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1、船舶交通管理电子系统(第二章)2021/9/241 第二章第二章 VHF通信子系统通信子系统2.1 概述概述一、主要作用一、主要作用 提供VTS中心与其管理水域内的船舶间的正常、有效的通信联系。2021/9/242二、系统的组成二、系统的组成公众网VTS中心VHF收发机VHF通信规则系统工作程序2021/9/243三、为何采用三、为何采用VHFVHF通信子系统通信子系统1、通信距离适合VTS管理水域范围；2、电波传播稳定；3、设备体积小、频带宽、费用低。四、主要业务及服务对象四、主要业务及服务对象1、海上安全业务；2、呼叫业务3、港区工作业务；4、船舶移动业务；5、公众通信业务。服务对象：VT
2、S管理水域内的所有具备VHF通信能力的船舶。2021/9/2441、系统构成、设备性能及系统工作程序应符合相应的规则、标准、建议和报告；五、基本要求五、基本要求1）国际电信联盟（ITU）的无线电规则；2）国际无线电咨询委员会（CCIR）的建议和报告；3）IMO国际海上人命安全公约；4）国际海事组织的VTS指南中的有关章节。3、服务范围应覆盖VTS的管理水域。2、能够24小时连续工作；2021/9/2451、单工（单频）方式、单工（单频）方式六、通信方式六、通信方式特点：设备简单，功耗小。但操作不便，在同一地区多个电台使用临近频率时，相距较近的电台会产生严重的干扰。要求同一电台的收发机或者使用两
3、副天线，或者使用一幅天线加上天线双工器。2、双工（双频）方式、双工（双频）方式特点：与普通电话使用相似，操作方便，但功耗大2021/9/2462.2 VHF通信子系统的设备组成及技术性能一、设备组成一、设备组成IDF中间配线盘IDF录音机MBX交换机遥控台VHF控制台天线公用器VHFTX1（1+1）VHFTX2（1+1）VHFTX5（1+1）VHFRX（5+5）专用扩展线公众电话网2021/9/247数字自动交换机/话路分配阵列通信面板1数字微波线路DDN线路 系统维护和话音记录服务器天线 天线LAN天线本地VHF收发机 遥远VHF收发机 遥远VHF收发机 通信面板2通信面板3通信面板4通信面
4、板n数字微波2021/9/2482021/9/249二、系统主要性能指标二、系统主要性能指标1、系统性能指标、系统性能指标1)环境适应性环境适应性保证性能温度：0C +50C；保证工作温度：-10C +55C；运输和储存温度：-20C +60C；相对湿度：+35C时，95%以下。2)系统可靠性系统可靠性MTBF:20000小时以上。2021/9/24103）工作频道）工作频道 频道 基地台发射频率 基地台接收频率 通信方式 （MHz）（MHz）CH16 156.800 156.800 单工CH66 160.925 156.325 双工CH67 156.375 156.375 单工CH69 15
5、6.475 156.475 单工VHF水上移动频道从156.025MHz157.425MHz，160.625MHz162.025MHz 共划分为57个频道。相邻频道间隔为25kHz。2021/9/24112、天线、天线垂直天线，垂直极化。方向性图：水平面内为圆；垂直面内为“8”字形。天线增益：发射天线：6dBi；接收天线：7dBi。天线水平面方向性图 垂直面方向性图 天线带宽：发射天线：6MHz，（6dBi）；接收天线：1MHz，（7dBi）。天线阻抗：50。电压主波比：1:1.5。2021/9/2412天线增益单位：天线增益单位：功率增益的单位一般用dBi表示，有时也用dBd表示。两者都是相
6、对值，但参考基准不一样。dBi的参考基准为全向天线；dBd的参考基准为偶极子。一般认为dBi和dBd表示同一个天线的增益时，用dBi表示的值比用dBd表示的要大2.15（dBi）,即 0dBd=2.15dBi 2021/9/24132021/9/24142021/9/24153、天线共用器、天线共用器*衰减（插入损耗）：发射：9dB；接收：0dB。4、发射机、发射机射频输出功率：25100W；频率范围：150MHz水上移动通信频段；频率稳定度：1010-6；频道间隔：25kHz；最大频偏：5kHz；设备数量：每个频道两部（1主1备）。2021/9/24165、接收机频率范围：150MHz水上移
