淺析應(yīng)急通信技術(shù)特點及發(fā)展趨勢

摘要：近年來，隨著自然災(zāi)害的越來越多，軍事化競爭愈發(fā)嚴重，以及互聯(lián)網(wǎng)的不斷加速發(fā)展，人們生活追求越來越高，對于應(yīng)急通信的需求不斷攀升。面對突發(fā)性緊急情況，如何綜合利用各類通信資源、融合各種通信手段提供服務(wù)支撐，有效發(fā)揮保障作用，筆者結(jié)合我國應(yīng)急通信技術(shù)發(fā)展實際，對常見應(yīng)急通信技術(shù)進行了介紹，并對特點進行了分析，最后展望了應(yīng)急通信技術(shù)的發(fā)展趨勢。

關(guān)鍵詞：應(yīng)急通信;通信技術(shù);特點分析;發(fā)展趨勢

一、引言

我國作為全球自然災(zāi)害最嚴重的國家之一，災(zāi)害風(fēng)險交織疊加、不斷加劇，造成的損失日趨嚴重，面臨著更加復(fù)雜的嚴峻形勢和巨大挑戰(zhàn)。地震、洪水、泥石流、臺風(fēng)、暴雨等自然災(zāi)害及惡劣天氣一旦發(fā)生，可能造成受災(zāi)地域公網(wǎng)癱瘓、道路受阻和電力中斷，這不僅會影響災(zāi)區(qū)民眾的通信，更會影響到災(zāi)害救援行動的開展。因此，加快推進應(yīng)急通信技術(shù)研究，提高極端條件下應(yīng)急通信保障能力，對災(zāi)難發(fā)生時保障災(zāi)區(qū)能夠與外界保持通信聯(lián)絡(luò)至關(guān)重要。

二、應(yīng)急通信概述

應(yīng)急通信，一般是指在發(fā)生重大自然災(zāi)害或者突發(fā)性緊急情況時，綜合利用各種信息通信手段，為有效應(yīng)對自然災(zāi)難、處置突發(fā)事件、保障大型集會和重大活動等提供通信業(yè)務(wù)和服務(wù)支撐，是一種具有臨時性、快速響應(yīng)的特殊通信機制。應(yīng)急通信除了需要滿足時間突發(fā)性、地點不確定性、業(yè)務(wù)緊急性和信息多樣性等要求外，還須具備部署快速、易于安裝、健壯性好、擴展性強、成本合理等特點，并提供可靠的信息傳輸服務(wù)[1]。

通過分析應(yīng)急通信需求，主要有兩個方面：一是消防、公安、應(yīng)急等應(yīng)急救援隊伍的關(guān)鍵通信需求，對通信的可用性、可靠性、安全性等要求高，即專用通信;二是人民群眾的普通通信需求，即公眾通信。因此，應(yīng)急通信的根本任務(wù)是必須同時滿足應(yīng)急救援隊伍和受災(zāi)百姓通信“雙暢通”;應(yīng)急通信的重點是運營商?！懊妗敝亍靶迯?fù)”、應(yīng)急隊伍?！包c”重“重構(gòu)”，即電信運營商以大面積恢復(fù)保民生、保人群密集區(qū)域的公眾通信為目標;應(yīng)急救援隊伍以抵達重災(zāi)區(qū)時立即自主構(gòu)建區(qū)域內(nèi)應(yīng)急通信能力為目標。

三、常見的應(yīng)急通信手段及其特點

目前常見的應(yīng)急通信手段主要有衛(wèi)星通信、短波通信、集群移動通信、蜂窩移動通信、微波接力通信等。這五種通信手段均采用無線電通信方式，具有傳播距離遠、覆蓋面廣、機動靈活等優(yōu)勢，適用于突發(fā)緊急情況下的應(yīng)急通信保障，是不可缺少的應(yīng)急通信手段。

