边境无线电频谱监测技术体系架构和实践

王 萍

边境无线电频谱监测技术体系架构和实践

王 萍

（广西经济管理干部学院，南宁 530007）

我国广西毗邻越南，两国之间无线电频谱监测系统共享协同的技术手段与智能化服务方法值得进一步研究。

1 边境无线电频谱监测技术体系建设背景

加强边境地区无线电监测网的建设，建立边境地区电磁环境及台站频率原始资料数据库，为干扰分析、互调分析、电磁兼容分析、信号分析、信号识别及国际间的无线电协调提供依据，有利于加强国际间的频率协调，也有利于边境贸易和经济的发展，既是无线电频谱资源管理工作的需要，也是维护国家利益和国家安全的需要。

我国注重与俄罗斯、越南等接壤国家的边境无线电业务发展、谈判与对话。我国与越南等东盟国家同处国际电联（ITU）划分的无线电第三业务区，存在无线电频谱划分和使用差异，随着中国倡议的“一带一路”建设在全球获得共识，中国与东盟国家在资源开发、交通物流发展、生态环境保护等方面的合作日趋频繁，有必要围绕通信、导航、遥感、5G、物联网等应用领域的共享协同，加强中越无线电频谱新技术合作、交流与对话。

2001年起中越两国开展无线电地面业务频率协调工作，至今在移动通信、大功率无绳电话、广播电视等业务领域取到了一定的会谈成果；之后，中国与东盟无线电频谱管理进行多次交流，尤其是在广西南宁举行的2008年首届中国-东盟无线电频谱管理研讨会以及2016中国-东盟卫星导航合作论坛，把中国与东盟各国无线电频谱管理应用推向更高更全面交流与合作。

2 广西边境无线电频谱监测技术体系架构

广西西南与越南毗邻，有8个边境县市与越南接壤，海岸线1,595千米，边境贸易港口有15个。陆地边境线1,020千米，与越南4个省17个县毗邻，陆地边境地区有国家一、二类口岸和边民互市贸易点。无线电作为信息交换重要手段，在边境贸易、公众移动通信、航空业务和水上业务等方面发挥着不可或缺的作用。维护好与越南相邻海陆电波秩序，是确保祖国南疆边海防安全、边境贸易安全的重要保障。为掌握广西边境地区电磁环境状况，近10年来，通过建设广西无线电频谱监测网络系统，特别是边境地区无线电监测网，使用监测固定站、移动监测站、便携频谱仪对边境口岸、港口、机场等重要地点开展电磁环境测试，同时，对边境地区民用航空导航、公众移动通信、广播电视、水上业务等重要频段进行监测分析，对广西边境地区电磁环境状况有了全面的了解。

2.1 研究内容

深入分析边境无线电频谱资源使用的业务特点，参考发达国家无线电频谱监管的应用技术模式与经验，以无线电频谱资源管理服务为基础，融合物联网、“互联网+”、移动通信等技术发展态势，为无线电频谱信息网络安全与区域生态协调发展建设，加快区域性一体化发展，研究无线电频谱监测系统总体建设框架。经过多年的建设，广西边境无线电固定监测设施已比较完善，对边境区域、沿海区域等特殊环境实现了一定程度的覆盖；随着无线电新技术新业务的不断发展，无线电频谱监测系统共享协同的技术手段与智能化服务方法值得进一步研究。

2.2 中越边境无线电频谱监测技术体系构建

调研中越无线电频谱发展现状，融合新一代物联网技术与工业、农业、现代服务业经济发展态势，紧密依托“一带一路”国家战略，推动频率分配由独享向共享协同转变，推进电磁环境保护与智能化监测网建设，形成新常态下互联互通发展模式与路径选择，加快区域天地一体化发展。将分析与创新无线电频谱共享协同的技术手段与智能化服务方法。

2.2.1 无线电频谱监测网网络组网结构

广西无线电频谱监测网按省会城市、大型城市和一般城市将监测站分为A、B、C三个级别。省会城市南宁为A级监测站，各地级市为B、C级监测站。监测系统由网络控制中心、中心固定站及辅助站（遥控固定站）组成，覆盖所在城市市区。同时，每级监测站根据所处地位、城市面积、工作需要配备一定数量的小型站、移动监测站、搬移站，作为对固定监测网的有效补充。广西无线电频谱监测网网络组网结构见图1。

图1 无线电频谱监测网网络组网结构

A级无线电监测网采用集群部署和多种设备相结合的模式进行建设组网，1个A级中心站（包括A级控制中心）、若干个A级辅助站（骨干遥控固定站）、若干个移动监测车联网组成，以实现南宁市区部分区域的无线电监测。A级中心固定站、遥控固定站、移动站分别与控制中心实现联网，实现联网监测、组网测向和交汇定位，组成一个先进、实用的A级相关干涉仪无线电监测测向监测网。

