公共應(yīng)急關(guān)鍵通信在5G時(shí)代的發(fā)展思考

王賽男

摘要：本文總結(jié)歸納了傳統(tǒng)的公共應(yīng)急關(guān)鍵通信技術(shù)及其對(duì)應(yīng)急響應(yīng)任務(wù)支撐的適用性和有效性，針對(duì)我國(guó)公共應(yīng)急事業(yè)，提出公共應(yīng)急無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和協(xié)調(diào)方案建議，最后審慎探討了寬帶化演進(jìn)潮流下傳統(tǒng)窄帶公共應(yīng)急關(guān)鍵通信技術(shù)可能的發(fā)展方向。

關(guān)鍵詞：公共應(yīng)急 語(yǔ)音調(diào)度 語(yǔ)音指揮

對(duì)公共應(yīng)急事業(yè)來(lái)說(shuō)，關(guān)鍵通信的核心是能夠在關(guān)鍵時(shí)刻挽救消防員的生命?！霸谧钗＜钡那闆r下，無(wú)線(xiàn)電是連接消防隊(duì)員與指揮員和外界援助的生命線(xiàn)”[3]。無(wú)線(xiàn)電臺(tái)對(duì)于消防員的重要性，不亞于空氣呼吸器、防護(hù)服和面罩。

消防員在火場(chǎng)戰(zhàn)斗中使用最多的通信方式是單頻直通（DMO），這種通信模式不依賴(lài)任何通信基礎(chǔ)設(shè)施，事實(shí)上，公共應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)的基站也不可能覆蓋所有的建筑，而在所有的建筑內(nèi)部部署公共應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)室內(nèi)分布系統(tǒng)，在經(jīng)濟(jì)上也是不允許的?！霸谙罉I(yè)務(wù)應(yīng)用中，脫網(wǎng)通信是強(qiáng)制要求的。如果系統(tǒng)不能覆蓋所有建筑物的內(nèi)部——這是必然的——那么就需要具備與火場(chǎng)上的所有人員保持通信的脫網(wǎng)能力。我們使用LMR系統(tǒng)的原因是，一般來(lái)說(shuō)，它們提供的通信是商業(yè)網(wǎng)絡(luò)所沒(méi)有的?！盵3]。事實(shí)上，消防員不僅更青睞單頻直通，也更愿意用模擬常規(guī)，實(shí)踐證明模擬比數(shù)字傳得更遠(yuǎn)，在惡劣、復(fù)雜的環(huán)境中，模擬信號(hào)的“健壯性”比數(shù)字信號(hào)更強(qiáng)，雖然模擬語(yǔ)音的質(zhì)量在大多數(shù)情況下不如數(shù)字信號(hào)。但是模擬信號(hào)的語(yǔ)音質(zhì)量隨著信號(hào)強(qiáng)度的降低幾乎是線(xiàn)性下降的，自然地就能夠提示消防員信號(hào)水平在降低，消防員能夠依此做出對(duì)環(huán)境的判斷。相比之下，數(shù)字語(yǔ)音質(zhì)量在較低信號(hào)水平時(shí)會(huì)陡降，聲音會(huì)很快徹底消失。對(duì)消防員來(lái)說(shuō)，模擬與數(shù)字，孰優(yōu)孰劣，即使在5G已經(jīng)到來(lái)的今天，仍然不能妄下定論。

當(dāng)消防員與隊(duì)友因?yàn)榻ㄖ飪?nèi)部結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜而無(wú)法通過(guò)直通頻進(jìn)行通信的時(shí)候，就需要中轉(zhuǎn)臺(tái)來(lái)輔助通信，最簡(jiǎn)單的中轉(zhuǎn)臺(tái)是人——如果火場(chǎng)最深處的消防員電臺(tái)發(fā)出的呼叫無(wú)法被現(xiàn)場(chǎng)指揮員直接接收到，那么火場(chǎng)中的其他消防員可以充當(dāng)“人肉轉(zhuǎn)發(fā)器”，把隊(duì)友的呼叫重復(fù)一遍給指揮員。如果消防電臺(tái)可以自動(dòng)中轉(zhuǎn)，哪怕只能中轉(zhuǎn)一次，也可以解決幾乎大部分建筑物內(nèi)的通信死角問(wèn)題;如果可以支持3～4跳中轉(zhuǎn)，那么即使在超大型綜合體內(nèi)，消防員的活動(dòng)自由度也會(huì)非常大。在指揮員與消防戰(zhàn)斗員之間，火場(chǎng)內(nèi)的消防電臺(tái)的數(shù)量是足夠形成冗余的，相比之下，依賴(lài)單個(gè)中轉(zhuǎn)臺(tái)或者集群系統(tǒng)的話(huà)，反而會(huì)形成單點(diǎn)故障。

