區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)研究*

何 維 ，謝人超 ，黃 韜 ，劉人鋒

（1.國網(wǎng)湖南省電力公司信息通信公司 長沙 410004；2.北京郵電大學(xué)網(wǎng)絡(luò)與交換國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100876；3.中國聯(lián)合網(wǎng)絡(luò)通信集團(tuán)有限公司博士后工作站 北京 100033）

1 引言

我國地質(zhì)災(zāi)害種類多、分布廣、頻次高、強(qiáng)度大、災(zāi)情嚴(yán)重，是世界上地質(zhì)災(zāi)害最嚴(yán)重的國家之一，諸如洪澇災(zāi)害、地震災(zāi)害、地質(zhì)災(zāi)害以及森林草原火災(zāi)等災(zāi)害事件時(shí)有發(fā)生。2010年4月在青海玉樹發(fā)生的7.1級強(qiáng)烈地震，直接造成了重大人員傷亡和財(cái)產(chǎn)損失，據(jù)估計(jì)，此次地震中的死亡人數(shù)超過2 000人，上萬人在地震中受傷，造成的林業(yè)經(jīng)濟(jì)損失超過25億元，同時(shí)波及四川地區(qū)，造成其經(jīng)濟(jì)損失近3億元。2013年10月，發(fā)生在華東地區(qū)的強(qiáng)臺(tái)風(fēng)“菲特”致使杭州、寧波、溫州及上海等地普降暴雨，城市內(nèi)澇嚴(yán)重，市區(qū)不少道路癱瘓，據(jù)估計(jì)，此次臺(tái)風(fēng)直接造成浙江省11個(gè)市75個(gè)縣914個(gè)鄉(xiāng)的707.3萬人受災(zāi)，因洪澇災(zāi)害造成的直接經(jīng)濟(jì)損失達(dá)到124.05億元。為了防止和減少自然災(zāi)害對社會(huì)的影響及最大程度地減少國民經(jīng)濟(jì)損失，需要加強(qiáng)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的抗災(zāi)能力建設(shè)，確保在自然災(zāi)害面前能第一時(shí)間實(shí)現(xiàn)應(yīng)急搶險(xiǎn)救援。

當(dāng)前，應(yīng)急通信系統(tǒng)的建設(shè)大多采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)、地面移動(dòng)通信系統(tǒng)或短波通信系統(tǒng)等。在特大自然災(zāi)害面前，地面通信系統(tǒng)在短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)的可能性極小，同時(shí)地面應(yīng)急通信系統(tǒng)如微波通信、程控交換車、衛(wèi)星通信車等，都會(huì)因?yàn)榻煌òc瘓、地理和氣象條件惡劣等因素?zé)o法進(jìn)入現(xiàn)場，而無法提供應(yīng)急通信支援；短波通信系統(tǒng)的帶寬有限、容量小，同時(shí)支持的業(yè)務(wù)類型有限；而衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)因國內(nèi)資源缺乏、終端受限、容量和能力有限等，也難以承擔(dān)有大規(guī)模應(yīng)急通信需求的應(yīng)急保障任務(wù)。

針對當(dāng)前應(yīng)急通信系統(tǒng)暴露的缺點(diǎn)與不足，需要加強(qiáng)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)抗災(zāi)能力的建設(shè)，充分利用空間資源，結(jié)合地面網(wǎng)絡(luò)建立能夠適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)急通信系統(tǒng)。因此，基于區(qū)域空間的應(yīng)急通信系統(tǒng)受到廣泛關(guān)注。

2 基于區(qū)域空間的應(yīng)急通信系統(tǒng)

