全国水库通信项目建议书编制.doc

全国重点中 小型水库防汛通信预警系统建设 项目建议书指导文件 水利部水利信息中心 长江勘测规划设计研究院 长江水利委员会网络与信息中心 2008 年 11 月 目目 录录 1 概述 概述 1 2 建设目标与范围 建设目标与范围 2 2 1 建设目标 2 2 2 建设范围 2 3 建设原则建设原则 3 4 建设周期 建设周期 4 5 编制要求 编制要求 4 5 1 基本要求 4 5 2 建设方案编制要求 4 5 3 投资估算 8 附件附件 1 重点中 小型水库防汛通信预警系统项目建议书重点中 小型水库防汛通信预警系统项目建议书 提纲提纲 10 附件附件 2 水库通信常用解决方案水库通信常用解决方案 13 1 超短波通信 超短波通信 13 2 短波通信 短波通信 16 3 微波通信 微波通信 19 4 卫星通信 卫星通信 21 5 无线接入通信 无线接入通信 29 6 光 电 缆通信 光 电 缆通信 33 7 最后最后 1KM 通信方案通信方案 34 1 38 1 概述 我国有 8 万多座水库 中小型水库占水库总数的 99 以上 数量庞大的中 小型水库在防洪 灌溉 发电 城乡供水 航运和水产养殖等方面发挥着重要 作用 是我国防汛工程体系和水利基础设施的重要组成部分 但是 由于水库 总体数量大 病险隐患多 目前我国水库工程的现状和安全管理的整体水平仍 然滞后于经济社会的发展 中小型水库通信预警设施严重不足是水库安全运行的重要隐患之一 根据 2008 年水利部在全国进行的调查结果统计 在收集的 80940 座中小型水库中 有 41 99 的水库没有任何通信预警手段 其中包括 3 78 的一般中型水库 29 65 的小一型水库 47 03 的小二型水库 大部分中小型水库没有水雨情测 报设施 即使已有的水库通信设施也大多陈旧落后 可靠性差 在发生暴雨洪 水时 非常容易发生通信中断或拥塞 给水库调度带来很大的难度 水库一旦 发生险情 难以及时对外报警和组织抢险 威胁水库下游地区人民生命财产安 全 中央领导对水库安全工作高度重视 多次作出批示 要求加大病险水库加 固治理的工作力度 建立通畅的信息预警渠道 确保水库安全运行 陈雷部长 在 2007 年全国水库安全度汛现场会暨电视电话会上提出 完善通信预警设施建 设对于提高水库及下游防灾避险能力具有重要作用 要加快中小型水库通信预 警设施建设 切实改善通信条件 要花几年的时间 通过综合运用专网 公网 等技术手段 按照先重点后一般 先全国防洪重点中型水库 一般中型水库再 重点小型水库 最后一般小型水库的原则 因地制宜地制定切实可行 可靠的 水库通信方案 确保每座中小型水库都具备一种可靠的通信报警手段 重点中 型水库具备两套互为有效备用的通信预警手段 从根本上扭转中小型水库通信 落后状况 为加快中小型水库通信预警系统建设 受部委托 水利信息中心于 2006 年 启动了全国重点中小型水库应急通信预警系统建设的前期工作 2007 年 水利 部正式批复水利信息中心开展项目建议书的编制 2008 年 4 月 在各地大力配 2 38 合下 水利信息中心完成了全国中小型水库防汛通信预警现状调研工作 本次项目建议书编制工作采取自下而上的方式 由各地按照本辖区内中小 型水库通信的实际情况编制本辖区项目建议书 在此基础上 由水利信息中心 组织编制 全国重点中小型水库防汛通信预警系统建设项目建议书 制定全国重点中小型水库防汛通信预警系统建设项目建议书编制指导文件 目的在于统一认识 明确编制任务和编制要求 指导和规范全国重点中小型水 库防汛通信预警系统项目建议书编制工作 2 建设目标与范围 2 1 建设目标 1 保证重点中型水库具备两套可互为有效备用的通信手段 保证一般中型 水库和重点小型水库至少有一种通信手段 2 在中型水库和部分重点小型水库建设水雨情自动测报系统 3 加强重点地区应急通信设施建设与储备 4 在重点中小型水库地区建设预警系统 2 2 建设范围 建设目标 1 的建设范围为所有未达到目标要求的中型水库和重点小型水库 各地方纳入建设范围的重点小型水库要综合考虑水库下游人口和经济情况 对 社会和环境的影响程度 库容和坝高 防洪抗旱及水资源调度重要性等因素 已完成除险加固或已列入除险加固规划 并与本项目建议书建设目标相一致的 中小型水库 本次不再考虑 建设目标 2 的建设范围为所有未建水雨情自动测报系统的中型水库和确有 必要的重点小型水库 建设目标 3 的建设范围为部分重点地区防汛指挥部门 主要包括在重点省 级防汛指挥部门建设应急机动通信系统 在部分水库比较集中 通信技术手段 难以逐个水库建设通信系统 或是限于现有的管理体制难以单独配置通信设备 的水库所在地区 集中储备应急通信设备 以便调配使用 力争通过集中储备 3 38 的方式 来解决未纳入目标 1 建设范围的所有中小型水库的通信问题 建设目标 4 的建设范围为部分重点中小型水库 选择水库威协范围较大 下游人口较多 现有预警系统不能满足要求的地区建设预警系统 即在已实现 目标 1 水库的险情能够传输到周边村 镇或县的基础上 通过建设喇叭 警 报等各种预警手段 为受水库威协的城镇 乡村 居民点 学校 工矿业等地 的群众发布预警信息 3 建设原则 项目的建设原则为 1 统筹兼顾 本项目建设涉及的水库数量众多 涉及面广 