基于“LTE+DMR”的便攜式寬窄融合應急通信系統設計研究

摘要：該文設計了基于長期演進技術（Long Term Evolution，LTE）和數字移動無線電（Digital Mobile Radio，DMR）的便攜式寬窄融合應急通信系統，旨在為自然災害或人為事件導致的通信覆蓋不足地區提供適應性強、易于攜帶并能迅速配置的應急通信方案。該系統由終端用戶設備、窄帶基站、LTE專網基站、無線Mesh設備、寬窄帶綜合設備、便攜式應急電源和指揮調度控制臺等組成，能夠在復雜環境條件下實現寬窄帶設備融合互通，并提供語音、視頻、數據及定位等多種服務。該系統實現的寬帶集群和窄帶數字通信的有效融合，為應急救援行動提供了有力的通信支撐。

關鍵詞：長期演進技術；數字移動無線電；應急通信；寬窄融合；便攜式；融合互通

doi：10.3969/J.ISSN.1672-7274.2024.12.015

中圖分類號：TN 929.5" " " " " " 文獻標志碼：A" " " " " " 文章編碼：1672-7274（2024）12-00-03

Design and Research of Portable Wide Narrow Fusion Emergency Communication System Based on \"LTE+DMR\"

LI Wei

（China Telecom Shaoxing Branch， Shaoxing 312099， China）

Abstract： This article designs a portable wide and narrow fusion emergency communication system based on \"LTE+DMR\"， aiming to provide an adaptable， easy to carry， and quickly configurable emergency communication solution for areas with insufficient communication coverage caused by natural disasters or human events. The system consists of end-user devices， narrowband base stations， LTE private network base stations， wireless Mesh devices， wideband and narrowband integrated devices， portable emergency power supplies， and command and dispatch consoles. It can achieve the integration and interoperability of narrowband and narrowband devices under complex environmental conditions， and provide various services such as voice， video， data， and positioning. The effective integration of broadband cluster and narrowband digital communication achieved by this system provides strong communication support for emergency rescue operations.

Keywords： LTE; DMR; emergency communication; wide and narrow fusion; portable; integration and interoperability

1" "便攜式寬窄融合應急通信系統設計

1.1 便攜式寬窄融合應急通信系統結構

應急通信系統主要應用于通信網絡信號覆蓋不足的地區，比如山嶺、森林等[1]。該系統由應用層、終端層、接入層和交換控制層等多個功能層組成，系統結構如圖1所示。

（1）應用層：提供如語音集束調度、數值調度、數值會議、人員追蹤、維護檢查等多種業務。

（2）交換控制層：負責語音、數值和數據的疏通，管理互相聯通的網關和寬帶、窄帶數字通信網絡。寬帶和窄帶網絡負責寬帶用戶和窄帶用戶的注冊、分群、權限檢查，互通網關負責寬頻集群與窄頻數字間的呼叫管理、管理控制和聲音格式轉換[2]。

（3）接入層：提供多種網絡通信信號接入方案，實現廣覆蓋的寬窄信號覆蓋以及集群通信。

（4）終端設備：是直接裝備到急救人員身上的通信設備，如數字步行電臺、專有網絡終端、智能終端和雙狀態終端等。

1.2 系統方案設計

在通信網絡無法覆蓋區域，當出現自然災害或人為事件時，需要適應性強、易于攜帶并且能夠迅速配置的帶應急通信方案。應急通信方案既需要確保基本的語音通信需求，還要為救援人員提供寬帶多媒體服務[3]。

寬窄應急通信系統包括7個功能單元：終端用戶設備、窄帶基站、LTE專網基站、寬窄帶綜合設備、便攜式應急電源、指揮調度控制臺。

2" "便攜式寬窄融合應急通信系統實現

2.1 單兵終端

單兵終端為“LTE+DMR”雙通道機型，可以兼容專用TD-LTE與DMR模數通信系統，并整合北斗和GPS的定位能力。單兵終端搭載Android操作系統，具有靈活安裝調度、定位等功能，實現基于LTE專網的寬帶集群通信接入。當工作人員在寬帶覆蓋的區域內時，可利用網絡連接進行音視感數據的傳輸；當其超出寬帶網絡覆蓋范圍時，終端自動轉換至DMR模式，利用窄帶通話功能保持通信連續性。

