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浅析短波业余业务频段监测

2010-06-0715:43

          国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站                   

          万峻 冯宝强 张宁 韩仿仿 徐国强 王涛 高爱华

0 前言

在《中华人民共和国无线电频率划分规定》中,业余业务(amateur service)是指供业余无线电爱好者进行自我训练、相互通信和技术研究的无线电通信业务。加大对业余业务频段的无线电监测,可有效保护合法电台的正常使用,维护空中电波秩序。

国家无线电监测中心乌鲁木齐监测站技术人员经过长期的工作实践,对出现在短波业余业务频段内的常见信号进行分类,总结了一些信号特征以及相应的监测方法。

1 短波业余业务中常见的

信号类型及监测方法

短波业余电台由收发信机、天馈系统、配套电源等组成,具有AM、FM、SSB、CW等多种工作模式。在监测工作中,技术人员通过对接收信号进行声音识别、频谱波形比较,并进行调制方式识别、调制速率测试以及编码特征、发射瞬态特征分析等操作,以获得信号的时间特性、频率特性、能量特性和信息特性。

(1)模拟调制信号

① CW(Continuous wave)等幅报信号

业余无线电CW通信通常是指用“电报电键”或其他替代部件(如电子式自动键、计算机程序控制的键控电路等)按照全世界通用的“莫尔斯电码”(MORSE)控制载波的通断,也可以按照日文、俄文或者其他收发双方约定的公开电码进行键控。通常,中继台、信标台的呼号都是以MORSE发送,一些遇险呼救信号也可能是用MORSE发出。

在日常监测中,CW信号很容易识别,音频存在长短不一的“滴滴”声,频谱图可较明显地显示出信号的通断(如图1所示)。专业监听人员或计算机辅助程序(如“koch”软件)可以对其进行解码。由于CW信号的带宽窄,我们通常将音频解调带宽和测向带宽分别设为0.3kHz,以便得到满意的声音效果和稳定的示向度。

② SSB(Single side band)单边带语音信号

单边带调制就是只传送调幅双边带信号中的一个边带,以提高频带利用率。由于历史原因,业余无线电通信有不成文协定:当通信频率低于9MHz时采用下边带调制,高于9MHz时采用上边带调制。

在业余无线电通信中,SSB信号使用非常普遍,多为对讲明话。频谱图如图2所示。在监听信号时,通常将音频解调带宽设为3kHz,选择正确的解调方式,调整接收机中心频率直至能听清对讲内容。

(2)数字调制信号

随着无线电技术的发展,业余无线电爱好者开始尝试语音以外的通信方式,开始运用数字调制信号。将收发信机与计算机连接起来,通过专用的软件进行操作,进行RTTY、SSTV等模式的通信,极大丰富了业余无线电通信的内涵,但是也增大了无线电监测的难度。数字信号识别需要专业的信号分析识别设备和软件来处理,如Agilent E3238S/N6820E、R&S GX430。但在信噪比低、多径干扰严重的短波频段,现有的识别设备和软件没有足够的识别率。在日常监测工作中,技术人员大多是根据实际工作经验,观察信号的实时频谱图,听取信号的声响特征,并利用音频分析软件等多种手段对短波数字信号进行识别。

① SSTV(slow scan television)慢扫描电视信号

在业余无线电通信中,有时采用间接调频的方式,使射频的频率调制过程并不直接发生在发射机的射频部分,而是交给计算机或者专用设备在音频范围完成,产生一个音频调频(AFM)基带信号,然后再由发射机以SSB方式在频率轴上平移到射频载频上,变成最终的射频调频信号,其原理如图3所示。

SSTV技术是其典型应用之一,主要为HF业余频段设计。因为HF段频率很拥挤,一般通信电台至多只占用3kHz的话音通道,不能像VHF、UHF以上频段那样使用数兆赫兹的视频通道来传输较高质量的活动画面,相对于普通电视快速刷新画面有时把它叫做“静止画面传输”。黑白的SSTV通常采用1900Hz的音频作为副载频,用扫描得到的图像信号幅度对其进行调频,1200Hz代表同步脉冲,1500Hz代表黑电平,2300Hz代表白电平,如图4所示。每行传输时间为66.7毫秒,其中同步脉冲宽5毫秒。常见的黑白SSTV扫描速度标准有三种:8.5秒(128行)、17秒(256行)和34秒(256行),清晰度越高,需要的时间越长。彩色SSTV的调制方式与黑白相似,但是每一行像素的已调频信号分成三组,分别代表不同彩色或亮度。

② RTTY(Radio Tele Typewriting)无线电传信号

业余无线电FSK数字通信经常使用间接调频的方式,即频率调制发生在音频范围,形成“音频频移键控(AFSK)”,然后向射频载频进行频率搬移。RTTY是FSK数字通信信号最简单的方式,被称作无线电“自动电报”或“印字电报”。它提供从字符键盘发送信息到字符显示接收信息的通信。由于RTTY信号的频率只在两个固定频率之间偏移,所以也可称作“双频频移键控(2FSK)”。

