構(gòu)建衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)天地一體的通信保障系統(tǒng)

何家富，馮藝芝

（協(xié)同通信集團有限公司，深圳 518000）

構(gòu)建衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)與地面網(wǎng)絡(luò)天地一體的通信保障系統(tǒng)

何家富，馮藝芝

（協(xié)同通信集團有限公司，深圳 518000）

本文根據(jù)公安系統(tǒng)通信的特點，結(jié)合衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)和地面通信網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢、專網(wǎng)和公網(wǎng)的優(yōu)勢，提出一種構(gòu)建天地一體通信保障系統(tǒng)的方案，并詳細討論了天地一體通信保障系統(tǒng)的構(gòu)建思路、系統(tǒng)拓撲、系統(tǒng)組成及系統(tǒng)特點。

天地一體；衛(wèi)星通信；動中通；數(shù)字集群；公網(wǎng)；綜合調(diào)度

1 引言

公安系統(tǒng)通信主要分為兩大類：一是日常警務(wù)通信，包括交通指揮、治安巡邏；二是應(yīng)急通信，包括維穩(wěn)處突、重大災(zāi)害救助、大型活動的安全保衛(wèi)。

天地一體通信保障系統(tǒng)把衛(wèi)星通信和地面各種通信系統(tǒng)結(jié)合在一起，相互結(jié)合、相互補充，構(gòu)成多手段、多路由、多業(yè)務(wù)的融合通信網(wǎng)絡(luò)，充分利用衛(wèi)星通信、短波電臺、2G/3G移動公網(wǎng)、Wi-Fi等通信設(shè)施和手段組成融合通信平臺，同時滿足日常通信和應(yīng)急通信兩大類需求，日常通信以2G/3G公網(wǎng)為主，短波電臺和衛(wèi)星通信為輔；應(yīng)急通信以衛(wèi)星通信為主，2G/3G公網(wǎng)和短波電臺為輔。當處置突發(fā)事件、自然災(zāi)害事故時，為各種現(xiàn)場提供圖像、話音、傳真、數(shù)據(jù)等多種通信業(yè)務(wù)服務(wù)，為領(lǐng)導(dǎo)提供實時、準確的現(xiàn)場實況，為正確決策和指揮一線工作提供直觀、可靠的第一手資料，提高公安機關(guān)快速反應(yīng)、統(tǒng)一指揮、協(xié)同作戰(zhàn)能力。

2 衛(wèi)星通信在公安通信保障中的作用

衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信的一種重要手段，在全球已獲得廣泛應(yīng)用。同時具有機動、靈活、實施性好的特點，當重大自然災(zāi)害發(fā)生，在地面線路受到嚴重破壞時，衛(wèi)星通信能發(fā)揮其獨特的、難以替代的作用。

動中通衛(wèi)星通信指揮車快速實現(xiàn)現(xiàn)場與后方指揮中心之間圖像、語音、視頻和數(shù)據(jù)的通信。對現(xiàn)場的圖像進行采集、監(jiān)控、編碼和轉(zhuǎn)換；提供現(xiàn)場的語音交換；提供現(xiàn)場的計算機局域網(wǎng)（無線和有線）以及和其他應(yīng)急基礎(chǔ)數(shù)據(jù)庫平臺實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)連接。

動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)包括寬帶衛(wèi)星、動中通衛(wèi)星通信車系統(tǒng)及衛(wèi)星地面站系統(tǒng)，系統(tǒng)能滿足以下要求：

⊙ 能實現(xiàn)在任意時間、任意地點建立事發(fā)現(xiàn)場與各級指揮中心的綜合業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)（語音、數(shù)據(jù)、圖像、視頻）的互聯(lián)互通；

⊙ 具有雙向通信能力，能以透明數(shù)據(jù)傳輸方式實現(xiàn)數(shù)據(jù)、視頻、圖像、VOIP電話等數(shù)據(jù)通信。衛(wèi)星通信設(shè)備通過IP接口傳輸任何TCP/IP，UDP協(xié)議的數(shù)據(jù)信息；

⊙ 具備IP通道加密功能，通過商用加密機對所有傳輸信息進行加密；

⊙ 能與地面有線通信網(wǎng)絡(luò)和公安無線通信網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合，互為補充、相互支持，實現(xiàn)天地一體的通信網(wǎng)絡(luò)；

⊙ 能滿足公安指揮必須具有的功能、性能、安全要求，具備公安常規(guī)通信能力，為日常指揮、大型活動安全保衛(wèi)以及突發(fā)事件處置決策、指揮提供服務(wù)。