便攜式電臺(tái)的功率畢竟有限，當(dāng)發(fā)射和接收電臺(tái)距離超過(guò)幾公里的時(shí)候，直通模式就無(wú)能為力。如果要在更大區(qū)域內(nèi)進(jìn)行通信，就不得不借助通信基礎(chǔ)設(shè)施，最簡(jiǎn)單的就是建設(shè)固定的中轉(zhuǎn)臺(tái)，把天線(xiàn)架高，使用一對(duì)頻點(diǎn)（上行和下行），發(fā)射電臺(tái)在上行頻點(diǎn)上發(fā)射，中轉(zhuǎn)臺(tái)在上行頻點(diǎn)上接收，然后立即（下一個(gè)時(shí)隙）在下行頻點(diǎn)上發(fā)射，接收電臺(tái)在下行頻點(diǎn)上接收。過(guò)去三十年，我國(guó)的消防通信基本都是采用這種常規(guī)中轉(zhuǎn)方式，消防部門(mén)通常擁有少量的雙頻點(diǎn)和單頻點(diǎn)資源，分別用于城域中轉(zhuǎn)通信和火場(chǎng)直通頻通信。在事故現(xiàn)場(chǎng)，有限的頻點(diǎn)會(huì)被劃分用于指揮、戰(zhàn)斗、保障等等。

為了改善中轉(zhuǎn)臺(tái)的發(fā)射和接收效果，很多地方的消防無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)會(huì)采用同播技術(shù)，這樣在重疊覆蓋區(qū)域的信號(hào)會(huì)得到增強(qiáng)而不是互相干擾。對(duì)于頻率資源有限的消防部門(mén)來(lái)說(shuō)，這種方式即能夠獲得更大的覆蓋范圍，又節(jié)省頻點(diǎn)。

還有一種模式是集群。“集群”的概念是相對(duì)于“常規(guī)”來(lái)講的。常規(guī)無(wú)線(xiàn)（直通頻和中轉(zhuǎn)通信）被使用的時(shí)間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)早于集群通信，使用的頻次也遠(yuǎn)高于集群通信，現(xiàn)在依然是這樣，未來(lái)10到15年恐怕也將如此。

常規(guī)無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)足夠簡(jiǎn)單，一個(gè)頻點(diǎn)被分配給一個(gè)工作組使用，如果可供使用的頻點(diǎn)數(shù)量少于工作組的數(shù)量，就需要多個(gè)工作組共用一個(gè)頻點(diǎn)。當(dāng)F1頻點(diǎn)被占用，而F2頻點(diǎn)空閑的時(shí)候，被指定了只能使用F1頻點(diǎn)的工作組也只能等待，頻率資源的利用率比較低。為了解決這個(gè)問(wèn)題，專(zhuān)用通信設(shè)備商開(kāi)發(fā)了集群無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)。在集群無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)中，所有的電臺(tái)都守候在一個(gè)控制信道（指定的頻點(diǎn)和時(shí)隙）上，而不是像常規(guī)系統(tǒng)那樣守候在各自指定的頻點(diǎn)上。當(dāng)需要講話(huà)時(shí)，按下PTT鍵，電臺(tái)在控制信道上向系統(tǒng)申請(qǐng)講話(huà)權(quán)，如果這個(gè)時(shí)候有空閑信道資源可用，系統(tǒng)就會(huì)為這次呼叫分配一個(gè)業(yè)務(wù)信道（指定的頻點(diǎn)和時(shí)隙），并把業(yè)務(wù)信道號(hào)發(fā)送給講話(huà)的電臺(tái)和它所在組的其他電臺(tái)，要講話(huà)的電臺(tái)就轉(zhuǎn)到這個(gè)業(yè)務(wù)信道去發(fā)射，組內(nèi)的其他電臺(tái)也轉(zhuǎn)到這個(gè)業(yè)務(wù)信道去接收。這樣所有的頻點(diǎn)資源都能夠被充分利用，不再會(huì)出現(xiàn)常規(guī)系統(tǒng)那樣的資源浪費(fèi)的情況。

資源總是不夠用的，即使集群系統(tǒng)提高了資源利用率，也總會(huì)出現(xiàn)同時(shí)要講話(huà)的通話(huà)組數(shù)量比系統(tǒng)可用的信道數(shù)量多的情況，這個(gè)時(shí)候，為了保障更緊急的呼叫優(yōu)先使用信道資源，集群系統(tǒng)賦予通話(huà)組和用戶(hù)不同的等級(jí)，依此來(lái)決定在信道資源被全部占用的情況下，按照優(yōu)先級(jí)策略來(lái)分配信道資源給通話(huà)組和用戶(hù)。

依賴(lài)中轉(zhuǎn)臺(tái)、集群基站的公共應(yīng)急無(wú)線(xiàn)系統(tǒng)，通常被用來(lái)保障城域范圍內(nèi)的通信，包括事故發(fā)生時(shí)首戰(zhàn)力量、戰(zhàn)勤保障力量和增援力量的調(diào)動(dòng)，各戰(zhàn)斗隊(duì)伍集結(jié)途中的聯(lián)絡(luò)，與交管、巡警等部門(mén)的協(xié)調(diào)等。大部分公共應(yīng)急救援任務(wù)都在本地執(zhí)行，跨省的協(xié)同作戰(zhàn)比較罕見(jiàn)，按照我國(guó)的國(guó)情，各省、各地市都可能因地制宜提出本省、本地市的公共應(yīng)急無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)和協(xié)調(diào)方案，例如：

