浅谈基于4G（LTE）专网在灾害现场无线信号覆盖的应用

福建省消防总队南平支队 蔡剑锋

浅谈基于4G（LTE）专网在灾害现场无线信号覆盖的应用

福建省消防总队南平支队 蔡剑锋

【摘要】随着通信技术发展，2G与4G融合通信已经成为当前发展趋势。“2+4”宽窄带融合集群系统可提供PDT和LTE集群的融合调度、融合业务、融合组网及融合终端，同时支持关键型语音和关键型数据任务，支持可视化调度指挥、多媒体集群、高清移动视频监控、移动执法等现代警务融合应用。

【关键词】4G专网；无线信号；通信

1、引言

由于社会经济的高速增长，城市建设的规模不断增加，人口居住越来越密集，各种火灾燃烧物的种类与性质日趋复杂，建筑结构、道路布局、水源分布等要素中的不定因素大大增多，给灭火救援活动增加了难度，也为救援现场通信带来难题。长期以来，解决火场通信混乱、高层地下等特殊场所的通信盲区、电磁和噪声干扰等因素带来的通信问题，以及地震、洪水等自然灾害造成的公网中断情况下的通信，特别灾害现场最后“一公里”的通信以及如何将这“一公里”音视频传输到相关各级指挥部是救援部队一直亟待破解的技术难题。

2、当期的灾害现场通信模式以及存在的难题

当前，各救援队伍基本上是以卫星通信为主，微波、超短波、短波、340M无线图传等通信手段为辅的通信保障系统。其中超短波350M无线通信是灾害现场最常用的通信手段。多年来，各基层大队配备了大量的车载台、手持台和头盔式电台，形成一定规模。从系统建设及应用情况来看，灾害现场到后方指挥中心的卫星等通信网络建设较为完善、系统运行稳定，基本满足救援需要。现场救援由于受恶劣环境影响，通信覆盖网难以实现全域覆盖，通信盲区多，基本语音通信难以保障，图像通信更难以满足扁平化指挥需要。尤其是山区、地下、隧道和建筑物内部等复杂环境下的通信保障，以及在公网瘫痪条件下灾害现场语音、图像、数据的通信很难得到有效的保障。

3、4G专网在灾害现场无线信号覆盖应用

4G采用全数字技术，支持分组交换，基于OFDMA技术，将提供更高的传输速率和更大的容量；同时，因为采用高度分散的IP网络结构，使得终端具有智能和可扩展性。

3.1 4G专网通信技术的优势

3.1.1 技术优势

4G相对其他无线接入技术，带宽具有革命性的突破，且具有良好的覆盖性能和支持高速移动。使各种业务质量得到了很好的保证，并提供了端到端的安全保障。

3.1.2 频谱优势

丰富的LTE频谱资源，容易获取，投资性价比高。目前，国家工信部统一规划，规定公安网TD-LTE主流频段为2.3G/2.6G，专网市场TD-LTE主流频段是1.4G（1447-1467）和1.8G（1785-1805），其中，国家无委将1.4G分配给政府部门使用（见图1）。

图1 4G频率资源分配

3.1.3 建网能力优势

4G具备多种不同的建网策略，提供灵活高效的4G网络建设能力。

3.1.4 覆盖能力优势

4G具备各种针对各种复杂区域的成熟覆盖方案。超级小区、8通道智能天线等空口增强技术，大幅提高覆盖和容量，同时有效减少干扰；

3.1.5 业务能力优势

4G在提供丰富话音、视频数据等多媒体业务能力的同时，还可方便与其他集群通讯系统对接融合，也可提供视频监控等行业应用的第三方业务集成。

3.2 4G（LTE）的系统构成

灾害现场无线信号覆盖系统采用全IP系统，集成了4G（LTE）无线通信系统、无线超短波数字集群通信系统、多媒体指挥调度系统三个功能子系统。

4G（LTE）无线通信系统既可依托卫星通信指挥车建设，又可支持背负便携使用，主要完成灾害现场的无线信号覆盖。4G（LTE）无线通信系统，根据选定天线类型，在空旷地带，覆盖半径至少达到10公里左右，附近的小型通信车可通过CPE接收并进行再次覆盖，4G（LTE）网络覆盖范围的所有WIFI终端、LTE多媒体手持终端均可接入。

PDT无线数字集群通信系统依托通信指挥车建设，通过架设基站和升降天线，在灾害现场组建350M数字通信网络，支持多信道；有效解决灾害现场，特别是高层建筑中的通信覆盖问题。通过现场布设支持多跳的便携式转信台，解决地下及隧道等特殊场所存在的“信号盲区”及通信接力问题，实现快速补盲和无缝覆盖。

图2 系统架构与组成

3.3 相关业务的融合

3.3.1 语音系统接入

灾害现场的语音解决方案包括两种技术制式：4G（LTE）通信和超短波通信。

LTE手持终端可依托于灾害现场的4G（LTE）无线覆盖，完成到现场临时指挥中心的接入。不同救援队伍的手持终端、临时指挥中心调度话机之间可完成语音双向通话、PTT音视频对讲等语音功能。

PDT无线数字集群基站用于解决现场超短波通信有效覆盖，完成不同救援队伍多制式、多厂家、多频段通信接入等问题。可支持数字和模拟常规。其中多信道超短波接入基站同时支持4路通信。

3.3.2 视频系统接入

灾害现场的视频解决方案主要基于4G（LTE）通信。

在各现场救援队伍的消防通信车上部署4G（LTE）CPE终端和车

载高清摄像头，现场救援人员配备若干LTE手持终端，可依托于灾害现场的4G（LTE）无线覆盖，完成到现场临时指挥中心的接入。

不同救援队伍的LTE手持终端、临时指挥中心调度台之间可完成双向视频通话、PTT音视频对讲、短信、图片录像文件共享等功能。

临时指挥中心指挥人员可通过调度台随时获取现场的实时回传视频，包括消防通信车上的车载摄像头、现场救援人员的LTE手持终端，现场COFDM单兵图传设备（可通过指挥调度系统的视频网关进行接入）；并可根据实际需求，将现场音视频图像通过卫星链路回传至上级指挥中心。

3.3.3 数据传输

灾害现场的数据解决方案主要基于4G（LTE）通信。

在各现场救援队伍的消防通信车上部署4G（LTE）CPE终端，并接入到现场临时指挥中心，并通过消防应急指挥车的卫星链路，完成与上级指挥中心的通信。

现场救援队伍的消防通信车周边，可通过4G（LTE）CPE终端发射的Wi-Fi信号进行再次延伸覆盖；普通手机、笔记本和其他终端可通过Wi-Fi进行接入。

4、结束语

本文主要阐述了如何通过4G（LTE）专网技术，利用多媒体指挥调度系统实现融合通信，同时对现有图像和语音管理平台进行同一界面的统一调度管理，实现灾害现场无线信号覆盖范围内语音、视频、数据的多媒体通信调度。

参考文献

［1］郭宝，张阳.TD-LTE无线网络优化与应用［M］.机械工业出版社，2014.11.

［2］伯尼特.彭晋泽.基于4G系统的移动服务技术［M］.机械工业出版社，2010.02.