應(yīng)急通信保障體系建設(shè)構(gòu)想

王思華，王旭康

(1.太原衛(wèi)星發(fā)射中心技術(shù)部，山西 太原 030027；2.中國電子科技集團公司第五十三研究所，天津 300000)

0 引言

應(yīng)急通信是指在出現(xiàn)自然或人為的突發(fā)性緊急情況時，綜合利用各種通信資源，保障救援、緊急救助和必要通信所需的通信手段和方法，是一種暫時性的、為應(yīng)對自然或人為緊急情況而提供的特殊通信機制[1]。

假想典型場景為：發(fā)生重大自然災(zāi)害，搶險救災(zāi)隊伍接到命令后，攜帶裝備器材編成梯隊機動至現(xiàn)場。到達現(xiàn)場后，開設(shè)前方指揮部，展開裝備器材，指揮協(xié)同展開搶險救援，并實時將現(xiàn)場視頻、數(shù)據(jù)傳回后方指揮部。

在此場景中，應(yīng)急通信保障可分為2個階段：一是機動過程中的通信，任務(wù)是保障梯隊內(nèi)部通信及梯隊與后方指揮部間的通信；二是到達現(xiàn)場后的通信，任務(wù)是保障前方指揮部與后方指揮部間通信及前方指揮部與現(xiàn)場各要素間通信。

應(yīng)急現(xiàn)場情況復(fù)雜，有線通信基礎(chǔ)設(shè)施可能被損毀。因此，應(yīng)急通信手段應(yīng)以無線通信為主，有線通信為輔，具備有線通信條件時就近接入有線通信網(wǎng)。應(yīng)急現(xiàn)場臨機情況多，人員及部分裝備需臨時調(diào)整部署，通信系統(tǒng)應(yīng)能及時跟進保障，配套通信裝備應(yīng)以車載方式為主、通信接入以車載或手持為主。

1 應(yīng)急通信手段及特點

1.1 衛(wèi)星通信

衛(wèi)星通信主要包括動中通衛(wèi)通車載站和車載衛(wèi)通站。

動中通衛(wèi)通車載站最大傳輸速率不小于4 Mbps[2]。其最大的特點是運動中能保持通信，最大能支持120 km/h的運動速度[3]，可作為機動過程中梯隊與后方指揮部間的通信手段。動中通衛(wèi)通車載站也具備靜止中通信的功能，也可作為到達現(xiàn)場后遠距離通信的手段。

車載衛(wèi)通站可開通64 kbps～16 Mbps帶寬衛(wèi)通信道[4-5]。比較適合遠距離、大容量數(shù)據(jù)、語音和圖像等信息的傳輸。車載衛(wèi)通站不具備動中通信能力，但具備靜止通信能力，可作為到達現(xiàn)場后遠距離通信的手段。

1.2 區(qū)域無線寬帶通信

區(qū)域無線寬帶通信系統(tǒng)采用4G TD-LTE技術(shù)體制(以下簡稱LTE通信)。LTE通信系統(tǒng)主要由車載基站及通信終端等組成[6]。車載基站裝配有LTE天線和基站設(shè)備，在車載基站上裝配核心網(wǎng)設(shè)備，可將車載基站當做車載中心基站使用，車載中心基站除提供通信覆蓋，還提供終端接入控制、會話管理及信息存儲等功能[7]。

通信終端包括車載終端、手持終端及背負終端等，各終端用戶通過車載基站或車載中心基站接入通信。在準平坦地形，基站天線升高15 m條件下，單個基站覆蓋范圍約10 km。與終端用戶通信，車載終端距離基站12 km時帶寬不小于5 Mbps；手持終端距離基站3 km時帶寬不小于2 Mbps；背負終端距離基站10 km時帶寬不小于1 Mbps[8-9]。通過基站中繼通信，LTE通信系統(tǒng)一般可覆蓋現(xiàn)場地域，作為現(xiàn)場通信手段。

1.3 短波、超短波通信

短波、超短波通信可通過電臺實現(xiàn)。短波、超短波電臺均具備機動中保持通信的能力。短波通信距離為幾十到上千千米，但通信速率較低，最大為2.4 kbps。短波主要依靠電離層反射進行電波傳輸，突出特點是抗毀能力強，可作為中、遠距離通信應(yīng)急保底通信手段[10-11]。超短波通信距離可達15 km，通信速率可達256 kbps，可作為現(xiàn)場通信應(yīng)急手段。

