自動氣象站數據基于4G-LTE傳輸及應用

劉承徑 熊杰 陳志剛 冉夢軍 鄧正林

摘要：無線通訊技術在不斷發展，解決了很多通訊問題;隨著通訊系統的不斷升級，原有的 2G/3G 通訊設施已經無法滿足需求;進行 4G/5G 通訊的組網，提高對偏遠和無人地區的氣象資料的傳輸，4G/5G 通訊系統的的應用促進氣象觀測網格化多要素智能桿（涵蓋氣象、環保、實景）組網進程不斷加快，;保障資料的傳輸，提高了觀測的時效性。

關鍵詞 自動站;4G-LTE;數據傳輸;應用

1引言

觀測資料自動、及時地傳輸是氣象觀測自動化的基本要求。氣象觀測業務從平面化向立體化完善，觀測資料的傳輸密度及時效性要求不斷提高，原有的 2G/3G 通訊設施已經無法滿足需求，很多基于高帶寬的觀測業務隨著 4G 迎刃而解。4G/5G 環境下的觀測業務容量大、速度快、實時性視頻傳輸穩定。

24G-LTE 網絡架構

就 4G-LTE 網絡的架構來說，主要包含了兩部分，一部分是EPC 一部分是 E-UTRAN。EPC 是由PCRF、PGW、SGW 及 MME，E- UTRAN 等多個演進型 eNodeB，多個演進型 eNodeB 是通過 X2 接口必須連接的，在 4G-LTE 通信網絡中，一般來說，EPC 與 E-UTRAN 兩部分之間的連接溝通是由S1 接口來構成的。

與 3G 網絡相比，4G-LTE 核心網中無電路域 CS，使用 IMS 作為 VOLP 業務的載體。SGSN 功能的實現則是通過 SCW 與 MME 相互結合而達到的，GGSN 功能通過 PGW 得以實現。由 EPC 部分擔負著分組域的功能，核心網中的 EPC 能夠實現用戶面、控制面的即時分離，從而有效防止解決了SG 一些用戶面與MME 一些控制面之間存在干擾的問題;網絡，主要發揮分組作用，即分離功能也有助于 4G-LTE 網絡與 3G 網絡實現共同和融合。

34G-TE 技術在自動站網中的應用

3.1自動站網通信系統結構

在 LTE 應用層面上分 2 種;基于公網的 LTE（DTU）應用和 LTE 專網應用，前者技術要求和門檻低競爭激烈。后者 LTE 專網涉及物理傳輸層和系統應用層的融合，特別適合對安全性和穩定性要求較高的行業客戶，同時需要我們具備豐富的系統集成應用經驗和后端產品設計能力的支撐。氣象觀測使用專網與公網雙網絡通道，其主要功能是監控并傳輸氣象觀測數據，從而為氣象業務的智能化提供最基本的通信保障。為了使得檢測數據的傳輸具有高效性和精確性，并且達到智能化管理所需要的檢測深度和廣度，在通信網絡拓撲結構的設計過程中，采用了樹型結構與網型結構相結合的方式，從而達到節點增加也可在計算復雜度不增加的情況下將檢監測據遠程發送或接收。

監測傳輸系統主要有三部分構成，一是數據中心，二是通信網絡，三是觀測采集終端;其中數據采集終端又包括兩部分，一部分是便攜式/固定式移動終端，另一部分是在線監測終端。數據采集終端在采集完成以后，以 CT 信號或 PT 信號的形式將信息傳輸：移動收發點與通信系統兩端之間的連接接口為 RJ45、RS232。4G-LTE 網絡對于 TDD-LTE 格式與 TD-LTE 格式均能夠很好的支持，并采用 PTR 傳輸協議和 VPN 加密協議完成數據的傳輸。網絡中的服務器提供的服務類型包括數據庫、通信以及 WEB，其主要的數據格式采用 PQDF，并以 IEC6850 作為傳輸協議.

3.2自動站 4G-LTE 應用

通過 4GDTU 或者 4G 路由器進行配置數據無線傳輸，支持 4 個數據中心同時通信，主備數據中心互為備份通信，每個數據中心通信方式可單獨定義;TCP/IP、Server/Cllent、UDP/IP、DDP、SMS、AT 多種通信方式，可控制最大數據傳輸包長發送，定義心跳包格式及在線報告時間間隔。根據三網的通信協議進行選擇。

通訊速率方面，4GLTE 網絡采用了最新的載波聚合傳輸技術，從而實現了聚合離散信道后載波的統一分配，進而大幅提升了寬帶的通訊速率。另外，還可以結合氣象專網的業務需求，將寬帶的聚合程度展開及時調制，以這種方式讓寬帶頻譜資源得到更大效率的利用。經過對傳輸速率的實際測試通信工程頻率效率最高值為 2.7bps/Hz，下行最大值達到 8Mbps，上行最大值達到19Mbps，采用 64QAM 調制方式時，上行傳輸速率的平均值為為 2.57Mbps：采用 QsK 調制方式時，上行傳輸速率的平均值為為 1.07Mbps。

4小結

4G-LTE 技術應用于氣象站網中，能夠使傳輸節點多且分散、傳輸數據量不足等問題得到有效解決，從而讓光纖設備與無線設備在網絡監控和信息采集中的輔助作用得到最大程度的發揮，進而使氣象觀測智能化管理水平得到進一步提升。此外，采用 4G-LTE 移動信息專網，使得信息采集終端的接入方式得到了很大程度的優化，信息安全更高，信息傳輸量得到大幅提升，同時有效節約了傳輸時間，并且讓通訊網絡的運行成本大幅下降。

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作者簡介：熊杰（1992-）男，助理工程師 ，從事氣象通信工程及裝備管理工作劉承徑（1993-）男，助理工程師，從事氣象觀測探測設備建設及設備運維工作.