建设难度大 各地在编制项 目建议书时 要统筹谋划 协调各方 充分调动一切积极因素 要分清轻重缓 急 保证重点 兼顾一般 要建管并重 充分考虑系统建成后的运行管理 要 处理好已有资源和新建系统 公网和专网的关系 避免重复建设 要考虑区域 经济发展水平 适度向贫困地区倾斜 2 因地制宜 水库情况千差万别 各地在选择建设方案时 要因地制宜 根据所处地理 条件 经济发展水平 管理体制等不同的情况 采用相应的建设方案 通信预 警系统应保证话音业务 能将险情 警情及时传递到下游群众和上级部门 满 足防汛抢险 指挥调度的基本要求 在此基础上 各地可根据实际需求建设水 雨情自动测报系统和应急通信系统 3 实用可靠 水库大多地处偏远 地形复杂 不利于有线电路的建设及维护 而且管理 人员不足 因此在编制建设方案时 要以无线方式为主 有线方式为辅 系统 结构要简单 操作简便 能耗较小 系统抗毁能力强 能够在最短的时间完成 信息的可靠传递 以保证在防汛关键时刻通信预警的可靠性 4 经济合理 系统建设要在满足需求的情况下 充分利用现有资源 降低建设成本 并 4 38 尽量采用运行维护成本比较低的设备或技术手段 以减少后期投入 4 建设周期 本项目建设周期为 2 年 各地区按照 2 年的时间安排建设内容和年度投资 计划 5 编制要求 项目建议书的编制要按照 水利信息系统项目建议书编制规定 sl z346 2006 进行编制 同时遵循如下要求 5 1 基本要求 1 项目建设背景 应从中央治水方针和水利部治水思路及本地区经济社会 发展的需求出发简述项目建设的背景 2 现状分析 详细描述现有重点中小型水库通信设施 系统结构 功能 使用情况以及预警手段等 3 存在的问题 结合项目需求分析 描述现有重点中小型水库通信预警存 在的主要问题 4 必要性分析 结合需求和现状 以及要实现的目标 阐述本地区重点中 小型水库通信系统建设的重要意义及各项建设内容的必要性和紧迫性 5 建设及运行管理 对建设管理及运行管理情况要加以具体描述 在水库 管理体制比较复杂的地区 可按不同管理性质的水库分别加以说明 6 实施计划 在编写实施计划时 要以二年为期 分年度说明 5 2 建设方案编制要求 在编写建设方案时 按照选用的水库通信技术方案 参考附件 2 自动 测报系统 应急机动通信系统 预警系统四大类来分节描述 1 在水库通信技术方案中 要明确技术方案名称并按其分类 对每个水库 分别说明系统的信息流程 结构及组成 各组成部分的基本功能 必要时以图 表形式说明 对系统各组成部分的技术要点和方案进行描述 说明主要设备的 型号 技术参数 数量等 系统建设中的土建及配套工程要说明其主要内容和 5 38 工程量 技术方案相近的水库可以归类 不必一一描述 但要详细列出纳入每 种技术方案建设范围中的水库和设备配备情况 2 自动测报系统主要建设范围是中型水库和部分重点小型水库 要求与第 1 条基本相同 3 应急通信设施储备可分为应急机动通信系统建设和应急通信设备储备两 部分 在应急机动通信系统方案中 有需求的省级防汛指挥部门可建设应急通信 指挥车或采用便携式卫星小站及其它国内外先进的机动通信设备构建应急机动 通信系统 应急通信设备储备方案要列出储备设备的名称 数量和型号等 并列出本 储备服务的水库名称 4 预警系统建设方案可以按预警方案接近或相同来归类说明 每一种预警 方案之下要列出水库及村镇等具体名称 要详细描述预警方案 说明其采用的 方式 如喇叭 电视 收音机广播 电话 短信 专用警报系统 锣鼓等 列 出配备的设备名称 数量 有土建及配套工程要说明其主要内容和工程量 以上建设方案之后都应附有水库名录分表 在总的建设方案之后要列出总 表 总表格式见表 5 1 表 5 2 所示 6 38 表 5 1 省 市 重点中小型水库防汛通信系统建设方案汇总表 新建通信电源新建配套设施建设 铁塔机房 序号水库名称所在地 水库类 型 上级 主管部门 已有 通信方式 新建通信方式 新建应急 机动通信 系统 套 新建水雨情 测报系统 套 Ups 电源 套 太阳能 套 发电机 套 数量 座 合计高度 米 改造 m2 新建 m2 实施年 经费估 算 万元 一 地区 区 一 县 1 2 二 1 2 二 地区 注 1 水库类型一栏中 a 为重点中型水库 b 为一般中型水库 c 为小 1 型水库 d 为小 2 型水库 2 实施年一栏填写第 1 年或第 2 年 3 配套设施建设填写通信铁塔 高度 m 数量 基 机房 改造或新建面积 m2 4 通信技术方案一栏填写具体通信手段 如 超短波 无线接入 等 5 使用通信电源的水库在通信电源一栏中根据需要选用一种电源 6 应急机动通信系统仅在县或地区填写 7 38 表 5 2 省 市 重点中小型水库防汛预警系统建设方案汇总表 新建预警系统 主要设备及数量 实施年 经费估算 万元 序号水库名称 所在地 水库类 型 上级 主管部 门 建设 地点 名称数量 一 地区 区 一 县 1 2 二 1 2 二 地区 注 表中 所在地 填写水库所在地点名称 建设地点 填写预警系统建设所在地 点名称 如 村 8 38 5 3 投资估算 5 3 1 编制说明 概述要说明工程规模 工期 工程总投资和分年度静态投资等 编制依据主要参考 1 信息产业部 HYD4 2005 电子建设工程 概 预算编制办法及价格依 