2.2 便攜式LTE專網基站

在寬帶集群通信系統中，LTE專網基站提供寬帶網絡接入，基站采用時分雙工模式，最大發射功率為2×10 W，工作頻率為1 785～1 805 MHz。與傳統基站相比，LTE基站在尺寸和質量上較小，便于攜帶和安裝。

便攜式LTE專網基站集成多種功能，包括寬帶數據傳輸、音視頻集群通信、視頻回傳、GIS定位以及多媒體調度等。在多基站模式下，系統由主站和從站組成，主站核心網開啟，從站核心網關閉，所有用戶都在主站進行注冊和認證。此外，該基站支持多種傳輸方式，包括標準IP接口的衛星、公網聚合路由器、自組網以及固網等，能夠靈活地進行信息回傳[4]。

2.3 寬帶信號回傳

“LTE+Mesh網絡”的組網方案為現場救護隊員攜帶的便攜式LTE專網基站，能夠針對災難現場的需求進行定位和部署，保障現場與前線指揮部寬帶信號傳輸。

設備通過標準的IP接口與無線Mesh設備進行連接。無線Mesh方案采用566～626 MHz頻段設備，整合無中心同頻自組網技術。設備以2×2 W的發射功率運行，適應任何網絡拓撲，并能與衛星、公網、LTE基站等對接。

Mesh網絡設備包括基帶和射頻電路兩個部分，其中基帶模塊負責主機接口、MAC層配置及調制解調任務，射頻收發器負責信號的變頻和傳輸。射頻前端主要完成接收與發射信號的放大和濾波；切換器主要負責天線接收和發送切換，確保通信鏈路的穩定性和可靠性。具體如圖2所示。

2.4 調度臺

通過DCS接口實現調度臺與服務器之間的信息交互，采用UDP進行用戶信息的傳輸。調度臺與寬帶集群核心網通過D接口通信，實現語音、視頻、數據和定位等多項業務的集群調度。D接口控制層面采用SIP通信協議，以實現呼叫控制和管理集群業務的調度功能。用戶面利用RTP，確保音頻和視頻等多媒體資料采用UDP傳輸。寬帶集群調度系統采用B-TrunC標準下的D接口，實現語音、數據和視頻及定位等多種服務的高效集成，并支持多類型終端設備的協同調度[5]。寬帶集群調度臺包括以下功能：提供語音調度、引入視頻調度能力、實施地理信息系統調度、數據調度、存儲功能、設備設置管理。

3" "窄帶數字通信系統

3.1 單兵終端

單兵終端配備DMR數字對講機，其工作頻率為400～470 MHz，接收靈敏度和發射功率分別為-105 dBm、4 W。通信系統數字中繼轉換收發頻點分別為412.5875 MHz和422.5875 MHz。為使對講機接入網絡，需要進行頻率編程，包括聯系人和群組配置等初始化步驟。此外，單兵終端與中繼臺的配置相對應，實現網絡接入。

3.2 DMR基站

數字移動無線電（DMR）基站作為無線電通信系統由PR900數字中轉臺、雙工器和全向天線構成。PR900設備工作頻段為400～470 MHz，具備25 W的發射功率和7.6 dBi天線增益，以及-113.5 dBm的接收靈敏度。在該系統中，雙工器負責將中繼器的接收和發射信號隔離，確保通信的穩定性，支持發射和接收在同一時間內切換。通過與核心網絡交換機連接，數字中繼臺向寬帶和窄帶集成設備提供橋接功能。數字中轉臺的功能是放大并轉發對講機信號，以便擴展通信的覆蓋范圍。

3.3 指揮調度系統

指揮調度系統基于AIS協議，該協議用于外部設備與DMR網絡之間的通信。AIS協議在SIP與RTP的基礎上進行拓展，利用協議SIP及RTP完成媒體面的控制信號傳輸，包括語音通話、文本消息、定位服務等。

