我國短波應(yīng)急通信用頻與監(jiān)測研究

王心塵，陳曉麗，葉淋美

（國家無線電監(jiān)測中心福建監(jiān)測站，廈門 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距離的通信，對幅員遼闊的我國而言具有很高的戰(zhàn)略價值[1]。隨著我國科學技術(shù)水平的不斷提升和“一帶一路”國家戰(zhàn)略的持續(xù)推進，加強短波應(yīng)急通信的實施，提升應(yīng)急通信能力對我國國防建設(shè)、應(yīng)急救援、搶險救災(zāi)等工作意義重大。

然而，當前我國短波應(yīng)急通信的規(guī)劃、實施及監(jiān)管上均存在不足[2]，短波應(yīng)急用戶對頻率的指配流程缺乏了解，違規(guī)用頻較多。無線電管理部門則對用戶需求了解不足，對用頻情況也缺乏監(jiān)測和跟蹤。因此，有必要參考國外發(fā)達國家的成熟做法，進一步整合和優(yōu)化我國短波應(yīng)急通信的用頻。

2 美國短波應(yīng)急通信調(diào)研

2.1 用頻規(guī)劃

《美國頻率劃分規(guī)定》對應(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）和美國本土應(yīng)急通信（13360-13410kHz）?！堵?lián)邦戰(zhàn)略頻譜計劃》是基于15個聯(lián)邦部門的頻譜計劃撰寫的無線電使用情況報告。報告中提及了大量美國政府部門的應(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 美國聯(lián)邦部門短波應(yīng)急通信應(yīng)用情況

此外，美國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，美國聯(lián)邦通信委員會（FCC）通過行政命令取消了20個分立的無線電服務(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)急通信項目

美國典型的短波應(yīng)急通信項目包括SHARES短波無線電項目、FEMA全國無線電系統(tǒng)以及華盛頓州的短波應(yīng)急項目[4]。

SHARES短波無線電項目（以下簡稱SHARES）由國土安全部國家通信協(xié)調(diào)中心（NCC）管理，項目提供了常規(guī)通信方式（如固定電話或蜂窩通信）失效時，利用短波無線電資源傳輸關(guān)鍵信息、開展協(xié)調(diào)工作的方案。SHARES覆蓋了全美50個州、哥倫比亞特區(qū)以及少數(shù)海外區(qū)域的104個聯(lián)邦、州和工業(yè)組織，超過1400個短波基站，包含近500個應(yīng)急計劃和響應(yīng)個人，提供200個可用的短波信道。成員自愿參與并提供24小時服務(wù)，發(fā)送消息無優(yōu)先等級。用頻方面，每個SHARES操作事件最多有4個協(xié)調(diào)頻率可用，頻率將從國防部授權(quán)的頻率中選擇，并通過“應(yīng)急準備通知”進行通知。

FEMA全國無線電系統(tǒng)（簡稱FNARS）是全國性的短波自動鏈路建立（ALE）網(wǎng)絡(luò)，可以通過語音、電話和電子郵件等方式直接從災(zāi)區(qū)感知實時態(tài)勢支持決策，是聯(lián)邦、州和地區(qū)各級政府準備或響應(yīng)國家安全和應(yīng)急準備（NS/EP）事件的主要非保密連續(xù)性通信方案。FNARS由國家無線電網(wǎng)絡(luò)（NRN）、區(qū)域無線電網(wǎng)絡(luò)（RRN）和國家緊急協(xié)調(diào)網(wǎng)絡(luò)（NECN）三個網(wǎng)絡(luò)組成（圖1），包含120多個固定、移動和可搬移的短波無線電臺，在80多個地點開展業(yè)務(wù)，包括山地氣象應(yīng)急行動中心（MWEOC）以及州和地區(qū)國家緊急行動中心（EOC）。用頻方面，F(xiàn)NARS可以為聯(lián)邦、民用和愛好者提供短波無線電系統(tǒng)接口、支持緊急警報系統(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，“有效使用無線電的國家緊急通信短波網(wǎng)絡(luò)”（SECURE）是華盛頓州州內(nèi)使用的二級緊急備用通信網(wǎng)絡(luò)。網(wǎng)絡(luò)在8個離散短波頻率上工作，可根據(jù)需要建立國家緊急行動中心（EOC）與固定、移動短波電臺之間的點對點通信。華盛頓國民警衛(wèi)隊運行STARC網(wǎng)（STARC Net）短波系統(tǒng)，主要用于總部、默里營和陸軍/空中國民警衛(wèi)隊的軍械庫/電臺的州內(nèi)緊急通信，系統(tǒng)也具備與其他國民警衛(wèi)隊進行跨州通信的能力。

從上述調(diào)研可知，美國短波應(yīng)急通信主要通過各聯(lián)邦部門主持的短波應(yīng)急項目進行，項目既有跨行業(yè)、覆蓋全國的大項目，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，無線電管理和監(jiān)測部門則定期跟進和溝通，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

當前，我國的短波應(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)急通信工作的開展及應(yīng)急信息的高效傳遞。因此，無線電管理部門應(yīng)當重視短波應(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)的用頻相對一致，如福建的短波應(yīng)急臺和漁業(yè)部門均使用相似的頻率，整合的難度相對較小。因此可以借鑒發(fā)達國家做法，按區(qū)域（如省）整合相似用途的無線電頻率資源，并根據(jù)不同用戶的類別，采取更靈活的授權(quán)用頻方式來進行頻率指配。設(shè)計的基本流程如圖2所示。

