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关键词:卫星通信技术;消防指挥
引言
一般而言,与消防相关的紧急事件都具有突发特点,体现在时间和地点的不可知性以及现场环境的不确定性。在救援活动中,指挥协调各参战力量,以达到协同配合、高效处置的关键在于消防通信指挥系统和手段的有效运用和高效运行。截至目前为止,消防部门各级、各战斗单元之间的联系主要依靠无线电台、公网电台、移动电话及公网音视频设备来完成,这些手段存在易受环境信号影响、受距离影响等不利因素,通信时有不流畅和对公网通信设施的高度依赖带来了严重的弊病,影响了救援现场尤其是复杂环境条件下消防作战行动的高效运作,因此,必须大力发展消防通信指挥系统,而现代卫星通信技术的发展给指挥系统的完善带来了可喜的发展机遇。
1消防应急通信指挥系统的发展现状和建设目标
如前所述,高效的消防通信指挥系统不仅是消防部门完成火灾扑救和抢险救援任务的重要保障,更是完成救援任务的根本要求。进入21世纪以来,尤其是近些年,我国自然灾害频发,安全事故也不断增加,如四川汶川地震、南方雨雪冰冻、甘肃舟曲泥石流及大连油港火灾、青岛地下输油管线爆炸、天津港“8.12”爆炸等灾害事故,这就对消防部门火灾扑救和应急救援工作提出了更加严峻的考验。消防现场通信指挥系统是处置各种灾害事故确保指挥决策高效的关键。消防通信指挥系统的目标是建立以无线、有线、视频图像传输、基础信息网络、卫星通信和移动通信指挥车为依托的快速应急通信保障系统,遭遇到突发的灾害事故时能够快速开通,及时建立起现场指挥与战斗单元、前方与后方、消防与各联动部门之间的信息交流,实现各项任务的部署、调整和推进,进而为快速完成应急救援处置任务,最大限度挽救人员生命与财产提供及时、高效、畅通的通信保障。由此可见,在灭火和应急救援行动中通信指挥系统可以看作为消防部门指挥的网络系统,对灾害事故的处置起到十分重要的作用。近些年来,我国有关消防信息化与通信建设方面虽然取得了长足的进步,但是与发达国家仍有距离,甚至与近邻日本相比仍不能望其项背。在一些突发事故的处置过程中我国消防通信指挥仍存在指挥不灵、组成单一、协同性差等问题。因此,在一些突发的自然灾害的应对行动中,必须依照现行《消防通信指挥系统设计规范》,建设完善的消防通信指挥系统,进一步借鉴国内外的先进经验,实现消防通信指挥系统的安全、可靠、准确、快速。为不断提高消防通信指挥的快速反应与科学决策能力,在系统建设过程中,要综合运用现代网络技术架构综合指挥系统,整合运用各种现代化通信技术手段,制定有针对性通信指挥和通信保障方案,同时要明确各级各岗位分工,并通过实战演练增强消防部队之间的密切程度,提高队伍信息化条件下的通信保通能力和指挥应对水平。
2卫星通信技术的特点及优势
在现代多样的通信技术手段中,卫星通信技术是依赖于人造地球卫星来实现的通信技术手段,它通常通过太空通信卫星来实现。通信卫星的种类页比较多,可大致分为以下几种:按使用领域不同,可简单分为民用通信卫星、国有通信卫星、商业通信卫星、工业通信卫星、军事通信卫星等;按使用对象的不同,通信卫星可简单分为小地区通信卫星、国家与地区通信卫星和全球通信卫星等;卫星通过发射无线信号实现地面站点之间或地面站点与太空卫星之间的通信。卫星通信主要有以下突出优点:(1)覆盖范围大。根据天文学知识,一颗静止通信卫星信号可覆盖地球表面的百分之三十,可供相距17000km的不同站点直接通信。所以理论上讲,在地球赤道上空的太空中布置三颗通信卫星便基本能够实现全球所有地区的网络卫星通信。(2)通信距离远。由于通信卫星的覆盖范围巨大,其可供通信的距离较其他通信设备更远,且通信质量更佳。(3)良好的机动性。通信卫星是不同地面站点之间的远距离通信载体。卫星能根据实际需要建立与各个方向的通信联系,已经成为现代无线远距离通信中的重要手段,在消防指挥中亦发挥着举足轻重的作用。当前,通信卫星技术不断发展进步,卫星通信技术的应用对于消防通信指挥意义重大。(4)大容量的通信。通常情况下,卫星通信设备较通常的移动设备而言大大扩充了电路容量,满足了传递大容量的高清图片及其他数据的可能,其通信容量较其他设备更大。(5)高质量的传输。通信卫星以其特有的优势使消防指挥不再受制于自然的地形条件、有限的公网设施及各种复杂的人为因素。因此,高质量的传输质量成为卫星通信的一大优势。
3浅谈卫星通信技术在消防通信系统中的应用
为提高消防部门在抢险救灾行动中的科学指挥调度水平,复杂形势任务条件下需要充分利用现代先进的卫星通信技术,通过卫星通信技术建立太空卫星与各地面站点之间的联系,摆脱对城市公网通信设施的高度依赖,提高指挥调度灵活度,应对大型地质灾害及远离城市救援区域应急救援行动,为消防部门作战行动的指挥决策提供可靠保障。此外,卫星通信指挥系统的计算机化、系统化、网络化也为科学决策提供了技术支持。根据现有的数据分析,一般在大型的火灾救援中,火灾现场情况复杂,地面通信指挥设施容易受到瞬息万变的现场情况的影响,直接影响到现场消防通信指挥。在执行消防救援任务尤其是抗震救灾、野外救援等任务时,往往会遇到公网手段失效、常规无线手段有限等尴尬局面。卫星通信技术作为一种新型通信技术,以其特有的优势完美地解决上述问题。我们可以大胆地推测,随着灾害现场通信闭塞问题的有效解决,消防通信指挥的效率也必将得到明显提高。消防卫星通信系统主要包括移动部分和固定部分两大组成部分。移动部分主要是指地面通信指挥车、卫星通信便携站、卫星电话终端等;固定部分主要包括卫星地面固定站及视频监控系统、视频会议系统等消防指挥指挥系统。在灾害事故救援行动中,以卫星通信指挥车为主体的卫星通信指挥系统主要负责保障现场通信指挥和进行现场图像采集,并通过太空通信卫星把包括语音、图像在内的各种数据传递给卫星地面站点,地面站点加工处理后再把数据传递给视频会议系统,实现超远距离的无线通信联络。同时后方的消防指挥中心也可以根据消防实地的其他数据进行远程决策、制定较为完善的调度方案,通过卫星链路、音视频系统搭建的视频会议进行会商、决策、指挥和调度。为满足当前消防救援作战需要,卫星通信指挥系统应向集成化、便携化和多功能迈进,不断适应复杂多样救援现场,满足消防部队快速反应、灵活机动的作战需求。卫星通信指挥系统运用卫星通信技术连接前后方,连接指挥机关和作战单元,及时获取现场信息和应对现场情况,提高了指挥决策的及时性和准确性,增强了复杂条件下通信指挥应对手段,为救援现场和后方指挥之间的联系提供了可靠的通信保障。
