应急救援行动中通信频谱资源保障研究

翟 帅，饶 俊，王 哲

(1.湖北省武汉市消防救援支队，湖北 武汉 430000；2.国防科技大学 信息通信学院，湖北 武汉 430000)

0 引言

随着国家经济的飞速发展，全国各类工程项目、大型化工园区、港口以及重大水利工程得以完工，但发展中难以避免会产生各类的安全问题以及隐患，大型的灾害时有发生，且规模越来越大，例如大型的地震、大型火灾以及南方水系的洪涝灾害。大型的灾害现场汇集了全国各方面的应急救援力量，这给应急救援工作的指挥协调带来了很大的困难，必须依赖于无线通信技术手段[1-3]。无线通信技术能够加强救援人员行动之间的协同，必要时可以将受灾人员或者受困人员的信息传递给救援人员，使得救援队伍能够更迅速地对受灾人员展开施救，不仅如此，应急救援现场的通信手段还是发布真实信息、把握舆情的重要手段[4-5]。

对于指挥通信的保障，除了保障必要的指挥通信供电之外，还需要保障通信频谱资源。大多数灾害现场，应急通信频率集中在超短波以及短波通信频率，与民间的电台信号重合，各类用频台站密集部署，极容易因信号自扰互扰而造成救灾指令传达不及时、信息错报漏报的情况。针对此类问题，本文提出以下3个应对措施。

1 提前收集用频台站频谱数据

救灾过程时间紧、任务重，且由于灾区环境复杂，临时设置信道和通信频率难免会造成自己用频设备以及其他救援单位用频设备出现频率重合，也有可能出现互调干扰现象。如果能在应急救援行动开始前，就掌握所属队伍用频装备设备频谱发射参数以及频谱接收参数，了解友邻单位用频信息，掌握灾害发生地域民用用频台站频谱参数信息，就能够为应急救援行动用频制定计划。收集用频台站数据，可以从本单位用频台站数据、兄弟单位用频台站以及受灾地域民用台站数据3个方面入手。

(1)收集本单位用频台站数据。要清楚本单位用频设备型号、数量以及使用单位/部门，最重要的是清楚每台设备频谱发射参数/接收参数，编制用频台站频谱参数数据信息统计表，对于对讲机这一类的用频装备，要清楚每个信道具体的频率参数，以便后期制定通信用频计划时能做到心中有数。本单位的用频台站可以按照频段来分类收集，例如短波用频设备、超短波用频设备以及微波用频设备，对于发射参数，要记录各类设备的工作频点/频段、起始和终止频率、杂散发射等频谱参数，发射功率的动态调整范围，对于接收机而言，明确接收机的接收频段范围、设备的敏感度、设备的最大承受功率。无论是接收机还是发射机，都需要明确所使用的天线方向性能，通过收发设备的功率以及天线性能，可以大致估算通信的距离和范围。

(2)收集一同执行救援行动的其他地方救援队伍的常用频率，特别是友邻单位的重要指挥通信用频，需要进行记录并特殊标识，以便后期制定用频计划。首先，要清楚友邻单位的组成以及力量编成，大致知道友邻单位设备台套型号，明确友邻单位的常用频率，从而能够为本单位在通信设备采购以及通信参数设置上提供基本遵循，尽可能避免和友邻单位使用相同的频率；其次，要清楚友邻单位频谱发射功率以及通信方式，例如信号的调制方式、通信的时间间隔、信号覆盖的范围等，这样能够为本单位使用通信设备提供参考，尽可能在信号调制方式以及使用时间上规避干扰；最后，要清楚友邻单位的信号特点，这样能够在救灾现场第一时间区分本单位用频、友邻单位用频和受灾群众的求救信息。

(3)收集可能受灾区域周边用频台站频谱数据，特别是大功率电台，例如大型化工园区周边的民用广播台站频谱参数以及周边无线电爱好者群体常用的频率等，积累这样的数据以后，受到干扰时能够迅速查明干扰的来源。可以先掌握周边基站的数量位置，民用广播电台也是重要辐射源，广播电台广泛覆盖88～108 MHz的超短波频率范围，各类无线电爱好者以及非法用频也集中于这个频段范围。应急救援部门需要尽可能提前掌握受灾区域大功率用频台站信息，及时发现可能的威胁和干扰并进行规避，以便于通信指挥频率不会受到来自这些频率的干扰。

2 制定周密的用频计划

到达灾区之前，应急救援队伍需要以收集到的频谱数据为依据，根据所携带的用频设备(对讲机/电台等)，结合友邻单位用频设备频谱数据以及当地民用电磁频谱数据情况，制定救灾应急通信用频计划，尽可能避免各类用频冲突，消解用频矛盾，保证在救援过程中通信频率处于协调有序的状态，例如：可以提前制定灭火指挥对讲机通信频率，提前规避当地常用民用无线电台频率，从而最大限度地保证应急指挥通信的稳定可靠。用频计划包含时间、空间、频率以及能量4大要素，如表1所示。

