數(shù)字微波中繼通信在公安工作中的應(yīng)用

郭 萍

（南京森林警察學(xué)院，江蘇 南京 210023）

微波中繼通信是一種無(wú)線電通信方式。數(shù)字微波中繼通信，是上世紀(jì)末迅速發(fā)展起來(lái)的新通信技術(shù)，它同光纖通信、衛(wèi)星通信，并稱為現(xiàn)代通信的三大支柱。雖然模擬通信經(jīng)過幾十年的發(fā)展已相當(dāng)成熟，但是，數(shù)字通信同模擬通信相比，具有頻率利用率高、保密性好、傳輸質(zhì)量高等優(yōu)點(diǎn)，特別是各種業(yè)務(wù)，包括話音、數(shù)據(jù)或圖像，經(jīng)過數(shù)字化后，都可按同樣的數(shù)字形式出現(xiàn)在通信網(wǎng)中。

一、數(shù)字微波中繼通信的特點(diǎn)

（一）微波通信的特點(diǎn)

微波是指波長(zhǎng)為 1m～ 1mm、頻率從 300MHz～300GHz范圍的電磁波。利用這個(gè)范圍的電磁波傳播信息的通信稱為微波通信。

1.波長(zhǎng)短

由于微波波長(zhǎng)短，具有類似廣播的傳播特性，一般沿直線傳播，俗稱“視距傳播”，它的繞射能力很弱，容易被反射。由于波長(zhǎng)很短，即使遇到尺寸較小的障礙物也會(huì)被反射。為了避開途中的障礙物，需要豎立比較高的微波中繼天線塔，或在高山頂上建站。要想實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)距離通信，則需要采用“接力”的方式，將信號(hào)多次轉(zhuǎn)發(fā)。這就是微波中繼通信。

2.頻帶寬

頻帶寬意味著有較豐富的可利用資源，可容納的通道多，可傳送的信息也就多。無(wú)線電波中的長(zhǎng)波、中波、短波、超短波等加在一起，頻寬還不足1GHz，而微波的頻寬達(dá)299GHz，可容納更多的無(wú)線電信道。因此，在公安工作中，常利用微波中繼來(lái)組建圖像傳輸系統(tǒng)，進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)視。

3.設(shè)備小

因微波的波長(zhǎng)很短，微波設(shè)備可做得比較小，用較小的尺寸制成方向性很強(qiáng)的天線，把電磁波聚集成一個(gè)很尖銳的波束，按照指定的方向發(fā)射出去。用這樣的微波天線進(jìn)行發(fā)射或接收，和無(wú)方向性天線比較，相當(dāng)于把發(fā)射功率或接收功率提高了10000倍（40dB）左右。故在微波波段，發(fā)信機(jī)一般只需要發(fā)射幾瓦的功率就夠了。此外，由于天線的方向性很強(qiáng)，因而通信中互相干擾的現(xiàn)象也大為減弱。

4.穩(wěn)定可靠

在微波波段，天電干擾、工業(yè)干擾及太陽(yáng)黑子的變化基本不起作用。實(shí)驗(yàn)表明，當(dāng)頻率高于100MHz時(shí)，這些干擾的影響就極小。因此，微波中繼通信的傳輸質(zhì)量和穩(wěn)定性可以做得很高。

微波通信是點(diǎn)與點(diǎn)之間的連接，與有線載波通信相比，在抗洪水、臺(tái)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害方面，有較大的可靠性。

（二）數(shù)字微波中繼通信的特點(diǎn)

1.傳輸質(zhì)量與通信距離無(wú)關(guān)

由于數(shù)字信號(hào)可以再生，中繼段上由噪聲、干擾等引起的失真不會(huì)逐站累積，故數(shù)字微波的傳輸質(zhì)量基本與線路長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。與此相反，模擬信號(hào)不能再生，所以傳輸質(zhì)量將隨線路長(zhǎng)度的增加而下降。另外，數(shù)字微波便于開發(fā)現(xiàn)有模擬微波難以使用的12GHz以上的頻段。因?yàn)樵?2GHz以上的頻段，暴雨將使電波的傳輸受到很大的衰減，致使中繼距離大為縮短。

2.抗干擾能力強(qiáng)

當(dāng)要求通信質(zhì)量相同時(shí)，數(shù)字微波系統(tǒng)接收端所需的載噪比（C/N）比模擬微波系統(tǒng)小。換言之，在C/N相同時(shí)，數(shù)字微波系統(tǒng)所需的發(fā)射機(jī)功率可相對(duì)低一些。而發(fā)射機(jī)功率的降低，有利于設(shè)備全固態(tài)化，增加了系統(tǒng)的可靠性，有利于降低數(shù)字系統(tǒng)對(duì)其他系統(tǒng)的干擾。

