构建卫星网络与地面网络天地一体的通信保障系统

何家富，冯艺芝

（协同通信集团有限公司，深圳 518000）

构建卫星网络与地面网络天地一体的通信保障系统

何家富，冯艺芝

（协同通信集团有限公司，深圳 518000）

本文根据公安系统通信的特点，结合卫星通信网络和地面通信网络的优势、专网和公网的优势，提出一种构建天地一体通信保障系统的方案，并详细讨论了天地一体通信保障系统的构建思路、系统拓扑、系统组成及系统特点。

天地一体；卫星通信；动中通；数字集群；公网；综合调度

1 引言

公安系统通信主要分为两大类：一是日常警务通信，包括交通指挥、治安巡逻；二是应急通信，包括维稳处突、重大灾害救助、大型活动的安全保卫。

天地一体通信保障系统把卫星通信和地面各种通信系统结合在一起，相互结合、相互补充，构成多手段、多路由、多业务的融合通信网络，充分利用卫星通信、短波电台、2G/3G移动公网、Wi-Fi等通信设施和手段组成融合通信平台，同时满足日常通信和应急通信两大类需求，日常通信以2G/3G公网为主，短波电台和卫星通信为辅；应急通信以卫星通信为主，2G/3G公网和短波电台为辅。当处置突发事件、自然灾害事故时，为各种现场提供图像、话音、传真、数据等多种通信业务服务，为领导提供实时、准确的现场实况，为正确决策和指挥一线工作提供直观、可靠的第一手资料，提高公安机关快速反应、统一指挥、协同作战能力。

2 卫星通信在公安通信保障中的作用

卫星通信是现代通信的一种重要手段，在全球已获得广泛应用。同时具有机动、灵活、实施性好的特点，当重大自然灾害发生，在地面线路受到严重破坏时，卫星通信能发挥其独特的、难以替代的作用。

动中通卫星通信指挥车快速实现现场与后方指挥中心之间图像、语音、视频和数据的通信。对现场的图像进行采集、监控、编码和转换；提供现场的语音交换；提供现场的计算机局域网（无线和有线）以及和其他应急基础数据库平台实现网络连接。

动中通卫星通信系统包括宽带卫星、动中通卫星通信车系统及卫星地面站系统，系统能满足以下要求：

⊙ 能实现在任意时间、任意地点建立事发现场与各级指挥中心的综合业务数据（语音、数据、图像、视频）的互联互通；

⊙ 具有双向通信能力，能以透明数据传输方式实现数据、视频、图像、VOIP电话等数据通信。卫星通信设备通过IP接口传输任何TCP/IP，UDP协议的数据信息；

⊙ 具备IP通道加密功能，通过商用加密机对所有传输信息进行加密；

⊙ 能与地面有线通信网络和公安无线通信网络相结合，互为补充、相互支持，实现天地一体的通信网络；

⊙ 能满足公安指挥必须具有的功能、性能、安全要求，具备公安常规通信能力，为日常指挥、大型活动安全保卫以及突发事件处置决策、指挥提供服务。

3 天地一体公安通信保障系统构建方案

3.1 系统构建思路

天地一体通信系统由空间段和地面段组成，空间段是宽带通信卫星，地面段包含卫星固定地面站和动中通卫星通信指挥车，通信指挥车和地面指挥中心（与卫星固定地面站相连）存在多种通信手段：卫星链路、短波通信、2G/3G网络，每种通信手段各有优缺点，相互补充、互为备份。卫星通信虽然非常适合应急、突发事件时的指挥调度，使应急指挥调度不受地理条件的限制，但使用的相对成本高；通过短波电台通信，能传输一定的通信距离，话音业务有一定优势，但多媒体能力不足，难以传输图像、视频等现场的必要信息，适合作为应急、突发事件时的辅助通信手段；2G/3G网络能够传输语音、视频、图像、数据等多媒体内容，但在应急、突发事件时公共网络可能拥塞甚至完全瘫痪，适合在日常巡逻等非突发情况下使用。对于卫星通信指挥车之间的通信，可通过卫星传输网络通信，在距离不远时（相距几公里）也可通过Wi-Fi无线网桥进行通信，指挥车与指挥车之间机动组成局域网，进一步增强互联互通的手段。如图1所示。

