寬窄帶融合通信系統在消防應急救援中運用分析

摘要：消防無線通信是保障滅火救援、指揮調度、突發事件處理、搶險救災等工作任務順利、高質量完成的關鍵，對此，需建立起消防應急救援中各參與主體之間的聯系，以保證溝通、指揮效率。本文采用寬窄融合通信方式，確保救援工作時，各類信息的暢通傳輸。為保證系統建設有效性、科學性，先對消防無線通信網組網的構成進行說明，深入探討影響通信組網成形原因。分析寬窄融合通信系統基本框架與構成，在此基礎上，介紹系統構建時，應用到的寬帶、窄帶技術，并分析系統在消防應急救援中的具體運用。

關鍵詞：寬窄帶融合;通信系統;消防應急救援;PDT

一、引言

城市化的持續推進，提高消防接警出動頻率，且對災害現場在通信方面的需求也越來越高。當前，我國消防無線通信仍缺乏健全的通信組網，影響救援現場工作信息、指揮信息傳輸效率，甚至出現通信混亂問題。為實現各類通信問題的有效解決，則需重視起寬窄帶融合通信系統的構建與應用，為指揮、協作信息的實時傳輸創設良好網絡環境，以此處理應急救援現場通信障礙。

二、消防無線通信組網模式

其一，消防一級網。又叫做城市消防管區覆蓋網，其作用是為不同部門通信設備的良好運行提供保障，比如消防大隊、消防通信指揮中心以及車載電臺、消防站固定電臺。此外，各級消防指揮人員作業期間應用的手持通信設備也可以在通信網絡覆蓋范圍內加入一級網中。若所使用的通信設備為車載電臺，為獲得良好通信效果，則需保證一級網覆蓋范圍始終大于城市消防管區地理面積80%以上。在構建消防一級網時，要求其具備信號覆蓋面廣、傳輸距離遠的優勢。其二，消防二級網即火場指揮網。當執行消防應急救援工作時，通過運行消防二級網，可確保火災覆蓋范圍內，所有消防作戰人員以及消防指揮人員彼此間通信設備的良性溝通。且應急救援時，不同參與主體之間的通信也可在二級網中實現，如搶險急救隊、專職消防隊等。但消防二級網對無線電臺有著較高的要求，應保證電臺具備良好兼容性，且信號傳播距離不宜過長，建設的通道數量也要適中。其三，消防三級網。又稱為消防戰斗網。主要使用人員為火場各參戰消防中隊，主要作用是建立起不同參與應急搶險人員之間的聯系，包括中隊前后指揮員、指揮員與戰斗班長、班長與水槍手、特勤搶險班所有戰斗人員。消防三級網不需要遠距離信號傳輸作為支撐，但應用到的通信電臺數量以及信號傳輸通道數量較多，同時，在信號傳輸過程中還需具備極強的穿透能力。

三、影響消防無線通信網成形原因

其一，無線通信設備昂貴。以往所運行的通信系統構成包括移動臺、中繼臺、基地臺，而集群通信系統組成有基站、移動臺、調度臺、控制中心等。為保證系統的運行能夠從真正意義上滿足消防一級網建設、使用需求，就需投入大量先進性設備，并在設備相互作用下，發揮出各通信系統運行優勢，但也無疑會增多建設總成本。其二，無線通信肌理復雜。當前我國無線通信頻率稀有，且又受國家全面管控的限制，導致消防專用頻率資源不足。早先開展的通信工作極易出現信道不足問題，尤其是同頻信號，彼此間相互干擾嚴重。此外，并非所有無線通信電臺都能夠做到相互連通，若電臺標準、制式不同，還會影響電臺兼容性，而相同調制方式的通信設備也無法保證有效兼容。其三，制式標準類別多樣。現階段，國內、外設定的數字通信標準有較大差別，且種類繁多，常參照的專用數字集群技術標準有DMR、TETRA、Go Ta等[1]。

