譚 穎 楊 樂 曾 薇 李璐彬

（中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045）

通信系統(tǒng)在援巴基斯坦地震監(jiān)測臺網(wǎng)建設(shè)中的應(yīng)用

譚 穎 楊 樂 曾 薇 李璐彬

（中國地震臺網(wǎng)中心，北京 100045）

隨著我國地震科技實力的不斷進步，我國援助境外地震監(jiān)測臺網(wǎng)的技術(shù)也日趨增強。通過境外臺站的實時數(shù)據(jù)回傳，可為我國地震科學(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。本文簡要介紹了“援巴基斯坦地震監(jiān)測臺網(wǎng)項目”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) 援巴項目 多種通信技術(shù)

引言

近年來，隨著我國地震科技實力的逐步增強，地震科技對外交流與合作不斷拓展，通過地震科學(xué)開展國家間的外交合作其意義愈加顯著。在國家總體外交方針的指導(dǎo)下，在外交部、商務(wù)部等部門的大力支持下，中國地震局援助境外地震臺網(wǎng)作為地震外交的主要實現(xiàn)手段取得了豐碩的成果，極大地提高了我國防震減災(zāi)工作的世界影響力，進一步樹立了我國作為一個負(fù)責(zé)任大國的國際形象。

1 項目介紹

“援巴基斯坦地震監(jiān)測臺網(wǎng)項目”是中國政府無償援助巴基斯坦的一個重要建設(shè)項目，其目標(biāo)是增強巴基斯坦地震監(jiān)測的基礎(chǔ)設(shè)施，提高巴基斯坦的地震監(jiān)測能力。項目建成后，地震數(shù)據(jù)將全部實時傳輸至伊斯蘭堡數(shù)據(jù)中心進行分析處理，幫助巴基斯坦提高地震速報能力，構(gòu)建先進的地震監(jiān)測平臺技術(shù)基礎(chǔ)設(shè)施，加強巴基斯坦的地震災(zāi)害監(jiān)測水平，為巴基斯坦實現(xiàn)災(zāi)害地震速報以及為后續(xù)的海嘯預(yù)警系統(tǒng)提供基礎(chǔ)平臺。此外，部分觀測數(shù)據(jù)將實時傳回至中國地震臺網(wǎng)中心，改善我國對全球、特別是西亞地區(qū)地震的監(jiān)測能力，提高我國新疆西部地區(qū)的地震監(jiān)測能力1。

“援巴基斯坦地震監(jiān)測臺網(wǎng)項目”將在巴基斯坦境內(nèi)建設(shè) 1個寬頻帶數(shù)字化地震臺網(wǎng)，建設(shè)內(nèi)容包括：10個寬頻帶地震觀測臺站和1個地震數(shù)據(jù)中心，如圖1所示1。

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

2 項目通信系統(tǒng)介紹

2.1 通信網(wǎng)整體概述

“援巴基斯坦地震監(jiān)測臺網(wǎng)項目”通信系統(tǒng)采用衛(wèi)星（VSAT）數(shù)據(jù)傳輸和無線擴頻微波傳輸相結(jié)合的方式。其中，無線擴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站觀測室與數(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）用于寬頻帶地震臺站觀測室或記錄室與數(shù)據(jù)中心間的傳輸。

各個寬頻帶地震臺站的實時數(shù)據(jù)將匯集至伊斯蘭堡的地震數(shù)據(jù)中心，同時該數(shù)據(jù)中心可將地震數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)至我國地震臺網(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）支持實時地震觀測數(shù)據(jù)流傳輸

· 信道時延＜3s；

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

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

· 通信鏈路設(shè)備滿足實時數(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，可實現(xiàn)臺站網(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，可以通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)從臺站本地的數(shù)據(jù)文件存儲系統(tǒng)中將所缺數(shù)據(jù)以文件傳輸方式補充至數(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，還可隨時為遠(yuǎn)程維護工作需要增加鏈路帶寬，以實現(xiàn)相關(guān)設(shè)備的軟件升級和故障檢查。

（4）運行管理簡便

通信系統(tǒng)操作簡便，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，可在較短時間內(nèi)完成安裝架設(shè)及開通。

3 主要設(shè)備配置及技術(shù)指標(biāo)

