数字微波中继通信在公安工作中的应用

郭 萍

（南京森林警察学院，江苏 南京 210023）

微波中继通信是一种无线电通信方式。数字微波中继通信，是上世纪末迅速发展起来的新通信技术，它同光纤通信、卫星通信，并称为现代通信的三大支柱。虽然模拟通信经过几十年的发展已相当成熟，但是，数字通信同模拟通信相比，具有频率利用率高、保密性好、传输质量高等优点，特别是各种业务，包括话音、数据或图像，经过数字化后，都可按同样的数字形式出现在通信网中。

一、数字微波中继通信的特点

（一）微波通信的特点

微波是指波长为 1m～ 1mm、频率从 300MHz～300GHz范围的电磁波。利用这个范围的电磁波传播信息的通信称为微波通信。

1.波长短

由于微波波长短，具有类似广播的传播特性，一般沿直线传播，俗称“视距传播”，它的绕射能力很弱，容易被反射。由于波长很短，即使遇到尺寸较小的障碍物也会被反射。为了避开途中的障碍物，需要竖立比较高的微波中继天线塔，或在高山顶上建站。要想实现长距离通信，则需要采用“接力”的方式，将信号多次转发。这就是微波中继通信。

2.频带宽

频带宽意味着有较丰富的可利用资源，可容纳的通道多，可传送的信息也就多。无线电波中的长波、中波、短波、超短波等加在一起，频宽还不足1GHz，而微波的频宽达299GHz，可容纳更多的无线电信道。因此，在公安工作中，常利用微波中继来组建图像传输系统，进行远程监视。

3.设备小

因微波的波长很短，微波设备可做得比较小，用较小的尺寸制成方向性很强的天线，把电磁波聚集成一个很尖锐的波束，按照指定的方向发射出去。用这样的微波天线进行发射或接收，和无方向性天线比较，相当于把发射功率或接收功率提高了10000倍（40dB）左右。故在微波波段，发信机一般只需要发射几瓦的功率就够了。此外，由于天线的方向性很强，因而通信中互相干扰的现象也大为减弱。

4.稳定可靠

在微波波段，天电干扰、工业干扰及太阳黑子的变化基本不起作用。实验表明，当频率高于100MHz时，这些干扰的影响就极小。因此，微波中继通信的传输质量和稳定性可以做得很高。

微波通信是点与点之间的连接，与有线载波通信相比，在抗洪水、台风、地震等自然灾害方面，有较大的可靠性。

（二）数字微波中继通信的特点

1.传输质量与通信距离无关

由于数字信号可以再生，中继段上由噪声、干扰等引起的失真不会逐站累积，故数字微波的传输质量基本与线路长度无关。与此相反，模拟信号不能再生，所以传输质量将随线路长度的增加而下降。另外，数字微波便于开发现有模拟微波难以使用的12GHz以上的频段。因为在12GHz以上的频段，暴雨将使电波的传输受到很大的衰减，致使中继距离大为缩短。

2.抗干扰能力强

当要求通信质量相同时，数字微波系统接收端所需的载噪比（C/N）比模拟微波系统小。换言之，在C/N相同时，数字微波系统所需的发射机功率可相对低一些。而发射机功率的降低，有利于设备全固态化，增加了系统的可靠性，有利于降低数字系统对其他系统的干扰。

3.有利于组成多业务的综合通信网

由于模拟线路的性能是以传送电话作为基础，用它来传送数字信息并不理想。而数字线路则是以传送数字信号为基础，所以，数字微波能传送包括数据、电报、经编码的可视电话和电视等多种信息，符合建立综合数字化通信网的发展方向。例如，数字微波可与程控交换机配合，组成传输与交换都是数字化的综合通信网。

4.保密性好

数字微波系统能进行两次加密（即终端模拟加密和信道数字加密），而模拟微波一般只能作终端模拟加密，数字加密显然比模拟加密好。

二、数字微波中继通信在公安工作中的应用

在平原地区，微波只能在视距范围内约50公里左右传播，如果微波站建在高山上，可以取得较远的传输距离。例如，南京的紫金山上就设有公安的微波中继站。微波在空间传播过程中受到多种因素的影响，如地面反射、对流层折射、障碍物绕射等。因此，对于视距微波通信，为了获得比较稳定的传播特性，微波传播的距离不宜太远。在公安实际工作中，为了使微波能作长距离通信，一般每隔50公里内设置一个微波中继站。中继站的接收天线把前一站传来的微波信号接收下来，加以变频和放大处理，再从另一天线转发到下一站，如此一个接一个地依次传递，直到终端站，组成了一条中继线路。中继站分为有源中继站和无源中继站。

