通过地波传播，基本上没有多径效应，不会引起衰落现象。在夜间，由于吸收中波电波的D层消失，中波会出现天波与地波同时传输引起干涉的现象。根据电离层的特性，由于其层次多，分布密度不均匀，并且随着时间的变化也会产生相应的变化，其密度与天气、时间、季节等因素有很大的关系，所以总体来说，中波在电离层中，白天的传播稳定性高，而到了夜间，中波通信信道符合随机信道的特点。
1)地波传播
地波主要是沿着大地和空气的临界面传播，中波在白天的时候主要是以地波的形式来传播，故它传播的距离在一定程度上随着电离层与气候特性的变化而变化，而其频率几乎覆盖中波频段的大部分。
中波通信在地波上传播时，由于电离层与气候特性的性质会随时变化，所以传播的距离有时候可达到上千公里。在陆地上传播时，通信距离在通常情况下只有几十公里。地波信道传输与天波传输相比，不需要考虑电离层的变化，这是中波传播的主要优点。根据上述能够看出，中波通信的应用范围主要为海上的岸舰和舰船之间的通信，还有陆地上的短距离通信。同时，由于地波传播的特性，其传输容易被大气和人为噪声干扰，并且天波信号的存在也会对地波信号产生一定的干扰，在收信端产生信号的衰落。
2)多径衰落
由于中波信道在夜间主要是天波和地波同时存在，所以会有很大的在天波传播时所特有的信道特点，如多径、频移、多普勒效应等。与有线信道相比，无线信道往往都是时变的，这个性质取决于无线通信的传播介质的时变性、多变性。因此在建立无线信道的信道模型时，需要釆用的一般都是时变的信道模型。
2.中波通信调制方式
中波通信调制可分为连续相位调制和串行连续相位调制两种。
1)连续相位调制
CPM(Continuous Phase Modulation)是一种特殊的调制体制，它的特性决定了它具有记忆性。这种调制体制的包络恒定且有高效的频带和功率利用率，在数字通信领域中应用广泛，这种调制体制把数字信息加到载波相位上，并且保证了相位是以时间为参照的连续性函数。相对于FSK和PSK等其他相位调制体制而言，连续相位调制信号载波的相位在时间间隔处是连续的，这使需要传输的信号带宽变窄，获得更高效的频带使用率。另外，它产生的波形具有包络恒定的特性，对功放所产生的非线性这种特性不是特别敏感。当然，由于这种特性的关系，信号在收信端的检测和分析具有一定的复杂性。
这种调制体制下，信号的相位是连续的，即前一个相位和后一个相位之间有一定的联系。这种特性使信号具有很多突出的优良性。
(1)频谱利用率高，单位带宽能传送的比特率高，即bit/s/Hz比较大。
(2)功率谱在主瓣以外衰减比较快，带外功率比较小，对相邻信道的干扰比较小。
(3)已调信号具有恒包络性质，有利于在非线性特性的信道中传输，同时允许使用非线性功率放大器以降低设计复杂度。
(4)CPM信号的基带调制器相当于一个卷积编码器，这使得CPM信号具有一定的编码增益。
此后随着编码技术的发展，CPM调制开始和各种编码计算相融合。随着Turbo码的提出，人们一直在寻找一种性能更加优异的编码方式，而串行级联卷积码(SerialConcatenatedConvolutionalCode,SCCC)通过反复的实验和方案修改，最终被证明比Turbo码有着更加优异的性能。结合上述两种级联码和CPM调制体制的特点，可以组成串行级联连续相位调制(SerialConcatenatedContinuousPhaseModulation,SCCPM)。
2)串行连续相位调制
Turbo码作为编码理论的一个里程碑，随着技术的不断发展，证实SCCC比Turbo码在性能上更优异，当网格编码调制与SCCC结合起来时，通过实验证明其带宽效率要远远高于简单地釆用串行级联相移键控载波调制。
串行级联连续相位调制体制的频谱和功率使用程度相比SCCC更高效，不仅具有类似Turbo码的系统性能，而且在动态和衰落等信道环境下会变得十分稳定。SCCPM将SCCC中的内码用CPM调制器代替，整体结构与SCCC很相似，译码也釆用了迭代译码算法，加上交织器的存在，SCCPM中的卷积码编码器(Convolutional Code Encoder)与CPM调制解调器的设计是相互独立的。
SCCPM系统充分地采用了SCCC与CPM的特点，取得了比较好的系统性能。SCCPM系统发送端是由卷积码编码器、交织器和CPM调制解调器组成的，将调制好的信号传送到信道。接收部分是由与发送端的卷积码编码器相对应的两个后验概率译码器组成的，所使用的算法分别是基于CPM系统的后验概率算法与基于卷积码的后验概率算法，通过交织器与解交织器来转换两个译码器的外信息，从而完成迭代译码的过程，最后通过判决将译码后的数据输出。
五、长波通信
长波通信是指利用波长大于1000m(频率低于300kHz)的电磁波进行的无线电通信，它可细分为在长波(1〜10km)、甚长波(10〜100km)、超长波(1000—10000km)和极长波(10000—160000km)波段的通信。
长波通信也称低频通信，主要以地波形式传播，由于电离层反射等很少釆用天波传播；地波传播比较稳定，当天波、地波同时存在时会产生干涉现象。地波在海面上传播距离比陆地要远得多。在频段高端，可通电话和电报，广泛用于海上通信。长波具有穿透岩石和土壤的能力，也用于地下通信，但只能通电报或低速数据同。
甚长波通信也称甚低频通信，甚长波的波长比长波更长，传播衰减更小，距离可达数千公里乃至覆盖全球，并且通信可靠。甚长波通信系统庞大、占地广、功率大，只能通电话或低速数据。
超长波通信也称超低频通信。这一频段的电磁波传播十分稳定，可用于远距离和在大深度下航行的战略导核舰艇的通信，天线效率很低，在接收端还需釆用许多先进技术。
极长波通信也称极低频通信。这一频段的电磁波适于对数百米海水下的舰艇进行通信。
长波以地波及天波的形式传播。在一定范围内，长波通信以地波传播为主，当通信距离大于地波的最大传播距离时，则靠天波来传播信号。长波通信的优点是：通信距离远，能透入岩层、海水一定的深度，受太阳耀斑和核爆炸的影响小，通信比较稳定可靠。其缺点是：发信设备及天线系统庞大，造价高；通频带窄，不适于多路和快速通信；易受天电干扰。长波通信主要用于潜艇通信、远洋通信、地下通信及导航等。其通信方式主要是人工报和低速印字报，频段高端也可通单边带话。
长波通信距离可达数千公里甚至上万公里，波长越长，传输衰减越小，穿透海水和土壤的能力也越强，但相应的大气噪声也越大。多用于海上通信、水下通信、地下通信和导航等；由于传播稳定，受太阳耀斑或核爆炸引起的电离层骚扰的影响小，也可用作防电离层骚扰的备用通信手段。