3 天地一體公安通信保障系統(tǒng)構(gòu)建方案

3.1 系統(tǒng)構(gòu)建思路

天地一體通信系統(tǒng)由空間段和地面段組成，空間段是寬帶通信衛(wèi)星，地面段包含衛(wèi)星固定地面站和動中通衛(wèi)星通信指揮車，通信指揮車和地面指揮中心（與衛(wèi)星固定地面站相連）存在多種通信手段：衛(wèi)星鏈路、短波通信、2G/3G網(wǎng)絡(luò)，每種通信手段各有優(yōu)缺點，相互補充、互為備份。衛(wèi)星通信雖然非常適合應(yīng)急、突發(fā)事件時的指揮調(diào)度，使應(yīng)急指揮調(diào)度不受地理條件的限制，但使用的相對成本高；通過短波電臺通信，能傳輸一定的通信距離，話音業(yè)務(wù)有一定優(yōu)勢，但多媒體能力不足，難以傳輸圖像、視頻等現(xiàn)場的必要信息，適合作為應(yīng)急、突發(fā)事件時的輔助通信手段；2G/3G網(wǎng)絡(luò)能夠傳輸語音、視頻、圖像、數(shù)據(jù)等多媒體內(nèi)容，但在應(yīng)急、突發(fā)事件時公共網(wǎng)絡(luò)可能擁塞甚至完全癱瘓，適合在日常巡邏等非突發(fā)情況下使用。對于衛(wèi)星通信指揮車之間的通信，可通過衛(wèi)星傳輸網(wǎng)絡(luò)通信，在距離不遠時（相距幾公里）也可通過Wi-Fi無線網(wǎng)橋進行通信，指揮車與指揮車之間機動組成局域網(wǎng)，進一步增強互聯(lián)互通的手段。如圖1所示。

圖1 天地一體通信系統(tǒng)基本框架

本系統(tǒng)是多手段、多路由、多業(yè)務(wù)的融合通信網(wǎng)絡(luò)，同時滿足日常巡邏、應(yīng)急指揮的通信保障要求。

天地一體通信保障系統(tǒng)的業(yè)務(wù)能力如下：

⊙ 通過短波電臺，在日常巡邏、應(yīng)急指揮時，通信指揮車和地面指揮中心可隨時進行語音通信；

⊙ 在動中通衛(wèi)星通信車周圍，機動搭建數(shù)字集群網(wǎng)，現(xiàn)場工作人員通過集群終端可以接受車內(nèi)人員、地面指揮中心人員的指揮調(diào)度，使日常巡邏、應(yīng)急指揮的調(diào)度指令迅速傳達到現(xiàn)場工作人員；

⊙ 通過車外攝像頭可把指揮車周圍的圖像實時傳輸?shù)降孛嬷笓]中心；

⊙ 通過3G單兵圖傳終端，工作人員可深入現(xiàn)場，把現(xiàn)場的音視頻回傳到地面指揮中心；

⊙ 通過微波單兵圖傳終端，現(xiàn)場人員回傳的音視頻可到達通信指揮車和地面指揮中心；

⊙ 通過車內(nèi)攝像頭、話筒、音箱和視頻會議終端，通信指揮車之間以及地面指揮中心可召開視頻會議。

3.2 系統(tǒng)方案

3.2.1 系統(tǒng)拓撲

天地一體通信保障系統(tǒng)拓撲圖如圖2所示。

圖2 天地一體通信系統(tǒng)拓撲

3.2.2 系統(tǒng)組成

天地一體通信保障系統(tǒng)由空間段和地面段組成，空間段是寬帶通信衛(wèi)星，地面段包含衛(wèi)星固定地面站和動中通衛(wèi)星通信指揮車。

1. 寬帶衛(wèi)星

寬帶衛(wèi)星能為語音、數(shù)據(jù)、圖像和視頻等多媒體和高速數(shù)據(jù)提供一種無所不在的通信方式，而視頻采集和回傳、視頻會議是公安通信保障系統(tǒng)的重要內(nèi)容，寬帶衛(wèi)星為這些多媒體業(yè)務(wù)提供傳輸?shù)幕緱l件。

