泸定地震应急救援中Ka高通量卫星网络的应用分析与发展思考

李玉成 罗翔

0 引言

泸定6.8级地震在较为广泛的受灾区域内造成断路、断电、断网，形成一定数量的“信息孤岛”、“救援孤岛”，震中位于高山峡谷地带，“三断”现象直接影响救援行动效率与进度。这是2017年中星16号Ka频段卫星发射商用后，卫星通信进入高通量时代以来，所面对的一次与2008年汶川地震受灾环境类似、具备典型地震灾害特征的应急通信保障环境，一定程度上可以作为应急通信新技术、新装备、新应用模式的实战化检验环境。

在此次抗震救灾中，Ka高通量卫星网络广泛应用于救援指挥、公众通信、媒体采访等方面，为灾区提供了充足的资源保障、有力的技术支撑，充分验证了Ka高通量卫星网络在应急通信保障中的重要作用。

1 Ka高通量卫星网络

1.1 网络概况

中星16号卫星是我国第一颗高通量卫星，设计有26个用户点波束和3个馈电波束，总体覆盖我国除西北、东北部分地区的大部分陆地和近海近300km海域，卫星总容量为20Gbps左右，采用东3B平台。该卫星于2017年4月12日发射，定点于东经110.5°，2017年下半年正式投入商业运营。

目前，基于中星16号卫星的Ka高通量卫星网络形成覆盖中国大陆大部和近海海域，超过20Gbps容量的宽带卫星通信能力，中星16号卫星的发射及商用，标志着我国卫星通信领域进入卫星互联网新时代，2022年底发射的中星19号卫星和2023年初即将发射的中星26号卫星可以与中星16号卫星共同组网，覆盖我国全境及“一带一路”主要区域，形成带宽更高、保障更优的星队服务能力[1]。

Ka宽带卫星网络地面业务运营系统已建成3个信关站（包含基带和射频系统）和1个运营中心（包含数据中心、网管和BOSS系统），运营中心部署在北京，3个信关站分别部署在怀来、成都、喀什，它们之间通过主备光纤线路实现互联互通，运营中心与Internet、企业专网、公网等地面网互联[2]。

Ka宽带卫星网络总容量达到20Gbps。信关站均采用13m天线，终端天线最小等效口径为0.45m，具备国产化自主可控能力，安全性高，系统网管支持百万量级终端管理。可提供数据、视频、语音等服务，支持集团用户组网等。

1.2 网络应用[3]

Ka高通量卫星网络是一个天地一体化的通信平台，该平台提供给使用者的是一个统一的运营服务管理平台，建设有电信级的专业BOSS系统，可以提供业务开通、客户管理、账务信息以及运营管理等功能，直接面向用户提供服务，可支持多种应用。

1.2.1 应急保障应用

Ka高通量卫星网络具备大带宽、便捷高速、稳定可靠等特点，可提供超大容量的卫星通信服务，单站下行速率最大可达150Mbps，可与应急指挥专网、宽带自组网、窄带通信网等无缝融合，提供话音、短信、图像、视频会议等通信服务。可以提供灾害现场前突前指高清可视化指挥通信接入、战术互联网骨干节点通信接入、4G公网接入、日常监测点数据传输、应急通信指挥车网络接入、无人机采集数据回传及通信中继、直升机应急指挥通信接入等。

1.2.2 普遍服务应用

在地面网络未覆盖的区域，尤其是受自然条件限制极大的西部欠发达地区、岛屿、边疆等区域，利用高通量宽带卫星网络，对光纤不可达的边远地区进行网络延伸覆盖，提供4G公网、音视频传输、互联网接入等服务。服务区域从人口稠密的城镇扩展到人少分散的居住点、抵边村落等区域，助力“ 乡村振兴”战略高质量发展。

1.2.3 航空互联应用

主要分为商业航空和通用航空应用两类。其中，商业航空提供航空互联网接入服务，以满足不同乘机人群对商业航班机上网络服务的广泛需求;通用航空通过卫星通信系统，可以为无人机、直升机等通用航空器材在物资运输、医疗救护、抢险救灾、搜索救援、安全保障、森林防火等应用领域提供实时回传数据、图像、声音、视频等服务，泸定地震救援中，利用彩虹无人机、翼龙无人机等实现救援区域内应急公网覆盖即为一次成功的通用航空典型应用案例。

1.2.4 海上通信应用

依托Ka高通量卫星网络，为海洋执法、船舶办公、生产监测、船员通信等场景构建安全可靠的宽带卫星服务，可以为用户建立陆地与海岛、船舶、平台之间的可靠通信，为企事业单位、执法机构、个人提供网络接入服务[4]。

1.2.5 物联网应用

依托Ka高通量卫星网络“感传智用”业务模式，可构建生产数据监测网络、自然资源监测网络，形成天地一体化智慧解决方案，可同时满足窄带数据、宽带视频数据传输需求，主要应用于包括林草生态、地质灾害、水利水电工程等多领域监测。

