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(guó)電子科技集團(tuán)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(shí)，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(shí)性的、為應(yīng)對(duì)自然或人為緊急情況而提供的特殊通信機(jī)制[1]。

假想典型場(chǎng)景為：發(fā)生重大自然災(zāi)害，搶險(xiǎn)救災(zāi)隊(duì)伍接到命令后，攜帶裝備器材編成梯隊(duì)機(jī)動(dòng)至現(xiàn)場(chǎng)。到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后，開(kāi)設(shè)前方指揮部，展開(kāi)裝備器材，指揮協(xié)同展開(kāi)搶險(xiǎn)救援，并實(shí)時(shí)將現(xiàn)場(chǎng)視頻、數(shù)據(jù)傳回后方指揮部。

在此場(chǎng)景中，應(yīng)急通信保障可分為2個(gè)階段：一是機(jī)動(dòng)過(guò)程中的通信，任務(wù)是保障梯隊(duì)內(nèi)部通信及梯隊(duì)與后方指揮部間的通信；二是到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)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(chǎng)各要素間通信。

應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)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(wú)線通信為主，有線通信為輔，具備有線通信條件時(shí)就近接入有線通信網(wǎng)。應(yīng)急現(xiàn)場(chǎng)臨機(jī)情況多，人員及部分裝備需臨時(shí)調(diào)整部署，通信系統(tǒng)應(yīng)能及時(shí)跟進(jìn)保障，配套通信裝備應(yīng)以車(chē)載方式為主、通信接入以車(chē)載或手持為主。

1 應(yīng)急通信手段及特點(diǎn)

1.1 衛(wèi)星通信

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

動(dòng)中通衛(wèi)通車(chē)載站最大傳輸速率不小于4 Mbps[2]。其最大的特點(diǎn)是運(yùn)動(dòng)中能保持通信，最大能支持120 km/h的運(yùn)動(dòng)速度[3]，可作為機(jī)動(dòng)過(guò)程中梯隊(duì)與后方指揮部間的通信手段。動(dòng)中通衛(wèi)通車(chē)載站也具備靜止中通信的功能，也可作為到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后遠(yuǎn)距離通信的手段。

車(chē)載衛(wèi)通站可開(kāi)通64 kbps～16 Mbps帶寬衛(wèi)通信道[4-5]。比較適合遠(yuǎn)距離、大容量數(shù)據(jù)、語(yǔ)音和圖像等信息的傳輸。車(chē)載衛(wèi)通站不具備動(dòng)中通信能力，但具備靜止通信能力，可作為到達(dá)現(xiàn)場(chǎng)后遠(yuǎn)距離通信的手段。

1.2 區(qū)域無(wú)線寬帶通信

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

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

1.3 短波、超短波通信

短波、超短波通信可通過(guò)電臺(tái)實(shí)現(xiàn)。短波、超短波電臺(tái)均具備機(jī)動(dòng)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(jìn)行電波傳輸，突出特點(diǎn)是抗毀能力強(qiáng)，可作為中、遠(yuǎn)距離通信應(yīng)急保底通信手段[10-11]。超短波通信距離可達(dá)15 km，通信速率可達(dá)256 kbps，可作為現(xiàn)場(chǎng)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(hào)傳輸穩(wěn)定的特點(diǎn)，但不具備機(jī)動(dòng)能力，抗損毀能力也較差，一處被損毀，整個(gè)通信將會(huì)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(yùn)用

2.1 裝備配備

為滿(mǎn)足應(yīng)急通信機(jī)動(dòng)性要求，配套通信裝備應(yīng)以車(chē)載方式為主、固定方式為輔。一般配備通信車(chē)，將通信裝備盡可能集成在通信車(chē)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(jìn)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(jìn)行通信保障。

前方指揮部為機(jī)動(dòng)指揮部，需要與后方指揮部通信，是現(xiàn)場(chǎng)通信的中心節(jié)點(diǎn)，配備指揮通信車(chē)進(jìn)行保障。指揮通信車(chē)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(chǎng)各要素LTE通信、超短波電臺(tái)通信能力。配備車(chē)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(tái)及超短波電臺(tái)。

為增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)通信覆蓋范圍及能力，應(yīng)配備若干現(xiàn)場(chǎng)通信車(chē)?，F(xiàn)場(chǎng)通信車(chē)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(chǎng)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(tái)，同時(shí)應(yīng)配備動(dòng)中通衛(wèi)通天線及設(shè)備，主要是為了保障機(jī)動(dòng)過(guò)程中梯隊(duì)與后方指揮部間通信及增強(qiáng)現(xiàn)場(chǎng)通信能力。

