eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)概述及應(yīng)用分析

張俊，薛曉靜，劉永飄，江鵬

（武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430073）

eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)概述及應(yīng)用分析

張俊，薛曉靜，劉永飄，江鵬

（武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司，湖北 武漢 430073）

為了解決在應(yīng)對(duì)緊急事件和突發(fā)自然災(zāi)害導(dǎo)致通信中斷時(shí)所造成的重大損失問題，eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)采用基站一體化設(shè)計(jì)，能夠在事件現(xiàn)場(chǎng)快速開通多媒體集群調(diào)度服務(wù)。通過介紹eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)架構(gòu)及特點(diǎn)、工作原理，對(duì)該系統(tǒng)的組網(wǎng)方式進(jìn)行了具體闡述，并以實(shí)際案例驗(yàn)證了單站組網(wǎng)方式語音和視頻的覆蓋距離，采用eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)可有效地降低突發(fā)事件帶來的損失和影響。

eCube 應(yīng)急通信 組網(wǎng) 多媒體集群語音 視頻調(diào)度

1 引言

在應(yīng)對(duì)應(yīng)急事件或重大自然災(zāi)害時(shí)，由于基站系統(tǒng)的破壞和傳輸線、電力線的中斷，造成通信網(wǎng)絡(luò)的損毀。待應(yīng)急救援人員到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，往往由于通信中斷而不能很好地溝通和協(xié)調(diào)各方力量，造成了不必要的損失和影響。而應(yīng)急通信系統(tǒng)可以快速地建立通信網(wǎng)絡(luò)，給現(xiàn)場(chǎng)指揮人員實(shí)施救援提供了更快速便捷的溝通方式，并且還可以把事件現(xiàn)場(chǎng)相關(guān)的視頻、音頻和圖像等資料快速傳輸給后方的指揮中心，讓遠(yuǎn)在后方的決策人員能夠快速準(zhǔn)確地對(duì)現(xiàn)場(chǎng)救援行動(dòng)進(jìn)行指揮，從而降低此類事件帶來的損失和影響。由此可見，應(yīng)急通信系統(tǒng)對(duì)保障正常通信和搶險(xiǎn)救災(zāi)起著十分重要的作用。基于此，本文對(duì)eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)架構(gòu)、特點(diǎn)、工作原理、組網(wǎng)方式等方面進(jìn)行闡述，并對(duì)該系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用進(jìn)行研究。

圖1 eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)架構(gòu)圖

2 eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)架構(gòu)及特點(diǎn)

eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)基于TD-LTE無線寬帶技術(shù)，并符合B-trunC聯(lián)盟標(biāo)準(zhǔn)，上行吞吐量50 Mb/s、下行吞吐量100 Mb/s。系統(tǒng)支持多媒體集群語音和視頻調(diào)度、高清無線視頻監(jiān)控以及寬帶無線接入、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集和移動(dòng)辦公業(yè)務(wù)。

eCube一體化應(yīng)急通信基站采用一體化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，將基站BBU（Building Base band Unit，基帶處理單元）、RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠(yuǎn)單元）、EPC（Evolved Packet Core，核心網(wǎng)）以及調(diào)度系統(tǒng)集成在一個(gè)機(jī)箱中，具有體積小、重量輕、功能強(qiáng)大、集成度高、操作簡(jiǎn)單、開通快速、可靠性高等特點(diǎn)，可以方便靈活地由單兵背負(fù)/便攜運(yùn)輸或者采用小型車輛車載運(yùn)輸及使用，也可以采用直升機(jī)空投至現(xiàn)場(chǎng)工作，能夠在事件現(xiàn)場(chǎng)快速開通多媒體集群調(diào)度服務(wù)，因此可以廣泛應(yīng)用于搶險(xiǎn)救災(zāi)、處理突發(fā)事件、應(yīng)急通信以及寬帶無線接入等場(chǎng)合。此外，還能夠短時(shí)間內(nèi)在現(xiàn)場(chǎng)快速搭建應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)和指揮平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)的語音和視頻調(diào)度，并實(shí)時(shí)上傳現(xiàn)場(chǎng)視頻信息，從而實(shí)現(xiàn)高效的指揮調(diào)度。

