我國(guó)短波應(yīng)急通信用頻與監(jiān)測(cè)研究

王心塵，陳曉麗，葉淋美

（國(guó)家無(wú)線電監(jiān)測(cè)中心福建監(jiān)測(cè)站，廈門(mén) 361004）

1 引言

短波應(yīng)急通信能在基礎(chǔ)通信設(shè)施損壞的情況下，利用低成本手段保證長(zhǎng)距離的通信，對(duì)幅員遼闊的我國(guó)而言具有很高的戰(zhàn)略?xún)r(jià)值[1]。隨著我國(guó)科學(xué)技術(shù)水平的不斷提升和“一帶一路”國(guó)家戰(zhàn)略的持續(xù)推進(jìn)，加強(qiáng)短波應(yīng)急通信的實(shí)施，提升應(yīng)急通信能力對(duì)我國(guó)國(guó)防建設(shè)、應(yīng)急救援、搶險(xiǎn)救災(zāi)等工作意義重大。

然而，當(dāng)前我國(guó)短波應(yīng)急通信的規(guī)劃、實(shí)施及監(jiān)管上均存在不足[2]，短波應(yīng)急用戶(hù)對(duì)頻率的指配流程缺乏了解，違規(guī)用頻較多。無(wú)線電管理部門(mén)則對(duì)用戶(hù)需求了解不足，對(duì)用頻情況也缺乏監(jiān)測(cè)和跟蹤。因此，有必要參考國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家的成熟做法，進(jìn)一步整合和優(yōu)化我國(guó)短波應(yīng)急通信的用頻。

2 美國(guó)短波應(yīng)急通信調(diào)研

2.1 用頻規(guī)劃

《美國(guó)頻率劃分規(guī)定》對(duì)應(yīng)急通信的頻率分配符合ITU的頻率規(guī)劃，其中短波應(yīng)急用頻包括阿拉斯加應(yīng)急通信（載波頻率5167.5kHz，工作頻率5168.9kHz）和美國(guó)本土應(yīng)急通信（13360-13410kHz）。《聯(lián)邦戰(zhàn)略頻譜計(jì)劃》是基于15個(gè)聯(lián)邦部門(mén)的頻譜計(jì)劃撰寫(xiě)的無(wú)線電使用情況報(bào)告。報(bào)告中提及了大量美國(guó)政府部門(mén)的應(yīng)急通信情況及需求，其中短波應(yīng)急通信應(yīng)用情況如表1所示[3]。

表1 美國(guó)聯(lián)邦部門(mén)短波應(yīng)急通信應(yīng)用情況

此外，美國(guó)也在積極探索更靈活的應(yīng)急頻率指配方法，以取代低效的行政命令指配方式，如1997年，美國(guó)聯(lián)邦通信委員會(huì)（FCC）通過(guò)行政命令取消了20個(gè)分立的無(wú)線電服務(wù)，而將頻率重新整理為“公共安全池”（the Public Safety Pool）及“工業(yè)/商業(yè)池”（the Industrial/Business Pool），從而提升了頻率的使用效率。

2.2 短波應(yīng)急通信項(xiàng)目

美國(guó)典型的短波應(yīng)急通信項(xiàng)目包括SHARES短波無(wú)線電項(xiàng)目、FEMA全國(guó)無(wú)線電系統(tǒng)以及華盛頓州的短波應(yīng)急項(xiàng)目[4]。

SHARES短波無(wú)線電項(xiàng)目（以下簡(jiǎn)稱(chēng)SHARES）由國(guó)土安全部國(guó)家通信協(xié)調(diào)中心（NCC）管理，項(xiàng)目提供了常規(guī)通信方式（如固定電話或蜂窩通信）失效時(shí)，利用短波無(wú)線電資源傳輸關(guān)鍵信息、開(kāi)展協(xié)調(diào)工作的方案。SHARES覆蓋了全美50個(gè)州、哥倫比亞特區(qū)以及少數(shù)海外區(qū)域的104個(gè)聯(lián)邦、州和工業(yè)組織，超過(guò)1400個(gè)短波基站，包含近500個(gè)應(yīng)急計(jì)劃和響應(yīng)個(gè)人，提供200個(gè)可用的短波信道。成員自愿參與并提供24小時(shí)服務(wù)，發(fā)送消息無(wú)優(yōu)先等級(jí)。用頻方面，每個(gè)SHARES操作事件最多有4個(gè)協(xié)調(diào)頻率可用，頻率將從國(guó)防部授權(quán)的頻率中選擇，并通過(guò)“應(yīng)急準(zhǔn)備通知”進(jìn)行通知。

