应急行动中机动式移动通信系统快速部署方案

(重庆通信学院，重庆 400035)

1 引 言

恐怖活动的日益猖獗和自然灾害的频发随时可能使人们面临电力、交通等基础设施严重损毁，军警民不能及时达成协同通信进行维稳、救援行动的严峻情况。为了确保社会稳定和人民的生命财产安全，应急情况下的通信保障研究显得尤为重要。目前对应急通信研究已经比较全面，但专门针对移动通信在应急通信中保障的研究成果并不多。机动式移动通信系统快速部署正是移动通信应用于应急通信的重要内容。本文首先分析了抢险救灾和处突维稳等应急行动的特点以及对通信保障的要求，然后提出了快速部署的总体思想，并对其中的容量分析和覆盖算法进行重点阐述，最后介绍系统资源的分配，形成一套完整的系统快速部署方案。

2 应急通信对通信保障的要求

特大自然灾害与现阶段的恐怖活动往往事发突然、救援和处突条件艰巨、空间广阔、参与力量多元、指挥上联合，对通信保障提出了前所未有的挑战和要求。

(1)事发突然，时间紧迫，要求通信保障具有快速反应能力

从美国“9·11”恐怖袭击到我国“3·14”藏独分子“打、砸、抢、烧”暴力事件等恐怖活动和 “5·12”四川汶川特大地震等重大自然灾害看，恐怖活动和自然灾害都有突发性强，发生时间、地点、类型、规模不确定的特点，这要求通信保障必须充分准备，要具备快速反应能力，确保在任何情况下都能遂行各种条件下的应急通信保障任务。

(2)参与力量多元，联合组织，要求通信保障具有“协同通”能力

参与执行处突维稳和抢险救灾等多样化任务的队伍，通常由部队、武警、公安等多种力量组成。它们的行动通常联合组织，统一指挥。为确保各种力量能够团结协作，密切配合，要求对网络资源进行合理有效分配，建立军、警、地一体化通信保障网，以确保各方力量能够协调一致，发挥整体效能。

(3)环境恶劣，情况复杂，要求通信保障具有“抗扰通、抗毁通、保密通”能力

抢险救灾和处突维稳行动都面临着参与救援力量多元、通信手段多样、电磁重叠、环境复杂等问题，同时，处突维稳还有可能伴有恐怖分子电磁干扰、通信窃密以及打击破坏我方通信设备的情况，这就要求通信保障具备较强的抗扰、抗毁和保密通能力，能够克服自然和人为因素对其造成的各种不利影响，确保通信指挥的稳定可靠。

3 机动式移动通信系统

目前，移动通信网络已形成了覆盖国土范围的公众网，在抢险救灾和反恐维稳中发挥了重要的作用。但由于自然灾害和恐怖分子袭击等影响，部分地区仍会形成无线覆盖的热点和盲区，导致原有移动通信网络不能满足这些地区处理突发事件的通信需求。为了保障任务分队的指挥通信，需要用到机动式移动通信系统作为移动通信网的应急支撑体系[1]。

机动式移动通信系统由基站、交换控制器、电源及其附属设备组成，实现了移动通信系统的小型化、车载化。每个单系统可单独提供无线网络服务，也可通过多种中继手段互联组成多系统移动通信网络。机动式移动通信系统具有集成度高、设备体积小、接口多样、机动性强、组网灵活、保密性好等特点。这些优势使该系统有能力担负起救援、维稳行动的保障任务。但由于抢险救灾和反恐维稳活动受领任务紧急、时效性要求高、准备时间短的实际情况，又要求机动式通信系统具有快速部署能力，以便能更加迅速地建立顺畅有效的指挥网，提高通信保障的快速反应能力。机动式移动通信系统的快速部署的内容主要包括容量分析、系统站址选择、系统基站覆盖范围计算、号码分配、中继链路选择、频率分配等。

