浅谈5G在应急通信中的应用

熊廷坤 张诚 刘旭 咸立文

摘要：5G作为新一代的移动通信技术，具备传输速率高、通信时延低和用户容量大等特点。它开始融入人们的日常生活，并影响着诸多行业的发展。本文通过分析5G在应急通信中的优势，并结合几个应急抢险的场景，提出了5G在该场景下的组织应用模式，供大家参考研究。

关键词：5G移动通信；应急抢险；应急通信

一、引言

我国幅员辽阔，国土面积排名世界第三，但也是自然灾害频发、受灾面广、灾后损失严重的国家之一。在2016年7月的河南特大暴雨，2017年8月8日的四川九寨沟发生的7.0级地震，2018年1月的山西特大雪灾，2019年1月的吉林特大雪灾等自然灾害给人们的生命、财产带来严重的威胁，对人们的经济、生活带来了严重的影响。自然灾害发生的同时，当地的通信基础设施往往也会遭到严重破坏，导致灾区通信中断，短时间内难以恢复，严重影响随后的抢险救灾以及灾后救援等工作。因此，我国近年来一直致力于大力發展应急通信。

作为第五代移动通信，5G具备传输速率高、通信时延低和用户容量大等诸多优点，一直受到世界各国的广泛重视。目前，我国已建成全世界最大的公用5G通信网络，为约6.5亿人提供5G服务。相比在公用通信方面的发展，5G在应急通信方面的发展要落后很多，并且在组织应用方面的研究也相对较少。为填补5G移动通信在应急通信方面的应用空白，本文针对应急通信中的几个典型场景，设计了不同的组织运用方式，供大家研究参考。

二、5G移动通信发展现状

5G移动通信是新一代的蜂窝移动通信技术，其特点是传输速率高、通信时延低、用户容量大和可靠性高。与4G相比，5G的峰值速率提高30倍，用户体验速率提高10倍，频谱效率提升3倍，支持500KM时速移动通信，无线接口延时减少90%，连接密度提高10倍，能效和流量密度提高100倍，性能较4G有了巨大的提升。

据工业和信息化部的统计数据，截至2022年底，我国新增了88.7万个5G基站，较2021年增加了23.7万个。全国范围内，移动基站的总数达到了1083万个，其中5G基站占比为231.2万个，比2021年增加了7个百分点[1]，基本已实现城镇和重点区域的5G信号覆盖。

三、5G移动通信在应急通信中的优势

3GPP定义了5G网络的三大典型应用场景[2]，包括增强移动宽带（eMBB）、超可靠低时延通信（uRLLC）和海量机器类通信（mMTC）。

（一）增强移动宽带

5G的下行速率可达1Gbps，上行速率可达100Mbps，能够支持同时上传和下载多路超高清视频。在应急通信中，能够使用尽可能少的移动终端传输更多的视频数据，适用于大容量数据传输的场景，比如各大赛事和重大活动的现场直播、热点区域现场的临时安保监控等。

（二）超可靠、低时延通信

5G网络具有空中时延低至1MS的特点，极大地降低了数据在无线信道中的传输时间。结合5G通信的高可靠特性，在应急通信中能够可靠、实时地完成数据传输，适用于对数据传输可靠性要求高、传输时延低的场景，如远程遥控指挥、远程作业监控和工业自动化等。

（三）海量机器类通信

5G网络的用户连接能力达到每平方公里100万连接，能够为更多的用户在同一区域内提供移动通信服务。在应急通信中，可以极大地降低应急通信保障的难度，适用于人流量大的场景，比如重大节日、活动等人流聚集的现场等。

四、5G在应急通信中的组织应用

（一）热点区域通信增强

世界杯、奥运会、亚运会、大运会等大型赛事的比赛现场，以及云南泼水节、青岛啤酒节等重大节日和大型车展、明星演唱会等大型活动的现场，通常会临时聚集了包括观众、运动员、演职人员、赛事保障人员等在内的大量人员。在这些热点地区，常常出现因移动通信用户突增超过基站日常最大用户容量，导致手机接拨电话困难、网络访问迟滞严重等现象，严重时甚至导致通信瘫痪。移动通信在热点区域通信拥塞情况如图1所示。

在此种场景下，为了保障现场通信的顺畅，通常通信运营商会采取临时部署应急通信保障车的方式。这些应急通信保障车可以为热点区域内的一部分移动用户提供移动通信服务。通过将一部分用户分流到这些保障车上，可以解决移动通信基站用户容量过载的问题，实现热点区域移动通信的临时增强。相比永久增加基站容量来说，这种临时部署应急通信保障车的方式更加经济有效。

如图2所示，在热点地区现场部署5G应急通信保障车，利用车载5G基站为热点区域部分用户提供5G移动通信接入。再通过公用网络接入5G核心网，实现5G车载基站并网运行，为热点区域分流的移动通信用户提供公用的5G移动通信服务，解决热点区域固定基站接入用户过多导致移动通信服务质量严重下降问题，保障热点区域移动通信业务正常使用。