4结语
综上所述,消防指挥部门为了保障配备的通信系统高效运作,积极应对日益复杂的消防作战指挥需要,就必须建立完善的消防应急通信指挥网络,加强对包括卫星通信系统在内的新技术的应用,加强高精尖设备的维护、信息化人才的培养,确保在大型事故救援中充分发挥消防部队战斗力,有效维护人民群众的生命财产安全。
参考文献:
[1]刘超慧,吴庆涛.基于卫星通信和3G技术的消防通信指挥系统[J].新乡学院学报,2011
[2]李全国.基于卫星通信技术开发消防通信指挥系统[J].中国科技信息,2008
【关键词】卫星通信;便携;通信体制
在“5.12汶川地震”过后的多次突发公共事件的处置中发现,公共通信网络在突发公共事件发生时通常会出现瘫痪、堵塞的情况,卫星通信作为应急通信的保底通信手段是不可或缺的,如果需要在环境恶劣或特殊地形的条件下第一时间到达现场,并且携带较多的抢险器材,这时体积小、重量轻、便于携带便成为了卫星通信设备考虑的重要因素。现有卫星通信系统具有不同体制,对应的使用环境也有所不同,用户需要根据不同环境和不同应用的要求选择相应的便携式卫星通信系统。
一、现有卫星通信系统的分类及优缺点
卫星现有通信制式有FDMA、TDMA、CDMA。
1.FDMA:频分多址,采用调频的多址技术。不同用户使用不同频带实现信号分割,即在同一时间内不同用户使用不同频带。
优点:一个终端对应一段频段,别的终端不能使用该频段,因为是独享,所以可以支持稳定速度较快的通信,上传、下载速度接近,应用时间较长,设备经过实战考验。
缺点:因是独享,所以在同一载波内不支持多址通信,且主站设备多,配置复杂,通常使用在传输视频上。
2.TDMA:时分多址,采用时分的多址技术。业务信道在不同的时间分配给不同的用户,即在同一频带内不同用户使用不同时隙。
优点:所有终端可以使用同一频段进行通信,在同一载波内支持多址通信,网络规模可以很大且分布起来比较简单,能接收大速率的数据,下载速度通常大于上传速度,下载速率通常大于FDMA,上传速度通常小于FDMA。应用时间较长,设备经过实战考验。
缺点:主站设备比FDMA更加复杂,因带宽不是独享,通信延时长于FDMA。
该通信制式通常在需要较大下载数据的情况下使用,通常使用于综合业务系统,上网、传输数据等。
3.CDMA:码分多址,采用码分的多址技术。业务信道在同时分配给不同的用户,通过不同的码制区别不同的用户。
缺点:在较少终端的情况下传输效率通常低于上述两种制式,上传带宽较小远小于FDMA和TDMA,只能进行低速率的通信。设备较少,没有经过实战考验。
优点:设备架设的复杂度低于上述两种体制。
载波频谱密度低,降低对邻星的干扰,特别适用于0.5m口径以下的VSAT系统;具有软容量特性,即在少量降低在用信道载噪比的代价下,可以在额定系统容量基础上临时增加少许信道,以满足系统突发负载增加。
抗干扰能力强:因将有用的信号扩展到很宽的频带上,干扰信号进入与有用信号同频带内的干扰功率大大降低,从而增加了输出信号/干扰比,因此具有很强的抗干扰能力。
可进行多址通信:采用正交性等方式区别不同终端,使各网在同一时刻共用同一频段,因此在同一频段内可支持多个终端传输。
频带可复用:采用正交性等方式区别不同终端,因此两个不同网络传输的频带可重叠复用。
二、不同卫星通信体制对应的便携系统解析
1.FDMA
设备特点:
系统采用 Ku频段,单跳直连,动态组网,满足低速、中速、高速业务需求。
具有双向通信能力,能实现语音、数据、图像的传输。
具备高速数据传输和视音频传输,每路数据传输速率不小于64kbps,每路话音传输速率不小于8kbps,每路图像传输速率为768kbps至2Mbps;每路综合业务数据至少包含4路话音、1路图像和2路数据。
采用基于IP协议的通信标准和FDMA/DAMA卫星通信技术体制,并能通过卫星链路全网互联互通。
支持任何符合TCP/IP协议的数据,支持QOS协议及TCP协议加速。
系统支持BPSK、QPSK、8PSK等多种调制方式和TPC 1/2、3/4、7/8编码方式。
卫星通信设备通过IP接口与电视会议设备、计算机网络设备、通信设备、视音频编解码设备等连结。
中频接口采用L波段。
系统应具备自动上行功率控制能力(AUPC)。
综合业务数据可通过IP加密方式传输并采用统一型号的加密设备。
设备性能:
自动对星便携站应具备一键自动对星功能,架设开通时间为3-5分钟。
天线应具有高增益、高效率、低旁瓣、小电压驻波比等良好电气特性,旁瓣特性和交叉极化隔离度指标满足卫星公司入网要求。
具备重量轻,抗震能力强,集成度高,工作适应温度范围广等特性。
能为BUC及LNB提供10MHz外参考,能通过馈线给BUC供电。
功耗小、工作温度范围广、重量轻。
便携式卫星站配置1台调制解调器和1台DVB接收机。
2.TDMA
设备特点:
两个背包就是一个完整的基于卫星通信的多业务终端,特别利于越野行动。可以选择人力发电机,这样三人小组可以完成恶劣条件下的应急通信保障。在全国城乡大多数地点,与多个固定地点和机动地点联网通信。在全国城乡大多数地点,与多个固定地点和机动地点进行视讯会议或视讯对话。可以全部放进普通小汽车的后备箱内。可以通过民航普通行李安检。
设备性能:
使用“静中通”天线手动寻星的卫星交互式宽带多媒体通信系统。主要用于卫星应急通信,在到达现场后按要求展开天线,手动寻星,然后建立卫星通信链路。卫星通信链路支持基于IP的数据通信,支持VPN,支持VLAN。系统自身对外具备一个标准的以太网络接口,可以运行地面计算机网络上的所有应用。
可以完成网络访问、网络电话、视讯会议等应用的一个终端的全部基本功能。此时,系统具备了网络拓展的接口,以便接入更多的计算机或网络设备,特别是可选IP保密机的接入;拥有基于PSTN传真机的接入能力,以便收发传真;配有无线图像传输系统,可解决最后一公里的图像传输问题;具有音视频的AV接入和输出,以便接入外接的图像和伴音,或者完成图像和声音的输出。
3.CDMA
