淺談基于4G（LTE）專網(wǎng)在災(zāi)害現(xiàn)場無線信號覆蓋的應(yīng)用

福建省消防總隊南平支隊 蔡劍鋒

淺談基于4G（LTE）專網(wǎng)在災(zāi)害現(xiàn)場無線信號覆蓋的應(yīng)用

福建省消防總隊南平支隊 蔡劍鋒

【摘要】隨著通信技術(shù)發(fā)展，2G與4G融合通信已經(jīng)成為當(dāng)前發(fā)展趨勢?！?+4”寬窄帶融合集群系統(tǒng)可提供PDT和LTE集群的融合調(diào)度、融合業(yè)務(wù)、融合組網(wǎng)及融合終端，同時支持關(guān)鍵型語音和關(guān)鍵型數(shù)據(jù)任務(wù)，支持可視化調(diào)度指揮、多媒體集群、高清移動視頻監(jiān)控、移動執(zhí)法等現(xiàn)代警務(wù)融合應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】4G專網(wǎng)；無線信號；通信

1、引言

由于社會經(jīng)濟的高速增長，城市建設(shè)的規(guī)模不斷增加，人口居住越來越密集，各種火災(zāi)燃燒物的種類與性質(zhì)日趨復(fù)雜，建筑結(jié)構(gòu)、道路布局、水源分布等要素中的不定因素大大增多，給滅火救援活動增加了難度，也為救援現(xiàn)場通信帶來難題。長期以來，解決火場通信混亂、高層地下等特殊場所的通信盲區(qū)、電磁和噪聲干擾等因素帶來的通信問題，以及地震、洪水等自然災(zāi)害造成的公網(wǎng)中斷情況下的通信，特別災(zāi)害現(xiàn)場最后“一公里”的通信以及如何將這“一公里”音視頻傳輸?shù)较嚓P(guān)各級指揮部是救援部隊一直亟待破解的技術(shù)難題。

2、當(dāng)期的災(zāi)害現(xiàn)場通信模式以及存在的難題

當(dāng)前，各救援隊伍基本上是以衛(wèi)星通信為主，微波、超短波、短波、340M無線圖傳等通信手段為輔的通信保障系統(tǒng)。其中超短波350M無線通信是災(zāi)害現(xiàn)場最常用的通信手段。多年來，各基層大隊配備了大量的車載臺、手持臺和頭盔式電臺，形成一定規(guī)模。從系統(tǒng)建設(shè)及應(yīng)用情況來看，災(zāi)害現(xiàn)場到后方指揮中心的衛(wèi)星等通信網(wǎng)絡(luò)建設(shè)較為完善、系統(tǒng)運行穩(wěn)定，基本滿足救援需要。現(xiàn)場救援由于受惡劣環(huán)境影響，通信覆蓋網(wǎng)難以實現(xiàn)全域覆蓋，通信盲區(qū)多，基本語音通信難以保障，圖像通信更難以滿足扁平化指揮需要。尤其是山區(qū)、地下、隧道和建筑物內(nèi)部等復(fù)雜環(huán)境下的通信保障，以及在公網(wǎng)癱瘓條件下災(zāi)害現(xiàn)場語音、圖像、數(shù)據(jù)的通信很難得到有效的保障。

3、4G專網(wǎng)在災(zāi)害現(xiàn)場無線信號覆蓋應(yīng)用

4G采用全數(shù)字技術(shù)，支持分組交換，基于OFDMA技術(shù)，將提供更高的傳輸速率和更大的容量；同時，因為采用高度分散的IP網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得終端具有智能和可擴展性。

3.1 4G專網(wǎng)通信技術(shù)的優(yōu)勢

3.1.1 技術(shù)優(yōu)勢

4G相對其他無線接入技術(shù)，帶寬具有革命性的突破，且具有良好的覆蓋性能和支持高速移動。使各種業(yè)務(wù)質(zhì)量得到了很好的保證，并提供了端到端的安全保障。

3.1.2 頻譜優(yōu)勢

豐富的LTE頻譜資源，容易獲取，投資性價比高。目前，國家工信部統(tǒng)一規(guī)劃，規(guī)定公安網(wǎng)TD-LTE主流頻段為2.3G/2.6G，專網(wǎng)市場TD-LTE主流頻段是1.4G（1447-1467）和1.8G（1785-1805），其中，國家無委將1.4G分配給政府部門使用（見圖1）。

圖1 4G頻率資源分配

3.1.3 建網(wǎng)能力優(yōu)勢

4G具備多種不同的建網(wǎng)策略，提供靈活高效的4G網(wǎng)絡(luò)建設(shè)能力。

3.1.4 覆蓋能力優(yōu)勢

4G具備各種針對各種復(fù)雜區(qū)域的成熟覆蓋方案。超級小區(qū)、8通道智能天線等空口增強技術(shù)，大幅提高覆蓋和容量，同時有效減少干擾；

3.1.5 業(yè)務(wù)能力優(yōu)勢

4G在提供豐富話音、視頻數(shù)據(jù)等多媒體業(yè)務(wù)能力的同時，還可方便與其他集群通訊系統(tǒng)對接融合，也可提供視頻監(jiān)控等行業(yè)應(yīng)用的第三方業(yè)務(wù)集成。

