公共應(yīng)急關(guān)鍵通信在5G時代的發(fā)展思考

王賽男

摘要：本文總結(jié)歸納了傳統(tǒng)的公共應(yīng)急關(guān)鍵通信技術(shù)及其對應(yīng)急響應(yīng)任務(wù)支撐的適用性和有效性，針對我國公共應(yīng)急事業(yè)，提出公共應(yīng)急無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和協(xié)調(diào)方案建議，最后審慎探討了寬帶化演進潮流下傳統(tǒng)窄帶公共應(yīng)急關(guān)鍵通信技術(shù)可能的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：公共應(yīng)急 語音調(diào)度 語音指揮

對公共應(yīng)急事業(yè)來說，關(guān)鍵通信的核心是能夠在關(guān)鍵時刻挽救消防員的生命。“在最危急的情況下，無線電是連接消防隊員與指揮員和外界援助的生命線”[3]。無線電臺對于消防員的重要性，不亞于空氣呼吸器、防護服和面罩。

消防員在火場戰(zhàn)斗中使用最多的通信方式是單頻直通（DMO），這種通信模式不依賴任何通信基礎(chǔ)設(shè)施，事實上，公共應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的基站也不可能覆蓋所有的建筑，而在所有的建筑內(nèi)部部署公共應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)，在經(jīng)濟上也是不允許的。“在消防業(yè)務(wù)應(yīng)用中，脫網(wǎng)通信是強制要求的。如果系統(tǒng)不能覆蓋所有建筑物的內(nèi)部——這是必然的——那么就需要具備與火場上的所有人員保持通信的脫網(wǎng)能力。我們使用LMR系統(tǒng)的原因是，一般來說，它們提供的通信是商業(yè)網(wǎng)絡(luò)所沒有的。”[3]。事實上，消防員不僅更青睞單頻直通，也更愿意用模擬常規(guī)，實踐證明模擬比數(shù)字傳得更遠，在惡劣、復(fù)雜的環(huán)境中，模擬信號的“健壯性”比數(shù)字信號更強，雖然模擬語音的質(zhì)量在大多數(shù)情況下不如數(shù)字信號。但是模擬信號的語音質(zhì)量隨著信號強度的降低幾乎是線性下降的，自然地就能夠提示消防員信號水平在降低，消防員能夠依此做出對環(huán)境的判斷。相比之下，數(shù)字語音質(zhì)量在較低信號水平時會陡降，聲音會很快徹底消失。對消防員來說，模擬與數(shù)字，孰優(yōu)孰劣，即使在5G已經(jīng)到來的今天，仍然不能妄下定論。

當消防員與隊友因為建筑物內(nèi)部結(jié)構(gòu)過于復(fù)雜而無法通過直通頻進行通信的時候，就需要中轉(zhuǎn)臺來輔助通信，最簡單的中轉(zhuǎn)臺是人——如果火場最深處的消防員電臺發(fā)出的呼叫無法被現(xiàn)場指揮員直接接收到，那么火場中的其他消防員可以充當“人肉轉(zhuǎn)發(fā)器”，把隊友的呼叫重復(fù)一遍給指揮員。如果消防電臺可以自動中轉(zhuǎn)，哪怕只能中轉(zhuǎn)一次，也可以解決幾乎大部分建筑物內(nèi)的通信死角問題;如果可以支持3～4跳中轉(zhuǎn)，那么即使在超大型綜合體內(nèi)，消防員的活動自由度也會非常大。在指揮員與消防戰(zhàn)斗員之間，火場內(nèi)的消防電臺的數(shù)量是足夠形成冗余的，相比之下，依賴單個中轉(zhuǎn)臺或者集群系統(tǒng)的話，反而會形成單點故障。