（一）衛(wèi)星移動通信

衛(wèi)星移動通信，是指使用移動通信終端，通過人造地球衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號達成的無線電通信，是一種特殊的微波中繼通信。目前衛(wèi)星通信采用Ka、Ku、X、C、L等頻段。根據(jù)近幾年搶險救災(zāi)保障經(jīng)驗可知，衛(wèi)星移動通信憑借通信覆蓋廣、傳輸容量大、對地形地貌和距離因素不敏感、組網(wǎng)快速靈活、線路穩(wěn)定可靠等獨特優(yōu)勢，成為應(yīng)急救援中最快捷、最有效的應(yīng)急通信手段;其缺點是頻段資源緊張、終端設(shè)備昂貴、傳輸延遲大。在斷路、斷網(wǎng)、斷電的極端條件下，衛(wèi)星通信是擔負指揮調(diào)度、音視頻回傳、視頻會議、互聯(lián)網(wǎng)接入的主要手段，也是支撐PDT集群、LTE專網(wǎng)、Mesh自組網(wǎng)的手段，形成多手段融合的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，在應(yīng)急通信領(lǐng)域具有不可替代的優(yōu)勢。常見的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)包括海事衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（Inmarsat）、銥系統(tǒng)（Iridium）、全球星系統(tǒng)籌，在全球的應(yīng)用非常廣泛，具有全球覆蓋、通信質(zhì)量高、可隨時通信、終端便攜可移動等特點。

除上述幾種國外典型的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)之外，我國自主研發(fā)了衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，包括：“天通一號”衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，與地面通信系統(tǒng)構(gòu)建形成有效覆蓋任務(wù)地域陸、空、天一體的移動通信網(wǎng)系，系統(tǒng)自主可控且覆蓋范圍廣，用戶終端攜帶使用方便;高通量衛(wèi)星通信，頻率資源豐富，系統(tǒng)容量大，可作為應(yīng)急通信常規(guī)衛(wèi)星通信手段，支持多路高清視頻傳輸，應(yīng)急高速寬帶通信保障能力得到有效提升;北斗衛(wèi)星系統(tǒng)，作為有源衛(wèi)星定位與通信系統(tǒng)，可實現(xiàn)連續(xù)實時導(dǎo)航、定位、測速以及短報文通信、位置報告等功能，適應(yīng)多種氣候環(huán)境和地形條件下的使用要求，在災(zāi)害應(yīng)急救援中有廣闊的應(yīng)用前景。

（二）短波通信

短波通信是利用波長為100-10米（通信頻率為3-30MHz）的電磁波達成的通信，其通信距離可達幾百公里甚至上千公里，具有通信距離遠、建立迅速、便于機動、抗毀性強等特點，通信自主性比衛(wèi)星通信更強，從近幾年搶險救災(zāi)實踐看，在固定通信設(shè)施嚴重損毀的復(fù)雜惡劣環(huán)境條件下，短波通信都發(fā)揮了重要作用，已成為完善國家應(yīng)急通信體系建設(shè)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。由于電離層易受太陽輻射、太陽黑子、地磁活動等影響而不斷變化，造成短波信道傳輸條件復(fù)雜多變，是最惡劣無線信道之一[2]。

隨著我國無線電事業(yè)的飛速發(fā)展，無線電設(shè)備數(shù)量激增，電磁信號逐漸分布整個頻域、覆蓋整個空域、占滿整個時域，短波通信自擾互擾的程度也日趨嚴重。近年來，短波通信系統(tǒng)逐漸將自適應(yīng)技術(shù)、猝發(fā)傳輸技術(shù)、差錯控制技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)等先進技術(shù)融入其中，同時國內(nèi)外針對短波通信的數(shù)據(jù)傳輸、鏈路建立、抗干擾和綜合組網(wǎng)等方面也開展了大量的研究工作，有效解決了短波信道條件下信息傳輸有效性和可靠性的問題。當前，短波通信系統(tǒng)在應(yīng)急通信領(lǐng)域應(yīng)用中還存在天線架設(shè)不夠合理、過于依賴公網(wǎng)不夠重視短波通信系統(tǒng)、短波通信設(shè)備的陳舊和老化、操作人員知識不夠牢固、短波頻段使用不夠規(guī)范等問題，導(dǎo)致短波應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)無法有效發(fā)揮自身價值。

