短波电台方案

短波应急通信系统解决方案
昆明讯宇通信工程有限公司
二零一四年十一月十一日
目录
1 概述 (3)
2 应急通信需求 (3)
3 短波通信技术 (4)
3.1 技术简述 (4)
3.2 自适应技术（ALE） (8)
3.3 ALE的优点和局限 (9)
3.4 短波电台组网方式 (10)
3.5 短波通信盲区 (11)
3.6 频率选择技巧 (11)
4 短波电台组网 (14)
5 组网设备介绍 (15)
5.1 TK-90电台 (15)
5.2 三线宽带天线 (19)
5.3 两线宽带天线 (22)
5.4 稳压电源 (24)
6 组网设备清单 (25)
7 建伍TK-90彩页 (26)
一、概述
近些年来，各种自然灾害频繁发生，紧急事件不断出现，给人们带来了重大的损失，也对社会经济造成了严重的影响。

为了提前预防灾情或是灾害发生后及时展开救灾工作，建设一套全省的短波无线应急通信系统十分有必要。

从各地的救灾、处突工作经验来看，通信联络是通报灾情、疏散群众、请求支援的关键环节，没有一个健全的通信体系保障，救灾、处突工作将难以顺利进行。

因此，为保证在灾情发生时或在紧急事件突发情况下可以做到超远程的语音传递，短波通信当仁不让的成了抗灾及应急通信很好的辅助性及备份性选择，近几年来出于经济性的考虑，甚至也被作为卫星通信等高价通信方式的替代手段。

二、抗灾及应急通信要求：
(1) 建站速度要快
(2) 机动性要强
(3) 覆盖范围要广
(4) 抗毁能力要强
建站速度快：
通信系统的端站设备简单，不需要复杂的基础设施，几个小时就能搭建好一套系统。

机动性强：
端站设备具有比较强的机动性，可方便、快速地远距离搬移、反复部署。

覆盖范围广：
通信质量不受地理条件限制，信号能够传递到自然条件恶劣、地理环境复杂的边远山区和其他高原地区，信号盲点少。

抗毁能力强：
在自然灾害等突发事件中通信设施的运行不依赖受灾环境，不受灾情影响，具备较强的抗毁能力。

短波电台通信方式完全满足了上述要求。

因此我们根据用户需求设计了这套通讯组网方案。

三、短波通信技术
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、抗毁能力和自主通信能力强、运行成本低。

3.1技术简述
无线电短波是指波长在100米以下，10米以上的电磁波，其频率为3～30兆赫兹。

在这个频段，电磁波可以通过高层大气的电离层进行折射或反射而回到地面达到远距离通信，当电磁波被地面再次反射而由天空二次返回时，传送距离更远，多次反射的电磁波可以实现全球通信。

如下图：
短波在电离层的传播，其传输模式有单跳、多跳。

依靠单电离层或多电离层反射构成电磁波传输路径。

当通信距离＞2500km时，往往采用多跳，以获得较大的仰角。

如利用F2层反射一次，称为1F2传输模式。

短波通信可以传送电报、电话、传真、低速数据和语音广播等多种信息。

在卫星通信出现以前，短波在国际通信、防汛救灾、海难求援以及军事通信等方面发挥着独特的重要作用。

短波无线电远程通信是依赖于高空电离层反射的天波路径来传播的，短波通信的质量随时都受电离层特性的影响，离地约100公里以上的高空大气十分稀薄，受太阳或宇宙线的辐射后，气体分子产生电离，形成电离层。

了解电离层的生成、结构和变化规律，了解电离层不同时段对不同频段的短波段电波的反射规律，对短波无线电通信有至关重要的意义。

由于太阳紫外线照射、宇宙射线的碰撞，使地球上空大气中的氮分子、氧分子、氮原子、氧原子电离，产生正离子和电子，形成所谓电离层，其分布高度距地面几十公里至上千公里。

电离层中电子密度呈层状分布，对短波通信影响大的有D层、E层、F1层、F2层，各层的中部电子密度最大，各层之间没有明显的分界线。

各层的电子密度的强弱是：D层〈E层〈F1层〈F2层。

由于电离层的形成主要是太阳紫外线照射的结果，因此电离层的电子密度与阳光强弱密切相关，随地理位置、昼夜、季节和年度而变化，其中昼夜变化的影响最大。

D层：高度60—80公里，中午电子密度最大，入夜后很快消失。

E层：高度100—120公里，白天电子密度增加，晚上相应减少。

F1层：高度180公里，中午电子密度最大，入夜后很快消失。

F2层：高度200—400公里，下午达到最大值，入夜逐渐减少，黎明前最小。

电离层的高度和电子浓度在白天和晚上，冬天和夏天各有不同，对短波的传播产生不同影响，一般说来白天需要用较短波长，晚上则需要用较长波长，同样，夏天所需波长较短，冬天则要求较长波长。

