張志軍，肖 非，吳鵬超

（1.黑龍江省森林防火預(yù)警監(jiān)測信息中心，黑龍江哈爾濱 150090；2.大興安嶺防火中心，黑龍江加格達奇 165000）

0 前言

隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展和各級領(lǐng)導對森林防火的重視，尤其是在撲救重、特大森林火災(zāi)期間，領(lǐng)導親臨現(xiàn)場的時間越來越多，這使得指揮部變成移動指揮部的幾率越來越大！領(lǐng)導們不論到達任何地點，都有可能與總指揮部、前指和分前指，甚至火場一線撲火隊進行溝通，以便對瞬息萬變的火場做出相應(yīng)的決策。在這種需求下在森林火災(zāi)多發(fā)地區(qū)的森林防火通信也逐步由傳統(tǒng)超短波中繼組網(wǎng)方式（單個組網(wǎng)、背靠背二次接力組網(wǎng)等）向現(xiàn)代中繼組網(wǎng)方式（中繼鏈路、掃描中繼等）發(fā)展。使過去中繼網(wǎng)絡(luò)由局部地區(qū)的一呼百應(yīng)變成了以縣級為單位的全網(wǎng)一呼百應(yīng)，為移動指揮撲救森林火災(zāi)提供了方便。但這種中繼組網(wǎng)方式同時也存在一些問題，如實現(xiàn)了全網(wǎng)通的同時，就產(chǎn)生了信道擁擠現(xiàn)象，而復雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和多個信道給領(lǐng)導的使用造成了麻煩，另外森警使用的350 MHz通信設(shè)備與地方150 MHz和400 MHz通信設(shè)備還無法進行直接的聯(lián)通。因此，根據(jù)這種網(wǎng)絡(luò)存在的缺陷，和《中國森林防火科研中長（2006-2020年）發(fā)展綱要》開展綜合通信系統(tǒng)研發(fā)的要求，筆者提出了應(yīng)用“超短波無線交換中心”的概念，以解決中繼鏈路組網(wǎng)中存在的問題。

1 系統(tǒng)組成及功能特點

無線交換中心設(shè)備主要由150 MHz、400 MHz、350 MHz收發(fā)信機，中心控制器，電源，天饋系統(tǒng)及遠端控制切換單元組成，見圖1。

圖1 無線交換中心原理框圖

1.1 收發(fā)信機設(shè)備

無線交換中心的收發(fā)信機由150 MHz的中繼轉(zhuǎn)發(fā)器和400～470 MHz全頻段半雙工收發(fā)信機及350～390 MHz全頻段半雙工收發(fā)信機構(gòu)成。

150 MHz中繼轉(zhuǎn)發(fā)器采用兩臺半雙工收發(fā)信機集成，既可工作于主臺模式A機（發(fā)高收低）狀態(tài)，又可工作于屬臺模式的B機（發(fā)低收高）狀態(tài)，便于火場復雜通信網(wǎng)絡(luò)的靈活運用，這種一機多用方式是通常中繼臺無法實現(xiàn)的。

400 MHz收發(fā)信機在無線交換中心的作用既可做遠端400 MHz中繼臺的屬臺，又可做遠端150 MHz中繼臺的匯接鏈路。350 MHz收發(fā)信機主要為森警部隊配備，通過無線交換中心使森警部隊的通信裝備與地方的通信系統(tǒng)聯(lián)網(wǎng)。

上述三個頻段的無線信道除語音通話外，同時又是無線交換中心進行無線控制切換接續(xù)的信令通道，無論從哪一頻段進入均可實施控制。這三個頻段的收發(fā)信機的頻率設(shè)定除電腦編程外，均可現(xiàn)場手動置頻，用以滿足現(xiàn)場應(yīng)急需要。

1.2 中心控制器

中心控制器由CPU微處理器，DTMF（雙音多頻）編解碼器，固態(tài)模擬開關(guān)，數(shù)字開關(guān)等單元組成。它的作用是接收來自信道機所接收的信令，處理實施各項指令，并回饋各種指令完成的確認。

它的主要功能是中心無線設(shè)備各頻段收發(fā)信機的切換和接續(xù)；每個頻段收發(fā)信機信道切換；150 MHz轉(zhuǎn)發(fā)器A機和B機的轉(zhuǎn)換；150 MHz轉(zhuǎn)發(fā)器中繼/基地工作模式的切換；通過150 MHz轉(zhuǎn)發(fā)器或400 MHz鏈路機遙控遠端控制切換單元模塊實施遠端中繼臺與鏈路機的接續(xù)。

無線交換中心除無線遙控交換外，并設(shè)置有現(xiàn)場人工交換接續(xù)功能，中心控制器裝備有各種操作按鈕和各種工作狀態(tài)的指示。

要實現(xiàn)無線遙控，采用了以下的控制方式：

（1）開放式及信令控制方式。所謂開放式，即載波控制方式，利用各頻段中繼臺或車載臺所接收到的載波信號實施控制。當連接控制器中的任意一臺無線設(shè)備接收到信號后，自動啟動其他無線設(shè)備發(fā)射，并將語音信號加載調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)至這些設(shè)備的下屬終端。

（2）信令控制方式用大眾化的DTMF格式，即在每臺中繼臺或車載臺接口處設(shè)有信令解碼器，此解碼器的解鎖分自助式和被動式，在自助模式情況下，該接口處無線通道的屬臺，若需要與其他頻段信道通話時，由自己發(fā)出指令解碼接續(xù)。解碼關(guān)閉分指令和延時兩種，當發(fā)指令碼即刻關(guān)閉，否則，等待延時期內(nèi)不再通話時自動關(guān)閉。所謂被動式是由系統(tǒng)中被授權(quán)的高層人員掌握密匙控制其各頻道通話的路由。

