eCube一體化應急通信系統概述及應用分析

張俊，薛曉靜，劉永飄，江鵬

（武漢虹信通信技術有限責任公司，湖北 武漢 430073）

eCube一體化應急通信系統概述及應用分析

張俊，薛曉靜，劉永飄，江鵬

（武漢虹信通信技術有限責任公司，湖北 武漢 430073）

為了解決在應對緊急事件和突發自然災害導致通信中斷時所造成的重大損失問題，eCube一體化應急通信系統采用基站一體化設計，能夠在事件現場快速開通多媒體集群調度服務。通過介紹eCube一體化應急通信系統架構及特點、工作原理，對該系統的組網方式進行了具體闡述，并以實際案例驗證了單站組網方式語音和視頻的覆蓋距離，采用eCube一體化應急通信系統可有效地降低突發事件帶來的損失和影響。

eCube 應急通信 組網 多媒體集群語音 視頻調度

1 引言

在應對應急事件或重大自然災害時，由于基站系統的破壞和傳輸線、電力線的中斷，造成通信網絡的損毀。待應急救援人員到達現場后，往往由于通信中斷而不能很好地溝通和協調各方力量，造成了不必要的損失和影響。而應急通信系統可以快速地建立通信網絡，給現場指揮人員實施救援提供了更快速便捷的溝通方式，并且還可以把事件現場相關的視頻、音頻和圖像等資料快速傳輸給后方的指揮中心，讓遠在后方的決策人員能夠快速準確地對現場救援行動進行指揮，從而降低此類事件帶來的損失和影響。由此可見，應急通信系統對保障正常通信和搶險救災起著十分重要的作用。基于此，本文對eCube一體化應急通信系統架構、特點、工作原理、組網方式等方面進行闡述，并對該系統的實際應用進行研究。

圖1 eCube一體化應急通信系統架構圖

2 eCube一體化應急通信系統架構及特點

eCube一體化應急通信系統基于TD-LTE無線寬帶技術，并符合B-trunC聯盟標準，上行吞吐量50 Mb/s、下行吞吐量100 Mb/s。系統支持多媒體集群語音和視頻調度、高清無線視頻監控以及寬帶無線接入、遠程數據采集和移動辦公業務。

eCube一體化應急通信基站采用一體化結構設計，將基站BBU（Building Base band Unit，基帶處理單元）、RRU（Radio Remote Unit，射頻拉遠單元）、EPC（Evolved Packet Core，核心網）以及調度系統集成在一個機箱中，具有體積小、重量輕、功能強大、集成度高、操作簡單、開通快速、可靠性高等特點，可以方便靈活地由單兵背負/便攜運輸或者采用小型車輛車載運輸及使用，也可以采用直升機空投至現場工作，能夠在事件現場快速開通多媒體集群調度服務，因此可以廣泛應用于搶險救災、處理突發事件、應急通信以及寬帶無線接入等場合。此外，還能夠短時間內在現場快速搭建應急通信網絡和指揮平臺，實現現場的語音和視頻調度，并實時上傳現場視頻信息，從而實現高效的指揮調度。

如圖1所示，eCube一體化應急通信系統由四個單元組成，包括：基站單元、天饋單元、外設單元和電源單元。

具體如下：

（1）基站單元主要包括：BBU、RRU、EPC和調度系統；

（2）天饋單元主要包括：基站定向天線、GPS天線和2.5 m或8.0 m天線升降桿；

（3）外設單元主要包括：多媒體調度臺、外接的監控顯示屏、FH688移動終端、回傳設備和各種網關設備；

（4）電源單元主要包括：鋰蓄電池和便攜發電機。

3 eCube一體化應急通信系統工作原理

eCube一體化應急通信系統基站單元集BBU、RRU、EPC和調度系統于一體，通過電源單元給基站單元供電，天饋單元通過?超柔饋線與基站單元相連，終端通過天饋單元的天線與基站單元進行通信交互，外設單元對調度系統提供控制臺管理和屏幕監控顯示，特殊情況可通過CPE（Customer Premise Equipment，客戶終端設備）外設回傳設備與公網互通，將數據傳到遙遠的大后方指揮中心。

