數字微波中繼通信在公安工作中的應用

郭 萍

（南京森林警察學院，江蘇 南京 210023）

微波中繼通信是一種無線電通信方式。數字微波中繼通信，是上世紀末迅速發展起來的新通信技術，它同光纖通信、衛星通信，并稱為現代通信的三大支柱。雖然模擬通信經過幾十年的發展已相當成熟，但是，數字通信同模擬通信相比，具有頻率利用率高、保密性好、傳輸質量高等優點，特別是各種業務，包括話音、數據或圖像，經過數字化后，都可按同樣的數字形式出現在通信網中。

一、數字微波中繼通信的特點

（一）微波通信的特點

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

1.波長短

由于微波波長短，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。由于波長很短，即使遇到尺寸較小的障礙物也會被反射。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。要想實現長距離通信，則需要采用“接力”的方式，將信號多次轉發。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。無線電波中的長波、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299GHz，可容納更多的無線電信道。因此，在公安工作中，常利用微波中繼來組建圖像傳輸系統，進行遠程監視。

3.設備小

因微波的波長很短，微波設備可做得比較小，用較小的尺寸制成方向性很強的天線，把電磁波聚集成一個很尖銳的波束，按照指定的方向發射出去。用這樣的微波天線進行發射或接收，和無方向性天線比較，相當于把發射功率或接收功率提高了10000倍（40dB）左右。故在微波波段，發信機一般只需要發射幾瓦的功率就夠了。此外，由于天線的方向性很強，因而通信中互相干擾的現象也大為減弱。

4.穩定可靠

在微波波段，天電干擾、工業干擾及太陽黑子的變化基本不起作用。實驗表明，當頻率高于100MHz時，這些干擾的影響就極小。因此，微波中繼通信的傳輸質量和穩定性可以做得很高。

微波通信是點與點之間的連接，與有線載波通信相比，在抗洪水、臺風、地震等自然災害方面，有較大的可靠性。

（二）數字微波中繼通信的特點

1.傳輸質量與通信距離無關

由于數字信號可以再生，中繼段上由噪聲、干擾等引起的失真不會逐站累積，故數字微波的傳輸質量基本與線路長度無關。與此相反，模擬信號不能再生，所以傳輸質量將隨線路長度的增加而下降。另外，數字微波便于開發現有模擬微波難以使用的12GHz以上的頻段。因為在12GHz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

當要求通信質量相同時，數字微波系統接收端所需的載噪比（C/N）比模擬微波系統小。換言之，在C/N相同時，數字微波系統所需的發射機功率可相對低一些。而發射機功率的降低，有利于設備全固態化，增加了系統的可靠性，有利于降低數字系統對其他系統的干擾。

3.有利于組成多業務的綜合通信網

由于模擬線路的性能是以傳送電話作為基礎，用它來傳送數字信息并不理想。而數字線路則是以傳送數字信號為基礎，所以，數字微波能傳送包括數據、電報、經編碼的可視電話和電視等多種信息，符合建立綜合數字化通信網的發展方向。例如，數字微波可與程控交換機配合，組成傳輸與交換都是數字化的綜合通信網。

4.保密性好

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

二、數字微波中繼通信在公安工作中的應用

在平原地區，微波只能在視距范圍內約50公里左右傳播，如果微波站建在高山上，可以取得較遠的傳輸距離。例如，南京的紫金山上就設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、對流層折射、障礙物繞射等。因此，對于視距微波通信，為了獲得比較穩定的傳播特性，微波傳播的距離不宜太遠。在公安實際工作中，為了使微波能作長距離通信，一般每隔50公里內設置一個微波中繼站。中繼站的接收天線把前一站傳來的微波信號接收下來，加以變頻和放大處理，再從另一天線轉發到下一站，如此一個接一個地依次傳遞，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源中繼站。

以下是數字微波中繼通信在公安工作中的應用。

（一）干線網

以前，我國公安系統采用有線通信和短波、超短波、集群無線通信系統。我國地域廣闊，地形結構復雜，在公安系統內如完全通過鋪設光纖或銅纜等有線線路來傳輸信息，不僅常因施工期長、進度緩慢而不能應急，而且維護繁瑣。短波通信是靠電離層的反射來傳遞信號，由于電離層的不穩定性，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，通信質量不能保證。而從某種意義上說，微波中繼通信與光纖通信的傳輸質量相當。