1.4 光纖通信

光纖通信具備傳輸容量大、信號傳輸穩(wěn)定的特點，但不具備機動能力，抗損毀能力也較差，一處被損毀，整個通信將會中斷。光纖通信既可利用既設(shè)光纜構(gòu)建通信網(wǎng)，也可利用野地光纜連接。在具備光纖通信條件下，可將光纖通信作為一種備份手段。

2 通信裝備配備、組網(wǎng)及綜合運用

2.1 裝備配備

為滿足應(yīng)急通信機動性要求，配套通信裝備應(yīng)以車載方式為主、固定方式為輔。一般配備通信車，將通信裝備盡可能集成在通信車內(nèi)[12]。

后方指揮部一般固定設(shè)置，主要是與前方指揮部進行通信，應(yīng)具備衛(wèi)星通信、短波通信及光纖通信的能力。可依托后方衛(wèi)通站、短波通信站及光纖通信站等固定通信設(shè)施進行通信保障。

前方指揮部為機動指揮部，需要與后方指揮部通信，是現(xiàn)場通信的中心節(jié)點，配備指揮通信車進行保障。指揮通信車應(yīng)具備與后方指揮部衛(wèi)星通信、短波通信能力，與現(xiàn)場各要素LTE通信、超短波電臺通信能力。配備車載衛(wèi)通天線及設(shè)備、LTE核心網(wǎng)設(shè)備及基站設(shè)備、短波電臺及超短波電臺。

為增強現(xiàn)場通信覆蓋范圍及能力，應(yīng)配備若干現(xiàn)場通信車。現(xiàn)場通信車主要提供LTE基站中繼及超短波中繼，應(yīng)具備與前方指揮部、現(xiàn)場各要素LTE通信及超短波通信能力。配備LTE基站設(shè)備及超短波電臺，同時應(yīng)配備動中通衛(wèi)通天線及設(shè)備，主要是為了保障機動過程中梯隊與后方指揮部間通信及增強現(xiàn)場通信能力。

現(xiàn)場各通信要素視情況配備LTE通信終端、超短波電臺或便攜式衛(wèi)通站。在指揮通信車、現(xiàn)場通信車內(nèi)配備一體化光傳輸設(shè)備。具備光纖通信的條件下，可通過一體化光傳輸設(shè)備就近接入光纖電路。同時，為保證在機動過程中梯隊內(nèi)部的通信，可利用4G移動通信系統(tǒng)，即配發(fā)4G移動通信終端，利用4G移動基站實現(xiàn)通信。

典型的裝備配備如表1所示。

表1 裝備配備Tab.1 Equipment List

序號位置裝備配備包含通信裝備1后方指揮部固定通信設(shè)施固定衛(wèi)通設(shè)備、短波電臺、光纖通信設(shè)備2前方指揮部指揮通信車車載衛(wèi)通天線及設(shè)備、LTE核心網(wǎng)設(shè)備及基站設(shè)備、短波電臺、超短波電臺、一體化光傳輸設(shè)備3現(xiàn)場現(xiàn)場通信車動中通衛(wèi)通天線及設(shè)備、LTE基站設(shè)備、超短波電臺、一體化光傳輸設(shè)備4現(xiàn)場通信要素通信終端LTE通信終端、超短波電臺、便攜式衛(wèi)通站

2.2 組網(wǎng)

根據(jù)假想的應(yīng)急通信場景，假設(shè)應(yīng)急通信保障任務(wù)開設(shè)1個前方指揮所，1輛指揮通信車、2輛現(xiàn)場通信車進行通信保障。典型的通信組網(wǎng)示意如圖1所示。

圖1 典型的通信組網(wǎng)示意Fig.1 Illustration of communication network

按照指揮關(guān)系及信息流程進行通信組網(wǎng)，網(wǎng)絡(luò)呈現(xiàn)星形結(jié)構(gòu)。此組網(wǎng)方式的優(yōu)點是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、建網(wǎng)速度快；缺點是網(wǎng)絡(luò)缺少迂回路由、抗毀性較差。

為提升網(wǎng)絡(luò)抗毀性，可考慮采用柵格狀組網(wǎng)方式。各節(jié)點間使用群路傳輸設(shè)備互聯(lián)呈柵格狀，用戶就近從一個或多個方向入網(wǎng)，形成既有直達路由又有迂回路由的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)形式[13]，如圖1虛線連接所示。當部署有多個現(xiàn)場通信車進行通信保障時，柵格狀組網(wǎng)的特征更為明顯。柵格狀組網(wǎng)的優(yōu)點是使用節(jié)點多、迂回路由多、抗毀能力強；缺點是網(wǎng)絡(luò)所需人員和裝備多、網(wǎng)絡(luò)較為復(fù)雜[13]。