据 2 水利部水总 2002 116 号 水利工程概 估 算编制规定 3 国家计委 建设部计价格 2002 10 号文 工程勘察设计收费标准 5 3 2 投资估算 说明各项建设内容的测算依据和取费标准 取费标准主要参考 1 人工费和主要设备 材料预算价格采用 2008 年第三季度价格水平 2 建筑工程只列机房设备接地系统 机房费用 装修 改造 通信铁塔 费用 3 预备费按工程总投资的 8 计取 价差预备费不计列 投资估算总表参考表 5 3 9 38 表 5 3 投资估算总表 项目名称 单位 万元 投资概算金额 序号费用名称 第一年第二年 合计备注 总计 一 建筑工程费 1 机房建设费 2 铁塔建设费 小计 二 设备购置费 1 水雨情监测系统 2 应急机动通信系统 3 超短波通信 4 短波通信 5 微波通信 6 卫星通信 7 预警系统 三 系统集成费 小计 四 其它工程和费用 1 建设管理费 2 前期工作费用 3 设计费 4 工程监理费 5 招投标费 6 培训费 7 其他 小计 五 项目预备费 小计 10 38 附件 1 重点中 小型水库防汛通信预警系统项目建议书重点中 小型水库防汛通信预警系统项目建议书 提纲提纲 前言 1 项目简介 1 1 项目概况 1 2 编制依据 1 3 建设内容概况 1 4 总投资及来源 1 5 效益 1 6 结论 2 建设的必要性 2 1 项目建设背景 2 2 现状分析 2 3 存在的问题 2 4 必要性分析 3 建设单位概况 3 1 单位简况 3 2 机构职责 4 系统需求 4 1 业务需求 4 2 功能需求 4 3 性能需求 4 4 信息量估算 11 38 5 指导思想和原则 5 1 指导思想 5 2 建设原则 6 建设方案 6 1 建设规模与内容 6 2 建设目标 6 3 总体系统结构 6 4 技术方案设计 6 5 设备配置 6 6 土建及配套工程 6 7 其它 7 投资估算及资金筹措 7 1 编制说明 7 2 投资估算 7 3 资金筹措 8 实施计划 8 1 实施方法 8 2 工期及进度 9 建设与运行管理 9 1 建设管理 9 1 1 建设管理组织机构 9 1 2 招标方案 9 2 运行管理 12 38 9 2 1 运行管理组织机构 9 2 2 运行管理经费及来源 9 2 3 运行维护管理措施 10 效益分析 10 1 社会效益分析 10 2 经济效益分析 10 3 环境效益分析 11 结论与建议 11 1 结论 11 2 建议 13 38 附件 2 水库通信常用解决方案 1 超短波通信 超短波通信的传播方式主要是空间波视距传播 当需要超视距通信时 则 利用中继站进行接力通信 视距传播比天波传播稳定性高 受昼夜和季节变化 的影响小 信道质量高 超短波频段划分为 VHF 30 300MHz 和 UHF 300 3000MHz 两段 目前工 作频段有 150MHz 350MHz 450MHz 800MHz 频段等 通常商用超短波话机工 作频段分为 VHF 频段的 V 高段 148 174MHz V 低段 136 160MHz 和全段 136 174MHz 在 UHF 频段 一般分为 U 高段 450 470MHz 和 U 低段 400 430MHz 极少有 U 全段 400 470MHz 的 功率等级一般有 4 5 6 W 25W 40 W 50 W 65 W 等 人们通常将功率小 体积小的手持式的无线电 话机叫做 对讲机 功率一般在 10W 以下 而将功率大 体积较大的可装在 车 船 等交通工具上或固定使用的无线电话机又叫做 电台 如车 船 载台 固定台 基地台 中转台等 1 1 系统组成 利用超短波电台 含手持机 可以组成水库通信的解决方案 超短波电台 在中小型水库通信中可以用作点到点的报警通信和组网通信 由于超短波是视 距传输 它的通信距离远远小于短波通信的距离 如果传输距离不够或传输途 径有高山阻挡 可以在适当位置加中转台 以扩展超短波电台的通信距离 所 以 超短波通信系统由终端台 手持机 基台组成 也可由终端台 手持机 中继 台 基台组成 见图 1 1 以市 县水利局为中心节点 与若干个村镇和水库库区的通信点之间组成树 型网络结构 网络拓扑示意图见图 1 2 超短波通信的优点是 1 信道稳定 通信质量比短波好 2 超短波电台可用于点到点 组网通信 如果传输途径有高山阻挡 可 14 38 以在适当位置加中转台 手持对讲机体积小 重量轻 适用于在防汛抢险和水 利工程施工现场等现场指挥通信 图 1 1 超短波水库通信示意图 市市 县县 水水利利局局 村村镇镇 1 1 库库区区 通通信信点点 1 1 库库区区 通通信信点点 n n 库库区区 通通信信点点 2 2 村村镇镇 2 2 村村镇镇 N N 超超短短波波通通信信网网 通通信信群群 1 1 通通信信群群 2 2 通通信信群群 N N 图 1 2 超短波通信网拓扑图 3 配置调制解调器的超短波电台可以进行水文和水情信息传输 组成自 动水文或水情测报系统 4 在应急机动通信车上可安装超短波电台进行应急机动通信 作为现场 指挥的通信手段之一 超短波通信的缺点是通信距离不够远 传输途径上不能有遮挡 在有高大 建筑物或高山阻挡 影响视线传输 或有多径干扰的情况下 实际通话距离比 理想状态下短 15 38 1 2 电台设备 超短波电台一般由发射机 