2.1 系統(tǒng)概述

基于區(qū)域空間的應(yīng)急通信系統(tǒng)主要指在公共事件發(fā)生區(qū)域上空建立一套空、地一體化的新型無線應(yīng)急通信系統(tǒng)，保障大型自然災(zāi)害發(fā)生時(shí)能提供及時(shí)的應(yīng)急通信，實(shí)現(xiàn)第一時(shí)間的搶險(xiǎn)救援。當(dāng)前區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)所采用的技術(shù)主要是基于浮空平臺(tái)的通信技術(shù)。浮空平臺(tái)通信技術(shù)并不是一個(gè)最新的技術(shù)，早在20世紀(jì)60年代，研究學(xué)者就提出了高空平臺(tái)通信（high altitude platform station，HAPS）的概念，又稱為平流層通信、同溫層通信、飛艇通信或臨近空間通信、近太空通信等。其主要思想是在距地面高度20～30 km的平流層中安放氣球或飛艇，設(shè)置空中無線電臺(tái)，使其電波覆蓋地面上一定范圍的區(qū)域，為該覆蓋范圍內(nèi)的用戶提供固定與移動(dòng)通信、移動(dòng)視頻電話、高速數(shù)據(jù)通信、互聯(lián)網(wǎng)等多種業(yè)務(wù)。

利用浮空平臺(tái)通信技術(shù)構(gòu)成的區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)，與衛(wèi)星通信、地面通信相比具有許多明顯的優(yōu)勢。與衛(wèi)星通信系統(tǒng)相比，區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)不僅系統(tǒng)時(shí)延小、容量大而且仰角大，受建筑物等的影響較小，同時(shí)該系統(tǒng)建設(shè)快、易于回收并能進(jìn)行設(shè)備維修與更換，費(fèi)用低廉，利用浮空平臺(tái)通信技術(shù)構(gòu)成的區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)位于國境之內(nèi)，主權(quán)、所有權(quán)、管理權(quán)歸屬本國。

與地面通信相比，區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)的多徑衰落小、覆蓋面積大，在發(fā)生地震等災(zāi)害時(shí)所受的影響較小，且部署更加簡單，對惡劣環(huán)境具有良好的適用性。因此，當(dāng)?shù)孛鎽?yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)因自然災(zāi)害受損而無法工作時(shí)，區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)能夠充分利用空間維度資源，從受災(zāi)區(qū)域的上空提供及時(shí)、可靠、有效的應(yīng)急通信手段。

2.2 系統(tǒng)架構(gòu)

基于區(qū)域空間的應(yīng)急通信系統(tǒng)組網(wǎng)架構(gòu)如圖1所示。在該系統(tǒng)中，空中載體主要以浮空平臺(tái)為基礎(chǔ)，并在載體中搭載移動(dòng)通信基站系統(tǒng)?；诖藦目罩邢蛳掳l(fā)送移動(dòng)通信信號，實(shí)現(xiàn)對受災(zāi)區(qū)域的覆蓋，同時(shí)多個(gè)浮空平臺(tái)之間可以組成區(qū)域無線寬帶網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)通信數(shù)據(jù)的高速轉(zhuǎn)發(fā)和傳輸，最后空中移動(dòng)通信基站系統(tǒng)通過地面網(wǎng)關(guān)與地面通信網(wǎng)絡(luò)相連，從而實(shí)現(xiàn)自然災(zāi)害惡劣環(huán)境下的應(yīng)急通信搶險(xiǎn)指揮與調(diào)度。

為了保證該基于區(qū)域空間的應(yīng)急通信系統(tǒng)的可靠性和安全性，在與地面通信網(wǎng)絡(luò)相連的過程中采用雙網(wǎng)關(guān)互為備份，并采用中繼衛(wèi)星鏈路實(shí)現(xiàn)多鏈路備份保證。在該網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中建立地面測控、調(diào)度、決策指揮中心，實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信救災(zāi)部門通過地面通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行現(xiàn)場與遠(yuǎn)程的搶險(xiǎn)救災(zāi)指揮以及對浮空平臺(tái)的實(shí)時(shí)飛行監(jiān)測與控制，從而實(shí)現(xiàn)對災(zāi)情的實(shí)時(shí)監(jiān)控和決策部署。同時(shí)，浮空平臺(tái)還搭載航拍設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對地面的數(shù)據(jù)采集，并實(shí)時(shí)回傳給應(yīng)急救災(zāi)部門的視頻網(wǎng)絡(luò)及地面指揮中心，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)災(zāi)情監(jiān)控，為應(yīng)急救災(zāi)部門的遠(yuǎn)程救災(zāi)指揮調(diào)度提供保障手段。