设备特点:
主要用于拨打卫星电话,进行小速率的数据传输
可设置热线电话按键,实现一键呼叫;
携带体积不超过50cm×40cm×30cm,总重不超过8kg,包括背包、整体外壳、天线、功放、LNB、调制解调器、内置北斗模块、一块电池、电源适配器、无绳电话、支架;
选用0.3米*0.3米的平板天线,配备无绳电话,方便在单兵设备附近移动使用;
具有无线AP接入点功能,可实现数据(包括图片、文本、短信等)传输,支持802.11a/b无线网络协议,支持UDP网络协议,可通过AP访问该单兵通信系统;
符合卫星运营商的入网要求;
手动对星方式,需配备对星辅助工具,具有卫星信号强度指示灯、指南针等,对星时间为5-10分钟;
支持锂电池供电和使用电源适配器采用交流电供电。电池采用外挂式,可选配不同容量,保证持续工作时间不低于2小时,待机时间不低于8小时;
具有直观的电池电量指示灯、工作状态指示灯;
外部接口应选用航空插座,防水防尘,适应野战环境;
内置北斗定位模块,可在单兵设备数据模式下上传地理位置信息;
设备性能:
提供卫星网内便携站与主站、便携站与便携站以及便携站与公用电话网间的话音通信;
提供卫星网内便携站与主站、便携站与便携站以及便携站与公用电话网间的数据通信;
提供卫星网内便携站与主站、便携站与便携站间的短报文通信;
系统具有基本网管功能,提供系统的信道分配和基本配置管理。
扩频带宽:2、4、8MHz可变。
信息速率:话音,2.4kbps声码话;
数据,2.4kbps。
通信体制: CDMA/PSK/DAMA。
工作频段:Ku频段。
差错控制:LDPC码。
话音接口:二线话音、wifi无线接口话音;
数据接口:网口、wifi。
三、不同卫星便携系统的优缺点和使用场景总结
现总结如下:
(一)频分多址(FDMA)不扩频多址通信系统
1.特性
采用调频的多址技术。不同用户使用不同频带实现信号分割,即在同一时间内不同用户使用不同频带。
2.优点和应用环境
频带独享,延时较短,传输的时延抖动较少,通常应用与视音频传输
3.缺点
ODU要求较高,用户增加时,扩展系统能力比较麻烦
(二)时分多址(TDMA)不扩频多址通信系统
1.特性
采用时分的多址技术。一段频带在不同的时间分配给不同的用户,即在同一频带内不同用户使用不同时隙。
2.优点和应用环境
ODU要求较低,扩展系统能力较简单,该通信制式通常在需要较大下载数据的情况下使用,通常应用于综合业务系统,上网、传输数据等
3.缺点
延时长,传输的时延抖动较多,不适合对于延时敏感的传输业务
(三)码分多址(CDMA)扩频多址方式通信系统
1.特性
采用码分的多址技术。在一段频带上,将信息数据,用一个带宽远大于信号带宽的伪随机码进行调制,使原数据信号的带宽被扩展,再经载波调制并发送出去,接收端使用完全相同的伪随机码,与接收的带宽信号作相关处理,把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩,以实现信息通信,不同的用户使用不同的伪随机码进行区分。
2.优点和应用环境
ODU要求最低,能够降低载波频谱密度,降低对邻星的干扰,抗干扰能力和保密能力强于不扩频通信系统,通常应用于语音、小数据传输等
3.缺点
传输效率通常低于不扩频通信系统,占用频带资源多
无线局域网(WIFI)是目前应用最为普及的一种短程无线传输技术。随着地面移动互联网和物联网技术的迅速发展,WIFI凭借自身的优势逐渐得到了广泛的认知与认可,甚至演变成为一种热潮,无论是企业商务还是家庭生活娱乐都体现出了对WIFI与日俱增的需求。也正因为如此,WIFI技术显示出了极大的应用价值和良好的市场前景。当前,全球支持WIFI的终端设备越来越多,但是能访问互联网的人口不足60%。尽管智能手机和平板电脑等终端设备的价格不断下降,但是获取互联网服务仍有许多限制,必须在地面不断增加新的WIFI热点,以扩大WIFI网络的覆盖区域和接入能力。考虑到地面WIFI无线网络覆盖区域小、布局受限、安全性低以及成本高等问题,近年来有人提出将卫星通信与WIFI技术结合应用,充分发挥两种技术的优势,利用通信卫星实现WIFI信号的广域覆盖,使WIFI更广域、更灵活地服务于更多用户。根据WIFI技术在卫星通信系统中的使用位置,可以将卫星WIFI系统分为两大类:第一类是WIFI卫星,即利用空间段卫星直接播发WIFI信号,终端或用户可以直接接入卫星,享受WIFI服务;第二类是卫星WIFI,即以卫星为远距离中继传输的手段或通道,通过在地面段卫星终端接收数据、WIFI基站发射的方式,进行热点覆盖提供WIFI服务。对于第一类技术体制,美国在2014年初提出的“外联网”(Outernet)计划是典型的代表,该计划使用WIFI频段,拟在2015年发射数百颗立方体卫星,这些卫星面向地球持续辐射WIFI信号覆盖世界各地,从而免费为全球所有支持WIFI的终端提供无线互联网服务。2015年1月14日,一网公司(OneWeb)宣布计划投资15亿~20亿美元,在距离地球约1200km高的轨道上建设一个由648颗小卫星组成的星座,向地球发送互联网信号,预计2018年投入运行,该星座可提供更快速、范围更广的互联网接入服务。美国太空探索技术公司(SpaceX)也宣布,将耗时5年时间投资至少100亿美元建设一个由4000颗卫星组成的全球卫星星座,提供互联网接入服务。这种技术概念初看非常具有吸引力,但是仔细分析后发现其存在诸多技术难点。首先,WIFI标准设计初衷是适用短距离、相对静止状态下的室内高速无线通信。如果在低轨卫星和普通手机终端之间直接进行星地通信,受限于手机终端的接收灵敏度和立方体卫星的体积功耗,远远无法满足WIFI标准所支持的最低通信速率要求。另外,星地距离带来的长时延,低轨卫星高速运动带来的多普勒频偏和频繁切换,都是现有WIFI技术所无法支持的。因此,在不改变现有WIFI协议的条件下,该类体制技术不具备可行性。卫星与WIFI结合目前只能采用第二类技术体制,即卫星WIFI宽带通信系统。通过一套卫星通信终端和WIFI基站,形成服务区内的WIFI信号覆盖,支持覆盖区域内所有的手机、笔记本、台式机等具有标准WIFI接口终端的宽带接入,可实现网络电话、宽带上网、视频、数据传输等综合业务服务。
