一種無線通信指揮系統(tǒng)技術研究和應用

李振武

摘 要：本文主要介紹一種無線通信指揮系統(tǒng)的結構組成、系統(tǒng)特點及優(yōu)勢等，并針對某地一輛通信指揮車輛和多輛輔助車執(zhí)行任務的應用場景，給出基于車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)的應用方案，旨在促進這種寬帶通信系統(tǒng)被應用于國內外各領域。

關鍵詞：寬帶；無線通信指揮系統(tǒng)；固定站；車載站

中圖分類號：TN925 文獻標識碼：A 文章編號：1003-5168（2018）05-0043-04

Research and Application of a Wireless Communication Command System

LI Zhenwu

（Hebi Tianhai Electronic Information System Co.， Ltd.，Hebi Henan 458030）

Abstract： This paper mainly introduced the structure， characteristics and advantages of a wireless communication command system. And in view of the application scene of a communication command vehicle and multiple auxiliary vehicles in a certain place， the application of the broadband wireless communication command system based on the vehicle was given， which aimed to promote the application of the broadband communication system to various fields at home and abroad.

Keywords： broadband；wireless communication command system；fixed station；vehicle station

隨著無線通信技術的寬帶化演進和各領域應急通信系統(tǒng)的不斷創(chuàng)新，目前TD-LTE已被國際上納為4G技術標準之一，正在公網領域大范圍地推廣建設?；赥D-LTE的行業(yè)專網寬帶多媒體集群系統(tǒng)已在一些典型行業(yè)進行示范應用，必將成為未來專網寬帶無線移動通信指揮系統(tǒng)的關鍵技術之一[1]。

TD-LTE寬帶無線通信指揮系統(tǒng)（以下簡稱“無線通信指揮系統(tǒng)”），是采用基于我國自主知識產權4G技術的、適合專網應用的4G通信指揮系統(tǒng)。該系統(tǒng)可滿足惡劣環(huán)境下通信指揮中心在一定區(qū)域范圍內，通過無人機進行補點或視頻采集，快速建立一套寬帶無線集群通信系統(tǒng)，實現單兵、通信車和通信指揮中心之間以及單兵之間集群語音指揮調度通信和視頻圖像傳輸。同時，通信車和通信指揮中心內設置調度臺，負責管理各終端間的通信業(yè)務和視頻多路顯示[2]。

1 關鍵技術

TD-LTE即Time Division Long Term Evolution（分時長期演進），是我國擁有自主知識產權的寬帶無線移動通信技術，是由3GPP組織批準的全球通用標準。采用OFDM和MIMO技術，實現更高的峰值速率和頻譜效率；采用TD技術，上下行鏈路可共用同一頻段，并且可靈活支持非對稱頻譜和非對稱業(yè)務；傳輸時延低；應用動態(tài)資源調度技術；采用完全基于分組交換的資源分配方式。

基于緊湊型IP架構的中心控制和基站單元的融合形式，有效縮短了控制面和用戶面時延，有效降低處理復雜度，基站的接收和發(fā)送集成化設計結構降低了基站的制造成本?；谟脩魞?yōu)先級及業(yè)務需求的快速最優(yōu)資源分配，能充分利用信道資源，為不同用戶各種業(yè)務提供服務質量（QoS）保證的同時，有效提高系統(tǒng)資源的利用效率。

總之，TD-LTE系統(tǒng)信道容量大、頻譜利用率高、抗干擾能力強，不僅可以滿足寬帶集群通信網絡在容量、速率和頻譜效率等多方面的需求，而且在系統(tǒng)研發(fā)的自主性方面也具有其他寬帶無線技術無法比擬的優(yōu)勢。發(fā)展基于TD-LTE技術的寬帶數字集群通信系統(tǒng)，不僅有利于建設高效實用的指揮調度系統(tǒng)，推進集群指揮調度通信的發(fā)展，而且開拓了TD-LTE技術的市場應用前景。

2 車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)

車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)符合目前最先進的第四代移動通信技術（LTE）標準，具有高帶寬、低時延、高穩(wěn)定性、高速率（20M帶寬實峰值速率：下行40Mbps，上行40Mbps）及覆蓋能力強（有效覆蓋直徑5～7km，并可以通過提升功率增加覆蓋范圍）等特點，可適用于不同的工作環(huán)境。

2.1 系統(tǒng)組成結構

2.1.1 無線寬帶基站。無線寬帶基站為系統(tǒng)的核心設備，將語音、視頻等通信數據轉換為無線信號在覆蓋范圍內進行傳輸，并接收覆蓋范圍內的所有終端設備發(fā)射的數據信息，處理后傳給多媒體控制中心。

