水上移動業務無線電頻率使用率評價淺析

薛 珂，陳弘揚，葉淋美

（國家無線電監測中心福建監測站，福建 廈門 361000）

1 水上移動業務特點及應用概況

《無線電規則》（2020年版）對水上移動業務的定義：在海岸電臺與船舶電臺之間，或在船舶電臺之間或在相關的船上通信電臺之間的一種移動業務；救生艇電臺和應急示位無線電信標電臺亦可參與這種業務。港口操作業務是在海岸電臺與船舶電臺之間，或在船舶電臺之間在港口內或港口附近的一種水上移動業務。

1.1 典型水上移動通信系統的技術特性

典型的水上移動通信系統包括全球海上遇險和安全系統（GMDSS）、船舶自動識別系統（AIS）、無線電話、甚高頻數據交換系統（VDES）以及海事數字廣播系統（NAVDAT）等。

GMDSS 是一個龐大的全球性通信網，具有船對岸遇險報警、岸對船轉發遇險報警等九大功能。GMDSS包括衛星通信系統和地面通信系統，其中，地面系統主要指MF/HF/VHF 系統，采用數字選擇性呼叫和窄帶直接印字電技術。

AIS 是用于船岸、船船以及岸船之間的助航系統，通過播發本船動態信息和靜態信息實現海上航行避碰、船岸信息交換以及海事監管的作用。AIS 系統采用自組織時分多址和載波偵聽多址兩種協議接入方式，將時間分成若干幀，一幀長度為1 min，每一幀被分為2 250個時隙，每個時隙長度是26.67 ms，工作帶寬25 kHz。

無線電話在港口作業、搜救協調通信和現場通信方面都發揮了巨大作用。工作于MF 或HF 的海岸電臺和船舶電臺只可使用上邊帶發射，頻道間隔為3 kHz；工作于VHF 的無線電話頻道間隔為25 kHz。

VDES 系統在保護現有AIS 功能的基礎上，引入特殊應用消息（ASM）和寬帶甚高頻數據交換（VDE）以全面強化船舶通信的數據傳輸能力。ASM 信道主要傳輸特殊應用報文，占用兩個25 kHz 的信道；VDE 信道主要傳輸寬帶甚高頻數據，占用25 kHz、50 kHz、l00 kHz三種帶寬，可實現船船和船岸之間的雙向數據交換。所有VDES 組件均采用AIS 系統的時分多址協議，在并行的信道上獨立接收和發射。

NAVDAT 是一種用于廣播水上安全信息的無線電通信系統，采用數字傳輸技術及時并可視化地發布導航安全、搜救及港口消息等內容。NAVDAT 系統工作在中頻和高頻，采用正交頻分復用的調制方式，定義了4種信道帶寬分別對應于不同頻譜占用率的副載波數目。

1.2 水上移動通信系統頻率使用情況

水上移動通信系統所使用的頻率范圍較廣，從極低頻到特高頻均有分配，《無線電規則》規定了高頻和甚高頻水上移動業務具體的頻率和信道安排，ITU 相關建議書也對各系統技術特性進行了詳細介紹，如表1所示。GMDSS 系統用于遇險、緊急和安全業務，因此不作頻率使用率要求，建議開展長期控守式監聽，確保及時發現非法發射或違規發射。

表1 各頻段水上移動通信系統使用頻率范圍

2 無線電頻率使用率評價指標及評價方法研究

根據《無線電頻率使用率要求及核查管理暫行規定》要求，水上移動業務的頻率使用率采用年時間占用度和頻段占用度兩個指標進行評價。

年時間占用度是指一年中實際使用頻率的天數（或小時）與全年天數（或小時）之比。根據實際使用情況，可采用日、月時間占用度，或結合用戶和無線電通信系統實際使用情況進行評估。在單次測量中，對某一個水上移動通信系統各個頻點監聽，確定目標信號后，若在連續兩次掃描周期內均處于占用狀態，則認為該頻點在兩次掃描周期內屬于持續占用。采用日、月、年時間占用度來表征時間占用度時，需要對多次測量的時間占用度求平均：

式中，Tji為第j個頻率的第i次測量的持續時間；T為單次測量的持續時間；M為該系統的總頻點數；N為一年累計測量次數。

頻段占用度是指實際使用頻率范圍與行政許可批準的使用頻率范圍之比。首先明確行政許可批準的某系統的所有頻率，進而分段監聽掃描，通過對同一系統多個頻率占用狀態求和，得到該系統單次測量的頻段占用度：

式中，Bij為第j個頻率的第i樣本點的占用帶寬；Nij為第j個頻率的第i樣本點的占用狀態，取值0或1；M為該系統的總頻點數；N為每個頻點單次測量的樣本總量；B為該系統行政許可批準的帶寬。單次測量時間可以根據占用度變化速率或目標時間分辨率來設置，通常不少于1個小時。取多次測量結果的平均值作為該頻段的占用度。

針對時分多址系統，還需要計算具體的時隙占用度，掃描周期應不大于1個時隙。每次掃描判斷該時隙的占用情況，取一次測量的平均數記為該系統的時隙占用度：

式中，Tji為第j個頻率第i個時隙的占用狀態，取值為0或1；M為該系統的總頻點數；N為一次測量的持續時間（min）。

3 監測注意事項

（1）監測地點選取。高頻及以下頻段的監測建議選擇覆蓋范圍內的短波固定站；甚高頻及以上的監測建議選擇待測臺站周邊無遮擋且無大功率發射設備的區域，采用便攜式設備進行監測。針對船舶間的通信，建議提前掌握船只出行規律，利用移動監測船或將便攜設備架設于船舶上進行監測，監測路線建議覆蓋水上主要航道，范圍應盡可能覆蓋25海里以內近海區域。

（2）監測時間選取。固定監測建議在一年各月隨機選取一周開展7×24小時數據采集，并根據日占用情況對數據進行壓縮存儲。移動監測應覆蓋忙閑時，在一年各月隨機選取工作日和周末，每月累積天數不少于7天，全天24小時隨機選取不同時段開展抽樣監測，單次監測不低于2小時。

（3）信號判別。實施高頻以下頻段監測時，建議根據電臺登記記錄選擇相應短波監測站，結合信號來波方位角和呼號判斷接收信號是否為目標信號。監測水上移動業務和陸地移動業務共存的頻段時，應結合測向結果，綜合判決是否為水上移動業務電臺。

（4）監測和數據采集。測試前建議對天饋系統及監測儀表進行校準，頻率、場強和帶寬測量應符合ITU 相關建議書要求。針對時分系統單個時隙較短的情況，建議儀表實時處理帶寬應大于該系統占用頻帶，確保完整采集整個系統的信號。

4 結束語

本文簡要介紹了各水上移動通信系統的技術特性和使用頻率，并對頻段占用度和年時間占用度兩個評價指標進行探索研究，給出計算方法及監測過程中需要注意的事項。隨著海上通信系統的升級，本文提出的評價方法也會及時跟進水上移動通信系統的技術革新，并根據實際監測數據的驗證進一步優化算法。