（三）集群移動通信

集群通信，是指多個用戶共用一組無線信道的專用移動通信技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)組呼、單呼、廣播以及短消息和分組數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)，適用于應(yīng)急指揮調(diào)度;集群移動通信系統(tǒng)，是指按照動態(tài)信道指配的方式，采用頻率共用技術(shù)，實現(xiàn)多用戶共享多信道的無線電移動通信系統(tǒng)，具有群組通信、一呼百應(yīng)、組呼信道共享、呼叫快速建立、接續(xù)時間非常短、可區(qū)分多種優(yōu)先級等特點，其缺點是其覆蓋范圍有限;同時集群對講機終端種類豐富，專業(yè)特點強，適用于指揮調(diào)度、應(yīng)急聯(lián)動等不同的應(yīng)急場景，是應(yīng)急通信中不可或缺的組成部分。隨著數(shù)字技術(shù)的快速推廣，數(shù)字集群通信系統(tǒng)具有頻率利用率高、提供話音與數(shù)據(jù)集成服務(wù)、以及網(wǎng)絡(luò)控制管理更加有效靈活等優(yōu)點，社會各級對其需求愈加迫切，已逐步取代模擬集群通信系統(tǒng)。

從2008年開始，我國自主研制了我國自主知識產(chǎn)權(quán)的警用數(shù)字集群（PDT，Police Digital Trunking）通信系統(tǒng)，與APCOP25、TETRA等國外技術(shù)體制相比，PDT標準下產(chǎn)品支持不同廠家互聯(lián)互通、國密算法安全加密;2019年應(yīng)急管理部在370MHz頻段采用PDT標準，開展全國PDT系統(tǒng)建設(shè)，以滿足應(yīng)急通信、指揮調(diào)度方面的需求。目前非常流行的公網(wǎng)對講POC集群技術(shù)，在應(yīng)急通信領(lǐng)域還處于輔助階段。

（四）蜂窩移動通信

蜂窩移動通信，是把服務(wù)區(qū)劃分為若干個小區(qū)，小區(qū)內(nèi)使用較小功率的基站發(fā)射機實現(xiàn)有效、無縫覆蓋，規(guī)劃設(shè)計時小區(qū)通常是六角蜂窩狀，整個網(wǎng)絡(luò)覆蓋形似蜂窩而得名;優(yōu)點是話音質(zhì)量高、低延遲、高容量，缺點是依賴于地面基站和饋電設(shè)備，抗毀性較弱。20世紀70年代，貝爾實驗室突破性地提出了蜂窩網(wǎng)絡(luò)的概念，移動通信領(lǐng)域已經(jīng)由1G時代發(fā)展到5G時代，即將到來的6G網(wǎng)絡(luò)將以地面蜂窩網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，融合衛(wèi)星、空中平臺等多種非地面通信在實現(xiàn)空天地一體化無縫覆蓋方面發(fā)揮重要作用?；诜涓C移動通信系統(tǒng)，可通過車載移動基站構(gòu)建任務(wù)地域的公眾通信網(wǎng)絡(luò)，依托公眾通信網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建虛擬指揮專網(wǎng)實現(xiàn)群組通信，從而開展應(yīng)急通信服務(wù)保障。升空平臺通信是使用無人機、飛艇、系留氣球等升空平臺搭載的通信設(shè)備或系統(tǒng)達成無線電通信，具有靈活性高、快速部署、不受地面環(huán)境及災(zāi)害影響等優(yōu)勢，可實施空中轉(zhuǎn)信、通播。2020年木里森林火災(zāi)，翼龍無人機從貴州安順飛往四川木里地區(qū)，實現(xiàn)了國內(nèi)首次大型無人機應(yīng)急通信實戰(zhàn)演練;2021年汛期，我國南方各省市普遍發(fā)生洪澇災(zāi)害，采用“衛(wèi)星+翼龍無人機”的應(yīng)用模式在抗汛救災(zāi)過程中發(fā)揮作用明顯，雖然不可能完全取代蜂窩移動通信，但在很多場景（航空航海通信、應(yīng)急救災(zāi)、邊遠地區(qū)寬帶覆蓋）中卻能形成有效補充。

