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短波通信系统的组网设计

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文章出处:责任编辑:人气:-发表时间:2014-05-04 09:32:00

杭州市公安局上城区分局 唐恬  转自《专业无线通》

摘要:尽管当前新型无线通信系统不断涌现,短波这一最古老和传统的通信方式仍然受到用户的普遍重视,在卫星

通信和移动通信快速发展的今天,短波通信不仅没有被淘汰,还在快速发展,其原因是—短波通信距离远、抗毁能力、

自主通信能力强以及运行成本

关键词:短波通信;组网;ALE

引言

  无线电短波通信一直是世界各国中、远程通信的主要手段,被广泛应用与政府、军事、外交、气象以及商业等部门,用以传送电报、电话、低速数据和图像、语音广播等信息。尽管当前新型无线电通信系统不断涌现,但是短波这一古老、传统的通信方式仍然受到全世界的普遍重视。短波通信依然能够快速发展的原因主要有三点:1)短波是唯一不受网络枢纽和有源中继体制约的远程通信手段,一旦发生战争或严重灾害,无论哪种通信方式,其抗毁能力和自动通信能力都无法与短波相比;2)短波适应性很强,在山区、戈壁、海洋灯超短波覆盖不到的地区,主要依靠短波通信;3)短波通信投资少、建台快、维护方便,与卫星通信相比,短波通信不用支付话费且运行成本很低。

  近年来,短波通信技术在世界范围内获得了长足进步。这些技术成果理应被中国这样的短波通信大国所用。用现代化的短波设备改造和充实我国各个重要领域的无线通信网,使之更加先进和有效,满足新时代各项工作的需要,无疑是非常有意义的。

 

短波通信概况

  短波通信( S h o r t - w a v eomunication)是无线电通信的一种。波长在50米~10米之间,频率范围6兆赫~30兆赫[1]。发射电波要经电离层的反射才能到达接收设备,通信距离较远,是远程通信的主要手段。由于电离层的高度和密度容易受昼夜、季节、气候等因素的影响,所以短波通信的稳定性较差,噪声较大。短波的基本传播途径有地波和天波两种:

  地波沿地球表面传播,其传播距离取决于地表介质特性。海面介质的电导特性对于电波传播最有利,短波信号可以沿海面传播1000km左右;陆地表面介质电导特性差,短波信号沿地面最多只能传播几十千米。地波传播不需要经常改变工作频率,但需要考虑障碍物的阻挡。

  短波通信中最主要的传播途径是天波。天波是由天线向高空辐射的电磁波遇到大气电离层折射后返回地面的无线电波。电离层是指距离地面大约60~2000km处于电离状态的高空大气层,只对短波波段的电磁波起反射作用。电离层的浓度对于工作频率的影响很大,浓度高时反射的频率高,浓度低时反射的频率低。电离层的高度很浓度随地区、季节、时间和太阳黑子活动等因素的变化而变化,这说明要想取得较快的短波通信效果,除了要有先进的短波设备外,必须采用合适的频率[2]。

  因此,天波传播主要用于短波远距离通信,而且不受地面障碍物阻挡。但利用天波传播不是很稳定,因为在天波传播过程中,路衰耗、时间延时、大气噪声、多径效应、电离层衰落等各方面因素,都会造成信号的弱化和畸变,从而影响短波通信的效果和质量。

短波通信系统的组网设计

组网方式

 

一个基本的短波通信站由电台、天线以及电源组成,两部及以上电台就可以构建一个短波通信系统。根据国际协议,短波通信使用

单边带调幅方式,窄带传输,带宽一般为3kHz,短波电台的使用只需在当地无线电管理委员会申请持台证即可。通常短波电台根据功率大小分为大功率电台和小功率便携式电台。一部电台可选择多种天线进行不同距离的通信,选用哪种天线设备要根据电台的发信功率、通信功率、工作方式、输出阻抗、工作频率以及通信方向而定。使用短波电台进行组网,可以以某地为中心,进行单呼、选呼、组呼等方式通信,通信范围覆盖面积大。在一般应用中使用以下两种方案:

1) 固定台方案:

固定基站的站址选择在开阔的地面或楼顶,在本设计方案中,电台使用ICOM企业的IC-F8101固定版并配合AT-140天调和固定式双极天线I-V100。该电台具有如下优点:ALE(自适应)功能;选呼功能;125W 强大的射频输出;GPS接收机连接;数据的传输速率可达9600bps,并带有数字信号处理器(DSP)以及冷却风扇。

2)背负式方案:

背负式电台选配20W小功率电台,由电池进行供电,配拉杆式鞭装天线,属全向性天线,没有多径效应。该方案适合短距离通信,短波信号的传播途径主要是地波,加之便携电台功率较小,因此有效通信距离一般在30km以内。该方案非常适合现场指挥车与作业单兵之间或单兵与单兵之间的通话,通过相互间的中继,还可以再扩大使用的范围。

