衛(wèi)星傳輸在3G應(yīng)急通信中應(yīng)用

宋 波，趙小江，董 波，曾明浩

（中國電信杭州分公司無線中心，浙江 杭州 310016）

0 引言

中國的3G牌照發(fā)放及正式運(yùn)營以來，中國電信3G網(wǎng)絡(luò)（EV-DO網(wǎng)絡(luò)）已其卓越的品質(zhì)贏得的廣泛用戶的青睞。借助EV-DO網(wǎng)絡(luò)，中國電信全業(yè)務(wù)運(yùn)營范圍得到了進(jìn)一步完善和深化，同時(shí)也觸發(fā)了3G業(yè)務(wù)的縱深發(fā)展需求。在發(fā)生突發(fā)災(zāi)難時(shí)候，保障視頻通信等3G業(yè)務(wù)，是今后非常值得思考。

當(dāng)今臺風(fēng)、洪澇、地震、森林火災(zāi)等自然災(zāi)害越加頻繁和嚴(yán)重，經(jīng)常對通信造成災(zāi)難性中斷；經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，大型的社會活動(dòng)日益頻繁，也經(jīng)常造成局部區(qū)域通信擁塞現(xiàn)象。國家和人民群眾對通信的依賴性越來越強(qiáng)，通信業(yè)務(wù)的需求也將越來越廣泛，對現(xiàn)場通信保障從傳統(tǒng)的語音為主將逐步向語音和視頻等數(shù)據(jù)并重的需求轉(zhuǎn)變。3G應(yīng)急通信將著重在兩個(gè)方面應(yīng)用：①災(zāi)害形成通信孤島時(shí)，如抗臺搶險(xiǎn)中，在臺風(fēng)災(zāi)害經(jīng)常造成通信孤島時(shí)，如何保障現(xiàn)場指揮部的重要通信，發(fā)送現(xiàn)場災(zāi)害情況的視頻信息，以提供高效快速的指揮和調(diào)度；②應(yīng)黨、政、軍等的要求，對重要現(xiàn)場通信進(jìn)行保障。

1 當(dāng)前電信3G的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和應(yīng)急通信車

（1）當(dāng)前中國電信3G網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

圖 1中，接入終端（AT，Access Termination），例如3G手機(jī)、3G多媒體通信設(shè)備（內(nèi)置3G數(shù)據(jù)卡）；基站（BTS），基站控制器（BSC），其中BSC包含分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)（PCF）模塊，是分組控制功能模塊。上圖紅圈內(nèi)的三個(gè)設(shè)備是分組域的核心設(shè)備。分組數(shù)據(jù)服務(wù)節(jié)點(diǎn)(PDSN,Packet Data Serving Node)，是 CDMA 1X分組網(wǎng)里的關(guān)鍵設(shè)備，它完成無線網(wǎng)絡(luò)及IP網(wǎng)絡(luò)的連接，起著橋梁的作用。PDSN和移動(dòng)終端建立PPP連接，把終端送過來的PPP的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的IP數(shù)據(jù)，并路由到IP網(wǎng)絡(luò)。同時(shí)將網(wǎng)絡(luò)來的IP數(shù)據(jù)封裝在PPP里傳送給終端，將PCF來的計(jì)費(fèi)參數(shù)和自身統(tǒng)計(jì)的計(jì)費(fèi)參數(shù)結(jié)合形成UDR格式傳送給AAA；AAA則負(fù)責(zé)用戶的認(rèn)證、授權(quán)、計(jì)費(fèi)消息采集、計(jì)費(fèi)詳單文件的生成，它根據(jù)用戶名判斷用戶申請的業(yè)務(wù)類型，每個(gè)用戶名代表一種業(yè)務(wù)。AN-AAA是3G階段新增加的鑒權(quán)接入設(shè)備，執(zhí)行3G用戶的接入認(rèn)證和授權(quán)功能。

