衛星傳輸在3G應急通信中應用

宋 波，趙小江，董 波，曾明浩

（中國電信杭州分公司無線中心，浙江 杭州 310016）

0 引言

中國的3G牌照發放及正式運營以來，中國電信3G網絡（EV-DO網絡）已其卓越的品質贏得的廣泛用戶的青睞。借助EV-DO網絡，中國電信全業務運營范圍得到了進一步完善和深化，同時也觸發了3G業務的縱深發展需求。在發生突發災難時候，保障視頻通信等3G業務，是今后非常值得思考。

當今臺風、洪澇、地震、森林火災等自然災害越加頻繁和嚴重，經常對通信造成災難性中斷；經濟的快速發展，大型的社會活動日益頻繁，也經常造成局部區域通信擁塞現象。國家和人民群眾對通信的依賴性越來越強，通信業務的需求也將越來越廣泛，對現場通信保障從傳統的語音為主將逐步向語音和視頻等數據并重的需求轉變。3G應急通信將著重在兩個方面應用：①災害形成通信孤島時，如抗臺搶險中，在臺風災害經常造成通信孤島時，如何保障現場指揮部的重要通信，發送現場災害情況的視頻信息，以提供高效快速的指揮和調度；②應黨、政、軍等的要求，對重要現場通信進行保障。

1 當前電信3G的網絡結構和應急通信車

（1）當前中國電信3G網絡結構

圖 1中，接入終端（AT，Access Termination），例如3G手機、3G多媒體通信設備（內置3G數據卡）；基站（BTS），基站控制器（BSC），其中BSC包含分組數據服務節點（PCF）模塊，是分組控制功能模塊。上圖紅圈內的三個設備是分組域的核心設備。分組數據服務節點(PDSN,Packet Data Serving Node)，是 CDMA 1X分組網里的關鍵設備，它完成無線網絡及IP網絡的連接，起著橋梁的作用。PDSN和移動終端建立PPP連接，把終端送過來的PPP的數據轉換成標準的IP數據，并路由到IP網絡。同時將網絡來的IP數據封裝在PPP里傳送給終端，將PCF來的計費參數和自身統計的計費參數結合形成UDR格式傳送給AAA；AAA則負責用戶的認證、授權、計費消息采集、計費詳單文件的生成，它根據用戶名判斷用戶申請的業務類型，每個用戶名代表一種業務。AN-AAA是3G階段新增加的鑒權接入設備，執行3G用戶的接入認證和授權功能。

圖1 EV-DO網絡結構

在應急通信保障中，依托“全球眼”平臺及CDMA1X/EV-DO無線網絡，開展無線視頻業務；利用AAA建立無線VPDN業務，實現安全隧道訪問企業內部網絡的一種業務，保證了可靠性和安全性。

（2）現有綜合應急通信車

3G綜合應急通信車根據不同地區和不同的業務場景需求，應急通信車的配置各有所不同，如圖2所示。常見綜合業務應急通信車包括衛星傳輸系統；無線圖傳監控系統；有線、無線傳輸系統；移動通信基站系統；數據通信系統；可視電話會議系統；電力供給系統；天線升降系統等。

圖2 應急通信車示例

2 在災害中3G應急保障需求

而在一旦某區域發生重大災難，如圖3所示，災害地區的基站傳輸將中斷，而傳輸通道實際上很難在短時間間內修復，因此采用 3G應急通信車進行提供現場重點應急通信保障，顯得尤為重要。

應急通信車與大網傳輸方式中，常用微波傳送和衛星通信兩種方式。而微波傳送常受障礙物阻擋，影響其使用訪問。衛星傳輸由于其快速靈活，受地理條件約束小等特點，是應急通信經常采用的有效傳輸手段。因此在3G時代，3G業務應急通信保障迫切需要引入衛星傳輸手段。

