浅谈短波业余电台通信覆盖范围预测方法

2019-02-14陈楚浩

数字通信世界 2019年1期

陈楚浩，于淦

（1.北京市第五中学，北京 100007；2.国家无线电监测中心，北京 100037）

1 引言

短波业余业务是供业余无线电爱好者在短波频段进行自我训练、相互通信和技术研究的无线电通信业务。短波通信发射电波经电离层的反射到达接收设备，通信距离较远，是业余无线电爱好者进行远程通信的重要手段之一。要取得较好通信效果，不仅需要良好的接收发信号的电磁环境，还需要选取最佳时间、最佳频率等参数。因此，正确掌握预测短波频段业余电台通信覆盖范围的方法，可以使通信具有科学性、高效性。

短波业余电台通信覆盖范围与短波传播方式密切相关。短波的传播方式包括地波传播和天波传播。地波传播基本与昼夜和季节变化无关，很大程度上取决于传播路径上地表类型的特性，如在海面上传播距离可远达近千千米，而在干燥的沙地上可能只有几十千米，传播信号强度衰减容易预测。天波是短波的主要传播途径，短波信号由天线发出后，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，因而传播距离可达几百甚至上万千米。虽然电离层分布不均匀、不同纬度的分布不尽相同、电离层依照太阳活动周期的变化而变化，但电离层的分布及变化有一定规律，可以根据长期观测电离层的数据及太阳活动周期，研究短波天波传播模型，开发出相应的仿真软件，利用软件对短波信号在特定时间的天波传播路径进行预测，从而评估短波频段业余电台通信覆盖范围，使通信有的放矢。

2 仿真软件简介

世界各国一向重视短波信号天波传播模型研究，开发了许多不同的短波信号传播预测软件，其中广泛使用的包括：NTIA/ITS，WPLOTF32，FIELDPLOT，ASAPS，ITUHFBC 等。

NTIA/ITS系列软件（以下简称ITS软件）是一款免费的短波频段通信预测软件，适合业余无线电爱好者使用。该软件是美国电信科学研究所开发，包括IECPAC、VOACAP及REC533等软件，可以进行基于频率或台站（包括发射台站和接收台站）的相关计算，计算结果较为丰富，可靠性也已经得到了实际计算、运用的证明[4]。

3 短波频段业余电台通信覆盖范围预测方法

3.1 掌握短波业余电台基本知识

短波业余电台由收发信机、天馈系统、配套电源等组成，调制方式有AM、FM、SSB、CW等，收发射天线有全向、定向等多种类型，发射功率通常为几十瓦至几百瓦。我国分配给短波业余业务为主要业务的频段为1.8-2MHz，3.5-3.9MHz，7-7.2MHz，14-14.35MHz，18.068-18.168MHz，21-21.45MHz，24.89-24.99MHz，28-29.7MHz。

3.2 熟悉仿真软件及其参数设置

ITS软件是基于频率、设备数据、短波台站等必要数据计算和分析的，可进行点对点、点对区域等复杂的短波传播计算，其计算结果可显示到地理图上，以可视化的方式来表征。利用点对区域的短波传播计算，即可对短波频段业余电台通信覆盖范围进行预测。

软件参数设置至关重要，正确设置发射地点的经纬度、发射机功率、天线参数、预测年月及对应的太阳黑子数、拟用频率、信噪比、可靠性等数据，进而得到可靠的预测结果。值得一提的是，ITS软件输入的太阳黑子数并非指某一天的太阳黑子数，而是指通过拟合得到的相对稳定的太阳黑子数。因此得到的预测结果是针对某个月的短波链路通信效果，而非单指某一天的联通效果。图1为ITS软件的覆盖范围预测功能的参数设置界面。

图1 ITS软件参数设置界面

3.3 短波业余电台通信覆盖范围预测范例

选取软件VOAAREA INVERSE，设置发射地点经纬度、发射频率、发射功率、信噪比、时间、太阳黑子数、收发射天线等相关参数，对短波业余电台进行链路可靠性预测仿真计算，仿真结果为该电台通信覆盖范围的预测，即某设定时间段内，信噪比超过设定数值的概率。例如：设定时间为0100UTC、频率为11.9MHz、信噪比为67dB的链路可靠性为80%，表示当月（30天）在0100UTC，11.9MHz的链路信嗓比大于67dB可通信的天数为总天数的80%（24天）。短波业余电台参数设置范例如表1所示。

参数设置后运行软件，其计算结果显在地理图上，从而得到该短波业余电台通信覆盖范围预测图。由图可知，在陕西发射频率为7MHz、功率为100W的短波业余电台在10°E至150°E，0°N至80°N范围（亚洲和欧洲部分地区）可保证50%以上的链路可靠性，即2018年12月（共31天）的2400UTC，信噪比大于45dB可通信的天数为总天数的50%（约15天）；对亚洲部分地区，即中国大部分地区、蒙古、缅甸、越南等可以保证90%以上的链路可靠性，即2018年12月（共31天）的2400UTC，链路信嗓比大于45dB可通信的天数为总天数的90%（约27天）。图2为短波业余电台通信覆盖范围范例图。