2.1.2 車載調度臺。車載調度臺將所有來自終端設備的語音、圖像、視頻等數據信息根據實際需要進行儲存、轉發(fā)，并進行多媒體業(yè)務調度。

2.1.3 無線寬帶終端接入終端。將寬帶無線基站高速4G信號轉換成Wi-Fi或以太網信號，實現通用終端設備接入。

2.1.4 視頻會議終端。該終端裝備在寬帶無線通信系統(tǒng)的車載指揮中心，具有實現多功能的語音及高清視頻的電視電話會議的終端設備。

2.1.5 移動車載終端。車載形式的終端設備，兼有CPE數據終端設備的無線局域網AP功能。

2.2 系統(tǒng)業(yè)務功能

2.2.1 主要寬帶集群業(yè)務。寬帶集群基本業(yè)務有語音單呼、組呼，可視單呼、組呼，實時短數據等。寬帶集群補充業(yè)務有預占優(yōu)先級呼叫、遙暈/遙斃/復活、通話限時、講話方識別、強插、強拆、遲后進入和動態(tài)重組。寬帶集群數據業(yè)務有分組數據、視頻監(jiān)控、視頻會議，以及根據需要和空中接口能力，支持從上下行40Mbps范圍內的安全可控、可管的數據傳輸通道。

2.2.2 業(yè)務功能描述。系統(tǒng)的業(yè)務功能詳見表1。

2.3 系統(tǒng)特點及優(yōu)勢

2.3.1 系統(tǒng)特點。①基于TD-LTE規(guī)范的寬帶專網無線接入；②支持大覆蓋、多層次音視頻/數據等業(yè)務；③提供多系統(tǒng)、多網絡的異構融合；④以高性價比產品為用戶提升價值；⑤提供基于TD-LTE的視頻集群調度；⑥快速單呼、組呼建立（<200ms）；⑦能夠與傳統(tǒng)窄帶集群系統(tǒng)進行網絡融合；⑦全面支持通話限時、動態(tài)重組、遲后進入；⑧具有強插/強拆、監(jiān)聽、遙斃等功能；⑨多地視頻終端間構建寬帶無線傳輸通道；⑩支持高清視頻終端（1 080P）接入系統(tǒng)；?TD-LTE體制，技術成熟，性能穩(wěn)定；?一體化結構，便攜式安裝，高性價比應用；?構建基于通信車的應急寬帶無線網絡；?支持音視頻/數據等多種業(yè)務；?提供綜合集群調度指揮功能；?部署方便，遷移靈活，開通迅速。

2.3.2 技術優(yōu)勢。載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)具有語音集群、窄帶數據業(yè)務、寬帶高速數據傳輸、視頻監(jiān)控、視頻調度和視頻會議等豐富的多媒體通信業(yè)務功能，具有安全性、可靠性、快速搭建、快速組網的技術優(yōu)勢，可廣泛應用于應急通信指揮各領域。

一是一體化通信系統(tǒng)的高速數據傳輸能力。車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)是針對特有的復雜地理環(huán)境、快速機動的應用場景，按照應急快速反應機制要求，建設的一套符合實際需求、裝備技術先進的車載無線寬帶通信應急指揮系統(tǒng)。其具有高帶寬、低時延、高穩(wěn)定性及高速率等第四代移動通信技術優(yōu)點，為實時傳輸圖像、視頻通話、語音通話、數據傳輸和處置突發(fā)事件等提供了強有力的保障，大大提高了指揮調度通信能力；為各類應用現場提供圖像、話音、傳真、數據等多種通信服務，實現應用場景下指揮決策中心和前沿之間實時雙向信息傳輸，確保緊急情況下能快速掌握全局信息，進行正確合理的處理；為指揮決策層總攬全局、果斷決策、正確指揮提供強有力的信息通信保障，提升應急指揮調度能力。TD-LTE基站、核心網、調度層應用、各類終端設備符合目前最先進的第四代移動通信技術（TD-LTE）標準（20M帶寬時峰值速率：下行40Mbps，上行40Mbps），覆蓋能力強（有效覆蓋直徑5～7km，并可以通過提升功率增加覆蓋范圍），通過不同的配置可適用于不同的工作環(huán)境，用于各領域應急部門等單位。

二是寬帶多業(yè)務傳輸能力。車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)繼承了TD-LTE的技術優(yōu)勢和業(yè)務性能，結合用戶需求對相關性能做了優(yōu)化處理，滿足特定場景的應用需求。根據用戶使用特點，進行時隙資源分配，提升了上行傳輸速率。支持移動終端高速運動要求，增加特有算法，降低高速移動情況下多普勒頻移的影響，在以120km/h的速度移動時仍可以保障數據下載和上傳能力。