（五）微波中繼通信

微波中繼通信（也稱微波接力通信），是利用微波的視距傳播特性，采用中間站轉(zhuǎn)接的方式達成的無線電通信。微波中繼通信具有通信容量大、抗干擾能力強、保密性良好、投資小和建設(shè)周期短等優(yōu)點，缺點是只能視距傳播，在遠距離通信時必須采取中繼方式增強通信，設(shè)計微波線路時，除考慮傳輸衰落外，還需考慮來自系統(tǒng)內(nèi)部的越站干擾、旁瓣干擾和系統(tǒng)外部干擾。微波通信主要采用PDH 和SDH 的數(shù)字通信方式;微波中繼通信系統(tǒng)的組成可以是一條主線，中間有若干支線，通信線路上設(shè)有微波終端站及若干中繼站、分路站及樞紐站。隨著移動通信的快速升級，微波設(shè)備逐步轉(zhuǎn)變?yōu)橐苿踊貍鞯闹髁Γ⒉ㄍㄐ拍軌驅(qū)崿F(xiàn)光纖網(wǎng)絡(luò)補網(wǎng)，提高光網(wǎng)成環(huán)率，當光纜因自然災(zāi)害被毀時，能夠?qū)崿F(xiàn)中斷業(yè)務(wù)的緊急恢復(fù)，在配合補償光纖完善方面發(fā)揮作用日趨明顯。

四、發(fā)展趨勢分析

面對新形勢、新任務(wù)和新要求，隨著新一代通信技術(shù)不斷發(fā)展成熟，應(yīng)急通信在抗災(zāi)救災(zāi)、維穩(wěn)處突、重要事件等任務(wù)服務(wù)保障中地位作用更加突出，因此，建立健全應(yīng)急通信保障體系，更新迭代應(yīng)急通信技術(shù)和裝備，提升應(yīng)急通信保障能力，是當前需要認真研究和探索的重要課題。

（一）天地一體、立體保障的應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)

以5G、區(qū)塊鏈、大數(shù)據(jù)、物聯(lián)網(wǎng)、云計算、SDN等高新技術(shù)為支撐，綜合運用專網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、無線通信網(wǎng)、衛(wèi)星、無人機、單兵裝備等通信手段，構(gòu)建空天海地一體化的立體應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)，實現(xiàn)信息網(wǎng)絡(luò)多手段融合、公?；パa、寬窄結(jié)合、智能優(yōu)選，支撐遠距離應(yīng)急通信保障和扁平化應(yīng)急指揮;構(gòu)建“高通量衛(wèi)星+機動公網(wǎng)基站”網(wǎng)絡(luò)，局地機動快速恢復(fù)公網(wǎng)通信，比如采用“衛(wèi)星+空中平臺”融合通信模式，破除地形環(huán)境、自然災(zāi)害等對設(shè)施建設(shè)的限制;在無公網(wǎng)、衛(wèi)星資源和電磁環(huán)境復(fù)雜的情況下，無人機空中平臺搭載通信設(shè)備，可與多個空中或地面設(shè)施自行組網(wǎng)，不局限于既設(shè)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，為應(yīng)急分隊構(gòu)建蜂窩式局域網(wǎng)。除此以外，空中平臺作為一個集成平臺，還能將人工智能、大數(shù)據(jù)、云計算、5G、傳感器等智能技術(shù)與設(shè)備融為一體，讓應(yīng)急通信變得更加智能、精準和順暢。

（二）廣域異構(gòu)、互聯(lián)互通的多域通信網(wǎng)絡(luò)