由于电离层本身还要受到太阳耀斑、磁暴、以及核爆炸等因素的影响而使电子密度受到严重的扰乱，因此有时会使短波通信完全中断。

为了充分发挥电离层对短波通信的正面效应，各国在不同地区设置了电离层观测站，将电离层的各种参数提供给各使用单位，以便各单位计算并预测最佳频率和波长。

利用短波通信，在波长配置合适时，使用很小的发射功率可以将信息传送到数千公里以外并享有良好的通信质量。

因此，尽管当前新型无线通信设备不断涌现，短波通信仍然是不可替代的。

短波通信设备简单，机动性大，因此短波通信特别适用于应急通信和抗灾通信！
为避免短波通信在空间传播时相互间产生干扰，国家设立了无线电管理委员会，审批无线电台的设置，监测各类无线电台是否按规定程序和核定的项目进行工作，并处理各类无线电干扰问题。

为提高短波通信的效率，改进通信质量，发展了单边带通信技术，将发射信号中的载波和左右两个边带经过滤波，只发出单个边带，然后在接收端再予以补充还原，这种单边带无线电通信可以大大节约发射功率，减少占用的频带宽度，也相应地可以减少电波间干扰，并可以进而做到在一套收发信系统中同时传送四个电话话路。

因此自70年代以来全世界的短波通信逐渐都改用单边带通信。

（根据国际协议，短波通信使用单边带调幅方式（SSB），只有短波广播节目可以使用双边带调幅方式（AM））。

近年来，社会需求的发展和科技的进步，使短波通信日益向多功能化方向发展。

比如用于半自动优选频率的自适应功能和全自动优选频率的自优化功能，用于计算机和传真机的数据传输功能，用于保密和抗干扰的跳频功能，用于组网通信的数字选呼功能，用于卫星定位的GPS监控功能，用于连接有线网的有线无线转接功能等等。

丰富和扩大了短波通信的使用范围和模式。

短波通信虽然不可替代，但其存在的如下问题也极大地影响了用户的使用热情：
(1) 不易选择正确的频率。

(2) 背景噪音影响通话质量。

(3) 操作较为复杂。

3.2、ALE自适应技术：
频率自适应也称为链路自动建立，英文名称是Automatic Link Establishment，简称ALE，出现于20世纪70年代。

1988年10月，美国军方颁布了短波自适应通信的军用标准MIL-STD-188/141A；1990年，对应的联邦标准FED-STD-1045协议也正式出台，该协议又简称1045协议，已成为事实上的国际标准，这两种标准原理相同并互相兼容。

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。

3.3、ALE自适应技术优缺点：
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。

频率自适应技术的优点：
(1) 在预置频率组内自动优选频率，无需人工操作；
(2) 支持话音通信和多种数据通信；
(3) 有联邦标准（FED-STD-1045）规范，各厂家的ALE系统相互兼容。

但是基于FED-STD-1045标准的 ALE系统存在固有的局限性，探测呼叫大量占用网络通信时间：
电台工作在ALE状态时，要花费大量时间发送周期性的探测呼叫。

每个电台都在不断发送探测信号，向网内的其它电台提供数据，使它们得以评估ALE扫描组中各个信道在特定时间的通信质量，然后接收站将测评信息存储在链路质量分析数据库（LQA）中，频繁发送探测呼叫使正常通信受阻，因而减少了有效通信时间。

例如：网内20个台站，使用5个频率，每个探测呼叫用10秒钟，那么探测呼叫总共花费20 * 5 * 10 / 60 = 17分钟。

如果每小时进行一轮探测呼叫，整个网络的有效通信时间至少要减少四分之一。

进一步我们不难想到，网内电台越多，设置频率越多，有效通信时间就越少。

选择和适应频率的局限性：
ALE扫描组只能容纳十多个预置频率，预置频率是按经验选定的，实际通信时更好的频率可能被排除在外。

此外ALE系统无法跟踪快速变化的环境条件，测频信息的准确性随时间推移而下降，基于过时的测频信息所确认的当前工作频率自然也不会准确。

预设的频率不能自我更新：
ALE系统要求网内的每个电台都设置一组或几组相同的信道，如果需要在这些频率之外再变换其它频率将是非常困难的（这意味着分散在广大地域的电台都要重新设置自适应频率组）。