2国内外应用现状
在国外,卫星WIFI应用主要体现在高铁和民航飞机领域。欧洲于2007年率先在“欧洲之星”高速铁路上采用了卫星宽带接入互联网;日本的新干线于2009年通过卫星实现互联网无线接入;美国高速铁路起步较晚,但从2008年起美国列车的互联网接入均采用了卫星技术。卫星WIFI应用于民用航空领域主要有Gogo公司和卫讯公司(VIASAT)。Gogo公司是目前全球航空宽带连接市场最大的服务提供商,目前,该公司已经为全球超过2000架商用飞机和超过6000架公务飞机提供空中上网服务。Gogo公司合作伙伴包括12家大型航空公司,例如墨西哥航空、美国航空、加拿大航空、阿拉斯加航空、日本航空、联合航空、越南航空、维珍银河等航空公司。Gogo公司可提供2种服务模式:一站式解决方案和特定航线服务。其所采用的技术手段包括卫星、地面基站以及混合式方案。卫讯公司主要利用自己的Ka频段大容量宽带通信卫星给航空、海事等用户提供宽带连接服务,旗舰服务名为Yonder。卫讯公司的产品与服务支持全球各类飞机。在商用飞机方面,包括加拿大飞机与列车制造商庞巴迪公司生产的Global5000/XRS/6000等、波音公司的商用喷气式飞机;在政府飞机方面,包括C-130、KingAir300以及部分军用直升机。VMT-1500是其为商用喷气式飞机提供的典型终端,整套终端质量15.9kg,反射器天线口径30cm,已安装在500多架飞机上。对于国内市场,卫星WIFI应用仅仅在民航客机上做过链路试验。2014年7月23日,东航通过通信卫星实现了32Mbit/s的网络接入速率试验,能够满足机上200名乘客上网需求,实现网页浏览、话音聊天和空中购物,或满足40~50名乘客实现视频连线、在线视频播放。中国首个空中互联网产业联盟在2014年第十届珠海航展上成立,包括中国银联、新浪、京东、优酷土豆等企业,这意味着即使你在空中飞行,也可以随时购物、下单和支付。船舶宽带接入目前正在应用推广,而高铁宽带接入应用市场为空白。随着国家宽带战略的实施,我国卫星WIFI应用将迎来巨大的发展机遇。
3国内市场需求分析
高铁应用领域2013年,全国铁路累计发送旅客20.75亿人次,其中动车组运送旅客8亿人次,动车组的年旅客输送量以40%的速度增长,未来将超过铁路旅客发送量的50%。据调查,高铁人群以高话语权、高素质、高收入的“三高”人群为主,在高铁人群里,企事业单位和公司中高层管理人员所占比重高达33.5%,他们大都拥有良好的职业,在企业中有较高的话语权。高铁乘客出行目的调查结果显示,60%以上的乘客以公务/商务出差为目的,再加上乘客大多数是政府及企事业单位的中高层管理者,导致乘客经常需要在移动中处理公务,引发出上网等宽带通信需求。到2017年,中国的智能手机保有量将增长到7.01亿部,平板电脑的数量将突破4.2亿台,将极大地促进无线WIFI的应用需求。以中青年社会精英阶层为主体的高铁乘客,也是引领时尚的消费者,“处处寻WIFI”、“无处不WIFI”,对高铁移动WIFI有极强的需求。据调查,目前高铁列车上有近50%的旅客在旅程中使用智能手机和平板电脑进行各种活动以消磨时间,近75%的旅客有WIFI上网的消费需求。高铁商旅人群平均每月手机话费约300元,其中每月手机话费400元以上者占25%,这部分人群是通信服务的VIP客户,其通信消费能力强,消费积极,因此在高铁上提供高品质的网络接入和多媒体娱乐服务将会有很好的市场效果。据2014年度“中国卫星应用大会”相关报告预测,2015年底,全国铁路动车组列车开行数量将达到1500对。到2017年,全国高速铁路网列车数量将达到1940列,预计宽带需求58Gbit/s。如果采用传统地面移动网络解决,则面临列车高速移动带来的多普勒频移等技术问题以及铁路沿线高密度布基站等工程实施代价问题,卫星WIFI宽带通信系统将成为解决这些问题的有效途径。根据国内目前高速铁路的消费能力来看,以低收费的方式导入市场,卫星宽带WIFI服务仍是极具客户吸引力的。以我国高铁的运量来看,其流量收入及相关潜在的市场价值不可估量。“一带一路”海洋应用2013年9月,提出“一带一路”战略构想,旨在建立发源于我国,贯通中亚、东南亚、南亚、西亚乃至欧洲部分区域,东牵亚太经济圈,西系欧洲经济圈。为响应该战略,2014年我国投入运营的中星-11卫星的海洋波束正式为“海上丝绸之路经济带”服务,旨在为我国船舶及海上设施提供卫星通信服务,建立海上信息高速公路,为涉海行业提供信息化服务,我国大部分远洋船舶均可享受到通信卫星系统带来的福利。另外,我国即将开始研制的新一代大容量通信卫星—东方红-5首发星的应用也将在我国“一带一路”战略中有所作为,这些都为宽带WIFI卫星通信系统应用并服务于“一带一路”海上信息保障提供了条件。该领域市场主要是大中型渔政、海监、渔船和远洋运输船舶。目前,这类船舶所使用的通信设备主要有短波、超短波、“北斗”、海事以及甚小口径终端(VSAT)等,开展的业务主要包括话音通信、“北斗”定位和短信,以及窄带数据传输等传统业务。随着国家“海上丝绸之路”战略逐步推进,互联互通需求迫切,海上电子商务、移动互联网、船舶物联网信息回传等应用将越来越普及,必将促使各类航运船舶安装卫星WIFI系统。应用海上卫星宽带WIFI系统,可以方便在船上开展远程监控、视频会议、远程维修、远程医疗等工作,同时还可以使用IP电话、接入互联网,船员可免费与家人、朋友通电话并在网上冲浪;安装在船舶上的主机监控系统,可以实时获取船舶数据,通过卫星传输,坐在陆地办公室的人员可直接获取主机数据、油耗数据、设备健康信息等,经数据分析得出可靠的船舶运营决策,提高运营效率和效益;海上随时可能出现各类事故,系统可将船上的实时画面传输至陆地,第一时间形成海路一体联动机制,妥善处理各类突发事件;长时间从事远海枯燥乏味的工作,使员工工作激情下降,通过卫星WIFI接入互联网可使所有船员享受网上冲浪,提高工作效率。民航应用领域我国幅员辽阔,不同地区的经济社会发展程度不同,使用民航需求的地区也存在明显差异,航空运输是满足人们快速旅行和高速物流的需求。现有高频和甚高频通信系统在民用航空导航、交通空管、飞行运控等航空飞行运管信息传输方面远远不能满足需求。