对于RTTY信号,可用单边带方式解调,声音类似很清脆的两路铃声。其频谱图上一般有两个频率快速跳动,较容易辨认,如图5所示。应用cooledit软件,可以分辨出两个调制频率的音频频谱。

③ MFSK多频频移键控

调制频率在多个固定频率之间偏移,则称为“多频频移键控”。

业余无线电通信中常用的一种MFSK数字通信方式是MFSK16,它使用总带宽316Hz内的16个频率,每个信号只包含其中一个频率,每个信号可以表示16个状态之一,相当于一位16进制数,合4位二进制数。

④ PSk31(phase shift keying31)移相键控调制信号

PSk31是一种带宽为31Hz的移相键控调制无线电通信模式,选用了31.25bit/s的数据速率。一个3kHz话音带宽可以容纳很多PSk31信道。PSk31在同等情况下的信噪比要高于CW模式12dB。PSk31模式所占的频带更窄,抗噪声能力更强,因而误码率更低,是一个可以在比较恶劣的通信条件下完成无线电通信的模式。业余无线电爱好者对PSk31的调制一般由个人计算机控制声卡完成。

2 短波业余业务频段的监测方法

短波业余业务频段的监测主要包括两大部分内容:一是对短波业余业务频段进行自动监测,对扫描数据进行分析,掌握各频率使用规律;二是对短波业余业务频段进行人工监测,测量、记录信号的时域、频域、空域等信息,通过查询台站数据库等手段,了解信号的使用性质。通过人工监测与自动测量,我们可以建立监测数据库,便于全面地掌握特定频段的使用情况,监督合法电台按指定参数工作,发现并查处非法设台行为。

(1)按照频率使用规则进行监测

业余无线电爱好者一般遵守一些约定俗成的频率使用规则。了解这些规则有助于提高监测效率,判定信号类型。

在7.030MHz~7.040MHz、14.080MHz~14.100MHz、21.080MHz~21.100MHz、28.050MHz~28.150MHz频段经常出现RTTY通信;

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

在13.899MHz频率上有发送气象信息的FAX信号,在17.429MHz上有日本电台为远洋船发送的传真新闻报纸等信号;

在14.010MHz~14.030MHz常有CW通信;

在14.070MHz附近常有PSk31通信。

业余无线电爱好者信标频率为14.100MHz、18.110MHz、21.150 MHz、24.930 MHz和28.200MHz。

(2)监听语音,确定发射地点和使用性质

业余电台呼号是识别业余电台的重要标志,每一个呼号包含着这个电台的设备、设台地点、使用的频率、功率、操作员的等级等信息。业余无线电爱好者通信联络均以“CQ”开头,且在交谈中经常提到电台呼号。通过监听内容即可分辨是否为业余无线电通信,通过对电台呼号的识别,可确定电台设置的地点。

(3)在业余无线电爱好者网站收集信息

业余无线电爱好者在互联网上建立的网站,是爱好者之间进行交流的平台。在这些网站上,一般可以查询到业余无线电爱好者的通信装备、电台日记等信息,可以了解业余无线电活动情况和通信方式。

(4)利用通信软件进行监测

业余无线电爱好者将收发信机与计算机连接,通过MMSSTV、MixW2、MMTTY、CwGet等软件进行数字信号的发射与接收。监测人员可将计算机与监测接收机连接,利用这些软件建立与业余无线电爱好者相同的环境,通过调整各类参数,以达到正确接收其信号内容的目标,实现对数字信号的识别和解码。

(5)利用信号分析设备和专用软件识别信号

目前,Agilent E3238S、R&S GX430等设备可以对部分信号进行实时的调制分析与解码,确定信号的时域、频域、信息域等特性。而在没有这类先进设备的情况下,监测人员可通过一些软件,如Cooledit软件,对录制的信号音频文件进行分析来判别信号的频域特性。

(6)利用全国短波无线电监测网交会定位

发现可疑信号时,我们可启用全国短波无线电监测网中各站的设备,对此信号进行联合测量,用多站交会定位信号发射源。

参考文献

[1] 陈平 项军.中国业余无线电 [M].深圳:海天出版社,2008

[2] 胡中豫.现代短波通信[M].北京:国防工业出版社,2003

[3] 朱庆厚.无线电监测与通信侦察[M].北京:人民邮电出版社,2005

[4] 徐明远 陈德章 冯云.无线电信号频谱分析[M].2007

[5] 国家无线电监测中心.频谱监测手册[M].北京:人民邮电出版社,2006

[6] 于淦.对短波信号调制方式识别方法的研究[J].中国无线电.2008,(7):47-51

(来源:中国无线电    作者:万峻)

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