卫星转公网信号系统在消防救援中的应用探索

裴勃生

【摘要】    近年来的消防救援实践表明，如何在原有通信系统中断的情况下实现短时间、有效性的通信，是消防救援面临的突出性通信问题，也是影响消防救援活动开展的关键所在。本文以地震、台风、洪涝、泥石流等重大公共性突发事件下，消防救援队伍面临的通信难题为背景，提出卫星转公网信号系统在保障消防救援通信能力和效果方面的应用情况，为补足消防救援中通信中断的短板提供相应的技术性思路和方法参考。

【关键词】    卫星    手机公网    消防救援

在现代化的应急救援体系构建中，如何保障通信中断特殊情况下的通信能力，是需要重点突破的技术性难题。2020年，中国移动通信有限公司提出了，在开展地震、洪涝等灾害救援中，面临断电、断手机公网、断路等“三断”情况，通过现场布设运营商的Femto基站，通过卫星便携站接入到中国移动通信主干网，实现灾害事故现场手机信号覆盖的目的和功能，为被困人员报警和消防救援人员实施精准救援提供强有力的基础支持。显然，中国移动提出的这种技术模式对应的就是卫星转公网信号系统在消防救援作业中的应用场景，而这也符合当前我国在一些重大灾害救援中所面临的现实性通信需求。

一、卫星通信系统简介

卫星通信，是为两个或两个以上的地球站之间进行信息交互与传输活动，提供无线电波发射或传播的中继站。简而言之，卫星通信就是地球上（包括地面、水面和低层大气中）的无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站转发或反射无线电波，以此来实现两个或多个地球站之间通信的一种通信方式。在通信方面，卫星通信具有五个方面的优势，即：覆盖区域大，通信距离远;通信成本与通信距离无关;通信容量较大，适用于多种业务;机动灵活。当然，卫星通信也具有设备复杂、有时延的缺点。目前，按照卫星通行的通信波段，可以将其划分为C波段、Ku波段、Ka波段等。

卫星通信系统是基于卫星通信设备的基础上构建的有机性系统。目前的卫星通信系统主要有三部分构成。

第一，通信卫星。在卫星通信系统中，通信卫星通常作为无线电通信的中继站，主要用于转发无线电信号，进而建立多个地球站之间的通信关系。

第二，地球站。地球站主要用于地面的通信，其主要有天线、发射和接受、地面通信设备、终端、通信控制以及电源等组成。目前，使用较多的地球站是移动式、固定式和便携式。

第三，监测管理。主要用于卫星通信系统的通信性能的检测与控制。

在实际的卫星通信系统运行过程中，地球站与通信卫星之间会进行信息的接收与发送，而卫星系统的传输方式分为上行和下行两种链路，其中上行链路负责向卫星发送信号，下行链路负责接受卫星信号。

就消防救援作业而言，卫星通信系统的应用主要体现为卫星便携站和卫星通信与手机运营商结合模式在消防救援通信保障方面的应用，而这种模式是对传统卫星通信系统优势的挖掘和利用，符合消防救援作业的通信保障需求。

二、卫星便携站在消防救援中的应用情况

卫星便携站，是轻型卫星通信便携设备。从2008年汶川地震后，消防救援队伍就开始大量部署卫星电话、卫星便携站用于日常救援的应急通信，主要在断电、断手机公网、断路等“三断”条件下，搭建网络通信链路的作用。在通信性能方面，卫星便携站的体积一般比较小，且易携带，且具有机动、灵活、快速反应的特点。同时，便携站具有支持话音、数据和实时图像传输等业务的功能，可以为消防救援工作开展提供质量好的通信服務，通常担负着现场信息收集、处理、传递的重要任务。

图1是卫星便携站的应用拓扑场景。通过该图可以看出，便携站主要有指挥中心、卫星通信站和消防救援现场通信终端三部分组成，这与一般性的卫星通信站架构相似，所不同的就是便携站。相比于车载站而言，卫星便携站的机动性更强，其可以由单兵背负至车辆无法到达的现场，并且不需要复杂的搭设作业，就可以迅速架设卫星通信系统，这使得消防救援应急通信业务开展的技术门槛降低了很多。同时，卫星便携站具有远距离传输的功能，可以为偏远地区消防救援作业提供远程、实时、直观、准确的信息传输业务。

三、卫星转公网信号系统在消防救援中的应用探索

卫星转公网信号系统，是在卫星便携站应用的基础上，由通信运营商提出的面向应急救援现场的通信系统。在“三断”的应急救援场景下，消防救援通信人员，利用卫星便携站、手机运营商Femto 基站、自组网设备等搭建救援手机通信信号覆盖，为现场救援工作人员、被困人员等提供手机公网信号业务支持，使被困人员和消防救援人员可以通过手机公网信号系统实现实时通信。图2为卫星转公网信号系统应用的拓扑结构。

卫星转公网信号系统主要具有三方面的功能。首先，在消防救援现场搭建应急救援公用通信系统，实现现场通信功能的恢复。卫星转公网信号系统具有卫星基站的接受和传送功能，可以为救援现场的救援人员与被困人员、救援人员与救援人员、救援人员与指挥中心之间搭建实时信号传输支持。其次，辅助消防救援决策。由运营商开发的卫星转公网信号系统在FEMTO基站侧增加了本地网管服务器，网管可以实时收集目标区域的受困手机用户数量和IMSI值，并通过特定的屏幕终端呈现出来，为指挥中心和救援人员测算受灾区域范围内的被困人员数量，根据现实的被困人员数量，确定各个受灾区域的受灾严重程度，从而制定更加科学合理的救援方案提供了详细信息获取的渠道。例如，指挥中心在通过分析手机信号分布区域的特点以后，就可以将主要的救援力量分配到人员相对密集的区域进行迅速作业，提高消防救援的效率和效果，在最短时间内救出被困人员。第三，卫星转公网信号系统为被困人员提供了手机公网信号服务，使救援人员可以向现场被困人员群发或者单发救援短信，了解被困人员所处的环境状况和身体状况，引导救援力量尽快到达被困地区实施救援。同时，被困人员也可以通过手机通话的方式向指挥中心或者救援人员传递自己具体的被困位置，提高消防救援的定位准确性。

四、结束语

虽然通信基站的持续建设，提高了消防救援的通信保障能力。但在遇到地震、台风、洪涝、泥石流等突发重大自然灾害时，断电、断手机公网、断路等“三断”情况对原有的通信系统造成了致命性的威胁，原有的通信系统往往瞬间出现瘫痪，造成灾区成为信息孤岛。考虑到通信在消防救援中的重要性，以及“三断”情况下消防救援通信保障的重要性，有必要结合当前的技术手段和设备，搭建专门针对“三断”等特殊情况的信号服务系统，解决特殊情况下的消防救援通信难题。

本文通过研究发现，由手机运营商、通信运营商面向消防救援场景提出的卫星转公网系统构建的方案，符合特殊情况下消防救援现场快速通信保障的需求，并且该方案具有的便携性、灵活性、机动性等特点，为在偏远地区开展消防救援作业提供了强有力的信号传输功能，使消防救援效率和效果的提高有了更强大的技术支持。

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