关于宽带集群和应急通信的专题系列

编者按：

全国首届宽带集群暨应急通信产业链大会将于2018年9月4—5日在北京九华山庄召开。为了积极响应和配合国家相关战略的实施，为相关专题战略研究和行业发展提供更多的智慧和力量，在各领导、专家、学者和企业负责人的支持下，我们特推出关于宽带集群和应急通信的专题系列，敬请大家关注并参与讨论。

作者简介

李进良教授，1952年毕业于清华大学电机系电信组，教授级高级工程师，中国移动通信领域的奠基人之一，享受政府特殊津贴专家，中国移动通信联合会常务理事，中国通信学会会士。长期关注移动通信产业的发展，从事战术通信与移动通信系统的科研生产工作长达50多年，力推TD在我国的发展。

前言：

21世纪初我曾在《通信世界》等媒体发表《发展全国数字集群共用网是专业移动通信的必然方向》论必要性、可行性、基本条件、国际上的成功案例等系列文章。然而历史的局限性、技术、产业、经济基础等条件都不够成熟，这一超前的倡议没有取得各界的共识，也就没有向这个方向发展。

今年全国人大对国务院机构作了重大改革，特别是国家组建应急管理部，令人振奋！我国是灾害多发频发的国家，为防范化解重大安全风险，推动形成统一指挥、上下联动的中国特色应急管理体制，特将原有安全生产、消防管理等13个部门的重迭机构加以合并统一，分散职责加以整合优化，组建应急管理部，这是一项非常重大的举措，必将全面提高我国防灾减灾救灾能力。

重提发展全国数字集群共用网的倡议是时候了。特将我在这方面过去的思考结合当下的情况加以陈述，抛砖引玉，以引起业界的重视，共同探讨，集思广益，取得共识。

移动通信是二十世纪运输与通信二者高度发展相互结合的产物。它与固定通信相辅相成，同为整个通信领域的重要组成部分。世界的本质是运动的，凡是运动的事物无不需要信息。随着交通与经济的迅速发展，移动业务急剧增长，移动通信经过一百多年的开拓，相继在海、陆、空以至水下、地下和深空都发展起来了，使得它已成为门类繁多、用途广泛的一大新兴产业。随着互联网与移动网的高速发展，二者结合，移动互联网日益普及。

一、专业移动通信发展到集群系统

移动通信可分为公众移动通信与专业移动通信两大领域。

公众网是由公用电信企业投资建设，面向整个社会，以公众用户为服务对象的。网络运营者建设并运行电信网络的目的是为广大用户提供满意的电信服务，亦即向用户提供电信业务这类“商品”，应重视效率、经济性，并不断提高服务质量，扩大服务范围。

专业网是由专业单位自行投资建设，面向本部门，以专业用户为服务对象的。网络所有者建设并运行该电信网络的目的完全是为内部工作的需求向用户提供必要的电信服务，强调保证本部门正常运转的特殊要求。对国民经济的发展、社会的稳定和人民生命财产的安全等有着极其重要的作用。由于各部门业务性质、使用环境、交通工具的不同，的确各有其不同的使用要求，因而历史上便形成了各种不同的专用移动通信系统。随着移动通信技术的发展，人们尽力求同存异，使开发的专用移动通信系统尽可能满足多个不同专业部门的需求，集群系统也就应运而生。

集群系统是上个世纪八十年代国际上在各种专业移动通信系统基础上加以综合的高级发展阶段。它将各部门所需的网络基础设施统一规划建设，加以集中管理，每个部门只要建立各自的调度台和多个移动台即可入网，是一种高效而又廉价的先进移动调度系统，其主要特点为：