图1 天地一体通信系统基本框架

本系统是多手段、多路由、多业务的融合通信网络，同时满足日常巡逻、应急指挥的通信保障要求。

天地一体通信保障系统的业务能力如下：

⊙ 通过短波电台，在日常巡逻、应急指挥时，通信指挥车和地面指挥中心可随时进行语音通信；

⊙ 在动中通卫星通信车周围，机动搭建数字集群网，现场工作人员通过集群终端可以接受车内人员、地面指挥中心人员的指挥调度，使日常巡逻、应急指挥的调度指令迅速传达到现场工作人员；

⊙ 通过车外摄像头可把指挥车周围的图像实时传输到地面指挥中心；

⊙ 通过3G单兵图传终端，工作人员可深入现场，把现场的音视频回传到地面指挥中心；

⊙ 通过微波单兵图传终端，现场人员回传的音视频可到达通信指挥车和地面指挥中心；

⊙ 通过车内摄像头、话筒、音箱和视频会议终端，通信指挥车之间以及地面指挥中心可召开视频会议。

3.2 系统方案

3.2.1 系统拓扑

天地一体通信保障系统拓扑图如图2所示。

图2 天地一体通信系统拓扑

3.2.2 系统组成

天地一体通信保障系统由空间段和地面段组成，空间段是宽带通信卫星，地面段包含卫星固定地面站和动中通卫星通信指挥车。

1. 宽带卫星

宽带卫星能为语音、数据、图像和视频等多媒体和高速数据提供一种无所不在的通信方式，而视频采集和回传、视频会议是公安通信保障系统的重要内容，宽带卫星为这些多媒体业务提供传输的基本条件。

2013年3月，协同集团收购IPSTAR在中国（包括香港及澳门）于服务期内的频宽容量、频宽容量服务以及宽带互联网连接传输及其他应用方案的使用权。2013年4月，协同集团正式将IPSTAR卫星在中国的名称更改为“协同一号”。IPSTAR卫星是世界第一颗新一代宽带通信卫星，传输速率为40吉比特/秒以上，其带宽容量几乎相当于目前在亚洲地区服务的所有通信卫星容量的总和。

2. 动中通卫星通信指挥车

动中通卫星通信指挥车主要包括：

（1）移动装载平台

选用具有马力大、行使性能优越、载重量大、内部空间宽敞等特点的车辆，除了安装卫星动中通传输系统外，还需要安装其他通信设备。移动转载平台采用多种供电方式，包括UPS电源、市电、取力发电机等。

（2）传输子系统

⊙ 动中通卫星通信。动中通卫星通信系统除了具有卫星通信覆盖区域广、不受地形地域限制、传输线路稳定可靠的优点外，真正实现了宽带、移动通信的目的。是在卫星通信系统的基础上增加自主跟踪系统，主要包括卫星天线、天线伺服、功放、调制解调器等部分。动中通系统可自动、快速、精确地跟踪卫星信号，保证天线波束在载体运动、摇摆、颠簸过程中维持对卫星的准确指向。通过动中通卫星通信系统，在移动载体上搭建起一个实时的卫星通信平台，不间断地实现话音、数据、视频、图像等业务的传递。动中通卫星通信车能在20～100km/h的行驶速度下通过卫星双向传送数据，保障运动载体在移动过程中不间断进行宽带多媒体卫星通信。

⊙ 2G/3G VPN网关。提供通过2G/3G公网传输数据的安全通道。

⊙ Wi-Fi无线网桥传输子系统。通过Wi-Fi无线传输的方式，实现两辆或多辆通信车之间互联互通。

（3）短波车载电台

用于通信车和地面指挥中心之间的语音通信联络，其功率为数十瓦至数千瓦，一般使用鞭形天线或双极天线，频段为1.6～30兆赫。

（4）综合调度系统

⊙ 数字集群通信子系统。数字集群支持单工和双工通话，单工通话采用PTT（Push To Talk）按键，以一按即通的方式接续，被叫无须摘机即可接听，接续速度快（约500ms），能支持群组呼叫、紧急呼叫、用户优先级控制、系统强插强拆、脱网直通等功能。