建立通信链路慢：
ALE系统在建立通信链路之前，要经过收发双方电台共同探测评估各个信道，进而确诊一个好频率。

这个过程常常要花费几十秒钟甚至更长时间。

不能快速建立通信，是ALE系统的一大弊端。

3.4短波通信组网方式
●固定频率通信网
目前，在军队所用的组网方式是固定频率通信网。

这种组网方式比较传统，通信稳定性差，也没有良好的抗干扰能力，其使用范围正逐渐缩小。

●频率自适应通信网
频率自适应通信网具有成熟的通信链路、组网和系统设备。

人们可以通过网内自适应电台，在预先设置频率点组中，进行线路质量分析，选择最好的频率，自动选择呼叫及预置信道扫描，从而建立起短波通信。

这种组网方式可以保证信道的质量，受到人们的广泛喜爱，
在世界各国应用广泛。

●短波跳频通信网
短波跳频通信网是短波通信网络的重要组成部分。

它是使通信信号的频率在一定带宽内快速随机跳变，使敌方侦察和干扰跟不上这种变化，无法施放干扰与监听。

从而达到抗干扰并保密的目的。

跳频的性能好坏,取决于频率点变化的多少(频率点越多,意味着信号带宽越宽)和频率点变化的快慢,即跳频速率。

跳频带宽越宽,跳速高,则侦察和干扰越困难。

目前,随着自适应跳频通信技术的逐渐成熟,短波跳频通信网将成为短波通信网络的重要组成部分。

●短波直接序列扩频通信网
短波直接序列扩频通信网有优良的抗干扰性能和抗截获性能。

是目前还不够成熟的技术，需要人们更多的试验与研究。

原理是将原来集中在信息带宽内的能量分散在带宽宽得多的扩频码序列带宽之内,使能量密度下降成千上万倍甚至低于接收机的噪声。

而在通信的接收端,用解扩的方法再将能量集中起来,实现正常的语音或数据的通信。

3.5短波通信的“盲区”
短波通信的盲区亦称“静区”。

盲区现象是短波无线电通信很难回避的问题。

在地波最远覆盖范围与天波最近反射区之间有一段所谓“盲区”。

在一方天线高架的情况下，盲区从数十公里的距离开始出现，大约在150—200公里处消失，从理论上说，在此区域内收不到任
何信号。

一是加大电台发射功率以延长地波传播距离。

二是选用高仰角天线（高射天线或喷泉天线），缩短天波第一跳落地的距离。

仰角是指天线辐射波瓣与地面之间的夹角。

仰角越高，电波第一跳落地的距离越短，盲区越少，当仰角接近90º时盲区就基本上不存在了。

当前的一些新的天线技术已部分解决了这一问题，在理论上的盲区内可建立沟通，只是信噪比差些而已。

在此区域内，适当降低工作频率，减少大地对电波的吸收，同时使仰角较大的电波能被电离层反射下来，可能会使信噪比状况有所改善。

在新式天线未出现之前，我们常用低架双极天线来解决近距离通信盲区问题，效果也不错。

3.6短波电台频率选择技巧：
由于电离层的高度及电子密度主要随日照强弱昼夜变化，因此工作频率的选择是影响通信质量的关键性问题，若频率太低，则电离层吸收增大，不能保证必须的信噪比，若频率太高，电波不能从电离层反射回来。

