浅谈短波业余电台通信覆盖范围预测方法

Radio Wave Guard
电波卫士
DCW
37
数字通信世界
2019.01
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%（下转第98页）
浅谈短波业余电台通信覆盖范围预测方法
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）
摘要：本文介绍一种利用短波天波传播仿真软件对短波业余电台通信覆盖范围预测的方法，希望给业余无线电爱好者在短波频段
通信时带来一些灵感。

关键词：短波业余电台；通信覆盖范围；预测方法doi ：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2019.01.018中图分类号：TN924 文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2019）01-0037-02
Analysis of the Prediction Method for Communications Coverage of
Short-Wave Amateur Radio Stations
Chen Chuhao，Yu Gan
（1.Beijing No.5 High School ，Beijing ，100007；2.The State Radio Monitoring Centre ，Beijing ，100037）
Abstract ：This paper introduces the method for predicting the communications coverage of short-wave amateur radio stations by using the simulation software of short-wave sky wave propagation ，We hope to bring some inspiration to amateur radio enthusiasts when communicating in the shortwave band.
Keywords ：Short wave amateur radio ；Communications coverage ；Prediction method
分析
Technology Analysis
D
I G I T C W 技术
98DIGITCW
2019.01
（2）对于宽度较大的地下停车场，可以采用两侧墙壁上交替安装定向壁挂天线或对数周期天线与中间交错布放全向吸顶天线相结合的方式覆盖，避免天线主瓣正对立柱。

（3）进出口分为直道和弯道两种情况。

①直道的场景结合天线的实际安装条件，宜采用定向壁挂天线或对数周期天线的方式覆盖；无法安装定向壁挂天线或对数周期天线时，采用全向吸顶天线覆盖。

②弯道一般采用定向壁挂天线或对数周期天线覆盖，安装位置一般控制在弯道附近。

3.2.3 大厅
为了保证覆盖效果，同时避免室内信号泄露室外的信号过强，在大厅纵深较浅的情况下，可以通过电梯厅的全向吸顶天线兼顾覆盖，在大厅纵深较深的情况下，可以通过定向壁挂天线主瓣朝向电梯厅、背瓣朝向门口方向进行覆盖。

3.2.4 平层
住宅小区的平层覆盖针对多层小区和高层小区分别采用不同的覆盖方式。

（1）多层小区。

对于多层小区（含别墅区）的平层覆盖，一般优先采用室外板状天线（根据业主要求定制美化类型）覆盖，对于楼间距较近的多层小区可采用对数周期天线做覆盖。

天线位置根据楼宇结构有所不同：对于楼层较高（8层以上）、环境较为封闭的小区，天线可以布放在楼顶，向下覆盖整个小区；
对于楼层较低（4-6层）、小区内具备管道或地面开挖条件能够布放馈线，可以用路灯杆的方式，用美化天线从下向上覆盖楼宇；对于不具备地面走线条件的小区，可以将天线安装在低层楼宇的外墙上，向上覆盖楼宇。

（2）高层小区。

对于高层小区的平层覆盖，采用室内外分布系统相结合的方式，室外分布系统以覆盖住户的窗边为主，室内分布系统以覆盖电梯厅和住户内除窗边之外的其他区域为主，室内外覆盖区相互补充，保证住户家中的深度覆盖。

3.2.5 小区划分
（1）小区划分原则。

由于住宅小区的室内平层面积较小，室外部分的面积较大，故采用水平分区的方式进行小区划分，电梯与所属的楼栋划分为同一小区。

（2）地下停车场的分区。

①整个小区的地下室为一个停车场且平层面积较大，则可以进行水平分。

②若小区的地下室分为多个相互独立的停车场，在地上小区容量足够的情况下，可与地上平层划分为同一小区，若地上小区容量不足，可将其划分为单独的小区。

3.2.6 小区切换
（1）住宅小区内规划多个小区覆盖时，切换区域尽量充分利用绿化带和建筑物隔离。

（2）地下停车场进出口有较大弯道的出口，天线一般采用定向壁挂天线或对数周期天线向外进行覆盖，安装位置一般控制在弯道附近，确保能将室内外信号良好衔接，保证合理的切换带。

（3）对于较直的地下停车场进出口，可以结合现场的安装条件，宜采用定向壁挂天线或对数周期天线进行覆盖，保证合理的切换带。

（上接第37页）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。

表1
短波业余电台参数设置范例
图2 短波业余电台通信覆盖范围范例图
4 结束语
短波通信是业余无线电爱好者进行远程通信的重要手段之一，短波传播主要利用电离层实现信息传输，由于电离层参数是时变的，所以计算是相当复杂的。

业余无线电爱好者在通信前利用短波传播仿真软件对通信覆盖范围预测，得到较准确的预测结果，在通信前做到心中有数，不失为一种好方法。

参考文献
[1] 谢益溪.无线电波传播—原理与应用[M].北京：人民邮电出版社，2008.[2] 胡中豫.现代短波通信[M].北京：国防工业出版社，2005.
[3] 中华人民共和国无线电频率划分规定.工业和信息化部无线电管理局，2018中文版.
[4] 王林志，谢绍斌.基于ITS 的短波链路频率指配与电磁计算[J].空军工程大学学报（自然科学版），2006，（3），77-81.
（上接第117页）
3.3 小结
由上述3个案例可以看出，对于北京这种宏站覆盖已经基本完善的城市，还是存在很明显的室内深度覆盖不足问题，通过部署微站和新型室分，可以大大弥补宏站的不足，有效的改善LTE 无线网络覆盖效果。

4 结束语
随着用户对数据业务的依赖性越来越强，对数据业务连续使
用性要求越来越高，进行LTE 无线网络深度覆盖就成为了运营商重点关注的问题，而微站和新型室分的得体应用恰好解决了这
一难题。

微站和新型室分成为基础宏站和传统室分建设的有效补充手段，通过这种宏微协同、室内外协同的方式进行LTE 无线网络建设，为提升用户感知，增强用户粘度给予了重要保障。

参考文献
[1] 彭玉琨，艾秀青，贾竞伟.TD-LTE 深度覆盖解决方案研究[J].中国新通信，2015（3）：53-53.
[2] 聂君，门里，钟声，王瑞卿.LTE 深度覆盖技术演进与方案选择[J].邮电设计技术，2016（10）：33-37.
[3] 刘金科，黎建波.LTE 微基站应用分析[J].移动通信，2015（7）.。