三是機動靈活地快速組網。車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)支持網無線頻率（1.4GHz/800MHz/400MHz）組網，實現單站系統(tǒng)簡化的建網模式，核心網功能集成到了寬帶無線基站，不需要單獨的核心網網絡設備。行業(yè)用戶可以根據實際需要，選擇不同的組網模式，還可以構建多站、多級的專業(yè)無線寬帶集群網絡。

四是專網寬帶無線多業(yè)務集群。車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)應用創(chuàng)新機制，提供專業(yè)寬帶無線多業(yè)務集群的主要功能，呼叫時延等語音技術指標與窄帶集群相當，控制面時延小于100ms，用戶面時延小于200ms（視頻數據），單站支持16個群組并發(fā)。

五是寬帶視頻傳輸能力。車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)是基于寬帶無線移動網絡提供了視頻調度功能：綜合業(yè)務調度臺呼叫指定手持機傳送視頻；手持機可以主動向綜合業(yè)務調度臺傳送視頻；視頻畫面可以在綜合業(yè)務調度臺顯示，也可轉接輸出至大屏顯示；綜合業(yè)務調度臺同時支持4路視頻顯示。視頻調度功能用戶在執(zhí)行任務時實現現實場景的態(tài)勢感知，讓指揮員盡可能多地掌握現場情況，采取有效措施，提升指揮效率，取得較好的指揮效果。

六是多種類業(yè)務同時并發(fā)的機制。車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)提供語音、視頻、短信、消息、勤務指令、文本數據、高速數據接入和定位信息等多種業(yè)務同時并發(fā)的機制，增加了指揮調度手段，為指揮決策提供了可靠的依據，增強了指揮調度的效果。同時，語音集群、視頻調度和圖文指令傳遞能力可以帶來更多應用業(yè)務融合，實現了傳統(tǒng)模式的變革，新的應用模式提升了指揮調度效率，為任務的執(zhí)行增加了通信保障能力。

七是多制式的專業(yè)終端設備兼容。車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)的各種終端設備，依據用戶特點進行設計，支持專業(yè)語音集群、視頻調度、寬帶數據接入、短信、定位和區(qū)域組網等功能，終端整機防護等級達到IP67，防沖擊、防振動等多項指標滿足可靠性標準，能夠適應各種惡劣工作環(huán)境，提供豐富的配件產品，如靜噪頭盔，根據用戶應用的特殊環(huán)境，采用特殊的降噪設計，在強背景噪聲下提供高清晰的話音質量。

八是系統(tǒng)具備安全性設計，滿足用戶安全保密需求。車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)提供加密管理器和加解密網關的軟硬接口，并在協議棧中預留加密密鑰傳輸的通道，提供雙向無線鑒權、空口加密和端到端加密功能。系統(tǒng)鑒權功能可以防止未經授權的用戶接入，提高系統(tǒng)安全性。用戶通過鑒權功能防止接入其他系統(tǒng)，避免出現泄密的安全隱患。

九是系統(tǒng)接口和協議。車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)開放系統(tǒng)的互聯IP接口和協議，支持用戶和用戶定制從終端到業(yè)務應用軟件的深度二次開發(fā)。幫助用戶合作伙伴開發(fā)具有用戶專有特點的二次開發(fā)應用。也可在系統(tǒng)級，開放對上層的接口，組建多級應用專業(yè)集群網絡。

3 車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)的應用

下面針對某地一輛通信指揮車輛和多輛輔助車執(zhí)行任務的應用場景，給出基于車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)的應用方案。

車載寬帶無線通信指揮系統(tǒng)組網建立后，最大限度地利用系統(tǒng)和網絡資源，通過寬帶無線通信手段有效地保障任務的完成，并對保障任務執(zhí)行質量提供強有力的支持。系統(tǒng)現場通信指揮調度應用以通信指揮車車載綜合業(yè)務調度臺為主，輔以視頻會議終端，在軟件功能上發(fā)揮語音調度業(yè)務、數據業(yè)務和視頻業(yè)務能力，通過快捷、直觀、友好的人機交互，為指揮員提供部署能力、決策能力、制勝能力的支持。車載綜合業(yè)務調度應用軟件包括指揮調度控制、態(tài)勢管理、導航保障、通信保障、決策支持、數據管理和綜合管理等功能。應用軟件體系如圖1所示。

