野战医疗所快速通信系统部署的研究

陈大鹏，吴剑威，肖扬，陈垚文，郑溪水

联勤保障部队第900医院 计算机应用与管理科，福建 福州 350025

引言

我院是福建省医疗行业体系的重要组成部门，同时，医院野战医疗救援队是参与自然灾害、事故灾害和公共卫生等应急事件医疗救援的重要力量之一。随着国家经济社会的发展，关爱救护生命被提到了新的高度，对医疗救援的快速反应、准确判断、协同作战能力也提出了更高的要求[1-5]。为保证医疗救援任务的快速实施，使各医疗分队的设备在共同医疗业务服务器上进行数据通信，实现救援现场医疗数据的准确快速交互，需要在救援现场临时搭建数据通信网络[6-7]。当前主要采用有线方式进行通信网络构建，其主要存在以下问题：① 现场临时搭建，受地理环境影响耗费人力多、时间长，耽误应急救援黄金时间；② 采用网线进行数据传输，传输距离受限（最大传输距离100 m）；③ 接头易受环境影响产生松动、损坏，导致网络性能不稳定[8-11]。因此，急需探索一种基于高速稳定的专网数据传输方式，具备覆盖距离远、安装简易且不易受环境影响等特点，以满足应急救援过程中的通信需求。

1 部署方案

近年来，随着公网4G 技术的广泛应用，加上LTE 技术本身已经成熟，如何将LTE 这一稳定的宽带无线技术应用于公共安全领域（包含应急医疗救护），国内外一直在积极探索和研究[12-14]。本方案基于第四代移动通信系统TD-LTE 的技术平台，采用OFDM、MIMO 等多种TD-LTE先进技术以及定制的专业宽带集群技术，具有专业集群通信、高可靠性和高实时性数据视频传输能力。方案提供专业的集群指挥功能，通过专业的分组方案及语音集群功能，实现对不同区域、不同时间、不同权限工作人员的分组管理，是整个医疗救援期间调度指挥的重要通信手段，将被应用于医疗救护的各个工作环节。方案通过对4G 无线宽带专网设备进行整合配装，达到快速展开、迅捷组网的目标，对提高医院的指挥通信效率、加强部门间协作、处理各种紧急突发事件起到至关重要的作用。

1.1 组网方案

4G 无线宽带专网可用于承载话音集群调度、视频监控及视频回传以及用户业务数据实时交互、协同作业的宽带无线数据传输等多种业务[15-16]。根据业务需求，本方案采用4G 无线宽带专网快速部署系统组网，实现与联勤保障部队第900 医院现有医疗业务服务器对接，满足医疗数据无线传输的业务诉求，同时实现语音集群、视频回传等业务功能。具体组网结构如图1 所示。各医疗组通过4G 无线宽带专网快速部署系统所建立的无线网络进行医疗数据的交互，并接入医院医疗业务服务器，确保了数据的一致性和完整性。管理员通过调度台对现场情况进行调度处理。

图1 4G无线宽带专网逻辑组网架构

联勤保障部队第900 医院4G 无线宽带专网快速部署系统组网方案的总体架构由终端设备层、无线接入层、核心层、业务层组成（图2）。

图2 4G无线宽带专网组网方案拓扑图

终端设备层：4G 无线宽带专网终端包括手持终端和宽带数据终端，两种终端都通过4G 信号接入传输专网。其中，宽带数据终端为现有医疗终端提供Wi-Fi 信号接入，手持终端提供集语音、视频、GIS 等多种业务合一的集群调度业务。

无线接入层：包含4G 专网基站的基带BBU 和射频RRU 设备，主要完成无线接入功能，包括管理空中接口、接入控制、移动性控制、用户资源分配等无线资源管理功能，4G 无线接入层可提供大容量的无线传输通道。

核心层：包括核心网、网络管理单元和多媒体调度平台等。其中核心网负责用户开户管理、终端移动性管理、鉴权、漫游控制、分组数据的交换和路由；网络管理单元是专网全部设备的集成统一综合管理平台，包括拓扑管理、配置管理、性能管理、故障管理、软件管理、安全管理、系统管理、终端管理、日志管理、设备巡检等全面的设备管理功能；多媒体调度平台是4G 宽带专网的指挥调度核心，提供语音、对讲、视频、数据、GIS 等多种调度方式。

业务层：主要为现有医疗业务系统，通过医疗业务服务器与4G 无线宽带专网快速部署系统在系统侧进行路由端口对接，实现现有医疗终端以无线Wi-Fi 信号接入的形式与系统侧的医疗业务服务器进行双向的业务数据传输。

1.2 4G无线宽带专网快速部署设备

针对应急场景，方案采用一套快速部署设备集成了TD-LTE 核心网、基站、调度系统等功能，具有一体化、小型化的特点，适用于需要快速部署、覆盖面积不广的应急通信场景。在抢险救助时，利用车辆等运输工具，将通信系统运抵现场，进行快速部署，给灾后的救援工作提供支持。在设备到达现场后，可以在非常短的时间内快速部署一套4G 无线宽带专网快速部署通信系统，为现场的工作人员提供语音、调度、数据传输、视频监控等通信业务。快速部署设备主要由主机箱、射频箱、电源箱、天馈箱（含天线支架和高增益天线）等部件构成（图3）。

