国家防汛指挥系统通信分系统建设.docx

国家防汛指挥系统通信分系统建设林灿尧 彭若能 刘云国家防汛指挥系统通信分系统包括卫星通信网、微波通信网、集群移动通信网、蓄滞洪区预警反馈通信网四部分，它的任务是为计算机网络和其他各种通信业务(语音、图像、数据)提供透明通道，完成水情信息的上传及分发、工情信息的上传、灾情信息的上传、国家防办与流域及各省市的异地防汛会商、防汛调度指挥和水利防洪工程单位之间的联络、蓄滞洪区警报信息的传递及反馈等七个方面的任务。一、我国防洪通信网的现状卫星通信网。目前，水利部拥有亚洲卫星二号(AsiaSat-2)半个KU波段转发器(27MHz带宽)。水利部主站已建设完成，采用美国休斯网络系统公司(HNS)的主体设备(TES、PES、ISBN)。该主站具有多种业务(语音、高速数据、图像)功能，用户容量较大。水利部7个流域机构中6个(长委、黄委、淮委、海委、珠委、松辽委)已建成相应规模的地面站，它们与水利部及相互之间已开通语音、高速数据业务。太湖局卫星地面站正在建设中。还建成了丹江口、潘家门、察尔森、飞来峡等水利工程管理单位和漳卫南管理局的卫星地面站，运行情况良好。数字微波及一点多址通信网。数字微波及一点多址通信用于流域内部的重点河道，是流域防汛指挥、抢险救灾、生产办公的重要通信手段。10多年来，在几个流域自建和合建了一些微波电路。主要有：长江流域荆江微波电路等5条电路，黄河流域郑州-黄河河口等5条微波电路，淮河流域信阳-蚌埠等5条微波电路，海河流域漳卫南运河等4条微波电路，松辽流域辽河三江口地带一点多址通信系统，珠江流域若干支线电路。在历次的防洪斗争中，微波通信电路发挥了重要的作用，但是现有系统仍远不能满足要求。系统覆盖范围不够，早期建设的电路设备和工程老化，因电路工作频率发生干扰需更换系统，微波电路需要开放新业务，运行管理等不少问题都亟待解决。800兆集群移动通信网。800兆集群移动通信网是防汛专用调度通信网的重要组成部分。为了保证全国防汛集群通信网的组网，国家无线电管理委员会已分配800MHz集群通信频点20对给防汛集群通信网专用。我国经过几年的建设，已建成一定规模的防汛调度集群通信网：长江流域4个基站，黄河流域28个基站，淮河流域11个基站，还有有关省市建设的部分基站。蓄滞洪区预警反馈通信网。蓄滞洪区预警反馈通信系统作为非工程防洪措施之一，自90年代以来，国家投入资金，利用超短波电台，在各流域重点蓄滞洪区先后建设了一批预警和信息反馈通信系统，改善了蓄滞洪区的防汛通信手段，在历次防洪抢险和指挥调度中发挥了重大作用。目前，蓄滞洪区应急反馈通信系统存在的主要问题有：(1)一部分重点蓄滞洪区还没有建设预警反馈通信系统。(2)已配备应急反馈通信系统的地区，在设备数量上还不能满足要求，一些地区设备已运行多年，陈旧老化，发射机功率下降，接收机灵敏度下降，有的地区由于通信设备使用集中，频率干扰严重。此外，在有条件的地区，为了提高现有通信设备及频率资源的利用率，需要逐步组建成无线集群通信系统，实现专网联网。二、国家防汛指挥系统通信分系统卫星通信网1骨干卫星通信网建设范围：(1)在全国360座大型水库中，建设100座卫星地面站(TES)；(2)在224个水情信息分中心，建设数据卫星地面站(PES)。2卫星数据平台(卫星数据小站)(1)在向中央报汛的3002个报汛站中，建设553个通信卫星方式的数据小站；建设112个海事卫星方式的数据小站(Inmarsat-C)。(2)在北京卫星主站，建设2个(1+1备用)Inmarsat-C小站。微波及一点多址通信网。按照各流域的通信规划，需要建设相当多的微波和一点多址电路。由于本项目的经费限制，主管部门确定的微波及一点多址电路建设共82个站，分别为：长江流域18个微波站黄河流域16个微波站，淮河流域12个微波站，海河流域16个微波站，松辽流域13个微波站，珠江流域7个微波站。800兆集群通信网。在原有系统的基础上，国家防汛指挥系统流域集群移动通信网的建设共设41个基站，分别为：长江流域9个基站，黄河流域6个基站，淮河流域2个基站，海河流域9个基站，松辽流域8个基站，珠江流域2个基站，太湖流域5个基站。蓄滞洪区预警反馈通信网。在本项目中建设的重点蓄滞洪区预誓反馈通信系统中，国家防总负责调度的共计为12个蓄滞洪区的系统。具体情况见下表。流域蓄滞江区数量基地台固定台车载台手持机长江流域322324黄河流域145714681淮河流域267020239海河流域622631312808合计12341921654052三、关键技术卫星通信。卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行通信，它是宇宙通信形式之一。卫星通信一般工作在UHF、U、C、X、Ku、Ka等波段。1体系结构。水利部卫星通信网采用美国体斯公司的体系结构，即：电话使用TES设备、SCPC/DAMA方式、70MHz中频，构成网状网，完成卫星-跳话音传输；数据使用PES设备、TDM/TDMA方式、L波段中频，构成星状网，完成卫星两跳数据传输。2关于降雨衰耗。