接收机 载波终端和天线组成 发射机一般采 用间接调频和多级倍频 以获取所需的频偏 提高发射信号的边带功率 发射 机的末级功放使用 C 类工作 以提高效率 接收机是典型的调频式超外差接收 机 载波终端将基带信号变换为二线话音信号 接通用户或接至市话交换设备 天线一般采用结构简单 增益较高 方向性较好的三单元或五单元八木天线 在接近微波段的高频端 也可采用角形反射面天线等 超短波电台的中继台则 仅有通达两个方向的发射机和接收机 以及相应的天线 1 3 注意问题 在水库通信中使用超短波通信要注意下述几方面 1 模拟技术与数字技术的更新换代 数字化电台的频谱利用率高 话音质量好 数据传输功能强 在采购设备 要优先考虑数字式设备 但模拟式电台 对讲机技术已经十分成熟 价格也很便 宜 在很长一段时间内还将继续应用 并向体积小 成本低 功能强 更商品 化的方向发展 在一定的时间内这二种方式设备将发挥各自特点共同发展 2 如何节省超短波的频谱资源 超短波通信采用单工通信工作方式节省频谱资源 单工机又分为同频单工 机 或称单频机 和异频单工机 或称双频机 准双工机 同频单工机是指 发射和接收都工作在同一频率上 能最有效地使用频率资源 异频单工机只是 在有中转台的无线电通信系统中使用 现在很多单工机既能同频工作又能异频 工作 从频谱管理上 水库与河流的分布地域广 在偏僻地区 山岭之间地区的 超短波通信频谱可重复利用 这样可节省分给水利部门的频谱资源 3 如何选用对讲机 对讲机是点对点通话的常用设备 但其种类繁多 对讲机分为专业机和民 用机两类 专业机的发射功率大于 4W 目前最多见的是 4W 和 5W 通话距离 一般在 0 10km 主要满足对通话距离要求较远的应用 此类机器价格较高 16 38 常用的有 摩托罗拉 GP88s GP2000 健伍 TK3107 TK3207 威泰克斯 VX 160 VX 218 艾可慕 IC F26 等 民用普通对讲机的发射功率不大于 0 5W 其通话距离一般在 0 3 公里 主 要满足近距离的应用 此类机器价格较低 产品有 摩托罗拉 T5628 T5728 T6200c T7618 A8 等 还有一类对讲机介于专业机和民用机之间 发射功率为 2W 左右 实际通话 距离大约在 4 公里内 常见的机型有南方贝尔 2290ZWP 等 这类对讲机主要满 足对通话距离有一定要求 对机器的价格也要求不要太高的使用者 1 4 适用范围 超短波通信适用于没有高山阻隔 地形比较平坦且距离较近的水库报汛点 与接收点之间的通信 对讲机适用于距离在 3 5km 以内的点对点报汛通信 超短波电台和对讲机通信的设备成本和运行维护费用比较低 适用于投资 额较小的项目 2 短波通信 短波通信采用地波和天波两种方式传播 主要以天波方式传播 天波传播 方式是通过地球大气层上部的电离层进行折 反射 可以到达很远的距离 多 次反射可以实现远距离通信 但短波通信在 20km 120km 之间存在盲区 2 1 系统组成 由于短波信道的特点 短波通信在水库和水利通信中主要传输语音和低速 数据 短波通信基本用途有 1 点到点和组网话音通信 实现指挥调度和遇险报警通信 2 数据信息传输 短波电台配置调制解调器 在网内可以进行数据通信 自动传输水文和水情信息 组成自动水文或水情测报系统 利用短波电台进行遇险报警通信的优点是 1 不需要铺设光 电 缆或传输线 2 可以用于应急机动通信和移动中通信 在发生防汛抗洪的突发事件中 17 38 应急机动通信车上要配备的多种通信设备内可包含短波电台 短波遇险报警通信的缺点是信道不稳定 传输速率低 传输质量差 短波通信解决方案的示意图如图 2 1 水库库区 村镇和市 县水利局配置 短波电台 就可以组成一个短波通话网 该网络具有群呼 组呼和单呼等功能 水水 库库 山山 峰峰 村村镇镇 山山 峰峰 库库 区区 水水利利局局 短短波波电电 台台 地地面面公公网网 短短波波电电台台 图 2 1 短波通信示意图 以市 县水利局为中心节点 与若干个村镇和水库库区的通信点之间组成树 型网络结构 网络拓扑示意图见图 2 2 市市 县县 水水利利局局 村村镇镇 1 1 库库区区 通通信信点点 1 1 库库区区 通通信信点点 n n 库库区区 通通信信点点 2 2 村村镇镇 2 2 村村镇镇 N N 短短波波通通信信网网 通通信信群群 1 1 通通信信群群 2 2 通通信信群群 N N 图 2 2 短波通信网拓扑图 2 3 电台设备 短波通信电台经历了从模拟式到数字式的转变 目前电台质量较好的品牌 有柯顿 Codan 电台 Icom 电台等 柯顿 Codan NGT 系列短波电台 电台主机分为 SR VR CR 三种型号 18 38 这三种型号都采用柯顿 Codan 的 HF 射频技术 主机的技术性能指标相同 三个系统都具有可选的自动链路管理 CALM 能力和可选的 GPS 传真 数据 电子邮件功能 NGT VR 电台的标准配置还具有便携式特点 而且呼叫功能和远 程诊断功能是可选的 柯顿 Codan NGT CR 是 2006 年针对中国市场设计推 出的新机型 性能与 NGT VR 接近 但信道由 20 增为 100 个 菜单屏幕由西文 显示实现中文显示 2 4 注意问题 我国许多中小型水库至今仍有大量的模拟式短波电台在工作 模拟式短波 