四、寬窄融合通信系統設計

消防單位寬窄融合通信系統構成有寬帶P-LTE基站、窄帶PDT基站，融合網管、融合核心網設備、模擬常規中轉臺、統一指揮調度中心等，各機構的相互作用打造出消防寬窄融合通信組網方案。既能夠建立起寬窄系統、專網寬帶系統間的聯系，實現系統通信，還可以借助公網有效補充寬窄網無法覆蓋的區域，從而達到專網業務連續性的效果，促使消防應急救援工作中各類信息的快速轉發與融合。

融合核心網借助多媒體融合通信（MUC）平臺連通寬帶、窄帶系統，MUC平臺是多種復雜技術的集成應用，能夠對底層復雜的異構網絡組網細節進行有效屏蔽，實現通信管道透明化傳輸，以此打破不同異構通信系統間的通信局限性，包括寬帶專網系統、窄帶系統、寬帶公網系統等，打造出一個極具兼容性的一體化融合通信系統。

消防指揮調度系統由多個系統組成，包括公網寬帶、專網寬帶、數字集群、融合模擬常規等系統，且各系統之間能夠有效連通，實現對消防應急救援現場的遠程、實時指揮，并對工作人員進行跟蹤調度與管理。指揮調度系統的運行可統一指揮多模終端用戶以及PDT終端用戶，系統具有組呼、單呼等功能模塊。

融合網絡管理系統可連接起寬帶系統與窄帶系統，做到對不同終端用戶的集中管理，還可對用戶開組、開戶、混合編組管理。此外，系統具備對設備的管理功能，并全過程監管網絡中的告警信息[2]。

五、寬窄融合通信技術研究

（一）雙模同號技術

智能多模終端建設時，應用到多類別技術，如窄帶DMR/PDT、寬帶LTE等技術，可看做成寬窄帶相互融合的產品，能夠建立起公網、專網之間的聯系，同專網對講機進行良好通信，也可實現與公網設備的實時溝通，還能夠同時執行數據業務、語音業務。多模終端主要功能是接入寬帶公網對講系統以及PDT窄帶系統，具體操作如下：在不同系統中接入相同號碼，系統可對業務類型進行細致分析，依托于分析結果，自動呼叫相對應的終端，無論終端設置于寬帶亦或是窄帶系統，均能夠保證終端號碼的唯一性。

針對窄帶系統未覆蓋區域，可借助多模終端來對不同部位窄帶信號的強弱情況進行精準檢測，并實現網絡的自動切換，確保信號傳輸活動能夠在網絡覆蓋范圍廣的區域內執行，增強應急信號傳輸暢通性。此外，多模終端具備極強的數據傳輸功能，為消防應急救援人員作業提供可靠、及時的數據支持，實現對應急救援工作的快速處理。采取雙模同號雙通的策略，可使多模終端所擁有的寬窄融合優勢充分發揮，以此達到各系統間語音信號相互對接的效果。其中，談及的雙模同號雙通策略如下：多模終端使用一個號碼，接入到窄帶系統;多模終端的注冊主要有兩項內容即多媒體業務注冊、語音業務注冊;當終端被設置在僅有窄帶信號，沒有寬帶信號的區域時，終端只能夠在窄帶系統中注冊語音業務。但若設置于兼容寬帶與窄帶的區域，需在寬帶系統中注冊多媒體業務，而窄帶系統中注冊語音業務;終端位于純寬帶區域時，應在寬帶系統中同時注冊兩項業務。

（二）寬窄互通加密技術

語音各終端的加密主要指寬帶終端、雙模終端、窄帶終端相互連通并傳輸語音信息時，會將信息內容轉化為密文，再傳輸至各終端內部，這一過程中，不涉及解密的環節，可實現對語音信息的有效保護，而在解密時，系統、網絡均不參與，二者的職能只有信息透傳。通常來說，端與端加密時常用的加密方法有兩種即軟、硬加密方式，其中，軟加密系統構成包括加密Lib庫、MDM服務器、密鑰加載客戶端。雙模終端在庫的幫助下加密、解密音視頻信息，再由寬、窄帶系統透傳已加密的信息，利用客戶端將信息傳輸至服務器，最后由服務器遵循終端管理策略將信息下發給各終端。硬加密系統由MDM、加密TF卡、密鑰管理系統組成。具體工作流程如下：將加密TF卡插入到雙模終端中，以此加、解密寬帶音視頻，再由寬帶系統透傳加密后信息。密鑰管理則利用密鑰管理系統中的加密策略實現密鑰的實時更改，通過移動終端管理系統將最終密鑰下發至終端TF卡上，便于密鑰創建、刪除等操作的執行[3]。

