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无线电管理大型移动工作站的建设与应用

2008-10-2709:42来源:中国信息产业网-中国无线电管理

■ 上海市无线电监测站 王声根 周文虎 李春燕 谭伯仲

摘 要

为规范无线电管理秩序,保障无线电通信安全,上海市无线电监测站成功建设了国内首个功能完善的大型移动工作站,作为综合性、可移动的监测控制中心和应急通信指挥中心。本文从项目背景、系统组成、功能及关键技术问题,尤其是电磁兼容分析(EMC)等方面详细介绍了大型移动工作站情况,并且从实际应用角度探究大型移动工作站作为应急指挥车在重大活动保障和突发事件处置时所发挥的重要作用。

关键词:大型移动工作站 电磁兼容分析 卫星通信

1 概述

上海市无线电监测站针对无线频谱应用迅猛增长,造成干扰增多,电磁环境恶化等情况,为进一步加强无线电管理力度,于2005年提出了建设大型移动工作站的构想。无线电管理大型移动工作站是一个多系统、多模式的移动中央平台,在该项目建设过程中,我们对大型移动工作站系统基本功能和技术性能进行了全面论证分析,在重点对供电系统和电磁兼容进行分析的基础上,制定了移动工作站设计原则和系统集成解决方案。

大型移动工作站的成功建设,进一步提高了无线电管理工作应对突发事件的综合监测与分析能力、新技术设备的应用能力和无线电监测技术理论的实践能力,适应了信息化建设的发展要求。

2 项目背景

以往无线电监测工作主要以固定监测站和移动监测车为监测手段,传统的监测测向方式能够满足常规性的无线电监测工作需要,但是面对越来越多的不可预测的大型重大活动和突发事件时,传统监测方式日显不足,在实践中我们发现固定监测站缺乏灵活性,移动监测站虽然灵活但是缺乏宽带通信能力,无法及时反馈监测信息。面对突如其来的自然灾害和变化莫测的突发事件,以往的监测手段显然已经无法满足要求。

如何在重大活动保障和突发事件发生的时候,快速及时地将现场的视频图像和无线电监测测向数据在第一时间传送到指挥中心,供领导和专家决策是至关重要的。当出现严重干扰和非法信号时,如果不能及时准确地了解现场情况,将无法做出有效的处置方案,很可能造成严重的影响和损失。

随着技术水平的不断进步,卫星通信系统朝着移动、高速和小型化发展,以宽带卫星通信作为信息传输平台,结合固定监测站、移动监测站和数字集群等系统,通过车载化设计将各个系统整合在一起,可建成具备无线电监测、测向和检测等基本功能,同时实现卫星视频通信、实时宽带网络传输、无线通信调度、现场指挥控制等功能的大型移动监测平台。其可通过卫星链路与现有的固定监测站联网,形成一个可靠性高,融入于整个无线电监测网的移动中央平台。

3 建设原则

大型移动工作站的设计方案和建设实施遵从以下三项原则。

(1)技术先进、功能完善

在设计上,我们结合现代通信技术、网络技术、微电子技术和广播、照明等技术,采用先进、成熟的产品,确保系统的先进性和可持续性。重点突出系统通信能力、指挥调度能力、快速响应能力。

(2)安全、可靠、高效

充分考虑系统电气安全性、物理安全性,在供电、防雷和环境监控方面采用有效方式保障电气及物理安全性。在系统可靠性设计上,所有的信号及电源线路都布有备份线路以保障系统正常可靠运行。对整车安全、油路、电流、电压、电池电量等都设计了安全监测及告警,便于工作人员迅速反应,及时处理问题。

(3)可扩充、可管理

系统设计在充分考虑当前情况的同时,考虑到今后较长时期内发展的需要,留有充分的升级和扩充的可能性,例如在预留接口方面充分考虑了与部无线电管理和上海应急办等单位应急联动系统的接口,以及与其他监测车之间建立无线宽带通信链路等问题。系统设计贯彻可管理性原则,系统使用及管理人员能方便及时地掌握诸如系统拓扑结构、系统性能统计、系统故障等信息,能简便地对系统进行配置和调整,确保系统工作在良好状态。

4 功能特点

大型移动工作站系统包括:监测测向子系统、检测子系统、智能干扰子系统、移动卫星通信子系统、Tetra通信指挥子系统、供电及空调子系统、承载车辆及配套设施等。主要实现监测测向、数字集群调度、智能干扰、移动卫星通信等功能。

