微波通信在河南空管系统中的应用与实现

靳昊锟

摘 要：本文主要以新郑国际机场三期工程建设过程中存在的河南空管分局自建的地下传输线路被挖断的情况为背景，对民航空管业务使用微波进行传输的可行性进行分析。

关键词：微波通信;空中交通;空管系统

中图分类号：TN925文献标识码：A文章编号：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

随着新郑国际机场三期工程的开工，各种工程机械开始投入使用，大范围的施工将极大地威胁空管传输线路的安全。新郑国际机场北货运区工程是新郑机场三期工程的重要组成部分，紧邻空管小区，且位于空管小区与塔台小区之间，对空管自建的地下环形光纤存在较大潜在风险，如施工导致线缆被挖断，进而影响业务。当地下光纤被挖断时，将对空管小区业务运行造成严重影响，无法使用本场的雷达信号，使空管小区与塔台之间的联系中断，从而引发大规模流量控制（以下简称“流控”），导致航班延误。为减小该风险对空管运行造成的不良影响，保障空管重要系统的正常运行，选择搭建空管小区至塔台小区之间微波传输链路，在自建光纤网全部中断时，实现对现有光环网的补环作用[1]。使空管重要业务能正常运行，至少要能保障对空监视指挥和地空通信的畅通，防止大规模流控事件发生，尽量保障航班的正常起降。

在民航空中交通管制服务中，空管部门对空指挥需要多种系统提供支持，系统需要收集多种信息并进行处理，同时要加强与塔台之间的信息交互。对于河南空管部门而言，通过部署在全省范围内的多部一、二次雷达和ADS-B（Automatic Dependent Surveillance - Broadcast，广播式自动相关监视）设备进行空中监视覆盖，同时引进周围安徽省、湖北省、陕西省、山西省、河北省等多部外省雷达信号进行补盲覆盖。对空指挥使用甚高频，主要采用省内多地设置甚高频台点来实现地空通信覆盖，特点是台站较多，分布较广。同时，还与广东等外省进行数据交换，这需要多种物理途径来保障通信畅通。目前，采用租借运营商链路以及外加卫星通信等方式来实现远距离传输，采用自建光纤链路的方式实现近距离传输。

1 微波通信的特点

微波通信使用的是频率为300～3×105 MHz，波长为1～1 000 mm的电磁波，属于超高频电磁波，具有穿透、反射、吸收等特性[2]。对于玻璃陶瓷制品，微波可以直接穿透且损耗少;對于水和食物，微波则被大部分吸收，导致物体本身被加热，如微波炉就是利用了这个特性;金属类制品则会反射微波信号。微波频率较高，可用的频带较宽，可传信息较大，适合进行通信传输。微波通信具有良好的抗灾性能，遇到水灾、风灾以及地震等自然灾害，微波通信一般都不受影响[3]。

微波通信具有直线传输的特性，工作频宽较高，通常微波通信的方式作为有线通信的备份[4-5]。但是微波在传输过程中损耗较大，导致传输距离短，属于视距通信范畴。在实际使用过程中，天气对微波传输质量的影响较大，例如，雾霾、寒潮、雨雪等天气对微波传输的时延和丢包都有不同程度的影响。

2 河南空管（塔、区）业务分析

河南空中交通管理分局的主要运行系统和设备有华泰英翔SkyNet-X空管自动化系统（主用）、民航二所AirNet空管自动化系统（备用）、管制综合系统、转报系统、民航通信网、FA36B网系统、FA16系统、OSN光环网系统、莱斯ADS-B数据站系统、SCHMID内话系统、沈阳内话系统、VHF应急系统、宏天记录仪系统等。

