超短波无线交换中心原理及组网应用

张志军，肖 非，吴鹏超

（1.黑龙江省森林防火预警监测信息中心，黑龙江哈尔滨 150090；2.大兴安岭防火中心，黑龙江加格达奇 165000）

0 前言

随着无线通信技术的发展和各级领导对森林防火的重视，尤其是在扑救重、特大森林火灾期间，领导亲临现场的时间越来越多，这使得指挥部变成移动指挥部的几率越来越大！领导们不论到达任何地点，都有可能与总指挥部、前指和分前指，甚至火场一线扑火队进行沟通，以便对瞬息万变的火场做出相应的决策。在这种需求下在森林火灾多发地区的森林防火通信也逐步由传统超短波中继组网方式（单个组网、背靠背二次接力组网等）向现代中继组网方式（中继链路、扫描中继等）发展。使过去中继网络由局部地区的一呼百应变成了以县级为单位的全网一呼百应，为移动指挥扑救森林火灾提供了方便。但这种中继组网方式同时也存在一些问题，如实现了全网通的同时，就产生了信道拥挤现象，而复杂的网络结构和多个信道给领导的使用造成了麻烦，另外森警使用的350 MHz通信设备与地方150 MHz和400 MHz通信设备还无法进行直接的联通。因此，根据这种网络存在的缺陷，和《中国森林防火科研中长（2006-2020年）发展纲要》开展综合通信系统研发的要求，笔者提出了应用“超短波无线交换中心”的概念，以解决中继链路组网中存在的问题。

1 系统组成及功能特点

无线交换中心设备主要由150 MHz、400 MHz、350 MHz收发信机，中心控制器，电源，天馈系统及远端控制切换单元组成，见图1。

图1 无线交换中心原理框图

1.1 收发信机设备

无线交换中心的收发信机由150 MHz的中继转发器和400～470 MHz全频段半双工收发信机及350～390 MHz全频段半双工收发信机构成。

150 MHz中继转发器采用两台半双工收发信机集成，既可工作于主台模式A机（发高收低）状态，又可工作于属台模式的B机（发低收高）状态，便于火场复杂通信网络的灵活运用，这种一机多用方式是通常中继台无法实现的。

400 MHz收发信机在无线交换中心的作用既可做远端400 MHz中继台的属台，又可做远端150 MHz中继台的汇接链路。350 MHz收发信机主要为森警部队配备，通过无线交换中心使森警部队的通信装备与地方的通信系统联网。

上述三个频段的无线信道除语音通话外，同时又是无线交换中心进行无线控制切换接续的信令通道，无论从哪一频段进入均可实施控制。这三个频段的收发信机的频率设定除电脑编程外，均可现场手动置频，用以满足现场应急需要。

1.2 中心控制器

中心控制器由CPU微处理器，DTMF（双音多频）编解码器，固态模拟开关，数字开关等单元组成。它的作用是接收来自信道机所接收的信令，处理实施各项指令，并回馈各种指令完成的确认。

它的主要功能是中心无线设备各频段收发信机的切换和接续；每个频段收发信机信道切换；150 MHz转发器A机和B机的转换；150 MHz转发器中继/基地工作模式的切换；通过150 MHz转发器或400 MHz链路机遥控远端控制切换单元模块实施远端中继台与链路机的接续。

无线交换中心除无线遥控交换外，并设置有现场人工交换接续功能，中心控制器装备有各种操作按钮和各种工作状态的指示。

要实现无线遥控，采用了以下的控制方式：

（1）开放式及信令控制方式。所谓开放式，即载波控制方式，利用各频段中继台或车载台所接收到的载波信号实施控制。当连接控制器中的任意一台无线设备接收到信号后，自动启动其他无线设备发射，并将语音信号加载调制转发至这些设备的下属终端。

（2）信令控制方式用大众化的DTMF格式，即在每台中继台或车载台接口处设有信令解码器，此解码器的解锁分自助式和被动式，在自助模式情况下，该接口处无线通道的属台，若需要与其他频段信道通话时，由自己发出指令解码接续。解码关闭分指令和延时两种，当发指令码即刻关闭，否则，等待延时期内不再通话时自动关闭。所谓被动式是由系统中被授权的高层人员掌握密匙控制其各频道通话的路由。