如圖1所示，eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)由四個(gè)單元組成，包括：基站單元、天饋單元、外設(shè)單元和電源單元。

具體如下：

（1）基站單元主要包括：BBU、RRU、EPC和調(diào)度系統(tǒng)；

（2）天饋單元主要包括：基站定向天線、GPS天線和2.5 m或8.0 m天線升降桿；

（3）外設(shè)單元主要包括：多媒體調(diào)度臺(tái)、外接的監(jiān)控顯示屏、FH688移動(dòng)終端、回傳設(shè)備和各種網(wǎng)關(guān)設(shè)備；

（4）電源單元主要包括：鋰蓄電池和便攜發(fā)電機(jī)。

3 eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)工作原理

eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)基站單元集BBU、RRU、EPC和調(diào)度系統(tǒng)于一體，通過電源單元給基站單元供電，天饋單元通過?超柔饋線與基站單元相連，終端通過天饋單元的天線與基站單元進(jìn)行通信交互，外設(shè)單元對(duì)調(diào)度系統(tǒng)提供控制臺(tái)管理和屏幕監(jiān)控顯示，特殊情況可通過CPE（Customer Premise Equipment，客戶終端設(shè)備）外設(shè)回傳設(shè)備與公網(wǎng)互通，將數(shù)據(jù)傳到遙遠(yuǎn)的大后方指揮中心。

其中，基站單元在出廠前會(huì)通過LMT網(wǎng)管軟件完成對(duì)基站單元軟件版本燒寫和相關(guān)參數(shù)配置，如小區(qū)參數(shù)（cellID、cellpower、工作頻點(diǎn)、帶寬等）、子幀時(shí)隙配比、PLMN和MIB等，出廠后采用一鍵式加電自啟動(dòng)方式，加電5分鐘后小區(qū)正常建立，即可使用終端正常接入做業(yè)務(wù)。基站單元射頻鏈路工作原理簡(jiǎn)要介紹如下：

下行發(fā)射鏈路：電信號(hào)傳輸至信道處理模塊完成基帶IQ（In-phase and Quadrature，調(diào)制）信號(hào)到模擬中頻信號(hào)的轉(zhuǎn)換，TRx部分將模擬中頻信號(hào)上混頻成為射頻信號(hào)進(jìn)入FE模塊進(jìn)行功率放大，然后經(jīng)濾波器濾波后發(fā)射出去，F(xiàn)E輸出的信號(hào)經(jīng)耦合成為DPD（Digital Pre-Distortion，數(shù)字預(yù)失真）反饋信號(hào)通過TRx變換為中頻信號(hào)，在信道處理模塊完成DPD算法，并對(duì)輸出的基帶IQ信號(hào)進(jìn)行修正。

上行接收鏈路：上行通過天線接收終端發(fā)過來的射頻信號(hào)，經(jīng)過濾波器濾波和低噪聲放大器放大，TRx部分進(jìn)行下混頻成為模擬中頻信號(hào)后，經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入至信道處理模塊，并與OAM（Operation Administration and Maintenance，操作、管理和維護(hù)）控制信號(hào)一起組幀成為基帶IQ信號(hào)，通過光模塊轉(zhuǎn)換成光信號(hào)傳輸至BBU。

4 eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)組網(wǎng)方式

eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)組網(wǎng)方式主要包括：?jiǎn)握窘M網(wǎng)、多站星型組網(wǎng)和多站鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)。

4.1 單站組網(wǎng)

單站組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖2所示：

圖2 單站組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

該場(chǎng)景為最基本的應(yīng)用場(chǎng)景，其特點(diǎn)具體如下：

（1）所有終端只接入本地的唯一基站，所有數(shù)據(jù)暫時(shí)存儲(chǔ)在本地基站硬盤中；

（2）用戶不存在漫游、切換；

（3）用戶數(shù)有限；

（4）由于覆蓋區(qū)有限，超出覆蓋區(qū)之后用戶無法接入；

（5）可能是大多數(shù)應(yīng)急通信應(yīng)用場(chǎng)景。

4.2 多站星型組網(wǎng)