·公安350兆資源緊張的地方，可以以地市為單位，消防/應(yīng)急部門(mén)獨(dú)立建設(shè)覆蓋城鎮(zhèn)區(qū)域的370兆應(yīng)急無(wú)線(xiàn)網(wǎng)，與公安350兆無(wú)線(xiàn)網(wǎng)平行，有條件的地方可以進(jìn)行互聯(lián)互通。

·公安350兆資源相對(duì)充足的地方，消防/應(yīng)急部門(mén)可以自建370兆應(yīng)急無(wú)線(xiàn)網(wǎng)的核心網(wǎng)和少量基站，同時(shí)利用公安350兆PDT網(wǎng)絡(luò)和已劃給消防部門(mén)使用的資源，與公安350兆無(wú)線(xiàn)網(wǎng)平行、互補(bǔ)，有條件的地方可以進(jìn)行互聯(lián)互通。

·公安350兆無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)建設(shè)非常完善，覆蓋優(yōu)良的地區(qū)，消防/應(yīng)急部門(mén)完全可能全部使用公安350兆PDT網(wǎng)絡(luò)，這樣與交管、巡警等部門(mén)完全共用一個(gè)系統(tǒng)，省去了大量協(xié)同互通的環(huán)節(jié)，應(yīng)急救援處置會(huì)更加高效。

5G已經(jīng)來(lái)了，我國(guó)的公共應(yīng)急無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)將如何發(fā)展、演進(jìn)？寬窄融合似乎是必然的方向，誰(shuí)融入誰(shuí)？怎樣融合？還遠(yuǎn)沒(méi)有定論。業(yè)界對(duì)美國(guó)FirstNet的追捧甚囂塵上，我們不妨來(lái)看看美國(guó)消防管理局 2016 年 6 月發(fā)布的《消防業(yè)務(wù)語(yǔ)音無(wú)線(xiàn)通信指南》在講到FirstNet時(shí)提出的幾個(gè)原則：

·如果今天已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的主要功能被排除在未來(lái)的系統(tǒng)之外，那么最昂貴的通信系統(tǒng)也沒(méi)有什么用處。

·選擇最好的技術(shù)組合，在不影響任務(wù)的前提下縮?。ㄗ鲬?zhàn)需求、聯(lián)邦、州和本地的強(qiáng)制要求與當(dāng)前系統(tǒng)之間的）差距。在做決定時(shí)，要牢記消防員的安全、任務(wù)的有效性和長(zhǎng)期的可持續(xù)性。

·如果要用FirstNet任務(wù)關(guān)鍵語(yǔ)音系統(tǒng)取代LMR系統(tǒng)，它必須要么提供覆蓋所有地方的能力，要么提供一種允許各單位直接通信而無(wú)需基礎(chǔ)設(shè)施的脫網(wǎng)能力。

寬帶化演進(jìn)之外，專(zhuān)用通信設(shè)備商更應(yīng)向內(nèi)審視，窄帶無(wú)線(xiàn)技術(shù)的應(yīng)用方面加大投入，切實(shí)理解和挖掘消防/應(yīng)急用戶(hù)的需求和痛點(diǎn)，創(chuàng)新窄帶技術(shù)的應(yīng)用模式，例如，探索PDT系統(tǒng)信道帶寬進(jìn)一步窄帶化6.25KHz的可行性，使頻譜利用率再翻倍;利用分集接收、MIMO等技術(shù)，使接收靈敏度進(jìn)一步提高，提供更大的鏈路預(yù)算，獲得更遠(yuǎn)的通信距離和穿透性能;開(kāi)發(fā)支持多跳中轉(zhuǎn)的消防電臺(tái)等。

總之，商業(yè)的本質(zhì)是用產(chǎn)品滿(mǎn)足用戶(hù)的需求，在專(zhuān)用通信領(lǐng)域和公共應(yīng)急領(lǐng)域，其用戶(hù)肩負(fù)的是人命關(guān)天的責(zé)任，該領(lǐng)域的企業(yè)不應(yīng)該用消費(fèi)者領(lǐng)域 “一流的公司創(chuàng)造需求”的理論來(lái)給自己洗腦和引導(dǎo)用戶(hù)。

參考資料

1.應(yīng)急管理信息化發(fā)展戰(zhàn)略規(guī)劃框架（2018-2022年）概要版，應(yīng)急管理部科技和信息化司

2.應(yīng)急指揮信息化與通信保障能力建設(shè)技術(shù)規(guī)范，應(yīng)急管理部科技和信息化司

3.《消防業(yè)務(wù)語(yǔ)音無(wú)線(xiàn)通信指南》第二版，美國(guó)消防管理局

4.《通信電臺(tái)是消防員的生命線(xiàn)》，陳建明