3.1 指揮控制

指揮控制可實現各項處置任務的安排與調度，可對事件進行全方位實時跟蹤，并根據事件動態(tài)及資源狀況，及時調整處置方案，調整現場指揮調度，保證有效處理事件。通過指揮控制系統(tǒng)，指揮人員將指揮命令下達至各執(zhí)行單元，并接收執(zhí)行結果反饋，從而實現對各個關鍵人員進行直接的指揮調度，保障任務的有效執(zhí)行。指揮控制包括處置預案管理、指揮協調管理、應急聯動管理和現場跟蹤監(jiān)控等模塊，如圖2所示。

3.2 態(tài)勢管理

態(tài)勢管理系統(tǒng)是指在應急事件的發(fā)展過程中，指揮中心在收集與應急態(tài)勢相關的數據、信息的基礎上，運用地理信息系統(tǒng)、文字、圖形、語音、圖表、動畫和視頻等多種方式，說明應急事件要素及其變化情況。通過對應急形勢信息的編輯、信息顯示內容、顯示方式及顯示效果的綜合控制，實現對應急形勢信息以不同方式進行快速、綜合的調用展示，為指揮人員的指揮調度、參與人員的后勤保障援、專家的研究提供依據。態(tài)勢管理系統(tǒng)包括態(tài)勢信息生成、態(tài)勢更新、態(tài)勢編輯、態(tài)勢信息發(fā)送和態(tài)勢顯示等模塊，如圖3所示。

3.3 導航保障

導航保障是為執(zhí)行任務的人員和車輛提供導航信息，其主要任務是根據任務計劃、現場綜合態(tài)勢、人員和車輛的狀態(tài)和位置，制訂相應的導航預案，進行任務劃分、科學編組，選擇最佳布控位置和路線；適時向人員和車輛發(fā)送方位、距離、位置信息，標示地點和指示目標；實時監(jiān)控人員和車輛軌跡，達到準確、及時、可靠地提供導航信息，保障人員和車輛安全并有效完成任務。導航保障包括預案管理、監(jiān)控管理、告警管理和導航信息管理等模塊，如圖4所示。

3.4 通信保障系統(tǒng)

通信保障，是指為保障執(zhí)行任務的順利完成，在信息傳輸方面所采取的各種措施和手段。在應急行動中，通信保障是達成作戰(zhàn)力量集中統(tǒng)一指揮和密切協同的重要保障。其基本任務是保障應急行動中指揮中心與所屬部（分）隊的信息傳遞順暢。通信保障的基本要求是迅速、準確、保密和不間斷。通信保障包括通信裝備管理、通信預案管理、通信接口管理、通信網絡規(guī)劃和通信網絡監(jiān)控等模塊，如圖5所示。

3.5 決策支持

決策支持系統(tǒng)可為指揮員提供擬制、評估、優(yōu)選行動計劃、專家系統(tǒng)等輔助決策的功能。其基本功能包括為指揮員提供實時現場態(tài)勢和非實時情況信息；提供態(tài)勢要素、決策要素的分析評估結果，為指揮員提供決策依據；提供多個備選方案，供指揮員決策時選擇；指揮員可根據應急綜合態(tài)勢，利用系統(tǒng)提供分析評估模型或工具，實時、準確地計算出決策依據要素，選出備選決策方案，以提高指揮員在應急指揮中的快速反應能力。決策支持包括行動計劃管理，情報分析處理，模型、模板和工具管理、知識庫管理等模塊，如圖6所示。

3.6 數據管理系統(tǒng)

數據管理在綜合數據庫系統(tǒng)的支持下，為指揮人員提供決策和行動計劃所需要的各類信息。數據管理可以實施信息管理，可以進行信息的增加、刪除、修改和查詢，可以進行各類數據的統(tǒng)計分析、格式轉換等。其管理的數據包括通信設備的數量、性能、配置情況、各種物資裝備信息、現場地形情況和氣象情況、各種行動計劃和文電信息及其他業(yè)務數據等。數據管理包括信息接收、信息分發(fā)、信息編輯、綜合信息查詢和信息綜合管理等模塊，如圖7所示。

3.7 綜合管理

綜合管理是對系統(tǒng)所屬用戶信息、用戶權限設置、管理用戶的權限和系統(tǒng)工作日志的管理。綜合管理包括用戶管理、用戶權限管理、管理用戶權限管理、日志管理等模塊，如圖8所示。

4 結語

寬帶無線通信指揮系統(tǒng)可實現統(tǒng)一指揮，將視頻、語音、數據調度融合為一，具備高清視頻回傳、監(jiān)控等功能，以及可靠性高、網絡接入時間短、數據傳輸速率快等特性，可以滿足用戶對專網通信統(tǒng)一指揮調度、視頻回傳等寬帶多媒體業(yè)務的需求。

參考文獻：

[1]王麗娜.現代通信技術[M].北京：國防工業(yè)出版社，2009.

[2]黃智偉.通信電子電路[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.