圖1 EV-DO網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

在應(yīng)急通信保障中，依托“全球眼”平臺及CDMA1X/EV-DO無線網(wǎng)絡(luò)，開展無線視頻業(yè)務(wù)；利用AAA建立無線VPDN業(yè)務(wù)，實(shí)現(xiàn)安全隧道訪問企業(yè)內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的一種業(yè)務(wù)，保證了可靠性和安全性。

（2）現(xiàn)有綜合應(yīng)急通信車

3G綜合應(yīng)急通信車根據(jù)不同地區(qū)和不同的業(yè)務(wù)場景需求，應(yīng)急通信車的配置各有所不同，如圖2所示。常見綜合業(yè)務(wù)應(yīng)急通信車包括衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)；無線圖傳監(jiān)控系統(tǒng)；有線、無線傳輸系統(tǒng)；移動(dòng)通信基站系統(tǒng)；數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)；可視電話會議系統(tǒng)；電力供給系統(tǒng)；天線升降系統(tǒng)等。

圖2 應(yīng)急通信車示例

2 在災(zāi)害中3G應(yīng)急保障需求

而在一旦某區(qū)域發(fā)生重大災(zāi)難，如圖3所示，災(zāi)害地區(qū)的基站傳輸將中斷，而傳輸通道實(shí)際上很難在短時(shí)間間內(nèi)修復(fù)，因此采用 3G應(yīng)急通信車進(jìn)行提供現(xiàn)場重點(diǎn)應(yīng)急通信保障，顯得尤為重要。

應(yīng)急通信車與大網(wǎng)傳輸方式中，常用微波傳送和衛(wèi)星通信兩種方式。而微波傳送常受障礙物阻擋，影響其使用訪問。衛(wèi)星傳輸由于其快速靈活，受地理?xiàng)l件約束小等特點(diǎn)，是應(yīng)急通信經(jīng)常采用的有效傳輸手段。因此在3G時(shí)代，3G業(yè)務(wù)應(yīng)急通信保障迫切需要引入衛(wèi)星傳輸手段。

3 3G通信基于衛(wèi)星傳輸實(shí)現(xiàn)原理

[1-2]，以BTS基站向BSC的反向傳輸過程為例，如圖4所示。

圖3 災(zāi)害中3G通信中斷

圖4 基于衛(wèi)星傳輸設(shè)備連接示意

①由基站引出的2 M線路首先與綜合應(yīng)急通信車上的衛(wèi)星信號中頻調(diào)制解調(diào)器相連接，通過選擇合適的傳輸協(xié)議，將基帶信號上混頻至70 M左右的中頻；

②然后由中頻調(diào)制解調(diào)器將混頻信號送至衛(wèi)星系統(tǒng)的變頻單元，將信號再次上混頻至適合衛(wèi)星傳輸?shù)奈⒉úǘ危?/p>

③射頻單元提供相應(yīng)的信號功率增益，然后車載衛(wèi)星天線將信號定向發(fā)送至指定衛(wèi)星進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)；

④衛(wèi)星地球站（固定站）接收到指定衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的信號后，首先通過變頻單元將其下混頻至中頻，并將信號送至位于固定站的中頻調(diào)制解調(diào)器；

⑤中頻調(diào)制解調(diào)器以一定的協(xié)議將信號下混頻還原成原有的基帶信號，并通過2 M線上連至匯聚單元，然后與基站控制器BSC相連。信號到達(dá)BSC后分兩路，語音業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)送往端局設(shè)備（MGW/MSCe），數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)則通過分組控制單元PCF送往分組域（PDSN）。對于EVDO業(yè)務(wù)，去往PDSN前還要進(jìn)行接入認(rèn)證（AN-AAA）。

BSC向BTS的前向鏈路傳輸過程與以上所述大致相同，只是信號在地面固定站進(jìn)行調(diào)制后通過衛(wèi)星天線發(fā)送至衛(wèi)星，然后由車載衛(wèi)星系統(tǒng)接收到信號并解調(diào)后傳送給車載CDMA基站。