一般来说，选择频率应考虑以下原则：
（1）不能高于最高可用频率：
当通信距离一定时，可以被电离层反射回来的最高频率叫最高可用频率。

很明显，通信频率不能高于最高可用频率，否则电波将穿出电离层。

最高可用频率与电子密度有关，电子密度越大，最高可用频率越高。

电离层电子密度主要随时间变化，所以最高可用频率也随之变化。

其次，对一定电离层高度而言，通信距离越远，则电波入射角
也就越大，就是说最高可用频率越高。

但应注意，由于电离层电子密度是经常变化的，其最高可用频率不能保证每时每刻可靠反射电波，因此实际使用的频率为最佳工作频率。

经验说明，最佳工作频率约为最高可用频率的85%。

后面列出了我国南方夏季不同通信距离在不同时段的最高工作频率及最佳工作频率。

需要说明的是，后面所列的工作频率并非确定的准确频率，而是在此频率附近即可。

实际应用时，可从表列最佳工作频率向下1-2MHz 的范围内选取合适的工作频率，以适应不同的季节及地域。

（2）不能低于最低可用频率：在短波通信中，频率越低，电离层吸收越大。

当低到一定程度以致不能保证通信所必须的信噪比时，通信质量严重下降导致通信中断。

能保证最低所需的信噪比的频率称为最低可用频率。

根据经验，不同距离、不同时段的最低可用频率一般比相应的最佳工作频率低3—4MHz。

此外，频率为1.4MHz附近的电波可与电离层中自由电子的振动发生谐振，产生较大的谐振吸收。

所以天波通信时工作频率不应低于2MHz。

（3）一日之内适时改变工作频率：
原则上说，最低可用频率至最佳工作频率之间的频段可作为工作频率。

但是，这一频段在一昼夜之间是随时变化的，而电台的工作不可能随时变化。

实际工作中一昼夜内只改频1—2次。

在一段时间内只用一个频率，通常选日频、夜频各一个。

改频时间通常是在电离层电子密度变化急剧的黎明和黄昏时刻适时进行。

经验选择频率如下：
时段频率距离 500公里 1000公里 2000公里
0时最高可用频率 5.4MHz 7MHz 11.5MHz 最佳工作频率 4.6MHz 6MHz 10MHz 4时最高可用频率 5.3MHz 5.9MHz 7MHz 最佳工作频率 4.5MHz 5MHz 6MHz 8时最高可用频率 8.3MHz 11.8MHz 21MHz 最佳工作频率 7MHz 10MHz 18MHz 12时最高可用频率 18.8MHz 23MHz 33MHz 最佳工作频率 16MHz 20MHz 30MHz 16时最高可用频率 16MHz 21MHz 32MHz 最佳工作频率 14MHz 18MHz 28MHz 20时最高可用频率 9.5MHz 11.8MHz 18MHz 最佳工作频率 8MHz 10MHz 16MHz 24时最高可用频率 5.4MHz 7MHz 11.6MHz 最佳工作频率 4.6MHz 6MHz 10MHz
四、短波电台组网：
根据用户的具体需求，在省内组成一个互联互通的短波电台通讯网。

利用电台特有的选呼功能和电台自身的频率自适应技术，建立单个站点与多站点的联系模式或者单个站点与单个站点的联系模式，达到实现每个地州与省会以及地州之间的语音信息和数据模型的密切联系。

网络结构如下：
每个城市建设一个固定式短波电台站点，每个站点可以和其它任何站点进行实时的全方位联系。

也可以根据地州的具体的要求实现地州与地州之间的选择呼叫，以及地州与省会进行直接呼叫。

确保实现省会城市与各地州城市之间的信息传递畅通。

根据上述建立的短波通讯网络，利用目前多种先进的技术手段和二次开发的多种扩充设备，就能实现多功能传真收发、数据传输、有无线互联、电脑网络延伸覆盖等等。

五、组网设备介绍
5.1、TK-90：
建伍全新HF 单边带电台TK-90能接受任何崎岖地形的严峻考验。

建伍的TK-90是一台高性能短波电台，无论任何时何地均提供用户友
省会短波站点 地州短波站点 地州短波站点
地州短波站点 地州短波站点
地州短波站点 地州短波站点
好操作和可靠的通信。