其中，基站單元在出廠前會通過LMT網管軟件完成對基站單元軟件版本燒寫和相關參數配置，如小區參數（cellID、cellpower、工作頻點、帶寬等）、子幀時隙配比、PLMN和MIB等，出廠后采用一鍵式加電自啟動方式，加電5分鐘后小區正常建立，即可使用終端正常接入做業務。基站單元射頻鏈路工作原理簡要介紹如下：

下行發射鏈路：電信號傳輸至信道處理模塊完成基帶IQ（In-phase and Quadrature，調制）信號到模擬中頻信號的轉換，TRx部分將模擬中頻信號上混頻成為射頻信號進入FE模塊進行功率放大，然后經濾波器濾波后發射出去，FE輸出的信號經耦合成為DPD（Digital Pre-Distortion，數字預失真）反饋信號通過TRx變換為中頻信號，在信道處理模塊完成DPD算法，并對輸出的基帶IQ信號進行修正。

上行接收鏈路：上行通過天線接收終端發過來的射頻信號，經過濾波器濾波和低噪聲放大器放大，TRx部分進行下混頻成為模擬中頻信號后，經模數轉換輸入至信道處理模塊，并與OAM（Operation Administration and Maintenance，操作、管理和維護）控制信號一起組幀成為基帶IQ信號，通過光模塊轉換成光信號傳輸至BBU。

4 eCube一體化應急通信系統組網方式

eCube一體化應急通信系統組網方式主要包括：單站組網、多站星型組網和多站鏈式組網。

4.1 單站組網

單站組網網絡拓撲圖如圖2所示：

圖2 單站組網網絡拓撲圖

該場景為最基本的應用場景，其特點具體如下：

（1）所有終端只接入本地的唯一基站，所有數據暫時存儲在本地基站硬盤中；

（2）用戶不存在漫游、切換；

（3）用戶數有限；

（4）由于覆蓋區有限，超出覆蓋區之后用戶無法接入；

（5）可能是大多數應急通信應用場景。

4.2 多站星型組網

多站星型組網網絡拓撲圖如圖3所示。

該應用場景的特點具體如下：

（1）覆蓋區域較大；

（2）接入用戶數較多；

（3）用戶存在漫游切換的可能性；

（4）場景中存在主基站和從基站，此時從基站的EPC不工作，直接接入主基站，通過主基站的EPC接入后臺；

（5）主基站的處理能力需要比從基站大得多，其主控板卡、存儲硬盤等需要配置較高；

圖3 多站星型組網網絡拓撲圖

（6）主基站意外損壞，從基站能各自獨立工作。

4.3 多站鏈式組網

多站鏈式組網網絡拓撲圖如圖4所示：

圖4 多站鏈式組網網絡拓撲圖

該應用場景的特點具體如下：

（1）主站負荷較重，需要外接EPC；

（2）從站D的回傳需要從站B做微波接力。

5 單站方式覆蓋距離案例分析

單站方式是eCube一體化應急通信系統中最常用、也是最簡單的一種組網應用方式，根據實際生活環境的復雜和不同，對單站方式的使用環境又簡單分為市區環境、郊區環境和開闊地帶環境。下面將分別以這三種環境為例，實際說明eCube一體化應急通信系統的單站方式覆蓋距離。