在所有空管运行系统中，保障空中交通管制最重要的运行系统主要负责对空监视指挥和地空通信，例如，自动化系统、管制综合系统、转报系统等。对于重要的运行系统，需要采取多种措施保障系统的运行安全和数据传输。针对自动化系统、管制综合系统、转报系统和FA36B网系统，在空管小区和塔台小区都有分支，并且两个小区之间的信息交流也比较重要，目前两个小区之间主要的传输途径是地下的光环网，空侧还没有相应的途径可以传输业务情况，所以采用微波链路的方法增加空侧链路，多重保障两个小区之间的业务传输。

3 微波传输可行性分析

3.1 概述

目前，河南空管拥有的微波设备的型号为华为OptiX RTN 310，总带宽为155 Mbit/s，使用EM4T板卡进行以太网业务透传，共4个端口;另外，提供16条2M干线，可用于干线业务传输。报告中测试分为五部分：微波网口最大传输速率及延时测试;空管业务流量统计分析;视频通信测试;办公自动化（Office Automation，OA）视频会议测试;可行性分析结论测试。

3.2 微波网口最大传输速率及延时测试

测试软件为LAN Speed Test 3.4.0;测试时间为2021年1月18日10：30—11：00;当天天气状况良好。

测试方法：将该软件的客户端和服务器端安装在两台测试电脑中，一台电脑位于空管小区微波侧，另一台位于塔台小区微波侧。分别对微波链路提供的4个网口进行对测，得出本次测试结果。

测试结果：每个网口有30组测试结果，10组最大值，10组平均值，10组最小值。

对最大传输速率（Maximum）进行分析可知：网口1、2的最大速率小于100 Mbit/s（端口设置传输速率100 Mbit/s），网口3、4的最大速率小于140 Mbit/s（端口设置传输速率150 Mbit/s）。每个端口的最小传输速率（Minimum）均大于80 Mbit/s。时延范围为2～15 ms。

3.3 空管业务流量统计分析

根据空管小区与塔台小区各个系统之间需要进行数据传输的需求，对微波传输中需要提供的对空管至塔台的业务端口速率进行查询统计。主要涉及FA36B网、华泰英翔SkyNet-X空管自动化系统、民航二所AirNet自动化系统、管制综合系统和转报系统。

3.3.1 本地FA36B网业务。本地FA36B网最重要的任务是承载河南省本地的雷达业务，空管和塔台的FA36B网节点是河南业务的两个重要节点。图1是空管和塔台之间4条光纤的业务速率监控，使用微波替换的业务链路为塔台SR6608节点的G2/0/1至空管交换机S3600，本次统计结果是4条链路的总和。

根据图中接口实时性监视曲线可以估算出塔台SR6608 G2/0/1至空管交换机的端口收速率不大于100 kbit/s，发速率小于1 000 kbit/s。汇总后，空管至塔台所有端口速率之和的收速率小于1 300 kbit/s，发速率小于2 000 kbit/s。

3.3.2 华泰英翔SkyNet-X空管自动化业务。根据对以往每日航班量的统计分析可以看出，不同时间段的航班量差别很大，同样业务的信息流也存在较大差异。针对华泰自动化业务有繁忙时段的区别，本次共统计三个时间段的业务速率，分别为上午10：00，下午14：00和晚上19：00。A/BIT/S三网交换机的G1/5口和G1/6口是去塔台分区的端口。根据SecureCRT软件对交换机的查询结果，挑选出业务流量最大的结果为：华泰A网ZZERLANA1SW交换机G1/6端口的收速率为397.46 kbit/s，发速率为1 197.27 kbit/s。华泰空管自动化系统三张业务网的交换机中空管小区至塔台小区的所有端口速率为收速率2.91 Mbit/s，发速率7.61 Mbit/s。

3.3.3 二所AirNet空管自动化业务。民航二所自动化A/B/C三网交换机的G1/1口是空管分区至塔台分区的端口，统计时间为中午13：00，当时二所自动化为备用模式。查询结果中A网交换机G1/1端口的收速率为300.78 kbit/s，发速率为10 611.33 kbit/s。二所自动化交换机空管至塔台三网所有端口速率收速率为5.81 Mbit/s，发速率为31.82 Mbit/s。