2.2.2 网络联网技术方式

网络联网技术方式为监测网各站间组网基于分布式访问控制策略的星形拓扑结构。在星形拓扑结构中，各个地级市的固定站或移动站均通过地级市的控制中心连入公共信息网，最后连接到核心节点南宁A级控制中心上。任何两个固定站或移动站之间的通信都要通过核心节点来进行，各个监测站点根据需要和网络状态自行控制对网络的访问。建设的B、C级监测固定站和小型监测站能够对无线电信号的频率容限、占用带宽、频率占用度、调制方式、信号场强、调制度等多项技术参数进行监测和测量，并对测量结果进行统计分析和存储；对捕捉到的信号进行测向和定位，配合便携式测向设备，能够在短时间内查找到无线电干扰源及非法设置的无线电台。

2.2.3 小型监测系统

主要由宽带监测天线、射频开关矩阵、接收机、广播电视接收解调器、音视频处理模块、监测控制与处理单元、远程监控系统、小型交换机及联网通信设备及相应的系统应用软件组成。小型监测系统主要具有ITU监测测量功能、中频频谱分析功能、离散扫描监测监听、录音功能、监测数据评估分析，系统配有监测数据库，可对测量数据进行事后统计分析，主要包括信号频谱回放、频段或信道占用度分析、电平分布分析等，并给出分析报告；系统可按照预先设置好的任务进行自动监测，主要包括固定信号频谱监测、频段扫描监测、离散扫描监测、监听和录音。根据分析模式可进行互调干扰分析，可分析2～5阶互调干扰，并进行相关性的扫描识别。可对整个接收通路（天线、开关、接收机、处理软件等）等进行自诊断。系统支持联网功能，联网方式符合国家无线电监测中心的《无线电实时监测通信协议》。

2.2.4 移动无线电监测系统

均由20MHz-3000MHz的监测和测向设备组成，主要包括天线及天线分配交换系统在内的天馈系统、监测（频段监测和信道监测）和信号处理等组成的监测系统、测向和测向指挥系统（含交汇和通信系统）、记录存储及辅助设备（含监测数据库）等。

2.2.5 无线电管制系统

针对非法利用无线电频率进行违法行为，建设无线电管制系统是为维护好空中电波秩序和提高科学管理水平提供更有针对性的技术支撑。如：现有主要违法行为利用频段为400-800MHz，但局部地区也有涉及利用3000MHz等高频段现象，因此根据具体需求配置无线电管制系统是非常有必要的。目前，无线管制系统主要应用于特定目标压制、重点区域压制和反考试作弊等场合。

无线电管制系统采用全频段一体化设计，集成度高，40-3000MHz由一个机箱覆盖，也可根据用户需求配置频段，具备多种频率设置方式和发射模式多种方式，搬移方便、快捷，便于快速展开压制任务。整个软件系统运行在嵌入式操作系统平台上，将其设计为逻辑上独立的网络IP设备，软件设计简单、独立，有利于日后的维护和升级。

为了进一步提高对非法信号识别的准确性，在实现上述要求的全景快速搜索分析基础上，对截获到的可疑目标信号在实时报警的同时，还需要引导进行定点的自动分析识别，包括进行信号体制与调制样式的自动识别、自动提取其特征参数，并与预先建立的无线电信号特征模版进行模式匹配，以进一步确定目标信号。系统根据频率范围提供全向接收天线和若干副发射天线，总体可覆盖40-3000MHz的频率范围无线电管制系统；其中，发射天线可用40-136MHz宽带发射天线、136-220MHz、220-350MHz、350-600MHz、600-1000MHz全向偶极子天线、1000-3000MHz对数周期发射天线组成，工作流程图如图2。

2.2.6 系统主要技术设施建设方案特点总结

监测系统在对无线电信号监测时，全部工作可由计算机控制单元进行控制操作。控制系统发出指令，宽带有源监测天线实现对信号接收，覆盖20MHz-3000MHz的无线电信号，监测天线接收的射频信号送入监测接收机，由监测接收机对信号进行放大、变频、滤波、A／D采样、信号解调及中频处理，计算机控制单元通过接口与接收机相接，读取信号电平数据和信号中频频谱数据，通过系统分析软件实现对信号的电平(场强)测量及中频谱的图形显示。另外接收机解调输出的音频信号送入监测测向终端，实现信号的监听和录音。

