业余无线电在应急通信中的应用探讨

2020-09-28胡祥

江苏通信 2020年4期

关键词：公网专网短波

胡祥

南京市人防指挥信息保障中心

0 引言

人防指挥通信单位承担着在突发应急事件中的现场指挥任务，良好的通信网络是一切决策、指挥和调度的前提。无线通信系统由于具有环境适应能力强、组网方便快速等方面的优点，在应急通信中具有无可替代的作用。

当前，在人防应急通信中使用到的主要包括移动、电信、联通三大运营商提供的公网移动通信系统，各地人防部门自己组建的专网集群通信系统。由于较少考虑到业余无线电通信系统，因此在应急救援中难以实现与民间救援志愿者之间的有效通信联络。

目前人防专业队大多由来自民间各行各业的志愿者组成，通常都会携带一些自己的通信设备。而救援专业队中，很多救援队员都是业余无线电系统的爱好者、使用者。如果人防通信系统中缺少业余无线电相关设备及应用，可能会造成通信不畅的问题。例如：某地发生自然灾害，运营商网络遭到损害，无法提供相应的通信服务，民间救援志愿者作为人防专业队的组成部分，深入灾区，由于人防专网覆盖能力有限，不可能实现全域覆盖，且终端数量有限，无法发放至全部救援志愿者手里，专业救援队一般只会携带业余无线电设备进行对外沟通。这就需要人防应急通信网络中要具备与之相关的转发节点，以便能够及时准确地将灾情上报给指挥所，进行合理决策调度。

但是目前，在人防的应急通信网络建设中较少考虑到这方面的通信需求，在今后的无线通信网络规划建设中需着重加以考虑，在系统中建设一批具备全面无线通信能力的枢纽节点。这种枢纽节点，应该具有公网通信、专网通信以及业余无线电通信等全方面的通信能力，可以将业余无线电台接收的信息通过专业集群通信系统或者公网通信系统、卫星通信系统等多种方式转发，实现上可联通指挥所，下可沟通专业队员，补足相应的通信短板。

1 业余无线电通信系统

1.1 业余无线电简介

业余无线电通信是整个无线电通信世界中一个重要的组成部分，是一项鼓励人们去从事无线电收发信实践的业余兴趣爱好活动。我国有为数众多的业余无线电爱好者，他们平时从事自己的本职工作，但大多热心公益活动，在发生突发事件时，这些业余无线电爱好者及其自身持有的业余无线电台等设备可以很好地参与进人防应急救援活动中。

业余无线电从无线电频谱使用来看，主要工作在短波及V段/U段超短波频段。各地无线电爱好者在业余频段内架设有无线电中继电台，实现呼叫转发功能，有的网络已能较好地覆盖城市大部分地区。无线电爱好者自身持有的无线电台也数目繁杂，有手持台、背负台、车载台及基地台等多种形式，具有一定的灵活机动性。但与此同时，业余无线电由于受限于频率带宽，网络搭建缺少规划与前瞻考虑，与运营商公网无线通信系统及人防专网无线通信系统相比，使用时容易出现通联效果差、信号干扰大、接收效果差等问题。作为解决方式，本文认为，应该依托于建设中的人防专网无线通信系统，在发生应急事件时，人防专网系统应能主动前置，以人防机动指挥系统作为全业务无线通信枢纽节点，与业余无线电系统主动建立联系，将前方信息实现高质量转发。

1.2 业余无线电在应急通信中的作用

在历史上，业余无线电爱好者（HAM）多次参与各种突发重大自然灾害的应急通信活动。比如，1985年发生的墨西哥大地震，地震强度8.1级，造成了8000多幢房屋建筑物严重受损，7000多人死亡，一万多人受伤以及数十万人无家可归。由于地震破坏，通信中断，这时候幸亏依靠了一部业余无线电台，向外传递灾区信息。又如, 2004年的印度洋9.3级强震引发大海啸，安达曼和尼可巴群岛严重受灾，只能依靠业余无线电台为当地实现对外联系。

在我国历史上，1988年中日尼三国联合攀登珠峰的活动，也是通过业余无线电联系到了日本无线电爱好者，日方人员通过长途电话将登山队当时遇到的情况传递给了北京的总指挥部。

2008年的汶川地震，我国各地很多业余无线电爱好者参与了震后的救灾救援活动，在地震后的第二天，5月13日，四川省就组成了业余无线电应急通信网指挥中心，以BY8AA作为主控台呼号，纳入省抗震救灾指挥系统。在当地公众通信网恢复之前，业余无线电通信成为主要通信手段之一。鉴于无线电爱好者在抗震救灾发挥的重要作用以及突出表现，受到了政府、无线电管理机构以及当地民众的赞扬，美国无线电转播联盟APRL也将“2008年人道主义奖”授予了四川抗震救灾的业余无线电爱好者们。

2 业余无线电在人防应急通信中的典型应用技术

应急通信的主要目的是获得对象点的地理位置信息，与之建立语音、文字、图像或者视频等形式的沟通，从而交流信息。利用业余无线电相关技术，可以实现这一目的。下面简要探讨几种简便有效的应用技术，以及如何与人防通信专网、公网相结合，更好地发挥业余无线电应急通信的作用。