另外,随着移动互联网和个人智能通信的广泛普及使用,客舱宽带通信也是潜在的应用领域。而卫星通信与WIFI等其他技术和系统结合,可以为航空公司提供非常丰富的航空信息服务。2015年,我国民航客运量4.5亿人次,预计2020年达到7亿人次。据民航局统计结果表明,民航客运乘客包括商务、旅游和探亲等类型,其中,中高端商务人士占到50%以上,这些乘客对于旅途中互联网接入业务具有强烈需求。卫星WIFI宽带通信的速率可达数十兆比特每秒,能为航空运管提供话音和宽带数据通信业务,也可为客舱旅客提供互联网和实时电视等服务。2012年7月,国务院了《国务院关于促进民航业发展的若干意见》;2013年5月,工业和信息化部了《国家民用航空工业中长期发展规划(2013-2020)》,民航局了《航空公司运行控制卫星通信实施方案》,这些政策规划的实施都将加快推动卫星通信在航空领域的应用。对于通用航空市场,据民航局预测,预计未来5~10年,我国需要各类通用航空飞机10000~12000架,通用航空飞机数量的年均增长率将达到30%,通用航空将带动万亿市场规模。随着我国经济飞速发展,公务飞行、商用飞行、空中游览、私人飞机等正受到越来越多人的青睐。卫星WIFI宽带系统在通用航空领域也将迎来发展机遇。
4结论
关键词:无线通信技术 广播电视卫星 影响
无线通信技术在很大程度上改变了人们的生活方式,方便了人们日常生活和工作。在如今,信息化发展成为时展的潮流,无线通信技术更是将信息的传递推向了新高度。在如今信息发展的现代,人们可以使用无线通信技术的产物,不管在何时何地都能够方便了解到想要的资讯。无线通信技术使各地区之间的联系与交流更加畅通,同时也给人们的工作带来了很大的便利。
1无线通信技术的发展现状
虽然无线通信技术是信息化的革命,并在社会范围内快速发展,但这并不意味着无线通信技术就没有漏洞。目前我国无线通信技术在推广应用中还存在些许不足,无线通信技术只有通过不断的优化才能得到广泛应用。随着科学技术的发展,我国的无线通信在技术上有了革新,但是问题是没有很好的结合实际发展,造成发展道路受阻。无线通信技术主要就是让人们应用,方便人们生活与工作,所以无线通信技术不应该只注重高新技术的发明,还要结合人们的生活实际,把高新技术真正运用到人们的生活中,将无线通信技术中的资源进行合理整合,运用到实际中。比如广播电视卫星,作为无线通信技术的受益者,其应该根据实际情况,充分了解人们的需求和现状,广播电视卫星可以丰富用户的接入端,最大程度上满足人们不同的需求,做到资源共享,为更多的人们带去福利,让更多的人受益于无线通信技术,实现无线通信技术的价值。广播电视的正常运行需要信号来支持,并且电信也只提供语音。如今人们对生活都有了更高的要求,不会仅仅满足于这一项服务,这就需要信息服务行业进行更全面的发展,将三网进行结合,发挥各自的优势,发挥自身潜能,为人们创造更大的利益。
2无线通信技术对广播电视卫星通信的影响
无线通信技术随着科技的发展而发展,网络性能的不断改善,促进了信息行业的发展。但是影响最为深刻的还是广播电视。广播电视中应用的是卫星通信技术。无线通信技术从3G到4G的转换使得卫星通信技术增加了自身的传播速度,减少了卫星通信的传输延迟。其次,无线通信技术的发展为卫星通信技术发展提供了新的技术支持,卫星通信技术的覆盖区域增大,让受益的范围更广。其传播距离也有所增长,而且更加稳定,提高信息的传播质量。卫星通信技术利用无线通信技术与实际相结合,促进了广播电视的高质量发展。而目前的4G通信技术已经受到人们的广泛应用,不仅方便了我国各地区之间的交流,更深远的意义是密切了我国与外国之间的联系。
2.1促进了无线通信技术的现代化发展
卫星通信技术除了支持广播电视的发展外,还在应对突发事件方面有所应用。这里的突发事件主要指的是自然灾害。当遇到自然灾害时,卫星通信利用地面服务器可以接收来自地面的实时受灾情况并进行信息传播。卫星通信技术具有稳定性,且传播距离较远,信息的传输量也很大,得到了广泛的应用。在此基础上,卫星通信技术在发展中也可参考地面服务器的优势,将二者结合,取长补短,实现资源的最大化利用,同理可见,我们在发展无线通信技术时,也要与卫星通信技术、地面服务、信息网络等技术相结合,在推广4G的同时也对其进行升华,争取创造出新一代高新技术。我们应该转变传统的发展思维模式,要从多个角度考虑无线通信技术的发展,不仅包括从其他产业获取优势经验,还包括从社会获得有保证的资金支持。
2.2有利于发挥卫星通信系统的综合效用
卫星通信虽然方便了国际之间的交流,但它也并不是十全十美的,卫星通信也存在弊端,例如:传输延迟性较强、易受风雨天气的影响。但在无线通信技术不断更新与发展下,卫星通信技术能够认识到自身的不足,在高技术的支持下,定好自己的目标,与现实相结合,与各产业的发展方向相适应,吸取其他产业的优点。并全面利用高新技术的支持,完善自身的不足,提高自身的专业技术能力,优化通信服务,积极开发自身的内在潜能,争取创造出全方位的卫星通信,密切人们之间的交流促进广播电视的发展,在激烈的市场竞争中站稳脚跟。
2.3稳定卫星通信技术的发展方向并提供技术支持
针对目前我国卫星通信技术的发展现状,在无线通信技术的支持下,卫星通信需要制定稳定的目标来明确自身的发展,以下将具体介绍卫星通信技术的发展目标。(1)卫星通信技术的测试站遍布各地,我们应该对所有的测试站进行整合,确保资源的有效利用,并保证不同地区之间能够正常使用卫星通信技术,且网络通畅,这样一来不仅能够保证不同地区之间的正常交流,还能够实现不同地区之间的资源共享,实现资源的优化配置。(2)保证大容量宽带的使用质量,卫星通信技术不仅要扩大大容量宽带的使用范围,还要丰富人们的使用状态。完善自身不足,让人们无论是在移动还是静止的过程中,都能够使用卫星通信。(3)与时代相结合,发展更全面的卫星通信技术,实现服务种类的多元化,满足人们的不同需求。(4)优化卫星通信端口处的连接,使卫星服务的质量更加稳定,并在发挥自身优势服务的基础上利用技术的支持改善自己的缺点。
3卫星通信技术未来的发展
