淺談5G在應急通信中的應用

熊廷坤 張誠 劉旭 咸立文

摘要：5G作為新一代的移動通信技術，具備傳輸速率高、通信時延低和用戶容量大等特點。它開始融入人們的日常生活，并影響著諸多行業的發展。本文通過分析5G在應急通信中的優勢，并結合幾個應急搶險的場景，提出了5G在該場景下的組織應用模式，供大家參考研究。

關鍵詞：5G移動通信；應急搶險；應急通信

一、引言

我國幅員遼闊，國土面積排名世界第三，但也是自然災害頻發、受災面廣、災后損失嚴重的國家之一。在2016年7月的河南特大暴雨，2017年8月8日的四川九寨溝發生的7.0級地震，2018年1月的山西特大雪災，2019年1月的吉林特大雪災等自然災害給人們的生命、財產帶來嚴重的威脅，對人們的經濟、生活帶來了嚴重的影響。自然災害發生的同時，當地的通信基礎設施往往也會遭到嚴重破壞，導致災區通信中斷，短時間內難以恢復，嚴重影響隨后的搶險救災以及災后救援等工作。因此，我國近年來一直致力于大力發展應急通信。

作為第五代移動通信，5G具備傳輸速率高、通信時延低和用戶容量大等諸多優點，一直受到世界各國的廣泛重視。目前，我國已建成全世界最大的公用5G通信網絡，為約6.5億人提供5G服務。相比在公用通信方面的發展，5G在應急通信方面的發展要落后很多，并且在組織應用方面的研究也相對較少。為填補5G移動通信在應急通信方面的應用空白，本文針對應急通信中的幾個典型場景，設計了不同的組織運用方式，供大家研究參考。

二、5G移動通信發展現狀

5G移動通信是新一代的蜂窩移動通信技術，其特點是傳輸速率高、通信時延低、用戶容量大和可靠性高。與4G相比，5G的峰值速率提高30倍，用戶體驗速率提高10倍，頻譜效率提升3倍，支持500KM時速移動通信，無線接口延時減少90%，連接密度提高10倍，能效和流量密度提高100倍，性能較4G有了巨大的提升。

據工業和信息化部的統計數據，截至2022年底，我國新增了88.7萬個5G基站，較2021年增加了23.7萬個。全國范圍內，移動基站的總數達到了1083萬個，其中5G基站占比為231.2萬個，比2021年增加了7個百分點[1]，基本已實現城鎮和重點區域的5G信號覆蓋。

三、5G移動通信在應急通信中的優勢

3GPP定義了5G網絡的三大典型應用場景[2]，包括增強移動寬帶（eMBB）、超可靠低時延通信（uRLLC）和海量機器類通信（mMTC）。

（一）增強移動寬帶

5G的下行速率可達1Gbps，上行速率可達100Mbps，能夠支持同時上傳和下載多路超高清視頻。在應急通信中，能夠使用盡可能少的移動終端傳輸更多的視頻數據，適用于大容量數據傳輸的場景，比如各大賽事和重大活動的現場直播、熱點區域現場的臨時安保監控等。

（二）超可靠、低時延通信

5G網絡具有空中時延低至1MS的特點，極大地降低了數據在無線信道中的傳輸時間。結合5G通信的高可靠特性，在應急通信中能夠可靠、實時地完成數據傳輸，適用于對數據傳輸可靠性要求高、傳輸時延低的場景，如遠程遙控指揮、遠程作業監控和工業自動化等。

（三）海量機器類通信

5G網絡的用戶連接能力達到每平方公里100萬連接，能夠為更多的用戶在同一區域內提供移動通信服務。在應急通信中，可以極大地降低應急通信保障的難度，適用于人流量大的場景，比如重大節日、活動等人流聚集的現場等。

四、5G在應急通信中的組織應用

（一）熱點區域通信增強

世界杯、奧運會、亞運會、大運會等大型賽事的比賽現場，以及云南潑水節、青島啤酒節等重大節日和大型車展、明星演唱會等大型活動的現場，通常會臨時聚集了包括觀眾、運動員、演職人員、賽事保障人員等在內的大量人員。在這些熱點地區，常常出現因移動通信用戶突增超過基站日常最大用戶容量，導致手機接撥電話困難、網絡訪問遲滯嚴重等現象，嚴重時甚至導致通信癱瘓。移動通信在熱點區域通信擁塞情況如圖1所示。

在此種場景下，為了保障現場通信的順暢，通常通信運營商會采取臨時部署應急通信保障車的方式。這些應急通信保障車可以為熱點區域內的一部分移動用戶提供移動通信服務。通過將一部分用戶分流到這些保障車上，可以解決移動通信基站用戶容量過載的問題，實現熱點區域移動通信的臨時增強。相比永久增加基站容量來說，這種臨時部署應急通信保障車的方式更加經濟有效。

如圖2所示，在熱點地區現場部署5G應急通信保障車，利用車載5G基站為熱點區域部分用戶提供5G移動通信接入。再通過公用網絡接入5G核心網，實現5G車載基站并網運行，為熱點區域分流的移動通信用戶提供公用的5G移動通信服務，解決熱點區域固定基站接入用戶過多導致移動通信服務質量嚴重下降問題，保障熱點區域移動通信業務正常使用。

