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淺析短波業余業務頻段監測

2010-06-0715:43

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????????? 萬峻 馮寶強 張寧 韓仿仿 徐國強 王濤 高愛華

0 前言

在《中華人民共和國無線電頻率劃分規定》中,業余業務(amateur service)是指供業余無線電愛好者進行自我訓練、相互通信和技術研究的無線電通信業務。加大對業余業務頻段的無線電監測,可有效保護合法電臺的正常使用,維護空中電波秩序。

國家無線電監測中心烏魯木齊監測站技術人員經過長期的工作實踐,對出現在短波業余業務頻段內的常見信號進行分類,總結了一些信號特征以及相應的監測方法。

1 短波業余業務中常見的

信號類型及監測方法

短波業余電臺由收發信機、天饋系統、配套電源等組成,具有AM、FM、SSB、CW等多種工作模式。在監測工作中,技術人員通過對接收信號進行聲音識別、頻譜波形比較,并進行調制方式識別、調制速率測試以及編碼特征、發射瞬態特征分析等操作,以獲得信號的時間特性、頻率特性、能量特性和信息特性。

(1)模擬調制信號

① CW(Continuous wave)等幅報信號

業余無線電CW通信通常是指用“電報電鍵”或其他替代部件(如電子式自動鍵、計算機程序控制的鍵控電路等)按照全世界通用的“莫爾斯電碼”(MORSE)控制載波的通斷,也可以按照日文、俄文或者其他收發雙方約定的公開電碼進行鍵控。通常,中繼臺、信標臺的呼號都是以MORSE發送,一些遇險呼救信號也可能是用MORSE發出。

在日常監測中,CW信號很容易識別,音頻存在長短不一的“滴滴”聲,頻譜圖可較明顯地顯示出信號的通斷(如圖1所示)。專業監聽人員或計算機輔助程序(如“koch”軟件)可以對其進行解碼。由于CW信號的帶寬窄,我們通常將音頻解調帶寬和測向帶寬分別設為0.3kHz,以便得到滿意的聲音效果和穩定的示向度。

② SSB(Single side band)單邊帶語音信號

單邊帶調制就是只傳送調幅雙邊帶信號中的一個邊帶,以提高頻帶利用率。由于歷史原因,業余無線電通信有不成文協定:當通信頻率低于9MHz時采用下邊帶調制,高于9MHz時采用上邊帶調制。

在業余無線電通信中,SSB信號使用非常普遍,多為對講明話。頻譜圖如圖2所示。在監聽信號時,通常將音頻解調帶寬設為3kHz,選擇正確的解調方式,調整接收機中心頻率直至能聽清對講內容。

(2)數字調制信號

隨著無線電技術的發展,業余無線電愛好者開始嘗試語音以外的通信方式,開始運用數字調制信號。將收發信機與計算機連接起來,通過專用的軟件進行操作,進行RTTY、SSTV等模式的通信,極大豐富了業余無線電通信的內涵,但是也增大了無線電監測的難度。數字信號識別需要專業的信號分析識別設備和軟件來處理,如Agilent E3238S/N6820E、R&S GX430。但在信噪比低、多徑干擾嚴重的短波頻段,現有的識別設備和軟件沒有足夠的識別率。在日常監測工作中,技術人員大多是根據實際工作經驗,觀察信號的實時頻譜圖,聽取信號的聲響特征,并利用音頻分析軟件等多種手段對短波數字信號進行識別。

① SSTV(slow scan television)慢掃描電視信號

在業余無線電通信中,有時采用間接調頻的方式,使射頻的頻率調制過程并不直接發生在發射機的射頻部分,而是交給計算機或者專用設備在音頻范圍完成,產生一個音頻調頻(AFM)基帶信號,然后再由發射機以SSB方式在頻率軸上平移到射頻載頻上,變成最終的射頻調頻信號,其原理如圖3所示。

SSTV技術是其典型應用之一,主要為HF業余頻段設計。因為HF段頻率很擁擠,一般通信電臺至多只占用3kHz的話音通道,不能像VHF、UHF以上頻段那樣使用數兆赫茲的視頻通道來傳輸較高質量的活動畫面,相對于普通電視快速刷新畫面有時把它叫做“靜止畫面傳輸”。黑白的SSTV通常采用1900Hz的音頻作為副載頻,用掃描得到的圖像信號幅度對其進行調頻,1200Hz代表同步脈沖,1500Hz代表黑電平,2300Hz代表白電平,如圖4所示。每行傳輸時間為66.7毫秒,其中同步脈沖寬5毫秒。常見的黑白SSTV掃描速度標準有三種:8.5秒(128行)、17秒(256行)和34秒(256行),清晰度越高,需要的時間越長。彩色SSTV的調制方式與黑白相似,但是每一行像素的已調頻信號分成三組,分別代表不同彩色或亮度。