為向陸、海、空、天多域大規(guī)模用戶提供全域覆蓋、隨遇接入的通信服務(wù)，廣域一體化信息網(wǎng)絡(luò)是未來的發(fā)展趨勢。短波通信需要與超短波通信、衛(wèi)星通信、光通信等系統(tǒng)實現(xiàn)綜合組網(wǎng)，發(fā)揮各自優(yōu)勢和特長，實現(xiàn)信息的高效順暢傳輸。網(wǎng)絡(luò)化的通信方式將能極大地提高短波通信的效率，提高信息傳輸?shù)臏蚀_度與精準度、以及短波通信抗干擾、抗監(jiān)測能力;將短波通信的信息轉(zhuǎn)換、傳輸、分析與大數(shù)據(jù)、云計算等新技術(shù)結(jié)合，更好地為軍事、民用以及應(yīng)急通信等領(lǐng)域提供通信保障，提升信息服務(wù)支撐效能。

（三）高效融合、信息互享的無線通信網(wǎng)絡(luò)

采用“公專互補、寬窄融合、機固結(jié)合”的多維組網(wǎng)形態(tài)，充分利用PDT數(shù)字集群、Mesh自組網(wǎng)、LTE寬帶專網(wǎng)等多種技術(shù)手段，滿足不同場景下語音、視頻、數(shù)據(jù)的高速傳輸需求。建設(shè)固定部署專用無線通信系統(tǒng)，探索“寬窄融合”“公專融合”和“共網(wǎng)建設(shè)”模式，建設(shè)廣域覆蓋的數(shù)字集群網(wǎng)絡(luò)，形成一張公專結(jié)合、寬窄融合的無線通信網(wǎng)，支撐應(yīng)急管理常態(tài)減災(zāi)和緊急救災(zāi)的通信保障需求。2022年北京冬奧會，北京賽區(qū)1.4GHz B-TrunC寬帶集群網(wǎng)與張家口賽區(qū)350M PDT窄帶集群網(wǎng)完成對接，通過寬窄融合實現(xiàn)跨省互聯(lián)互通，極大提升了指揮調(diào)度效率和智能管理水平，在國際重大賽事中樹起了標桿。

（四）應(yīng)急通信裝備更加標準化、融合化、小型化

雖然當前應(yīng)急通信裝備體系基本成型，但應(yīng)急通信裝備還存在諸多困難：裝備品牌、數(shù)量眾多，裝備標準規(guī)范不統(tǒng)一;不同體制的設(shè)備，功能重復(fù)，性能參差不齊;設(shè)備間無法互聯(lián)互通，難以滿足實戰(zhàn)要求。下一步發(fā)展方向包括：一是裝備技術(shù)體制、接口標準化，保證不同制式、不同廠家、不同設(shè)備間的互通和安裝。二是裝備平臺化，可將智能手機作為研發(fā)平臺，強化衛(wèi)星終端與智能手機的集成，可以便攜化、手持化、可穿戴化，推動天地一體化發(fā)展，實現(xiàn)終端的無盲區(qū)通聯(lián)。三是裝備小型化、集成化，提高設(shè)備機動能力和綜合組網(wǎng)能力，整合業(yè)務(wù)功能，聚合通信手段，減少操作流程，縮短應(yīng)急響應(yīng)時間，提升綜合保障效能。

五、結(jié)束語

目前，單一通信技術(shù)運用已然無法勝任應(yīng)急通信需求，必須著眼快速通、全域通、協(xié)同通需求，緊盯云計算、大數(shù)據(jù)、5G、物聯(lián)網(wǎng)等新技術(shù)發(fā)展，加大應(yīng)急場景下通信技術(shù)研究和裝備研發(fā)，合理配置通信資源，實現(xiàn)直達末端、扁平高效的指揮協(xié)同和應(yīng)急處置能力，為應(yīng)急救援指揮提供統(tǒng)一高效的通信保障。

作者單位：肖強? ? 中國人民解放軍78167部隊

參? 考? 文? 獻

[1]付榮國.應(yīng)急通信技術(shù)淺析[J].信息系統(tǒng)工程，2016（04）：87-88.

[2]任國春.現(xiàn)代短波通信[M].北京：機械工業(yè)出版社，2020.