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(yè)務使用微波進行傳輸?shù)目尚行赃M行分析。

關鍵詞：微波通信;空中交通;空管系統(tǒng)

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(qū)工程是新鄭機場三期工程的重要組成部分，緊鄰空管小區(qū)，且位于空管小區(qū)與塔臺小區(qū)之間，對空管自建的地下環(huán)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(yè)務。當?shù)叵鹿饫w被挖斷時，將對空管小區(qū)業(yè)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(qū)與塔臺之間的聯(lián)系中斷，從而引發(fā)大規(guī)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(tǒng)的正常運行，選擇搭建空管小區(qū)至塔臺小區(qū)之間微波傳輸鏈路，在自建光纖網(wǎng)全部中斷時，實現(xiàn)對現(xiàn)有光環(huán)網(wǎng)的補環(huán)作用[1]。使空管重要業(yè)務能正常運行，至少要能保障對空監(jiān)視指揮和地空通信的暢通，防止大規(guī)模流控事件發(fā)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(tǒng)提供支持，系統(tǒng)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(nèi)的多部一、二次雷達和ADS-B（Automatic Dependent Surveillance - Broadcast，廣播式自動相關監(jiān)視）設備進行空中監(jiān)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(nèi)多地設置甚高頻臺點來實現(xiàn)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(shù)據(jù)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(wèi)星通信等方式來實現(xiàn)遠距離傳輸，采用自建光纖鏈路的方式實現(xiàn)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?shù)奶匦?，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?shù)臅r延和丟包都有不同程度的影響。

2 河南空管（塔、區(qū)）業(yè)務分析

河南空中交通管理分局的主要運行系統(tǒng)和設備有華泰英翔SkyNet-X空管自動化系統(tǒng)（主用）、民航二所AirNet空管自動化系統(tǒng)（備用）、管制綜合系統(tǒng)、轉報系統(tǒng)、民航通信網(wǎng)、FA36B網(wǎng)系統(tǒng)、FA16系統(tǒng)、OSN光環(huán)網(wǎng)系統(tǒng)、萊斯ADS-B數(shù)據(jù)站系統(tǒng)、SCHMID內(nèi)話系統(tǒng)、沈陽內(nèi)話系統(tǒng)、VHF應急系統(tǒng)、宏天記錄儀系統(tǒng)等。

在所有空管運行系統(tǒng)中，保障空中交通管制最重要的運行系統(tǒng)主要負責對空監(jiān)視指揮和地空通信，例如，自動化系統(tǒng)、管制綜合系統(tǒng)、轉報系統(tǒng)等。對于重要的運行系統(tǒng)，需要采取多種措施保障系統(tǒng)的運行安全和數(shù)據(jù)傳輸。針對自動化系統(tǒng)、管制綜合系統(tǒng)、轉報系統(tǒng)和FA36B網(wǎng)系統(tǒng)，在空管小區(qū)和塔臺小區(qū)都有分支，并且兩個小區(qū)之間的信息交流也比較重要，目前兩個小區(qū)之間主要的傳輸途徑是地下的光環(huán)網(wǎng)，空側還沒有相應的途徑可以傳輸業(yè)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(qū)之間的業(yè)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(wǎng)業(yè)務透傳，共4個端口;另外，提供16條2M干線，可用于干線業(yè)務傳輸。報告中測試分為五部分：微波網(wǎng)口最大傳輸速率及延時測試;空管業(yè)務流量統(tǒng)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(wǎng)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(qū)微波側，另一臺位于塔臺小區(qū)微波側。分別對微波鏈路提供的4個網(wǎng)口進行對測，得出本次測試結果。

測試結果：每個網(wǎng)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(wǎng)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(wǎng)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(yè)務流量統(tǒng)計分析

根據(jù)空管小區(qū)與塔臺小區(qū)各個系統(tǒng)之間需要進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨?，對微波傳輸中需要提供的對空管至塔臺的業(yè)務端口速率進行查詢統(tǒng)計。主要涉及FA36B網(wǎng)、華泰英翔SkyNet-X空管自動化系統(tǒng)、民航二所AirNet自動化系統(tǒng)、管制綜合系統(tǒng)和轉報系統(tǒng)。

