公共应急关键通信在5G时代的发展思考

王赛男

摘要：本文总结归纳了传统的公共应急关键通信技术及其对应急响应任务支撑的适用性和有效性，针对我国公共应急事业，提出公共应急无线网络的建设和协调方案建议，最后审慎探讨了宽带化演进潮流下传统窄带公共应急关键通信技术可能的发展方向。

关键词：公共应急 语音调度 语音指挥

对公共应急事业来说，关键通信的核心是能够在关键时刻挽救消防员的生命。“在最危急的情况下，无线电是连接消防队员与指挥员和外界援助的生命线”[3]。无线电台对于消防员的重要性，不亚于空气呼吸器、防护服和面罩。

消防员在火场战斗中使用最多的通信方式是单频直通（DMO），这种通信模式不依赖任何通信基础设施，事实上，公共应急通信网络的基站也不可能覆盖所有的建筑，而在所有的建筑内部部署公共应急通信网络室内分布系统，在经济上也是不允许的。“在消防业务应用中，脱网通信是强制要求的。如果系统不能覆盖所有建筑物的内部——这是必然的——那么就需要具备与火场上的所有人员保持通信的脱网能力。我们使用LMR系统的原因是，一般来说，它们提供的通信是商业网络所没有的。”[3]。事实上，消防员不仅更青睐单频直通，也更愿意用模拟常规，实践证明模拟比数字传得更远，在恶劣、复杂的环境中，模拟信号的“健壮性”比数字信号更强，虽然模拟语音的质量在大多数情况下不如数字信号。但是模拟信号的语音质量随着信号强度的降低几乎是线性下降的，自然地就能够提示消防员信号水平在降低，消防员能够依此做出对环境的判断。相比之下，数字语音质量在较低信号水平时会陡降，声音会很快彻底消失。对消防员来说，模拟与数字，孰优孰劣，即使在5G已经到来的今天，仍然不能妄下定论。

当消防员与队友因为建筑物内部结构过于复杂而无法通过直通频进行通信的时候，就需要中转台来辅助通信，最简单的中转台是人——如果火场最深处的消防员电台发出的呼叫无法被现场指挥员直接接收到，那么火场中的其他消防员可以充当“人肉转发器”，把队友的呼叫重复一遍给指挥员。如果消防电台可以自动中转，哪怕只能中转一次，也可以解决几乎大部分建筑物内的通信死角问题;如果可以支持3～4跳中转，那么即使在超大型综合体内，消防员的活动自由度也会非常大。在指挥员与消防战斗员之间，火场内的消防电台的数量是足够形成冗余的，相比之下，依赖单个中转台或者集群系统的话，反而会形成单点故障。

便携式电台的功率毕竟有限，当发射和接收电台距离超过几公里的时候，直通模式就无能为力。如果要在更大区域内进行通信，就不得不借助通信基础设施，最简单的就是建设固定的中转台，把天线架高，使用一对频点（上行和下行），发射电台在上行频点上发射，中转台在上行頻点上接收，然后立即（下一个时隙）在下行频点上发射，接收电台在下行频点上接收。过去三十年，我国的消防通信基本都是采用这种常规中转方式，消防部门通常拥有少量的双频点和单频点资源，分别用于城域中转通信和火场直通频通信。在事故现场，有限的频点会被划分用于指挥、战斗、保障等等。

为了改善中转台的发射和接收效果，很多地方的消防无线通信系统会采用同播技术，这样在重叠覆盖区域的信号会得到增强而不是互相干扰。对于频率资源有限的消防部门来说，这种方式即能够获得更大的覆盖范围，又节省频点。

还有一种模式是集群。“集群”的概念是相对于“常规”来讲的。常规无线（直通频和中转通信）被使用的时间要远远早于集群通信，使用的频次也远高于集群通信，现在依然是这样，未来10到15年恐怕也将如此。