电台通信质量不好 组网能力差 以短波通信方式解决水库通信应注意的问题 有 1 推广采用数字化短波电台 短波通信将走向数字化 网络化 因此要选用现代数字化短波电台设备来 规范和改造短波通信网 使水利部门的短波通信质量得到提高 短波通信组网 水平上一个台阶 2 改造和改善现有的模拟短波电台网 对已有的模拟短波电台网应逐步改造 如果在继续使用时可以进行局部改 善通信功能和通信质量 如 购买一些含有数字处理滤波技术的音频滤波装置 接在电台音频输出 可以降低噪声 改善话音质量 3 妥善解决短波盲区 由于传播机理 地波和天波都覆盖不到的区域 20 120km 是短波通信盲 区 解决盲区有两个途径 尽量加强地波场强 延长地波传播距离 抬高天线 辐射仰角 缩短天波落地距离 4 消除短波噪声 短波通信噪声有插入噪声 背景混杂噪声和附加噪声等 利用 静噪 功 能 可抑制插入噪声 利用 DSP 数字单端消噪技术 可解决背景混杂噪声 目 前也有单独的滤噪器产品供人们选用 附加噪声是由于安装电台的地点 位置 安装条件等方面的原因所产生 要针对具体情况具体解决 19 38 5 改善短波通信质量的方法 改善短波通信质量要利用预测预报正确选用工作频率 按用途选购优质天 线 正确架设天线 选用合适馈线 做好匹配连接 选用电气特性参数好 工 艺结构好 使用功能好的优质电台 2 5 适用范围 短波通信适用于距离比较远 途中又有高山阻隔 用超短波沟通十分困难 的水库报汛点与接收点之间的通信 短波方案也适用于防汛指挥机构与水库之 间的组网通信 短波电台的设备成本和运行维护费用相差范围较大 可根据项目投资额和 实际需求灵活选用 3 微波通信 微波通信由于通信容量大 抗干扰 抗摧毁性强以及设备小 机动性好等 特点 而成为中 大容量业务的主要通信手段 不但广泛应用于军事战略 战 役和战术通信 同时也是民用引接 应急抢通线路不可或缺的手段 在民用领 域作为干线传输的备份和补充 在边远地区和专用通信网中为用户提供基本业 务 在城市中的短距离支线连接中也发挥了重要作用 水利部门许多地处偏远地区的中小水库 灌区等单位 由于受传统通信技 术的局限 很难实现大量数据的实时共享 采用以微波通信技术为核心的新型 通信平台具有技术先进 投资较省 效益显著等优点 是中小型水库大中容量 通信中的一种成本低 效益高的通信手段 其建设费用远低于铺设电缆的费用 并且建设速度快 抗灾能力强 3 1 系统组成 微波链路由两个微波端站组成 在水库库区和村镇 市 县 水利局分别 设置微波端站 就可以进行水库与村镇 市 县 水利局的通信 利用微波的 水库通信示意图见图 3 1 微波通信不但可以实现点对点通信 而且利用 一点多址 微波设备可以 20 38 实现组网通信 一点多址 微波设备按其体制不同可组成网状或星状网络拓 扑结构 水水库库库库区区 水水利利局局村村镇镇 地地面面公公网网 水水 库库 山山 峰峰 山山 峰峰 设备 设备设备 图 3 1 利用微波的水库通信示意图 利用微波进行水库通信的优点是通信容量大 通信质量高 网络可以自动 运行 做到无人值守等 其缺点是系统设备比短波复杂 3 2 设备 根据水库防汛通信的特点 微波通信系统可以设计成 2 个端站分别固定于 水库和防汛指挥部 一跳微波链路由两个微波端站组成 如图 3 2 所示 图 3 2 数字微波通信系统 每个典型的微波端站包括 微波接力机 群路组合器 选配 复接器 选配 天线 馈线 天线杆等 所有设备还可安装在一辆通信车上 实现 机动通信 主要设备清单见表 3 1 21 38 表 3 1 微波通信端站主要设备清单 序号名称数量备注 微波接力机 1 群路组合器 1 可选 复接器1 4可选 天线 1 馈线 1 天线杆 1 通信车及方舱 1 可选 3 3 适用范围 微波通信信道可靠 稳定 传输速率高 通信质量好 适用于可以架设微 波通信端站的山区水库 微波通信一个端站一般也要几万到十余万 RMB 虽然 使用和维护简单 但仍需一定的技术力量 因此微波通信解决方案适用于数据 量大和有一定技术力量的地区使用 4 卫星通信 相比地面通信 卫星通信具有通信距离远 通信费用与通信距离无关 不 受地理位置偏僻 人烟稀少和高山沙漠等恶劣环境影响 覆盖面积大 能进行 多址通信 广播分发 通信线路稳定可靠 通信质量高 组网灵活简单 适应 性强 机动性好 维护成本相对低等特点 4 1 VSATVSAT 卫星通信卫星通信 卫星通信技术中的甚小口径终端 VSAT 技术始于上世纪 80 年代初 其体积 小 价格低 使用方便 倍受人们关注和重视 VSAT 从低速话音 数据发展到 综合业务 从窄带通信发展到宽带通信 从支持常规通信业务发展到支持互联 网业务和多媒体业务 现在 VSAT 技术已经向各种专门用途的方向发展 使用 更方便 更经济 DVB RCS Digital Video Broadcasting Return Channel via 22 38 Satillite 是 20 世纪末出现的宽带 VSAT 卫星通信方案 该系统能为用户提供 高达 40 60Mbps 主站出站速率和 2Mbps 的远端终端回传速率 是基于 DVB RCS 标准的新一代卫星通信系统 产品价格也大幅下降 目前已逐步成为 VSAT 卫星 通信的主流技术标准 4 1 1 系统组成 DVB RCS 