7、动通信频段；中 频：第一中频：10.7MHz；第二中频：455kHz；灵敏度：一般优于-6dB(0.5v)(200dB静噪)；频率稳定度：1010-6；带宽：6dB时大于12kHz；选择性：一般优于在70 dB时小于25kHz；互调抑制：大于70 dB；抗阻塞：大于90dB。2021/9/24176、交换机专用线（内线）用户容量：(如20个)；干线容量：（如5个）；操作：人工/自动；电路阻抗：专用扩展环路阻抗：500；干线环路阻抗：500。7、控制器控制频道数：音频输入信号电平：0dBm3dB（来自接收机）；音频输出信号电平：-8dBm3dB（进入发射机）监听输出电平：1w（8扬声器）；202
8、1/9/2418控制项目：发射开/关；频道选择和话筒选择；选择工作或准备单元；监视项目：接收状态；占用工作频道情况。8、遥控器、遥控器 9、录音设备、录音设备录音通道数；连续记录时间。音量控制、静噪控制；2021/9/24192.3 VHF岸台服务区域岸台服务区域一、区域划分一、区域划分r0散射区干涉区：视距r0以内的（0.60.8）r0范围；绕射区：视距所对应的接近天线所在点左右的（0.20.4）r0；散射区：绕射区以外的部分。绕射区干涉区视距r0：；hAhB2021/9/2420二、系统设计计算二、系统设计计算 1、无线可通率又称通信概率。移动台在无线电覆盖区边缘和覆盖区域内话音质量达到规
9、定要求的概率。城市：90%，农村：50%，专网：95%2、话务量单位时间（1小时）内平均发生的呼叫次数和每次呼叫平均占用信道时间S的乘积，单位为Erl(爱尔兰)。说明：如果1小时内信道全部被占用，则这个期间的话务量为1 Erl，当每信道话务量0.7Erl/1（Erl/1指每信道爱尔兰数）时，话务就会有溢出，BSC（基站控制器）接通率就会下降。（话务量就是1小时内被占用的时长）2021/9/24213、系统余量、系统余量 在绕绕射射区区，由于电波的绕射作用，可能使通信距离大于视距。这种可能程度用系统余量系统余量来表示。系统余量（SM）=系统总增益（SG）-系统总损耗（SL）SG=PT+G1+G2
10、-Pmin SL=Lp+Ln+Lt+Lr 式中，PT：发射功率；Gi：天线i增益(i=1,2)；Pmin：接收机灵敏度；Lp：路径损耗；Ln：噪声环境损耗；Lt：发射设备损耗；Lr：接收设备损耗。2021/9/2422例题 已知，h1=170米，h2=10米。岸台PT=100w，G1=6dB，G2=0dB，接收机灵敏度=0.5v。R=80公里时，可求得：路经损耗=114.6dB，噪声环境损耗=5.5dB，地面绕射损耗为31.3dB，设障碍物损耗为0dB，发射机馈线损耗为1dB，接收机馈线损耗为0.5dB，发射机绝缘装置损耗为4.5dB，接收机绝缘装置损耗为1dB，发射天线共用器损耗为3.9dB
11、。求算系统余量（天馈系统为50系统）。解：（1）验证通信距离与视距的关系或80km=（1+19%）r0，位于绕射区。（2）系统总增益计算SG=PT+G1+G2-Pmin=20dB+6dB+0dB-（-143dB）=169dB2021/9/2423（3）系统总损耗计算）系统总损耗计算SL=162.3dB，（4）系统余量计算）系统余量计算SM=SG-SL=169dB-162.3dB=6.7dB0dB结论：系统设计具有富余量。结论：系统设计具有富余量。2021/9/24242.4 频率选择与互调干扰频率选择与互调干扰一、一、无线电频谱的特性无线电频谱的特性1、是非消耗性资源2、具有三维性质（空间、时
12、间和频率）3、易受污染4、是全人类的共同资源二、有效利用频谱的主要技术措施和管理措施二、有效利用频谱的主要技术措施和管理措施1、技术措施、技术措施1）缩减频道间隔和保护带；2）减少不必要的发射；3）采用自动通信技术，缩短发射时间，提高通信效率。2021/9/24252、管理措施、管理措施（1）制定频道规划，有序地使用频率；（2）均匀分配频率；（3）改革呼叫程序，缩短呼叫时间。3、两种基本方法、两种基本方法 1）频道的有效利用；2）频谱的有效利用；（1）压缩频道间隔；（2）采用窄带调频（NBFM）；（3）超窄带调频（SBFM）；（4）单边带调频（SSB）；（5）宽带多址技术（扩频技术、数据传输技