3.有利于組成多業(yè)務(wù)的綜合通信網(wǎng)

由于模擬線路的性能是以傳送電話作為基礎(chǔ)，用它來(lái)傳送數(shù)字信息并不理想。而數(shù)字線路則是以傳送數(shù)字信號(hào)為基礎(chǔ)，所以，數(shù)字微波能傳送包括數(shù)據(jù)、電報(bào)、經(jīng)編碼的可視電話和電視等多種信息，符合建立綜合數(shù)字化通信網(wǎng)的發(fā)展方向。例如，數(shù)字微波可與程控交換機(jī)配合，組成傳輸與交換都是數(shù)字化的綜合通信網(wǎng)。

4.保密性好

數(shù)字微波系統(tǒng)能進(jìn)行兩次加密（即終端模擬加密和信道數(shù)字加密），而模擬微波一般只能作終端模擬加密，數(shù)字加密顯然比模擬加密好。

二、數(shù)字微波中繼通信在公安工作中的應(yīng)用

在平原地區(qū)，微波只能在視距范圍內(nèi)約50公里左右傳播，如果微波站建在高山上，可以取得較遠(yuǎn)的傳輸距離。例如，南京的紫金山上就設(shè)有公安的微波中繼站。微波在空間傳播過程中受到多種因素的影響，如地面反射、對(duì)流層折射、障礙物繞射等。因此，對(duì)于視距微波通信，為了獲得比較穩(wěn)定的傳播特性，微波傳播的距離不宜太遠(yuǎn)。在公安實(shí)際工作中，為了使微波能作長(zhǎng)距離通信，一般每隔50公里內(nèi)設(shè)置一個(gè)微波中繼站。中繼站的接收天線把前一站傳來(lái)的微波信號(hào)接收下來(lái)，加以變頻和放大處理，再?gòu)牧硪惶炀€轉(zhuǎn)發(fā)到下一站，如此一個(gè)接一個(gè)地依次傳遞，直到終端站，組成了一條中繼線路。中繼站分為有源中繼站和無(wú)源中繼站。

以下是數(shù)字微波中繼通信在公安工作中的應(yīng)用。

（一）干線網(wǎng)

以前，我國(guó)公安系統(tǒng)采用有線通信和短波、超短波、集群無(wú)線通信系統(tǒng)。我國(guó)地域廣闊，地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在公安系統(tǒng)內(nèi)如完全通過鋪設(shè)光纖或銅纜等有線線路來(lái)傳輸信息，不僅常因施工期長(zhǎng)、進(jìn)度緩慢而不能應(yīng)急，而且維護(hù)繁瑣。短波通信是靠電離層的反射來(lái)傳遞信號(hào)，由于電離層的不穩(wěn)定性，以及短波本身所帶信息的局限性，使短波通信不能作為公安通信的骨干成分。而超短波通信由于頻率較低，使用量大，干擾很強(qiáng)，通信質(zhì)量不能保證。而從某種意義上說(shuō)，微波中繼通信與光纖通信的傳輸質(zhì)量相當(dāng)。

微波傳輸數(shù)字化是微波通信發(fā)展的方向。目前，世界各國(guó)均在千方百計(jì)地為數(shù)字微波的使用創(chuàng)造條件。數(shù)字微波所用的頻段已從10GHz以上逐漸發(fā)展為4、5、6GHz的干線頻段。

在微波中繼網(wǎng)建設(shè)初期，到各地市的2Mb/s線路，共30個(gè)話路，全部用于語(yǔ)音，連接程控交換機(jī)PBX。隨著業(yè)務(wù)的發(fā)展，公安部門采用在微波與程控電話交換機(jī)之間加入復(fù)用解復(fù)用設(shè)備MUX的辦法，逐漸引入會(huì)議電視等公安業(yè)務(wù)，使微波中繼通信在公安業(yè)務(wù)中得到進(jìn)一步的發(fā)展。網(wǎng)絡(luò)功能擴(kuò)展后，12個(gè)時(shí)隙抽取出來(lái)留作會(huì)議電視系統(tǒng)使用，1～5時(shí)隙作為集群/常規(guī)聯(lián)網(wǎng)的鏈路。會(huì)議電視系統(tǒng)符合H.320標(biāo)準(zhǔn)，以V.35接口與MUX連接，帶寬是768kbps，由于H.320會(huì)議電視系統(tǒng)全網(wǎng)嚴(yán)格要求時(shí)鐘同步，因而采取由省廳向各地市傳遞時(shí)鐘的方法來(lái)保證全網(wǎng)同步。實(shí)際使用中證明，微波中繼設(shè)備可靠，時(shí)鐘傳遞準(zhǔn)確，在設(shè)備沒有故障時(shí)，誤碼率幾乎為零，作圖像傳輸使用時(shí)，效果很好，即使在天氣惡劣的情況下，幾個(gè)小時(shí)都沒出現(xiàn)誤幀。微波中繼系統(tǒng)運(yùn)行質(zhì)量如何，關(guān)鍵是看設(shè)備維護(hù)到不到位。但是，由于很多微波中繼站在高山上，部分機(jī)房的條件達(dá)不到理想要求，有時(shí)可造成微波中繼系統(tǒng)傳輸出故障。