（二）搶險救災現場通信替代

我國是自然災害頻發的國家，近年先后發生了“5·12”汶川地震、“7·20”鄭州特大暴雨等重大自然災害。這些極端的自然災害不僅造成了當地通信基礎設施的嚴重破壞，還導致了大面積的通信中斷。這給及時通報和上報災情、險情，以及隨后的搶險救災工作的組織協調帶來了嚴重的影響。自然災害導致的移動通信中斷情況如圖3所示。

在此種場景下，受災當地公共網絡遭到嚴重破壞，內部通信、對外通信中斷，且無法在短時間內恢復，導致災情、險情無法及時上報，救災現場無法實現情報共享，嚴重影響搶險救援工作的組織、協調以及工作的進展。此時，大容量、高可靠和高帶寬的通信保障，對搶險救災工作的順利展開和穩步推進尤為重要。通常情況下，自然災害破壞力強、波及面積廣，加上受災地區地形復雜、環境惡劣，采用車載升高天線架設的移動通信基站覆蓋范圍有限，要想實現大面積的移動通信覆蓋，則需要架設大量的移動通信基站。因此，借助升空平臺進一步擴大移動通信基站信號覆蓋范圍，同時減少移動通信基站的架設數量，是解決搶險救災地區通信的既經濟又有效的方法。

如圖4所示，在搶險救災地區部署5G應急通信保障車，利用保障車上搭載5G微型基站的無人機升空平臺。無人機升空后，為應急通信保障車周圍的移動通信用戶提供5G移動通信接入，擴大信號覆蓋范圍。同時，升空后的無人機通過自組網設備實現互聯，多個5G微型基站形成網絡，實現搶險救災地區的全域5G移動通信用戶互聯互通。此外，無人機還通過應急通信保障車上的衛星遠程中繼，實現與應急指揮中心和公用網絡的互聯通信[3]。

（三）偏遠地區的通信補盲

偏遠地區地廣人稀，適合發展無線通信。然而，由于地理條件差、自然環境惡劣等因素，對公用通信基礎設施的建設造成了限制。此外，偏遠地區人口數量少、經濟水平低、市場需求少，導致通信運營商在這些地區投入建設的積極性不高，資金投入不足甚至沒有投入。綜合考慮這些因素，導致偏遠地區公共移動通信基礎設施的落后或根本不存在的現狀。如新疆和西藏邊境，南海海上的鉆井平臺等偏遠地區。偏遠地區公用移動通信現狀如圖5所示。

在此場景下，由于通信基礎設施建設不完善，導致發現的敵情、沖突險情以及非法越界等違法犯罪活動的信息上報不及時。同時，在礦洞和鉆井平臺內部，工作難以協同進行，信息也難以共享，因此險情無法及時上報。這種情況嚴重影響了邊境安全和高危行業的生產安全。因此，解決邊防巡邏沿線、礦洞內部和海上鉆井平臺的內部通信和對外通信問題變得非常關鍵，這是保障邊防安全和高危行業生產安全的重要環節。

如圖6所示，巡邏戰士通過5G移動通信終端接入隨行的5G移動通信保障車，再通過保障車上衛星中繼接入邊防指揮專用網絡，實現與邊防指揮中心的互聯通信。同時，巡邏戰士下車后也可利用5G移動通信將實時采集的視頻信息回傳至邊防指揮中心，供指揮人員查看。

如圖7所示，海上鉆井平臺部署5G移動通信基站，為鉆井平臺內部用戶提供5G移動通信服務。同時，通過5G網絡可以實時采集鉆井平臺重要或關鍵部位的高清監控視頻。這些視頻通過衛星中繼設備接入海上鉆井平臺專用網絡，實現鉆井平臺內部與指揮中心的互聯通信，同時指揮中心能夠對鉆井平臺進行遠程監控和預警。

五、結束語

5G移動通信具有高速率、低時延和大連接的特點，相較于3G和4G移動通信，具備巨大的優勢。隨著5G產業的持續發展，其技術逐漸成熟，成本也在不斷降低，終端設備及應用也變得更加豐富。本文針對搶險救災中的幾個典型場景，結合不同場景對應急通信的需求，開展5G通信網絡的設計和應用組織的探索，充分利用公用網絡資源，希望能為搶險救災場景下的應急通信設計提供一些有效的參考思路。

作者單位：熊廷坤 張誠 劉旭 咸立文 中國電子科技集團公司第三十研究所

參考文獻

[1]工業與信息化部.2022年通信業統計公報，2023.1.19.www.miit.gov.cn.

[2]ITU-R.IMT vision-framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond： M.2083-0[S].Geneva：ITU，2015.

[3]劉蕾.基于5G的系留無人機應急方案研究.電子技術應用，2020（3）：28-32.

熊廷坤（1982.10-），男，漢族，四川蒲江，學士，工程師，研究方向：通信系統設計；

張誠（1982.12-），男，漢族，四川廣元，學士，高工，研究方向：通信系統設計；

劉旭（1980.10-），男，漢族，湖北荊州，大學，工程師，研究方向：通信系統集成設計；

咸立文（1981.12-），男，漢族，內蒙古赤峰，大學，高級工程師，研究方向：通信網絡安全、密碼應用。