4 机动式移动通信系统快速部署

4.1 系统快速部署的总体思想

根据应急行动的具体任务，明确通信保障的地域范围和所需业务类型及分布情况，借助电子地图在该区域生成业务密度图。然后，根据任务的规模估算出所需业务量，再用业务量除以系统的业务容量，即得到区域所需的系统数量。接下来，根据GIS提供的地理信息结合所得的业务密度图，依据系统基站尽量位于业务区重心的原则，初步确定系统的部署位置。再依据保障任务提出的建网目标，通过计算机编程仿真利用合适的电磁波传播模型，进行链路预算，得到各系统的覆盖范围图，直接从图中观察出系统的一些覆盖指标，与预期目标进行比较，符合则站址确定，否则，重新初选基站站址，重复上述过程。最后，根据确定的站址，分配网络资源，形成系统快速部署方案。总体思想框图如图1所示。

图1 总体思想框图Fig.1 Block diagram of general design

4.2 容量分析

容量分析包括业务预测和容量估算两部分，主要目的是根据抢险救灾和处突维稳任务的规模估计出所需业务总量或等效总业务量，然后除以机动式移动通信系统的业务容量得到所需的系统数量[2]。同时，利用业务密度预测方法确定规划区的业务重心点，为系统部署位置的确定提供参考。

4.2.1业务密度预测及业务密度图的生成方法

容量分析首先涉及到的是业务密度的预测，业务密度预测的目的是得出目标规划区内每个地理点上的业务量密度，有了这一数据就可以确定在保障区域所需的业务量，也就可以知道所需系统数量、位置以及信道配置是否合理，通过业务预测可以生成直观的业务密度图。对于保障抢险救灾和处突维稳这样时效要求严格的任务，应该采用最简单有效的方法来生成业务密度图来构建应急通信网络，具体方法简述如下：

(1)导入三维电子地图；

(2)在数字地图上为各地理点赋予不同的业务权重值。救援、维稳行动与灾情和恐怖分子的动态密切相关，可以根据任务方案在数字地图上对各地理点赋予不同的通信业务权重值，如图2所示；

图2 业务权重值设置图Fig.2 Business weight setting

(3)根据业务权重设置值，进行业务模拟分析，统计出数据指标，生成业务密度图。

4.2.2容量估算

所需的总业务量可以根据具体救援、维稳行动需要通信人数按保障人员数量及使用的业务类型(如语音和数据)分别统计出来，然后利用等效方法把所有业务等效成语音业务，求出总的等效业务量。机动式移动通信系统是自干扰系统，系统容量计算涉及的因素和假设的条件比较多，计算相对复杂[3]。系统的容量是由上行链路和下行链路的容量共同决定的。在上行链路指移动台没有足够的功率克服别的移动台干扰，在下行链路则指基站发给各移动台的功率总和达到基站功率限制。理论上，该系统容量是下行受限的，这是因为系统相对于移动台有较好接收技术，包括天线分集与多用户检测。所以在实际应用中一般用的是下行链路的系统容量，具体数值可根据系统参数计算得到。

4.3 系统覆盖范围

依据系统站址尽量部署在靠近区域业务重心点且交通便利易于机动式移动通信系统机动转移的地理点的原则，可在电子地图中初步确定出系统部署的数量和站址。通过链路预算可得出最大路径损耗，并能映射为系统的覆盖范围。

4.3.1链路预算

链路预算是机动式移动通信系统快速部署中必不可少的一步，是进行通信资源分配的有效工具，通过它能够指导规划区内小区半径的设置、所需系统的数目和位置的分布。链路预算从根本上来说是一个计算无线覆盖范围的等式，该等式是一些影响无线链路的增益和损耗的代数和。链路预算要做的工作就是在保证通话质量的前提下，确定系统和移动台之间的无线链路所能允许的最大路径损耗[4]。再结合修正过的电波传播模型，将最大路径损耗映射为传播距离，就可以得到系统的覆盖范围。

链路预算分为上行和下行两种。由于机动式移动通信系统的前向链路采用正交的Walsh码进行扩频，系统与系统之间通过GPS同步，对干扰具有较强的抑制作用。而反向链路很难进行同步，同时由于受到体积、重量和电池容量的制约，手机的发射功率不可能做得很大。因此，反向链路预算通常决定系统的覆盖范围，其模型如图3所示。