多站星型組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖3所示。

該應(yīng)用場(chǎng)景的特點(diǎn)具體如下：

（1）覆蓋區(qū)域較大；

（2）接入用戶數(shù)較多；

（3）用戶存在漫游切換的可能性；

（4）場(chǎng)景中存在主基站和從基站，此時(shí)從基站的EPC不工作，直接接入主基站，通過主基站的EPC接入后臺(tái)；

（5）主基站的處理能力需要比從基站大得多，其主控板卡、存儲(chǔ)硬盤等需要配置較高；

圖3 多站星型組網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

（6）主基站意外損壞，從基站能各自獨(dú)立工作。

4.3 多站鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)

多站鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D如圖4所示：

圖4 多站鏈?zhǔn)浇M網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D

該應(yīng)用場(chǎng)景的特點(diǎn)具體如下：

（1）主站負(fù)荷較重，需要外接EPC；

（2）從站D的回傳需要從站B做微波接力。

5 單站方式覆蓋距離案例分析

單站方式是eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)中最常用、也是最簡(jiǎn)單的一種組網(wǎng)應(yīng)用方式，根據(jù)實(shí)際生活環(huán)境的復(fù)雜和不同，對(duì)單站方式的使用環(huán)境又簡(jiǎn)單分為市區(qū)環(huán)境、郊區(qū)環(huán)境和開闊地帶環(huán)境。下面將分別以這三種環(huán)境為例，實(shí)際說明eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)的單站方式覆蓋距離。

5.1 市區(qū)環(huán)境

市區(qū)測(cè)試路線：以武漢市江夏區(qū)卡梅爾小鎮(zhèn)前面的光谷一路與東園西路交界作為起始點(diǎn)，沿光谷一路向西南出發(fā)往湖北經(jīng)濟(jì)學(xué)院方向作為測(cè)試路線。

該條路線位于市區(qū)位置，沿線有大量樹木、3個(gè)大型廣告牌、高壓電線桿、較多機(jī)動(dòng)車和行人。測(cè)試位置對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星圖如圖5所示：

圖5 市區(qū)測(cè)試位置衛(wèi)星圖

市區(qū)場(chǎng)景測(cè)試結(jié)果具體如表1所示：

表1 市區(qū)場(chǎng)景測(cè)試數(shù)據(jù)

5.2 郊區(qū)環(huán)境

郊區(qū)測(cè)試路線：以武漢市光谷三路與關(guān)豹高速交點(diǎn)的高架橋作為起始點(diǎn)，沿光谷三路向南出發(fā)作為測(cè)試路線。

該條路線位于郊區(qū)位置，路上有大小型機(jī)動(dòng)車，道路兩旁有8 m樹木，周圍廠房以低矮廠房為主，相對(duì)空曠。測(cè)試位置對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星圖如圖6所示。

圖6 郊區(qū)測(cè)試位置衛(wèi)星圖

郊區(qū)場(chǎng)景測(cè)試結(jié)果具體如表2所示。

表2 郊區(qū)場(chǎng)景測(cè)試數(shù)據(jù)

5.3 開闊地帶環(huán)境

開闊地帶測(cè)試路線：以武漢市梁子湖大道高李陳沿梁子湖大道向南出發(fā)作為測(cè)試路線。

該條路線位于遠(yuǎn)郊區(qū)位置，路上有少量機(jī)動(dòng)車，周圍有少量低矮平房，道路筆直。測(cè)試位置對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星圖如圖7所示。

圖7 開闊地帶測(cè)試位置衛(wèi)星圖

開闊地帶現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境圖（8.0 m天線）具體如圖8所示。

圖8 開闊地帶現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試環(huán)境圖（8.0 m天線）

開闊地帶測(cè)試結(jié)果具體如表3所示：

表3 開闊地帶場(chǎng)景測(cè)試數(shù)據(jù)

