應急救援行動中通信頻譜資源保障研究

翟 帥，饒 俊，王 哲

(1.湖北省武漢市消防救援支隊，湖北 武漢 430000；2.國防科技大學 信息通信學院，湖北 武漢 430000)

0 引言

隨著國家經(jīng)濟的飛速發(fā)展，全國各類工程項目、大型化工園區(qū)、港口以及重大水利工程得以完工，但發(fā)展中難以避免會產(chǎn)生各類的安全問題以及隱患，大型的災害時有發(fā)生，且規(guī)模越來越大，例如大型的地震、大型火災以及南方水系的洪澇災害。大型的災害現(xiàn)場匯集了全國各方面的應急救援力量，這給應急救援工作的指揮協(xié)調(diào)帶來了很大的困難，必須依賴于無線通信技術手段[1-3]。無線通信技術能夠加強救援人員行動之間的協(xié)同，必要時可以將受災人員或者受困人員的信息傳遞給救援人員，使得救援隊伍能夠更迅速地對受災人員展開施救，不僅如此，應急救援現(xiàn)場的通信手段還是發(fā)布真實信息、把握輿情的重要手段[4-5]。

對于指揮通信的保障，除了保障必要的指揮通信供電之外，還需要保障通信頻譜資源。大多數(shù)災害現(xiàn)場，應急通信頻率集中在超短波以及短波通信頻率，與民間的電臺信號重合，各類用頻臺站密集部署，極容易因信號自擾互擾而造成救災指令傳達不及時、信息錯報漏報的情況。針對此類問題，本文提出以下3個應對措施。

1 提前收集用頻臺站頻譜數(shù)據(jù)

救災過程時間緊、任務重，且由于災區(qū)環(huán)境復雜，臨時設置信道和通信頻率難免會造成自己用頻設備以及其他救援單位用頻設備出現(xiàn)頻率重合，也有可能出現(xiàn)互調(diào)干擾現(xiàn)象。如果能在應急救援行動開始前，就掌握所屬隊伍用頻裝備設備頻譜發(fā)射參數(shù)以及頻譜接收參數(shù)，了解友鄰單位用頻信息，掌握災害發(fā)生地域民用用頻臺站頻譜參數(shù)信息，就能夠為應急救援行動用頻制定計劃。收集用頻臺站數(shù)據(jù)，可以從本單位用頻臺站數(shù)據(jù)、兄弟單位用頻臺站以及受災地域民用臺站數(shù)據(jù)3個方面入手。

(1)收集本單位用頻臺站數(shù)據(jù)。要清楚本單位用頻設備型號、數(shù)量以及使用單位/部門，最重要的是清楚每臺設備頻譜發(fā)射參數(shù)/接收參數(shù)，編制用頻臺站頻譜參數(shù)數(shù)據(jù)信息統(tǒng)計表，對于對講機這一類的用頻裝備，要清楚每個信道具體的頻率參數(shù)，以便后期制定通信用頻計劃時能做到心中有數(shù)。本單位的用頻臺站可以按照頻段來分類收集，例如短波用頻設備、超短波用頻設備以及微波用頻設備，對于發(fā)射參數(shù)，要記錄各類設備的工作頻點/頻段、起始和終止頻率、雜散發(fā)射等頻譜參數(shù)，發(fā)射功率的動態(tài)調(diào)整范圍，對于接收機而言，明確接收機的接收頻段范圍、設備的敏感度、設備的最大承受功率。無論是接收機還是發(fā)射機，都需要明確所使用的天線方向性能，通過收發(fā)設備的功率以及天線性能，可以大致估算通信的距離和范圍。

(2)收集一同執(zhí)行救援行動的其他地方救援隊伍的常用頻率，特別是友鄰單位的重要指揮通信用頻，需要進行記錄并特殊標識，以便后期制定用頻計劃。首先，要清楚友鄰單位的組成以及力量編成，大致知道友鄰單位設備臺套型號，明確友鄰單位的常用頻率，從而能夠為本單位在通信設備采購以及通信參數(shù)設置上提供基本遵循，盡可能避免和友鄰單位使用相同的頻率；其次，要清楚友鄰單位頻譜發(fā)射功率以及通信方式，例如信號的調(diào)制方式、通信的時間間隔、信號覆蓋的范圍等，這樣能夠為本單位使用通信設備提供參考，盡可能在信號調(diào)制方式以及使用時間上規(guī)避干擾；最后，要清楚友鄰單位的信號特點，這樣能夠在救災現(xiàn)場第一時間區(qū)分本單位用頻、友鄰單位用頻和受災群眾的求救信息。