卫星通信系统采用 DVB 广播和多频时分多址 MF TDMA 多点回 传的工作方式 中心站和远端站以非对称的前向和回传链路速率实现双向通信 网络结构如图 4 1 1 所示 图中未表示出射频前端设备 只表示出 DVB RCS 的 终端设备 交换路由设备和业务接入设备等 远端站由小口径天线 0 95 1 2 1 8 2 4m 功率适当的射频单元 Ku 频段为 1 2W 和一个室内单元 含 DVB 接收 RCS 发射 组成 主站的 天线口径可达 4 5 6 2m 功放功率可达数十到上百瓦 主站的室内单元包含 DVB 发射和多个 RCS 接收 其设备可用多载波突发解调器 卫卫星星主主站站 Internet DVB RCS Terminal 上上网网 E mail 数数据据处处理理 VoIP PSTN VoIP Gateway 视视频频监监控控 Video Server TelTel Video 远远端端站站 Switch D DV VB B广广播播 前前向向链链路路 M MF F T TD DM MA A 返返向向链链路路 图 4 1 1 DVB RCS 网络结构 DVB RCS 系统的网络拓扑结构是以中心站为中心 以远端站为节点的星形 网络结构 23 38 4 1 2 中心站 图 4 1 2 是一个典型的非冗余中心站方块图 包括 回程信道子系统 RLSS Return Link Subsystem 前向信道子系统 FLSS Forward Link Subsystem IP 子系统 IPSS IP Sub System 和网络管理子系统 NMS Management Subsystem 前向链路采用了 DVB S S2 与数字电视广播类似 主站的前向链路可采用常规的 DVB S S2 链路 I IP P 路路由由器器 I IP P D DV VB B 封封装装器器 D DV VB B 复复用用器器 P PC CR R 插插入入器器 D DV VB B S S2 2 调调制制器器 业业务务整整形形 可可选选 P PE EP P 服服务务器器 千千兆兆 以以太太网网 F FS SH HM MI IF F M MC CD D 网络管理器TM G GP PS S接接收收机机 控控制制 服服务务器器 调调度度器器 S SI IT T 控控制制器器 R RL LS SS S R RL LS SS S R Re et t2 2 文文件件服服务务 R RL LS SS S R Re et t2 2 W We eb b接接口口 R RL LS SS S R Re et t2 2 S SN NM MP P接接口口 P PC CI I总总线线 到到主主站站射射频频设设备备 业业务务处处理理 M MC CD D板板 管管理理L LA AN N I In nt te er rn ne et t F FL LS SS S 返返向向业业务务 信信令令处处理理 O OA A M M处处理理 L L频频段段发发射射中中频频接接口口 L L频频段段接接收收中中频频接接口口 来来自自主主站站射射频频设设备备 图 4 1 2 中心站方框图 4 1 3 远端站 SIT SIT 由两个主要部分组成 一个室内单元 IDU 和一个室外单元 ODU 可以工作在不同频段 Ku Ka 或 C ODU 功率 1W 到 4W 不等 使用额外的外 部电源 功率可以超过 4W 卫星天线的口径为 75 厘米到 2 4 米或者更大 IDU 是远端站的主要设备 符合 DVB RCS 标准 提供完备的互操作性和优 越性能 4 1 4 系统应用及特点 DVB RCS 通信系统通过一个平台 可以满足所有基于 IP 包传输的应用需求 DVB RCS 系统支持的主要业务是 1 主站接入 Internet Intranet 远端小站可以通过卫星链路接入 24 38 Internet Intranet 建设广域因特网 企业网 2 主站通过 VoIP 网关接入电话交换机网络 远端站通过卫星链路接入 电话网 进行电话业务的拨打和收发传真 3 远端站可以由视频服务器采集现场的图像信息通过卫星链路传回卫星 主站 4 远端站可以接收主站广播的数据信息 5 提供强大的网络管理和安全保证 包含防火墙与安全 简单网络管理 协议 SNMP 网络地址转换 NAT 记帐 服务质量 QoS 等 6 可选增值服务 包含网络高速缓存 网络集结 电子邮件服务 FTP 服务器 DHCP 服务器 VPN 服务器 负载平衡 有条件接入 定制应用程序等 DVB RCS 系统具有如下的技术特点 1 DVB 技术 宽带卫星网中采用 DVB 标准 形成所谓 DVB IP 体制 是 卫星电视与数据通信结合的统一平台 DVB 对 MPEG 2 进行了扩充 定义了业务 信息 SI 图文电视以及数据广播等业务在复用流中的标准 针对数据广播 业务 DVB 定义了数据管道 数据流 多协议封装 Encapsulation 数据轮 放等几种封装协议 支持流式媒体播放 支持 IP 单播 组播和广播应用 2 条件接收 卫星广播的特点决定了卫星互联网的商业应用需要有效的 访问控制技术 以防止非法接收 进而实现有偿服务 DVB 的条件接收 CA 技术提供了一种有效的方式 它包括加扰和加密两个部分 加扰是用控制字将 图像 语音和数据信息的结构打乱形成加扰信号 用授权系统 SAS 