应急移动通信体系架构及组网技术分析

摘 要

在各类灾难和突发事件中，为了加强通信网络的保障能力，需要考虑多种手段相结合、立体化的多维联动应急通信保障机制。本文在分析应急通信系统的概念及发展现状的基础上，重点研究了天地一体的应急移动通信体系架构及组网技术。

【关键词】应急通信系统 天地一体 高空基站 抗灾超级基站

我国幅员辽阔，通信基站数量众多、覆盖广泛。在局部自然灾害发生时，通信瘫痪会给抢险救灾，挽救国家、人民生命财产的安全带来影响，并进一步扩大灾害带来的损失。

“天地一体”的应急移动通信体系提供了在特殊情况下，迅速恢复正常工作的机制。当灾难发生后，地面交通全阻，通信设施抢修严重受阻，需要考虑多种手段相结合、立体化的多维联动应急通信保障机制，快速实现地面移动通信的恢复。

1 应急通信技术的发展现状

应急通信是指在出现自然的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，是为应对自然或人为紧急情况而提供的一种暂时性特殊通信机制。

从九十年代开始，我国通信运营商对应急通信的建设，完成了VSAT（Very Small Aperture Terminal）、自适应电台系统、海事卫星电话、微波、集群、GSM/3G应急通信车等传统应急通信技术手段的部署。由于应急通信平时不产生直接的经济效益，因此重视度不够，发展明显缓慢。从汶川地震、芦山地震中，应急通信的表现就可看出问题的严重性。

目前国外应急通信技术向着宽带、无线、卫星等多元化方向发展，重点是提供一个共享通信、信息的一体化环境，在指挥中心统一指挥调度下，真正地实现联动。

2 天地一体的应急移动通信体系架构

天地一体的移动应急通信体系是“天”、“地”、“机动”各种应急通信方案协调配合，针对不同场景下的需求，对多种应急解决方案统筹部署，依照明确的标准和机制进行分级协作，实现资源统一调度。天地一体的应急移动通信系统部署如图1 所示。

天基设备包括卫星、高空基站；地基设备包括超级基站、应急通信车；便携基站既可属于天基设备也可属于地基设备，适合车载、机载和升空平台等移动设备组网使用。

天地一体的应急通信平台的建设可分为三个阶段：

（1）初级阶段——天地互补。利用现有的固定业务，制定统一的VSAT技术标准，形成天地互通。利用地面网络，对C网、3G网络的移动通信进行补充。通过启用高空基站、超级基站、应急通信车、便携基站等应急通信手段，将卫星网和地面的网络构成一个互补的应急平台。

（2）中级阶段——实现天地兼容。建立完备的天地互动的通信网络，提升应急保障能力。启动新一代移动通信卫星，即辅助地面组件技术（ATC）的卫星。在这一阶段，真正满足天地互动，实现高速和快速的移动通信保障能力。

（3）高级阶段——实现天地的融合。建设天地融合的应急通信平台，发展新一代移动通信卫星和宽带通信卫星，全面提升保障能力，实现真正的天地一体通信网络智能和管理，推动我国应急和商业运营为一体的运营模式的实现。

3 天地一体初级阶段的应急移动通信系统结构

我国的天地一体的应急移动通信系统的建设处于初级阶段，系统结构如图2所示。

在“天”部署“高空基站”，通过飞机、热气艇等浮空器，承载大容量基站，实现移动通信广覆盖。主要应用于地面交通瘫痪时，快速到达受灾区域上空，保障移动通信畅通。在“地”建设“抗灾超级基站”，有针对性地抵御各种自然灾害。重点研究地震、冰雪、台风等灾害对通信设施造成影响，有针对性地提高基站建设标准。针对抢险救灾等应急特殊需求，将目前大型应急车小型化，增强应急通信系统的快速部署、快速开通能力。通过定制小型化设备，提供多种业务。

3.1 高空基站技术方案

高空基站载体分为动力飞行、系留方式，进行地面语音及数据业务的移动通信覆盖。

3.1.1 动力飞行方式

当灾区道路无法恢复时，动力飞行浮空器可载运基站，部署高空基站。动力氦气飞艇在满足高空基站任务要求方面具有独到优势，依靠气囊产生的浮力，能耗小；无需专用跑道起降；采用无人驾驶方式，可配置自动驾驶仪或者遥控控制，安全性高；飞行速度较低，多普勒效应小，对设备影响较小。

3.1.2 系留方式

当灾区周边道路抢通后，可通过系留方式将设备现场升空部署。系留方式是一种无动力气球飞行器，具有滞空时间长，耐候性强，部署简单灵活等特点。但是抗风能力与球体的气动特性不高。从经济适用性来看，系留方式优于飞行方式。