FEMA全國(guó)無(wú)線電系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱(chēng)FNARS）是全國(guó)性的短波自動(dòng)鏈路建立（ALE）網(wǎng)絡(luò)，可以通過(guò)語(yǔ)音、電話和電子郵件等方式直接從災(zāi)區(qū)感知實(shí)時(shí)態(tài)勢(shì)支持決策，是聯(lián)邦、州和地區(qū)各級(jí)政府準(zhǔn)備或響應(yīng)國(guó)家安全和應(yīng)急準(zhǔn)備（NS/EP）事件的主要非保密連續(xù)性通信方案。FNARS由國(guó)家無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)（NRN）、區(qū)域無(wú)線電網(wǎng)絡(luò)（RRN）和國(guó)家緊急協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)（NECN）三個(gè)網(wǎng)絡(luò)組成（圖1），包含120多個(gè)固定、移動(dòng)和可搬移的短波無(wú)線電臺(tái)，在80多個(gè)地點(diǎn)開(kāi)展業(yè)務(wù)，包括山地氣象應(yīng)急行動(dòng)中心（MWEOC）以及州和地區(qū)國(guó)家緊急行動(dòng)中心（EOC）。用頻方面，F(xiàn)NARS可以為聯(lián)邦、民用和愛(ài)好者提供短波無(wú)線電系統(tǒng)接口、支持緊急警報(bào)系統(tǒng)（EAS）主要入口以及提供短波應(yīng)急頻率。

圖1 FNARS網(wǎng)絡(luò)分布

區(qū)域應(yīng)用方面，“有效使用無(wú)線電的國(guó)家緊急通信短波網(wǎng)絡(luò)”（SECURE）是華盛頓州州內(nèi)使用的二級(jí)緊急備用通信網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)在8個(gè)離散短波頻率上工作，可根據(jù)需要建立國(guó)家緊急行動(dòng)中心（EOC）與固定、移動(dòng)短波電臺(tái)之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信。華盛頓國(guó)民警衛(wèi)隊(duì)運(yùn)行STARC網(wǎng)（STARC Net）短波系統(tǒng)，主要用于總部、默里營(yíng)和陸軍/空中國(guó)民警衛(wèi)隊(duì)的軍械庫(kù)/電臺(tái)的州內(nèi)緊急通信，系統(tǒng)也具備與其他國(guó)民警衛(wèi)隊(duì)進(jìn)行跨州通信的能力。

從上述調(diào)研可知，美國(guó)短波應(yīng)急通信主要通過(guò)各聯(lián)邦部門(mén)主持的短波應(yīng)急項(xiàng)目進(jìn)行，項(xiàng)目既有跨行業(yè)、覆蓋全國(guó)的大項(xiàng)目，也有行業(yè)內(nèi)、跨區(qū)域的小應(yīng)用，頻率使用數(shù)量有上限，無(wú)線電管理和監(jiān)測(cè)部門(mén)則定期跟進(jìn)和溝通，保證了短波應(yīng)急通信的有序高效。

3 授權(quán)用頻方式設(shè)計(jì)

當(dāng)前，我國(guó)的短波應(yīng)急用頻仍主要采用傳統(tǒng)的行政指配方式，應(yīng)急單位的登記情況較差，頻率使用效率偏低，不利于應(yīng)急通信工作的開(kāi)展及應(yīng)急信息的高效傳遞。因此，無(wú)線電管理部門(mén)應(yīng)當(dāng)重視短波應(yīng)急頻率指配方式的優(yōu)化。

調(diào)研顯示，區(qū)域內(nèi)同行業(yè)的用頻相對(duì)一致，如福建的短波應(yīng)急臺(tái)和漁業(yè)部門(mén)均使用相似的頻率，整合的難度相對(duì)較小。因此可以借鑒發(fā)達(dá)國(guó)家做法，按區(qū)域（如省）整合相似用途的無(wú)線電頻率資源，并根據(jù)不同用戶(hù)的類(lèi)別，采取更靈活的授權(quán)用頻方式來(lái)進(jìn)行頻率指配。設(shè)計(jì)的基本流程如圖2所示。