六、消防應急救援中寬窄帶融合通信系統的實際運用

（一）系統應用實例一

為實現消防應急救援的快速響應，保持救援現場與指揮中心信息的暢通，全面提升指揮員指揮效率，洛陽消防支隊便應用寬窄帶融合通信系統。救援時，采用兩種溝通方式即公網對講、應急自組網對講，并建立起無線局域專網，以此增強救援現場通信暢通性，還可在系統以及先進通信技術的幫助下，借助公網GSM鏈路實現指揮中心與救援人員之間的實時溝通。實際作業時，兩條鏈路可以相互補充，并在融合通信平臺的支撐下，達到互聯互通的目的，將現場視頻、語音信息快速、完整地傳輸給指揮作戰中心。

若在救援時只需傳輸語音信號，可以運行窄帶數字無線自組網，其優勢表現為不需借助通信網絡以及其他外部設備也可實現信息的有效傳輸，同時，還能在全地形狀況、全天候下使用。系統運行中，使用的每臺通信及輔助性設備均可視為通信工具，也是通信中繼，采用無線多跳自組網的方式為災害現場作業人員提供易拆易建、安全可靠、即用即通的語音通信組網覆蓋，即使是在較為復雜的救援條件下，也可保證語音通信質量。如果救援過程中，通信設備發生故障，系統可在第一時間自主完成可連接設備的搜索與組網，還能夠結合現場實際情況實現局域網的靈活組建。同時，各類型組網如樹狀、鏈狀、網狀組網均可以靈活部署，從而構建出隨需而動、隨欲而通的語音通信網絡。該系統也可被用于復雜特殊環境的應急救援工作中，如野外山區、地下車庫、樓宇密集等區域，并獲得良好通信效果。

（二）系統應用實例二

沈陽消防研究所將消防救援局重點攻關項目“城市災害事故現場消防通信技術及系列裝備研究”作為依據，秉持新舊相容、寬窄融合、公專互補基本原則，實現對消防應急救援現場通信組網的快速建設與完善，同時，還將通信信號覆蓋到多個盲區，達到跨網絡、跨頻段、跨系統互聯互通的目的，并從根本上解決實時通信指揮調度難題。運行的消防寬窄融合通信系統構成包括寬帶與窄帶自組網基站、前和后指揮調度終端、消防單兵融合通信終端，被應用于大范圍消防應急救援現場中，實現對現場應急通信的全天候保障。系統的使用實現了現場信號覆蓋設備、融合互通設施、后端融合通信平臺等多設施的互聯互通、快速部署、全面融合，以此解決應急搶險、滅火救援、人員搜救工作中遇到的數據、語音、視頻信號低效率、缺失性傳輸的問題[4]。系統具體構造如下：2臺寬帶、窄帶自組網基站、1臺車載型寬帶自組網基站、10臺融合通信終端、1套音視頻通信調度平臺軟件、1臺服務器與交換機、1臺防火墻。系統具備多方面的功能：可實現寬窄帶專網信號快速、大范圍自組網覆蓋，還能達到不同網絡彼此間融合互通的目的，包括專網、公網、集群網絡、常規網絡。同時，應急救援現場生成的視頻信息能夠在第一時間回傳給消防指揮中心，并由指揮人員對各類通信資源進行集中、可視化調度，還可全面融合單兵音視頻通信。

寬窄帶融合通信系統以及所配置設備均達到防塵、震動、防水、跌落檢驗標準，并配有無線電發射設備型號核準證、PDT入網檢測報告等，已在當地消防應急救援工作中使用，并獲得較為理想的通信效果。