援建的10個寬頻帶地震觀測臺站，分布于巴基斯坦全國各地，其中9個臺站采用衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，另外1個臺站距離伊斯蘭堡數(shù)據(jù)中心較近，采用無線擴頻微波方式傳輸數(shù)據(jù)1楊桂存，2011. 援巴基斯坦地震監(jiān)測臺網(wǎng)項目中心站安裝報告.。

3.1 無線擴頻網(wǎng)絡(luò)電臺

根據(jù)臺站位置和周圍環(huán)境的情況，在離伊斯蘭堡數(shù)據(jù)中心最近的 1個測震臺站（約10km），選擇采用GE MDS公司的iNET300型網(wǎng)絡(luò)電臺作為通信工具，工作頻段為334—336MHz，采用跳頻技術(shù)、點對點模式，用于數(shù)據(jù)中心附近的寬頻帶地震臺站觀測室與數(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)。寬頻帶地震臺站無線擴頻網(wǎng)絡(luò)電臺及應(yīng)用如圖3、圖4所示。

MDS iNET300網(wǎng)絡(luò)電臺是一個長距離、高速率、工業(yè)級的無線網(wǎng)絡(luò)電臺。通過iNET300電臺，可將遠(yuǎn)程監(jiān)控終端的數(shù)據(jù)通過以太網(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60km。其特點是：設(shè)備抗干擾能力非常強；采用特殊加密措施，安全性能強；無線組網(wǎng)簡單方便，支持點對點，點對多點傳輸；具有較強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)端電臺之間有障礙物阻擋的時候，也能保證無線通信正常工作。同時由于該電臺采用數(shù)字信號處理技術(shù)與FEC前向糾錯技術(shù)，可使其具有較高的信號接收靈敏度并保證信號的可靠傳輸，使其更適應(yīng)城市無線環(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)見表1和表2。

表1 寬頻帶地震臺站數(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 無線擴頻網(wǎng)絡(luò)電臺技術(shù)指標(biāo)Table2 Specification of radio station

圖3 寬頻帶地震臺站無線擴頻網(wǎng)絡(luò)電臺應(yīng)用示意Fig. 3 Radio station applying on broad-band seismic station

圖4 無線擴頻網(wǎng)絡(luò)電臺點對點模式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)中心向所有測震臺站傳輸數(shù)據(jù)；入境采用300Kbps的TDMA（Time Division Multiple Access，時分多址）載波，用于所有測震臺站向數(shù)據(jù)中心回傳數(shù)據(jù)，各個臺站共享該TDMA載波，通過Qos策略設(shè)置，每個臺站保證15kbps的帶寬，當(dāng)某個臺站有突發(fā)數(shù)據(jù)量時，將共享剩余的165kbps帶寬，使用完成后帶寬將自動釋放，以供其他臺站使用（陳振國等，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)測衛(wèi)星通信系統(tǒng)”的一個遠(yuǎn)端站，用于連接北京與巴基斯坦的網(wǎng)絡(luò)。北京可通過這個衛(wèi)星站訪問位于伊斯蘭堡的網(wǎng)絡(luò)和巴基斯坦境內(nèi)的遠(yuǎn)端測震臺站的數(shù)據(jù)。

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

表5 地震臺站衛(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

援外地震監(jiān)測臺網(wǎng)建設(shè)在服務(wù)于國家整體外交的同時，也為我國的防震減災(zāi)事業(yè)做出了突出貢獻。通過境外臺站的實時數(shù)據(jù)回傳，可實現(xiàn)援建臺網(wǎng)所屬國及周邊地區(qū)大、中地震的監(jiān)測，為地震科學(xué)研究提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)支持，擴大了我國地震監(jiān)測臺網(wǎng)的觀測范圍，有效提升了我國對援建臺網(wǎng)區(qū)域的地震監(jiān)測能力。通信系統(tǒng)在地震監(jiān)測臺網(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)測臺網(wǎng)項目中發(fā)揮更大的作用。

陳振國，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，金萬超，王少勇，1998. VSAT衛(wèi)星通信工程. 北京：中國鐵道出版社.

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，曾薇，李璐彬，2012. 通信系統(tǒng)在援巴基斯坦地震監(jiān)測臺網(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。主要從事援外項目及衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)運行維護工作。E-mail：tina@seis.ac.cn

1 中國地震臺網(wǎng)中心，2008. 援巴基斯坦地震監(jiān)測臺網(wǎng)項目工程設(shè)計報告.