便攜式電臺的功率畢竟有限，當發(fā)射和接收電臺距離超過幾公里的時候，直通模式就無能為力。如果要在更大區(qū)域內(nèi)進行通信，就不得不借助通信基礎(chǔ)設(shè)施，最簡單的就是建設(shè)固定的中轉(zhuǎn)臺，把天線架高，使用一對頻點（上行和下行），發(fā)射電臺在上行頻點上發(fā)射，中轉(zhuǎn)臺在上行頻點上接收，然后立即（下一個時隙）在下行頻點上發(fā)射，接收電臺在下行頻點上接收。過去三十年，我國的消防通信基本都是采用這種常規(guī)中轉(zhuǎn)方式，消防部門通常擁有少量的雙頻點和單頻點資源，分別用于城域中轉(zhuǎn)通信和火場直通頻通信。在事故現(xiàn)場，有限的頻點會被劃分用于指揮、戰(zhàn)斗、保障等等。

為了改善中轉(zhuǎn)臺的發(fā)射和接收效果，很多地方的消防無線通信系統(tǒng)會采用同播技術(shù)，這樣在重疊覆蓋區(qū)域的信號會得到增強而不是互相干擾。對于頻率資源有限的消防部門來說，這種方式即能夠獲得更大的覆蓋范圍，又節(jié)省頻點。

還有一種模式是集群。“集群”的概念是相對于“常規(guī)”來講的。常規(guī)無線（直通頻和中轉(zhuǎn)通信）被使用的時間要遠遠早于集群通信，使用的頻次也遠高于集群通信，現(xiàn)在依然是這樣，未來10到15年恐怕也將如此。

常規(guī)無線系統(tǒng)足夠簡單，一個頻點被分配給一個工作組使用，如果可供使用的頻點數(shù)量少于工作組的數(shù)量，就需要多個工作組共用一個頻點。當F1頻點被占用，而F2頻點空閑的時候，被指定了只能使用F1頻點的工作組也只能等待，頻率資源的利用率比較低。為了解決這個問題，專用通信設(shè)備商開發(fā)了集群無線系統(tǒng)。在集群無線系統(tǒng)中，所有的電臺都守候在一個控制信道（指定的頻點和時隙）上，而不是像常規(guī)系統(tǒng)那樣守候在各自指定的頻點上。當需要講話時，按下PTT鍵，電臺在控制信道上向系統(tǒng)申請講話權(quán)，如果這個時候有空閑信道資源可用，系統(tǒng)就會為這次呼叫分配一個業(yè)務(wù)信道（指定的頻點和時隙），并把業(yè)務(wù)信道號發(fā)送給講話的電臺和它所在組的其他電臺，要講話的電臺就轉(zhuǎn)到這個業(yè)務(wù)信道去發(fā)射，組內(nèi)的其他電臺也轉(zhuǎn)到這個業(yè)務(wù)信道去接收。這樣所有的頻點資源都能夠被充分利用，不再會出現(xiàn)常規(guī)系統(tǒng)那樣的資源浪費的情況。

資源總是不夠用的，即使集群系統(tǒng)提高了資源利用率，也總會出現(xiàn)同時要講話的通話組數(shù)量比系統(tǒng)可用的信道數(shù)量多的情況，這個時候，為了保障更緊急的呼叫優(yōu)先使用信道資源，集群系統(tǒng)賦予通話組和用戶不同的等級，依此來決定在信道資源被全部占用的情況下，按照優(yōu)先級策略來分配信道資源給通話組和用戶。

依賴中轉(zhuǎn)臺、集群基站的公共應(yīng)急無線系統(tǒng)，通常被用來保障城域范圍內(nèi)的通信，包括事故發(fā)生時首戰(zhàn)力量、戰(zhàn)勤保障力量和增援力量的調(diào)動，各戰(zhàn)斗隊伍集結(jié)途中的聯(lián)絡(luò)，與交管、巡警等部門的協(xié)調(diào)等。大部分公共應(yīng)急救援任務(wù)都在本地執(zhí)行，跨省的協(xié)同作戰(zhàn)比較罕見，按照我國的國情，各省、各地市都可能因地制宜提出本省、本地市的公共應(yīng)急無線網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和協(xié)調(diào)方案，例如：

