宽带无线应急通信系统关键技术研究

发布时间：2020-09-02 16:56

　　随着国际政治军事形势发展及国家改革开放不断深化,社会利益关系碰撞日益复杂,突发事件发生的频率越来越高、影响和传播越来越广泛,大规模冲突发生的可能性也越来越大,凸显了突发事件现场快速处置和控制的重要性。为更好维护我国社会经济建设发展,提高新时期突发事件的处置效率,迫切需要加快推动应急处置队伍战斗力生成模式转变,对突发事件现场的应急通信提出了新的要求。本文对宽带无线应急通信的关键技术进行了研究和探讨,并针对突发事件现场应急通信系统的机动组织和快速部署,构建起一套面向突发事件现场的宽带无线应急通信体系结构,以满足应急现场大数据应用、高清视频传输和应急指挥调度等业务的需要。进而围绕新体系结构在突发事件现场复杂电磁环境下的通信可靠性和有效性问题进行深入钻研,探讨其中物理层和网络层的关键技术,取得一定的研究成果并开展了仿真验证和实物验证。本文的主要工作和成果可以概括为以下四个方面。(1)研究分析了突发事件现场应急通信保障需求,提出了一种集成核心网功能的基站间自组织通信网,形成适用突发事件现场通信保障的宽带无线应急通信系统体系结构,解决了宽带无线集群通信系统的机动组织和快速部署难题。通过构建宽带集群核心网与其基站之间一对一线性结构及其自组织通信链路,实现宽带集群通信系统在机动状态的快速建网开通。论证了宽带集群系统自组织通信链路波形设计原则并给出自组织通信波形参考设计,可作为宽带集群通信系统拓展移动组网应用场景的标准化参考。(2)研究分析了宽带无线通信中的变换域信道估计算法,提出了宽带无线应急通信中一种基于K近邻原理噪声消除的信道估计算法,增强了突发事件现场宽带无线通信的传输可靠性。通过数据挖掘理论与变换域数字信号处理理论的结合,在时域信道冲激响应中基于K近邻原理完成噪声和信号的分类识别,以实现相对更精确的噪声消除。计算机仿真和外场实物试验结果表明K近邻噪声消除的信道估计算法能够以相对较低的计算复杂度取得相对较高的信道估计准确度,提升了宽带无线应急通信的传输可靠性。(3)研究分析了窄带干扰对宽带无线通信的恶劣影响,提出了宽带无线应急通信中一套基于训练序列的K均值干扰抑制方法,解决了复杂电磁环境下宽带无线应急通信的抗干扰通信问题。通过对频域信道冲激响应基于K均值原理进行干扰信号的聚类识别,配合干扰频点的插值拟合和信道译码的软比特加权实现干扰抑制。计算机仿真和外场实物试验结果表明K均值干扰抑制方法能够将干扰的负面影响控制在宽带无线应急通信可以接受的范围之内,进一步提高了突发事件现场宽带无线应急通信的传输可靠性。(4)研究分析了无线自组织网络上的广播业务传输机制,提出了宽带无线应急通信指挥中一种基于转发节点间自协商的广播业务传输机制,提升突发事件现场应急指挥调度信息的传输效率。通过建立转发节点间优先级自协商机制,将点对点传输的机会路由理论扩展应用到点对多点的广播业务传输中。计算机仿真和外场实物试验结果表明基于转发节点间自协商的广播业务传输机制能够充分利用无线信号的广播特性,在保证广播业务传输覆盖的情况下减少参与广播数据包转发的节点个数,有效提升突发事件现场无线应急通信指挥的通信传输有效性。本文主要研究成果己在实际设备中实现,关键算法己通过真实环境验证,对国家应急通信保障体系的制定有积极参考作用。
【学位单位】：北京科技大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN929.5
【部分图文】：

应急通信,独立组网,应急预案,信息处理

而是综合利用各种通信技术手段和方法保障应急处突及必要通信所逡逑需资源的集合。应急通信融合了管理学、社会学、信息学等多学科知识体系，逡逑涉及传输和信息处理的关键技术如图１－１所示［３］。逡逑应急通信是以信息为中心的传输和处理过程，涉及突发事件发生前的监逡逑测、预警和报警，发生现场的应急处突通信保障，以及事件结束后的通信过逡逑渡和恢复［４］。由于突发事件现场既是信息产生的起点，也是命令执行的终点，逡逑保障突发事件现场应急处突工作的通信系统必然成为应急通信的重点研宄内逡逑容之一。逡逑－１邋－逡逑

集群系统,宽带,核心网,基站

ＴｒｕｎＣ标准写入到Ｍ．２０１４－３标准修订稿中，成为ＩＴＵ－Ｒ推荐的集群空中接口逡逑标准［７］。逡逑Ｂ－ＴｒｕｎＣ是基于ＬＴＥ技术的宽带集群系统，其系统结构如图１－２所示，逡逑其中Ｕｕ和Ｕｕ－Ｔ是基于空间传输的无线接口，Ｓ１－Ｔ和Ｄ接口是基于ＩＰ传输逡逑的数据接口［８］。逡逑ＬＴＥ宽带逦令逡逑集群终端逦ＵＵ－Ｔ逡逑ＩＴＩＩ逦ＬＴＥ逡逑集群基站一Ｉ邋—群核心网￣ｈ￣｜灥台逡逑，逦Ｓｌ－Ｔ逦Ｄ逡逑ＬＴＥ数据终逡逑端逦Ｕｕ逡逑图１－２宽带集群系统结构示意图逡逑根据图１－２所示的宽带集群系统结构，集群基站与集群核心网之间的连逡逑接及集群核心网与调度台之间的连接都需要依托基础网络设施。但是，在大逡逑型抢险救灾和反恐维稳等突发事件现场，基础网络设施不可用或不可信，单逡逑纯集群系统在类似场景下的通信保障能力明显不足，有必要结合多种通信技逡逑术手段建立完整应急通信保障体系。逡逑此外，在突发事件现场，保障应急处突的宽带集群通信系统还存在一些逡逑技术难题有待研宄和解决

示意图,卫星通信,波段,频谱资源

星业务主要指卫星终端随载车“动中通”的应用模式ｆｌ８］。广播卫星业务主要逡逑是依托卫星向突发紧急事件现场的公众发布灾情信息的传播通道［１６１。应急现逡逑场的卫星通信网络拓扑如图２－１所示。逡逑４＇逦、逦Ｊｚｍ，逡逑＼卫以怒逡逑ｖ逦卫星固定业务逦Ｙ逡逑卫星灥Ｓｉ逦Ｍ制）}B逦ＩＳｆｉ定业务逡逑图２－１卫星通信拓扑示意图逡逑目前，卫星通信在Ｃ波段和Ｋｕ波段上的频谱资源日益拥挤，图像和视逡逑频传输质量不高，加上空间传输时延导致的语音延时也非常明显，在突发紧逡逑急事件现场的多媒体指挥调度中存在一定局限性，加之卫星通信使用成本较逡逑高，一定程度上也制约了卫星通信手段的应用拓展。逡逑（二）短波通信逡逑短波通信是利用天波或者地波传播无线信号，完全不受网络枢纽和有源逡逑中继体制约的远程通信手段，具有传输距离远、组网灵活、抗毁能力强等特逡逑点

【参考文献】