前面已经介绍了卫星通信技术的发展方向,下面我们来具体介绍一下发展卫星通信技术所要采取的措施。归根结底,卫星通信技术在其发展道路上肯定是要提高自身的质量和增加自身的服务方式。人们使用卫星通信技术依靠的是用户端的连接,也是卫星通信能够为人类服务最为重要的一部分。由此可见,连接端口传输性能的好坏直接影响着卫星通信服务的质量。否则,就算卫星通信技术应用了再好的高新技术,不能供人类使用,也就谈不上有价值。对连接端口的优化主要体现在减小传输端口的体积、优化端口的传输性能。根据卫星在同一轨道运行的时间差采取措施,提高卫星传递信息的数量和质量。与此同时,还要改进卫星通信技术的网络功能。将地面服务器与空间卫星相结合,优化各网的通信波段,提高地面技术。适应通信技术的发展环境,提高自己的竞争力。
4结语
随着经济的发展,我国的科学技术有了经济的支持后也有了快速的发展,无线通信技术受此影响,其发展质量得到了显著提升,为卫星通信技术的发展提供了技术支持,也促进了广播电视的发展,在今后的发展过程中,要提高无线通信技术的传输性能,保证其竞争力。
参考文献
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远程教育是指通过不同途径和手段将一方的优质教育资源传送给另一方或另外多方的教育方式。远程教育在中国的发展大概可以分为以下三个过程:1)函授教育,使用邮寄书本材料的方式进行,这有着较大的局限性;2)广播电视教育,采用电台、录像等方式传播信息;3)现代远程教育,它拥有面对面、函授、广电教育的优势,同时依靠网络技术和多媒体技术,把文字、声音、图像等融合在一起形成了第三代远程教育。但是,第三代远程教育实际应用效果却不好,因为很多因素影响其效果,如地面网带宽、路由的增加、交换的限制。为了解决以上出现的问题,人们在远程教育中引入了卫星通信技术。
2目前远程教育中采取的卫星通信技术以及存在的问题
20世纪90年代以来,卫星通信的迅猛发展推动了远程教育的长足发展。
2.1目前远程教育中采取VSAT卫星通信技术
VSAT含义是甚小口径卫星通信站,VSAT除了具有一般卫星通信的优点外,还有以下两个主要特点:一是地球站通信设备结构紧凑牢固,全固态化,尺寸小、功耗低,安装方便。二是组网方式灵活、多样。因此VSAT广泛应用于新闻、气象、民航、人防、银行、石油、地震和军事等部门以及边远地区通信,所以VSAT适用于远程教育。
2.2传统的卫星通信远程教育实际应用中暴露的问题
(1)卫星使用代价昂贵,多点教学,成本才能和地面网费用接近,如果教学点达不到收益平衡点,卫星通信就得不偿失了。(2)单向向学生传输教学内容,教师和学生无法沟通,有了疑问无法得到解答,教学接收程度也得不到衡量,无法保证教学质量。基于这种情况,采取卫星通信与地面网相融合的技术,既可以保留传统卫星通信的优势,又可以解决其不足之处。
3基于卫星通信与地面网融合技术的远程教育研究
3.1卫星通信与地面网融合技术
卫星通信与地面网融合技术属于卫星回传通信技术,卫星回传通信技术是一项比较新的技术,目前还没有全面普及,其主要特点是能够实现教师端和学生端的互动,将基于DVB-S标准的VSAT卫星通信系统和地面网络相结合,形成闭环通信模式。
3.2基于卫星通信与地面网融合技术的远程教育
在卫星通信与地面网融合技术的远程教育应用模式中,将课件和教室视音频直播的内容通过互联网发送到卫星主站,再通过卫星主站上行至卫星,由卫星转发至各个教学点,然后把收到的课件或者视频音频等通过教学系统展现在学生面前。基于卫星通信与地面网融合技术的远程教育弥补了视音频传输受限和卫星使用资费较高的缺点,符合实际应用中上行数据量少、下行数据量多的需求,这种方式既避免了传统远程教育中传输载体———地面网的劣势,也减少了传统卫星通信远程教育中卫星带宽的占用,具有较高的实用性和先进性。
4基于卫星通信与地面网融合技术的远程教育的相关理论计算
基于卫星通信与地面网融合技术的远程教育的实现需要依据所在地区的地理、气候以及卫星通信的能力,因此我们需要对通信链路的能力进行设计,通过相关计算,验证选用的卫星、设备、带宽的可行性与合理性。整体设计应保证系统余量多出1—2dB,并且系统功带平衡,即尽量做到系统占用的转发器功率/转发器整体功率=系统占用转发器带宽/转发器整体带宽。如果在功带平衡时系统余量过大或为负数,可以改变上述的相关条件,进行系统优化。具体设计有以下几点:
4.1确定载波带宽
载波带宽是由以下几点决定的:信息速率、FEC纠错率、编码率以及调制方式。根据下列公式可求出符号速率。符号速率=(信息速率/FEC纠错率/编码率)*调制因子其中报头需要计入信息速率。前向纠错(FEC)编码率通常为1/2、2/3、3/4、5/6和7/8,编码率常用188/204。BPSK、QPSK、8PSK和16QAM的调制因子分别为1、1/2、1/3和1/4。在链路计算中,计算C/T、C/N和Eb/N0之间的关系将使用到载波噪声带宽,占星带宽能够决定工作频率,并用来计算输出、输入回退。
4.2计算输出和输入回退
卫星转发器的功放级一般使用行波管方式(TWTA)或固态方式(SSPA)。这两种放大器的功率输出在最大功率输出点附近不是线性的。一个转发器通常有多个用户的多个载波在使用,避免交调干扰是个比较大的问题,而交调干扰是由非线性功率输出造成的,这就要求卫星的放大器运行在线性区域。此时转发器的实际输出功率远低于其能够输出的最大功率,采用TWTA的转发器运行在线性区域时,输出功率通常比最大功率低4.5dB,同时TWTA转发器,输入回退通常比输出回退高6dB,对应4.5dB的输出线性回退,输入线回退约为10.5dB。链路计算中,输出回退对应卫星的下行载波,输入回退对应卫星的上行载波。
4.3决定用户使用载波的功率分配
卫星转发器有功率和带宽两项资源,最好的应用方式就是做到用户载波占用的转发器功率/转发器整体功率=载波占用转发器带宽/转发器整体带宽。载波占用转发器功率的比例为载波输出回退-转发器线性回退。当功带平衡时,见公式。OBOC=OBOXpd+10lg(BWXpd/BWC)OBOC为转发器输出回退,OBOXpd为转发器线性输出回退,BWXpd和BWC分别为转发器的总带宽和用户租用转发器带宽。
4.4确定SFD与上行EIRP