·公安350兆資源緊張的地方，可以以地市為單位，消防/應(yīng)急部門獨立建設(shè)覆蓋城鎮(zhèn)區(qū)域的370兆應(yīng)急無線網(wǎng)，與公安350兆無線網(wǎng)平行，有條件的地方可以進行互聯(lián)互通。

·公安350兆資源相對充足的地方，消防/應(yīng)急部門可以自建370兆應(yīng)急無線網(wǎng)的核心網(wǎng)和少量基站，同時利用公安350兆PDT網(wǎng)絡(luò)和已劃給消防部門使用的資源，與公安350兆無線網(wǎng)平行、互補，有條件的地方可以進行互聯(lián)互通。

·公安350兆無線網(wǎng)絡(luò)建設(shè)非常完善，覆蓋優(yōu)良的地區(qū)，消防/應(yīng)急部門完全可能全部使用公安350兆PDT網(wǎng)絡(luò)，這樣與交管、巡警等部門完全共用一個系統(tǒng)，省去了大量協(xié)同互通的環(huán)節(jié)，應(yīng)急救援處置會更加高效。

5G已經(jīng)來了，我國的公共應(yīng)急無線網(wǎng)絡(luò)將如何發(fā)展、演進？寬窄融合似乎是必然的方向，誰融入誰？怎樣融合？還遠沒有定論。業(yè)界對美國FirstNet的追捧甚囂塵上，我們不妨來看看美國消防管理局 2016 年 6 月發(fā)布的《消防業(yè)務(wù)語音無線通信指南》在講到FirstNet時提出的幾個原則：

·如果今天已經(jīng)實現(xiàn)的主要功能被排除在未來的系統(tǒng)之外，那么最昂貴的通信系統(tǒng)也沒有什么用處。

·選擇最好的技術(shù)組合，在不影響任務(wù)的前提下縮小（作戰(zhàn)需求、聯(lián)邦、州和本地的強制要求與當前系統(tǒng)之間的）差距。在做決定時，要牢記消防員的安全、任務(wù)的有效性和長期的可持續(xù)性。

·如果要用FirstNet任務(wù)關(guān)鍵語音系統(tǒng)取代LMR系統(tǒng)，它必須要么提供覆蓋所有地方的能力，要么提供一種允許各單位直接通信而無需基礎(chǔ)設(shè)施的脫網(wǎng)能力。

寬帶化演進之外，專用通信設(shè)備商更應(yīng)向內(nèi)審視，窄帶無線技術(shù)的應(yīng)用方面加大投入，切實理解和挖掘消防/應(yīng)急用戶的需求和痛點，創(chuàng)新窄帶技術(shù)的應(yīng)用模式，例如，探索PDT系統(tǒng)信道帶寬進一步窄帶化6.25KHz的可行性，使頻譜利用率再翻倍;利用分集接收、MIMO等技術(shù)，使接收靈敏度進一步提高，提供更大的鏈路預(yù)算，獲得更遠的通信距離和穿透性能;開發(fā)支持多跳中轉(zhuǎn)的消防電臺等。

總之，商業(yè)的本質(zhì)是用產(chǎn)品滿足用戶的需求，在專用通信領(lǐng)域和公共應(yīng)急領(lǐng)域，其用戶肩負的是人命關(guān)天的責任，該領(lǐng)域的企業(yè)不應(yīng)該用消費者領(lǐng)域 “一流的公司創(chuàng)造需求”的理論來給自己洗腦和引導用戶。

參考資料

1.應(yīng)急管理信息化發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃框架（2018-2022年）概要版，應(yīng)急管理部科技和信息化司

2.應(yīng)急指揮信息化與通信保障能力建設(shè)技術(shù)規(guī)范，應(yīng)急管理部科技和信息化司

3.《消防業(yè)務(wù)語音無線通信指南》第二版，美國消防管理局

4.《通信電臺是消防員的生命線》，陳建明