2.3 綜合運用

搶險救災(zāi)現(xiàn)場可能環(huán)境復(fù)雜，可依托的有線通信資源較少。通信保障應(yīng)以無線通信為主，有線通信為輔。為提高可靠性，應(yīng)考慮基本、備用和應(yīng)急通信手段。基本通信手段受損時，備用或應(yīng)急通信手段能及時發(fā)揮作用，保持正常或最低限度的通信。

2.3.1 機動過程

機動過程中重點保障梯隊對上及對梯隊內(nèi)部通信。采取“4G移動為基本、動中通衛(wèi)星通信保重點”的保障模式。4G移動通信系統(tǒng)覆蓋機動行進路線，動中通衛(wèi)星通信主要用于保障與后方指揮部臨時大容量信息傳輸，也可與4G移動通信配合使用，保障動中聯(lián)通。短波作為應(yīng)急保底通信手段使用。

2.3.2 現(xiàn)場地域

前方指揮部與后方指揮部間采用衛(wèi)星通信作為基本通信手段，保障語音、數(shù)據(jù)和圖像通信，短波作為應(yīng)急通信手段。在具備光纖通信條件下，光纖通信作為備用通信手段。

現(xiàn)場地域內(nèi)部通信采用LTE作為基本通信手段，保障語音、數(shù)據(jù)和圖像傳輸業(yè)務(wù)。超短波作為LTE通信的應(yīng)急手段。在具備光纖通信條件下，光纖通信作為備用方式。若現(xiàn)場地域部分通信要素較遠，則可采用衛(wèi)星通信方式，通信要素采用便攜式衛(wèi)通站，與通信車車載衛(wèi)通或動中通衛(wèi)通進行通信。

2.3.3 多信道融合控制

為了提升通信裝備綜合運用的效能，需要對通信手段切換進行控制。實現(xiàn)有線、LTE、衛(wèi)星及超短波幾種手段智能切換。一是可根據(jù)設(shè)定的優(yōu)先級順序自動切換，達到此斷彼通的目的。二是可根據(jù)需要強制使用某一種通信手段。這2種功能可通過開發(fā)相應(yīng)的多信道融合控制設(shè)備來實現(xiàn)，并在指揮通信車、現(xiàn)場通信車及相應(yīng)通信要素配備多信道融合控制設(shè)備。

3 通信保障預(yù)期效能

3.1 快速機動組網(wǎng)能力

短波、超短波、動中通衛(wèi)星通信及LTE通信等方式具備機動能力且運動中能保持通信。短波、超短波電臺在10 min以內(nèi)即可展開通信；動中通衛(wèi)通天線開通時間小于3 min，系統(tǒng)開通時間小于15 min；LTE通信開通時間小于30 min。全系統(tǒng)展開時間小于60 min，具備快速機動組網(wǎng)能力。

3.2 特情應(yīng)急處置能力

在機動過程及現(xiàn)場地域通信保障中，都提供了基本、備用或應(yīng)急通信方式。在基本通信方式受到干擾或破壞等特殊情況時，可通過多信道融合控制設(shè)備來啟用備用或應(yīng)急通信方式，如前方指揮部衛(wèi)星通信受到干擾時，可自動切換到短波通信方式，系統(tǒng)具備特情應(yīng)急處置能力。

3.3 最低限度通信能力

系統(tǒng)綜合運用了基本、備用和應(yīng)急通信方式。遠距離通信時采用短波作為應(yīng)急方式，近距離現(xiàn)場通信時采用超短波作為應(yīng)急方式。短波通信抗毀能力強，且短波、超短波電臺均可工作于跳頻方式，可自動躲避干擾，具備一定的抗干擾能力。在基本通信手段受到干擾或破壞時，應(yīng)急通信方式即可發(fā)揮作用，可保持2.4 kbps或256 kbps的通信速率，保證指揮信息的傳輸。系統(tǒng)具備最低限度通信能力。

4 結(jié)束語

應(yīng)急通信不是一種獨立存在的新技術(shù)，而是很多技術(shù)在應(yīng)急處置方面的一種特殊應(yīng)用，通過對各種技術(shù)進行不同的組合，可以滿足不同的應(yīng)急通信需求[14-15]。本文構(gòu)建的應(yīng)急通信系統(tǒng)，具備快速機動組網(wǎng)、特情應(yīng)急處置及最低限度通信能力，可為未來應(yīng)急通信系統(tǒng)建設(shè)提供參考。