基于區(qū)域空間的應(yīng)急通信系統(tǒng)總體架構(gòu)如圖2所示。該系統(tǒng)架構(gòu)由平臺(tái)與測控分系統(tǒng)、空間數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)、空中移動(dòng)通信分系統(tǒng)、航拍分系統(tǒng)、系統(tǒng)管理與控制中心分系統(tǒng)以及應(yīng)用平臺(tái)分系統(tǒng)等功能模塊組成。各分系統(tǒng)的具體功能描述如下。

（1）平臺(tái)與測控分系統(tǒng)

負(fù)責(zé)為整個(gè)系統(tǒng)提供基礎(chǔ)平臺(tái)（包括浮空平臺(tái)、穩(wěn)定平臺(tái)），同時(shí)還負(fù)責(zé)各種測控信令和控制消息的傳送，測控網(wǎng)絡(luò)除要求可以直接對浮空平臺(tái)進(jìn)行控制外，還要求能夠通過中繼方式實(shí)現(xiàn)高可靠性、遠(yuǎn)距離、大縱深的測控信令傳輸。

（2）空間數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)

主要負(fù)責(zé)高速數(shù)據(jù)的傳輸，支持微波中繼和衛(wèi)星中繼兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)的落地。

（3）空中移動(dòng)通信分系統(tǒng)

負(fù)責(zé)地面終端設(shè)備的接入，實(shí)現(xiàn)與電力通信專用網(wǎng)絡(luò)的互連互通。同時(shí)應(yīng)用多波束天線技術(shù)及多種容量增強(qiáng)技術(shù)，提升單基站用戶容量。

（4）航拍分系統(tǒng)

主要在浮空平臺(tái)上搭載航拍采集設(shè)備，利用該設(shè)備實(shí)現(xiàn)對自然災(zāi)害發(fā)生區(qū)域的探測與監(jiān)視，從而對實(shí)時(shí)圖像信息進(jìn)行獲取，在高效視頻壓縮編碼模塊壓縮、加密后，通過空間數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)回傳至地面視頻網(wǎng)關(guān)，最后接入應(yīng)急通信指揮部門的視頻會(huì)議系統(tǒng)。

（5）系統(tǒng)管理與控制中心分系統(tǒng)

主要提供一些容器，用來承載各相關(guān)子系統(tǒng)的管理程序，為相關(guān)子系統(tǒng)的運(yùn)行提供合適的環(huán)境，維護(hù)整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行及應(yīng)用，保障系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。整個(gè)管理與控制的相關(guān)信息由測控網(wǎng)絡(luò)負(fù)責(zé)傳遞。

（6）應(yīng)用平臺(tái)分系統(tǒng)

負(fù)責(zé)整體系統(tǒng)應(yīng)用平臺(tái)的研發(fā)，主要是軟件研發(fā)，需要實(shí)現(xiàn)包括鑒權(quán)、加密、指揮調(diào)度、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)廣播、定位在內(nèi)的多種應(yīng)用。

2.3 系統(tǒng)可行性驗(yàn)證

為了驗(yàn)證區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)方案的可行性，針對該組網(wǎng)方案進(jìn)行了放飛試驗(yàn)。在試驗(yàn)過程中，所有分系統(tǒng)都盡量采用最基本、最可靠的方案，如空中移動(dòng)通信分系統(tǒng)采用單載頻WCDMA基站；飛艇測控采用最基本的一對一測控方案；數(shù)據(jù)落地傳輸采用基于全向天線的微波中繼傳輸方案等。在試驗(yàn)過程中，重點(diǎn)在于驗(yàn)證系統(tǒng)是否能夠正常工作，因此測試內(nèi)容盡量集中在對基本功能的驗(yàn)證，包括：能否進(jìn)行正常的語音業(yè)務(wù)與短信業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)質(zhì)量是否滿足應(yīng)急救災(zāi)通信的要求；能否進(jìn)行正常的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，業(yè)務(wù)傳輸速率能達(dá)到多少；驗(yàn)證航拍視頻實(shí)時(shí)下傳、接入地面視頻網(wǎng)、進(jìn)行異地協(xié)同調(diào)度的可行性等。