其主要特点包括:

(1)测向天线采用升降杆,可以将天线升至8米的高度,测向精度达到均方根1度以内;

(2)监测天线也采用了升降杆并加装了旋转云台拓展了监测频段,可实施对微波、卫星、雷达等信号的监测;

(3)在集群调度中采用了无线交换机,可以对常规的UHF/VHF、150MHz、350MHz、400MHz、iDEN、Tetra、GSM、CDMA、PHS、TD等3G和卫星电话进行相互交换;

(4)移动卫星通信系统除了实现视频会议、电话、传真等功能外,还能远程连接到指挥中心局域网内,调阅查询各类信息资料,并能遥控所有在用的固定监测站;

(5)在操控方面,采用了先进的集中控制系统,可以实现对移动工作站设备及电源的集中控制,操作安全方便。

5 对关键技术问题的考虑

5.1 供电保障问题

移动工作站作为一个综合性可移动的监测控制中心和指挥中心,为满足在各种条件下的正常工作,必须配备多种供电方式。

两路市电供电:由市电220V经过避雷器、滤波器输入车内隔离变压器,从隔离变压器输出220V进入配电控制盘,再由配电控制盘分别送入不间断电源UPS、空调、照明及充电系统。在外接市电插座负荷小的情况下,空调系统还可单独引入外接市电,以两路供电方式满足工作需要。

发电机供电:在没有市电情况下,可采取发电机供电,发电机输出的电流经过滤波器进入配电控制盘,再由配电控制盘分别送入稳压电源、UPS、空调、照明及充电系统。

不间断电源(UPS)供电:在市电或发电机停止供电时,可由UPS供电,保证车内的监测测向设备、检测设备、卫星通信设备、Tetra数字集群以及干扰通信设备正常工作。

直流供电:对直流供电设备采用电瓶直接供电方式,配备相应的充电机,在市电或油机供电的同时直接对电瓶进行充电。

5.2 电磁兼容问题

由于有多个通信系统集成在一台车上,进行电磁兼容分析是必要的,电磁兼容问题如果被忽视,可能影响系统的正常使用。在我国对于电磁兼容分析还没有权威的标准,主要原因是不同的设备抗辐射、抗干扰的性能有差异,这就给我们的干扰评估增加了困难。为此我们聘请了多位电磁兼容分析方面的专家学者,根据各通信系统的技术指标进行了认真、细致的理论分析,下面将分析内容作以简要说明。

(1)集群系统对于卫星系统的干扰电平比卫星系统的信号电平低14.4dB,显然没达到地球站电磁干扰环境保护要求中所规定的低70dB的指标。但是,集群使用的频段与卫星通信Ku波段的频段相去甚远,即两系统有足够的频率间隔,高次谐波的分量极其有限,一般品质优良的发信机,其杂散分量主要集中在二次谐波附近,何况集群发射机功放输出是经过滤波器后经天线发射出去的,所以,正常情况下集群通信设备不会对卫星造成有效的干扰。

(2)干扰系统,发射功率为25W,覆盖频率为3GHz,一旦开启,在近距离对其他接收机的干扰是不能忽视的。若干扰机发射一个窄带信号(25kHz),天线指向卫星天线方向,其产生的干扰噪声电平约为-50dBm左右,接近卫星地球站下行链路接收电平-39dBm。虽然这仅是按最大杂散来计算的理论值,但是可以看出干扰机更容易对卫星接收机构成干扰。由于干扰机使用定向天线,若将天线的指向合理,避开卫星天线方向,而且卫星接收天线也尽可能侧对或背对干扰源,这样卫星接收机被干扰的几率很小。

至于干扰系统对集群、监测测向等系统的局部干扰是必然的,由于干扰机在日常操作使用中情况变化多端,难以预料。干扰机的发射既要考虑对集群设备的影响,又要顾及对监测、测向设备的干扰,还要看被干扰信号的方向等等,因此,在干扰机开启时,应尽可能地关闭其他接收设备,如果必须使用时,操作一定要谨慎,例如:监测频点与被干扰的频点要保持一定的隔离度,当然还要注意干扰天线的方向。