表1 用频计划

频率计划是用频计划制定中最重要的一项内容。频率计划就是为每一台设备划分具体的频段，制定具体的工作频率，尽可能规避同频干扰，消解互调干扰，必要时在信道调制方式上予以区分，以达到更好的效果。在设备可能的工作区间为每台用频设备选择合适的工作频段/频道，根据通信距离、通信方式、业务容量、地形条件、电磁环境以及不同频段电波传播特性，选择用频设备最为合适的工作频段供应急救援行动使用。具体频点的选配，一般需要注意避免干扰，同时尽可能提高频率复用率。对于设立于独立地域、单独信道的用频台站，主要考虑避免同频干扰，复用频率时应满足一定的空间间隔；对设于同一地点或地点靠近，发射功率较大的设备，尤其是多信道共用系统的基地台，在设置频率时应尽量避免交调或互调干扰。微波由于天线具有极强的方向性，使得频率在不同方向上可以进行复用。

时间计划主要包括用频设备使用的时间段，尽可能让相近频率的通信系统错开用频时间，规定该型设备在该地域使用的起始和终止的时间段。因为电磁频谱资源是一种无限的资源，用的时候被占用，不用的时候就完全空余，就像没有被使用过一样，根据这一特性，若业务不是很紧急，可以为每一项业务单独划分独立的时间段，若业务较紧急，也可以在同一时间段内交替进行，或使用不同的频率，若进行点对点通信时，为每一对通信系统单独设置时间，广播通信时，各个接收机可以使用同一时间段。

空间计划就是规定该型设备以及频率所使用的具体区域，必要时控制发射的功率以及天线辐射方向。例如短波电台以及超短波电台，天线的辐射形式大多采用全向辐射，接收天线同样也是全向接收，在发射时需要考虑电台对四面八方的影响，接收信号时也需要考虑来自各个方向的影响，而微波辐射方向性较好，可以朝特定方向进行通信，因而在用频计划制定时，可以通过空间设置来合理规避各种干扰。空间计划除了考虑天线辐射方向，还需要考虑具体的地理环境，例如在山区中进行通信，其信号覆盖范围将明显弱于平原地区，而在城市以及高楼林立的环境展开救援，建筑物的遮挡也会造成很大的影响。空间计划可以配合时间计划共同制定，这样可以更充分地利用电磁频谱资源。

能量计划就是控制电台的辐射功率，电磁辐射的功率可以通过场强来测量，也可根据设备本身的功能，设置高功率模式、低功率模式，这些都是按照dBm为单位计量的射频输出功率，通过天线以及放大器辐射到空间，不同的功率大小决定着不同的作用距离以及范围。在制定计划时应以够用为标准，尽可能减小用频台站对周边的影响，根据不同的业务需要，设置所需要的功率大小。对于一般的通信而言，按照通信电台的功率区间进行设置，对于功率需求不大的场景，可以在设备与天线之间串接信号衰减器，而对于需要大功率远距离的通信业务，可以在设备与天线之间串接信号放大器，必要时采用定向天线朝向目标进行通信。

3 进行实时频谱监测并灵活调整用频

在应急救援过程中，开展对灾区电磁环境的监测是有必要的，因为通过频谱参数收集并制定合理的用频计划，只能够消解一些已知的用频矛盾风险，而一些突发情况，包括受灾地域临时开设的大功率电台、各类新闻报道信息的传输、老百姓的求救电台以及地方各类民间组织的电台等，都会造成计划外的电磁干扰，这需要应急救援部门实时掌握灾区当地的电磁环境信息，需要依赖电磁频谱监测力量及手段。

电磁监测是获取空中信号频谱及相关参数的一种技术手段，其目的是为应急救援通信提供周围的电磁环境信息。应急救援部门可以通过电磁频谱监测获得更多当地电磁环境信息，了解电磁频谱占用情况，还可以发现用于求救的用频台站，找到需要帮助的受灾群众。应急救援部门可以向地方无线电管理部门寻求技术支持，或自己组建频谱监测力量，第一时间获取周围电磁环境数据。电磁频谱监测包括频谱占用情况监测、信号分析以及测向定位等。电磁频谱监测按照频段划分包括短波监测、超短波监测以及微波监测。其中短波监测是指对频率在3～30 MHz的无线电波进行监测，这个频段信号密集度高、场强差别大，需要大型监测设备；微超短波监测对VHF和部分UHF频段内无线电信号进行的监测，这个频段的电磁波主要是视距波，该频段也是最值得关注的频段，集中了广播、电视、导航以及移动电台等业务，与短波相比，其传输特性比较稳定，信息传输量大，但传输距离有限，通常情况下覆盖半径10～30 km。微波监测的频段主要在300 MHz～300 GHz，主要涵盖一些卫星通信、地面移动通信等。监测频谱如图1所示。

图1 某地域电磁频谱监测

通过车载式频谱监测系统至受灾地域展开频谱监测，或者在受灾地域临时架设便携式,或者手持式电磁频谱监测以及测向定位设备，实时监测该地域频谱占用情况，可以根据频谱占用情况灵活调整通信用频，若发现突发的电磁信号对现有的用频产生了干扰，则应该及时干预，更换新的通信信道，若干扰信号不明，或有求救信息，则可以通过测向定位，及时发现信号的地理位置，若是受灾群众进行无线电求救，则可在第一时间发现并展开救援。

4 结语

应急救援行动中指挥通信至关重要，灾区地域用频台站密集，各类通信、媒体、无线电用频集中，造成了复杂的电磁环境，极容易对应急救援指挥通信造成干扰，为了规避这样的问题，本文给出了应对措施。从灾害之前的用频台站数据建设，到救灾行动前用频计划制定，最后到救灾过程中电磁环境监测和临机改变用频计划3个方面，论述了应急救援行动中通信频谱资源保障方法，可以作为今后救援行动通信保障的依据。