綜上所述，eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)在開闊地帶、無遮擋、采用天線架高的環(huán)境下，語音、視頻覆蓋距離相對(duì)較遠(yuǎn)；反之，在市區(qū)環(huán)境復(fù)雜，有高樓、樹木的遮擋和移動(dòng)車輛的干擾，有效語音、視頻覆蓋距離就會(huì)大大縮短，測(cè)試結(jié)果與業(yè)內(nèi)其他廠商相近。

相對(duì)而言，單站組網(wǎng)方式網(wǎng)絡(luò)覆蓋距離還是受限，超出覆蓋距離語音就會(huì)出現(xiàn)漏話或無法通信，視頻上傳也會(huì)出現(xiàn)卡頓、花屏等。因此，應(yīng)根據(jù)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景需求來選擇合適的組網(wǎng)方式，如星型或鏈?zhǔn)剑匾獣r(shí)還可以采取CPE、衛(wèi)星、微波等方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)回傳。

6 結(jié)束語

本文介紹了eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)架構(gòu)、特點(diǎn)、工作原理以及組網(wǎng)方式，并通過實(shí)例分析了單站方式實(shí)際網(wǎng)絡(luò)覆蓋距離。eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)可以滿足多種突發(fā)事件場(chǎng)景對(duì)語音、視頻的多媒體業(yè)務(wù)需求，為現(xiàn)場(chǎng)指揮提供溝通便利，同時(shí)也為后方提供準(zhǔn)確的事件現(xiàn)場(chǎng)信息，具有較大的市場(chǎng)應(yīng)用價(jià)值。

由于目前市場(chǎng)上應(yīng)急通信設(shè)備提供商較多，各自產(chǎn)品方案、標(biāo)準(zhǔn)不一，因此各設(shè)備廠商之間不能實(shí)現(xiàn)互通、資源共享，做好應(yīng)急通信資源的有效布局和合理調(diào)配。下一步，eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)在滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的前提下，做好與其他廠商系統(tǒng)的互通兼容性，并在環(huán)境復(fù)雜的場(chǎng)景中提高產(chǎn)品的抗干擾度、穩(wěn)定性以及有效覆蓋距離。

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Overview and Application Analysis oneCube Integrated Emergency Communications System

ZHANG Jun, XUE Xiaojing, LIU Yongpiao, JIANG Peng
(Wuhan Hongxin Telecommunication Technologies Co., Ltd., Wuhan 430073, China)

The emergency and the sudden natural disaster would lead to communication interruption and severe loss. In order to deal with the situation, eCube Integrated Emergency Communications System which adopts the design of integrated base station is able to fast initiate multimedia trunking scheduling service on the spot. The architecture,characteristics, working principle and the networking mode of eCube Integrated Emergency Communications System were elaborated. The practical cases verified the coverage of voice and video in the networking mode of single station. The use of eCube Integrated Emergency Communications System can effectively decrease the loss and impact brought by emergency.

eCube emergency communication networking multimedia cluster voice video scheduling

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.18.007

TN929.52

A

1006-1010(2017)18-0034-06

張俊,薛曉靜,劉永飄,等. eCube一體化應(yīng)急通信系統(tǒng)概述及應(yīng)用分析[J]. 移動(dòng)通信, 2017,41(18): 34-39.

2017-06-28

責(zé)任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn

張俊：現(xiàn)任職于武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司無線寬帶事業(yè)部，主要從事移動(dòng)通信設(shè)備系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作。

薛曉靜：現(xiàn)任職于武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司無線寬帶事業(yè)部，主要從事移動(dòng)通信設(shè)備系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作。

劉永飄：現(xiàn)任職于武漢虹信通信技術(shù)有限責(zé)任公司無線寬帶事業(yè)部，主要從事微波通信、移動(dòng)通信設(shè)備系統(tǒng)的研究和開發(fā)工作。