1.2.6 商旅文娱应用

依托Ka高通量卫星网络，在广电新媒体、赛事、重大活动等不同商旅文娱场景，提供直播传输、安全监控、服务保障等卫星互联网服务，确保新闻、赛事、活动可以第一时间传输、参赛观赛人员安全健康、活动组织及时有效。

2 泸定地震通信救援概况

抗震救灾期间，Ka高通量卫星网络累计为灾区提供1964GB流量资源，开通高通量卫星小站共计24套，单站下行速率达到了150Mbps，上行速率达到了21.6Mbps，实现了应急通信指挥保障、电信运营商通信恢复和卫星互联网公众应急应用，具体情况如下：

2.1 应急指挥通信保障

泸定灾区应急指挥由统筹调度灾区救灾工作的后方指挥部、具体安排区域救援工作的前方指挥部、最接近最后一公里的前突指挥点和救援一线组成，各个站点间需要快速组网、尽可能延伸信号覆盖区域，实现稳定通信。

地震发生后，灾区现场通信中断，指挥信息传递困难。Ka高通量卫星网络充分发挥了部署快、速率高的特点，迅速为救灾指挥构建卫星互联网热点覆盖，为救灾前方指挥部和前突指挥点开通了专用应急指挥通道。

在得妥镇政府院内，0.8mKa便携站搭建前方指挥专用卫星互联网，为前方指挥部指挥调度救援力量、救援物资、安置转移受灾群众提供高速指挥链路。

在联合村隧道出入口和临时码头，0.5mKa便携站搭建前突指挥专用卫星互联网络，为前突指挥员指挥救援一线、及时联络救援进展、汇报救援动态，获得救援支持提供稳定的前突指挥链路（图1）。应急指挥专线链路多路并发，可靠运行。

图1 泸定县委利用Ka高通量卫星网络突前指挥

2.2 地面运营商通信抢通

此次抗震救灾，Ka高通量卫星网络为抢通4G网络信号覆盖，发挥了快速部署、高速传输、链路稳定的核心作用。依托Ka高通量卫星网络大带宽优势，三大地面运营商累计开通了15路Ka卫星4G通道，单路下行速率达到70Mbps、上行速率达到12Mbps。

在运营商通信恢复抢险过程中，Ka高通量卫星网络体现了高速保障特点，基于Ka高通量卫星网络下的4G通道，单路24小时最大接入用户425、视频语音通话（VoLTE） 峰 值用 户 58、VoLTE语音话务量均值36.9，有效保障了现场救援人员及受灾群众的公网应急恢复。

2.3 公众卫星互联网应急应用

卫星互联网服务在保障其他社会救援力量的通信中发挥重要作用，利用Ka高通量卫星网络和各型Ka终端，在联合村大桥、临时码头和湾东村口，各救援力量灵活接入Ka高通量卫星网络，进行无人机视频、现场搜救视频的高速数据回传；央视总台等新闻媒体实时传输了高清视频新闻素材；获救群众及家属、各救援队伍利用卫星网络及时与亲友视频通话互报平安。

3 泸定地震救援中通信装备的应用

在泸定地震救援中，各类高新通信装备得到广泛应用，笔者及团队以Ka高通量卫星网络为骨干传输网络，使用各型通信装备所构建的应急通信网络，有效满足现场各类通信需求，为救援指挥部、救援队伍、新闻媒体、受灾群众提供了有力的通信保障（图2）。

图2 泸定地震Ka高通量卫星网络典型应用拓扑

3.1 应用装备简介

Ka高通量便携站可以独立组网，也可以结合其他装备综合组网。笔者在此次泸定救援中使用了0.5m超轻便携站、0.8m高性能自动便携站进行应急通信保障，经历了小雨、中雨、阵雨等复杂环境考验，也验证了Ka高通量便携终端的轻量、易通特点可以为人员徒步背负、水路行进、空中运输等救援方式提供技术基础，使现场信号恢复时间缩短至10分钟之内，提升了现场应急传输链路抢通的效率。

3.1.1 0.5m超轻型便携站、0.8m高性能便携站

这两种便携站（图3、图4）的主要特色是全自动且内置wifi，支持上行10Mbps高速回传，一键式自动寻星，便于非专业人士使用。主要技术指标如表1所示。

表1 0.5m超轻型便携站、0.8m高性能便携站主要技术指标

图3 0.5m轻超轻型便携站

图4 0.8m高性能便携站

3.1.2 宽带自组网系统

宽带自组网主要应用于各种复杂环境中的无线应急通信网络链路的搭建，可以实现高带宽远距离的无线通信传输，并将音视频及数据进行双向的传输，宽带自组网设备开机自动构建网络，支持多种拓扑结构，包括星状、线状和网状结构，节点具备对等性。当拓扑连接关系发生变化时，系统可重构路由；网络具备抗毁性，任意节点设备可随时加入或退出网络，不影响整个网络的正常使用。