圖2 應(yīng)急用頻指配流程

首先對區(qū)域的頻率資源進行回收整合，并依托回收頻率資源構(gòu)建區(qū)域應(yīng)急頻率資源池（見圖3），頻率由區(qū)域各應(yīng)急部門獲批的頻率組成，軍方及其他獨立管理的用戶，如人民防空辦公室等，可在無線電管理機構(gòu)獨立備案。

圖3 頻率池架構(gòu)設(shè)計

接下來進行區(qū)域應(yīng)急用戶分級。區(qū)域應(yīng)急用戶可分為兩級，第一級包含直接承擔應(yīng)急任務(wù)的用戶（如各地短波應(yīng)急臺、機動通信局等）、國際常規(guī)的應(yīng)急用戶（如航空、水上應(yīng)急及機場等）以及區(qū)域需求強烈的應(yīng)急單位（如地震多發(fā)地區(qū)可將地震局納入本級），第二級用戶則為一般應(yīng)急單位。第一級應(yīng)急級用戶可通過“專用頻率”授權(quán)方式開展工作，國家無線電管理機構(gòu)將根據(jù)實際情況分配頻率并設(shè)置數(shù)量上限（如6個），并由無線電監(jiān)測部門跟進和用頻指導。第二級用戶則可根據(jù)需求進行“共用頻率”或“專用頻率”用頻申請。其中“共用頻率”用戶可在“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（無保護），而無線電監(jiān)測部門則通過監(jiān)測頻率的使用情況制定及優(yōu)化用頻規(guī)則；“專用頻率”用戶則可以通過申請獲得單獨頻率授權(quán)，無線電監(jiān)測部門將定期監(jiān)測和評價頻率使用情況。值得注意的是，由于短波通信受到季節(jié)、晝夜、地域及太陽黑子等因素的影響明顯，無線電監(jiān)測部門應(yīng)根據(jù)上述信息加強實驗測試，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

無線電管理部門對頻率池的審批管理流程設(shè)計如圖4所示。通過該流程，無線電管理部門能更深入地介入和支撐應(yīng)急用戶的工作，全面提升區(qū)域的短波應(yīng)急保障能力。

4 監(jiān)測能力驗證

根據(jù)實際，對短波應(yīng)急通信項目監(jiān)測指標設(shè)計如表2所示。

表2 短波應(yīng)急通信項目監(jiān)測指標

值得一提的是，第三節(jié)設(shè)計的授權(quán)用頻方式中包含“共用頻率”方式（即多用戶共用頻率以實現(xiàn)應(yīng)急信息的快速傳遞和上報），這對現(xiàn)有短波監(jiān)測網(wǎng)的區(qū)分同頻監(jiān)測的能力構(gòu)成了新的挑戰(zhàn)。考慮到業(yè)余無線電愛好者在緊急事件，如汶川地震、臺灣地震發(fā)生時，主動使用業(yè)余頻段傳遞信息，且國內(nèi)短波業(yè)余電臺的工作頻段符合ITU規(guī)定，頻率由國內(nèi)外用戶共享并輪流占用，發(fā)送信息也有相應(yīng)的規(guī)范，其工作方式與“共用頻率”方式類似。因此，我們以業(yè)余頻段為工作對象，通過實測驗證“頻率共用”方式的工作效果，間接測試全國短波監(jiān)測網(wǎng)對應(yīng)急通信用頻的監(jiān)測能力及指標設(shè)計的合理性。我們利用全國短波監(jiān)測網(wǎng)EM510與G33DDC設(shè)備進行監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集，并利用一體化平臺“占用度時間連續(xù)性”功能進行頻率的全天24小時的占用度分析，重點測試了業(yè)余頻率的工作情況。

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

從全國短波監(jiān)測網(wǎng)的監(jiān)測能力和指標設(shè)計上看，各站監(jiān)聽鏈路對信號的監(jiān)測及錄音效果良好，指標設(shè)計合理，頻率、工作時長等均能通過設(shè)計指標呈現(xiàn)。圖4為“占用度時間連續(xù)性”功能分析結(jié)果。如圖所示，分析結(jié)果按小時呈現(xiàn)，其中橫軸為日期，縱軸為時間，統(tǒng)計結(jié)果（某天某時的占用度）以顏色及數(shù)值形式體現(xiàn)。由圖上可知，9月10日0時至14時的測試頻率占用情況較低（1%～2%），這也是由業(yè)余通信的特點所決定的。

圖5 “占用度時間連續(xù)性”功能分析結(jié)果

圖6 7050kHz占用度情況

但當測試頻段出現(xiàn)異常干擾的信號時，頻率的占用度也出現(xiàn)異常。如7050kHz頻率9月10日傍晚18點至19點出現(xiàn)異常信號占用，影響了業(yè)余用戶的正常通聯(lián)，對應(yīng)時刻的頻率占用度也呈現(xiàn)異常（見圖5，相應(yīng)時刻的頻率占用度為17%，明顯高于正常工作的2%）。上述實驗證明，全國短波監(jiān)測網(wǎng)已初步具備對國內(nèi)短波應(yīng)急用頻的監(jiān)測能力。而隨著更高效的頻率指配方式的應(yīng)用以及監(jiān)測方法的完善，全國短波監(jiān)測網(wǎng)對短波應(yīng)急通信的監(jiān)測能力也將不斷提升。

5 結(jié)束語

短波應(yīng)急通信以其抗毀性、長距離等特點被歐美發(fā)達國家所重視，而目前我國的短波應(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)用頻的方法開展短波應(yīng)急用頻指配工作，同時通過實驗初步驗證了全國短波監(jiān)測網(wǎng)的監(jiān)測能力?！?/p>