2.1 APRS（自动数据报告系统）

APRS是“Automatic Packet Reporting System”的缩写，即“自动数据报告系统”，它是业余无线电爱好者们通过业余无线电台传输实时位置信息、气象信息、遥测信息和短消息的一种应用。为了更好地利用APRS系统，实现在人防应急通信中的位置管理功能，我们需要在自己的枢纽节点快速架设自己的APRS网关，基于TCP/IP协议，能够将接收到的APRS信息上传至Internet网络，或者直接利用专用电路上传至人防IP专网，将前方救援位置实时显示在后方指挥所大屏。

我们在枢纽节点搭建的APRS网关需要具备的功能有：向RF（无线电波）和APRS-IS（互联网服务）网络发送自身的台站信标，接收APRS-IS网络中的实时数据并显示，接收RF网络中的信标、气象报告等APRS数据并传入骨干网，传递和收发APRS短消息等等。搭建一个APRS网关需要一部电台、一个KISS模式的数字通信节点控制器（Terminal Node Controller，简称TNC，可理解为APRS数据的编解码器，KISS是TNC使用的一种通信协议，因此又称KISS TNC、KISS MODEM）、一个运行APRS软件的终端（电脑、路由器等），以及他们之间的连接线、供电设备等。

APRS网关搭建及地图位置分别如图1和图2所示。

图1 APRS网关架设

图2 APRS地图位置

通过可视化的地图位置及轨迹显示，后方指挥所内的指挥员可以方便地了解应急救援活动救援点的确切位置，并可与之发送短信息联系，为指挥、调度、决策提供现场依据。我们可以利用人防现有的指挥通信车作为一个与业余无线电爱好者通信的枢纽节点，人防指挥通信车装备有卫星、4G/5G、人防超短波专网等多种通信设备，具有IP互联及转发能力，可将音视频以及计算机IP信息以视频会议或者内网互联方式传送给后方指挥所。在枢纽节点，需要装备高增益的U/V段天线，利用业余无线电频率，可以覆盖数十公里范围，也就能直接接收到数十公里内救援队员携带的业余无线电设备发送的位置信息。如果救援地域公网通信未中断，也可以利用4G/5G网络实现手机APRS位置报告，更加方便地了解救援人员的实时位置信息。

2.2 SSTV（慢扫描电视）

在突发应急救援活动中，有时候单纯建立语音通信是难以了解事发点真实完整的现场情况的。但限于业余无线电系统的频率带宽以及编码调制方式，很难实现运营商4G/5G或者宽带化专网通信系统的实时视频通信方式。但是，有一种SSTV的数据传输技术可以实现较为清晰的图片传输。

SSTV是英文Slow Scan Television的简称，中文的意思是慢扫描电视。具体地讲，SSTV就是将视频设备所取得的图像，经扫描变换器变换后，通过无线电发送出去，再由接收设备接收。由于设备比较简单，只能以单张图片为单位接收传送，速度较慢，故称为慢扫描电视。SSTV属于一种窄带电视模式，普通的电视需要的带宽较宽，一般需要数兆带宽，而SSTV占用的带宽则小得多，仅需要数KHz带宽，一般在数秒到数分钟时间内完成静态图片的传输。典型的SSTV连接如图3所示。

图3 SSTV连接示意图

SSTV系统利用发射端的电脑软件，将现场图片编码成连续的音频信号，再通过连接的无线电台发射出去。接收端无线电台接收到连续的音频信号后，输入进接收端电脑，软件再将音频信号解码为现场图片。

在突发应急救援活动中，与APRS系统相似，也是利用人防机动指挥车搭建的枢纽节点，接收搜救队员传回的应急地点现场图像。搜救队员仅需要携带便携式电脑以及业余无线电台即可联通枢纽节点，操作便捷。枢纽节点接收到这些现场图像后，可以再利用车载卫星通信系统，或者专网通信系统等方式将现场图像传输给后方指挥所，能让指挥员更全面地了解现场真实情况。

2.3 短波、莫尔斯码

短波通信作为人防应急通信的保底通信手段，一直在人防应急通信中具有重要的作用。在现有的机动指挥车及指挥所建设规范中，都明确了需要配备短波电台。很多业余无线电台也具有短波通信能力，这对于远距离跨区通信具有一定的现实意义。毕竟在运营商公网系统不能使用的时候，人防专网集群是不可能完成全域覆盖的。同时，限于超短波系统传输距离有限，如果需要远距离通信，只有选择短波通信方式。

在众多业余无线电爱好者中有不少人参与过短波通信及莫尔斯码收发报训练，很多爱好者甚至会参加一些CW（等幅报）模式的莫尔斯码抄收报比赛，能熟练利用相关设备，具备良好的操作技能。利用莫尔斯码在短波电台CW模式下抄收报文，发送简短信息，得益于CW模式所需设备简单、占用频带很窄而发送效率较高，可以有效地实现应急情况下的远距离通信。本文认为，在人防平时短波训练中，可以适当邀请业余无线电爱好者参与，进行短波通联测试，将一些核心的业余短波电台纳入人防短波呼叫表中，为日后的应急通信做好准备。在应急通信中，利用人防机动指挥车中配备的短波电台作为枢纽节点，架设新一代主动磁小环等接收效果好的短波天线，可以增强与业余短波电台的联通能力。