面对绝大部分灾害情况发生时，公网处于瘫痪状态，必须临时快速布设应急通信专网，用于传输现场音视频信号，以及各种环境参数、空呼、生命体征等传感器信号。城市环境复杂，特别是高层、地下室、大型综合体、地铁隧道等场景，采用传统专网基站组网模式无法满足要求，存在大量盲区，会给应急救援工作带来致命问题。无线宽带自组网不依赖网络基础建设，可以迅速展开前方网络通信传输的能力。

3.1.3 4G基站设备

本次泸定救援中使用的4G基站通过Ka高通量卫星网络接入到运营商的核心网，为救援区域提供4G应急公网覆盖，单路24小时最大接入用户425、VoLTE峰值用户58、VoLTE语音话务量均值36.9，有效保障了现场救援人员及受灾群众的公网应急恢复。

3.1.4 系留无人机

系留无人机（图5）是一种通过系留线缆供电，以实现24小时不间断作业的无人机。它载荷能力大，滞空高度高，续航能力强，安全性卓越，整套系统通过小型车辆便可运输，可快速部署，在应急救援中主要有以下优势：

图5 DG-M20系留无人机

一是可挂载4GLTE和宽窄带自组网升空到300m—400m高空。升空状态下，通信设备覆盖半径可达到其地面部署时的5—10倍以上。

二是可大大减少房屋、树林以及常见地面障碍物对于通信设备的遮挡，变地地通信为空地通信，大大提升通信设备的环境适应性。

三是使用300m—400m系留无人机时，救援队伍可以随时随地布设制人造高点，解决了救援队伍野外作业寻找通信至高点时遇上的选点难，寻路慢，爬山险的特点，大大提升通信保障效率。

3.2 组网应用成效

在此次救援中，高通量卫星网络的大带宽特点得到了充分验证，多路高清视频同时传输、数十路视频通话同时进行等场景均得到实战检验。视频传输过程中，服务质量（QoS）保障机制自动适应，链路稳定畅通、无抖动，视频传输效果良好。

泸定地震发生后，因“三断”形成了较多信息孤岛，Ka高通量便携终端的轻量、易通特点为人员徒步背负、水路行进、空中运输等救援方式提供了技术基础，使现场信号恢复时间缩短至10分钟之内，提升了现场应急传输链路抢通的效率。此次抢险过程中天气多变，经历了小雨、中雨、阵雨等复杂环境，主站侧通过上行功率控制器自动调整主站发射功率，增加主站发射功率，提高小站的接收信噪比，小站侧的调制解调器会根据小站发射能力检测结果去增加小站的发射功率，通过以上手段提高小站的发射接收信噪比，改善使用环境影响，15路应急通道均稳定传输，验证了Ka高通量卫星网络在4G基站应急恢复中的可靠性与实用性。

综上所述，通过此次抗震救灾，充分检验了Ka高通量卫星网络在应急通信中的实战效果，充分验证了Ka的大带宽能力是应急通信的网络基础；便捷高速的Ka终端是应急通信的重要装备；稳定可靠的网络质量是应急通信的核心保障。未来，中星26发射成功后，将增加100Gbps以上的卫星带宽，单站接入能力提升至450Mbps，必然会为我国应急通信提供更强有力支持。

4 Ka高通量卫星网络应急救援应用发展建议

从泸定地震救援中可见，地震灾区的应急通信需求不仅仅局限于单点单站救援，也不仅仅满足于政府单位、救援队伍的语音通话、画面回传、指挥调度需求，而是在众多“三断”形成的“信息孤岛”、“救援孤岛”全面构建、抢通受灾区域通信网络，以满足各级政府、救援队伍、新闻媒体、受灾群众的通信需求。

通过此次实战救援行动，Ka高通量卫星网络已经证明在大震巨灾面前，具备快速部署、可靠通信的应急救援通信保障能力，但是仍需要做好以下几个方面：

一是加强政策引导，将Ka高通量卫星网络纳入应急指挥专网体系，参考应急管理部战术互联网构建模式，将Ka高通量卫星网络作为应急骨干传输链路，将宽带自组网、LTE、wifi、无人机等作为延伸覆盖手段，强化Ka高通量卫星网络与政府、行业专网的融合通信能力。

二是增加终端部署数量，尤其是在我国灾害易发区域、重点区域宜采用前置部署方式，将终端部署到重点区县、重点乡镇，由上级部门统筹管理调配，基层单位具体使用维护。

三是推进新技术、新产品、新模式的开发、应用、研究，围绕以Ka高通量卫星网络为代表的骨干应急传输链路，根据地域特点、典型灾情特点、行业特点，构建空天地一体的应急指挥网络、公众应急网络、专用应急网络，以适应新形势下受灾区域对应急通信的综合需求[5]。