应急管理部沈阳消防研究所 舒世洋 刘 濛

文章介绍了利用无线通信、多模融合、软件仿真等技术将卫星移动通信与PDT数字常规通信两种机制进行融合，从而扩展对讲机系统的通信距离，增强卫星通信在现场的协同能力，使得两种通信系统优势互补，有效提高消防救援队伍在极端灾害场景下的应急通信保障能力。

近年来，随着我国消防救援应急通信体系建设逐步成熟，应急通信保障工作在消防指挥调度和火场指挥及抢险救援活动中起着至关重要的作用。在地质灾害事故发生时，现场往往面临着公网通信中断，道路、电力等设施损毁，消防救援前突分队只能徒步深入灾区中心，单一的应急通信手段无法满足多层次的应急通信需求，移动终端急需融合多种通信技术进一步提升消防应急通信保障的信息传输能力。

本文介绍的天通融合通信终端（以下简称融合终端）是款小型化、轻型化、集成度高的多模融合无线通信终端设备。将天通卫星通信与警用数字集群(Police Digital Trunking,PDT)的常规通信协议进行融合，利用卫星链路作为数字常规对讲的中继链路，建立前突救援分队与指挥中心的通信网络，为消防救援前突救援分队与指挥中心之间，以及前突救援分队内部提供便捷、可靠的应急通信手段。

1 关键技术

1.1 多模终端多待多通情况下的频率共存技术

为了实现单根天线同时支持移动卫星通信和数字常规通信，融合终端采用多模天线技术，通过改变天线工作状态，解决多体制同时通信给单根天线带来的干扰。在开发设计过程中，天线耦合特性和辐射模型产生的共存性问题较为突出。针对传导性干扰和噪声干扰问题，融合终端采用本振泄露小、各阶交调分量小的芯片，使用展频时钟技术降低带内噪声功率谱密度，着重注意板级设计的布局布线，通过频率隔离，滤波和屏蔽，降低单个系统本振噪声和谐波对另一个子系统的干扰。针对天线之间的耦合和辐射干扰问题，调整天线的摆放位置、电流流向、极化和方向图，降低耦合因子。在天线匹配电路设计中，高、低频率子系统对应使用高、低通滤波匹配，另外还对发射器、I/Q调制器的噪声以及内部锁相环造成的频率杂散进行优化，抑制天线之间的辐射干扰。

1.2 天通卫星通信与PDT融合互通的协议和机制

天通卫星移动通信使用的通信模式、语音编码、加密手段等方式与PDT不同，为了使融合终端支持卫星通信与PDT双待机模式，满足与现有的PDT专网和地面其他网络的联通需求，通过在终端设备内部完成协议交换，实现卫星通信与PDT的融合互通。

卫星通信为全双工通信模式，PDT为半双工通信模式，二者在呼叫建立、话权控制、呼叫挂断等业务的处理上有所不同。为了充分照顾两套通信系统的使用习惯，融合终端利用PDT系统的反向抢断、人声识别等技术，在天通卫星与PDT两套标准协议的基础上，直接将一个系统的语音信号解码作为通用的PCM编码，在另外一种体制的语音处理模块中编码为另外一个系统的语音信号， 设计一套涵盖呼叫建立、二次拨号、通话、PTT抢断、挂断等环节的控制信令与数据传输协议，解决两种制式在原生协议下不能互通的问题，建立PDT终端与卫星通信终端、公网移动终端进行语音融合通信的协议机制。语音处理过程如图1所示。

图1 语音处理过程示意图

2 天通融合通信终端的设计与实现

2.1 硬件架构

融合终端系统乘载无常规信号覆盖区域的PDT/WIFI/BT组网通信、天通卫星语音通信、北斗定位等功能，硬件架构如图2所示。终端主控选用国产芯片，将电源、音频、通信、存储、显控、接口等单元设计成专用模块，便于生产调试，有效降低功耗、缩小体积，增加设备的可靠性。

图2 融合终端硬件架构图

融合终端以国产芯片配套的PMU为核心，辅以同步降压型开关稳压器对整机提供电源管理。采用LPDDR3、eMMC二合一内存芯片作为存储模块。卫星通信、北斗导航、WIFI等电路选用集成模块实现通信功能，PDT通信单元有独立的处理器、存储器、射频单元，通过UART接口交互传输。音频信号通过PMU内置的CODEC处理，外部增加双麦降噪芯片、窄带CODEC，辅以音频切换、放大及外设等手段完成对音频信号输入、输出控制。

2.2 软件架构

融合终端的软件架构分为应用层、框架层、系统运行库、内核驱动层，软件架构如图3所示。

图3 融合终端软件架构图

其中，应用层中的天地融合应用系统实现了卫星通信与PDT之间的通信连接。该系统分为服务层和显示层2大部分，如图4所示。服务层中的PDT状态监控器负责监听宽窄带的通话、短信、DTMF等状态；PDT控制器提供PDT的发起挂断通话、发送短信等操作接口；通话短信拦截器用于屏蔽系统应用，将拦截的电话、短信提供给卫通状态监控器。核心服务模块综合所有通信业务的通知消息，传递至卫通接入模式状态机或超级大组模式状态机，进行对应的切换操作。显示层通过AIDL接口将核心服务模块汇总的状态流信息进行调用，由状态界面、配置界面、联系人和通话记录四个界面构成。状态界面连接接口，将服务层的运行状态实时展现给用户；配置界面提供服务的一些参数配置并通过SharedPreference进行存储；联系人界面通过GreenDao数据库与服务的交互实现增删改查；通话记录界面将当前发起的中转记录进行展现。

图4 天地融合应用系统框图

2.3 外观结构设计

融合终端双模工作时功耗较大，通过叠层的设计，充分利用内部空间导热，屏幕后增加金属中框，使得终端具有很好的散热能力。融合终端外观如图5所示。

图5 天通融合通信终端外观图

3 天地融合通信功能介绍

天地融合通信功能有卫星通信接入功能、超级大组功能两个模式。

3.1 卫星通信接入功能

PDT对讲机通过PDT窄带信道链接到融合终端，融合终端通过天地融合模式接入卫通系统，建立和另外一台天通电话或GSM电话、固定电话的通信，如图6所示。若有语音呼叫至该终端，终端将自动传输到当前所在信道的对讲机。

图6 卫通接入功能示意图

3.2 超级大组功能

首先，远距离的两台融合终端均进入天地融合模式，建立起卫星通信信道。其次，两台融合终端分别和周边窄带通信距离内的对讲机建立连接，使得两侧对讲机之间形成一个通信大组，如图7所示。两侧的融合终端与对讲机均可进行组呼通话。

图7 超级大组示意图

天通融合通信终端是基于国产芯片，集天通卫星通信、PDT常规通信、公网通信等多种通信方式于一体，支持通卫星通信与PDT常规融合通信的多模手持终端设备。终端整体设计充分考虑抢险救援的应用特点及使用环境需求，在地质性灾害事故的应急通信等领域具有广泛的应用推广价值，有力提升消防队救援伍的应急通信保障能力。