自主选频短波通信系统架构研究

崔斌 刘维 宁锐 王默 唐静静

（应急管理部森林消防局 北市京 100048）

短波通信又称高频(HF)通信，是应急指挥的重要手段之一。在有重特大自然灾害事故时，有线固定通信和无线移动通信全部中断的紧急情况下，由于现场救援单位较多，经常出现卫星通信信道被众多现场同类设备挤占，通信通道堵塞等原因无法正常通信。应急救援队伍可利用短波通信机动灵活、传输距离远、坚固耐用、快速组网的特点及时组建设通信应急指挥系统，开展救援工作。但短波通信在使用过程也存在一些问题，主要表现在：

（1）采用定频通信，机动通信沟通率低、通信不够顺畅。目前某些短波电台采用固定频率和固定频率集来制定联络文件，通信频率的选择主观性强，因而在一定程度上造成了短波机动通信沟通率低、通信质量差的问题；另外由于短波信道是一个变参信道，随时间和位置变化的电磁环境（自然干扰、外部干扰）、随时间而变化的电离层、以及不同增益的短波天线，都将影响电台的可通率和通信质量。所以提高通信设备的自主选频能力，让设备能自主选择可通频率，是提高短波通信效能需要解决的重要问题。

（2）人机界面操作比较复杂。目前大部分短波电台，人机界面操作使用相对复杂，对操作使用者专业素养要求比较高，非专业人员操作使用困难，通信成功率低。

（3）设备抗干扰能力弱。目前某些装备的短波电台受到干扰后，电台不能自动切换通信频率，不能自动重新建立通信链路，抗干扰能力较弱。

（4）短波通信系统可扩展性有待提高。目前大多数短波电台主要提供语音通信服务，短波电台IP联网、短信息、报文、北斗定位信息采集和发送功能等服务功能扩展性差。

本文提出了一种自主选频短波通信系统架构，通过把短波电台与有线网相结合的方式，使系统具有更高的扩展性和可操作性，并实现在“一张图”上进行语音调度、定位和轨迹显示等功能。

1 总体框架

本文主要采用自主选频短波电台，自主选频短波电台提高了短波无线通信的可通率、抗干扰能力和可靠性。在自主选频电台的同时，配套了IP电话网络的SIP服务器、IP电话与短波电台连接网关、IP电话多业务终端、短波电台麦克等关键设备，将短波无线通信和IP有线电话完美结合，使系统具有很高的扩展性和稳定性，分为两大部分：短波无线通信部分和IP有线网部分，如图1所示。

图1：总体架构

1.1 短波无线通信部分

短波无线通信部分的设备应用自主选频短波电台，该设备采用认知无线电技术，将短波频率探测系统和通信系统有机结合并一体化设计，实现探测选频和用频的无缝连接，提高电台开机通的能力。

该电台具有自主选频功能、非建链通信功能和自动链路维护功能的短波通信设备，并且在短波业务通信性能方面也有大幅度提升，如声码话（速率600bps）性能提升、高效率报文传输、超低速高抗干扰数据报传输等，如图2所示。

图2：自主选频短波无线通信系统指挥通信

1.2 有线网部分

IP有线网的部分主要有融合通信服务器、智能多业务终端、短波电台会议麦克系统和固定电话；SIP服务器电话软交换平台，具有极强的伸缩性等特点；软件运行环境为64位Linux平台，可以作为一个简单的软电话客户端，也能作为运营商级的软交换设备使用；智能多业务终端配置在各级用户桌面，配属智能通信业务系统使用，支持多媒体电话、多媒体会议、融合通信等业务。

短波电台可融入现有可视化指挥信息系统平台，将“看不见、摸不着、感知不到”的电磁波信号“可视化、数字化、图形化”，将传统短波点对点指挥通信模式升级改造为“网络化、平台化、无中心化”模式，解决各级指挥所对短波电台的通信状态不明、通联状况不清、通信质量不详的问题，实现对短波通信系统的“可查、可控、可管”，体现“一体化建设、扁平化指挥、随遇化接入”的建设理念，进一步提高实战条件下公网中断或复杂电磁环境下的应急指挥能力。

2 可视化平台

短波可视化操作平台实现基于二维、三维电子地图通过图标直观显示和查看各自主选频短波电台（固定、车载、背负）分布情况、开关机状态、单位名称等基本信息和实时数据，为应急指挥提供实时准确通信状态信息。

2.1 基础视图展现

系统进入后，默认展现全国3D卫星地图，如图3所示。

图3：基础地图

（1）画面包含调度工具箱。即为系统功能菜单，具体功能见对应功能说明。

（2）设备类型复选框。通过勾选过滤地图以及设备信息中的设备类型。默认全部勾选。

（3）地区选择框。登录后，根据用户权限自动在地图中显示所在省份设备信息。

（4）设备信息列表。以列表形式查看设备信息，可根据所选功能不同显示不同内容。用户能够在列表中，依照支队、大队、中队进行设备过滤，所过滤结果与地图中的设备联动。同时协助用户进行个别设备的精准选择，选择后与地图中设备选择联动，在地图中高亮显示所选设备。

（5）地图展示。包含地图、图例、地图功能按钮。能够在地图中以打点的形式显示设备位置信息。用户能够在地图中以点选、框选的形式进行选择。

（6）地图切换功能按钮。根据所选地图引擎功能，应包括但不限于2D/3D地图转换功能，点选功能按钮，框选功能按钮。

（7）图例展示：包含由地图引擎获取的比例尺以及各功能定义的图例信息。

2.2 基础信息查看

该功能为登录后默认选择功能，根据设备类型复选框以及地区选择在地图上显示对应省份的设备基础信息，如图4所示。

图4：基础信息

基本信息包含设备所属单位、设备类型（固定、车载、背负）、开机状态等。

2.3 通联状态查看

通联状态实现基于二维、三维电子地图通过连线粗细、虚实和数字直观显示各自主选频短波设备（固定、车载、背负）哪些刚上线入网、哪些能够通联、哪些正在通联，以及通联时间、通联频率，为应急指挥提供实时动态通联状况信息，如图5所示。

图5：通联状态

通联信息包括设备所属单位（显示全称）、设备上线时间、是否能够通联、通联频率四项。

2.4 通信质量查看

该功能能够进行主设备与其他设备通信质量的查看。点选该功能后，地图工具中增加设置为主设备工具。用户点击设置为主设备工具后，再点击某设备，则该设备设置为主设备，如图6所示。

图6：通信质量

2.5 实时轨迹监控

该功能能够根据用户所选择的设备，查看该设备的实施轨迹信息，如图7所示。

图7：实时轨迹

用户选择设备后，实时获取该设备位置信息，并用连线标注出该设备实时移动路线；鼠标沿线路移动时，在鼠标后显示设备到达鼠标所指位置的时间（精确到秒）。

2.6 历史轨迹回看

该功能能够对用户所选设备的历史轨迹进行查看，如图8所示。

图8：历史轨迹回看

用户选择设备后，依照所输入的时间区间，轮播显示获取到的数据点，并用线段在地图中连接各轨迹点，轮播顺序为时间顺序，轮播框内显示该点位时间。

3 结论

本文提出了一种自主选频短波通信系统架构，通过把短波电台与有线网相结合的方式，使系统具有更高的扩展性和可操作性，并实现在“一张图”上进行语音调度、定位和轨迹显示等功能。该平台架构，在森林消防领域进行了实践，并取得了很好的效果。