摘要：文章通過對(duì)短波通信技術(shù)的介紹，結(jié)合消防應(yīng)急通信工作的現(xiàn)狀，對(duì)短波通信技術(shù)在消防應(yīng)急通信中的應(yīng)用進(jìn)行了闡述，探討了短波通信技術(shù)在消防應(yīng)急通信工作中的技術(shù)優(yōu)勢(shì)及應(yīng)用前景。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急通信；短波通信；地波；天波

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2023.02.042

中圖分類號(hào)：TN 929.5" " " " " " " "文獻(xiàn)標(biāo)示碼：A" " " " " " " "文章編碼：1672-7274（2023）02-0-03

Application of Short Wave Communication in Fire Emergency Communication

CUI Jianhua

（Kunming Training Corps of Fire Rescue Bureau， Kunming 650208， China）

Abstract： This paper expounds the application of shortwave communication technology in fire emergency communication， and discusses the technical advantages and application prospects of shortwave communication technology in fire emergency communication.

Key words： emergency communication; short wave communication; ground wave; skywave

1" 短波通信

20世紀(jì)20年代以來，短波通信技術(shù)快速發(fā)展，在軍事通信、應(yīng)急救援、遠(yuǎn)洋通信等方面發(fā)揮了不可替代的作用，直到移動(dòng)通信和衛(wèi)星通信技術(shù)出現(xiàn)，短波通信的地位受到嚴(yán)重挑戰(zhàn)。但短波通信有著其他通信方式所不具備的優(yōu)勢(shì)，它是唯一不會(huì)受到中繼制約的通信技術(shù)，短波通信所依賴的電離層在戰(zhàn)爭(zhēng)中也不可能被摧毀，這種獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)必將讓短波通信與其他無線通信技術(shù)長(zhǎng)期并存、共同發(fā)展[1]。

1.1 短波通信傳播方式

短波是指短波頻率為3～30 MHz，波長(zhǎng)為l00～l0 m的無線電波，在實(shí)際應(yīng)用中，短波所使用的頻率范圍一般為1.5～30 MHz，它的傳播方式可分為地波傳播和天波傳播。

短波相對(duì)于中波和長(zhǎng)波而言，頻率較高，地面對(duì)電波的吸收增強(qiáng)，當(dāng)用地波傳播時(shí)信號(hào)衰減很快，在一般情況下，短波的地波傳播距離只有幾十千米，不適合進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信和廣播。當(dāng)通過天波傳播時(shí)，使用頻率比地波傳播高，電波在電離層中的損耗減小，利用電離層對(duì)電波的一次或多次反射，可達(dá)到遠(yuǎn)距離通信的目的[2]。

1.1.1 地波傳播

地波傳播是指電波沿地球表面?zhèn)鞑?，又稱繞射傳播或表面波傳播。地波傳播主要受地面土壤的電參數(shù)和地形地物的影響。土壤的電性參數(shù)與時(shí)間的變化和太陽照射狀況的變化關(guān)系不大，故而地波傳播時(shí)信道參數(shù)較為穩(wěn)定。但是地形的起伏會(huì)迫使電波在傳播過程中發(fā)生繞射現(xiàn)象，電磁波總是力圖繞過障礙，當(dāng)障礙物的幾何尺寸能夠與無線電波的波長(zhǎng)相比擬時(shí)，這一現(xiàn)象變得尤為顯著，會(huì)導(dǎo)致信號(hào)衰減進(jìn)一步加大。

1.1.2 天波傳播

無線電波通過電離層反射而進(jìn)行的傳播稱為天波傳播。相較于地波傳播，利用天波傳播時(shí)的頻率增高，在電離層中的損耗卻減小，利用電離層對(duì)天波的一次或多次反射，傳輸距離可以達(dá)到幾千千米，可進(jìn)行環(huán)球通信。

電離層的高度及其電特性參數(shù)等會(huì)隨時(shí)間推移而變化，因而在實(shí)際工作時(shí)，白晝與夜晚應(yīng)采用不同的工作頻率，通常在一晝夜間須改變2、3次，白天可用較高的工作頻率，而晚上應(yīng)該改用較低的工作頻率。另外，在近距離通信時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)地形條件較為復(fù)雜的情況，用地波傳播因?yàn)榈厍蚯实挠绊?，視距傳輸無法實(shí)現(xiàn)，這時(shí)可以采用高仰角天線，實(shí)現(xiàn)天波傳播的近距離通信[3]。