3.2 抗灾超级基站技术方案

超级基站应尽量结合现有基站选址，按照改造方式建设，提高基站传输、电源建设标准等，应结合GSM/3G网络建设，充分利用现有站址资源，优选重要基站进行改造。增强基站抗灾害损毁能力，从优化设备配置、传输手段、电源配置、机房土建、加固工艺等多方面提高超级基站的通信可靠性。对于多种灾难多发地区，应建设综合型超级基站。综合型超级基站应针对单一灾难发生或多种灾难同时发生的灾难场景设置。综合型超级基站应在抗单一灾难的基础上，按高标准，针对各类灾难实施技术保障，保证信息畅通。

针对灾害区域，灾难发生时，人员不易到达现场，因此应考虑配置卫星设备，同时MSC、BSC设备应通过改造，支持光传输设备与卫星设备自动切换，以保证通信的通畅。目前，首先需要考虑完成光传输到卫星的单向切换，根据该功能的实际效果再进行光传输和卫星的双向切换。

3.3 小型应急通信车技术方案

小型应急通信车为多业务卫星接入小型应急通信车，装载卫星通信系统、移动基站、无线局域网、调度系统等设备。通过接入各移动运营商现有通信网络，可为应急通信车现场用户提供移动电话、车载固话、WLAN无线上网三种业务。

应急通信车就像是流动的基站，可以将视频、语音调度等融合为一，在同一个无线、有线、卫星通道上，实现移动电话、车载固定电话、WLAN无线上网、视频回传、应急语音调度、视频电话会议等多种功能。调度系统支持卫星通道、本地无线通道等多种对外通讯的接口。

3.4 便携基站技术方案

便携基站将无线设备、便携式卫星通信设备、配套设备集成在一个紧凑的便携式的机箱中，能够迅速组建一个GSM通讯网络，可以提供基于GSM网络的服务。

便携基站基于对固定基站结构小型化、功能模块化的设计思路而研制，具备抗震、防水、可背负的特点，与固定基站功能相比，具备卫星传输能力。小型化便携基站具有综合接入能力，可与现有的有线和无线（卫星通信）网络进行链接，作为现有有线或无线网络的一部分，延伸到现有的公共陆地移动网。具有快速开通、快速部署能力，适合车载、机载和升空平台等移动设备装载组网使用。

4 结束语

应急通信所涉及的技术体系庞杂，是多维度的综合体系，涉及公众电信网和无线传感器等多种网络类型。目前，报警环节、应急处置相对成熟，公众之间的交流需要加强，而政府到公众的预警环节则非常欠缺；专网应急指挥相对成熟，公众电信网支持应急通信还需逐渐完善。应急通信的整体发展从空间维度呈现出从地面向空间发展的趋势；从时间维度呈现出从事后响应向事前预警发展的趋势，利用无线传感器对突发事件进行监测、利用公众电信网实现对公众的客户化精细预警成为新的发展方向。

由于应急通信不单是一种技术，而是一种应用，应结合国家和政府部门应急通信需求，重点研究应急通信新手段以及各类新技术在应急通信的应用。针对应急通信技术从地面向空间、从事后响应向事前预警发展的趋势，重点围绕新一代卫星移动通信、高空基站、公共预警技术、P2P、传感监测、自组织等新技术在应急通信中的应用开展研究，加强监控和预警机制建设，促进应急通信由“被动应付”向“主动预防”发展，构建全面完善、科学先进的应急通信体系，为构建和谐社会提供技术保障。

参考文献

[1]李文峰，现代应急通信技术[M].西安电子科技大学出版社，2007.

[2]赵林度，我国城市应急系统网络化建设策略研究[J].城市管理与科技，2005（07）.

[3]郭凯.全业务运营模式下的应急通信技术发展战略[J].通信与信息技术，2009（05）.

[4]李兴，吴持其.宽带IP卫星通信技术现状和发展[J].中国卫通，2003（4）.

[5]胡向晖，任术波等.结合ATC技术的新一代卫星移动通信系统简介[J].第七届卫星通信新技术、新业务学术年会论文集，2011.

[6]陈东，梁宗闯等.卫星移动通信三大关键技术[J].通信产业报，2010-8-2.

[7]张雪丽.标准化助力应急通信产业发展[J].通信技术与标准.主席专刊，2010.

作者简介

孟源 （1980-），男。硕士学位。现为成都大学讲师。主要研究方向为计算机网络及应用技术。

作者单位

成都大学 四川省成都市 610106