基于卫星链路的应急移动通信技术研究_梁磊清.pdf

2023年 第2期0引言现代社会，通信对于人民群众的生活如同水和空气一样重要。但我国是世界上自然灾害最为严重的国家之一，灾害种类多、分布地域广、发生频率高、造成损失重。面对灾害造成的通信网络中断，传统的应急通信车和抢修手段，很难快速部署到位，无法满足应急抢险的要求。本方案通过使用卫星链路在山东省内跨地市建立链路连接，验证了在任意地区使用单台便携式卫星站设备作为接入端、济南或青岛LTE（长期演进）核心网作为核心端建立通信链路，可迅速恢复区域通信，确保指挥部或重要区域的通信畅通。基于卫星链路，快速构建空天地一体化的通信网络，实现灾区的快速无线覆盖。1方案分析灾区通信恢复重建，最难的就是传输线路的中断恢复。类似于2022年河南水灾，受灾面积大，传输线路中断严重，很难通过光缆架设或者微波方式短时间实现通信网络恢复。2021年，搭载中国移动无线通信基站的翼龙无人机在河南的表现，令人耳目一新。其原理相当于在空中组建了一个临时的、移动的公开网络，能摆脱地面断电、断路的影响，继而为受灾区域提供通信信号。但翼龙无人机配置数量少，调度要求高，在规模略小的灾害事故中急需一种价格便宜、可快速部署的无线基站方案。本文设计的方案，使用Ku频段的便携式卫星站，实现跨地市传输路由的建立，利用异地核心网、PTN（分组传送网）传输网络，结合灾害现场空中一体化无线基站，搭建一种类翼龙无人机的空中基站，快速恢复灾区无线网络方案的搭建测试。2实现方案本方案模拟山东某地级市大面积受灾，核心机房、传输汇聚机房、当地通信网络完全瘫痪，应急通信车不具备现场传输开通条件；青岛通信网络正常，可以正常提供PTN传输以及LTE（长期演进）核心网网络接入。以青岛LTE核心网作为核心端，受灾地市现场作为接入端，通过使用卫星链路建立通信链路，连接现场的一体化小基站或者应急通信车，快速完成受灾地市无线基站开通。Ku频段的便携式卫星站方案具体网络拓扑如图1所示。2.1主要组网设备说明2.1.1卫星便携站测试用卫星便携式站使用自动对星的Ku频段卫星通信天线系统，系统由1 m口径卫星天线、卫星调制解调器、高功率上变频放大器和低噪声放大器、基于卫星链路的应急移动通信技术研究梁磊清，王海虹（中国移动通信集团山东有限公司青岛分公司，山东省青岛市266071）摘要为减轻地震、火灾、极端天气等重大灾害对人民群众生命、财产安全的影响，文章设计一种快速恢复灾区无线网络方案。该方案依托运营商遍布全国的网络覆盖能力，使用Ku频段的的便携式卫星站，空、天、地联合，实现跨地区、跨省快速开通移动通信基站，恢复灾区通信网络覆盖，解决通信孤岛应急通信的难题。关键词通信孤岛；卫星便携站；空天地联合；应急通信技 术 交 流162023年 第2期图1Ku频段的便携式卫星站方案拓扑图分路器组成。卫星便携站组成如图2所示。该类设备满足网状网、星状网等多种组网方式，广泛适用于各类应急通信保障领域,适用于数据回传、数据采集、视频会议、视频监控、物联网、承载LTE基站等企业级应用，拥有最大10 Mbit/s的卫星传输速率。便携站体积小、功耗低、重量轻，操作简便，一键对星入网，可快速建立卫星链路，单人从开箱到链路连通用时小于5 min；采用多种寻星模式，跟踪可靠性高，可快速准确对星；天线结构稳定，采用有线、无线多方式进行监控操作，交流、直流供电方式均可使用。在应急场景下可以快速开通Wi-Fi，能够实现区域内Wi-Fi信号的覆盖；同时结合微基站设备，可以提供4G LTE基站中继服务。2.1.2Ku频段卫星说明最初的通信卫星设计主要是围绕覆盖范围，而不是通信容量，工作频段主要为C、Ku频段，采用全球波束或赋形波束，容量为每秒几千个兆位。