新颖，轻巧的设计，先进的特点和分体式遥控头（选件），不但适合作为大型固定台、也最适合作为移动台和基地台使用。

调制方式: J3E, J2B(SSB), A1A(CW), A3E(AM), F1B(FSK)
TK-90体积轻巧：容易安装在车辆内或做基地台方式使用。

特别适用于设置低功率而外接电池和以太阳能供电的场合。

TK-90具有300个记忆信道设置功能：特大容量记忆体提供正常设置操作和监听频率。

每一信道均可编程12位数字字母作为名称。

带背光照明的LCD显示屏，令选择信道及其它操作更为容易。

具有高稳定度TCXO晶振：保证频率稳定，能工作于极严厉的温度变化环境里。

提供分体安装套件（选件）：可安装在任何类型车辆中。

控制头可连接7.6米电缆到发射机主机位置，因而可将主机安装在安全位置或隐藏在座位下面。

广角度：LCD 视野面板，在任何位置角度均操作如常。

悦耳宏亮的kenwood音色：将声音频率细分为更优美的音质和清晰度，应用在最富挑战性而环境嘈杂的短波HF通讯中。

6个可编程及带背光照明按键：可编程具体需要功能，让用户无论日夜均可容易操作。

100W长时间发射：为远距离通信打下信心。

双冷却风扇及特大的散热器，使散热效果更可靠，令发射输出更稳定。

长时间工作亦保持良好表现。

符合6种MIL-STD规格：包括冲击、震动、灰尘、淋雨水和盐雾—在最苛刻的条件下，保证有可靠的表现。

冷却风扇防尘。

遥控头符合IP54防尘和防水标准。

先进的安全及保安功能：包括在所有发射模式声音、CW及状态呼均可作紧急报警。

状态呼包括GPS位置报告（需连接GPS板）。

且TK-90带有不可擦除的电子机号，密码才能进入可重写暗藏留言区及读取编程参数，增加对用户资料的安全保护。

状态呼：提供70个预置状态号码作为简单的无声传讯，和50个可编程字母数字名称列表，作为状态信息显示。

自动连接建立（ALE）功能：由KPE-2（选件）选择自动建立最合适的信道进行连接，而优胜于操作员在剧烈的大气和强噪声情况下寻找频率。

数据插口：连接外置数据调制解调器（需配置KCT-39接口电缆）。

KCT-39接口电缆可作为传感器输入或控制其它外置设备。

选呼功能：个别选呼、组呼是HF通讯中一种理想设计，操作员可继续其它工作无需刻意值守电台。

TK-90选呼是与TK-80兼容及可处理999个身份码和可编程100个冠以字母数字名称的身份码列表。

容易安装的插口：方便配用选件VGS-1单元，及市售GPS接收板或语音整理板。

选件VGS-1语音知道和存储单元：作为报读信道数。

并提供四个15秒声音存储体作为备忘录音和信息发出。

并可记录来言—15秒X2
信道—作为无人接听应答（呼叫方必须发送状态呼请求激活）。

此外
连续的录音功能让你能播放最后30秒接收录音。

其它功能特点：
LCD光暗调整（高/低/关）
首选及正常扫描
最小音量设定
采用可升级Flash ROM
直接信道存取
直接频率输入（需配KMC—32/36话筒）
点火传感器（需配KCT—18/39电缆）
发射限时器
电脑遥控（需配KCT—31电缆）
开机文字
接收放大及衰减器
噪音抑制
VFO频率操作模式
微调
无线复制
声音控制发射
自台编程
电脑编程
5.2、三线宽带天线（AB230-25）：
具有高效、全频段、全方向、架设简单、抗强风的特点。

三线式天线的结构完全不同于宽带双极天线.它是一种性能优秀的新型短波基站天线,它采用独特的三线偶极结构,损耗小,辐射效率高,重量轻,全频带内保持低驻波比.三线式天线架设状态平稳彻底克服了普通宽带双极天线重心偏斜,随风摇摆,易损坏的毛病.不但保证通信效果的稳定,而且抗风能力强.实践证明:原来配用宽带双极天线的台站,换用三线天线后信号等级显著提升.此外三线天线造价较低,适合在我国推广应用,大面积提高短波通信的质量.
三线式天线可以选择两种架设方式(如下图示),分别适应不同的用途：
倒‘V’方式架设（用于全方向通信）
倒V架设是将天线中央部位悬挂在支撑杆顶端，两边斜向拉直，振子对地夹角约55°。

这种架设方式产生全方位辐射，而且兼顾水平极化波和垂直极化波，对外围各方向的水平天线、鞭状天线、环状天线的通信效果都很好，适合做中心站天线，配用125W电台通信半径可达1500公里。

天线长度为30米时，中央架高15米，两侧架高2米，间距18米。

平拉方式架设（用于定向通信）
这种架设方式在天线的宽边方向的辐射强于窄边方向（例如：东西向架设时，南北向为宽边），因此适合点对点，点对扇面定向通信。

配用125W电台最大通信距离可达2000~3000公里。

两侧支架高度以1/4波长为佳（例如：F=10MHz，支架最佳高度约7.5米），通常以常用频率的均值设计支架高度。

若受场地限制，也可以利用建筑物作为支架。