通信系統(tǒng)在援巴基斯坦地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

譚 穎 楊 樂(lè) 曾 薇 李璐彬

（中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045）

通信系統(tǒng)在援巴基斯坦地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

譚 穎 楊 樂(lè) 曾 薇 李璐彬

（中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，北京 100045）

隨著我國(guó)地震科技實(shí)力的不斷進(jìn)步，我國(guó)援助境外地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)的技術(shù)也日趨增強(qiáng)。通過(guò)境外臺(tái)站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回傳，可為我國(guó)地震科學(xué)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，而通信系統(tǒng)在這中間起到了不可或缺的作用。本文簡(jiǎn)要介紹了“援巴基斯坦地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)項(xiàng)目”中通信系統(tǒng)的概況及多種通信技術(shù)的應(yīng)用模式。

通信系統(tǒng) 援巴項(xiàng)目 多種通信技術(shù)

引言

近年來(lái)，隨著我國(guó)地震科技實(shí)力的逐步增強(qiáng)，地震科技對(duì)外交流與合作不斷拓展，通過(guò)地震科學(xué)開(kāi)展國(guó)家間的外交合作其意義愈加顯著。在國(guó)家總體外交方針的指導(dǎo)下，在外交部、商務(wù)部等部門(mén)的大力支持下，中國(guó)地震局援助境外地震臺(tái)網(wǎng)作為地震外交的主要實(shí)現(xiàn)手段取得了豐碩的成果，極大地提高了我國(guó)防震減災(zāi)工作的世界影響力，進(jìn)一步樹(shù)立了我國(guó)作為一個(gè)負(fù)責(zé)任大國(guó)的國(guó)際形象。

1 項(xiàng)目介紹

“援巴基斯坦地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)項(xiàng)目”是中國(guó)政府無(wú)償援助巴基斯坦的一個(gè)重要建設(shè)項(xiàng)目，其目標(biāo)是增強(qiáng)巴基斯坦地震監(jiān)測(cè)的基礎(chǔ)設(shè)施，提高巴基斯坦的地震監(jiān)測(cè)能力。項(xiàng)目建成后，地震數(shù)據(jù)將全部實(shí)時(shí)傳輸至伊斯蘭堡數(shù)據(jù)中心進(jìn)行分析處理，幫助巴基斯坦提高地震速報(bào)能力，構(gòu)建先進(jìn)的地震監(jiān)測(cè)平臺(tái)技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，加強(qiáng)巴基斯坦的地震災(zāi)害監(jiān)測(cè)水平，為巴基斯坦實(shí)現(xiàn)災(zāi)害地震速報(bào)以及為后續(xù)的海嘯預(yù)警系統(tǒng)提供基礎(chǔ)平臺(tái)。此外，部分觀測(cè)數(shù)據(jù)將實(shí)時(shí)傳回至中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，改善我國(guó)對(duì)全球、特別是西亞地區(qū)地震的監(jiān)測(cè)能力，提高我國(guó)新疆西部地區(qū)的地震監(jiān)測(cè)能力1。

“援巴基斯坦地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)項(xiàng)目”將在巴基斯坦境內(nèi)建設(shè) 1個(gè)寬頻帶數(shù)字化地震臺(tái)網(wǎng)，建設(shè)內(nèi)容包括：10個(gè)寬頻帶地震觀測(cè)臺(tái)站和1個(gè)地震數(shù)據(jù)中心，如圖1所示1。

▲為寬頻帶地震觀測(cè)臺(tái)站；★為地震數(shù)據(jù)中心圖1 巴基斯坦臺(tái)網(wǎng)分布圖Fig. 1 Distribution map of PMD seismic network

2 項(xiàng)目通信系統(tǒng)介紹

2.1 通信網(wǎng)整體概述

“援巴基斯坦地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)項(xiàng)目”通信系統(tǒng)采用衛(wèi)星（VSAT）數(shù)據(jù)傳輸和無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻微波傳輸相結(jié)合的方式。其中，無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻微波采用跳頻技術(shù)，用于數(shù)據(jù)中心附近的寬頻帶地震臺(tái)站觀測(cè)室與數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)傳輸，可選用數(shù)據(jù)加密方式；衛(wèi)星（VSAT）用于寬頻帶地震臺(tái)站觀測(cè)室或記錄室與數(shù)據(jù)中心間的傳輸。

各個(gè)寬頻帶地震臺(tái)站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)將匯集至伊斯蘭堡的地震數(shù)據(jù)中心，同時(shí)該數(shù)據(jù)中心可將地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至我國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，如圖2所示。

2.2 通信網(wǎng)絡(luò)功能及技術(shù)指標(biāo)

（1）支持實(shí)時(shí)地震觀測(cè)數(shù)據(jù)流傳輸

· 信道時(shí)延＜3s；

· 超寬頻帶地震臺(tái)站有效數(shù)據(jù)通信鏈路速率≥32kbps，寬帶地震臺(tái)有效數(shù)據(jù)通信鏈路速率≥20kbps；

圖2 援巴項(xiàng)目通信系統(tǒng)拓?fù)鋱DFig. 2 Topology of PCSN communication system

· 通信鏈路設(shè)備滿(mǎn)足實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸?shù)膮f(xié)議，并具備相匹配的物理接口。

