短波频段业余数字信号分析
短波频段业余数字信号分析
唐 艳，刘依卓
摘要：本文介绍了短波频段业余业务中几类常见的数字信号，分别从通信模式、信号特征和信号分析几个方面进行了阐
述，为后续开展短波业余数字信号监测积累了经验。
关键词：短波业余；数字通联；无线电监测d o I：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2018.12.020
中图分类号：TN92文献标示码：A 文章编码：1672-7274（2018）12-0065-04
Analysis for Amateur Digital Signals in Shortwave Band
Tang Yan, Liu Yizhuo
(The State Radio Monitoring Centre Harbin Station, Harbin, 150010)
Abstract: This paper introduces several common amateur digital signals in shortwave band from the aspects of communication mode, signal characteristics and signal analysis. It accumulates experiences for the following amateur digital signal monitoring in shortwave band.
Keywords: Shortwave amateur; digital communication; radio monitoring
1 引言
业余无线电是一种以无线电通联为方式、以无线电研究为目的的个人业余爱好而不涉及谋取利益。由于短波频段可以利用电离层反射进行全球通讯，因此，在这个频段上挤满了猎取远距离或稀有台的业余无线电爱好者。
业余无线电爱好者可以利用电台，以多种方式通联，常见的通联方式有语音方式、摩尔斯电码方式、无线电传方式、电视方式和数字方式。短波电台数字化，全球越来越多的爱好者利用数字方式进行通信，当前已形成多种技术成熟的数字通信体制（如Olivia MFSK、PSK 31、PACTOR、CLOVER等）。将电台与计算机连接起来，通过专门的软件，进行信息交换，数字通联方式极大丰富了业余无线电的内涵，但同时也给监测工作加大了难度。因此，本文研究了短波业余业务中几类常见的数字信号，进一步掌握了其通信模式、信号特征及分析方法。
2 Olivia MFSK
2.1 信号特征
Olivia MFSK是一种设计用于短波频段困难（低信噪比加多路径）条件下的业余无线电电传打
字机协议，使用多频移键控（MFSK）调制方式。Olivia模式通常被称为olivia X/Y，其中X表示传输的不同音频音调的数量，Y表示这些信号的带宽（单位赫兹）。常见的Olivia模式的如表1所示。
表1 常见的Olivia模式
按照惯例，业余电台利用Olivia 16/500或32/1000模式发起对话，一旦建立了通信，通信双方切换到另一种更适合当前传播条件的模式以继续对话。表2列出了业余无线电频段中Olivia 16/500和32/1000常用的中心频率。 2.2信号分析
本文使用WAVECOM公司的W61PC信号分析软件对Olivia MFSK信号进行分析。首先，利用CCC功能进行信号的自动分类与模式识别，如图1所示，在确认为Olivia MFSK信号后，选择 HFMODE中的OLIVIA模式进行解码。进入解码状态
后，需根据识别出的Olivia模式选取带宽值和音调数量，并设置为国际电报字母表ITU-5，解码内容如图2所示，为业余电台的通联呼叫。
3 PSK 31
3.1 信号特征
PSK 31是一种业余无线电爱好者建立的优秀窄带数字通信方式，其波特率为31.25Bd ，使用DPSK差分相移键控调制方式，包括DBPSK和DQPSK两种。PSK 31使用极窄的带宽来实现高性
能的数据传送，尤其在干扰很大的情况下也能建立可靠通信。其这一特性在当今干扰严重的短波频段有着重要意义。
PSK 31最常用的通联频率是14.070MHZ，此外，在其他波长频段上也可以发现PSK 31信号，表3列出了一些常用的中心频率。为了进一步改善误码