5.1 市區環境

市區測試路線：以武漢市江夏區卡梅爾小鎮前面的光谷一路與東園西路交界作為起始點，沿光谷一路向西南出發往湖北經濟學院方向作為測試路線。

該條路線位于市區位置，沿線有大量樹木、3個大型廣告牌、高壓電線桿、較多機動車和行人。測試位置對應的衛星圖如圖5所示：

圖5 市區測試位置衛星圖

市區場景測試結果具體如表1所示：

表1 市區場景測試數據

5.2 郊區環境

郊區測試路線：以武漢市光谷三路與關豹高速交點的高架橋作為起始點，沿光谷三路向南出發作為測試路線。

該條路線位于郊區位置，路上有大小型機動車，道路兩旁有8 m樹木，周圍廠房以低矮廠房為主，相對空曠。測試位置對應的衛星圖如圖6所示。

圖6 郊區測試位置衛星圖

郊區場景測試結果具體如表2所示。

表2 郊區場景測試數據

5.3 開闊地帶環境

開闊地帶測試路線：以武漢市梁子湖大道高李陳沿梁子湖大道向南出發作為測試路線。

該條路線位于遠郊區位置，路上有少量機動車，周圍有少量低矮平房，道路筆直。測試位置對應的衛星圖如圖7所示。

圖7 開闊地帶測試位置衛星圖

開闊地帶現場測試環境圖（8.0 m天線）具體如圖8所示。

圖8 開闊地帶現場測試環境圖（8.0 m天線）

開闊地帶測試結果具體如表3所示：

表3 開闊地帶場景測試數據

綜上所述，eCube一體化應急通信系統在開闊地帶、無遮擋、采用天線架高的環境下，語音、視頻覆蓋距離相對較遠；反之，在市區環境復雜，有高樓、樹木的遮擋和移動車輛的干擾，有效語音、視頻覆蓋距離就會大大縮短，測試結果與業內其他廠商相近。

相對而言，單站組網方式網絡覆蓋距離還是受限，超出覆蓋距離語音就會出現漏話或無法通信，視頻上傳也會出現卡頓、花屏等。因此，應根據實際應用場景需求來選擇合適的組網方式，如星型或鏈式，必要時還可以采取CPE、衛星、微波等方式實現數據回傳。

6 結束語

本文介紹了eCube一體化應急通信系統架構、特點、工作原理以及組網方式，并通過實例分析了單站方式實際網絡覆蓋距離。eCube一體化應急通信系統可以滿足多種突發事件場景對語音、視頻的多媒體業務需求，為現場指揮提供溝通便利，同時也為后方提供準確的事件現場信息，具有較大的市場應用價值。

由于目前市場上應急通信設備提供商較多，各自產品方案、標準不一，因此各設備廠商之間不能實現互通、資源共享，做好應急通信資源的有效布局和合理調配。下一步，eCube一體化應急通信系統應在滿足行業標準的前提下，做好與其他廠商系統的互通兼容性，并在環境復雜的場景中提高產品的抗干擾度、穩定性以及有效覆蓋距離。

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Overview and Application Analysis oneCube Integrated Emergency Communications System

ZHANG Jun, XUE Xiaojing, LIU Yongpiao, JIANG Peng
(Wuhan Hongxin Telecommunication Technologies Co., Ltd., Wuhan 430073, China)

The emergency and the sudden natural disaster would lead to communication interruption and severe loss. In order to deal with the situation, eCube Integrated Emergency Communications System which adopts the design of integrated base station is able to fast initiate multimedia trunking scheduling service on the spot. The architecture,characteristics, working principle and the networking mode of eCube Integrated Emergency Communications System were elaborated. The practical cases verified the coverage of voice and video in the networking mode of single station. The use of eCube Integrated Emergency Communications System can effectively decrease the loss and impact brought by emergency.

eCube emergency communication networking multimedia cluster voice video scheduling

10.3969/j.issn.1006-1010.2017.18.007

TN929.52

A

1006-1010(2017)18-0034-06

張俊,薛曉靜,劉永飄,等. eCube一體化應急通信系統概述及應用分析[J]. 移動通信, 2017,41(18): 34-39.

2017-06-28

責任編輯：袁婷 yuanting@mbcom.cn

張俊：現任職于武漢虹信通信技術有限責任公司無線寬帶事業部，主要從事移動通信設備系統的研究和開發工作。

薛曉靜：現任職于武漢虹信通信技術有限責任公司無線寬帶事業部，主要從事移動通信設備系統的研究和開發工作。

劉永飄：現任職于武漢虹信通信技術有限責任公司無線寬帶事業部，主要從事微波通信、移動通信設備系統的研究和開發工作。