1.2 短波通信技術(shù)

20世紀(jì)80年代以來，由于移動(dòng)通信及衛(wèi)星通信得以廣泛應(yīng)用，短波通信的發(fā)展受到影響。鑒于短波通信發(fā)展受限的狀況，通信領(lǐng)域加大了短波通信新技術(shù)的研究力度，一些新的通信技術(shù)和性能優(yōu)良的設(shè)備被研發(fā)出來，并在最近十幾年得到了廣泛應(yīng)用，可以說是短波通信領(lǐng)域的一次革新，極大地提高了通信鏈路的質(zhì)量。不管是數(shù)據(jù)傳輸還是電話傳輸，其信號(hào)質(zhì)量相較于衛(wèi)星通信差距已經(jīng)不大[4]。

1.2.1 自適應(yīng)技術(shù)

在短波通信中，信道會(huì)受到天氣變化、多徑時(shí)延和幅度衰落的影響，從而影響通信的可靠性，通過自適應(yīng)技術(shù)來改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和參數(shù)，可以解決短波信道變化影響通信可靠性的問題。短波通信的自適應(yīng)技術(shù)主要有頻率自適應(yīng)技術(shù)、自適應(yīng)信道均衡技術(shù)、傳輸速率自適應(yīng)技術(shù)、自適應(yīng)天線技術(shù)等。

1.2.2 抗干擾技術(shù)

短波通信主要是利用電離層作為反射信道，但是電離層中的電子密度會(huì)隨著時(shí)間的變化而產(chǎn)生相應(yīng)的變化，傳輸質(zhì)量也會(huì)受到相應(yīng)的影響，出現(xiàn)延時(shí)和信號(hào)衰減的情況，要解決這個(gè)問題，就必須采用先進(jìn)而有效的抗干擾技術(shù)。

（1）跳頻技術(shù)。在短波通信過程中，不可避免地會(huì)出現(xiàn)各種干擾信號(hào)，跳頻技術(shù)可以根據(jù)實(shí)際情況來不斷改變短波通信頻率。跳頻技術(shù)可以工作在一個(gè)較寬的頻帶，具有較高的自動(dòng)化程度，可以動(dòng)態(tài)修改頻率表，刪除受到干擾的頻率，把傳輸質(zhì)量較好的頻率保留下來，從而保證高質(zhì)量的信號(hào)傳輸。

（2）自適應(yīng)技術(shù)。短波通信中最重要的一種抗干擾技術(shù)就是自適應(yīng)技術(shù)，自適應(yīng)技術(shù)可以實(shí)時(shí)分析短波通信的鏈路質(zhì)量，如外界溫度、環(huán)境、地理位置、氣候等，并對(duì)多個(gè)信道進(jìn)行分析，自動(dòng)選擇合適的頻率建立通信鏈路，改善短波通信過程中出現(xiàn)的延時(shí)和信號(hào)衰減現(xiàn)象，提高通信質(zhì)量[5]。

（3）分集技術(shù)。短波通信的信道使用非常密集，通信環(huán)境較為復(fù)雜，不同信道的衰落也各不相同，當(dāng)有的信道信號(hào)較強(qiáng)時(shí)，為了增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度，可以從多徑信號(hào)中選擇兩個(gè)及以上的信號(hào)進(jìn)行組合，這種技術(shù)被稱為分集技術(shù)。分集技術(shù)一般通過兩個(gè)或更多的天線來實(shí)現(xiàn)，在不增加發(fā)射功率和帶寬的前提下，有效改善短波信道的傳輸質(zhì)量。分集技術(shù)是用來補(bǔ)償衰落減信道損耗而采取的技術(shù)。

（4）差錯(cuò)控制技術(shù)?，F(xiàn)代短波通信系統(tǒng)傳輸業(yè)務(wù)類型較多，由于人為因素或電離層等外界干擾的影響，在傳輸控制命令或數(shù)據(jù)的過程中，信息編碼發(fā)生錯(cuò)誤的概率也大大增加，在數(shù)據(jù)傳輸過程中可能出現(xiàn)丟包、出錯(cuò)的情況，對(duì)于這方面的干擾，可以采用差錯(cuò)控制技術(shù)來解決。當(dāng)接收端接收到數(shù)據(jù)包時(shí)要對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行校驗(yàn)，如果有錯(cuò)可以要求發(fā)送方再次發(fā)送數(shù)據(jù)包，或者采用前向糾錯(cuò)技術(shù)進(jìn)行改正，保證短波信號(hào)數(shù)據(jù)的完整性及正確性。