率和多径、衰减、多普勒等传输影响，业余无线电
爱好者还建立了其他几种方式，如PSK 63 FEC、PSK125 FEC和PSK 220 FEC。 3.2 信号分析
现在主流的信号分析软件如W61pc、go2signal以及业余爱好者开发的DIGIPAN等，都可以对PSK 31信号进行分类识别与解码。本文使用W61PC对该类信号进行分析，分类与模式识别结果如图3所示。信号解码时，需根据上步识别结果设置解调方式为
DBPSK，同时设置国际电报字母表ITU-5，如图4为PSK 31信号的解码信息。
4 PACTOR
4.1 信号特征
PACTOR是一种脉冲式短波数字通信模式，被业余无线电爱好者、海上无线电台使用。与PSK31、OLIVIA MFSK等模式相比，PACTOR在工作时不发送连续的数据流，而是以脉冲的形式发送不连续
的小数据包。PACTOR采用记忆式ARQ传输方式，与传统方式相比大大提高了通信效率。
目前PACTOR有四个版本，包括PACTOR I、II、III和IV ，所有版本都具有向后兼容性，逐步的升级演进使得传输速率大大提升。PACTOR I与SITOR模式类似，采用FSK调试方式，频偏为200Hz ，波特率为100 Bd和200BD；PACTOR II速率比PACTOR I快7倍，使用DPSK调制方式（包括DBPSK、DQPSK、8-DPSK、16-DPSK四种），使用2路子载波（如图5所示），相邻子载波间隔为200HZ，波特率为100BD；PACTROR III支持六种速率等级（SLV1至SLV6），SLV6速率最高为3600比特每秒，使用18路子载波（如图5所示），中心频
率为1500Hz，最大占用带宽为2.2khz，任何速率等
级下波特率都为100BD；PACTR IV是最新开发的版本，可支持十种速率等级。 4.2 信号分析
PACTR I是开放的技术，而三种改进版本
PACTOR II、II和IV是非开放的，这些模式的调制解调器来源唯一且成本相对较高，价格因素使许多潜 在用户望而却步。W61PC软件具备对PACTR I、II、III
的分类识别和解码能力，本文主要对应用更广泛的
PACTR I信号进行分析解码。首先检测频谱、波特率、带宽和中心频率等特征参数，如图6所示分类器识别得到信号为FSK信号、波特率为200BD，再通过CCC功能进行分类与模式识别，图7所示为PACTOR I模
式，最后选取对应的通信模式解码，业余无线电业
务对应的CRC校验码为0X0000，国际电报字母表为ITU-5，解码如图8所示。
5 Clover
5.1 信号特征
Clover II使用4路子载波，相邻子载波间隔125Hz，波特率为31.25bd ，频谱特征如图9所示。Clover 2000传输速率相比Clover II有了很大提高，在不进行数据压缩的情况下，Clover 2000的
传输速率可以达到2000比特每秒，并且带宽控制在2000Hz之内（500~2500hz）。clover 2000保留了ARQ控制机制，可以根据当前信道质量来调节信号。Clover 2000有五种调制方式，包括BPSM、QPSM、8PSM、8P2A和16P4A。BPSM适用于信号微弱或强干扰情况，而16P4A则适用于信道质量较好的情况。Clover 2000采用8路子载波并行传输，中心频率为1500Hz，相邻子载波的频率间隔为250Hz，频谱特征如图9所示。 5.2 信号分析
W61pc软件具备对clover II、2000的分类识别和解码能力，本文对更复杂的Clover 2000信号进行识别分析。首先，进行自动分类与模式识别，
如图10所示，选择Hf-mode中的clover 2000模式解码，然后进行参数调整，包括中心频率设置为
1500HZ、CRC校验码为0X0000、国际电报字母表
为ITU-5，解码如图11所示。
6 结束语
本文对短波业余频段中常见的四类数字信号 进行了介绍，详细阐述了其通信模式、信号特征和分析方法，希望能够给无线电监测工作同行一些启发。业余频率是爱好者公用的频率，加强短波业余频段数字信号的监测分析，有助于提高业余频段的监管水平，保证频谱资源的合理利用。
参考文献
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