現(xiàn)場(chǎng)各通信要素視情況配備LTE通信終端、超短波電臺(tái)或便攜式衛(wèi)通站。在指揮通信車(chē)、現(xiàn)場(chǎng)通信車(chē)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(guò)一體化光傳輸設(shè)備就近接入光纖電路。同時(shí)，為保證在機(jī)動(dòng)過(guò)程中梯隊(duì)內(nèi)部的通信，可利用4G移動(dòng)通信系統(tǒng)，即配發(fā)4G移動(dòng)通信終端，利用4G移動(dòng)基站實(shí)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(hào)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(tái)、光纖通信設(shè)備2前方指揮部指揮通信車(chē)車(chē)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(tái)、超短波電臺(tái)、一體化光傳輸設(shè)備3現(xiàn)場(chǎng)現(xiàn)場(chǎng)通信車(chē)動(dòng)中通衛(wèi)通天線及設(shè)備、LTE基站設(shè)備、超短波電臺(tái)、一體化光傳輸設(shè)備4現(xiàn)場(chǎng)通信要素通信終端LTE通信終端、超短波電臺(tái)、便攜式衛(wèi)通站

2.2 組網(wǎng)

根據(jù)假想的應(yīng)急通信場(chǎng)景，假設(shè)應(yīng)急通信保障任務(wù)開(kāi)設(shè)1個(gè)前方指揮所，1輛指揮通信車(chē)、2輛現(xiàn)場(chǎng)通信車(chē)進(jìn)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(jìn)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(diǎn)是網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、建網(wǎng)速度快；缺點(diǎn)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(diǎn)間使用群路傳輸設(shè)備互聯(lián)呈柵格狀，用戶(hù)就近從一個(gè)或多個(gè)方向入網(wǎng)，形成既有直達(dá)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(dāng)部署有多個(gè)現(xiàn)場(chǎng)通信車(chē)進(jìn)行通信保障時(shí)，柵格狀組網(wǎng)的特征更為明顯。柵格狀組網(wǎng)的優(yōu)點(diǎn)是使用節(jié)點(diǎn)多、迂回路由多、抗毀能力強(qiáng)；缺點(diǎn)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(yùn)用

搶險(xiǎn)救災(zāi)現(xiàn)場(chǎng)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(wú)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(shí)，備用或應(yīng)急通信手段能及時(shí)發(fā)揮作用，保持正常或最低限度的通信。

2.3.1 機(jī)動(dòng)過(guò)程

機(jī)動(dòng)過(guò)程中重點(diǎn)保障梯隊(duì)對(duì)上及對(duì)梯隊(duì)內(nèi)部通信。采取“4G移動(dòng)為基本、動(dòng)中通衛(wèi)星通信保重點(diǎn)”的保障模式。4G移動(dòng)通信系統(tǒng)覆蓋機(jī)動(dòng)行進(jìn)路線，動(dòng)中通衛(wèi)星通信主要用于保障與后方指揮部臨時(shí)大容量信息傳輸，也可與4G移動(dòng)通信配合使用，保障動(dòng)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(chǎng)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(yǔ)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(chǎng)地域內(nèi)部通信采用LTE作為基本通信手段，保障語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和圖像傳輸業(yè)務(wù)。超短波作為L(zhǎng)TE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(chǎng)地域部分通信要素較遠(yuǎn)，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(chē)車(chē)載衛(wèi)通或動(dòng)中通衛(wèi)通進(jìn)行通信。

2.3.3 多信道融合控制

為了提升通信裝備綜合運(yùn)用的效能，需要對(duì)通信手段切換進(jìn)行控制。實(shí)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(jí)順序自動(dòng)切換，達(dá)到此斷彼通的目的。二是可根據(jù)需要強(qiáng)制使用某一種通信手段。這2種功能可通過(guò)開(kāi)發(fā)相應(yīng)的多信道融合控制設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)，并在指揮通信車(chē)、現(xiàn)場(chǎng)通信車(chē)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(jī)動(dòng)組網(wǎng)能力

短波、超短波、動(dòng)中通衛(wèi)星通信及LTE通信等方式具備機(jī)動(dòng)能力且運(yùn)動(dòng)中能保持通信。短波、超短波電臺(tái)在10 min以?xún)?nèi)即可展開(kāi)通信；動(dòng)中通衛(wèi)通天線開(kāi)通時(shí)間小于3 min，系統(tǒng)開(kāi)通時(shí)間小于15 min；LTE通信開(kāi)通時(shí)間小于30 min。全系統(tǒng)展開(kāi)時(shí)間小于60 min，具備快速機(jī)動(dòng)組網(wǎng)能力。

3.2 特情應(yīng)急處置能力

在機(jī)動(dòng)過(guò)程及現(xiàn)場(chǎng)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(shí)，可通過(guò)多信道融合控制設(shè)備來(lái)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(shí)，可自動(dòng)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(yùn)用了基本、備用和應(yīng)急通信方式。遠(yuǎn)距離通信時(shí)采用短波作為應(yīng)急方式，近距離現(xiàn)場(chǎng)通信時(shí)采用超短波作為應(yīng)急方式。短波通信抗毀能力強(qiáng)，且短波、超短波電臺(tái)均可工作于跳頻方式，可自動(dòng)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(shí)，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(yǔ)

應(yīng)急通信不是一種獨(dú)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(guò)對(duì)各種技術(shù)進(jìn)行不同的組合，可以滿(mǎn)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(jī)動(dòng)組網(wǎng)、特情應(yīng)急處置及最低限度通信能力，可為未來(lái)應(yīng)急通信系統(tǒng)建設(shè)提供參考。