以下是数字微波中继通信在公安工作中的应用。

（一）干线网

以前，我国公安系统采用有线通信和短波、超短波、集群无线通信系统。我国地域广阔，地形结构复杂，在公安系统内如完全通过铺设光纤或铜缆等有线线路来传输信息，不仅常因施工期长、进度缓慢而不能应急，而且维护繁琐。短波通信是靠电离层的反射来传递信号，由于电离层的不稳定性，以及短波本身所带信息的局限性，使短波通信不能作为公安通信的骨干成分。而超短波通信由于频率较低，使用量大，干扰很强，通信质量不能保证。而从某种意义上说，微波中继通信与光纤通信的传输质量相当。

微波传输数字化是微波通信发展的方向。目前，世界各国均在千方百计地为数字微波的使用创造条件。数字微波所用的频段已从10GHz以上逐渐发展为4、5、6GHz的干线频段。

在微波中继网建设初期，到各地市的2Mb/s线路，共30个话路，全部用于语音，连接程控交换机PBX。随着业务的发展，公安部门采用在微波与程控电话交换机之间加入复用解复用设备MUX的办法，逐渐引入会议电视等公安业务，使微波中继通信在公安业务中得到进一步的发展。网络功能扩展后，12个时隙抽取出来留作会议电视系统使用，1～5时隙作为集群/常规联网的链路。会议电视系统符合H.320标准，以V.35接口与MUX连接，带宽是768kbps，由于H.320会议电视系统全网严格要求时钟同步，因而采取由省厅向各地市传递时钟的方法来保证全网同步。实际使用中证明，微波中继设备可靠，时钟传递准确，在设备没有故障时，误码率几乎为零，作图像传输使用时，效果很好，即使在天气恶劣的情况下，几个小时都没出现误帧。微波中继系统运行质量如何，关键是看设备维护到不到位。但是，由于很多微波中继站在高山上，部分机房的条件达不到理想要求，有时可造成微波中继系统传输出故障。

（二）传输图像

直观、实时的现场图像传输，对于指挥中心领导全面掌握现场情况、做出果断决策具有极为重要的意义。在公安机关的侦查、执法、应急事件处置等工作中，有时需要通过微波中继方式传输现场图像。由于在多数情况下不满足直线视距传播条件，因此，宜采用较低频率的微波作为载波（300～1200MHz），以减少微波信号的穿透损耗并获得相对较好的绕射性能。在条件允许的情况下，采用空间分集（在现场周围设置1～2个分集接收点）、频率分集（用两个载波传输同一路图像）或空间-频率混合分集等方式，可明显改善传输质量。现场图像一般都是无线传输，而微波由于可带信息量大，是图像传输时经常采用的方式。

1.阵地ATV图像传输系统。目前，各地公安部门在大、中城市的重要路段和地段，普遍架设了微波中继无线传输的阵地ATV图像传输系统。对于发生在市区的案件现场，可以直接利用此系统向市局指挥中心传输现场的静态和动态图像信息。

2.远离市区的现场，可以利用车载微波中继无线图像传输机，向指挥中心发送现场情况的实时动态图像。

3.通过数码相机，将现场采集的图像信息经过处理后，利用公众移动通信网的GPRS或CDMA-1X在线移动数据传输，不但可以实现本地区的图像传输，而且可以实现全省乃至全国范围的实时图像传输，为指挥中心领导提供第一手资料。而这里用的依然是微波中继系统。

微波图像传输系统组成有：发送设备：图像发射/数据接收机、发射天线、接收天线。接收设备：下变频器、卫星接收机、接收天线。整个微波传输系统采用点对点传输，拓扑结构。如有遮挡可增加图像中继，中继工作原理是用一个频点收，用另外一个频点转发。

在微波中继通信系统中，为了节省发射功率和改善接收信号质量，希望微波信号尽量只沿两个中继站之间的连线传播，因此，需要使用高增益的强方向性天线。由于微波的波长很短，2～3米口径的抛物面天线就可提供足够的增益和良好的方向性，因此，在微波中继系统中广泛使用。

由于专业单位的财力、物力、人力都有限，为了节省投资，在选择微波中继站时，首先要考虑到该站已通路、通电、通水等条件，即应该选择已被开发利用的山头。同时，微波中继站可以兼作移动网的主台站址，用来覆盖广大的农村、交通要道和领海。这样做，可节省大量的基建投资，缩短基建工程的周期。

[1]薛殿杰.侦查通信与指挥教程[M].北京:中国林业出版社,2005.

[2]公安部人事训练局,公安部信息通信局.公安信息通信技术教程[M].北京:中国人民公安大学出版社,2001.