3.3.1 本地FA36B網(wǎng)業(yè)務。本地FA36B網(wǎng)最重要的任務是承載河南省本地的雷達業(yè)務，空管和塔臺的FA36B網(wǎng)節(jié)點是河南業(yè)務的兩個重要節(jié)點。圖1是空管和塔臺之間4條光纖的業(yè)務速率監(jiān)控，使用微波替換的業(yè)務鏈路為塔臺SR6608節(jié)點的G2/0/1至空管交換機S3600，本次統(tǒng)計結果是4條鏈路的總和。

根據(jù)圖中接口實時性監(jiān)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(fā)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(fā)速率小于2 000 kbit/s。

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

3.3.3 二所AirNet空管自動化業(yè)務。民航二所自動化A/B/C三網(wǎng)交換機的G1/1口是空管分區(qū)至塔臺分區(qū)的端口，統(tǒng)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(wǎng)交換機G1/1端口的收速率為300.78 kbit/s，發(fā)速率為10 611.33 kbit/s。二所自動化交換機空管至塔臺三網(wǎng)所有端口速率收速率為5.81 Mbit/s，發(fā)速率為31.82 Mbit/s。

3.3.4 管制綜合系統(tǒng)業(yè)務。管制綜合系統(tǒng)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(tǒng)計兩個業(yè)務的流量。統(tǒng)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(fā)速率為180.66 kbit/s。空管至塔臺三網(wǎng)所有端口速率中收速率為151.37 kbit/s，發(fā)速率為1.12 Mbit/s。

3.3.5 轉報業(yè)務。規(guī)劃使用微波鏈路替代空管至塔臺的轉報系統(tǒng)異步單元A-10M端口，根據(jù)日常工作經(jīng)驗可知，平時轉報業(yè)務數(shù)據(jù)量不大，收發(fā)速率可記為小于100 kbit/s。

匯總如下：按照規(guī)劃需要，使用微波鏈路傳輸?shù)乃袠I(yè)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(yè)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(tǒng)，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(qū)和塔臺之間的視頻會議使用情況，使用空管的U2000網(wǎng)管軟件對微波的實時性能進行監(jiān)控，監(jiān)控微波EM4T板卡PORT1端口的數(shù)據(jù)流量。在進行視頻會議時，網(wǎng)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(jié)部分結果進行比較可以看出，空管小區(qū)至塔臺小區(qū)主要業(yè)務正常運行時的業(yè)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(yè)務的方案可行。從3.4和3.5章節(jié)的測試結果可以看出，對于傳輸視頻類的業(yè)務，微波傳輸?shù)臅r延和帶寬是可以正常承載的。

4 實施方案

空管小區(qū)與塔臺小區(qū)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?shù)膶崟r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(yè)務，則是一部分業(yè)務完全依靠地下光纖傳輸數(shù)據(jù)，另一部分業(yè)務采用微波鏈路和地下光纖共同傳輸數(shù)據(jù)的方案。

如圖2所示，當出現(xiàn)空管小區(qū)至塔臺小區(qū)的地下光纖干線都被挖斷的緊急狀況時，空管小區(qū)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(qū)主用自動化系統(tǒng)、管制綜合系統(tǒng)、轉報系統(tǒng)和FA36系統(tǒng)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(tǒng)、管制綜合系統(tǒng)和FA36B網(wǎng)對應光纖切換到與微波網(wǎng)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(tǒng)的異步單元A上的10M網(wǎng)線更換為至微波網(wǎng)口的冷備線路。同時，值班員通知塔臺小區(qū)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(qū)和塔臺小區(qū)之間微波設備所提供的總帶寬滿足方案規(guī)劃中各個系統(tǒng)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(wǎng)板卡提供的4個網(wǎng)口中每個端口對應的速率滿足相應運行系統(tǒng)的業(yè)務傳輸需求。

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