上述功能及碼源分配可PC機編程設(shè)定，也可通過DTMF信令程序無線遙控設(shè)定。

1.3 中繼臺或車載臺與交換控制器的接口（圖2）

圖2 接口示意

為了提高系統(tǒng)可靠性，不因某頻道故障導致系統(tǒng)其他頻道處于連續(xù)發(fā)射狀態(tài)，接口電路的控制信號采用光耦隔離；音頻輸出、輸入采用音頻變壓器隔離方式，這使音頻信號通過磁耦合，電路不共地，可減少或降低由于共地電位差引起的噪聲或雜音。

1.4 供電設(shè)備

整個無線交換中心設(shè)備的供電統(tǒng)一由一個電源模塊提供。該模塊交直流兩用，自動無觸點切換，內(nèi)置20 A的鎳氫電池組，備有外接大容量電池組的接口，并設(shè)有內(nèi)外大電流電池充電功能。內(nèi)置電池組按收發(fā)1∶1周期循環(huán)工作，至少可連續(xù)2 h使用。

1.5 天饋設(shè)備

本系統(tǒng)配備4副全向天線，160 MHz一副，360 MHz一副，410 MHz和460 MHz各一副。天線指標的重點放在帶寬上，以犧牲增益為代價換取帶寬，由于無線交換中心設(shè)備通常安裝在較高的山頂上，從設(shè)備配置和使用角度出發(fā)，相對而言是值得的。

全向天線采用1/4波長套筒結(jié)構(gòu)，為盡可能少損失增益，同軸套筒使用直徑規(guī)格較大的，用于增加帶寬。

同軸電纜內(nèi)導體使用多股線，具有較好的柔軟性，便于反復多次使用。其長度為10 m，幾乎可以滿足各種環(huán)境下天線的架設(shè)。電纜連接器150 MHz使用UHF/M方式，400 MHz和350 MHz采用高頻特性好的N/M連接插頭。為避免忙亂中錯接，電纜頭尾和天線安裝處均標有顯著的標注。

1.6 設(shè)備結(jié)構(gòu)

本系統(tǒng)使用一個標準的19英寸機柜，所有主機單元全部安裝在機柜內(nèi)。機柜采用輕型鋁材特制，機箱前后門為扣蓋式，便于現(xiàn)場安裝操作使用。

系統(tǒng)包裝為二件：19英寸機柜一件，天饋為一件。天饋箱內(nèi)裝有4副天線和3根10 m長的電纜。

2 組網(wǎng)應(yīng)用

系統(tǒng)的核心是無線交換控制器，它將各頻段的無線信道匯集在一起，完成網(wǎng)內(nèi)150MHz、350MHz、400 MHz不同頻段的無線終端對講機相互通話，同時可根據(jù)需要利用控制信令遙控某個中繼臺的與其他中繼臺的聯(lián)通和斷開。其組網(wǎng)示意圖見圖3。

由圖3可看出，具有無線交換中心設(shè)備的中繼臺，一般設(shè)置在網(wǎng)內(nèi)與其他中繼臺都能實現(xiàn)互通互聯(lián)的地點。

2.1 實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)中繼設(shè)備的到前指、縣防火辦語音通信的匯接中轉(zhuǎn)

在森林防火日常無線通信過程中包括超短波無線交換中心在內(nèi)的網(wǎng)內(nèi)每一個中繼臺除完成各自中繼范圍內(nèi)通信外，還通過鏈路與無線交換中心聯(lián)網(wǎng)，并轉(zhuǎn)發(fā)到縣防火指揮部或前線指揮部的基地臺。此時無線交換中心起到了中心中繼的功能，整個網(wǎng)絡(luò)是不同信道但卻可形成全網(wǎng)通，即全網(wǎng)一呼百應(yīng)。

圖3 超短波無線交換中心組網(wǎng)示

2.2 實現(xiàn)撲救重、特大森林火災(zāi)時350 MHz段、150 MHz段、400 MHz段設(shè)備之間在必要的時刻的互通互聯(lián)

在發(fā)生重、特大森林火災(zāi)期間，為適應(yīng)大規(guī)模區(qū)域撲救林火的通信保障，實現(xiàn)森警官兵、當?shù)胤阑鹬笐?zhàn)員之間的協(xié)調(diào)作戰(zhàn)，以便指揮部的命令及時下達，火場狀況隨時上報，有效控制火情撲滅火災(zāi)，無線交換中心可將森警的350 MHz通信設(shè)備、當?shù)?50 MHZ通信設(shè)備以及匯接的400 MHZ鏈路設(shè)備通過無線交換中心設(shè)備進行有序的切換接續(xù)，確保有效話務(wù)量的暢通，即實現(xiàn)了跨頻段之間的互通互聯(lián)。

2.3 實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)中繼臺的聯(lián)通和接續(xù)功能

在日常森林防火工作中，尤其是在撲救重、特大森林火災(zāi)過程中，無線交換中心可完成各中繼設(shè)備的通斷控制和交換調(diào)度，解決信道擁擠和混亂的現(xiàn)象，從而避免由于全網(wǎng)聯(lián)通而易于造成互相干擾情況的發(fā)生，確保重要信息高質(zhì)量的傳達到所需要人員的地點。