圖2 應(yīng)急用頻指配流程

首先對(duì)區(qū)域的頻率資源進(jìn)行回收整合，并依托回收頻率資源構(gòu)建區(qū)域應(yīng)急頻率資源池（見(jiàn)圖3），頻率由區(qū)域各應(yīng)急部門(mén)獲批的頻率組成，軍方及其他獨(dú)立管理的用戶(hù)，如人民防空辦公室等，可在無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)獨(dú)立備案。

圖3 頻率池架構(gòu)設(shè)計(jì)

接下來(lái)進(jìn)行區(qū)域應(yīng)急用戶(hù)分級(jí)。區(qū)域應(yīng)急用戶(hù)可分為兩級(jí)，第一級(jí)包含直接承擔(dān)應(yīng)急任務(wù)的用戶(hù)（如各地短波應(yīng)急臺(tái)、機(jī)動(dòng)通信局等）、國(guó)際常規(guī)的應(yīng)急用戶(hù)（如航空、水上應(yīng)急及機(jī)場(chǎng)等）以及區(qū)域需求強(qiáng)烈的應(yīng)急單位（如地震多發(fā)地區(qū)可將地震局納入本級(jí)），第二級(jí)用戶(hù)則為一般應(yīng)急單位。第一級(jí)應(yīng)急級(jí)用戶(hù)可通過(guò)“專(zhuān)用頻率”授權(quán)方式開(kāi)展工作，國(guó)家無(wú)線電管理機(jī)構(gòu)將根據(jù)實(shí)際情況分配頻率并設(shè)置數(shù)量上限（如6個(gè)），并由無(wú)線電監(jiān)測(cè)部門(mén)跟進(jìn)和用頻指導(dǎo)。第二級(jí)用戶(hù)則可根據(jù)需求進(jìn)行“共用頻率”或“專(zhuān)用頻率”用頻申請(qǐng)。其中“共用頻率”用戶(hù)可在“應(yīng)急頻率資源池”中按需選擇頻率，并按照“先到先得”的方式使用頻率（無(wú)保護(hù)），而無(wú)線電監(jiān)測(cè)部門(mén)則通過(guò)監(jiān)測(cè)頻率的使用情況制定及優(yōu)化用頻規(guī)則；“專(zhuān)用頻率”用戶(hù)則可以通過(guò)申請(qǐng)獲得單獨(dú)頻率授權(quán)，無(wú)線電監(jiān)測(cè)部門(mén)將定期監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)頻率使用情況。值得注意的是，由于短波通信受到季節(jié)、晝夜、地域及太陽(yáng)黑子等因素的影響明顯，無(wú)線電監(jiān)測(cè)部門(mén)應(yīng)根據(jù)上述信息加強(qiáng)實(shí)驗(yàn)測(cè)試，定期發(fā)布頻率使用指南，以提升應(yīng)急通信的質(zhì)量。

圖4 頻率池審批流程

無(wú)線電管理部門(mén)對(duì)頻率池的審批管理流程設(shè)計(jì)如圖4所示。通過(guò)該流程，無(wú)線電管理部門(mén)能更深入地介入和支撐應(yīng)急用戶(hù)的工作，全面提升區(qū)域的短波應(yīng)急保障能力。

4 監(jiān)測(cè)能力驗(yàn)證

根據(jù)實(shí)際，對(duì)短波應(yīng)急通信項(xiàng)目監(jiān)測(cè)指標(biāo)設(shè)計(jì)如表2所示。

表2 短波應(yīng)急通信項(xiàng)目監(jiān)測(cè)指標(biāo)

