微波通信在河南空管系統中的應用與實現

靳昊錕

摘 要：本文主要以新鄭國際機場三期工程建設過程中存在的河南空管分局自建的地下傳輸線路被挖斷的情況為背景，對民航空管業務使用微波進行傳輸的可行性進行分析。

關鍵詞：微波通信;空中交通;空管系統

中圖分類號：TN925文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2021）07-0078-03

Application and Realization of Microwave Communication in Henan Air Traffic Control System

JIN Haokun

（Henan Air Traffic Management Bureau，Zhengzhou Henan 450000）

Abstract： This paper mainly considered that the underground transmission line built by the Henan Air Traffic Management Bureau was cut during the construction of the third phase of Xinzheng International Airport. In this context， the feasibility of using microwave transmission for civil aviation control services was analyzed and studied.

Keywords： microwave communication;air traffic;air traffic control system

隨著新鄭國際機場三期工程的開工，各種工程機械開始投入使用，大范圍的施工將極大地威脅空管傳輸線路的安全。新鄭國際機場北貨運區工程是新鄭機場三期工程的重要組成部分，緊鄰空管小區，且位于空管小區與塔臺小區之間，對空管自建的地下環形光纖存在較大潛在風險，如施工導致線纜被挖斷，進而影響業務。當地下光纖被挖斷時，將對空管小區業務運行造成嚴重影響，無法使用本場的雷達信號，使空管小區與塔臺之間的聯系中斷，從而引發大規模流量控制（以下簡稱“流控”），導致航班延誤。為減小該風險對空管運行造成的不良影響，保障空管重要系統的正常運行，選擇搭建空管小區至塔臺小區之間微波傳輸鏈路，在自建光纖網全部中斷時，實現對現有光環網的補環作用[1]。使空管重要業務能正常運行，至少要能保障對空監視指揮和地空通信的暢通，防止大規模流控事件發生，盡量保障航班的正常起降。

在民航空中交通管制服務中，空管部門對空指揮需要多種系統提供支持，系統需要收集多種信息并進行處理，同時要加強與塔臺之間的信息交互。對于河南空管部門而言，通過部署在全省范圍內的多部一、二次雷達和ADS-B（Automatic Dependent Surveillance - Broadcast，廣播式自動相關監視）設備進行空中監視覆蓋，同時引進周圍安徽省、湖北省、陜西省、山西省、河北省等多部外省雷達信號進行補盲覆蓋。對空指揮使用甚高頻，主要采用省內多地設置甚高頻臺點來實現地空通信覆蓋，特點是臺站較多，分布較廣。同時，還與廣東等外省進行數據交換，這需要多種物理途徑來保障通信暢通。目前，采用租借運營商鏈路以及外加衛星通信等方式來實現遠距離傳輸，采用自建光纖鏈路的方式實現近距離傳輸。

1 微波通信的特點

微波通信使用的是頻率為300～3×105 MHz，波長為1～1 000 mm的電磁波，屬于超高頻電磁波，具有穿透、反射、吸收等特性[2]。對于玻璃陶瓷制品，微波可以直接穿透且損耗少;對于水和食物，微波則被大部分吸收，導致物體本身被加熱，如微波爐就是利用了這個特性;金屬類制品則會反射微波信號。微波頻率較高，可用的頻帶較寬，可傳信息較大，適合進行通信傳輸。微波通信具有良好的抗災性能，遇到水災、風災以及地震等自然災害，微波通信一般都不受影響[3]。

微波通信具有直線傳輸的特性，工作頻寬較高，通常微波通信的方式作為有線通信的備份[4-5]。但是微波在傳輸過程中損耗較大，導致傳輸距離短，屬于視距通信范疇。在實際使用過程中，天氣對微波傳輸質量的影響較大，例如，霧霾、寒潮、雨雪等天氣對微波傳輸的時延和丟包都有不同程度的影響。

2 河南空管（塔、區）業務分析

河南空中交通管理分局的主要運行系統和設備有華泰英翔SkyNet-X空管自動化系統（主用）、民航二所AirNet空管自動化系統（備用）、管制綜合系統、轉報系統、民航通信網、FA36B網系統、FA16系統、OSN光環網系統、萊斯ADS-B數據站系統、SCHMID內話系統、沈陽內話系統、VHF應急系統、宏天記錄儀系統等。

