短波通信网在应急通信领域的应用

2014-01-01刘振岭张水兴

无线电通信技术 2014年2期

刘振岭，张水兴，李骏

(1.河北远东通信系统工程有限公司，河北石家庄050081;2.江西赣西供电公司信息通信分公司，江西新余338000)

0 引言

随着现阶段诸如地震、火灾、冰雪、洪灾和恐怖事件等灾害事件的频发，政府及其相应的职能机构的工作能力、办事效率不断地经受着考验，灾害事件给国家经济和地方经济造成了重大损失。因此一旦有灾害发生，就必须以极快的速度采取补救措施，补救是否及时、决策是否得当，重要原因都取决于在灾害发生前后通信措施是否及时，分析是否准确合理等，这些因素与人民群众所承受的生命和财产损失情况密切相关。为此，国内外都在为预防灾害，以及灾害发生时的实时通信传输而努力。

1 短波通信特点

短波通信不依赖其他有线和无线通信手段都必须具备的网络、传输线路、中继体和建筑等基础运行条件，属于独立自主通信，抗毁能力最强。短波通信是实现中、远程无线联络的基本手段。短波一方面通过地波传播实现近距离通信，另一方面通过电离层反射的天波传播，实现远距离通信。从点对点直通距离看，短波是所有无线通信方式中距离最远的一种无线通信手段。

另外，短波通信系统建设和维护成本低，无通信费，建设周期短;设备简单，可以根据使用要求进行固定设置，也可以个人背负或车载安装进行移动通信;组网灵活;实时性好;除了话音之外，还可以通过配接附属设备实现传送电报、有/无线电话转接、计算机通信和G3传真等业务。

基于上述优势，短波通信在国内外历次突发事件中都发挥了不可替代的重要作用，特别是在救灾初期常常是主要依赖的通信工具，因此被广泛用于军队、武警、政府各系统、公安安全，以及地震、林业、矿业、电信、水利、电力、交通和安监等专业领域。

2 组网建设目标与网络拓朴结构

2．1 组网建设目标

针对应急通信领域的应用特点，短波电台网应满足多点交互通信功能，对上可以及时汇报灾情以及日常运营情况，对下及时指挥下级单位，平级单位可以联合作业。最终形成一套完整的通信指挥网络，满足处置突发事件时可以上传下达，平时可以进行相关情况通报。

下面以省级应急通信为例，介绍省级应急通信领域的网络构成。

2．2 网络拓扑结构

所谓网络拓扑设计是指依据所给定的信息流特性——通信业务量和终端节点的位置，确定中间节点的位置和网络节点之间连接的方式。最佳的网络拓扑设计是网络经济性的可靠保证，同时网络拓扑设计也将影响到网络的可靠性、链路的容量及分配、流量控制及网络延时等主要指标。

针对应急通信领域垂直管理的工作特点，适合采用树形网络拓扑结构。在这种拓扑结构中，每个结点与其子结点有连接，并根据实际需要确定是否与同级其他子结点进行有限连接，在指挥调度过程中，通常每个机构听命于一个上级部门，涉及到同级子节点联合行动时，一般都由共同的上级单位负责协调，所以同级子节点直接通信的情况并不是很多，但是为了提高整个通信网络的抗毁能力，可以考虑将几个重点子节点进行同级有限连接。树形结构是天然的分级结构，与其他拓扑网络相比通信线路总长度短，成本较低，节点扩充灵活，寻径方便，便于管理。

省级应急通信领域短波通信网由省级应急通信部门、市级应急通信部门和县级应急通信部门3层网络构成。

整个短波通信网能够实现对全省地域的全部覆盖，必要时还能够与其他职能部门，以及周边省份的救援单位跨区联络，实现应急救援指挥无线通信逐级或越级的实时指挥调度。县区台、市台和省台之间在结构层次上形成短波树形拓扑结构通信网络。根据业务处理的需要，在同层次上还可组成网形拓扑结构，这样每个结构节点之间有多条路径可供选择，具有较高的可靠性，其网络拓扑结构示意图如图1所示。

图1 网络拓扑结构示意图

3 设备选型情况分析

针对短波通信系统网络的层次构成，在设备选型上，从实际需要出发，以设备功能先进性、稳定性为重，同时权衡设备的性价比，在满足系统功能需求的基础上，达到系统功能先进，运行稳定、易于操作、升级维护方便、兼容性好，性价比高。