3 3G通信基于衛星傳輸實現原理

[1-2]，以BTS基站向BSC的反向傳輸過程為例，如圖4所示。

圖3 災害中3G通信中斷

圖4 基于衛星傳輸設備連接示意

①由基站引出的2 M線路首先與綜合應急通信車上的衛星信號中頻調制解調器相連接，通過選擇合適的傳輸協議，將基帶信號上混頻至70 M左右的中頻；

②然后由中頻調制解調器將混頻信號送至衛星系統的變頻單元，將信號再次上混頻至適合衛星傳輸的微波波段；

③射頻單元提供相應的信號功率增益，然后車載衛星天線將信號定向發送至指定衛星進行轉發；

④衛星地球站（固定站）接收到指定衛星轉發的信號后，首先通過變頻單元將其下混頻至中頻，并將信號送至位于固定站的中頻調制解調器；

⑤中頻調制解調器以一定的協議將信號下混頻還原成原有的基帶信號，并通過2 M線上連至匯聚單元，然后與基站控制器BSC相連。信號到達BSC后分兩路，語音業務數據送往端局設備（MGW/MSCe），數據業務則通過分組控制單元PCF送往分組域（PDSN）。對于EVDO業務，去往PDSN前還要進行接入認證（AN-AAA）。

BSC向BTS的前向鏈路傳輸過程與以上所述大致相同，只是信號在地面固定站進行調制后通過衛星天線發送至衛星，然后由車載衛星系統接收到信號并解調后傳送給車載CDMA基站。

4 利用衛星傳輸3G應急通信的特點

衛星通信系統由衛星和地球站兩部分組成。靜止衛星在赤道上空3 600 km，衛星在空中起中繼站的作用，即把地球站發上來的電磁波放大后再返送回另一地球站。地球站則是衛星系統與地面公眾網的接口，地面用戶通過地球站出入衛星系統形成鏈路。因此其優點主要包括：

①通信范圍大，只要衛星發射的波束覆蓋進行的范圍均可進行通信；

②不易受陸地災害影響；

③建設速度快。

但是衛星傳輸固有其以上優點，同樣也呈現其他特點：

（1）時延長

通過衛星傳輸3G通信信號，需要經歷基帶信號調制、上變頻、上星、衛星信道轉換處理、落地、下變頻和基帶信號解調等多個階段，需要一定的空間傳播時間和信號處理時間，衛星傳輸電磁波傳播距離有72 000 km，因此時延較大（時延在500 ms以上），這對通信設備要求較高，信號傳輸可能產生較大的延遲。需要在 BSC/PCF對數據業務的時延的容忍性進行優化設計。

（2）環境影響大

衛星傳輸過程中，存在著信號能量的衰耗。并且該衰耗并非是保持不變的。天氣的變化，會引起不同程度的衰耗。例如雨天、雪天等惡劣氣候更是會對信號強度產生巨大影響，且衰耗程度不斷變化，信號強度存在不穩定性，因此對衛星接收天線的質量要求更加嚴格。

（3）衛星信道帶寬有限

衛星傳輸的信道資源是十分有限的，應用通信中可開通的帶寬要視當時具體資源可利用情況而定，一般情況下只有2 M到4 M的帶寬可利用，這就意味著信道容量是有限的，而且考慮到衛星傳輸的保護帶寬，實際可利用帶寬還要更小,可能會成為3G接入能力的瓶頸,因此視頻和圖像的高壓縮效率顯得尤為重要。

5 結語

3G應急通信車通過衛星通信作為傳輸手段，實現普通傳輸方式無法到達或遭破壞情況下，在救災搶險、政府指揮等場合提供3G快速綜合接入。通過視頻實現抗災指揮部第一時間掌握現場情況，實現政令通達，工作方案快速部署，提高救災搶險的效率，減少人民群眾人員傷亡和財產損失。同時3G應急通信，也將在會議展會、大型戶外轟動等場合不斷拓展服務應用，利用衛星通信實現3G應急通信快速、靈活的接入，同樣也拓展了3G的應用。相信在3G時代，綜合應急移動通信將取得更好的社會效益和經濟效益。

參考文獻

[1] 卞瑜,黃國策CDMA衛星通信系統功率控制研究[J].通信技術, 2008,41(02):129-131.

[2] 侯柳英,徐慨,王路.衛星通信系統在上、下行綜合干擾條件下的性能分析[J].通信技術,2008,41(12):130-131,134.