其中，Ku频段工作在1218 GHz，下行频段从10.7 GHz到12.75 GHz，上行频段从12.75 GHz到18.1 GHz。Ku频段频率高、增益也高，天线尺寸较小，便于安装，从而可有效地降低接收成本，方便个体接收；Ku频段宽，能传送多种业务与信息，相对来说受地面干扰影响小，因此特别适合做动中通、静中通等移动应急通信业务。2.2测试结果青岛移动公司和受灾地市移动公司联调测试，搭载一条卫星传输链路，核心网侧使用青岛侧LTE核心设备，基站侧使用受灾地市侧无线便携基站设备，来验证基于卫星传输的通信基站是否能够实现4G数据业务与VoLTE（长期演进语音承载）业务，并测试其具体性能。此测试使用的卫星便携站，口径1 m，使用某公司CDM-625A型号的调制解调设备，实际卫星链路带宽可达到5 Mbit/s。本方案申请使用1 Mbit/s带宽进行测试。事先需预备卫星链路，目前是通过向中国移动集团公司申请应急链路方式完成测试。双方完成测试环境搭建后，青岛移动通过网线将625A modem（调制解调器）设备接入青岛侧PTN 960设备。多次实际测试表明，受灾地级市现场信号质量良好，在基站覆盖30 m范围内，RSRP（参考信号接收功率）为-28 dBm、SINR（信号与干扰加噪声比）为12 dB，在1 Mbit/s带宽的条件下，下行平均速率为0.6 Mbit/s，上行平均速率为0.9 Mbit/s，并且VoLTE高清语音业务能够正常实现，通信质量良好。图2卫星便携站组成图技 术 交 流172023年 第2期表1通信信号测试结果测试距离/m带宽/MBRSRP/dBmSINR/dB上行速率/（Mbit/s)下行速率/（Mbit/s)VoLTE通话感知1301-28110.600.91良好2301-30130.580.90良好3301-26120.630.88良好平均值301-28120.600.90良好近来，有人冒用本刊名义在网上公然征稿，收取各种费用，更有甚者建立网站，在各大论坛发布信息。对此，本刊编辑部特作如下声明：1.本刊网址：2.本刊投稿邮箱：；3.本刊联系电话：021-64030202；021-64031580-22664.本刊通信地址：上海市平江路48号（200032）5.凡在本刊发表的文章已被中国学术期刊网络出版总库及CNKI系列数据库、维普资讯、北京万方数据股份有限公司和万方数据电子出版社全文收录，作者可在以下网站搜索到文章：此外任何以本刊名义发布的征稿及组稿信息均系假冒。本刊对一切假冒和侵权行为保留法律追究的权利。望广大读者相互转告，不要上当受骗。电信快报编辑部严正声明本方案通信信号具体测试结果见表1。3结束语本方案首先设计了一种使用高通量卫星链路，实现山东省内异地无线基站覆盖的方案；其次使用Ku波段的卫星便携站，实现了青岛核心网与受灾地市无线基站设备连通，搭建实现受灾区域无线覆盖建设，并实际测试了通信效果。试验证明，使用卫星便携站，组网简单，操作简便，一键对星入网，链路建立速度快，单人从开通到链路连通用时小于5 min;卫星链路和基站数据提前预备的情况下，整个基站业务开通在1 h以内。该方案适合在地震、泥石流、火灾、水灾等灾害发生时迅速实现通信覆盖，消除通信孤岛。一个小型卫星便携站重量轻，不需要特定车辆，在车辆不便进入的区域，两个人就可快速携带至目标区域，且安装简单、操作便捷，对地形无特殊要求，只需在空旷地带即可实现一键对星入网；配套小型UPS（不间断电源）系统供电，可满足指挥部、重要区域应急通信需求；开通后可长时间使用，受天气、地形影响较小，适合紧急恢复重要位置区域通信任务。参考文献1刘荣朵.我国应急通信发展的需求分析J.信息通信技术与政策，2019（12）：63-66.梁磊清（1978），男，高级工程师，主要研究方向为应急通信。收稿日期：2022-10-12技 术 交 流18