应急通信保障体系建设构想

2020-04-02王思华王旭康

无线电工程 2020年4期

关键词：超短波短波指挥部

王思华，王旭康

(1.太原卫星发射中心技术部，山西太原 030027；2.中国电子科技集团公司第五十三研究所，天津 300000)

0 引言

应急通信是指在出现自然或人为的突发性紧急情况时，综合利用各种通信资源，保障救援、紧急救助和必要通信所需的通信手段和方法，是一种暂时性的、为应对自然或人为紧急情况而提供的特殊通信机制[1]。

假想典型场景为：发生重大自然灾害，抢险救灾队伍接到命令后，携带装备器材编成梯队机动至现场。到达现场后，开设前方指挥部，展开装备器材，指挥协同展开抢险救援，并实时将现场视频、数据传回后方指挥部。

在此场景中，应急通信保障可分为2个阶段：一是机动过程中的通信，任务是保障梯队内部通信及梯队与后方指挥部间的通信；二是到达现场后的通信，任务是保障前方指挥部与后方指挥部间通信及前方指挥部与现场各要素间通信。

应急现场情况复杂，有线通信基础设施可能被损毁。因此，应急通信手段应以无线通信为主，有线通信为辅，具备有线通信条件时就近接入有线通信网。应急现场临机情况多，人员及部分装备需临时调整部署，通信系统应能及时跟进保障，配套通信装备应以车载方式为主、通信接入以车载或手持为主。

1 应急通信手段及特点

1.1 卫星通信

卫星通信主要包括动中通卫通车载站和车载卫通站。

动中通卫通车载站最大传输速率不小于4 Mbps[2]。其最大的特点是运动中能保持通信，最大能支持120 km/h的运动速度[3]，可作为机动过程中梯队与后方指挥部间的通信手段。动中通卫通车载站也具备静止中通信的功能，也可作为到达现场后远距离通信的手段。

车载卫通站可开通64 kbps～16 Mbps带宽卫通信道[4-5]。比较适合远距离、大容量数据、语音和图像等信息的传输。车载卫通站不具备动中通信能力，但具备静止通信能力，可作为到达现场后远距离通信的手段。

1.2 区域无线宽带通信

区域无线宽带通信系统采用4G TD-LTE技术体制(以下简称LTE通信)。LTE通信系统主要由车载基站及通信终端等组成[6]。车载基站装配有LTE天线和基站设备，在车载基站上装配核心网设备，可将车载基站当做车载中心基站使用，车载中心基站除提供通信覆盖，还提供终端接入控制、会话管理及信息存储等功能[7]。

通信终端包括车载终端、手持终端及背负终端等，各终端用户通过车载基站或车载中心基站接入通信。在准平坦地形，基站天线升高15 m条件下，单个基站覆盖范围约10 km。与终端用户通信，车载终端距离基站12 km时带宽不小于5 Mbps；手持终端距离基站3 km时带宽不小于2 Mbps；背负终端距离基站10 km时带宽不小于1 Mbps[8-9]。通过基站中继通信，LTE通信系统一般可覆盖现场地域，作为现场通信手段。

1.3 短波、超短波通信

短波、超短波通信可通过电台实现。短波、超短波电台均具备机动中保持通信的能力。短波通信距离为几十到上千千米，但通信速率较低，最大为2.4 kbps。短波主要依靠电离层反射进行电波传输，突出特点是抗毁能力强，可作为中、远距离通信应急保底通信手段[10-11]。超短波通信距离可达15 km，通信速率可达256 kbps，可作为现场通信应急手段。

1.4 光纤通信

光纤通信具备传输容量大、信号传输稳定的特点，但不具备机动能力，抗损毁能力也较差，一处被损毁，整个通信将会中断。光纤通信既可利用既设光缆构建通信网，也可利用野地光缆连接。在具备光纤通信条件下，可将光纤通信作为一种备份手段。

2 通信装备配备、组网及综合运用

2.1 装备配备

为满足应急通信机动性要求，配套通信装备应以车载方式为主、固定方式为辅。一般配备通信车，将通信装备尽可能集成在通信车内[12]。

后方指挥部一般固定设置，主要是与前方指挥部进行通信，应具备卫星通信、短波通信及光纤通信的能力。可依托后方卫通站、短波通信站及光纤通信站等固定通信设施进行通信保障。

前方指挥部为机动指挥部，需要与后方指挥部通信，是现场通信的中心节点，配备指挥通信车进行保障。指挥通信车应具备与后方指挥部卫星通信、短波通信能力，与现场各要素LTE通信、超短波电台通信能力。配备车载卫通天线及设备、LTE核心网设备及基站设备、短波电台及超短波电台。

为增强现场通信覆盖范围及能力，应配备若干现场通信车。现场通信车主要提供LTE基站中继及超短波中继，应具备与前方指挥部、现场各要素LTE通信及超短波通信能力。配备LTE基站设备及超短波电台，同时应配备动中通卫通天线及设备，主要是为了保障机动过程中梯队与后方指挥部间通信及增强现场通信能力。