图3 反向链路预算模型Fig.3 Uplink budget model

由图3可以得出反向链路允许的最大路径损耗为：最大允许路径损耗=业务信道有效发射功率-基站天线接收端所需最小信号功率-预留余量。

4.3.2仿真结果及验证分析

根据覆盖区内95%的通信概率、覆盖边缘75%通信概率得到最大的路径损耗值，然后选用经过校正的电波传播模型(采用Lee模型)，在规划区的电子地图上依据地理点的地形特征、高程等因素，借助GIS的数据计算出各系统的覆盖范围。经反复调整系统位置并仿真后，最终可以得到满足任务所需的通信效果。图4为编程仿真所得的重庆市沙坪坝某区域3个系统的覆盖范围图。

为验证系统快速部署的效果，曾利用综合演练时机对仿真结果进行了检验。将3套机动式移动通信系统开赴图中地点，然后利用移动终端对系统覆盖区域和边缘进行测试。从电测情况看，当时同时开设的3个基站覆盖范围内接通率为95%以上，边缘地区接通率也超过了75%，与最初设计的覆盖指标相吻合。实践证明，仿真结果基本上达到了最初的设计目标，说明了该种系统快速部署方法是行之有效的，可以运用于实际任务之中。

图4 覆盖规划图Fig.4 Coverage planning

4.4 资源分配

机动式移动通信系统在快速部署过程中，必须充分重视网络资源的规划，提高系统的网络资源利用率，提升系统的整体保障效能，其主要包括电话号码分配、载波频率分配等[5]。

4.4.1电话号码分配

机动式移动通信系统电话号码分配方案要根据实际通信保障需求临时配置使用，是组织机动式系统遂行应急通信保障任务的重要文书。当机动式系统与其它通信网系互联互通时，为便于使用和管理，机动式系统电话号码应由通信部门与其它通信网系的电话号码统一编拟。

4.4.2载波频率分配

机动式移动通信系统采用单载波单扇区体制，相邻系统(即相邻小区)之间载波不能相同，以避免相互干扰，必须进行载波规划。同时，该系统载波频率可使用专用频段的f1、f2、f3 3个频点，这就为系统按频率复用进行小区规划打下了基础。当多系统组网开设时，各机动式系统应分别使用不同频点，当开设系统多于3套时，可重复使用频点，但会因同频干扰缩小覆盖范围。机动式系统只有3个频点可供载波使用，规划策略相对简单，如图5所示，其中A、B、C分别代表系统的3个频点f1、f2和f3。

5 结 论

文中提出的机动式移动通信系统快速部署方案可以在移动固定基站被毁坏或网络信号覆盖盲区迅速选择最优站点进行多系统自组网，提供快捷、安全、可靠的通信保障，满足了抢险救灾和处突维稳任务提出的对通信保障要求，为救援、维稳分队提供了一种快速有效的组网通信的方法，为发挥机动式移动通信系统最大效能提供参考依据，对未来的第三代机动式移动通信快速部署也具有重要的借鉴意义。

参考文献：

[1] 李文峰,韩晓冰.现代应急通信技术[M]．西安:西安电子科技大学出版社，2007:69.

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ZHANG Chuan-fu. CDMA mobile communication network planning design and optimization [M]. Beijing:The People′s Post and Telecommunication Press, 2006. (in Chinese)

[3] 彭木根,王文博.无线资源管理与3G网络规划优化[M]．北京：人民邮电出版社，2008:340-341.

PENG Mu-gen,WANG Wen-bo. Wireless resources management and 3G network planning and optimization[M]. Beijing:The People′s Post and Telecommunication Press, 2008:340-341. (in Chinese)

[4] 刘永重. 基站覆盖距离的计算方法[J]. 电子技术, 2004，23(9): 13-15.

LIU Yong-zhong.Calculating method of base station coverage distance[J].Electronics,2004,23(9):13-15.(in Chinese)

[5] William C Y Lee.无线与蜂窝通信[M].3版.北京：清华大学出版社，2008.

William C Y Lee.Wireless & Cellular Telecommunications[M].3rd ed. Beijing:Tsinghua University Press,2008.(in Chinese)