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一、衛星通信系統在我國地震行業的應用現狀

我國通信技術近年來發展迅猛，尤其在地面光纖通信和3G、4G等移動通信系統等方面，基礎設施建設不斷升級，網絡傳輸帶寬和時延都有了極大提高，網絡可靠性也已達到很高水平，因此，越來越多的客戶都會優先選用這些高效穩定的通信方式作為數據傳輸的通信系統。在我國地震行業中，也同樣廣泛采用地面專線和移動通信系統傳輸地震臺站的觀測數據。但同時，衛星通信系統在地震行業中仍然擔負著重要的作用，與地面專線和移動通信系統相比，衛星通信系統具有其獨特優勢，網絡覆蓋范圍廣，不依賴地面基站和地面專線接入點位置的限制等，能夠為地面網絡無法覆蓋的偏遠地區提供可靠便利的通信網絡。目前，我國地震系統建有多套衛星通信系統，分別服務于偏遠地區地震臺站、國家地震臺站地面線路備份、周邊援建地震臺站和應急通信保障系統等。其中，地震監測衛星站點有60多個，主要分布在新疆、西藏等較偏遠地區，衛星站運行狀態良好，帶寬和時延等技術指標均滿足地震速報要求。

二、援尼泊爾地震監測臺網衛星通信系統設計和應用

（一）尼泊爾地區通信方式的選擇2015年4月25日，尼泊爾地區發生特大地震后，中國政府快速反應，派遣救援隊伍，援助救援物資，同時，除物資援助外，也在不斷推進地震監測技術合作項目。2016年10月，我國政府啟動“援尼泊爾地震監測臺網”項目，預計2018年年底移交。根據兩國協議，由中國政府無償援建尼泊爾10個集甚寬頻帶測震、GNSS和強震動觀測為一體的地震觀測臺站并裝備2個數據中心。尼泊爾緊鄰我國西南邊境，地形復雜，多屬丘陵地帶，援建地震監測臺網的地震臺站多選址在偏遠地區等環境噪聲小的位置，基本沒有地面網絡和移動通信網絡覆蓋，因此，衛星通信系統是援建地震監測臺網的首選通信解決方案。結合我國地震系統目前在用的衛星通信系統，所租用通信衛星轉發器信號可完全覆蓋尼泊爾全境，滿足援尼泊爾地震監測臺網地震臺站衛星站的建設要求，因此，援建臺網選用衛星通信方式進行組網，與我國共用一套地震監測衛星通信系統，地震臺站觀測數據通過衛星專網實時回傳至北京中心和尼泊爾2個數據中心。

（二）衛星通信系統的設計和應用1.系統概述援尼泊爾地震監測臺網通信網絡依托現有iDirect測震衛星通信系統，共用北京中心站，通信頻段使用Ku頻率，載波采用TDM/TDMA技術體制，從底層設計支持IP（純IP）。主站下行（出向）的大廣播載波采用DVB-S2封裝技術，衛星遠端站上行載波使用確定性TDMA訪問方案（D-TDMADeterministic-TDMA），以帶寬高效利用的方式來快速響應小站的帶寬分配請求。援尼泊爾地震監測臺網中，每個地震臺站回傳GNSS基準測量和地震監測實時數據，數據速率不低于50kbps。每個衛星遠端站傳輸兩路數據，一路數據通過衛星鏈路傳輸到北京中心后進入地震行業數據服務器，供中國地震局使用，另一路數據通過中心站轉發至加德滿都及比蘭德拉2個數據中心。我方和尼泊爾兩個中心站均可實現對所有10個衛星遠端站的控制，中心站對每個遠端站控制信息的帶寬速率不低于5kbps。圖1援尼泊爾地震監測臺網衛星通信系統結構及數據流程圖2.系統設計根據業務需求和租用帶寬情況，對衛星通信系統的上下行載波進行了完善設計：主站下行載波：共享現有的主站出境載波，即符號率1Msps，DVB-S2廣播，ACMQPSK調制，3/5FEC，載波解調門限2dB。遠端小站上行載波：10個地震監測臺站動態共享1個TDMA載波，考慮充足的帶寬余量，上行載波傳輸速率800ksps，QPSK調制，3/4FEC，載波解調門限4.2dB。衛星通信系統租用的通信衛星轉發器為亞洲衛星4號Ku頻段資源（現已由亞洲9號替換），通過衛星鏈路計算，以確定衛星中心站和衛星遠端站的硬件配置和鏈路可用度等。中心站及衛星遠端站的射頻參數為：北京中心站：4.5米天線和16W功放（現有設備）；衛星遠端站：2.4米天線和4W功放。按照功帶平衡原則計算，系統鏈路可用度達99.6％。