(3)收集可能受災區(qū)域周邊用頻臺站頻譜數(shù)據(jù)，特別是大功率電臺，例如大型化工園區(qū)周邊的民用廣播臺站頻譜參數(shù)以及周邊無線電愛好者群體常用的頻率等，積累這樣的數(shù)據(jù)以后，受到干擾時能夠迅速查明干擾的來源。可以先掌握周邊基站的數(shù)量位置，民用廣播電臺也是重要輻射源，廣播電臺廣泛覆蓋88～108 MHz的超短波頻率范圍，各類無線電愛好者以及非法用頻也集中于這個頻段范圍。應急救援部門需要盡可能提前掌握受災區(qū)域大功率用頻臺站信息，及時發(fā)現(xiàn)可能的威脅和干擾并進行規(guī)避，以便于通信指揮頻率不會受到來自這些頻率的干擾。

2 制定周密的用頻計劃

到達災區(qū)之前，應急救援隊伍需要以收集到的頻譜數(shù)據(jù)為依據(jù)，根據(jù)所攜帶的用頻設備(對講機/電臺等)，結合友鄰單位用頻設備頻譜數(shù)據(jù)以及當?shù)孛裼秒姶蓬l譜數(shù)據(jù)情況，制定救災應急通信用頻計劃，盡可能避免各類用頻沖突，消解用頻矛盾，保證在救援過程中通信頻率處于協(xié)調(diào)有序的狀態(tài)，例如：可以提前制定滅火指揮對講機通信頻率，提前規(guī)避當?shù)爻Ｓ妹裼脽o線電臺頻率，從而最大限度地保證應急指揮通信的穩(wěn)定可靠。用頻計劃包含時間、空間、頻率以及能量4大要素，如表1所示。

表1 用頻計劃

頻率計劃是用頻計劃制定中最重要的一項內(nèi)容。頻率計劃就是為每一臺設備劃分具體的頻段，制定具體的工作頻率，盡可能規(guī)避同頻干擾，消解互調(diào)干擾，必要時在信道調(diào)制方式上予以區(qū)分，以達到更好的效果。在設備可能的工作區(qū)間為每臺用頻設備選擇合適的工作頻段/頻道，根據(jù)通信距離、通信方式、業(yè)務容量、地形條件、電磁環(huán)境以及不同頻段電波傳播特性，選擇用頻設備最為合適的工作頻段供應急救援行動使用。具體頻點的選配，一般需要注意避免干擾，同時盡可能提高頻率復用率。對于設立于獨立地域、單獨信道的用頻臺站，主要考慮避免同頻干擾，復用頻率時應滿足一定的空間間隔；對設于同一地點或地點靠近，發(fā)射功率較大的設備，尤其是多信道共用系統(tǒng)的基地臺，在設置頻率時應盡量避免交調(diào)或互調(diào)干擾。微波由于天線具有極強的方向性，使得頻率在不同方向上可以進行復用。

時間計劃主要包括用頻設備使用的時間段，盡可能讓相近頻率的通信系統(tǒng)錯開用頻時間，規(guī)定該型設備在該地域使用的起始和終止的時間段。因為電磁頻譜資源是一種無限的資源，用的時候被占用，不用的時候就完全空余，就像沒有被使用過一樣，根據(jù)這一特性，若業(yè)務不是很緊急，可以為每一項業(yè)務單獨劃分獨立的時間段，若業(yè)務較緊急，也可以在同一時間段內(nèi)交替進行，或使用不同的頻率，若進行點對點通信時，為每一對通信系統(tǒng)單獨設置時間，廣播通信時，各個接收機可以使用同一時間段。

空間計劃就是規(guī)定該型設備以及頻率所使用的具體區(qū)域，必要時控制發(fā)射的功率以及天線輻射方向。例如短波電臺以及超短波電臺，天線的輻射形式大多采用全向輻射，接收天線同樣也是全向接收，在發(fā)射時需要考慮電臺對四面八方的影響，接收信號時也需要考慮來自各個方向的影響，而微波輻射方向性較好，可以朝特定方向進行通信，因而在用頻計劃制定時，可以通過空間設置來合理規(guī)避各種干擾。空間計劃除了考慮天線輻射方向，還需要考慮具體的地理環(huán)境，例如在山區(qū)中進行通信，其信號覆蓋范圍將明顯弱于平原地區(qū)，而在城市以及高樓林立的環(huán)境展開救援，建筑物的遮擋也會造成很大的影響。空間計劃可以配合時間計劃共同制定，這樣可以更充分地利用電磁頻譜資源。