(3)集群系统对监测测向系统以最大杂散辐射功率为依据,即集群发信机频率的二次谐波,按照Tetra规范要求给出规定限值,在800MHz集群频段,距发射频率45MHz处,对杂散的抑制度达到-100dBc,按照这个限值来看,则接收机输入端口的干扰电平还要降低30dB。此外,在集群基站上,发射机功放输出一般为50W,经双工器的隔离耦合等损耗,实际输出到天线端口的电平仅在10W左右,在大型移动工作站上实际使用的发射功率是15W,真正到天线端口的功率也不超过5W,考虑到上行功率受限,单向通信是没有意义的。另外在使用监测、测向设备时,尽量将被监测的频率与集群发信机的发射频率保持足够的间隔(45MHz),若将收发天线的水平、垂直隔离度加大——在实际设计中我们将集群天线与测向天线水平间隔设为10米左右,垂直间隔设为8米左右——则集群发信载频对监测、测向接收机的影响是很有限的。

上述EMC分析的大量工作是在实验室内完成的,因为理论计算分析有一定的缺陷和局限性,因此实验是必需的。通过理论分析和计算我们发现,在涉及到的无线电设备中除干扰系统外,有可能对其他系统产生电磁干扰的应该是数字集群设备。为了进一步了解、分析数字集群在正常通信状态下,近场对Ku波段卫星接收机、GPS及30MHz~3000MHz频段的干扰和影响程度,我们借用中卫国脉iDEN数字集群基站做了多次模拟比对试验,通过理论计算和实践检验得出了电磁兼容分析结论:

(1)Ku波段卫星地球站通信设备与800MHz Tetra数字集群、GPS、干扰机、监测及测向系统之间电磁环境能完全兼容,即卫星收发信机与这些系统不存在相互干扰问题。

(2)集群通信设备对无线电监测、测向系统存在局部的有限干扰,但是只要避开集群系统使用的两个载频就不会造成有效干扰。集群系统对GPS系统不存在有效干扰。

(3)干扰机在天线口的有效辐射功率远大于集群发信机,因此其对集群系统、GPS系统、监测及测向系统的干扰不容忽视。在最坏的情况下,即干扰机发射天线完全对准其他接收机,且工作的频段相近或重叠,不可避免地会造成各接收机的阻塞干扰,甚至损坏设备。若采用定向天线,而且背向其他天线,则影响有限。

6 系统应用实践

大型移动工作站建成后不久即投入使用,并在2006年10月份上海F1赛车活动现场首次亮相,受到各界关注,当有国外友人了解了移动工作站的情况后,也竖起了大拇指。上海市信息委领导也莅临指导工作,对大型移动工作站的成功建设给予了高度的肯定,要求把移动工作站用好,为经济建设多作贡献。在F1赛事期间,大型移动工作站完成了现场无线电环测、无线电频谱监测测向工作,通过宽带卫星通信,将现场视频图像实时传送到指挥中心,实现了“零距离”的远程调度指挥。

2007年8月,时任上海市委书记的习近平同志,在百忙之中抽出时间参观了大型移动工作站,习书记饶有兴致地坐在指挥室里,认真地听取了工作人员对大型移动工作站的讲解,之后习书记又详细参观了设备操作区,仔细观看工作人员的现场无线电监测演示,并给予了高度评价。

举世瞩目的2007年特奥会在上海隆重举行,为保障此次大会的顺利召开,维护特奥会正常的无线电管理秩序,上海市无线电管理局和上海市无线电监测站出动了大型移动工作站为主会场提供现场的保障,圆满完成了保障任务,受到了组委会的表彰。

习近平在大型移动工作站内视察工作。

7 结束语

大型移动工作站的成功建设经历了一段摸索的过程,由于是全国首个案例,没有经验可供借鉴,因此项目建设过程要力求严谨,从项目立项到可行性论证,从招投标直至最后的项目实施,每一个环节,每一个细节都需要认真把握,不能有丝毫的马虎。在项目建设期间出现的一些问题和困难,在我们和承建方共同的努力下最终得以解决。尽管如此,项目完成后系统还存在一些需要完善的地方,例如,数字集群系统设计接口能够接入政务网平台,但在无线交换机上各种通信技术体制方面存在一些不兼容问题,虽然不影响整个系统正常运行,但功能不够完善,需要协调设备供货方等有关部门进行解决。

总之,大型移动工作站项目建设是比较成功的,得到了部无线电管理局以及一些同行的肯定。今后,我们还要不断改进和完善系统功能,为今后的建设项目积累宝贵的经验。

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