2013年3月，協(xié)同集團收購IPSTAR在中國（包括香港及澳門）于服務(wù)期內(nèi)的頻寬容量、頻寬容量服務(wù)以及寬帶互聯(lián)網(wǎng)連接傳輸及其他應(yīng)用方案的使用權(quán)。2013年4月，協(xié)同集團正式將IPSTAR衛(wèi)星在中國的名稱更改為“協(xié)同一號”。IPSTAR衛(wèi)星是世界第一顆新一代寬帶通信衛(wèi)星，傳輸速率為40吉比特/秒以上，其帶寬容量幾乎相當于目前在亞洲地區(qū)服務(wù)的所有通信衛(wèi)星容量的總和。

2. 動中通衛(wèi)星通信指揮車

動中通衛(wèi)星通信指揮車主要包括：

（1）移動裝載平臺

選用具有馬力大、行使性能優(yōu)越、載重量大、內(nèi)部空間寬敞等特點的車輛，除了安裝衛(wèi)星動中通傳輸系統(tǒng)外，還需要安裝其他通信設(shè)備。移動轉(zhuǎn)載平臺采用多種供電方式，包括UPS電源、市電、取力發(fā)電機等。

（2）傳輸子系統(tǒng)

⊙ 動中通衛(wèi)星通信。動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)除了具有衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域廣、不受地形地域限制、傳輸線路穩(wěn)定可靠的優(yōu)點外，真正實現(xiàn)了寬帶、移動通信的目的。是在衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)上增加自主跟蹤系統(tǒng)，主要包括衛(wèi)星天線、天線伺服、功放、調(diào)制解調(diào)器等部分。動中通系統(tǒng)可自動、快速、精確地跟蹤衛(wèi)星信號，保證天線波束在載體運動、搖擺、顛簸過程中維持對衛(wèi)星的準確指向。通過動中通衛(wèi)星通信系統(tǒng)，在移動載體上搭建起一個實時的衛(wèi)星通信平臺，不間斷地實現(xiàn)話音、數(shù)據(jù)、視頻、圖像等業(yè)務(wù)的傳遞。動中通衛(wèi)星通信車能在20～100km/h的行駛速度下通過衛(wèi)星雙向傳送數(shù)據(jù)，保障運動載體在移動過程中不間斷進行寬帶多媒體衛(wèi)星通信。

⊙ 2G/3G VPN網(wǎng)關(guān)。提供通過2G/3G公網(wǎng)傳輸數(shù)據(jù)的安全通道。

⊙ Wi-Fi無線網(wǎng)橋傳輸子系統(tǒng)。通過Wi-Fi無線傳輸?shù)姆绞剑瑢崿F(xiàn)兩輛或多輛通信車之間互聯(lián)互通。

（3）短波車載電臺

用于通信車和地面指揮中心之間的語音通信聯(lián)絡(luò)，其功率為數(shù)十瓦至數(shù)千瓦，一般使用鞭形天線或雙極天線，頻段為1.6～30兆赫。

（4）綜合調(diào)度系統(tǒng)

⊙ 數(shù)字集群通信子系統(tǒng)。數(shù)字集群支持單工和雙工通話，單工通話采用PTT（Push To Talk）按鍵，以一按即通的方式接續(xù)，被叫無須摘機即可接聽，接續(xù)速度快（約500ms），能支持群組呼叫、緊急呼叫、用戶優(yōu)先級控制、系統(tǒng)強插強拆、脫網(wǎng)直通等功能。

⊙ 音視頻采集。通過車外攝像頭、3G單兵圖傳終端、微波單兵圖傳終端對現(xiàn)場語音和圖像進行采集。

⊙ 視頻會議。通信指揮車之間以及通信指揮車和地面指揮中心之間可召開視頻會議。

⊙ 語音、視頻、數(shù)據(jù)綜合調(diào)度。通信指揮車內(nèi)的調(diào)度臺可對固定話機、集群終端進行語音調(diào)度，對攝像頭、微波單兵圖傳采集的圖像進行存儲、轉(zhuǎn)發(fā)、分發(fā)等視頻調(diào)度，可把語音終端和視頻采集終端綁定在一起進行音視頻聯(lián)動。

3. 地面指揮中心

地面指揮中心主要包括：

（1）傳輸子系統(tǒng)

⊙ 固定衛(wèi)星通信。包括衛(wèi)星固定天線、功放、調(diào)制解調(diào)器等設(shè)備。

⊙ VPN網(wǎng)關(guān)。提供通過互聯(lián)網(wǎng)接入的安全通道。

（2）短波基地臺

通過短波通信網(wǎng)與一輛或多輛通信指揮車進行語音通信。

（3）綜合調(diào)度子系統(tǒng)