在所有空管運行系統中，保障空中交通管制最重要的運行系統主要負責對空監視指揮和地空通信，例如，自動化系統、管制綜合系統、轉報系統等。對于重要的運行系統，需要采取多種措施保障系統的運行安全和數據傳輸。針對自動化系統、管制綜合系統、轉報系統和FA36B網系統，在空管小區和塔臺小區都有分支，并且兩個小區之間的信息交流也比較重要，目前兩個小區之間主要的傳輸途徑是地下的光環網，空側還沒有相應的途徑可以傳輸業務情況，所以采用微波鏈路的方法增加空側鏈路，多重保障兩個小區之間的業務傳輸。

3 微波傳輸可行性分析

3.1 概述

目前，河南空管擁有的微波設備的型號為華為OptiX RTN 310，總帶寬為155 Mbit/s，使用EM4T板卡進行以太網業務透傳，共4個端口;另外，提供16條2M干線，可用于干線業務傳輸。報告中測試分為五部分：微波網口最大傳輸速率及延時測試;空管業務流量統計分析;視頻通信測試;辦公自動化（Office Automation，OA）視頻會議測試;可行性分析結論測試。

3.2 微波網口最大傳輸速率及延時測試

測試軟件為LAN Speed Test 3.4.0;測試時間為2021年1月18日10：30—11：00;當天天氣狀況良好。

測試方法：將該軟件的客戶端和服務器端安裝在兩臺測試電腦中，一臺電腦位于空管小區微波側，另一臺位于塔臺小區微波側。分別對微波鏈路提供的4個網口進行對測，得出本次測試結果。

測試結果：每個網口有30組測試結果，10組最大值，10組平均值，10組最小值。

對最大傳輸速率（Maximum）進行分析可知：網口1、2的最大速率小于100 Mbit/s（端口設置傳輸速率100 Mbit/s），網口3、4的最大速率小于140 Mbit/s（端口設置傳輸速率150 Mbit/s）。每個端口的最小傳輸速率（Minimum）均大于80 Mbit/s。時延范圍為2～15 ms。

3.3 空管業務流量統計分析

根據空管小區與塔臺小區各個系統之間需要進行數據傳輸的需求，對微波傳輸中需要提供的對空管至塔臺的業務端口速率進行查詢統計。主要涉及FA36B網、華泰英翔SkyNet-X空管自動化系統、民航二所AirNet自動化系統、管制綜合系統和轉報系統。

3.3.1 本地FA36B網業務。本地FA36B網最重要的任務是承載河南省本地的雷達業務，空管和塔臺的FA36B網節點是河南業務的兩個重要節點。圖1是空管和塔臺之間4條光纖的業務速率監控，使用微波替換的業務鏈路為塔臺SR6608節點的G2/0/1至空管交換機S3600，本次統計結果是4條鏈路的總和。

根據圖中接口實時性監視曲線可以估算出塔臺SR6608 G2/0/1至空管交換機的端口收速率不大于100 kbit/s，發速率小于1 000 kbit/s。匯總后，空管至塔臺所有端口速率之和的收速率小于1 300 kbit/s，發速率小于2 000 kbit/s。

3.3.2 華泰英翔SkyNet-X空管自動化業務。根據對以往每日航班量的統計分析可以看出，不同時間段的航班量差別很大，同樣業務的信息流也存在較大差異。針對華泰自動化業務有繁忙時段的區別，本次共統計三個時間段的業務速率，分別為上午10：00，下午14：00和晚上19：00。A/BIT/S三網交換機的G1/5口和G1/6口是去塔臺分區的端口。根據SecureCRT軟件對交換機的查詢結果，挑選出業務流量最大的結果為：華泰A網ZZERLANA1SW交換機G1/6端口的收速率為397.46 kbit/s，發速率為1 197.27 kbit/s。華泰空管自動化系統三張業務網的交換機中空管小區至塔臺小區的所有端口速率為收速率2.91 Mbit/s，發速率7.61 Mbit/s。

3.3.3 二所AirNet空管自動化業務。民航二所自動化A/B/C三網交換機的G1/1口是空管分區至塔臺分區的端口，統計時間為中午13：00，當時二所自動化為備用模式。查詢結果中A網交換機G1/1端口的收速率為300.78 kbit/s，發速率為10 611.33 kbit/s。二所自動化交換機空管至塔臺三網所有端口速率收速率為5.81 Mbit/s，發速率為31.82 Mbit/s。