（2）支持TCP/IP協(xié)議，可實(shí)現(xiàn)臺(tái)站網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)

通信鏈路可能發(fā)生故障而造成傳輸數(shù)據(jù)丟失，當(dāng)通信恢復(fù)后，可以通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)從臺(tái)站本地的數(shù)據(jù)文件存儲(chǔ)系統(tǒng)中將所缺數(shù)據(jù)以文件傳輸方式補(bǔ)充至數(shù)據(jù)中心。

（3）通信鏈路支持按需分配

除常規(guī)數(shù)據(jù)傳輸鏈路外，還可隨時(shí)為遠(yuǎn)程維護(hù)工作需要增加鏈路帶寬，以實(shí)現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的軟件升級(jí)和故障檢查。

（4）運(yùn)行管理簡(jiǎn)便

通信系統(tǒng)操作簡(jiǎn)便，采用工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)及設(shè)備，可在最大程度上減少日常維護(hù)工作。

（5）系統(tǒng)可靠性高，建設(shè)周期快

通信系統(tǒng)誤碼率＜10-7，可在較短時(shí)間內(nèi)完成安裝架設(shè)及開(kāi)通。

3 主要設(shè)備配置及技術(shù)指標(biāo)

援建的10個(gè)寬頻帶地震觀測(cè)臺(tái)站，分布于巴基斯坦全國(guó)各地，其中9個(gè)臺(tái)站采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，另外1個(gè)臺(tái)站距離伊斯蘭堡數(shù)據(jù)中心較近，采用無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻微波方式傳輸數(shù)據(jù)1楊桂存，2011. 援巴基斯坦地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)項(xiàng)目中心站安裝報(bào)告.。

3.1 無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)

根據(jù)臺(tái)站位置和周?chē)h(huán)境的情況，在離伊斯蘭堡數(shù)據(jù)中心最近的 1個(gè)測(cè)震臺(tái)站（約10km），選擇采用GE MDS公司的iNET300型網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)作為通信工具，工作頻段為334—336MHz，采用跳頻技術(shù)、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式，用于數(shù)據(jù)中心附近的寬頻帶地震臺(tái)站觀測(cè)室與數(shù)據(jù)中心之間的數(shù)據(jù)傳輸，可選用數(shù)據(jù)加密方式傳輸?shù)卣饠?shù)據(jù)。寬頻帶地震臺(tái)站無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)及應(yīng)用如圖3、圖4所示。

MDS iNET300網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)是一個(gè)長(zhǎng)距離、高速率、工業(yè)級(jí)的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)。通過(guò)iNET300電臺(tái)，可將遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)或串口網(wǎng)關(guān)連接到基于IP的網(wǎng)絡(luò)上。iNET300采用先進(jìn)的跳頻和數(shù)據(jù)加密技術(shù)，在256kbps數(shù)據(jù)速率下最大有效傳輸距離可達(dá)60km。其特點(diǎn)是：設(shè)備抗干擾能力非常強(qiáng)；采用特殊加密措施，安全性能強(qiáng)；無(wú)線(xiàn)組網(wǎng)簡(jiǎn)單方便，支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸；具有較強(qiáng)的繞射能力和穿透能力，因此傳輸距離遠(yuǎn)，而且當(dāng)基站與遠(yuǎn)端電臺(tái)之間有障礙物阻擋的時(shí)候，也能保證無(wú)線(xiàn)通信正常工作。同時(shí)由于該電臺(tái)采用數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)與FEC前向糾錯(cuò)技術(shù)，可使其具有較高的信號(hào)接收靈敏度并保證信號(hào)的可靠傳輸，使其更適應(yīng)城市無(wú)線(xiàn)環(huán)境比較惡劣的情況下應(yīng)用。設(shè)備配置及技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表1和表2。

表1 寬頻帶地震臺(tái)站數(shù)據(jù)通信單元設(shè)備配置Table1 Configuration of data communication unit on broad-band seismic station

表2 無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)技術(shù)指標(biāo)Table2 Specification of radio station

圖3 寬頻帶地震臺(tái)站無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)應(yīng)用示意Fig. 3 Radio station applying on broad-band seismic station

圖4 無(wú)線(xiàn)擴(kuò)頻網(wǎng)絡(luò)電臺(tái)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)模式Fig. 4 Point to point mode of radio station

3.2 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)

援巴項(xiàng)目的衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)由兩套系統(tǒng)組成：iDirect MiniHub衛(wèi)星系統(tǒng)及Comtech Vipersat衛(wèi)星系統(tǒng)。