  背负式电台使用时分两种状态: 一、移动状态, 使用ICF8101+便携式天调SG-237 +I -A100H便携式折叠短波天线,可以保障15km以内的通讯;二、IC-F8101+便携式天调SG-237 +I -V100H双极天线通讯距离比较远。

  两种组网方案都是基于通信设备自带的ALE功能即频率自适应,也成为链路自动建立。在 ALE 系统中,要求网内的每部电台都配备自适应控制器。自适应控制器实质上是一个链路质量数据库(简称LQA),存储一个或几个频率组,每组存储若干个频率。在一个通信网内每部电台的频率组设置要相同。自适应选频的过程是:主呼台在某个频点上发出 ALE信号呼叫对方,被呼台收到 ALE 信号后自动测评其信号质量,并将测评结果回送给主呼台,主呼台测评被呼叫台的信号质量后发出确认信号给被呼台,双方同时存储测评结果。之后主呼台逐个用组内频率呼叫对方,组内每个频率都被测评后,双方按频率的质量进行排队,并使用质量最好的频率建立通信链路。有些自适应电台还可以预设质量可用值,当某个频率达到可用值即开始通信,这种方式的建链速度快一些。对于固定站之间的通信,方向和距离是固定的,频率也相对固定,ALE 的作用不是特别显著。但对于车、船等移动站,或经常转移场地的野外半固定站,其通信距离和通信方向一直在变,最佳通信频率也随之改变,ALE 的作用就显著多了。

  然而,ALE 尽管有其优点,也存在一些无法克服的局限性,如ALE 探测呼叫大量挤占通信时间,可供选用的频率有限,建链速率慢,不能自动切换通信网络等等,这些问题制约了ALE的推广应用。

 

组建短波通信网络

 

  一个短波无线电通信网的组建需要几个流程和环节:组网论证---实地测试---修改方案---再作测试---安装调试---试机验收---投入使用运行。其中,组网论证与实地测试是组网关键。

  组网论证:根据所需要的通信区域,借助地图“空言无补”,测量各无线电基站的距离,申请或选用无线电工作频率,使用无线电波传输理论公式进行必要的计算,初步估算和规划相关的无线电台发射功率,天线型式及增益和大致可通信区域。

  实地测试:使用一定的无线电器材和仪器,到需要安装或需要通信区域和地点进行实地试通信和测量,验证原来的计算误差是否在允许范围内,验证设计方案是否可行,进行必要的修正和更改。使用测试的无线电频率选择时需要注意,VHF段绕射能力强比较适合于山区,而UHF段穿透能力强比较适合于平原及城区。

  如果需要覆盖的区域较大,可以适当选择无线电中继站作技术支撑。中继站的选点非常重要,因为这是一个通信枢纽,在整个网络中起非常重要的作用,一旦该点失效则整个无线电通信网将陷于瘫痪。中继站选点需要注意的几个要点:

1、因为超短波通信特点基本为“视距传输”,有一定的绕射和反射能力,需要选择高山高楼等制高点作“无线电接力转发”。若地形条件许可则最好在无线电通信网的中心区域选点,该点选取恰当会取得“事半功倍”的效果;

2、所选的中继点一定要有可靠的市电220V电源,有遮风避雨的机房,还需要有较为方便的交通以供快速排除故障和检修维护,否则一旦设备故障会造成长时间不能恢复通信;

3、所选择的中继点附近是否

有其他大功率无线电发射台,能躲则尽量避开,无法避开时需要考虑加装抗干扰器材。雅安应急中继台选点在海拔1800米的朱家岩,该处为一个调频广播发射站,共计1KW广播发射机六台,CH20电视2KW发射机一台,测试使用车载天线和EB200机,在整个80—108MHZ段观察到无数个互调产物,在139—160MHZ段的电磁底噪为正45—50dBμV。安装一台四腔窄带滤波器后,所需的接收频点140MHZ背景底噪降低为负值;

4、中继点还需要考虑安全防盗、防雷避雷、抗雪防风、散热防冻、停电时自动启用后备蓄电池,最好有人值守。

 

结束语

  近年来,短波通信技术在世界范围内获得了长足进步,出现了很多新电台、新装备和新技术。短波单边带电台的体积越来越小,功能越来越多。短波天线主要向带宽、全向、无“盲区”、高增益的放心发展,现已推出了多款新型基站天线和车载天线。短波通信在频率选择方面又推出了短波全频段实时自适应选频系统,进一步提高了短波通信的稳定性和可靠性。

  由于短波通信站既可以是固定基站又可以使方便的车载或便携,因此移动台在行进中可以随时与其他电台保持联络,动中通话的优势充分体现了短波电台的灵活性和机动性,对于需要在野外进行的应急作业来讲,短波电台是一种不可替代的通信工具。短波通信由于频段低、频带窄,因此难以实现大容量、高速率的数据传输,这是其固有的缺点。因此,短波通信一般只适合于语音、低速数据及图片的传输。

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