1.2.3 高速調(diào)制解調(diào)技術(shù)

窄帶短波電臺(tái)的調(diào)制解調(diào)器目前應(yīng)用得最廣泛，分為串行和并行兩種。串行體制使用單載波調(diào)制來發(fā)送信息，在接收端通過信道均衡技術(shù)、頻率分集技術(shù)、時(shí)間分集技術(shù)、長(zhǎng)交織技術(shù)對(duì)信道狀態(tài)進(jìn)行適時(shí)補(bǔ)償，對(duì)均衡有較高的要求，最高速率可達(dá)9.6 kbps。并行體制則是將發(fā)送的數(shù)據(jù)并行分配到多個(gè)子載波上傳輸，使各個(gè)子載波在頻譜上互不重疊，傳輸速率僅為2.4 kbps，主要是因?yàn)槎鄠€(gè)濾波器的實(shí)現(xiàn)存在難度。正交頻分復(fù)用（OFDM）調(diào)制方式是在不同的子載波上分配一串高速數(shù)據(jù)，有效利用頻譜資源，具有抗多徑干擾能力強(qiáng)、傳輸速率快的優(yōu)點(diǎn)。

1.3 短波通信的特點(diǎn)

短波通信與其他通信方式相比，有著許多顯著的優(yōu)點(diǎn)。一是短波通信臨時(shí)組網(wǎng)方便迅速、靈活性較高，電路調(diào)度相對(duì)于其他通信方式較容易；二是設(shè)備簡(jiǎn)單，可進(jìn)行定點(diǎn)固定通信，也可以配置車載式和單兵背負(fù)式短波電臺(tái)來實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信；三是在受到干擾和竊聽時(shí)，可以改變工作頻率來對(duì)抗，通信設(shè)備體積小、便于攜行、隱蔽性強(qiáng)，系統(tǒng)遭到破壞后恢復(fù)容易；四是短波通信系統(tǒng)的建設(shè)周期短、維護(hù)費(fèi)用低，不需要建立中繼站即可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。

短波通信具有其他通信方式所不具備的優(yōu)點(diǎn)，當(dāng)然也存在一些明顯的缺點(diǎn)，這也是短波通信不能被廣泛使用的主要原因。

（1）通信容量小，頻段窄。短波通信實(shí)際可用的頻率范圍僅有28.5 MHz，每個(gè)短波電臺(tái)只占用3.7 kHz的頻帶寬度，可用的短波信道只有7 700多個(gè)，通信容量和數(shù)據(jù)傳輸速率受到極大限制。

（2）天波通信的信號(hào)傳輸不穩(wěn)定。天波通信是通過電離層反射來傳播信號(hào)的，因此受各層電離層變化的影響較大，致使接收點(diǎn)信號(hào)強(qiáng)度隨機(jī)變化，有各種衰減現(xiàn)象出現(xiàn)，導(dǎo)致信號(hào)失真，影響短波通信的穩(wěn)定性。

（3）低頻部分干擾嚴(yán)重。短波頻段的低頻部分存在著大量的大氣和工業(yè)無線電噪聲，隨著頻率的升高，這種干擾的強(qiáng)度有所減弱，但也足以影響短波通信的可靠性。數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)的突發(fā)錯(cuò)誤往往是由于脈沖型突發(fā)噪聲造成的，通信質(zhì)量會(huì)受到嚴(yán)重影響。

這些缺點(diǎn)極大地限制了短波通信的發(fā)展。衛(wèi)星通信之所以能高速發(fā)展，是因?yàn)樾l(wèi)星通信的工作頻率較高，可用帶寬大，具有通信容量較大、信道穩(wěn)定、可靠性高和通信質(zhì)量好等諸多優(yōu)點(diǎn)。但是，衛(wèi)星通信也不是全無缺點(diǎn)，在戰(zhàn)爭(zhēng)中通信衛(wèi)星容易遭受攻擊，電磁干擾也能夠影響衛(wèi)星信道。短波通信簡(jiǎn)單靈活的組網(wǎng)方式、低廉的成本，不易被摧毀的電離層，都是衛(wèi)星通信不可比擬的，這也是短波通信不可被替代的原因。