(1) 共用频率——将原指配给各部门专用的频率加以集中，供各家共用，从而提高频谱利用率；

(2) 共用设施——由于频率共用，就有可能将各家分建的控制中心和基站等基础设施集中合建，从而降低网络建设投资；

(3) 共享覆盖——可将各家邻近覆盖区的网络互连起来，从而获得更大的覆盖范围；

(4) 共享业务——可利用网络富余能力有组织地发送道路车流状况、气象预报等公共信息，为各家服务；

(5) 分担费用——合建可大大降低设备、机房、电源等建网投资，节约运营维护人员，并可分摊费用；

(6) 改善服务——由于多信道共用，可调剂余缺；集中建网，可加强管理、维修；因此易提高服务质量，增强系统功能。

总之，集群系统能为不同集体用户提供各项所需的优良服务，使公众网的公共性和专业网的独立性比较好地得到协调解决，使每个原拟单独建网的部门都从该集群系统的虚拟专用网(VPN)中感到一样方便，一样安全可靠。虚拟专用网在构成上与实在的网络不同，它是建立在实际集群网络基础上的一种功能性网络；但对用户来说，在功能上则相当于实在的专用网络，能向用户提供传统专业网的功能。由于集群系统技术复杂，频谱和投资较建单个传统专业网要多，但比所有专业网之和要省得多。

在进行电信体制改革、建立现代企业制度的过程中，适应市场需求，产生了采用统一技术体制的数字集群，组建一个公司来进行共用网的建设、管理和经营的设想与实践。

二、发展全国数字集群共用网的必要性

公众移动通信领域我国已有巨大的有线无线网络资源，就形成了突发事件信息系统的资源基础。

而专业移动通信领域，我国显得异常分散薄弱，如不未雨绸缪，将很难防范化解重大安全风险，为了维护国家和民族的利益，我们应从经济发展趋势、业务部门协调、灾害多发性、突发事件紧迫性等不同角度分析发展全国数字集群共用网的必要性。

2.1经济全球化要求全国性的大型专网

欧洲经济一体化的要求，在公众移动通信2G/3G/4G领域推动了GSM/WCDMA/FDD-LTE数字蜂窝标准的发展；在专业移动通信领域推动了TETRA数字集群标准的发展。交通工具高速化，人们交往日益频繁快捷，经济全球化，经贸往来日益活跃，都要求有先进统一的通信手段与之相适应，促进了移动通信的网络容量、覆盖地域、服务质量的快速发展，更加需要有全国性的大型专网运营商，构成能兼容、互通的跨地区的无缝移动通信网，来承担统一的优质服务。

2.2各业务部门的整合协调要求跨部门全国联网

就国务院来说原有安全生产、消防管理、地质灾害、水旱灾害、森林防火、草原防火，防汛抗旱等13个部门，机构重迭、政出多门。就不能形成统一指挥、反应灵敏、上下联动的应急管理体制。就一个城市来说除了120急救电话之外，还有公安110、火警119、交警122和12345市长公开电话等特服号码；此外，水、电、气和热等等公共事业还有诸多服务号码，许多社会活动需要各部门的协同工作。如果各个部门都建立独立的指挥调度通信，一方面分散投资，造成建设资金、频率资源及各种物力的匮乏与浪费，从而影响了其建设进度、规模及水平。另一方面多头建设，必然造成防灾应急体系各自为政，信令不一，无法兼容，不同部门之间缺乏一个统一的指挥调度通信平台，无法进行配合和协调，必要的联合行动难以迅速有效地实施，彼此的数据库信息资源及人力、物力不能共享，就有可能在应对突发事件时延误战机。

社会是一个有机的整体，必须坚持应急通信保障体系朝全国数字集群共用网的方向发展，才能满足全社会的协调要求。

2.3灾害的多发性、广泛性要求全国一盘棋

灾害有多发性、广泛性，诸如洪水泛滥涉及上下游多个省市地区，恐怖袭击多地同时爆发，雪灾遍布北方广大地区，没有全国性应急通信保障体系是无能为力的。

以2003年爆发“非典”突发公共卫生事件为例，初期各地区医院分属市、区、县，各部、军警和各行业，这些医院彼此之间缺乏有效联系。没有统一领导，及时对全国的疫情制定统一的收集、汇总、报告制度，各地信息互不沟通，资源不能整合，以致“非典”疫情很快蔓延全国。