⊙ 視頻會議。通信指揮車之間以及通信指揮車和地面指揮中心之間可召開視頻會議。

⊙ 語音、視頻、數(shù)據(jù)綜合調(diào)度。地面指揮中心的調(diào)度臺可對固定話機、集群終端進行語音調(diào)度，對攝像頭、微波單兵圖傳采集的圖像進行存儲、轉(zhuǎn)發(fā)、分發(fā)等視頻調(diào)度，可把語音終端和視頻采集終端綁定在一起進行音視頻聯(lián)動。

3.3 系統(tǒng)特點

系統(tǒng)功能特點如下：

（1）通信車和指揮中心之間存在互為補充的多種通信方式：衛(wèi)星鏈路；2G/3G公網(wǎng)；短波電臺。

（2）通信車有多種供電方式：市電；UPS電源；取力發(fā)電機。

（3）視頻會議：地面指揮中心可以和一輛或多輛通信指揮車進行視頻會議。

（4）微波單兵視頻回傳：工作人員攜帶微波單兵終端深入現(xiàn)場，可將圖像從現(xiàn)場（建筑物內(nèi)、街道、廣場、災(zāi)害現(xiàn)場等）傳到后方的指揮車；再經(jīng)2G/3G或衛(wèi)星鏈路傳輸?shù)街笓]中心。

（5）3G單兵視頻回傳：工作人員攜帶3G單兵終端深入現(xiàn)場，可將圖像傳到指揮中心；3G單兵圖傳終端除了將圖像從現(xiàn)場傳到指揮中心，可通過耳麥和PTT按鍵接受和發(fā)起語音對講，與調(diào)度中心進行雙向語音聯(lián)絡(luò)。

（6）語音調(diào)度：單車下的通信終端（固定話機、集群手持機等）可互通；數(shù)字集群網(wǎng)可在衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)或存在2G/3G公網(wǎng)的地方機動搭建，有效擴展數(shù)字集群網(wǎng)的覆蓋范圍；不同應(yīng)急車通過無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋，組建應(yīng)急車群，實現(xiàn)多車互通；現(xiàn)場應(yīng)急車和指揮中心之間通過衛(wèi)星鏈路或2G/3G公網(wǎng)實現(xiàn)互通。

（7）視頻監(jiān)控：應(yīng)急車上的車載調(diào)度臺可以實時監(jiān)控單兵設(shè)備視頻；遠端指揮中心可以實時監(jiān)控應(yīng)急車上監(jiān)控終端的視頻和單兵視頻，為指揮決策提供準確依據(jù)。

4 結(jié)束語

本通信保障系統(tǒng)全時空、全方位、專公網(wǎng)互補、天地一體，按需使用并存的多種通信手段，融合有線、無線網(wǎng)絡(luò)，提供強大的多媒體傳輸及處理能力，極大地保障了通信的可靠性。既能在日常巡邏中使用，又能在應(yīng)急現(xiàn)場使用，多種傳輸通道相互補充、相互備份，日常巡邏時能充分發(fā)揮2G/3G公網(wǎng)的作用，突發(fā)事件時能充分發(fā)揮以衛(wèi)星為主體的廣域通信系統(tǒng)的作用，確保應(yīng)急通信的安全可靠。

[1] 丁龍剛． 衛(wèi)星通信技術(shù)[M]．北京：機械工業(yè)出版社，2005

[2] 周文虎． “動中通”用衛(wèi)星實現(xiàn)應(yīng)急通訊[J]．上海信息化，2010(08)

[3] 鄭祖輝，陸錦華．數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2008

Constructing Satellite Communication Network and Terrestrial Communication Network for Space-Earth Communication System

He Jiafu，F(xiàn)eng Yizhi

According to the features of police communication system, this article combined the advantages of satellite communication network and terrestrial communication network, the advantages of private network and public network. It provided a solution to build Space-Earth communication system. It also discussed the building ideas, system topology, components and features of the Space-Earth system.

Space-Earth; Satellite Communication; Satcom On The Move, Digital Trunked System; Public Network; Integrated Dispatching System

10.3969/j.issn.1672-7274.2014.01.003

TN510

A

1672-7274（2014）01-0013-04

何家富，男，1971年生，博士后，協(xié)同通信集團產(chǎn)品中心總工程師，衛(wèi)星系統(tǒng)產(chǎn)品線總經(jīng)理。

馮藝芝，男，1975年生，協(xié)同通信集團產(chǎn)品中心產(chǎn)品策劃總監(jiān)。