产生的授 权密钥对控制字进行加密 形成授权控制信息 ECM 再用 SAS 产生的 与接 收机唯一的地址码相对应的分配密钥 对授权密钥进行进一步的加密 形成授 权管理信息 EMM 最后加扰信号与 ECM EMM 一起被复用到传输流之中 用 户通过 PID 识别 依次解码得到控制字 最终实现对加扰信号的解扰 以达到 接收信号的目的 3 交互操作 介于通信和广播之间的交互式应用是未来网络通信的发展 25 38 方向之一 DVB RCS 就是为基于卫星信道的交互式应用而定义的行业标准 DVB RCS 中的关键技术是 MF TDMA 技术 其优势在于 载波频率和分配带宽都 可以灵活适应多变的多媒体传输要求 而且时隙和突发速率都可以根据网控中 心的要求来改变 DVB RCS 一个回传载波速率一般在 64kb s 到 2Mb s 之间 根 据需要可以用多个载波进行组合 以提高回传速度 4 卫星直播 卫星直播的最大魅力在于它可以将交互式多媒体业务和电 视广播 组播业务集中到一个平台上 可以更方便提供个性化的互联网业务 由 于直播卫星转发器功率大 用户使用 45 80cm 的天线 就可以正常接收 随着 功率的提高 效率更高的调制技术如 8PSK 得到采用 将使卫星传输容量得以整 倍提高 5 高频技术 要为大量用户提供兆比特级的数据服务 DVB RCS 须使用 频谱有效性更好的 Ku 和 Ka 波段 但会有很大的降雨衰减 因此要求 RCST 具有 一定的上行功率控制能力 此外 DVB RCS 网络对抗干扰等技术也提出了很高 的要求 DVB RCS 提供了基于卫星交互式操作的统一标准 除实现话音为主的窄带 业务外 还承载数字电视 远程教学 远程医疗 视频点播等宽带 高速 大 容量的多媒体交互式业务 4 1 5 适用范围 VSAT 卫星通信系统适用于高山阻隔 地处偏远的山区水库及有线 无线和 微波均难于沟通的水库进行通信 在库区设置一个 VSAT 站 无需中继就可完成 与中心站的远距离通信 而一般超短波需许多中继站 就这一点而言 VSAT 卫 星通信在经济上是合算的 而且信道可靠 稳定 传输速率高 通信质量好 VSAT 卫星通信系统的中心站投资大 一个 VSAT 站一般相对较小 日常使用时 需要租星费用 维护资金和使用维护技术力量 在已成规模使用的 VSAT 卫星系 统中 在增加小站时 成本相对较低 因此 VSAT 卫星通信适用于已有成规模使 用的卫星系统 或是有一定资金能力和一定技术力量的地区使用 目前 水利部正在建设基于 DVB RCS 技术的卫星通信系统 26 38 4 2 便携式卫星小站 小口径机动或应急卫星通信设备有多个品种 设备简单 实用 可靠 可 以在野外工作 与固定站构成点到点传输链路 传输的业务包括图像 话音和 数据等 本解决方案我们推荐采用 0 9m Ku 频段便携式卫星站 此外 类似站型还 有 1 2m C 频段卫星通信箱式站和 1 2m Ku 频段双模箱式站等多种 1 2m C 频 段卫通箱式站工作体制为 MCPC FDMA 传输速率达 512 768kbps 可构成点到 点传输链路 1 2m Ku 频段双模箱式站工作在 MCPC FDMA 和 MF TDMA 两种模式 其中 MCPC FDMA 模式担负点对点传输任务 MF TDMA 模式构建综合业务组网通 信 该站型是实现卫星通信综合业务的点对点 一点对多点和灵活组网传输的 重要站型 4 2 1 系统组成 利用 0 9m Ku 频段便携式卫星站 4 5m 以上 Ku 频段固定站和合适的卫星 资源就可以组成点到点的卫星传输系统 如图 4 2 1 0 9m Ku 频段便携站设备包括 Ku 频段 0 9m 天馈系统 BUC 7W LNB 和终端设备 所有设备收藏在两个包装箱或背包内 天线与功放包装箱 或背 包 终端设备手提箱 或背包 调制解调器 视听终端等 4 4 5 5m m固固定定站站 0 0 9 9m m便便携携站站 0 0 9 9m m便便携携站站 K Ku u频频段段卫卫星星 图 4 2 1 点到点的卫星传输示意图 4 5m 以上 Ku 频段固定站的功能可由现有站型承担 它包含 4 5m 天馈设备 射频设备 中频和终端设备等 可以利用的 Ku 频段卫星资源有亚洲卫星公司 亚太卫星公司 中国直播星 27 38 公司提供的多颗卫星 该点对点的传输链路所传输的业务包括 模拟图像 话音和数据 便携站 可工作在双工对称或不对称方式 传输速率为 64kbps 384kbp 512kbps 或 768kbps 可选 0 9m 便携式卫星站用于机动或应急卫星通信保障 便携站能适 应多种运输工具搭载 利用多个 0 9m 便携式卫星站组成的卫星传输系统 其网络拓扑结构是以 4 5m 固定站为中心节点的星形网结构 采用 FDMA 多址方式 实现固定站同时 与多个 0 9m 便携站的信息传输 如果只有一个 0 9m 便携站 就是一条点到点 传输链路 系统中 4 5m 固定卫星站的设备组成与一般固定站的组成类似 4 2 2 适用范围 便携式卫星小站费用较高 而且还要建设固定站 因此适应于应急机动通 信系统建设 4 3 卫星移动电话 目前世界上有许多卫星电话系统 如 Inmarsat 系统 铱星 全球星 欧 星 亚星等 这些卫星电话系统的通信卫星分为两种类型 1 低轨卫星 有铱星和全球星系统 