转发器的饱和通量密度SFD反映了卫星转发器的接收灵敏度。灵敏度越高,要求的用户上行功率就越低。但是一般情况下卫星公司会根据相应地球站所处的区域确定该地区的SFD,一味地降低上行功率,也会相应降低上行载噪比和上行抗干扰能力。上行载波的EIRP的计算公式如下。EIRPE=SFD-载波输入回退-G0+上行传输损耗G0为单位面积的天线增益,此数值有标准值。上行G/T、上行天线发射增益和功放输出功率可由上行载波的EIRP计算得出。
4.5计算上下行C/T
上行和下行C/T的计算公式分别为C/TU=EIRPE-LossU+G/TSatC/TD=EIRPS-LossD+G/TE/S公式中的EIRPE和EIRPS分别为载波上行和下行EIRP,LossU和LossD分别为总的上行和下行传输衰耗,G/TSat和G/TE/S分别为卫星转发器和地球站的接收系统品质因数。上式中的数据均为对数形式。链路预算的对象也可以是C/N,C/N=C/T-k-BWN公式中的k是波兹曼常数,BWN是载波对应的噪声带宽。卫星通信主要有如下的干扰:上行反极化干扰、下行反极化干扰、上行邻星干扰、下行邻星干扰。当有多个载波同时工作时下的交调干扰。综合考虑上行C/N与下行C/N以及各种干扰所产生的C/I,最后求得相关载波链路的系统C/N。相关算式为(C/N)Total-1=(C/(N+I))Up-1+(C/(N+I))Dn-1=((C/N)Up-1+(C/I)XpdUp-1+(C/I)AdjUp-1)+((C/N)Dn-1+(C/I)XpdDn-1+(C/I)AdjDn-1+(C/I)IM-1)上式中,(C/(N+I))Up和(C/(N+I))Dn分别为上行载波与噪声干扰比和下行载波与噪声干扰比(C/I)XpdUp和(C/I)XpdDn分别为上行载波与反极化干扰比和下行载波与反极化干扰比,(C/I)AdjUp和(C/I)AdjDn分别为上行载波与邻星干扰比和下行载波与邻星干扰比,(C/I)IM为下行载波与交调干扰比。载波噪声比和载波干扰比都为对数形式,在换算为真数后,进行先倒数后相加计算。可以得到系统C/N,如果需要得到dB值,就需要求对数,得到相应的值。每一个卫星通信系统,都对应着一个最低Eb/N0值,即门限值,该门限值由很多条件共同确定,如不同的调制方式、不同的编码方式、不同的硬件设备。通过Eb/N0值可以换算得到载波最低C/N值。通过计算得到的系统C/N值减去载波最低C/N值,就是该卫星系统的系统余量。如果不考虑雨衰(下雨对有的卫星信号有较大影响),系统余量通常取1—2dB。余量太低,系统误码率将提高,经常会出现信息丢失现象;余量太高,说明建设的设备性能过剩,浪费了一部分投资。
5结语
[关键词]卫星通信设备;可靠性分析
中图分类号:TM743 文献标识码:A 文章编号:1009-914X(2015)17-0321-01
随着通信设备越来越先进,集成度越来越高,其对温度、湿度等方面的要求也越来越严格,所以为确保通信设备的正常稳定运行,便需要了解影响卫星通信设备正常稳定运行的环境因素,并采取有效措施减少环境的影响,提高卫星通信设备的可靠性。
1 卫星通信设备的可靠性
卫星通信作为现在应用相对广泛的信号传输方式,它具有覆盖广、通信容量大、通信距离远、质量优、不受地理环境限制等优点。由于卫星通信突出的通信特性,其近些年在中国的各个领域得到广泛使用,成为我国现代远距离通信不可替代的一种通信方式。不少企事业单位和公共场所安装了卫星通信设备,一些个人用户也越来越多,这使得卫星通信设备越来越普遍。不同的环境对卫星通信设备的使用性能和寿命影响巨大。对卫星通信设备的主要维护在于系统中的地球站。地球站也叫上行站,是卫星通信的重要环节,其主要任务向卫星发送信号和接收卫星发回的信号。地球站的核心设备是大功率发射机,是卫星信号传输和发射设备,保障其运行稳定、安全可靠,是整个工作的中心。高功放就是一种高频、高压、高能量设备,自身散热大,需要对其进行严密的监控,并使其处于良好的运行环境,才能确保其运行稳定可靠,并延长设备的使用寿命。另外一些卫星通信设备,如电力互投柜、服务器、交换机和其它辅助设备,种类多,性能差异大,因而对机房环境要求格外严格,不仅要严格遵守卫星通信机房选址要求,还要对机房内部运行环境进行严格控制,以便保障设备运行可靠稳定。
2 卫星通信设备运行的影响因素
2.1 温度对卫星通信设备可靠性的影响
所有通信设备根据自身特性都有其适合的运行温度,温度也是我们最常用的一种衡量环境的参数。由于卫星通信设备的多样性,各个设备最佳运行温度不一样,取其都适合的温度,所以对机房温度要求比较高。设备运行环境温度较高时容易造成设备散热缓慢,部件老化加快,从而造成设备运行负荷变大,性能降低,影响电路的运行,造成元器件的不稳定或者损坏。
2.2 湿度对卫星通信设备可靠性的影响
湿度是设备运行的又一个基本指标,也是衡量卫星通信设备运行环境的重要参数。设备运行于高湿度环境,空气中水汽大,容易造成设备金属部件锈蚀,降低电路板和线缆的绝缘性,出现结露等现象时还会造成设备打火或电路短路等。设备运行于低湿度环境,空气中水汽小,容易产生尘土,从而形成静电浮尘,严重时会造成电路短路。
2.3 气压对卫星通信设备可靠性的影响
气压同样对卫星通信设备运行有很大影响。例如机房中的主要设备为高功率发射机(高功放),其设计本身自带风机冷却。但机房由于洁净度以及其他的要求,机房设计通常处于密封的状态下,同时自带新风系统为室内更换空气,保障室内有新鲜空气进入。经济成本设计,采用小功率空调又不能完全实现室内温度改善,所以高功放出口热风通过排风管道直接排到室外,这就形成了室内外的空气流动。新风系统的进风和高功放的出风要处于一个相对平衡状态,才能维持通信设备运行环境的稳定,保障高功放的可靠运行,这时气压的数据值便十分重要了。
3 维持卫星通信设备运行可靠性
3.1 对卫星通信设备的温度控制
卫星通信设备运行环境温度的高低与恒定,会影响卫星设备运行的稳定性和设备的使用寿命。就目前来说,安装空调是一种效果好且普遍的环境调节方法。而具体的温度值控制,是随着季节变更、昼夜交替而改变的。通常在监控卫星通信设备的温度时,使用温度传感器测量敏感元件表面的温度。影响温度变化最重要的因素是空调和新风系统,外部环境对室内温度影响不明显。卫星通信机房的应该加强空调和新风系统的监控和调节,保障室内温度正常稳定。另外,室内空调的温度设置很重要,一般设定一个适当值,并使处于自动模式,便于自动调节冷热, 保持良好环境,利于室内设备运行。