相反作为全球人流物流最频繁的美国却能够遏制这场席卷全球的“非典”灾难，仅报告了十几个“非典”病例。主要是建立了一个全国性可监测瘟疫传播和生物袭击的电脑信息通信系统。正反两方面的经验教训充分说明全国一盘棋的必要性。

2.4灾害的突发性要求全国及时灵敏反应

灾害的突发性往往瞬刻就造成无可挽回的巨大损失，全国必须争分夺秒及时灵敏反应才能化解特大安全风险。以2001年911美国恐怖袭击事件为例：第1架美航飞机7点59分波士顿起飞，8点14分劫机，8点46分以490英里时速撞向世贸一号楼。第2架联航飞机晚15分钟起飞，也晚15分钟撞向世贸二号楼。第3架美航飞机8点20分华盛顿起飞，8点53分劫机，9点37分以530英里时速坠毁在美国国防部五角大楼。

劫机事件爆发后两架美国空军F-15鹰式战斗机8点46分从马萨诸塞州空军基地紧急升空前往拦截，但飞行员不知道劫机的正确位置，拦截没有成功。

而第4架联航飞机8点42分新泽西起飞，9点28分劫机，由于乘客得知撞毁世贸双子楼事件，9点57分乘客奋起反击，10点02分以580英里时速坠毁在宾夕法尼亚州一片空地上，英勇的乘客与劫机者同归于尽。此时距离华盛顿特区只有约20分钟飞行时间，避免了另一场重大灾难。

从“9.11”事件来看，美国的防灾体系仍然比较脆弱。当灾难发生时，灾情汇集研判、调度指挥呼救，信息及时是决定性的关键因素。如果当时起飞拦截的空军飞机得知劫机的准确位置，就有可能制止世贸二号楼与五角大楼的灾难。遗憾的是往往灾变突发时间异常紧迫，稍有延误就酿成大祸。“9.11”事件告诫我们：常规的有线通信和蜂窝移动通信在灾难发生时都不足以保证信息的畅通，建立一个反应灵敏的具有抗毁性的全国指挥调度通信网对于事前防范和事后抢救是多么的必要！

三、发展全国数字集群共用网的可行性

3.1技术上的可行性

进入21世纪模拟集群移动通信系统技术已经落后，这给广域全程调度带来严重障碍，适应不了各专业部门未来发展的需求。

应运而生的数字集群基本函盖了大多数专业网的使用要求，可以作为统一专业网的基本平台，用以构成多个虚拟专用网(VPN)向全国不同使用部门提供不同专业服务。

时至今日，国家明确要全面实施战略性新兴产业发展规划，加快5G、人工智能等技术研发与转化。5G将为用户提供光纤般的接入速率，“零”时延的使用体验，千亿设备的连接能力，超高流量密度、超高连接数密度和超高移动性等多场景的一致服务，业务及用户感知的智能优化，同时将为网络带来超百倍的能效提升和比特成本降低，最终实现“信息随心至，万物触手及”的总体愿景。5G技术场景归纳为3种：eMBB（增强移动宽带）、mMTC（海量机器类通信）、和uRLLC（超可靠低时延通信）。

eMBB聚焦对带宽有极高需求的业务，例如高清视频，VR（虚拟现实）/ AR（增强现实）等，满足人们对于数字化生活的需求。

mMTC 覆盖对于连接密度要求较高的场景，例如智慧城市，智能农业等，面向物联网繁杂的应用种类和成百上千亿的连接，满足人们对于数字化社会的需求。

uRLLC 聚焦对时延极其敏感的业务，例如自动驾驶/辅助驾驶、远程控制等，满足人们对于数字化工业的需求。

可以说5G技术上完全满足专业移动通信的各种严酷要求，因此应抓住这一机遇，争取国家全面规划信息通信，将专网的发展也列入5G的目标与研发范围之内，同时专网要因势利导将5G所发展的各种关键核心技术：如大规模天线阵列技术、超密集组网技术、灵活双工技术、D2D直通技术，以及基于软件定义网络（SDN）、网络功能虚拟化（NFV）、云计算及C-RAN等新型网络架构先进技术等移植到专业领域。要充分利用高速发展的集成电路，开发专业移动通信的单片系统集成芯片，以大大提高专业移动通信系统的功能，大大降低其体积、重量、功耗与成本。同时要充分利用人工智能的成果以实现专业移动通信系统的智能化。因此，从技术上分析，基于5G技术发展全国数字集群共用网是可行的，完全能满足应急通信保障体系要求。