3.3.4 管制綜合系統業務。管制綜合系統二期核心交換機有3臺，分別通過各自的光纖G1/G2與塔臺交換機和飛服交換機相連，本次統計兩個業務的流量。統計速率為G1/G2口之和。二期核心交換機的G1口收速率為28.32 kbit/s，發速率為180.66 kbit/s。空管至塔臺三網所有端口速率中收速率為151.37 kbit/s，發速率為1.12 Mbit/s。

3.3.5 轉報業務。規劃使用微波鏈路替代空管至塔臺的轉報系統異步單元A-10M端口，根據日常工作經驗可知，平時轉報業務數據量不大，收發速率可記為小于100 kbit/s。

匯總如下：按照規劃需要，使用微波鏈路傳輸的所有業務端口速率之和為14 115.82 kbit/s=13.78 Mbit/s。空管至塔臺主要業務所有速率之和為52.83 Mbit/s。

3.4 視頻通信測試

測試工具：PoloMeeting多媒體視頻會議系統，時間為2021年1月21日，天氣狀況為中度霧霾。測試結果：視頻流暢，無卡頓。

3.5 OA視頻會議測試

對日常工作中使用的OA視頻會議軟件進行微波鏈路測試，時間為2021年1月22日，天氣狀況為重度霧霾。

使用微波的1端口測試空管小區和塔臺之間的視頻會議使用情況，使用空管的U2000網管軟件對微波的實時性能進行監控，監控微波EM4T板卡PORT1端口的數據流量。在進行視頻會議時，網絡速率大概為4 Mbit/s。測試結果視頻會議質量較好，視頻通話流暢無卡頓，信號滿格。

3.6 可行性分析結論

通過對3.2與3.3章節部分結果進行比較可以看出，空管小區至塔臺小區主要業務正常運行時的業務速率小于微波傳輸可提供的最小速率，所以使用微波傳輸運行業務的方案可行。從3.4和3.5章節的測試結果可以看出，對于傳輸視頻類的業務，微波傳輸的時延和帶寬是可以正常承載的。

4 實施方案

空管小區與塔臺小區之間的微波鏈路采用熱備和冷備的方式。具體是保持微波空側傳輸的實時可用性，與自建的地下光纖干線同時運行;對于上述重要的空管業務，則是一部分業務完全依靠地下光纖傳輸數據，另一部分業務采用微波鏈路和地下光纖共同傳輸數據的方案。

如圖2所示，當出現空管小區至塔臺小區的地下光纖干線都被挖斷的緊急狀況時，空管小區值班員需要立即上報值班領導并報告相關情況，建議實施微波鏈路替換方案，將空管小區主用自動化系統、管制綜合系統、轉報系統和FA36系統至塔臺線路立即切換至微波鏈路上。

具體實施方法為：將光纖機柜中當時主用的自動化系統、管制綜合系統和FA36B網對應光纖切換到與微波網口相連接的光轉電模塊光口轉接頭上;將當前主用轉報系統的異步單元A上的10M網線更換為至微波網口的冷備線路。同時，值班員通知塔臺小區通信樞紐室配合更改相應線路到微波鏈路上。

5 結論

空管小區和塔臺小區之間微波設備所提供的總帶寬滿足方案規劃中各個系統之間的帶寬總需求，在不同天氣狀況下，微波信號良好，傳輸速率和時延情況滿足正常運行要求，且微波設備EM4T以太網板卡提供的4個網口中每個端口對應的速率滿足相應運行系統的業務傳輸需求。

參考文獻：

[1]謝威.淺論數字微波傳輸技術在空管光環網中的補環作用[J].數字通信世界，2015（6）：42-45.

[2]高澤英，焦楠.民航空管通信系統中微波通信的應用研究[J]通信世界，2017（10）：106.

[3]張璇.微波通信在民航空管通信系統中的應用[J].中國新通信，2016（8）：103-104.

[4]譚久宏.民航空管臺站微波傳輸設計相關技術問題的探討[J].電子測試，2013（9）33-34.

[5]金延，李亭，張慶彥，等.微波光纖混合傳輸介質組成的SDH環網[J].電力系統通信，2000（6）：57-60.