现场各通信要素视情况配备LTE通信终端、超短波电台或便携式卫通站。在指挥通信车、现场通信车内配备一体化光传输设备。具备光纤通信的条件下，可通过一体化光传输设备就近接入光纤电路。同时，为保证在机动过程中梯队内部的通信，可利用4G移动通信系统，即配发4G移动通信终端，利用4G移动基站实现通信。

典型的装备配备如表1所示。

表1 装备配备Tab.1 Equipment List

序号位置装备配备包含通信装备1后方指挥部固定通信设施固定卫通设备、短波电台、光纤通信设备2前方指挥部指挥通信车车载卫通天线及设备、LTE核心网设备及基站设备、短波电台、超短波电台、一体化光传输设备3现场现场通信车动中通卫通天线及设备、LTE基站设备、超短波电台、一体化光传输设备4现场通信要素通信终端LTE通信终端、超短波电台、便携式卫通站

2.2 组网

根据假想的应急通信场景，假设应急通信保障任务开设1个前方指挥所，1辆指挥通信车、2辆现场通信车进行通信保障。典型的通信组网示意如图1所示。

图1 典型的通信组网示意Fig.1 Illustration of communication network

按照指挥关系及信息流程进行通信组网，网络呈现星形结构。此组网方式的优点是网络结构简单、建网速度快；缺点是网络缺少迂回路由、抗毁性较差。

为提升网络抗毁性，可考虑采用栅格状组网方式。各节点间使用群路传输设备互联呈栅格状，用户就近从一个或多个方向入网，形成既有直达路由又有迂回路由的网络结构形式[13]，如图1虚线连接所示。当部署有多个现场通信车进行通信保障时，栅格状组网的特征更为明显。栅格状组网的优点是使用节点多、迂回路由多、抗毁能力强；缺点是网络所需人员和装备多、网络较为复杂[13]。

2.3 综合运用

抢险救灾现场可能环境复杂，可依托的有线通信资源较少。通信保障应以无线通信为主，有线通信为辅。为提高可靠性，应考虑基本、备用和应急通信手段。基本通信手段受损时，备用或应急通信手段能及时发挥作用，保持正常或最低限度的通信。

2.3.1 机动过程

机动过程中重点保障梯队对上及对梯队内部通信。采取“4G移动为基本、动中通卫星通信保重点”的保障模式。4G移动通信系统覆盖机动行进路线，动中通卫星通信主要用于保障与后方指挥部临时大容量信息传输，也可与4G移动通信配合使用，保障动中联通。短波作为应急保底通信手段使用。

2.3.2 现场地域

前方指挥部与后方指挥部间采用卫星通信作为基本通信手段，保障语音、数据和图像通信，短波作为应急通信手段。在具备光纤通信条件下，光纤通信作为备用通信手段。

现场地域内部通信采用LTE作为基本通信手段，保障语音、数据和图像传输业务。超短波作为LTE通信的应急手段。在具备光纤通信条件下，光纤通信作为备用方式。若现场地域部分通信要素较远，则可采用卫星通信方式，通信要素采用便携式卫通站，与通信车车载卫通或动中通卫通进行通信。

2.3.3 多信道融合控制

为了提升通信装备综合运用的效能，需要对通信手段切换进行控制。实现有线、LTE、卫星及超短波几种手段智能切换。一是可根据设定的优先级顺序自动切换，达到此断彼通的目的。二是可根据需要强制使用某一种通信手段。这2种功能可通过开发相应的多信道融合控制设备来实现，并在指挥通信车、现场通信车及相应通信要素配备多信道融合控制设备。

3 通信保障预期效能

3.1 快速机动组网能力

短波、超短波、动中通卫星通信及LTE通信等方式具备机动能力且运动中能保持通信。短波、超短波电台在10 min以内即可展开通信；动中通卫通天线开通时间小于3 min，系统开通时间小于15 min；LTE通信开通时间小于30 min。全系统展开时间小于60 min，具备快速机动组网能力。

3.2 特情应急处置能力

在机动过程及现场地域通信保障中，都提供了基本、备用或应急通信方式。在基本通信方式受到干扰或破坏等特殊情况时，可通过多信道融合控制设备来启用备用或应急通信方式，如前方指挥部卫星通信受到干扰时，可自动切换到短波通信方式，系统具备特情应急处置能力。

3.3 最低限度通信能力

系统综合运用了基本、备用和应急通信方式。远距离通信时采用短波作为应急方式，近距离现场通信时采用超短波作为应急方式。短波通信抗毁能力强，且短波、超短波电台均可工作于跳频方式，可自动躲避干扰，具备一定的抗干扰能力。在基本通信手段受到干扰或破坏时，应急通信方式即可发挥作用，可保持2.4 kbps或256 kbps的通信速率，保证指挥信息的传输。系统具备最低限度通信能力。