值得一提的是，第三節(jié)設(shè)計(jì)的授權(quán)用頻方式中包含“共用頻率”方式（即多用戶(hù)共用頻率以實(shí)現(xiàn)應(yīng)急信息的快速傳遞和上報(bào)），這對(duì)現(xiàn)有短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)的區(qū)分同頻監(jiān)測(cè)的能力構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。考慮到業(yè)余無(wú)線電愛(ài)好者在緊急事件，如汶川地震、臺(tái)灣地震發(fā)生時(shí)，主動(dòng)使用業(yè)余頻段傳遞信息，且國(guó)內(nèi)短波業(yè)余電臺(tái)的工作頻段符合ITU規(guī)定，頻率由國(guó)內(nèi)外用戶(hù)共享并輪流占用，發(fā)送信息也有相應(yīng)的規(guī)范，其工作方式與“共用頻率”方式類(lèi)似。因此，我們以業(yè)余頻段為工作對(duì)象，通過(guò)實(shí)測(cè)驗(yàn)證“頻率共用”方式的工作效果，間接測(cè)試全國(guó)短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)對(duì)應(yīng)急通信用頻的監(jiān)測(cè)能力及指標(biāo)設(shè)計(jì)的合理性。我們利用全國(guó)短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)EM510與G33DDC設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和數(shù)據(jù)采集，并利用一體化平臺(tái)“占用度時(shí)間連續(xù)性”功能進(jìn)行頻率的全天24小時(shí)的占用度分析，重點(diǎn)測(cè)試了業(yè)余頻率的工作情況。

從監(jiān)測(cè)情況來(lái)看，業(yè)余臺(tái)站泛分布于河南、湖北、湖南、江蘇、福建及廣東等區(qū)域，用頻符合我國(guó)頻率劃分規(guī)定要求，多個(gè)用戶(hù)共享同一頻率進(jìn)行通聯(lián)，呼叫應(yīng)答基本按照通用制式進(jìn)行，單用戶(hù)占用的時(shí)間通常不超過(guò)10秒，信息傳遞快速有效，驗(yàn)證了基于同頻率、同信息模板的“頻率共用”方式開(kāi)展短波應(yīng)急通信工作的有效性。

從全國(guó)短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)能力和指標(biāo)設(shè)計(jì)上看，各站監(jiān)聽(tīng)鏈路對(duì)信號(hào)的監(jiān)測(cè)及錄音效果良好，指標(biāo)設(shè)計(jì)合理，頻率、工作時(shí)長(zhǎng)等均能通過(guò)設(shè)計(jì)指標(biāo)呈現(xiàn)。圖4為“占用度時(shí)間連續(xù)性”功能分析結(jié)果。如圖所示，分析結(jié)果按小時(shí)呈現(xiàn)，其中橫軸為日期，縱軸為時(shí)間，統(tǒng)計(jì)結(jié)果（某天某時(shí)的占用度）以顏色及數(shù)值形式體現(xiàn)。由圖上可知，9月10日0時(shí)至14時(shí)的測(cè)試頻率占用情況較低（1%～2%），這也是由業(yè)余通信的特點(diǎn)所決定的。

圖5 “占用度時(shí)間連續(xù)性”功能分析結(jié)果

圖6 7050kHz占用度情況

但當(dāng)測(cè)試頻段出現(xiàn)異常干擾的信號(hào)時(shí)，頻率的占用度也出現(xiàn)異常。如7050kHz頻率9月10日傍晚18點(diǎn)至19點(diǎn)出現(xiàn)異常信號(hào)占用，影響了業(yè)余用戶(hù)的正常通聯(lián)，對(duì)應(yīng)時(shí)刻的頻率占用度也呈現(xiàn)異常（見(jiàn)圖5，相應(yīng)時(shí)刻的頻率占用度為17%，明顯高于正常工作的2%）。上述實(shí)驗(yàn)證明，全國(guó)短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)已初步具備對(duì)國(guó)內(nèi)短波應(yīng)急用頻的監(jiān)測(cè)能力。而隨著更高效的頻率指配方式的應(yīng)用以及監(jiān)測(cè)方法的完善，全國(guó)短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)對(duì)短波應(yīng)急通信的監(jiān)測(cè)能力也將不斷提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

短波應(yīng)急通信以其抗毀性、長(zhǎng)距離等特點(diǎn)被歐美發(fā)達(dá)國(guó)家所重視，而目前我國(guó)的短波應(yīng)急通信用頻仍不規(guī)范，頻率使用效率偏低。本文從美國(guó)短波應(yīng)急通信用頻調(diào)研入手，提出整合區(qū)域短波應(yīng)急頻率資源，采用授權(quán)用頻的方法開(kāi)展短波應(yīng)急用頻指配工作，同時(shí)通過(guò)實(shí)驗(yàn)初步驗(yàn)證了全國(guó)短波監(jiān)測(cè)網(wǎng)的監(jiān)測(cè)能力。■