自动气象站数据基于4G-LTE传输及应用

刘承径 熊杰 陈志刚 冉梦军 邓正林

摘要：无线通讯技术在不断发展，解决了很多通讯问题;随着通讯系统的不断升级，原有的 2G/3G 通讯设施已经无法满足需求;进行 4G/5G 通讯的组网，提高对偏远和无人地区的气象资料的传输，4G/5G 通讯系统的的应用促进气象观测网格化多要素智能杆（涵盖气象、环保、实景）组网进程不断加快，;保障资料的传输，提高了观测的时效性。

关键词 自动站;4G-LTE;数据传输;应用

1引言

观测资料自动、及时地传输是气象观测自动化的基本要求。气象观测业务从平面化向立体化完善，观测资料的传输密度及时效性要求不断提高，原有的 2G/3G 通讯设施已经无法满足需求，很多基于高带宽的观测业务随着 4G 迎刃而解。4G/5G 环境下的观测业务容量大、速度快、实时性视频传输稳定。

24G-LTE 网络架构

就 4G-LTE 网络的架构来说，主要包含了两部分，一部分是EPC 一部分是 E-UTRAN。EPC 是由PCRF、PGW、SGW 及 MME，E- UTRAN 等多个演进型 eNodeB，多个演进型 eNodeB 是通过 X2 接口必须连接的，在 4G-LTE 通信网络中，一般来说，EPC 与 E-UTRAN 两部分之间的连接沟通是由S1 接口来构成的。

与 3G 网络相比，4G-LTE 核心网中无电路域 CS，使用 IMS 作为 VOLP 业务的载体。SGSN 功能的实现则是通过 SCW 与 MME 相互结合而达到的，GGSN 功能通过 PGW 得以实现。由 EPC 部分担负着分组域的功能，核心网中的 EPC 能够实现用户面、控制面的即时分离，从而有效防止解决了SG 一些用户面与MME 一些控制面之间存在干扰的问题;网络，主要发挥分组作用，即分离功能也有助于 4G-LTE 网络与 3G 网络实现共同和融合。

34G-TE 技术在自动站网中的应用

3.1自动站网通信系统结构

在 LTE 应用层面上分 2 种;基于公网的 LTE（DTU）应用和 LTE 专网应用，前者技术要求和门槛低竞争激烈。后者 LTE 专网涉及物理传输层和系统应用层的融合，特别适合对安全性和稳定性要求较高的行业客户，同时需要我们具备豐富的系统集成应用经验和后端产品设计能力的支撑。气象观测使用专网与公网双网络通道，其主要功能是监控并传输气象观测数据，从而为气象业务的智能化提供最基本的通信保障。为了使得检测数据的传输具有高效性和精确性，并且达到智能化管理所需要的检测深度和广度，在通信网络拓扑结构的设计过程中，采用了树型结构与网型结构相结合的方式，从而达到节点增加也可在计算复杂度不增加的情况下将检监测据远程发送或接收。

监测传输系统主要有三部分构成，一是数据中心，二是通信网络，三是观测采集终端;其中数据采集终端又包括两部分，一部分是便携式/固定式移动终端，另一部分是在线监测终端。数据采集终端在采集完成以后，以 CT 信号或 PT 信号的形式将信息传输：移动收发点与通信系统两端之间的连接接口为 RJ45、RS232。4G-LTE 网络对于 TDD-LTE 格式与 TD-LTE 格式均能够很好的支持，并采用 PTR 传输协议和 VPN 加密协议完成数据的传输。网络中的服务器提供的服务类型包括数据库、通信以及 WEB，其主要的数据格式采用 PQDF，并以 IEC6850 作为传输协议.

3.2自动站 4G-LTE 应用

通过 4GDTU 或者 4G 路由器进行配置数据无线传输，支持 4 个数据中心同时通信，主备数据中心互为备份通信，每个数据中心通信方式可单独定义;TCP/IP、Server/Cllent、UDP/IP、DDP、SMS、AT 多种通信方式，可控制最大数据传输包长发送，定义心跳包格式及在线报告时间间隔。根据三网的通信协议进行选择。

通讯速率方面，4GLTE 网络采用了最新的载波聚合传输技术，从而实现了聚合离散信道后载波的统一分配，进而大幅提升了宽带的通讯速率。另外，还可以结合气象专网的业务需求，将宽带的聚合程度展开及时调制，以这种方式让宽带频谱资源得到更大效率的利用。经过对传输速率的实际测试通信工程频率效率最高值为 2.7bps/Hz，下行最大值达到 8Mbps，上行最大值达到19Mbps，采用 64QAM 调制方式时，上行传输速率的平均值为为 2.57Mbps：采用 QsK 调制方式时，上行传输速率的平均值为为 1.07Mbps。

4小结

4G-LTE 技术应用于气象站网中，能够使传输节点多且分散、传输数据量不足等问题得到有效解决，从而让光纤设备与无线设备在网络监控和信息采集中的辅助作用得到最大程度的发挥，进而使气象观测智能化管理水平得到进一步提升。此外，采用 4G-LTE 移动信息专网，使得信息采集终端的接入方式得到了很大程度的优化，信息安全更高，信息传输量得到大幅提升，同时有效节约了传输时间，并且让通讯网络的运行成本大幅下降。

参考文献

[1]汪子云，完颜绍澎.解析移动通信工程 4G-LTE 技术工程的应用[J]企业技术开发，2016，（17：70-74）

[2]卢胜奇，潘琳.移动通信工程 4G-LTE 技术工程的应用分析[A]计算机科学，2018，（06：196-197）

[3]周粤佳，郑涛.新一代自动气象站数据通讯传输 DTU 研究与应用[A]地面气象，观测篇 2010，（64-66）

[4]尹双喜，黄志刚.自动气象站资料传输监控系统设计与实现[A]现代农业科技，2012，（15-209-210）

作者简介：熊杰（1992-）男，助理工程师 ，从事气象通信工程及装备管理工作刘承径（1993-）男，助理工程师，从事气象观测探测设备建设及设备运维工作.