测向系统采用相关干涉仪测向原理实现无线电测向。测向系统通过计算机控制单元向测向天线发送测向指令，测向天线20MHz-30000MHz频段接收信号，由接收信号调整和变换装置对接收到的测向信号进行转换，如相位和幅度调整、频率变换等，并使其与测向接收机的信道和技术体制相匹配。监测接收机将天线送来的信号进行放大和变频、滤波、A／D采样，并输出中频数字化I/Q数据，测向机实时接收I/Q数据，对数据进行处理，实现复数电压的测量，并通过相关算法实现无线电测向，从中得到来波方向信息，把示向度结果返回给计算机控制单元。

图2 无线电管制系统工作流程示意图

获得辐射源所在方向是测向的目的。测向机单独工作时只能确定辐射源的方向，即辐射源的方位角。测向系统除了给出示向度以外，还将给出示向等级以确定示向度的可靠性；同时给出示向度随时间的变化、示向度分布的统计结果，最大示向度、最小示向度、最大概率点等，结合电子地图，绘制示向线，同时显示频谱图，并显示电平值和测向质量等信息；测向系统可采取单站多地点方式进行对目标信号交汇定位。

3 实证分析

3.1 边境移动业务实测

在实际应用中，中越双方在边境地区均设有大量通信基站，双方对频率资源的使用日趋紧张，尤其在边境地区特殊的地理环境下，双方网络的互扰问题尤为突出。从第一次中越边境无线电频率协调会谈开始，公众移动通信一直是双方协调的焦点。在实际测试过程中，由于中越边境多为山区地形，固定站和移动监测车测向误差很大，且无法准确获得越南越界信号的BSIC、CGI等信息，我们考虑用结合其他方法进行监测。一是利用通信运营商的路测系统进行测试；二是使用测试手机，打开其工程模式，利用其网络监控功能监测移动通信信号，掌握信号的BSIC、CGI等信息。结合大量监测数据，并联合移动通信运营商技术力量，对公众移动通信频段信号越界覆盖存在的问题和产生的不良影响进行了多方面的分析探讨，为中越双方的频段分割和场强限制方案提供了技术支持。

目前双方主要采取频段分割和场强限制的方案。在技术上采用减小发基站射机输出功率、使用定向天线、降低天线高度等技术手段对双方基站的越界信号场强进行限制，以降低移动基站信号的越界覆盖强度。一定程度上缓解了信号越界覆盖问题，但在具体限值标准上仍有一定难度，而随着5G牌照的发放，新一轮基站建设和频率调整也逐步展开，公众移动通信业务频段新的协调问题还会出现。

3.2 边境广播电视业务实测

广播电视信号的越界覆盖有着特定的客观和主观因素。一方面，受边境地区山区地形地貌的影响，广播电视开路发射应用较多，且发射功率大，台站地理位置高、覆盖范围大、传播距离远，客观造成广播电视信号的越界覆盖；另一方面，广播电视频越界覆盖存在一定的主观因素，边境地区采取大功率、多频道的广播电视台站建设策略，对边境地区其它业务发展造成干扰。在实地测试过程中，我们采用多站结合的方式对信号进行测向定位，并用灵敏度比较高的接收机解调获取图像和声音数据，在边境地区采集到的越方广播电视信号也相当多，纵深覆盖范围广，部分信号甚至覆盖广西首府。

3.3 边境航空业务频段实测

航空无线电业务对于保障飞行安全具有重要意义，但其本身抗干扰能力差，设备灵敏度高，易受到广播电视、大功率无绳电话等无线电信号干扰，保护航空无线电业务的安全畅通也是重点任务。随着边境地区通信条件的改善和大功率无绳电话整顿，边境非法使用大功率无绳电话的现象得到一定程度缓解。但在一些口岸仍监测到越南语音大功率无绳电话信号，给我方航空通信带来严重安全隐患。航空无线电业务频段则需要相对长的时间监测，因为其有些发射信号并不是常发信号，时间占用度低，干扰信号较难捕捉，需要积累大量的监测数据进行对比分析。由于广播信号的越界覆盖，也对我方的航空业务带来影响。如，我方某中波导航台553kHz受到越南语广播干扰，导致该导航台只能被迫改频使用。

4 结束语

通过边境地区无线电频谱监测网络系统项目建设及使用，为政府和有关部门工作决策提供更有效准确的数据，为无线电管理提供必要、合理的技术参数，同时以先进、科学的技术手段对使用的无线电频率进行监测，提高无线电监管能力和无线电管理的技术水平，从而对有限的无线电频率资源进行有效利用，防止频率违法使用，净化空中电磁环境，确保边境地区各类无线电业务正常、有序地进行，减少无线电干扰事件的发生，促进经济繁荣发展，保证社会的安全与稳定，维护国家无线电频谱资源的权益起到积极的推动作用。

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2017.07.009

P161.4，TN9文献标示码：A

1672-7274（2017）07-0024-04