2 同步轨道卫星 有 Inmarsat 系统 AceS 和欧星系统 低轨卫星电话与同步卫星电话虽然都可以打通卫星电话 但有下区别 1 从对卫星的搜索方面看 野外活动对低轨卫星的搜索比同步卫星的搜 索容易 2 从卫星系统的波束覆盖看 低轨卫星系统的覆盖范围比同步卫星系统 的范围广 3 从通话时延看 低轨卫星系统的通话时延比同步卫星系统低 系统组成如图 4 3 1 几种主要卫星移动电话系统的比较如表 4 3 1 28 38 图 4 3 1 利用卫星电话进行通信 表 4 3 1 几种主要卫星移动电话系统的比较 类型类型 项目项目 InmarsatInmarsat 海事卫海事卫 星星 MiniMini M M 站站 海事卫星移动电话 新亚星 海事卫星移动电话 新亚星 铱星铱星 卫星卫星 组成组成 3 4 颗同步轨道 卫星 3 4 颗同步轨道卫星 66 颗 770km 高度的低轨卫星 采用采用 技术技术 点波束技术点波束技术TDM 技术 星际链路 终端终端 体积体积 体积大 重量达 2kg 较小 有卫星天线 便携性好 较小 有卫星天线 便携性好 适用适用 地域地域 国内全覆盖国内全覆盖全球 数据数据 传输传输 2 4kbps 低速 64kbps 高速 2 4kbps 低速 2 4kbps 语音语音 质量质量 通话延时滞后 有杂音和回音 话音质量接近 GSM很清晰 电源电源 待 待 机时机时 间 间 通话时间 最长 2 小时 40 分钟 待机时间 最长 42 小 通话时间 最长 2 小时 40 分钟 待机时间 最长 42 小 连续通话时间 2 小时 标准电池 3 2 小时 高 容量电池 6 5 小时 超高容量电池 待机时间 20 小时 标准电池 30 小时 高 容量电池 65 小时 超高容量电池 29 38 目前没有我国自研的手持卫星电话通信系统 我们只能购买外国系统的手 机入外国系统网络工作 手机使用和维护也相对简单 但每次通话费用高 卫 星移动电话主要适用于应急通信设施储备 5 无线接入通信 无线接入网是指本地交换机与用户终端设备之间组成的无线网络系统 有 大区制 小区制和微区制等多种形式 该方式是解决水库和山区等偏远用户通 信的一种有效手段 常用的无线接入方式是 SCDMA 其它无线接入方式还有 无线本地环路系 统 WLL LMDS Local Multipoint Distribution Communication System MMDS Multichannel Microwave Distribution System WLAN Wireless LAN WMAN Wireless MAN 等 其中 LMDS 较高工作频段 20 40GHz 覆盖距离较小 雨衰大 WMAN 基于 IEEE802 16 标准的 10 66GHz 分配可用频率较窄 不 宜运用 MMDS 的频率在 2 5GHz 器件成熟 设备成本低 基于 802 16a 2 11 GHz 覆盖距离 50km 频谱效率达 5 bit s Hz 802 16e 2 6GHz OFDM 技术 非视距传输距离 支持移动性 以及工作频段 较低的无线接入手段可以运用 在本方案中重点介绍 SCDMA 400MHz SCDMA 400MHz 无线通信系统是 根据农村通信的特点设计开发的 以下简称 SCDMA400 其参照系统是 CDMA450 工作在 450MHz CDMA450 与现有 CDMA 无线系统核心技术相同 CDMA2000 仅射频模块不同 价格也几乎相当 它具有频率低 覆盖广 室内穿透覆盖好 容量大 支持无线高速分组数据业务和多媒体应用等特点 其一个重要优点在于大覆盖范围 低用户密度时投资仍可保持较低 在相同覆 盖面积上 CDMA450 所需基站数目仅为高频系统 1500MHz 以上 的 1 6 1 8 被 ITU D 专题组确定是解决用户分散地区通信的最佳选择 我国的 SCDMA400 系统 经过近年来的发展 试验网络容量达到数十万户 已经得到国内几大电信运营 商的规模应用 作为国家 村通工程 的技术之一 30 38 SCDMA400 系统用于中小水库通信的优势在于 1 技术先进 该系统融合了智能天线 同步码分多址 软件无线电及全 质量话音压缩编码等先进技术 2 具有完整的自主知识产权 SCDMA400 为国内公司自主研发 无须向 国外公司支付知识产权费 网络和终端设备成本低 可以被广大用户和运营商 所接受 能提供大容量低成本的通信服务 易于系统升级和网络演进 3 组网灵活 SCDMA400 系统支持单基站组网 单基站控制器 BSC 本 地组网 多 BSC 组网等适用于不同应用规模的组网方式 可实现设备和容量的 积木式平滑升级 从而大大降低网络建设成本 SCDMA 400 可以和 1800 MHz 的 基站混合组网 共用基站控制器等核心网设备 实现话务相对密集的城镇和话 务稀疏的广大农村地区的网络覆盖 4 覆盖距离远 工作于 400 MHz 频段的 SWAN 400 V 单基站的有效覆盖 半径可达 55km 适合于广阔农村地区低话务量的网络覆盖 而且频率配置简单 灵活 5 价格低 5 1 系统组成 利用 SCDMA 系统建立区域性的无线通信系统 可以实现中小型水库通信 利用大灵通 SCDMA 实现水库通信的示意图如图 5 1 1 图 5 1 1 利用 SCD