2" 短波通信在消防應(yīng)急通信中的應(yīng)用分析

消防救援隊(duì)伍承擔(dān)著防范化解重大安全風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)對(duì)處置各類災(zāi)害事故的重大職責(zé)。在進(jìn)行應(yīng)急救援時(shí)，由于地點(diǎn)的不確定性，一些極端復(fù)雜的惡劣環(huán)境極有可能導(dǎo)致常規(guī)通信手段失效。近年來，相關(guān)部門立足實(shí)戰(zhàn)，構(gòu)建了立體協(xié)同的應(yīng)急通信指揮體系，綜合利用公網(wǎng)集群、PDT數(shù)字集群、LTE寬帶專網(wǎng)、Mesh自組網(wǎng)、北斗定位、衛(wèi)星通信等多種無線通信技術(shù)，充分依托公共基礎(chǔ)設(shè)施，為消防救援隊(duì)伍提供“全地域、全過程、全天候”的無線通信服務(wù)，在歷次重大消防安保和災(zāi)害應(yīng)急救援中發(fā)揮了重要作用。救援現(xiàn)場(chǎng)信息的互聯(lián)互通是高效應(yīng)急指揮的前提，這就要求在常規(guī)通信手段失效的情況下，短波通信可以發(fā)揮它的獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，可重建現(xiàn)場(chǎng)通信指揮網(wǎng)，保障應(yīng)急救援現(xiàn)場(chǎng)的通信。

在消防通信指揮體系的建設(shè)中，所發(fā)生重特大災(zāi)害事故，一般都具有跨區(qū)域、長(zhǎng)距離、大范圍的特點(diǎn)，常出現(xiàn)道路中斷、電力設(shè)施損毀、公網(wǎng)通信中斷等情況，利用短波通信技術(shù)可以快速建立指揮調(diào)度通信網(wǎng)。

消防救援各總隊(duì)?wèi)?yīng)根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況，配備一定數(shù)量的車載臺(tái)和單兵背負(fù)式短波電臺(tái)，但目前短波通信在消防應(yīng)急通信實(shí)戰(zhàn)中應(yīng)用較少，主要有以下幾點(diǎn)原因：一是短波通信存在各種干擾，信道屬于變參信道，穩(wěn)定性不好，通信質(zhì)量不高，救援現(xiàn)場(chǎng)的各種電磁環(huán)境非常復(fù)雜，短波通信的效能發(fā)揮受到制約。二是在消防救援中，各類災(zāi)害事故現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)急通信保障都要求建立可視化的通信指揮體系，用來解決各類場(chǎng)景中的語音、圖像、視頻、數(shù)據(jù)高速傳輸。

鑒于短波通信獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，加強(qiáng)在應(yīng)急通信保障中的應(yīng)用是十分必要的。各級(jí)應(yīng)急通信保障隊(duì)伍應(yīng)該重視短波通信技術(shù)，堅(jiān)持實(shí)戰(zhàn)導(dǎo)向，在現(xiàn)有裝備的基礎(chǔ)上，加大短波通信裝備的經(jīng)費(fèi)投入。同時(shí)，要有針對(duì)性地開展極端惡劣條件下的短波通信訓(xùn)練，強(qiáng)化新技術(shù)、新裝備、新戰(zhàn)法的運(yùn)用，突出短波通信裝備的測(cè)試性訓(xùn)練，真正把短波通信技術(shù)應(yīng)用于實(shí)戰(zhàn)，有效發(fā)揮短波通信在應(yīng)急救援中的保底作用。

3" 結(jié)束語

隨著科技的不斷進(jìn)步，各種新技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生，讓短波通信面臨的不少難題得以解決。比如，利用自適應(yīng)通信技術(shù)，可以自主選擇同組可通信頻率中最好的頻率；運(yùn)用自主選頻技術(shù)，可以自動(dòng)搜索選擇能用的通信頻率，然后建立通信鏈路；通過數(shù)字信號(hào)處理等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)短波語音數(shù)字化通信，以改善通信效果，提高短波通信的通信容量和通信速率。新的時(shí)代背景下，短波通信應(yīng)該有自己的一席之地，將短波通信與有線通信、衛(wèi)星通信和微波通信等手段相融合，保證多種通信手段的互聯(lián)互通與無縫銜接，構(gòu)建救援現(xiàn)場(chǎng)的全方位覆蓋，實(shí)現(xiàn)空天地一體的應(yīng)急通信指揮體系，更好地為應(yīng)急救援服務(wù)。■

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