② RTTY(Radio Tele Typewriting)無線電傳信號

業余無線電FSK數字通信經常使用間接調頻的方式,即頻率調制發生在音頻范圍,形成“音頻頻移鍵控(AFSK)”,然后向射頻載頻進行頻率搬移。RTTY是FSK數字通信信號最簡單的方式,被稱作無線電“自動電報”或“印字電報”。它提供從字符鍵盤發送信息到字符顯示接收信息的通信。由于RTTY信號的頻率只在兩個固定頻率之間偏移,所以也可稱作“雙頻頻移鍵控(2FSK)”。

對于RTTY信號,可用單邊帶方式解調,聲音類似很清脆的兩路鈴聲。其頻譜圖上一般有兩個頻率快速跳動,較容易辨認,如圖5所示。應用cooledit軟件,可以分辨出兩個調制頻率的音頻頻譜。

③ MFSK多頻頻移鍵控

調制頻率在多個固定頻率之間偏移,則稱為“多頻頻移鍵控”。

業余無線電通信中常用的一種MFSK數字通信方式是MFSK16,它使用總帶寬316Hz內的16個頻率,每個信號只包含其中一個頻率,每個信號可以表示16個狀態之一,相當于一位16進制數,合4位二進制數。

④ PSk31(phase shift keying31)移相鍵控調制信號

PSk31是一種帶寬為31Hz的移相鍵控調制無線電通信模式,選用了31.25bit/s的數據速率。一個3kHz話音帶寬可以容納很多PSk31信道。PSk31在同等情況下的信噪比要高于CW模式12dB。PSk31模式所占的頻帶更窄,抗噪聲能力更強,因而誤碼率更低,是一個可以在比較惡劣的通信條件下完成無線電通信的模式。業余無線電愛好者對PSk31的調制一般由個人計算機控制聲卡完成。

2 短波業余業務頻段的監測方法

短波業余業務頻段的監測主要包括兩大部分內容:一是對短波業余業務頻段進行自動監測,對掃描數據進行分析,掌握各頻率使用規律;二是對短波業余業務頻段進行人工監測,測量、記錄信號的時域、頻域、空域等信息,通過查詢臺站數據庫等手段,了解信號的使用性質。通過人工監測與自動測量,我們可以建立監測數據庫,便于全面地掌握特定頻段的使用情況,監督合法電臺按指定參數工作,發現并查處非法設臺行為。

(1)按照頻率使用規則進行監測

業余無線電愛好者一般遵守一些約定俗成的頻率使用規則。了解這些規則有助于提高監測效率,判定信號類型。

在7.030MHz~7.040MHz、14.080MHz~14.100MHz、21.080MHz~21.100MHz、28.050MHz~28.150MHz頻段經常出現RTTY通信;

在7.033MHz、14.227MHz、14.230MHz、14.233MHz、21.377MHz、21.340MHz、21.343MHz、28.680MHz等頻率上常有SSTV通信;

在13.899MHz頻率上有發送氣象信息的FAX信號,在17.429MHz上有日本電臺為遠洋船發送的傳真新聞報紙等信號;

在14.010MHz~14.030MHz常有CW通信;

在14.070MHz附近常有PSk31通信。

業余無線電愛好者信標頻率為14.100MHz、18.110MHz、21.150 MHz、24.930 MHz和28.200MHz。

(2)監聽語音,確定發射地點和使用性質

業余電臺呼號是識別業余電臺的重要標志,每一個呼號包含著這個電臺的設備、設臺地點、使用的頻率、功率、操作員的等級等信息。業余無線電愛好者通信聯絡均以“CQ”開頭,且在交談中經常提到電臺呼號。通過監聽內容即可分辨是否為業余無線電通信,通過對電臺呼號的識別,可確定電臺設置的地點。

(3)在業余無線電愛好者網站收集信息

業余無線電愛好者在互聯網上建立的網站,是愛好者之間進行交流的平臺。在這些網站上,一般可以查詢到業余無線電愛好者的通信裝備、電臺日記等信息,可以了解業余無線電活動情況和通信方式。

(4)利用通信軟件進行監測

業余無線電愛好者將收發信機與計算機連接,通過MMSSTV、MixW2、MMTTY、CwGet等軟件進行數字信號的發射與接收。監測人員可將計算機與監測接收機連接,利用這些軟件建立與業余無線電愛好者相同的環境,通過調整各類參數,以達到正確接收其信號內容的目標,實現對數字信號的識別和解碼。

(5)利用信號分析設備和專用軟件識別信號

目前,Agilent E3238S、R&S GX430等設備可以對部分信號進行實時的調制分析與解碼,確定信號的時域、頻域、信息域等特性。而在沒有這類先進設備的情況下,監測人員可通過一些軟件,如Cooledit軟件,對錄制的信號音頻文件進行分析來判別信號的頻域特性。

(6)利用全國短波無線電監測網交會定位

發現可疑信號時,我們可啟用全國短波無線電監測網中各站的設備,對此信號進行聯合測量,用多站交會定位信號發射源。

參考文獻

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(來源:中國無線電    作者:萬峻)

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