卫星传输在3G应急通信中应用

宋 波，赵小江，董 波，曾明浩

（中国电信杭州分公司无线中心，浙江 杭州 310016）

0 引言

中国的3G牌照发放及正式运营以来，中国电信3G网络（EV-DO网络）已其卓越的品质赢得的广泛用户的青睐。借助EV-DO网络，中国电信全业务运营范围得到了进一步完善和深化，同时也触发了3G业务的纵深发展需求。在发生突发灾难时候，保障视频通信等3G业务，是今后非常值得思考。

当今台风、洪涝、地震、森林火灾等自然灾害越加频繁和严重，经常对通信造成灾难性中断；经济的快速发展，大型的社会活动日益频繁，也经常造成局部区域通信拥塞现象。国家和人民群众对通信的依赖性越来越强，通信业务的需求也将越来越广泛，对现场通信保障从传统的语音为主将逐步向语音和视频等数据并重的需求转变。3G应急通信将着重在两个方面应用：①灾害形成通信孤岛时，如抗台抢险中，在台风灾害经常造成通信孤岛时，如何保障现场指挥部的重要通信，发送现场灾害情况的视频信息，以提供高效快速的指挥和调度；②应党、政、军等的要求，对重要现场通信进行保障。

1 当前电信3G的网络结构和应急通信车

（1）当前中国电信3G网络结构

图 1中，接入终端（AT，Access Termination），例如3G手机、3G多媒体通信设备（内置3G数据卡）；基站（BTS），基站控制器（BSC），其中BSC包含分组数据服务节点（PCF）模块，是分组控制功能模块。上图红圈内的三个设备是分组域的核心设备。分组数据服务节点(PDSN,Packet Data Serving Node)，是 CDMA 1X分组网里的关键设备，它完成无线网络及IP网络的连接，起着桥梁的作用。PDSN和移动终端建立PPP连接，把终端送过来的PPP的数据转换成标准的IP数据，并路由到IP网络。同时将网络来的IP数据封装在PPP里传送给终端，将PCF来的计费参数和自身统计的计费参数结合形成UDR格式传送给AAA；AAA则负责用户的认证、授权、计费消息采集、计费详单文件的生成，它根据用户名判断用户申请的业务类型，每个用户名代表一种业务。AN-AAA是3G阶段新增加的鉴权接入设备，执行3G用户的接入认证和授权功能。

图1 EV-DO网络结构

在应急通信保障中，依托“全球眼”平台及CDMA1X/EV-DO无线网络，开展无线视频业务；利用AAA建立无线VPDN业务，实现安全隧道访问企业内部网络的一种业务，保证了可靠性和安全性。

（2）现有综合应急通信车

3G综合应急通信车根据不同地区和不同的业务场景需求，应急通信车的配置各有所不同，如图2所示。常见综合业务应急通信车包括卫星传输系统；无线图传监控系统；有线、无线传输系统；移动通信基站系统；数据通信系统；可视电话会议系统；电力供给系统；天线升降系统等。

图2 应急通信车示例

2 在灾害中3G应急保障需求

而在一旦某区域发生重大灾难，如图3所示，灾害地区的基站传输将中断，而传输通道实际上很难在短时间间内修复，因此采用 3G应急通信车进行提供现场重点应急通信保障，显得尤为重要。

应急通信车与大网传输方式中，常用微波传送和卫星通信两种方式。而微波传送常受障碍物阻挡，影响其使用访问。卫星传输由于其快速灵活，受地理条件约束小等特点，是应急通信经常采用的有效传输手段。因此在3G时代，3G业务应急通信保障迫切需要引入卫星传输手段。

3 3G通信基于卫星传输实现原理

[1-2]，以BTS基站向BSC的反向传输过程为例，如图4所示。

图3 灾害中3G通信中断

图4 基于卫星传输设备连接示意

①由基站引出的2 M线路首先与综合应急通信车上的卫星信号中频调制解调器相连接，通过选择合适的传输协议，将基带信号上混频至70 M左右的中频；

②然后由中频调制解调器将混频信号送至卫星系统的变频单元，将信号再次上混频至适合卫星传输的微波波段；

③射频单元提供相应的信号功率增益，然后车载卫星天线将信号定向发送至指定卫星进行转发；

④卫星地球站（固定站）接收到指定卫星转发的信号后，首先通过变频单元将其下混频至中频，并将信号送至位于固定站的中频调制解调器；

⑤中频调制解调器以一定的协议将信号下混频还原成原有的基带信号，并通过2 M线上连至汇聚单元，然后与基站控制器BSC相连。信号到达BSC后分两路，语音业务数据送往端局设备（MGW/MSCe），数据业务则通过分组控制单元PCF送往分组域（PDSN）。对于EVDO业务，去往PDSN前还要进行接入认证（AN-AAA）。

BSC向BTS的前向链路传输过程与以上所述大致相同，只是信号在地面固定站进行调制后通过卫星天线发送至卫星，然后由车载卫星系统接收到信号并解调后传送给车载CDMA基站。

4 利用卫星传输3G应急通信的特点

卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。静止卫星在赤道上空3 600 km，卫星在空中起中继站的作用，即把地球站发上来的电磁波放大后再返送回另一地球站。地球站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫星系统形成链路。因此其优点主要包括：

①通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖进行的范围均可进行通信；

②不易受陆地灾害影响；

③建设速度快。

但是卫星传输固有其以上优点，同样也呈现其他特点：

（1）时延长

通过卫星传输3G通信信号，需要经历基带信号调制、上变频、上星、卫星信道转换处理、落地、下变频和基带信号解调等多个阶段，需要一定的空间传播时间和信号处理时间，卫星传输电磁波传播距离有72 000 km，因此时延较大（时延在500 ms以上），这对通信设备要求较高，信号传输可能产生较大的延迟。需要在 BSC/PCF对数据业务的时延的容忍性进行优化设计。

（2）环境影响大

卫星传输过程中，存在着信号能量的衰耗。并且该衰耗并非是保持不变的。天气的变化，会引起不同程度的衰耗。例如雨天、雪天等恶劣气候更是会对信号强度产生巨大影响，且衰耗程度不断变化，信号强度存在不稳定性，因此对卫星接收天线的质量要求更加严格。

（3）卫星信道带宽有限

卫星传输的信道资源是十分有限的，应用通信中可开通的带宽要视当时具体资源可利用情况而定，一般情况下只有2 M到4 M的带宽可利用，这就意味着信道容量是有限的，而且考虑到卫星传输的保护带宽，实际可利用带宽还要更小,可能会成为3G接入能力的瓶颈,因此视频和图像的高压缩效率显得尤为重要。

5 结语

3G应急通信车通过卫星通信作为传输手段，实现普通传输方式无法到达或遭破坏情况下，在救灾抢险、政府指挥等场合提供3G快速综合接入。通过视频实现抗灾指挥部第一时间掌握现场情况，实现政令通达，工作方案快速部署，提高救灾抢险的效率，减少人民群众人员伤亡和财产损失。同时3G应急通信，也将在会议展会、大型户外轰动等场合不断拓展服务应用，利用卫星通信实现3G应急通信快速、灵活的接入，同样也拓展了3G的应用。相信在3G时代，综合应急移动通信将取得更好的社会效益和经济效益。

参考文献

[1] 卞瑜,黄国策CDMA卫星通信系统功率控制研究[J].通信技术, 2008,41(02):129-131.

[2] 侯柳英,徐慨,王路.卫星通信系统在上、下行综合干扰条件下的性能分析[J].通信技术,2008,41(12):130-131,134.