指揮調度系統包括客戶端和服務端，采用C/S架構及模塊化理念，整合數字通信功能，如單呼、定位、短信、記錄等。這些功能具體包括：實現端點間的一對一、一對多或全體呼叫；實時的設備定位和歷史軌跡回放；支持調度人員與用戶或群體雙向短信傳遞；所有通話內容的長期存儲及客戶端調用；系統配置包括用戶權限、群組、網絡資源和調度者的使用與維護。

3.4 寬窄融合一體機

寬窄融合一體設備集成了互通網關、寬帶與窄帶調度服務器、數字中繼臺等多個單元，并通過信令和媒體格式轉換實現網絡間的通信。該設備采用小型服務器，在保持功能強大的同時，降低硬件的物理尺寸和能耗，使得設備更加便攜，尤其適合小型用戶組網和應急救援場景。服務器結合虛擬化技術，通過Linux操作系統和Docker容器引擎的集成，實現服務的快速部署并實現服務與應用的兼容[6]。電源方面采用高容量、輕量、便攜的應急電源模塊，確保系統穩定運行時間滿足4 h以上的需求。該設備被設計成易于攜帶的19英寸拉桿箱形式，方便救援團隊快速部署和搬運設備。

4" "寬窄帶通信系統融合互通實現

4.1 互通網關軟件架構

互通網關通過融合互通實現不同通信系統中個人和群組編號的映射，允許窄帶系統內的通信在寬帶集群系統中鏡像注冊，并通過IP鏈路分別與兩種通信系統建立連接。

互通網關的結構按功能劃分為設備管理、服務監控、信令控制、媒體處理和鏈路管理模塊。其中，設備管理模塊主要負責系統的配置、故障和性能的管理；服務監控模塊管理注冊信息，監控資源狀態和進程；在信令處理模塊中，由于不同信令在兩個通信系統中的使用差異，網關需要保證通信信令的轉換，確保通信控制的有效性；媒體處理模塊專注于寬帶和窄帶系統中媒體格式的轉換，例如，實現AMR編解碼與其它編碼標準的轉換，解決由于編碼差異導致的通信障礙；鏈路管理模塊則保障兩個系統的鏈路維護，以及確保消息的順利交換。

4.2 寬窄帶終端融合互通

為了促進寬窄帶終端融合互通，在寬帶和窄帶集群系統中分別創建用戶和群組，并為互通網關設置映射關系以及統一的用戶號碼。根據呼叫建立、媒體流轉、話權提示等關鍵流程，在互通網關中實現用戶和群組的互通功能。

方案實施步驟：首先在寬帶集群系統中添加用戶a1、a2、a3，將其納入固定群組A中；在窄帶系統中創建用戶b1、b2和群組A1，將A1指定為A的子群組；然后在互通網關中設置A1與A的對應關系，并維護不同系統中同一用戶的號碼。

在通信過程中，窄帶用戶發起群呼請求，窄帶核心網將該請求發送至互通網關，互通網關將呼叫信息轉換為寬帶通信格式，并轉發至寬帶核心網。然后，寬帶核心網根據群組信息，將呼叫傳達至寬帶用戶。寬帶用戶在收到呼叫后，用互通網關向窄帶核心網發送話權提示，在互通網關的作用下，實現語音通話。

5" "結束語

本文介紹了基于“LTE+DMR”的便攜式寬窄融合應急通信系統，以滿足復雜環境如山地林區等臨時通信網絡需求。該系統由終端用戶設備、窄帶基站、LTE專網基站、無線Mesh設備、寬/窄帶綜合設備、便攜式應急電源和指揮調度控制臺等功能單元構成。該系統在提供聲音、視頻、數據通信及定位服務等多個方面具備高效性和靈活性。特別是在多部門聯合應急救援場景下，實現了不同設備和網絡標準間的無縫融合與通信，確保了通信的統一管理和調度效率。

參考文獻

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