3．1 电台种类选型

短波电台按用途和使用条件，分为固定式、车载式和便携式电台。固定式电台主要用于战略通信，通常组成发信集中台和收信集中台，其功率为数百瓦至数千瓦，甚至到数十千瓦，一般使用性能较好的大型天线;车载式电台用于组成指挥所通信枢纽或作移动通信使用，其功率为数十瓦至数千瓦，一般使用鞭形天线和双极天线;便携式电台主要用于保障战术分队的通信联络，具有体积小和重量轻等特点，一般采用鞭形天线，利用地波进行近距离通信，功率通常为数瓦至数十瓦。

针对应急通信领域不同级别的特点和功能，建议采用如下方式配备短波电台设备:省级应急通信部门建议由125 W或者400 W固定基地站台、125 W动中通车载台以及背负电台组成;在市级应急通信部门配备125 W固定基地站台和背负台，实现全市范围的远距离报、话通信能力;在县应急通信部门配备背负台，能够实现对全县的覆盖，必要时可以装到通信车或者指挥车上进行通信。

3．2 天线种类选型

固定台建议采用全向三线基地宽带天线，可实现1 500～2 000 km半径内的语音、报文传输，对全省的地级市和县实现无缝隙覆盖。全向三线基地宽带天线采用宽带匹配网络和加载技术，天线具有工作频带宽、电压驻波比小、辐射效率高、免天调等技术特点。全向三线基地宽带天线采用三线偶极结构，具有性能稳定、抗风能力强、不易损坏等特点。全向三线基地宽带天线根据不同的应用场景可以采用平拉方式架设或者倒V方式架设，平拉方式架设适用于固定台的远距离通信，倒V方式架设适用于固定台的中、近距离全向通信。

固定台除了全向三线基地宽带天线外，也可使用高增益，低仰角对数周期天线(LP)，但天线价格昂贵。通信距离较长，在实践中100 W短波自适应电台配这种天线，可基本实现北京至昆明，乌鲁木齐甚至拉萨全天候通信。如果通信质量要求不是太高，也可使用价格相对便宜的天线如八木天线，长线天线，但长线天线需用天调。距离在600 km以内时采用水平双极天线可取得较好效果，但水平双极天线占地较大，中心站电台较多不适合布天线阵。

车载式和背负式短波电台根据电台的不同功能配备不同的电台天线，通常配置为车载鞭天线和便携天线杆等。

3．3 其他考虑因素

车载式和背负式短波电台建议选用具有双天线插口、能够实现一机多用(可用于基地、车载、背负等多种方式)的数字化背负电台，便于系统改造升级和节约以后的建设经费。在日常情况下配备双极或三线天线作为基地电台使用，与上级单位保持畅通;在紧急情况下可去掉基地天线接头，移至应急车或者通信车上配合车载天线作为车载电台赶赴现场并在行进中与上级单位保持畅通;当车载鞭状天线处于短波近距离通信盲区无法与指挥中心通信时，可利用电台的双天线插口临时架设简易固定天线实现无盲区通信;当道路中断，车辆无法继续前进，取下车载电台转作背负电台徒步到达救灾现场，即可在徒步行进中与上级单位保持畅通，也可在到达现场后临时架设简易天线作为现场通信中心(作为现场指挥部的现场通信保障手段)与上级单位保持畅通，将前端实时情况传回指挥中心，指挥中心给予相应的指挥调度，最大限度地保证人民生命财产安全。

4 多网系融合设备的配备

为了解决短波通信网与其他通信的融合问题，同时提高整个短波通信网络的可靠性，必要时可以配备多网系融合设备，通过该设备可以将短波无线通信和有线通信、卫星通信及超短波通信等通信手段进行融合，通过其他制式的承载网络，实现对短波系统的延伸和扩展，从而可以大幅度提高通信效率。多网系融合系统通信示意图如图2所示。

图2 多网系融合系统通信示意图

5 网络遥控设备的配备

图3 远端架设电台示意图

由于短波电台发射时有较强的辐射，严重时会对周围的人员和设备形成伤害，为了避免该情况的发生，必要时可配备网络遥控设备，如图3所示。通过该设备可以实现将短波电台及天线架设在远离指挥中心的地方，网络遥控转换设备与短波电台相连，同时通过通信传输光缆将控制信号和音频信号传输到指挥中心，操作人员可以在指挥中心对短波电台进行遥控操作，从而可以增加人员的安全性。

6 短波通信网人员配备

针对目前应急通信部门工作人员的现状，需要配备短波通信网系统日常维护和操作人员，短波通信由于需要较高的操作和维护经验，只有专门从事该领域的工程师，才能够对系统较了解，鉴于这种情况，需要对整个通信网进行定期的维护和定期演习，使得操作人员对系统更加熟悉，经过长期的经验积累，才能够掌握短波通信领域的相关知识。