（二）抢险救灾现场通信替代

我国是自然灾害频发的国家，近年先后发生了“5·12”汶川地震、“7·20”郑州特大暴雨等重大自然灾害。这些极端的自然灾害不仅造成了当地通信基础设施的严重破坏，还导致了大面积的通信中断。这给及时通报和上报灾情、险情，以及随后的抢险救灾工作的组织协调带来了严重的影响。自然灾害导致的移动通信中断情况如图3所示。

在此种场景下，受灾当地公共网络遭到严重破坏，内部通信、对外通信中断，且无法在短时间内恢复，导致灾情、险情无法及时上报，救灾现场无法实现情报共享，严重影响抢险救援工作的组织、协调以及工作的进展。此时，大容量、高可靠和高带宽的通信保障，对抢险救灾工作的顺利展开和稳步推进尤为重要。通常情况下，自然灾害破坏力强、波及面积广，加上受灾地区地形复杂、环境恶劣，采用车载升高天线架设的移动通信基站覆盖范围有限，要想实现大面积的移动通信覆盖，则需要架设大量的移动通信基站。因此，借助升空平台进一步扩大移动通信基站信号覆盖范围，同时减少移动通信基站的架设数量，是解决抢险救灾地区通信的既经济又有效的方法。

如图4所示，在抢险救灾地区部署5G应急通信保障车，利用保障车上搭载5G微型基站的无人机升空平台。无人机升空后，为应急通信保障车周围的移动通信用户提供5G移动通信接入，扩大信号覆盖范围。同时，升空后的无人机通过自组网设备实现互联，多个5G微型基站形成网络，实现抢险救灾地区的全域5G移动通信用户互联互通。此外，无人机还通过应急通信保障车上的卫星远程中继，实现与应急指挥中心和公用网络的互联通信[3]。

（三）偏远地区的通信补盲

偏远地区地广人稀，适合发展无线通信。然而，由于地理条件差、自然环境恶劣等因素，对公用通信基础设施的建设造成了限制。此外，偏远地区人口数量少、经济水平低、市场需求少，导致通信运营商在这些地区投入建设的积极性不高，资金投入不足甚至没有投入。综合考虑这些因素，导致偏远地区公共移动通信基础设施的落后或根本不存在的现状。如新疆和西藏边境，南海海上的钻井平台等偏远地区。偏远地区公用移动通信现状如图5所示。

在此场景下，由于通信基础设施建设不完善，导致发现的敌情、冲突险情以及非法越界等违法犯罪活动的信息上报不及时。同时，在矿洞和钻井平台内部，工作难以协同进行，信息也难以共享，因此险情无法及时上报。这种情况严重影响了边境安全和高危行业的生产安全。因此，解决边防巡逻沿线、矿洞内部和海上钻井平台的内部通信和对外通信问题变得非常关键，这是保障边防安全和高危行业生产安全的重要环节。

如图6所示，巡逻战士通过5G移动通信终端接入随行的5G移动通信保障车，再通过保障车上卫星中继接入边防指挥专用网络，实现与边防指挥中心的互联通信。同时，巡逻战士下车后也可利用5G移动通信将实时采集的视频信息回传至边防指挥中心，供指挥人员查看。

如圖7所示，海上钻井平台部署5G移动通信基站，为钻井平台内部用户提供5G移动通信服务。同时，通过5G网络可以实时采集钻井平台重要或关键部位的高清监控视频。这些视频通过卫星中继设备接入海上钻井平台专用网络，实现钻井平台内部与指挥中心的互联通信，同时指挥中心能够对钻井平台进行远程监控和预警。

五、结束语

5G移动通信具有高速率、低时延和大连接的特点，相较于3G和4G移动通信，具备巨大的优势。随着5G产业的持续发展，其技术逐渐成熟，成本也在不断降低，终端设备及应用也变得更加丰富。本文针对抢险救灾中的几个典型场景，结合不同场景对应急通信的需求，开展5G通信网络的设计和应用组织的探索，充分利用公用网络资源，希望能为抢险救灾场景下的应急通信设计提供一些有效的参考思路。

作者单位：熊廷坤 张诚 刘旭 咸立文 中国电子科技集团公司第三十研究所

参考文献

[1]工业与信息化部.2022年通信业统计公报，2023.1.19.www.miit.gov.cn.

[2]ITU-R.IMT vision-framework and overall objectives of the future development of IMT for 2020 and beyond： M.2083-0[S].Geneva：ITU，2015.

[3]刘蕾.基于5G的系留无人机应急方案研究.电子技术应用，2020（3）：28-32.

熊廷坤（1982.10-），男，汉族，四川蒲江，学士，工程师，研究方向：通信系统设计；

张诚（1982.12-），男，汉族，四川广元，学士，高工，研究方向：通信系统设计；

刘旭（1980.10-），男，汉族，湖北荆州，大学，工程师，研究方向：通信系统集成设计；

咸立文（1981.12-），男，汉族，内蒙古赤峰，大学，高级工程师，研究方向：通信网络安全、密码应用。