3.3.4 管制综合系统业务。管制综合系统二期核心交换机有3台，分别通过各自的光纤G1/G2与塔台交换机和飞服交换机相连，本次统计两个业务的流量。统计速率为G1/G2口之和。二期核心交换机的G1口收速率为28.32 kbit/s，发速率为180.66 kbit/s。空管至塔台三网所有端口速率中收速率为151.37 kbit/s，发速率为1.12 Mbit/s。

3.3.5 转报业务。规划使用微波链路替代空管至塔台的转报系统异步单元A-10M端口，根据日常工作经验可知，平时转报业务数据量不大，收发速率可记为小于100 kbit/s。

汇总如下：按照规划需要，使用微波链路传输的所有业务端口速率之和为14 115.82 kbit/s=13.78 Mbit/s。空管至塔台主要业务所有速率之和为52.83 Mbit/s。

3.4 视频通信测试

测试工具：PoloMeeting多媒体视频会议系统，时间为2021年1月21日，天气状况为中度雾霾。测试结果：视频流畅，无卡顿。

3.5 OA视频会议测试

对日常工作中使用的OA视频会议软件进行微波链路测试，时间为2021年1月22日，天气状况为重度雾霾。

使用微波的1端口测试空管小区和塔台之间的视频會议使用情况，使用空管的U2000网管软件对微波的实时性能进行监控，监控微波EM4T板卡PORT1端口的数据流量。在进行视频会议时，网络速率大概为4 Mbit/s。测试结果视频会议质量较好，视频通话流畅无卡顿，信号满格。

3.6 可行性分析结论

通过对3.2与3.3章节部分结果进行比较可以看出，空管小区至塔台小区主要业务正常运行时的业务速率小于微波传输可提供的最小速率，所以使用微波传输运行业务的方案可行。从3.4和3.5章节的测试结果可以看出，对于传输视频类的业务，微波传输的时延和带宽是可以正常承载的。

4 实施方案

空管小区与塔台小区之间的微波链路采用热备和冷备的方式。具体是保持微波空侧传输的实时可用性，与自建的地下光纤干线同时运行;对于上述重要的空管业务，则是一部分业务完全依靠地下光纤传输数据，另一部分业务采用微波链路和地下光纤共同传输数据的方案。

如图2所示，当出现空管小区至塔台小区的地下光纤干线都被挖断的紧急状况时，空管小区值班员需要立即上报值班领导并报告相关情况，建议实施微波链路替换方案，将空管小区主用自动化系统、管制综合系统、转报系统和FA36系统至塔台线路立即切换至微波链路上。

具体实施方法为：将光纤机柜中当时主用的自动化系统、管制综合系统和FA36B网对应光纤切换到与微波网口相连接的光转电模块光口转接头上;将当前主用转报系统的异步单元A上的10M网线更换为至微波网口的冷备线路。同时，值班员通知塔台小区通信枢纽室配合更改相应线路到微波链路上。

5 结论

空管小区和塔台小区之间微波设备所提供的总带宽满足方案规划中各个系统之间的带宽总需求，在不同天气状况下，微波信号良好，传输速率和时延情况满足正常运行要求，且微波设备EM4T以太网板卡提供的4个网口中每个端口对应的速率满足相应运行系统的业务传输需求。

参考文献：

[1]谢威.浅论数字微波传输技术在空管光环网中的补环作用[J].数字通信世界，2015（6）：42-45.

[2]高泽英，焦楠.民航空管通信系统中微波通信的应用研究[J]通信世界，2017（10）：106.

[3]张璇.微波通信在民航空管通信系统中的应用[J].中国新通信，2016（8）：103-104.

[4]谭久宏.民航空管台站微波传输设计相关技术问题的探讨[J].电子测试，2013（9）33-34.

[5]金延，李亭，张庆彦，等.微波光纤混合传输介质组成的SDH环网[J].电力系统通信，2000（6）：57-60.