能量計劃就是控制電臺的輻射功率，電磁輻射的功率可以通過場強來測量，也可根據(jù)設備本身的功能，設置高功率模式、低功率模式，這些都是按照dBm為單位計量的射頻輸出功率，通過天線以及放大器輻射到空間，不同的功率大小決定著不同的作用距離以及范圍。在制定計劃時應以夠用為標準，盡可能減小用頻臺站對周邊的影響，根據(jù)不同的業(yè)務需要，設置所需要的功率大小。對于一般的通信而言，按照通信電臺的功率區(qū)間進行設置，對于功率需求不大的場景，可以在設備與天線之間串接信號衰減器，而對于需要大功率遠距離的通信業(yè)務，可以在設備與天線之間串接信號放大器，必要時采用定向天線朝向目標進行通信。

3 進行實時頻譜監(jiān)測并靈活調(diào)整用頻

在應急救援過程中，開展對災區(qū)電磁環(huán)境的監(jiān)測是有必要的，因為通過頻譜參數(shù)收集并制定合理的用頻計劃，只能夠消解一些已知的用頻矛盾風險，而一些突發(fā)情況，包括受災地域臨時開設的大功率電臺、各類新聞報道信息的傳輸、老百姓的求救電臺以及地方各類民間組織的電臺等，都會造成計劃外的電磁干擾，這需要應急救援部門實時掌握災區(qū)當?shù)氐碾姶怒h(huán)境信息，需要依賴電磁頻譜監(jiān)測力量及手段。

電磁監(jiān)測是獲取空中信號頻譜及相關參數(shù)的一種技術手段，其目的是為應急救援通信提供周圍的電磁環(huán)境信息。應急救援部門可以通過電磁頻譜監(jiān)測獲得更多當?shù)仉姶怒h(huán)境信息，了解電磁頻譜占用情況，還可以發(fā)現(xiàn)用于求救的用頻臺站，找到需要幫助的受災群眾。應急救援部門可以向地方無線電管理部門尋求技術支持，或自己組建頻譜監(jiān)測力量，第一時間獲取周圍電磁環(huán)境數(shù)據(jù)。電磁頻譜監(jiān)測包括頻譜占用情況監(jiān)測、信號分析以及測向定位等。電磁頻譜監(jiān)測按照頻段劃分包括短波監(jiān)測、超短波監(jiān)測以及微波監(jiān)測。其中短波監(jiān)測是指對頻率在3～30 MHz的無線電波進行監(jiān)測，這個頻段信號密集度高、場強差別大，需要大型監(jiān)測設備；微超短波監(jiān)測對VHF和部分UHF頻段內(nèi)無線電信號進行的監(jiān)測，這個頻段的電磁波主要是視距波，該頻段也是最值得關注的頻段，集中了廣播、電視、導航以及移動電臺等業(yè)務，與短波相比，其傳輸特性比較穩(wěn)定，信息傳輸量大，但傳輸距離有限，通常情況下覆蓋半徑10～30 km。微波監(jiān)測的頻段主要在300 MHz～300 GHz，主要涵蓋一些衛(wèi)星通信、地面移動通信等。監(jiān)測頻譜如圖1所示。

圖1 某地域電磁頻譜監(jiān)測

通過車載式頻譜監(jiān)測系統(tǒng)至受災地域展開頻譜監(jiān)測，或者在受災地域臨時架設便攜式,或者手持式電磁頻譜監(jiān)測以及測向定位設備，實時監(jiān)測該地域頻譜占用情況，可以根據(jù)頻譜占用情況靈活調(diào)整通信用頻，若發(fā)現(xiàn)突發(fā)的電磁信號對現(xiàn)有的用頻產(chǎn)生了干擾，則應該及時干預，更換新的通信信道，若干擾信號不明，或有求救信息，則可以通過測向定位，及時發(fā)現(xiàn)信號的地理位置，若是受災群眾進行無線電求救，則可在第一時間發(fā)現(xiàn)并展開救援。

4 結語

應急救援行動中指揮通信至關重要，災區(qū)地域用頻臺站密集，各類通信、媒體、無線電用頻集中，造成了復雜的電磁環(huán)境，極容易對應急救援指揮通信造成干擾，為了規(guī)避這樣的問題，本文給出了應對措施。從災害之前的用頻臺站數(shù)據(jù)建設，到救災行動前用頻計劃制定，最后到救災過程中電磁環(huán)境監(jiān)測和臨機改變用頻計劃3個方面，論述了應急救援行動中通信頻譜資源保障方法，可以作為今后救援行動通信保障的依據(jù)。