4 利用衛(wèi)星傳輸3G應(yīng)急通信的特點(diǎn)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星和地球站兩部分組成。靜止衛(wèi)星在赤道上空3 600 km，衛(wèi)星在空中起中繼站的作用，即把地球站發(fā)上來的電磁波放大后再返送回另一地球站。地球站則是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口，地面用戶通過地球站出入衛(wèi)星系統(tǒng)形成鏈路。因此其優(yōu)點(diǎn)主要包括：

①通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋進(jìn)行的范圍均可進(jìn)行通信；

②不易受陸地災(zāi)害影響；

③建設(shè)速度快。

但是衛(wèi)星傳輸固有其以上優(yōu)點(diǎn)，同樣也呈現(xiàn)其他特點(diǎn)：

（1）時(shí)延長

通過衛(wèi)星傳輸3G通信信號，需要經(jīng)歷基帶信號調(diào)制、上變頻、上星、衛(wèi)星信道轉(zhuǎn)換處理、落地、下變頻和基帶信號解調(diào)等多個(gè)階段，需要一定的空間傳播時(shí)間和信號處理時(shí)間，衛(wèi)星傳輸電磁波傳播距離有72 000 km，因此時(shí)延較大（時(shí)延在500 ms以上），這對通信設(shè)備要求較高，信號傳輸可能產(chǎn)生較大的延遲。需要在 BSC/PCF對數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的時(shí)延的容忍性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

（2）環(huán)境影響大

衛(wèi)星傳輸過程中，存在著信號能量的衰耗。并且該衰耗并非是保持不變的。天氣的變化，會引起不同程度的衰耗。例如雨天、雪天等惡劣氣候更是會對信號強(qiáng)度產(chǎn)生巨大影響，且衰耗程度不斷變化，信號強(qiáng)度存在不穩(wěn)定性，因此對衛(wèi)星接收天線的質(zhì)量要求更加嚴(yán)格。

（3）衛(wèi)星信道帶寬有限

衛(wèi)星傳輸?shù)男诺蕾Y源是十分有限的，應(yīng)用通信中可開通的帶寬要視當(dāng)時(shí)具體資源可利用情況而定，一般情況下只有2 M到4 M的帶寬可利用，這就意味著信道容量是有限的，而且考慮到衛(wèi)星傳輸?shù)谋Ｗo(hù)帶寬，實(shí)際可利用帶寬還要更小,可能會成為3G接入能力的瓶頸,因此視頻和圖像的高壓縮效率顯得尤為重要。

5 結(jié)語

3G應(yīng)急通信車通過衛(wèi)星通信作為傳輸手段，實(shí)現(xiàn)普通傳輸方式無法到達(dá)或遭破壞情況下，在救災(zāi)搶險(xiǎn)、政府指揮等場合提供3G快速綜合接入。通過視頻實(shí)現(xiàn)抗災(zāi)指揮部第一時(shí)間掌握現(xiàn)場情況，實(shí)現(xiàn)政令通達(dá)，工作方案快速部署，提高救災(zāi)搶險(xiǎn)的效率，減少人民群眾人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)3G應(yīng)急通信，也將在會議展會、大型戶外轟動(dòng)等場合不斷拓展服務(wù)應(yīng)用，利用衛(wèi)星通信實(shí)現(xiàn)3G應(yīng)急通信快速、靈活的接入，同樣也拓展了3G的應(yīng)用。相信在3G時(shí)代，綜合應(yīng)急移動(dòng)通信將取得更好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。

參考文獻(xiàn)

[1] 卞瑜,黃國策CDMA衛(wèi)星通信系統(tǒng)功率控制研究[J].通信技術(shù), 2008,41(02):129-131.

[2] 侯柳英,徐慨,王路.衛(wèi)星通信系統(tǒng)在上、下行綜合干擾條件下的性能分析[J].通信技術(shù),2008,41(12):130-131,134.