⊙ 音视频采集。通过车外摄像头、3G单兵图传终端、微波单兵图传终端对现场语音和图像进行采集。

⊙ 视频会议。通信指挥车之间以及通信指挥车和地面指挥中心之间可召开视频会议。

⊙ 语音、视频、数据综合调度。通信指挥车内的调度台可对固定话机、集群终端进行语音调度，对摄像头、微波单兵图传采集的图像进行存储、转发、分发等视频调度，可把语音终端和视频采集终端绑定在一起进行音视频联动。

3. 地面指挥中心

地面指挥中心主要包括：

（1）传输子系统

⊙ 固定卫星通信。包括卫星固定天线、功放、调制解调器等设备。

⊙ VPN网关。提供通过互联网接入的安全通道。

（2）短波基地台

通过短波通信网与一辆或多辆通信指挥车进行语音通信。

（3）综合调度子系统

⊙ 视频会议。通信指挥车之间以及通信指挥车和地面指挥中心之间可召开视频会议。

⊙ 语音、视频、数据综合调度。地面指挥中心的调度台可对固定话机、集群终端进行语音调度，对摄像头、微波单兵图传采集的图像进行存储、转发、分发等视频调度，可把语音终端和视频采集终端绑定在一起进行音视频联动。

3.3 系统特点

系统功能特点如下：

（1）通信车和指挥中心之间存在互为补充的多种通信方式：卫星链路；2G/3G公网；短波电台。

（2）通信车有多种供电方式：市电；UPS电源；取力发电机。

（3）视频会议：地面指挥中心可以和一辆或多辆通信指挥车进行视频会议。

（4）微波单兵视频回传：工作人员携带微波单兵终端深入现场，可将图像从现场（建筑物内、街道、广场、灾害现场等）传到后方的指挥车；再经2G/3G或卫星链路传输到指挥中心。

（5）3G单兵视频回传：工作人员携带3G单兵终端深入现场，可将图像传到指挥中心；3G单兵图传终端除了将图像从现场传到指挥中心，可通过耳麦和PTT按键接受和发起语音对讲，与调度中心进行双向语音联络。

（6）语音调度：单车下的通信终端（固定话机、集群手持机等）可互通；数字集群网可在卫星覆盖范围内或存在2G/3G公网的地方机动搭建，有效扩展数字集群网的覆盖范围；不同应急车通过无线网络覆盖，组建应急车群，实现多车互通；现场应急车和指挥中心之间通过卫星链路或2G/3G公网实现互通。

（7）视频监控：应急车上的车载调度台可以实时监控单兵设备视频；远端指挥中心可以实时监控应急车上监控终端的视频和单兵视频，为指挥决策提供准确依据。

4 结束语

本通信保障系统全时空、全方位、专公网互补、天地一体，按需使用并存的多种通信手段，融合有线、无线网络，提供强大的多媒体传输及处理能力，极大地保障了通信的可靠性。既能在日常巡逻中使用，又能在应急现场使用，多种传输通道相互补充、相互备份，日常巡逻时能充分发挥2G/3G公网的作用，突发事件时能充分发挥以卫星为主体的广域通信系统的作用，确保应急通信的安全可靠。

[1] 丁龙刚． 卫星通信技术[M]．北京：机械工业出版社，2005

[2] 周文虎． “动中通”用卫星实现应急通讯[J]．上海信息化，2010(08)

[3] 郑祖辉，陆锦华．数字集群移动通信系统[M]．北京：电子工业出版社，2008

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

He Jiafu，Feng 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，协同通信集团产品中心总工程师，卫星系统产品线总经理。

冯艺芝，男，1975年生，协同通信集团产品中心产品策划总监。