本次試驗(yàn)網(wǎng)絡(luò)的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。微波傳輸設(shè)備提供的基本接口為E1接口（2 Mbit/s）。移動(dòng)基站本身可以提供E1接口，也可以提供以太網(wǎng)接口?？紤]到未來的實(shí)施方案會(huì)統(tǒng)一使用以太網(wǎng)接口的微波傳輸設(shè)備以及調(diào)測的便利性，要求為所有微波E1接口配備“E1<=>以太網(wǎng)轉(zhuǎn)換器”，從而將E1接口轉(zhuǎn)換成以太網(wǎng)接口。由此，系留氣球上的兩套微波設(shè)備通過轉(zhuǎn)換器共提供3個(gè)以太網(wǎng)接口，這些接口與移動(dòng)基站的以太網(wǎng)接口都連接到一臺(tái)支持網(wǎng)管的以太網(wǎng)交換機(jī)上。同時(shí)，系留氣球通過纜繩內(nèi)的光纖提供了一個(gè)可以傳輸?shù)降孛娴囊蕴W(wǎng)接口，此接口也連接在交換機(jī)上。微波落地站放置在中國聯(lián)通的某個(gè)基站機(jī)房中，從而實(shí)現(xiàn)與公眾通信網(wǎng)的數(shù)據(jù)接入?；緳C(jī)房提供的傳輸資源也是E1接口，可以與微波落地站的兩個(gè)E1接口直接相連，但這兩個(gè)E1傳輸通道最終也要轉(zhuǎn)換為以太網(wǎng)接口。對于移動(dòng)通信語音數(shù)據(jù)來說，這種轉(zhuǎn)換可以在RNC機(jī)房內(nèi)進(jìn)行；對于航拍數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換可以在任何合適的地點(diǎn)進(jìn)行，只要能夠在轉(zhuǎn)換器和航拍視頻輸出PC機(jī)之間實(shí)現(xiàn)IP分組傳輸即可。航拍視頻輸出PC機(jī)用于觀看航拍設(shè)備送出的視頻流，并幫助將視頻接入中國聯(lián)通視頻會(huì)議網(wǎng)中。

通過此次放飛試驗(yàn)測試，可以得到如下結(jié)論。

隨著CDIO模式在高校教學(xué)改革中的深入發(fā)展，我院結(jié)合專業(yè)實(shí)際，在《崗位技能實(shí)訓(xùn)》課程中引入CDIO工程教育理念，在課程內(nèi)容、教學(xué)方式與考核方式等方面進(jìn)行改革探索與研究，建立理論與實(shí)踐相結(jié)合、綜合各課程進(jìn)行專業(yè)知識能力提高的內(nèi)容體系，指導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)訓(xùn)項(xiàng)目開發(fā)與團(tuán)隊(duì)成員間的協(xié)作配合去鍛煉自己、提高各項(xiàng)能力。因此研究采用CDIO教育理念的課程改革，使學(xué)生真正融入實(shí)訓(xùn)中來，從而實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)具有十分重要的意義。

微波鏈路網(wǎng)絡(luò)測試包括地面分段測試、空中分段測試、空中部分集成測試以及控制全集成測試四大部分。測試結(jié)果顯示，對于空—空微波鏈路，無線鏈路接收電平在視通條件較好時(shí)優(yōu)于-80 dBm，無誤碼，但在飛艇轉(zhuǎn)彎時(shí)天線波束會(huì)有一些遮擋，視通條件會(huì)受到一定的影響，接收電平有較大降低，從而造成鏈路短時(shí)中斷。通常情況下，鏈路時(shí)延平均為5 ms，傳輸帶寬大于2 Mbit/s。對于空—地微波鏈路，測試時(shí)無線鏈路通暢，接收電平范圍為-72～-60 dBm，無誤碼，鏈路時(shí)延為3～6 ms；傳輸2路E1基站業(yè)務(wù)信息及1路圖像信號條件滿足系統(tǒng)要求。