水利卫星通信系统的工作频率为Ku波段(12/14GHz)，即上行使用14GHz、下行使用12GHz频率。在该波段上，降雨造成的衰耗是不容忽视的。根据CCIR的有关资料，在此频率上，当降雨强度为16mm/h时每公里的衰减量约为1dB，当降雨强度为100mm/h时，每公里的衰减量约为8dB；在雨区有效长度分别为5km和3.5km时，则降雨衰耗分别约为5dB和28dB。当系统储备不够时，就会发生传输的中断。可见，卫星在晴天和雨天的传输条件是完全不同的。为了保证在降雨时较高的传输可靠性，需要采取必要的措施来提高系统的抗雨衰功能。其中，常用的方法有：采用上行功率控制(UPC)单元，提高在降雨时的发射功率，并保证在晴天时的发射功率不超出规定的限制；增加地面站天线的口径；采用高发射功率的射频单元(ODU)。对卫星骨干网而言，采用上行功率控制(UPC)方法：(1)北京主站，地位重要，使用UPC收益大，因此采用功能较强的附加UPC单位的结构方案，其控制功能的范围可达10dB以上，理论上可以应付北京地区的降雨衰耗。(2)在各流域机构站，采用具有UPC功能的调制解调器，控制范围可达25dB。(3)近年来，新提供的CU3信道板具有UPC的功能，控制范围可达20dB。对卫星小站而言，采用UPC单元几乎是不可能的。这一方面是因为UPC单元价格昂贵，同时也因为短报文工作的数据卫星小站采用对数据的UPC还存在着技术上的困难。在主站，由于它是星状网络的中心，采用UPC是极其重要的，也是极有作用的。在已建的水利部卫星主站上装备了上行功率控制(UPC)单元并提供了足够功率容量的高功率行波管放大器，基本保证了北京地区降雨时的储备。采用其它两种方法，即增加VSAT站的功率储备，会使系统抗雨衰的能力大大提高。根据以上的分析可以看出：在我国各地区需要提供58dB的降雨储备，才能保证99.9%的可用率指标。例如：采用增加天线尺寸等级的办法(如从1.2m增加到1.8m/2.4m)会使储备提高3dB/6dB左右；增加一倍发射功率也会使储备提高3dB。然而，这些方法只可以在极少量的站上实行，而对于大多数的站则仍然是不现实的。因为如果晴天时也使用较高的发射功率和大口径天线，一方面会提高站的工程造价和增加站上的运行维护困难，另一方面，由于卫星转发器的功率负荷受限，大量的小站大幅度提高上行功率这对于转发器的功率使用也是不允许的。对于使用通信卫星的水情数据采集系统而言，如果测站的上行信息因降雨率较高而导致传输中断，惟一可靠的办法是等待雨势减弱时重发该信息。这种方式有待进一步实验。关于PDH和SDH。准同步数字系列(PDH)微波通信具有技术成熟等优点，在电信网的传输中一直占居主导地位。二十几年来，水利部门采用PDH微波设备陆续建设了二十多条中小容量的微波通信电路，如120路(8Mb/s)、480路(34Mb/s)等。随着国家防汛抗旱要求的不断提高，语音、数据、图像等信息成为各级防汛部门防汛决策的重要依据，信息需求量越来越大，特别是实时图像的传输给防汛通信网提出更高的要求。PDH容量小、标准不统一、缺乏足够的开销资源等缺点将无法适应防汛抗旱大容量的需求。同步数字系列(SDH)数字微波为大量防汛信息的快速传输提供了解决方案。SDH具有容量大、标准统一、透明性好、开销比特丰富等显著特点，它采用分插复用器(ADM)，可以方便地利用软件直接一次分插出2Mb/s的支路信号。 SDH有三种同步传送模块，即STM-1、STM-4、STM-16，STM-1的传输速率为155Mb/s(3x34Mb/s或63x2Mb/s)，其他模块速率更高。 SDH的上述特性日益受到防汛抗旱管理部门的重视。目前，国外SDH数字微波产品已经成熟。关于模拟集群和数字集群。集群通信是很多用户自动分享数量相对较少的无线信道，并动态地使用这些信道的移动通信系统。具有选呼、组呼、广播呼叫、紧急调度等功能。水利系统在黄河、淮河、长江等流域建有一定规模的模拟集群系统，通过多年的运用，模拟集群暴露了以下缺点：话质量差，保密性不强；盲区较多；手机体积大，使用不方便；使用多种制式，信令不统一，无法兼容，联网困难。正因为这些缺点，模拟集群面临被淘汰的边缘。90年代，发达国家相继研究、开发、生产各种数字集群，产品有美国摩托罗拉公司的IDEN系统，欧洲的TETRA系统，以及FHMA系统等。数字集群采用TDMA和FDMA的混合方式，利用线性调制技术，语音编码采用VSELP矢量和激励线性预测编码方式，差错控制采用卷积码、交织、CRC检错、坏帧替代等多种保护技术，它具有以下优点：采用多址技术，具有信道动态分配及功率控制；抗干扰能力强，话音质量好，保密性好；可提供文字、数据、图形、图像等多种业务；自动位置登记、自动漫游和频道自动切换功能：设备体积小、重量轻、耗电少。数字集群的优势决定了它在未来专用移动通信网中占有的重要地位。随着技术的进一步发展，水利系统将逐步采用数字集群解决防汛抗旱工作中移动通信问题。四、系统功能国家防汛指挥系统通信分系统建成后，从总体上看具有如下功能：1.利用防洪通信网提供的传输通道，国家防办基本上可在半小时收齐3002个中央报汛站的水情信息。2.能为水利系统计算机广域网提供专用数据传输通道，实现防汛信息共享。3.利