（三）iDirect衛星通信系統的技術特點援尼泊爾地震監測臺網所使用的iDirect衛星通信系統是我國地震行業近年新建衛星通信系統，較原有系統在技術架構、調制解調技術、編解碼技術、硬件參數、設備功耗、網絡管理維護等方面都有了很大提升，能夠在提高網絡性能的同時，有效降低建設成本。iDirect衛星通信系統的一些新技術特點使得在尼泊爾地震監測臺網的應用中獲得了良好的性能提升和經濟效益：（1）單出向載波速率高達45Msps（156Mb/sIP速率），較原有系統有了很大提升，能夠支持大帶寬的應用需求；（2）支持回傳TDMA或SCPC體制，可根據觀測臺站的數據量大小自有選擇載波體制；（3）系統內置雙向TCP/IP協議加速，有效提高帶寬利用率；（4）系統帶寬按需分配（BOD）處理，動態調整衛星帶寬占用，某些地震臺站的觀測數據受觀測對象的變化影響，數據量不斷變化，如甚寬頻帶測震數據在記錄到地震波時數據量會成倍增加，動態的帶寬調整可以高效的使用有限的共享帶寬資源，節約帶寬成本；（5）圖形化的網絡管理系統，為用戶提供直觀、實時的各種網絡參數顯示，便于系統管理和故障判斷。同時，網管系統采用Windows界面模式進行操作；（6）單一主站支持多星、多網絡，主站設備為模塊化設計，方便系統擴容。在尼泊爾的應用就是從現有網絡系統中進行擴容，不影響現有的業務數據傳輸。（7）遠端站集成度較高，整體功耗小。遠端站路由器在小體積的機箱內集成了衛星調制/解調器、IP路由器、TCP加速器和QoS/優先級保證等功能。支持100～240交流供電和24V直流供電。較以往衛星Modem等產品，設備功耗有了很大程度的降低，在使用4W功放和LNB工作時，功耗小于60W，可以有效降低一些偏遠地區臺站太陽能供電的功率要求，減少建設成本。

三、衛星通信系統在援外地震監測中的發展前景

在我國十多年的國際地震監測臺網援建項目中，衛星通信技術都發揮了重要作用，例如援建印度尼西亞和援建巴基斯坦的地震監測臺網援建項目中，以及老撾、緬甸等國家的地震監測臺站建設中，均使用了衛星通信系統作為地震臺站的數據傳輸網絡系統，系統帶寬、傳輸時延，鏈路可用度等指標完全能夠滿足地震觀測數據實時傳輸的要求，并且更加適合類似國家和地區的基礎通信條件，不受當地地面網絡和移動通信網絡信號覆蓋的制約。近幾年，隨著地面網絡和移動通信網絡的迅速發展，我國很多地震觀測臺站已取消了原有的衛星通信系統或作為備份線路使用。但在很多偏遠地區以及周邊國家的地震臺站合作建設中，衛星通信仍然是不可替代的通信網絡資源。隨著“一帶一路”的發展建設，中國地震局與周邊國家在地震監測方面的技術合作日益增多，在后續的援外地震觀測臺網的建設中，參考尼泊爾衛星通信系統的應用模式未嘗不是一個好的選擇。

作者：李璐彬 單位：中國地震臺網中心