（三）系統應用實例三

1.消防無線專網運行缺陷

上海消防應急救援指揮中心運行的無線調度系統構成為“350M模擬+Tetra+公網圖傳”，而350M模擬無線專網運行時間長達10年，設備老化嚴重，且頻率利用率低，只能夠實現語音信號的傳輸。此外，系統最初設計時，由于科技仍存有較大限制，因此，系統缺乏先進通信技術作為支撐，影響系統運行效率以及通信效果。同時，系統所使用的網絡與市民處于相同局域網，致使系統運行整體穩定性較差。

現決定對無線指揮調度系統進行改良，科學融合PDT技術與通信技術，以此增強語音通信的可靠性，還賦予系統終端定位功能，支持基于地理位置的調度。能夠同時接收到不同作業區域的音視頻信息，并保證信息的安全性[5]。

2.寬窄帶融合通信系統建設

基于PDT打造的寬窄帶融合通信系統運行頻點為350M，作業模式為集群同播，實際建設時，針對各PDT基站設置6個頻點，其中1個為控制信道+定位上報信道，其余頻點為業務信道。為不同編組分配相應的優先級，以保證消防指揮中心調度信息的暢通性。現如今，上海已建設有105個基站，實現網絡的全范圍覆蓋，并有繼續擴建、完善趨勢，實現現有模擬通信網絡向數字網絡的轉型。LET網絡為1.4G，計劃建設3000余座，現已完成2000座，其余基站仍在建設中，只要終端設備支持LET制式，在繳納運營商服務費后便可投入使用。

350MPDT基站的特點主要表現在三方面：其一，SDR基站可同時兼容MTP、PDT;其二，在寬窄帶融合通信系統的支撐下，可實現MTP、PDT業務的充分融合，并達到系統級統一指揮到單站互通混編;其三，將模擬集群業務遷移至系統中，實現模數的平滑過渡。

PDT基站與核心網優勢如下：PDT基站覆蓋范圍廣且靈敏度高，基站安裝時較為靈活;高度集成的電信級核心網可起到電信級交換容量的作用，能夠為超過百萬的運營商網絡提供服務;支持分布式安裝，無信號損耗，基站覆蓋范圍廣。與以往運行的基站相比，PDT基站使用纜線長度可超過30km，而在信號傳輸過程中，既能夠保障傳輸效率與質量，還不會造成過多損耗。核心網運行服務器體積較小，方便安裝，且性能良好;二次開發接口較為完善，可同時連接指揮調度平臺、接處警平臺、應急救援任務管理平臺;支持LET寬帶集群系統與PDT窄帶系統互聯互通，還可對各系統進行統一調度與管理;有效結合5G公網、LET專網、PDT專網，實現應急救援現場信息的實時備份與傳輸，確保無線通信暢通。

七、結束語

消防通信的工作職能是為應急救援作戰指揮信息的完整、快速傳遞提供保障，是應急救援工作中的重要組成。現如今，火災事故現場環境越發復雜，增大消防救援工作開展難度，且不利于各救援小隊與指揮中心的實時溝通。對此，就需打造寬窄融合通信系統，并將其科學、有效應用于救援工作中，確保災害現場通信信號的暢通，還可實現現場圖像、語音的傳輸，為指揮中心決策的制定提供可靠參考。

作者單位：史洋? ? 棗莊市消防救援支隊

參? 考? 文? 獻

[1]馬志偉，孫巖.警用無線寬窄融合通信應用研究[J].數字通信世界，2021（02）：31-33.

[2]許煒，曾凡海.基于寬窄帶融合技術的融合通信系統及其在移動警務中的應用[J].警察技術，2019（02）：11-13.

[3]祁正達.公安無線專網的寬窄帶融合[J].計算機與網絡，2020，46（12）：1.

[4]諶德軍，孫志昆，姚怡，等.便攜式寬窄帶融合衛星通信終端在應急通信的應用及實踐[J].衛星應用，2021（12）：5.

[5]張成斌.基于寬窄融合的無線統一調度系統設計和實現[J].計算機與網絡，2020，46（3）：4.