3.2 4G（LTE）的系統(tǒng)構(gòu)成

災(zāi)害現(xiàn)場無線信號覆蓋系統(tǒng)采用全I(xiàn)P系統(tǒng)，集成了4G（LTE）無線通信系統(tǒng)、無線超短波數(shù)字集群通信系統(tǒng)、多媒體指揮調(diào)度系統(tǒng)三個功能子系統(tǒng)。

4G（LTE）無線通信系統(tǒng)既可依托衛(wèi)星通信指揮車建設(shè)，又可支持背負(fù)便攜使用，主要完成災(zāi)害現(xiàn)場的無線信號覆蓋。4G（LTE）無線通信系統(tǒng)，根據(jù)選定天線類型，在空曠地帶，覆蓋半徑至少達(dá)到10公里左右，附近的小型通信車可通過CPE接收并進(jìn)行再次覆蓋，4G（LTE）網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍的所有WIFI終端、LTE多媒體手持終端均可接入。

PDT無線數(shù)字集群通信系統(tǒng)依托通信指揮車建設(shè)，通過架設(shè)基站和升降天線，在災(zāi)害現(xiàn)場組建350M數(shù)字通信網(wǎng)絡(luò)，支持多信道；有效解決災(zāi)害現(xiàn)場，特別是高層建筑中的通信覆蓋問題。通過現(xiàn)場布設(shè)支持多跳的便攜式轉(zhuǎn)信臺，解決地下及隧道等特殊場所存在的“信號盲區(qū)”及通信接力問題，實現(xiàn)快速補盲和無縫覆蓋。

圖2 系統(tǒng)架構(gòu)與組成

3.3 相關(guān)業(yè)務(wù)的融合

3.3.1 語音系統(tǒng)接入

災(zāi)害現(xiàn)場的語音解決方案包括兩種技術(shù)制式：4G（LTE）通信和超短波通信。

LTE手持終端可依托于災(zāi)害現(xiàn)場的4G（LTE）無線覆蓋，完成到現(xiàn)場臨時指揮中心的接入。不同救援隊伍的手持終端、臨時指揮中心調(diào)度話機之間可完成語音雙向通話、PTT音視頻對講等語音功能。

PDT無線數(shù)字集群基站用于解決現(xiàn)場超短波通信有效覆蓋，完成不同救援隊伍多制式、多廠家、多頻段通信接入等問題?？芍С?jǐn)?shù)字和模擬常規(guī)。其中多信道超短波接入基站同時支持4路通信。

3.3.2 視頻系統(tǒng)接入

災(zāi)害現(xiàn)場的視頻解決方案主要基于4G（LTE）通信。

在各現(xiàn)場救援隊伍的消防通信車上部署4G（LTE）CPE終端和車

載高清攝像頭，現(xiàn)場救援人員配備若干LTE手持終端，可依托于災(zāi)害現(xiàn)場的4G（LTE）無線覆蓋，完成到現(xiàn)場臨時指揮中心的接入。

不同救援隊伍的LTE手持終端、臨時指揮中心調(diào)度臺之間可完成雙向視頻通話、PTT音視頻對講、短信、圖片錄像文件共享等功能。

臨時指揮中心指揮人員可通過調(diào)度臺隨時獲取現(xiàn)場的實時回傳視頻，包括消防通信車上的車載攝像頭、現(xiàn)場救援人員的LTE手持終端，現(xiàn)場COFDM單兵圖傳設(shè)備（可通過指揮調(diào)度系統(tǒng)的視頻網(wǎng)關(guān)進(jìn)行接入）；并可根據(jù)實際需求，將現(xiàn)場音視頻圖像通過衛(wèi)星鏈路回傳至上級指揮中心。

3.3.3 數(shù)據(jù)傳輸

災(zāi)害現(xiàn)場的數(shù)據(jù)解決方案主要基于4G（LTE）通信。

在各現(xiàn)場救援隊伍的消防通信車上部署4G（LTE）CPE終端，并接入到現(xiàn)場臨時指揮中心，并通過消防應(yīng)急指揮車的衛(wèi)星鏈路，完成與上級指揮中心的通信。

現(xiàn)場救援隊伍的消防通信車周邊，可通過4G（LTE）CPE終端發(fā)射的Wi-Fi信號進(jìn)行再次延伸覆蓋；普通手機、筆記本和其他終端可通過Wi-Fi進(jìn)行接入。

4、結(jié)束語

本文主要闡述了如何通過4G（LTE）專網(wǎng)技術(shù)，利用多媒體指揮調(diào)度系統(tǒng)實現(xiàn)融合通信，同時對現(xiàn)有圖像和語音管理平臺進(jìn)行同一界面的統(tǒng)一調(diào)度管理，實現(xiàn)災(zāi)害現(xiàn)場無線信號覆蓋范圍內(nèi)語音、視頻、數(shù)據(jù)的多媒體通信調(diào)度。

參考文獻(xiàn)

［1］郭寶，張陽.TD-LTE無線網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化與應(yīng)用［M］.機械工業(yè)出版社，2014.11.

［2］伯尼特.彭晉澤.基于4G系統(tǒng)的移動服務(wù)技術(shù)［M］.機械工業(yè)出版社，2010.02.