移動(dòng)通信測試結(jié)果與分析如下：對于AMR 12.2 kbit/s業(yè)務(wù)測試，遠(yuǎn)、中、近及正下方4個(gè)點(diǎn)的呼叫保持（3 min），語音質(zhì)量清晰連續(xù)，未出現(xiàn)掉話，遠(yuǎn)、中、近及正下方4個(gè)點(diǎn)的平均時(shí)延（50次短呼）測試結(jié)果見表1；對于CS 64 kbit/s業(yè)務(wù)測試，遠(yuǎn)、中、近及正下方4個(gè)點(diǎn)的CS 64 kbit/s視頻電話業(yè)務(wù)（持續(xù)3 min），業(yè)務(wù)質(zhì)量良好，無斷線，均無馬賽克出現(xiàn)；對于PS 64 kbit/s業(yè)務(wù)測試，遠(yuǎn)、中、近及正下方4個(gè)點(diǎn)的PS 64 kbit/s業(yè)務(wù)信道的平均上傳和下載速率見表2。

表1 AMR 12.2 kbit/s業(yè)務(wù)測試結(jié)果

表2 PS 64 kbit/s業(yè)務(wù)測試結(jié)果

如圖4所示，航拍攝像機(jī)對地面進(jìn)行實(shí)時(shí)航拍的功能測試具體步驟和測試結(jié)果介紹如下。

·開啟攝像機(jī)，保持拍攝狀態(tài)。等待起飛，檢查網(wǎng)絡(luò)狀況，網(wǎng)絡(luò)狀況良好，用ping命令測試100個(gè)分組，沒有分組丟失現(xiàn)象，平均時(shí)延為5 ms。

·飛艇飛行過程中，網(wǎng)絡(luò)鏈路并不是很穩(wěn)定，特別是當(dāng)飛艇轉(zhuǎn)向時(shí)有時(shí)會(huì)出現(xiàn)分組丟失（當(dāng)接收電平低于-80 dBm時(shí)就會(huì)造成分組丟失），造成圖像傳輸并不流暢。在飛行過程中，用ping命令測試網(wǎng)絡(luò)的狀態(tài)，分組丟失率為10%，平均時(shí)延為17 ms。

·測試飛艇在500 m高空飛行時(shí)，攝像機(jī)拍攝地面的清晰程度。在網(wǎng)絡(luò)接通的狀態(tài)下，可以看到視頻圖像，但由于測試當(dāng)天有很厚的云層和濃密的霧氣，攝像機(jī)拍攝地面的清晰程度并不是很好。

·基于頻率自適應(yīng)感知及基站自配置技術(shù)的研究：在空中基站中引入自測量、自感知的無線環(huán)境測量機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)頻率、功率、擾碼及鄰小區(qū)列表等參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整，完成基站相關(guān)參數(shù)的自配置與自優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化，徹底解決空中基站與地面基站之間的干擾問題，最終實(shí)現(xiàn)空中基站與地面基站的無縫互聯(lián)與切換。

·遠(yuǎn)距離無線自組織測控組網(wǎng)技術(shù)的研究：理想的測控信令網(wǎng)應(yīng)該設(shè)計(jì)為一種具有高度自治性、可靠性、安全性的網(wǎng)絡(luò)。受距離、能量、時(shí)延、信道利用率、吞吐量以及頑健性等方面的限制，區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)測控信令網(wǎng)不能直接使用現(xiàn)有的自組織網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，必須針對其應(yīng)用特點(diǎn)設(shè)計(jì)新型協(xié)議，如采用遠(yuǎn)距離的空分復(fù)用TDMA信道接入策略、基于拓?fù)渲貥?gòu)的能量優(yōu)化策略、基于拓?fù)浒l(fā)現(xiàn)和鏈路狀態(tài)感知的路由優(yōu)化方法、支持跨層設(shè)計(jì)的協(xié)議體系等。

3 區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)問題

3.1 無線傳輸技術(shù)研究

為了實(shí)現(xiàn)與電力通信專用網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)互通，地面終端設(shè)備的接入主要由區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)的空中移動(dòng)通信分系統(tǒng)負(fù)責(zé)完成。當(dāng)前可以用于實(shí)現(xiàn)無線通信接入的技術(shù)包括 3G 技術(shù)（WCDMA、cdma2000、TD-SCDMA）、4G技術(shù)（TD-LTE、LTE FDD、WiMAX）、SCDMA 技術(shù)以及點(diǎn)對點(diǎn)微波通信技術(shù)等。因此要研究適合電力應(yīng)急通信系統(tǒng)的無線傳輸技術(shù)，不僅需要考慮無線傳輸技術(shù)的傳輸特性以及未來的可演進(jìn)性與可擴(kuò)展性，而且需要考慮其終端的普及性。

