淺談基于4G（LTE）專網在災害現場無線信號覆蓋的應用

福建省消防總隊南平支隊 蔡劍鋒

淺談基于4G（LTE）專網在災害現場無線信號覆蓋的應用

福建省消防總隊南平支隊 蔡劍鋒

【摘要】隨著通信技術發展，2G與4G融合通信已經成為當前發展趨勢。“2+4”寬窄帶融合集群系統可提供PDT和LTE集群的融合調度、融合業務、融合組網及融合終端，同時支持關鍵型語音和關鍵型數據任務，支持可視化調度指揮、多媒體集群、高清移動視頻監控、移動執法等現代警務融合應用。

【關鍵詞】4G專網；無線信號；通信

1、引言

由于社會經濟的高速增長，城市建設的規模不斷增加，人口居住越來越密集，各種火災燃燒物的種類與性質日趨復雜，建筑結構、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、電磁和噪聲干擾等因素帶來的通信問題，以及地震、洪水等自然災害造成的公網中斷情況下的通信，特別災害現場最后“一公里”的通信以及如何將這“一公里”音視頻傳輸到相關各級指揮部是救援部隊一直亟待破解的技術難題。

2、當期的災害現場通信模式以及存在的難題

當前，各救援隊伍基本上是以衛星通信為主，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。其中超短波350M無線通信是災害現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，形成一定規模。從系統建設及應用情況來看，災害現場到后方指揮中心的衛星等通信網絡建設較為完善、系統運行穩定，基本滿足救援需要。現場救援由于受惡劣環境影響，通信覆蓋網難以實現全域覆蓋，通信盲區多，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、地下、隧道和建筑物內部等復雜環境下的通信保障，以及在公網癱瘓條件下災害現場語音、圖像、數據的通信很難得到有效的保障。

3、4G專網在災害現場無線信號覆蓋應用

4G采用全數字技術，支持分組交換，基于OFDMA技術，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網絡結構，使得終端具有智能和可擴展性。

3.1 4G專網通信技術的優勢

3.1.1 技術優勢

4G相對其他無線接入技術，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。使各種業務質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，國家工信部統一規劃，規定公安網TD-LTE主流頻段為2.3G/2.6G，專網市場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 建網能力優勢

4G具備多種不同的建網策略，提供靈活高效的4G網絡建設能力。

3.1.4 覆蓋能力優勢

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

3.1.5 業務能力優勢

4G在提供豐富話音、視頻數據等多媒體業務能力的同時，還可方便與其他集群通訊系統對接融合，也可提供視頻監控等行業應用的第三方業務集成。

3.2 4G（LTE）的系統構成

災害現場無線信號覆蓋系統采用全IP系統，集成了4G（LTE）無線通信系統、無線超短波數字集群通信系統、多媒體指揮調度系統三個功能子系統。

4G（LTE）無線通信系統既可依托衛星通信指揮車建設，又可支持背負便攜使用，主要完成災害現場的無線信號覆蓋。4G（LTE）無線通信系統，根據選定天線類型，在空曠地帶，覆蓋半徑至少達到10公里左右，附近的小型通信車可通過CPE接收并進行再次覆蓋，4G（LTE）網絡覆蓋范圍的所有WIFI終端、LTE多媒體手持終端均可接入。

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

圖2 系統架構與組成

3.3 相關業務的融合

3.3.1 語音系統接入

災害現場的語音解決方案包括兩種技術制式：4G（LTE）通信和超短波通信。

LTE手持終端可依托于災害現場的4G（LTE）無線覆蓋，完成到現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無線數字集群基站用于解決現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。可支持數字和模擬常規。其中多信道超短波接入基站同時支持4路通信。

3.3.2 視頻系統接入

災害現場的視頻解決方案主要基于4G（LTE）通信。

在各現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，現場救援人員配備若干LTE手持終端，可依托于災害現場的4G（LTE）無線覆蓋，完成到現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度臺隨時獲取現場的實時回傳視頻，包括消防通信車上的車載攝像頭、現場救援人員的LTE手持終端，現場COFDM單兵圖傳設備（可通過指揮調度系統的視頻網關進行接入）；并可根據實際需求，將現場音視頻圖像通過衛星鏈路回傳至上級指揮中心。

3.3.3 數據傳輸

災害現場的數據解決方案主要基于4G（LTE）通信。

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

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

4、結束語

本文主要闡述了如何通過4G（LTE）專網技術，利用多媒體指揮調度系統實現融合通信，同時對現有圖像和語音管理平臺進行同一界面的統一調度管理，實現災害現場無線信號覆蓋范圍內語音、視頻、數據的多媒體通信調度。

參考文獻

［1］郭寶，張陽.TD-LTE無線網絡優化與應用［M］.機械工業出版社，2014.11.

［2］伯尼特.彭晉澤.基于4G系統的移動服務技術［M］.機械工業出版社，2010.02.