图3 无线宽带专网快速部署系统构成

主机箱主要包含一体化基站eSCN231、工控机、小交换机、电源模块。其中，一体化设备eSCN231 是基于HERT 平台开发的宽带多媒体企业级网络的集成化设备，集成了TD-LTE 核心网与基站基带单元BBU 功能的综合设备；工控机用于部署综合网管系统和多媒体调度系统，多媒体调度系统是实现语音、数据、短信息和视频等调度业务的系统，综合网管系统是管理专网网元、终端和运营的综合管理平台。

射频箱是分布式基站的射频模块部分，主要功能包括：接收或发送基带数据，实现与基带部分的通信；完成基带信号和射频信号的调制解调、数据处理和功率放大；提供射频通道接收信号和发射信号的复用和滤波。

电源箱作为在无市电接入场景下的备电，为各网元提供电源输入。

天馈箱主要包含天线支架和高增益天线，其中天线支架高度根据实际需要可以选用2.5 m 和8 m 两种，用于架高天线，增强覆盖范围。高增益天线可分为动中通天线和静中通天线，在动中通场景下可选用鞭状天线，在静中通场景下可选用玻璃钢天线。

2 应用测试

本方案对4G 设备进行了整合配装，便于实际应用。为了较好的验证方案的可用性，我们在户外进行了部署展开试验，在实际情况下对网络的覆盖度和带宽稳定性进行了测试（图4）。

图4 系统测试现场图

2.1 快速部署系统覆盖测试

本次验证测试主要采用静中通（2.5 m 支架+玻璃钢天线），分别采用400 MHz 和1.8 GHz 频段按照城区、乡村、视距场景进行测试，从测试结果看满足野外训练医疗保障场景的需求，具体测试数据如表1。

表1 eLTE快速部署系统覆盖测试（km）

2.2 速率带宽测试

野外训练医疗保障场景主要是上行业务，因此本次验证测试主要测试基于快速部署系统单个终端的最大上传速率进行验证。从验证结果看，上行速率能够达到24 Mbps，能够满足医疗网络的数据传输要求（图5、图6）。

3 系统特点

本方案需要具备如下特点。

（1）快速部署。采用箱式设计，支持快速和便捷系统部署，5～15 min 将整套系统搭建部署完成，具体箱体尺寸和重量指标如表2。

图5 测试机发送端测试图

图6 测试机接收端测试图

表2 快速部署系统的箱体尺寸和重量

（2）高移动性。支持多种运输方式，包括放置在车上的车载运输、坚硬路面的滑轮运输、道路泥泞甚至毁坏时的人力背负运输。采用滚轮和背负式设计，便于携带，支持多箱单人脚轮拖动，单箱单人背负或脚轮拖动。采用单箱设计，重量合理，重心设置满足稳定要求，多箱叠加不会造成设备损坏，搬动把手稳固，便于搬动，方便运输。然而，由于单箱体尺寸和重量比较大，人工背负不是很方便，仍需继续进行优化。

（3）无需车改的车载通信系统。4G 无线宽带专网快速部署系统支持车载部署，而且在车上部署时，无需对车辆进行改装。

（4）高集成性。采用箱式结构和高集成的小型化设计，将基站、核心网、调度机、射频设备、天馈设备、电源设备和车载附件进行模块化组合，能够满足大容量用户的语音、视频和数据传输需求，更加适应抢险、应急等快速部署场景，具体支持的规格指标如表3。

表3 快速部署系统支持的集成性规格

（5） 高适应性。电源箱对于400 M 系统，满足备电4 h，提供野外部署（无市电环境）业务能力；在短时间、小雨和大风情况下，主机箱和电源箱无需遮蔽可以正常工作；射频箱和天馈箱工作温度为，工作湿度为5% RH～95% RH，防护等级IP54，在雨中可长时间工作。

（6） 多种回传方式。支持多种回传方式，如卫星、有线（光纤和网线），实现前后方互联互通。

（7）强覆盖能力。单个设备支持的覆盖半径：城区为1.55 km，乡村为3.8 km，视距场景可以达到5.7 km。同时，由于无线信号传输受高楼、树木以及天气等环境状况的影响，实际的覆盖半径会有所偏差。

4 结论

本方案相比于现有的方案能够实现快速搭建网络环境、覆盖更大面积、缩小天气和地理条件影响，有效提高应急救援效率，将在以后的自然灾害医疗救援、城市应急医疗救援以及重大演习医疗救护保障中推广使用。同时该方案还能作为救援现场指挥调度使用，只有基于集群语音、视频及地理位置信息对现场救援人员进行的指挥调度才可能提高现场机会决策效率。