3.2 無線頻率規(guī)劃

區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)的空中載體主要以浮空平臺(tái)作為基礎(chǔ)，并在該載體上搭載移動(dòng)基站系統(tǒng)，從空中向下實(shí)現(xiàn)移動(dòng)通信信號對受災(zāi)區(qū)域的覆蓋，最后通過地面網(wǎng)關(guān)與地面電力通信專用網(wǎng)絡(luò)相連。因此，在數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)發(fā)與傳輸過程中，需要為空中移動(dòng)通信系統(tǒng)劃分工作頻率?？紤]到在應(yīng)急救災(zāi)時(shí)，可能存在地面通信系統(tǒng)基站部分癱瘓、部分繼續(xù)工作的情形，在進(jìn)行頻率規(guī)劃時(shí)需要考慮避免與傳統(tǒng)地面蜂窩系統(tǒng)之間采用同頻所帶來的干擾問題。

3.3 空中移動(dòng)通信分系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

空中移動(dòng)通信分系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)地面終端用戶的接入，實(shí)現(xiàn)與電力通信專用網(wǎng)絡(luò)的互連互通，并向被覆蓋區(qū)域提供可靠的移動(dòng)通信服務(wù)，是區(qū)域空間電力應(yīng)急通信系統(tǒng)的重要分系統(tǒng)之一?？罩幸苿?dòng)通信分系統(tǒng)由空中基站子系統(tǒng)、多波束天線子系統(tǒng)、移動(dòng)基站設(shè)備管理子系統(tǒng)組成。在具體設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)，該分系統(tǒng)需要重點(diǎn)解決移動(dòng)通信基站（含天線）在浮空平臺(tái)上的小型化設(shè)計(jì)、集成、安裝、供電等問題，而基站遠(yuǎn)程控制、用戶信息管理、跨域通信等功能則均依托于地面電力通信核心網(wǎng)絡(luò)。

3.4 平臺(tái)與測控分系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

作為區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，該分系統(tǒng)主要采用飛艇和系留氣球作為區(qū)域空間電力應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的載體平臺(tái)，負(fù)責(zé)載荷設(shè)備的集成與搭載。該分系統(tǒng)包括浮空平臺(tái)子系統(tǒng)、穩(wěn)定平臺(tái)子系統(tǒng)與測控網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)。浮空平臺(tái)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)搭載飛艇上整個(gè)系統(tǒng)的所有載荷設(shè)備，完成符合航空標(biāo)準(zhǔn)的集成與安裝，同時(shí)為各艇載設(shè)備提供能源供給；穩(wěn)定平臺(tái)子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)應(yīng)盡量考慮對總體重量的節(jié)省，同時(shí)要保證在各種場景下微波鏈路及衛(wèi)星鏈路不被其他設(shè)備遮擋，以保障數(shù)據(jù)鏈路傳輸?shù)目煽啃裕粶y控網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)負(fù)責(zé)保障浮空平臺(tái)的測控鏈路，其設(shè)計(jì)要求保證測控信令的高可靠性和低時(shí)延性。

3.5 空間數(shù)據(jù)通信與網(wǎng)絡(luò)分系統(tǒng)設(shè)計(jì)原則

該分系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)高速數(shù)據(jù)的傳輸，支持微波中繼和衛(wèi)星中繼兩種數(shù)據(jù)傳輸方式，實(shí)現(xiàn)平臺(tái)數(shù)據(jù)的落地，包括微波中繼子系統(tǒng)、衛(wèi)星中繼子系統(tǒng)、高速傳輸網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)和網(wǎng)絡(luò)管理子系統(tǒng)。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮使系統(tǒng)具有如下功能：實(shí)現(xiàn)移動(dòng)基站、航拍等載荷設(shè)備與地面網(wǎng)絡(luò)的雙向微波高速數(shù)據(jù)通信；具備提供備用衛(wèi)星通信接口的能力；基于空間位置、三維地理環(huán)境信息等多種因素組建鏈?zhǔn)骄W(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，并在飛艇動(dòng)態(tài)輪換/受控運(yùn)動(dòng)、故障及干擾等情形下進(jìn)行拓?fù)渲貥?gòu)；提供可靠性與服務(wù)質(zhì)量保證；運(yùn)行IP（網(wǎng)絡(luò)協(xié)議），避免載荷設(shè)備的協(xié)議改造；當(dāng)飛艇發(fā)生中繼切換時(shí)保持IP地址恒定；由地面控制中心進(jìn)行集中控制與管理。