上述功能及码源分配可PC机编程设定，也可通过DTMF信令程序无线遥控设定。

1.3 中继台或车载台与交换控制器的接口（图2）

图2 接口示意

为了提高系统可靠性，不因某频道故障导致系统其他频道处于连续发射状态，接口电路的控制信号采用光耦隔离；音频输出、输入采用音频变压器隔离方式，这使音频信号通过磁耦合，电路不共地，可减少或降低由于共地电位差引起的噪声或杂音。

1.4 供电设备

整个无线交换中心设备的供电统一由一个电源模块提供。该模块交直流两用，自动无触点切换，内置20 A的镍氢电池组，备有外接大容量电池组的接口，并设有内外大电流电池充电功能。内置电池组按收发1∶1周期循环工作，至少可连续2 h使用。

1.5 天馈设备

本系统配备4副全向天线，160 MHz一副，360 MHz一副，410 MHz和460 MHz各一副。天线指标的重点放在带宽上，以牺牲增益为代价换取带宽，由于无线交换中心设备通常安装在较高的山顶上，从设备配置和使用角度出发，相对而言是值得的。

全向天线采用1/4波长套筒结构，为尽可能少损失增益，同轴套筒使用直径规格较大的，用于增加带宽。

同轴电缆内导体使用多股线，具有较好的柔软性，便于反复多次使用。其长度为10 m，几乎可以满足各种环境下天线的架设。电缆连接器150 MHz使用UHF/M方式，400 MHz和350 MHz采用高频特性好的N/M连接插头。为避免忙乱中错接，电缆头尾和天线安装处均标有显著的标注。

1.6 设备结构

本系统使用一个标准的19英寸机柜，所有主机单元全部安装在机柜内。机柜采用轻型铝材特制，机箱前后门为扣盖式，便于现场安装操作使用。

系统包装为二件：19英寸机柜一件，天馈为一件。天馈箱内装有4副天线和3根10 m长的电缆。

2 组网应用

系统的核心是无线交换控制器，它将各频段的无线信道汇集在一起，完成网内150MHz、350MHz、400 MHz不同频段的无线终端对讲机相互通话，同时可根据需要利用控制信令遥控某个中继台的与其他中继台的联通和断开。其组网示意图见图3。

由图3可看出，具有无线交换中心设备的中继台，一般设置在网内与其他中继台都能实现互通互联的地点。

2.1 实现网内中继设备的到前指、县防火办语音通信的汇接中转

在森林防火日常无线通信过程中包括超短波无线交换中心在内的网内每一个中继台除完成各自中继范围内通信外，还通过链路与无线交换中心联网，并转发到县防火指挥部或前线指挥部的基地台。此时无线交换中心起到了中心中继的功能，整个网络是不同信道但却可形成全网通，即全网一呼百应。

图3 超短波无线交换中心组网示

2.2 实现扑救重、特大森林火灾时350 MHz段、150 MHz段、400 MHz段设备之间在必要的时刻的互通互联

在发生重、特大森林火灾期间，为适应大规模区域扑救林火的通信保障，实现森警官兵、当地防火指战员之间的协调作战，以便指挥部的命令及时下达，火场状况随时上报，有效控制火情扑灭火灾，无线交换中心可将森警的350 MHz通信设备、当地150 MHZ通信设备以及汇接的400 MHZ链路设备通过无线交换中心设备进行有序的切换接续，确保有效话务量的畅通，即实现了跨频段之间的互通互联。

2.3 实现网内中继台的联通和接续功能

在日常森林防火工作中，尤其是在扑救重、特大森林火灾过程中，无线交换中心可完成各中继设备的通断控制和交换调度，解决信道拥挤和混乱的现象，从而避免由于全网联通而易于造成互相干扰情况的发生，确保重要信息高质量的传达到所需要人员的地点。