13、术、时分多址技术等）。2021/9/2426三、三、VHF水上移动通信的频率范围和频率选择方法水上移动通信的频率范围和频率选择方法1、频率范围、频率范围ITU无线电规则规定：156174MHz156.025MHz157.425MHz，160.625MHz162.025MHz 共划分为57个频道，频道间隔为25kHz2、选择频率应考虑的因素、选择频率应考虑的因素1）通信业务；2）邻近VHF岸台的频道使用情况；3）避免互调干扰。2021/9/2427四、干扰类型和抑制方法四、干扰类型和抑制方法1、干扰类型、干扰类型1）同频干扰；2）互调干扰。2、三阶互调干扰、三阶互调干扰设 fA,fB,fC和fD
14、为四个VHF工作频率，若：2fA-fB=fC两信号三阶互调 或 fA+fB-fD=fC 三信号三阶互调3、无三阶互调干扰频道组、无三阶互调干扰频道组在一个多频道移动通信系统中，频距互不相等的频道组称为无三阶互调干扰频道组。2021/9/2428无三阶互调频道组的构成规律：无三阶互调频道组的构成规律：频道组内任意两个频道的序号之差不重复（相邻两个频道的频率间隔为25kHz）。设 f1=163.200MHz；f2=163.225 MHz；f5=163.300MHz；f10=163.425MH；f12=163.475MHz。2021/9/2429设 f1=163.200MHz；f2=163.200+
15、0.025=163.225 MHz；f5=163.200+0.0254=163.300MHz；f10=163.200+0.0259=163.425MH；f12=163.200+0.02511=163.475MHz。12510121352491181072021/9/24302.5 VHF通信设备通信设备一、岸台天线一、岸台天线1、天线形式、天线形式 半波对称振子、半波对称折合阵子、不对称半波振子等，或由它们构成的垂直天线阵。2021/9/24312021/9/24322、金属支撑杆的作用、金属支撑杆的作用单折合振子：Zin=300；单半波对称振子：Zin=75。振子靠近金属杆时：当间距为0.1
16、0.25时，300100200；752550。dZin/2Zin/22021/9/24333、馈电、馈电 用同轴线直接馈电或经对称/不对称变换后进行馈电。4、收发天线隔离度、收发天线隔离度设发射功率为PT，此功率被接收机接收的功率为PR，则接收隔离度：K(dB)=10lg(PT/PR)(dB)8mArAt2021/9/2434 当甚高频海岸电台的天线垂直分隔安装时，天线间所需最小距离可根据下式计算：I=39.557lgH+28式中，I为隔离度(dB)；H为上面天线的底部与下面天线的顶部间所需的最小距离(m)。当I为40db时，H约为2m。HArAt式中的隔离度I可由下式计算：I=137+101
17、g PT+201gS/lv-In 式中，PT为干扰发射机的辐射功率(W)；S为受干扰接收机的灵敏度(v)；In为受干扰接收机的某项抗干扰指标(dB)。2021/9/2435二、天线共用器二、天线共用器作用：减少天线数量。类型：发射天线共用器；接收天线共用器；收发天线共用器。1、发射天线共用器、发射天线共用器1）定向耦合器型）定向耦合器型3dB定向耦合器14321口入，2、4口平分能量；3口入，2、4口平分能量；1、3口相互隔离（25dB）；2、4口相互隔离（25dB）。2021/9/24363dB定向耦合器3dB定向耦合器3dB定向耦合器20dB0.8dBf1TX1f2TX2f3TX3f4TX
18、4四发射机天线共用器发射机之间的耦合损耗：TX1、TX2间：Ac=0.8+25+20 46dBTX1、TX3间：Ac=0.8+3+25+3+20 52dB特点：特点：结构简单，体积小，工作稳定，对本站相邻发射机干扰小。但传输损耗大（发射机越多，损耗越大），只适用于工作频率较少的系统。2021/9/24372）空腔谐振器式天线共用器空腔谐振器式天线共用器构成：由空腔谐振器、环形器和分支耦合回路构成。高Q谐振腔f0f0Lff0+25kHz2021/9/2438合路器20dB0.8dBf1TX1f2TX2f3TX3f4TX4合路器合路器正向损耗一般为4dB。特点特点：（1）信号传输损耗小，且与发射机
19、数量无关；（2）结构复杂，体积大，稳定性差；（3）加工工艺要求高；（4）只适用于发射机之间频距较大的场合。2021/9/24392、接收天线共用器、接收天线共用器1）作用）作用 将接收天线收到的高频信号功率均匀分配给各接收机，并保证与各接收机之间的良好匹配。2）基本构成）基本构成由公共放大器、功率分配器、带通滤波器组成分路器混合器公共放大器公共放大器功 率 分 配 器 RX1RX2RX3RXn2021/9/2440分路器混合器公共放大器公共放大器功 率 分 配 器 RX1RX2RX3RXn公共放大器：公共放大器：补偿信号在分路过程中所造成的损耗。n台接收机共用一幅天线，经功率分配器后，每台接收