常规无线系统足够简单，一个频点被分配给一个工作组使用，如果可供使用的频点数量少于工作组的数量，就需要多个工作组共用一个频点。当F1频点被占用，而F2频点空闲的时候，被指定了只能使用F1频点的工作组也只能等待，频率资源的利用率比较低。为了解决这个问题，专用通信设备商开发了集群无线系统。在集群无线系统中，所有的电台都守候在一个控制信道（指定的频点和时隙）上，而不是像常规系统那样守候在各自指定的频点上。当需要讲话时，按下PTT键，电台在控制信道上向系统申请讲话权，如果这个时候有空闲信道资源可用，系统就会为这次呼叫分配一个业务信道（指定的频点和时隙），并把业务信道号发送给讲话的电台和它所在组的其他电台，要讲话的电台就转到这个业务信道去发射，组内的其他电台也转到这个业务信道去接收。这样所有的频点资源都能够被充分利用，不再会出现常规系统那样的资源浪费的情况。

资源总是不够用的，即使集群系统提高了资源利用率，也总会出现同时要讲话的通话组数量比系统可用的信道数量多的情况，这个时候，为了保障更紧急的呼叫优先使用信道资源，集群系统赋予通话组和用户不同的等级，依此来决定在信道资源被全部占用的情况下，按照优先级策略来分配信道资源给通话组和用户。

依赖中转台、集群基站的公共应急无线系统，通常被用来保障城域范围内的通信，包括事故发生时首战力量、战勤保障力量和增援力量的调动，各战斗队伍集结途中的联络，与交管、巡警等部门的协调等。大部分公共应急救援任务都在本地执行，跨省的协同作战比较罕见，按照我国的国情，各省、各地市都可能因地制宜提出本省、本地市的公共应急无线网络的建设和协调方案，例如：

·公安350兆资源紧张的地方，可以以地市为单位，消防/应急部门独立建设覆盖城镇区域的370兆应急无线网，与公安350兆无线网平行，有条件的地方可以进行互联互通。

·公安350兆资源相对充足的地方，消防/应急部门可以自建370兆应急无线网的核心网和少量基站，同时利用公安350兆PDT网络和已划给消防部门使用的资源，与公安350兆无线网平行、互补，有条件的地方可以进行互联互通。

·公安350兆无线网络建设非常完善，覆盖优良的地区，消防/应急部门完全可能全部使用公安350兆PDT网络，这样与交管、巡警等部门完全共用一个系统，省去了大量协同互通的环节，应急救援处置会更加高效。

5G已经来了，我国的公共应急无线网络将如何发展、演进？宽窄融合似乎是必然的方向，谁融入谁？怎样融合？还远没有定论。业界对美国FirstNet的追捧甚嚣尘上，我们不妨来看看美国消防管理局 2016 年 6 月发布的《消防业务语音无线通信指南》在讲到FirstNet时提出的几个原则：

·如果今天已经实现的主要功能被排除在未来的系统之外，那么最昂贵的通信系统也没有什么用处。

·选择最好的技术组合，在不影响任务的前提下缩小（作战需求、联邦、州和本地的强制要求与当前系统之间的）差距。在做决定时，要牢记消防员的安全、任务的有效性和长期的可持续性。

·如果要用FirstNet任务关键语音系统取代LMR系统，它必须要么提供覆盖所有地方的能力，要么提供一种允许各单位直接通信而无需基础设施的脱网能力。

宽带化演进之外，专用通信设备商更应向内审视，窄带无线技术的应用方面加大投入，切实理解和挖掘消防/应急用户的需求和痛点，创新窄带技术的应用模式，例如，探索PDT系统信道带宽进一步窄带化6.25KHz的可行性，使频谱利用率再翻倍;利用分集接收、MIMO等技术，使接收灵敏度进一步提高，提供更大的链路预算，获得更远的通信距离和穿透性能;开发支持多跳中转的消防电台等。

总之，商业的本质是用产品满足用户的需求，在专用通信领域和公共应急领域，其用户肩负的是人命关天的责任，该领域的企业不应该用消费者领域 “一流的公司创造需求”的理论来给自己洗脑和引导用户。

参考资料

1.应急管理信息化发展战略规划框架（2018-2022年）概要版，应急管理部科技和信息化司

2.应急指挥信息化与通信保障能力建设技术规范，应急管理部科技和信息化司

3.《消防业务语音无线通信指南》第二版，美国消防管理局

4.《通信电台是消防员的生命线》，陈建明