3.2．经济上的可行性

(1) 需用的部门数量增加

随着社会经济的发展，人们对专业移动通信网的需求和依赖性增加，从而用户数量会大大增加。初期专业网的用户主要是公安、消防、防汛、急救、交通和其他少量生产性单位，移动台的数量也较少。随着经济的发展，除了上述那些单位外，像建筑业、酒店业、旅游业以及其他的一些行业也都使用了或正在要求使用这类设备。而原来的使用单位所需的移动台数量也有大幅度的提高。

由此可见专业网的市场是很大的，我国目前正处于一个由低水平向高水平发展的时期，搞专业网的运营公司长远来看肯定是有前途的。

(2) 部门的业务项目增加

过去仅仅是话音通信，现在发展到了话音、数据及图像、视频等等。如BDS（中国北斗卫星导航系统）技术已经相当成熟，相应的产品也不少，国内的许多开发商也在开发相应的软硬件，市场需求很大。又如刷卡抄表、遥控遥测、防盗报警等等都需要数据传输；由于5G物联网的发展可以得到很好的解决。有了基于5G的数字集群系统，提供各种新业务便易于实现了。随着用户对移动互联网的依赖及对多媒体信息的需求，专业网的用户业务量还会急剧增长。

(3) 社会的协调要求增加

许多社会活动需要各部门的协同工作，如一个大型集会，就需要许多部门的相互配合，这就增加了彼此沟通、相互协调的业务量。

原有的专业网各自为政，无法实现大区域网络的建设，即使同一技术体制，地区、省市之间也是彼此隔绝，没有联网，无法协同。在高速公路、高速铁路、内河航运、旅游及武警等部门开设的专业网，也必然要求统一的数字集群系统才便于各专业部门进行大区域的联合指挥调度。

我国的综合国力比前20年大大增强，经济总量大幅提高；同时社会经济活动频率加快，范围扩大，信息传输量剧增，许多专业团体对可用于广域调度指挥的移动通信业务的需求日益迫切，为我国发展全国数字集群共用网奠定了经济和市场基础。

(4) 建网运营成本显著降低

数字集群有专用网（PMR）与共用网（PAMR）两种组网方式，其比较见表1

表1两种组网方式的比较.

原来各自独立的专业移动通信网频率利用率低，由于信道是固定分配的，当A网信道被占时，属于A网上的所有其他未参与通话的用户就不能在此段时间内通信，只能等到信道释放后才可再呼叫；此时可能B、C等网信道都处于空闲状态。但属于A网的用户是无权使用其它网信道的，因此这些信道都在浪费。又如防汛救灾通信系统，平时在闲置，汛期不够用。如以地域为单位，由运营服务商投资建设覆盖该地区的经营性的数字集群共用网，在该地区的各类团体均可交纳一定费用，以共用网的基础设施为平台建立自己的虚拟专用网，并可与共用网内部及外部的公众交换电话网或其他专用网实现互连。建设数字集群共用网所需的频谱和投资只有所有专业网总和的1/3，可大大节约。运行时可调剂信道余缺，充分利用网络基础设施，从而显著降低运营成本。我国现有的专业移动通信网多数是独立投资建设，仅供本单位内部使用的非经营性专用网，这势必形成投资和维护成本高，频谱资源浪费大，覆盖范围小，调度指挥功能不能充分发挥等缺陷。随着数字集群通信技术的成熟和市场经济发展的要求，国外早就在大力推广专业移动通信共用网的建设。

综上所述，这种以现代高新技术和市场经济原则为基础的组网形式，可实现资源共享、节省建网投资、降低使用成本，提高频谱效率，扩大覆盖范围，开拓服务领域，改善服务质量。因此，从经济上分析，建设全国数字集群共用网也是可行的。