3.6 接入控制設(shè)計(jì)原則

在發(fā)生自然災(zāi)害時(shí)，整個(gè)系統(tǒng)的業(yè)務(wù)量通常會(huì)急劇增加，從而可能導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)發(fā)生嚴(yán)重?fù)砣?。為保證應(yīng)急通信系統(tǒng)的正常工作，保障搶險(xiǎn)抗災(zāi)指揮員等重要緊急用戶通信通暢，有必要采用相關(guān)的用戶接入等級控制解決方案。針對這一方案，電力應(yīng)急通信指揮部門需要建立一套應(yīng)急保障預(yù)案作為儲(chǔ)備，以便在緊急關(guān)頭可以立刻實(shí)施，從而保證搶險(xiǎn)救災(zāi)指揮策略的快速傳達(dá)并準(zhǔn)確執(zhí)行。

4 結(jié)束語

由于衛(wèi)星通信應(yīng)急系統(tǒng)與地面應(yīng)急通信系統(tǒng)存在許多缺點(diǎn)與不足，為了克服這些缺點(diǎn)，本文研究了基于區(qū)域空間的應(yīng)急通信系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)問題進(jìn)行了深入探討，該系統(tǒng)利用空域維度資源采用浮空平臺(tái)通信技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)對受災(zāi)區(qū)域高效、實(shí)時(shí)的大面積覆蓋，同時(shí)該系統(tǒng)具有快速靈活、低成本部署等特點(diǎn)，對多種復(fù)雜環(huán)境及重大災(zāi)情具有良好的適應(yīng)性，在電力應(yīng)急通信領(lǐng)域具有很好的應(yīng)用前景。

下一步工作將著重考慮基于電子可調(diào)多波束天線的設(shè)計(jì)與研制，利用對下傾角進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)整與控制，實(shí)現(xiàn)空中基站對地面區(qū)域覆蓋范圍的動(dòng)態(tài)控制，實(shí)現(xiàn)受災(zāi)地區(qū)的最優(yōu)覆蓋性能。未來將考慮在空中基站中引入自測量、自感知的無線環(huán)境測量機(jī)制，以實(shí)現(xiàn)頻率、功率、擾碼及鄰小區(qū)列表等參數(shù)的自動(dòng)調(diào)整，完成基站相關(guān)參數(shù)的自配置與自優(yōu)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)網(wǎng)絡(luò)規(guī)劃與優(yōu)化，優(yōu)化空中基站與地面基站的無縫切換。

1 付重,肖行詮.電力應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)用研究.電力系統(tǒng)通信,2011,32(233):111～115

2 崔燕明,劉孝先.電力應(yīng)急通信指揮系統(tǒng)的建設(shè)方案.電力系統(tǒng)通信,2009,30(6):33～36

3 高強(qiáng),劉獻(xiàn)偉,邱麗君.電力系統(tǒng)應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)及其抗毀性分析.電網(wǎng)技術(shù),2009,33(11):104～108

4 李兆偉.衛(wèi)星通信在東莞電力應(yīng)急通信中的應(yīng)用.廣東電力,2011,24(12):100～104

5 谷坊祝.衛(wèi)星通信技術(shù)在電力應(yīng)急通信中的應(yīng)用.電力系統(tǒng)通信,2009,30(200):29～32

6 張海亮,路民輝.區(qū)域空間電力應(yīng)急通信體系的探討.電信科學(xué),2010(S2)

7 黃濤,黃韜.區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)研究與實(shí)踐進(jìn)展.通信技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn),2011(1):58～61

8 黃濤,黃韜.區(qū)域空間應(yīng)急通信系統(tǒng)研究.中國通信標(biāo)準(zhǔn)化協(xié)會(huì),2010