20、机所分配的有用信号功率将下降：L(dB)=10 lg n (dB)2021/9/2441对公共放大器要求：a）具有低的噪声系数；b）动态范围大，线性好；c）具有宽频带特性，且对所有接收机所呈现的增益一致；d）增益应保证信噪比和减少互调干扰的要求；e）可靠性高，必要时用两台公共放大器并行工作。2021/9/2442三、发射机主要性能指标三、发射机主要性能指标1、载波输出功率、载波输出功率发射机无调制时送给测试负载的功率。2、频率稳定度在一定时间间隔，载波频率相对于额定频率变化的最大值fmax。通常用相对频率稳定度表示：Mf=f/f0 2021/9/24433、邻道功率、邻道功率 发射机在规定的调
21、制状态下工作时，其输出落入邻近频道内的功率。用其与发射机载波功率的比值表示。4、寄生辐射、寄生辐射 发射机所产生的有用功率以外的辐射。5、发射互调、发射互调 由发射机末级放大器非线性使多个信号相互混频，并产生辐射，造成互调干扰。2021/9/24446、辐射带宽、辐射带宽发射机辐射功率99%的成分所占据的带宽。7、调制特性、调制特性1）调制灵敏度：标准调制时所需的1KHz音频调制信号的电动势。2）调制频率特性：发射机的音频响应，即频偏与调制信号频率间的关系。3）调制线性：使用规定的调制频率（1KHz）时，已调波的频偏或相偏与调制信号电平间的函数关系的线性度。2021/9/2445四、接收机主要
22、性能指标四、接收机主要性能指标1、灵敏度2、邻道选择性3、调制接收带宽4、寄生响应抑制5、互调抑制度（互调抗拒比）抑制造成互调干扰的两个或多个干扰信号的能力。6、音频输出功率2021/9/2446五、收发机的组成五、收发机的组成1、发射机发射机（1）倍频放大结构倍频放大结构话音加工电路相位 调制器 倍频器功率 放大器 频率 合成器 （间接调频）话音加工电路温补晶 振调制 倍频器功率 放大器 （直接调频）2021/9/2447（2）混频放大结构混频放大结构特点说明：话音加工电路调频 振荡器 混频器功率 放大器 频率 合成器 倍频放大型：调频频偏较小，调制线性容易保证，杂散辐射小，结构简单。混频放
23、大型：频率稳定度由频率合成器保证，调制线性、频偏由调频振荡器保证。2021/9/24482、接收机接收机高频放大器：高频放大器：高增益、低噪声，提高整机灵敏度和前端选择性；限幅器鉴频器 去加重网络音频 放大器 高频 放大器混频器 I 滤波器中放I混频器 倍频器 滤波器中放频率 合成器 静噪 电路 中放中放：高增益、低噪声，提高整机灵敏度和前端选择性；中放中放：获得所需的邻道选择性和带宽以及陡峭的鉴频特性。2021/9/2449第二章思考题第二章思考题1、简述VHF通信子系统在VTS中的作用、服务对象、系统组成、通信方式和对它的基本要求。2、说明VHF通信子系统设备的组成和主要性能指标。3、VH
24、F子系统服务区如何划分？什么是通信容量？如何计算？4、无线电频谱有哪些特性？有效利用频谱的主要技术措施和管理措施有哪些？5、VHF通信干扰有哪些？什么是三阶互调干扰？产生三阶互调干扰的原因有哪些？如何避免或减小三阶互调干扰？6、VHF岸台天线一般采用何种形式？如何避免收发天线间的相互影响？评价收发天线间相互影响程度的指标是什么？7、天线公用器的作用是什么？有哪几种？如何构成？各有何特点？发射机间的相互隔离如何计算？8、简述VHF收发信机的基本结构和特点。2021/9/24509、设计一个具有2个频道的VHF系统，已知发射功率PT为25W，接收机抗干扰能力In为3db，接收机灵敏度为0.5V（天
25、馈系统为50系统），如果收发天线垂直架设，试确定收发天线的最小垂直间距。10、设计一个由四个频道组成的VHF通信系统的3分贝定向耦合器式发射天线供用器，画出其结构图，并计算1）插入损耗；2）发射机间的隔离损耗（耦合损耗）。11、设计一个VHF系统，已知，h1=169米，h2=9米。岸台PT=100w，G1=6dB，G2=0dB，接收机灵敏度=0.5v。R=80公里时，可求得：路经损耗=114.6dB，噪声环境损耗=5.5dB，地面绕射损耗为31.3dB，设障碍物损耗为0dB，发射机馈线损耗为1dB，接收机馈线损耗为0.5dB，发射机绝缘装置损耗为4.5dB，接收机绝缘装置损耗为1dB，发射天线共用器损耗为3.9dB。求算系统余量（天馈系统为50系统）。2021/9/2451