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

在微波中繼網建設初期，到各地市的2Mb/s線路，共30個話路，全部用于語音，連接程控交換機PBX。隨著業務的發展，公安部門采用在微波與程控電話交換機之間加入復用解復用設備MUX的辦法，逐漸引入會議電視等公安業務，使微波中繼通信在公安業務中得到進一步的發展。網絡功能擴展后，12個時隙抽取出來留作會議電視系統使用，1～5時隙作為集群/常規聯網的鏈路。會議電視系統符合H.320標準，以V.35接口與MUX連接，帶寬是768kbps，由于H.320會議電視系統全網嚴格要求時鐘同步，因而采取由省廳向各地市傳遞時鐘的方法來保證全網同步。實際使用中證明，微波中繼設備可靠，時鐘傳遞準確，在設備沒有故障時，誤碼率幾乎為零，作圖像傳輸使用時，效果很好，即使在天氣惡劣的情況下，幾個小時都沒出現誤幀。微波中繼系統運行質量如何，關鍵是看設備維護到不到位。但是，由于很多微波中繼站在高山上，部分機房的條件達不到理想要求，有時可造成微波中繼系統傳輸出故障。

（二）傳輸圖像

直觀、實時的現場圖像傳輸，對于指揮中心領導全面掌握現場情況、做出果斷決策具有極為重要的意義。在公安機關的偵查、執法、應急事件處置等工作中，有時需要通過微波中繼方式傳輸現場圖像。由于在多數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），以減少微波信號的穿透損耗并獲得相對較好的繞射性能。在條件允許的情況下，采用空間分集（在現場周圍設置1～2個分集接收點）、頻率分集（用兩個載波傳輸同一路圖像）或空間-頻率混合分集等方式，可明顯改善傳輸質量。現場圖像一般都是無線傳輸，而微波由于可帶信息量大，是圖像傳輸時經常采用的方式。

1.陣地ATV圖像傳輸系統。目前，各地公安部門在大、中城市的重要路段和地段，普遍架設了微波中繼無線傳輸的陣地ATV圖像傳輸系統。對于發生在市區的案件現場，可以直接利用此系統向市局指揮中心傳輸現場的靜態和動態圖像信息。

2.遠離市區的現場，可以利用車載微波中繼無線圖像傳輸機，向指揮中心發送現場情況的實時動態圖像。

3.通過數碼相機，將現場采集的圖像信息經過處理后，利用公眾移動通信網的GPRS或CDMA-1X在線移動數據傳輸，不但可以實現本地區的圖像傳輸，而且可以實現全省乃至全國范圍的實時圖像傳輸，為指揮中心領導提供第一手資料。而這里用的依然是微波中繼系統。

微波圖像傳輸系統組成有：發送設備：圖像發射/數據接收機、發射天線、接收天線。接收設備：下變頻器、衛星接收機、接收天線。整個微波傳輸系統采用點對點傳輸，拓撲結構。如有遮擋可增加圖像中繼，中繼工作原理是用一個頻點收，用另外一個頻點轉發。

在微波中繼通信系統中，為了節省發射功率和改善接收信號質量，希望微波信號盡量只沿兩個中繼站之間的連線傳播，因此，需要使用高增益的強方向性天線。由于微波的波長很短，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，在微波中繼系統中廣泛使用。

由于專業單位的財力、物力、人力都有限，為了節省投資，在選擇微波中繼站時，首先要考慮到該站已通路、通電、通水等條件，即應該選擇已被開發利用的山頭。同時，微波中繼站可以兼作移動網的主臺站址，用來覆蓋廣大的農村、交通要道和領海。這樣做，可節省大量的基建投資，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:中國林業出版社,2005.

[2]公安部人事訓練局,公安部信息通信局.公安信息通信技術教程[M].北京:中國人民公安大學出版社,2001.