（二）傳輸圖像

直觀、實(shí)時(shí)的現(xiàn)場(chǎng)圖像傳輸，對(duì)于指揮中心領(lǐng)導(dǎo)全面掌握現(xiàn)場(chǎng)情況、做出果斷決策具有極為重要的意義。在公安機(jī)關(guān)的偵查、執(zhí)法、應(yīng)急事件處置等工作中，有時(shí)需要通過微波中繼方式傳輸現(xiàn)場(chǎng)圖像。由于在多數(shù)情況下不滿足直線視距傳播條件，因此，宜采用較低頻率的微波作為載波（300～1200MHz），以減少微波信號(hào)的穿透損耗并獲得相對(duì)較好的繞射性能。在條件允許的情況下，采用空間分集（在現(xiàn)場(chǎng)周圍設(shè)置1～2個(gè)分集接收點(diǎn)）、頻率分集（用兩個(gè)載波傳輸同一路圖像）或空間-頻率混合分集等方式，可明顯改善傳輸質(zhì)量?，F(xiàn)場(chǎng)圖像一般都是無(wú)線傳輸，而微波由于可帶信息量大，是圖像傳輸時(shí)經(jīng)常采用的方式。

1.陣地ATV圖像傳輸系統(tǒng)。目前，各地公安部門在大、中城市的重要路段和地段，普遍架設(shè)了微波中繼無(wú)線傳輸?shù)年嚨谹TV圖像傳輸系統(tǒng)。對(duì)于發(fā)生在市區(qū)的案件現(xiàn)場(chǎng)，可以直接利用此系統(tǒng)向市局指揮中心傳輸現(xiàn)場(chǎng)的靜態(tài)和動(dòng)態(tài)圖像信息。

2.遠(yuǎn)離市區(qū)的現(xiàn)場(chǎng)，可以利用車載微波中繼無(wú)線圖像傳輸機(jī)，向指揮中心發(fā)送現(xiàn)場(chǎng)情況的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)圖像。

3.通過數(shù)碼相機(jī)，將現(xiàn)場(chǎng)采集的圖像信息經(jīng)過處理后，利用公眾移動(dòng)通信網(wǎng)的GPRS或CDMA-1X在線移動(dòng)數(shù)據(jù)傳輸，不但可以實(shí)現(xiàn)本地區(qū)的圖像傳輸，而且可以實(shí)現(xiàn)全省乃至全國(guó)范圍的實(shí)時(shí)圖像傳輸，為指揮中心領(lǐng)導(dǎo)提供第一手資料。而這里用的依然是微波中繼系統(tǒng)。

微波圖像傳輸系統(tǒng)組成有：發(fā)送設(shè)備：圖像發(fā)射/數(shù)據(jù)接收機(jī)、發(fā)射天線、接收天線。接收設(shè)備：下變頻器、衛(wèi)星接收機(jī)、接收天線。整個(gè)微波傳輸系統(tǒng)采用點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。如有遮擋可增加圖像中繼，中繼工作原理是用一個(gè)頻點(diǎn)收，用另外一個(gè)頻點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)。

在微波中繼通信系統(tǒng)中，為了節(jié)省發(fā)射功率和改善接收信號(hào)質(zhì)量，希望微波信號(hào)盡量只沿兩個(gè)中繼站之間的連線傳播，因此，需要使用高增益的強(qiáng)方向性天線。由于微波的波長(zhǎng)很短，2～3米口徑的拋物面天線就可提供足夠的增益和良好的方向性，因此，在微波中繼系統(tǒng)中廣泛使用。

由于專業(yè)單位的財(cái)力、物力、人力都有限，為了節(jié)省投資，在選擇微波中繼站時(shí)，首先要考慮到該站已通路、通電、通水等條件，即應(yīng)該選擇已被開發(fā)利用的山頭。同時(shí)，微波中繼站可以兼作移動(dòng)網(wǎng)的主臺(tái)站址，用來(lái)覆蓋廣大的農(nóng)村、交通要道和領(lǐng)海。這樣做，可節(jié)省大量的基建投資，縮短基建工程的周期。

[1]薛殿杰.偵查通信與指揮教程[M].北京:中國(guó)林業(yè)出版社,2005.

[2]公安部人事訓(xùn)練局,公安部信息通信局.公安信息通信技術(shù)教程[M].北京:中國(guó)人民公安大學(xué)出版社,2001.