巴基斯坦境內(nèi)地震臺(tái)站數(shù)據(jù)采集衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用了iDirect MiniHub衛(wèi)星系統(tǒng)。衛(wèi)星（VSAT）數(shù)據(jù)傳輸選用巴基斯坦國(guó)家通信衛(wèi)星PAKSAT-1的C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，該衛(wèi)星軌道位于東經(jīng)38°，波束能夠覆蓋巴基斯坦所有領(lǐng)土，大部分地區(qū)的EIRP值在38dBW以上。PAKSAT-1通信衛(wèi)星C波段轉(zhuǎn)發(fā)器EIRP覆蓋圖如圖5所示，C波段技術(shù)參數(shù)如表3所示。

iDirect衛(wèi)星通信系統(tǒng)出境采用156.2Kbps的TDM（Time-Division Multiplexing）載波，用于數(shù)據(jù)中心向所有測(cè)震臺(tái)站傳輸數(shù)據(jù)；入境采用300Kbps的TDMA（Time Division Multiple Access，時(shí)分多址）載波，用于所有測(cè)震臺(tái)站向數(shù)據(jù)中心回傳數(shù)據(jù)，各個(gè)臺(tái)站共享該TDMA載波，通過(guò)Qos策略設(shè)置，每個(gè)臺(tái)站保證15kbps的帶寬，當(dāng)某個(gè)臺(tái)站有突發(fā)數(shù)據(jù)量時(shí)，將共享剩余的165kbps帶寬，使用完成后帶寬將自動(dòng)釋放，以供其他臺(tái)站使用（陳振國(guó)等，2003；王秉鈞等，1998）。

圖5 PAKSAT-1通信衛(wèi)星C波段轉(zhuǎn)發(fā)器EIRP覆蓋圖Fig. 5 Coverage of EIPR of PAKSAT-1 C-band transponder

表3 PAKSAT-1通信衛(wèi)星C波段技術(shù)參數(shù)Table 3 Specification of PAKSAT-1 C-band

iDirect衛(wèi)星通信的系統(tǒng)載波規(guī)劃方案如表4所示，載波規(guī)劃示意如圖6所示。

圖6 載波規(guī)劃示意圖Fig. 6 Carrier configuration

Comtech 570L作為目前“十五監(jiān)測(cè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)”的一個(gè)遠(yuǎn)端站，用于連接北京與巴基斯坦的網(wǎng)絡(luò)。北京可通過(guò)這個(gè)衛(wèi)星站訪(fǎng)問(wèn)位于伊斯蘭堡的網(wǎng)絡(luò)和巴基斯坦境內(nèi)的遠(yuǎn)端測(cè)震臺(tái)站的數(shù)據(jù)。

該站點(diǎn)采用亞洲四號(hào)衛(wèi)星C波段進(jìn)行通信，SCPC載波（Single Channel Per Carrier，單路單載波），速率目前設(shè)置為256kbps。地震臺(tái)站衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)備配置如表5所示。

表5 地震臺(tái)站衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)備配置Table 5 Configuration list of satellite communication system of seismic station

3 結(jié)語(yǔ)

援外地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)在服務(wù)于國(guó)家整體外交的同時(shí)，也為我國(guó)的防震減災(zāi)事業(yè)做出了突出貢獻(xiàn)。通過(guò)境外臺(tái)站的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)回傳，可實(shí)現(xiàn)援建臺(tái)網(wǎng)所屬?lài)?guó)及周邊地區(qū)大、中地震的監(jiān)測(cè)，為地震科學(xué)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，擴(kuò)大了我國(guó)地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)的觀測(cè)范圍，有效提升了我國(guó)對(duì)援建臺(tái)網(wǎng)區(qū)域的地震監(jiān)測(cè)能力。通信系統(tǒng)在地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)中發(fā)揮了不可或缺的作用，相信隨著通信方式的快速發(fā)展，通信系統(tǒng)將在今后的援外地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)項(xiàng)目中發(fā)揮更大的作用。

陳振國(guó)，楊鴻文，郭文彬，2003. 衛(wèi)星通信系統(tǒng)與技術(shù). 北京：北京郵電大學(xué)出版社.王秉均，金萬(wàn)超，王少勇，1998. VSAT衛(wèi)星通信工程. 北京：中國(guó)鐵道出版社.

Application of Communication System in the Pakistan-China Digital Seismological Network

Tan Ying, Yang Le, Zeng Wei and Li Lubin

(China Earthquake Networks Center, Beijing 100045, China)

The real-time data from overseas network stations provide referenced data-base for the scientific study in earthquake filed and the communication system makes indispensable contribution to the data transfer. In this paper, we briefly introduce the communication system and multiple communication technology in the project of Pakistan-China Digital Seismological Network (PCDSN).

Communication System; PCDSN; Multiple communication technology

譚穎，楊樂(lè)，曾薇，李璐彬，2012. 通信系統(tǒng)在援巴基斯坦地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用. 震災(zāi)防御技術(shù)，7（2）：200—207.

2012-02-16

譚穎，女，生于1981年。工程師。主要從事援外項(xiàng)目及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)工作。E-mail：tina@seis.ac.cn

1 中國(guó)地震臺(tái)網(wǎng)中心，2008. 援巴基斯坦地震監(jiān)測(cè)臺(tái)網(wǎng)項(xiàng)目工程設(shè)計(jì)報(bào)告.