3.2 对卫星通信设备的湿度控制
保持机房适当的湿度非常重要,通常采用在机房内部增加加湿器或抽湿机的方法来实现卫星通信机房的相对湿度保持标准恒定。在保持卫星通信设备的湿度控制的同时,也要重视机房洁净度的维持,否则保持机房适当湿度的功效便会大打折扣。这是由于机房中的灰尘太多,容易在通信设备内部电路板上积蓄,电路板上积蓄灰尘容易降低电子元器件的绝缘性,严重时还会形成静电浮尘,造成器件击穿或电路短路。保持机房洁净度的常见做法便是密封机房,并安排工作人员定期维护。湿度受室外气候影响巨大,这是由于小室为半内循环模式,既有一部分空气通过外部新风系统提供,另一部分自我循环。机房内部需设置湿度调节装置,保持室内湿度恒定,减小室外影响,保障设备正常运行。另外,湿度作为卫星机房环境监测的重要参数,需要设置告警门限。这个需要根据机房地理位置调节,最好经过长时间观察记录和总结分析,得到本地机房运行环境的平均值,根据这个平均值和设备环境来设置告警门限,并且在恶劣天气时要加强温湿度监控,适当手动调节门限,协调告警。
3.3 对卫星通信设备的气压控制
气压在卫星通信设备运行环境中也有一定要求。气压的高低直接反应卫星通信设备运行环境的正负压状态。气压作用于设备风冷效率的高低,散热能力的大小,间接影响着设备运行的稳定性和使用寿命。在控制卫星通信设备的气压时,通常使用气压传感器测量气体的绝对压强。气压无时无刻不在变化,对于卫星通信设备来说,掌握每天的气压变化和全年的气压变化有利于调节室内逊风量和改善设备运行环境。不然,室内空气流量少、气压低或环境温度过高都会导致设备故障报警。这就要求保障环境温湿度的同时,空气的流通量也就是室内气压也要有一定要求。
4. 结语
卫星通信设备的可靠性分析主要是针对环境因素。本文主要分析温度、湿度和气压因素对卫星通信设备可靠性的影响以及增强设备可靠性的措施。但除了温度、湿度和气压的监测外,还可以扩展到对所有辅助设备的监测,这需要建立卫星通信设备运行环境的网络监控管理系统,来维持卫星通信设备的正常运行,提高可靠性。
参考文献
[1] 陈淑娟.基于D-S证据理论的多传感器数据融合危险预警系统.北京化工大学.2010.11-12
【关键词】卫星通信地球站;操作维护;频谱;稳定性
1.引言
卫星通信作为一体化联合作战的主要通信手段,可确保在任何情况下,甚至在地面网络无法覆盖或遭到破坏的情况下,及时、快速、可靠、稳定地提供宽带多媒体通信服务,真正做到广域无缝隙覆盖。在汶川地震、日本海啸等重大灾害中,卫星通信以其独特的优势发挥了无可替代的作用。而卫星通信地球站设备运行的稳定与否,直接关系到卫星通信业务的可靠性,所以我们应重视对卫星通信地球站的操作维护工作,更好地保障卫星通信地球站各设备的稳定运行。
2.地球站系统组成
卫星地球站是卫星通信系统中的关键组成部分,随着通信技术的发展,卫星通信设备种类越来越多、复杂程度越来越高、地球站系统规模不断扩大、业务任务多样化趋势明显。在这种条件下,大型卫星地球站面临的主要问题是:天线、射频、变频设备、解调设备、终端设备等公共资源以及多样化的终端设备等资源复杂程度高,数量大,难以有效调度;支持的众多的任务如临时视频传输、应急通信保障、业务变更调整等,人工协调困难;系统配置变化应对不及时;多种应急任务对人员技术水平要求高;资源缺乏统一的调度管理,人工协调调度效率低下,无法充分发挥设备、资源的效益。
卫星地球站的组成:天线及伺服子系统,射频收发子系统,调制解调子系统,基带子系统,监控子系统,(接口子系统),电源子系统等。
天线及跟踪伺服子系统:卫星信号的收发,及天线驱动(自动、电动、手动/跟踪)。
上行:将HPA输出的射频信号通过天线放大并向卫星发射。
下行:接收来自卫星的射频信号。
跟踪伺服:控制天线对准卫星。
射频收发子系统:完成信号的变频、放大。
上行:将调制信号上变频至通信频率(C@4/6G, Ku@12/14G, Ka@30/40GHz),并经HPA放大后通过天线发射给卫星。
下行:将从天线接收下来的信号,先通过LNA低噪声放大器放大后,在下变频到解调频率(一般为L频段或70/140Mhz),送给解调器解调。
调制解调子系统:实现基带数字信号的调制和解调。
上行:将基带来的数字信号调制到中频(70/140MHz或L频段),送给上变频器。
下行:将下变频器输出的中频信号解调成数字基带信号,送往基带子系统。
基带子系统:基带数字信号处理。
监控子系统:实现对地球站的监控管理。
接口子系统:完成用户数据于卫星通信之间的接口转换。
电源子系统:保障地球站的安全有效供电。
3.地球站各设备在使用维护中应注意的事项
3.1 卫星通信地球站天线的操作维护注意事项
天线维护比较简单,只要定期检查螺丝是否松动,外露线缆是否老化,就可以保证天线正常工作。
3.2 波导操作维护注意事项
由于不同频率的波长是不同的,因此任何一个尺寸的波导,只能在相应的一个较窄的频段内工作,如果频率低于相应的频段,传输损耗就会增加,频率偏移越远,损耗就越大,直至根本无法传输。当频率高于其相应的频段时,就会出现高次模,同时也会增加损耗,因此在选用波导时,必须根据使用的频率选用合适的波导。
3.3 低噪声放大器操作维护注意事项
低噪声放大器的使用与维护包括以下事项:应使设备机壳良好接地。在放大器安装完成后,要禁止在其周围进行焊接或使用电钻钻孔等操作,防止因漏电造成FET的损坏;注意防水、防潮;如对放大器进行检测,应注意输入信号电平不可过高,防止放大器由于过激励而损坏。
3.4 变频器操作维护注意事项
只有正确地操作使用,才能保证设备正常可靠地工作,定期或不定期进行检查,及时发现存在的隐患并予解决,才能提高设备的可靠性,延长其工作寿命,为此,使用前首先要仔细阅读工作与维护手册,对设备的性能,指标、使用说明要牢牢掌握,对设备的工作原理及各检测点的位置,参数也应尽可能的熟悉,便于及时发现问题,尽快解决。
3.5 终端设备操作维护注意事项
卫星通信地球站终端设备主要完成卫星通信业务的调制解调、数模转换、接口转换、分接复用、加解密、信道编译码等工作,设备种类多,接口复杂,是操作使用最频繁的设备,也是经常出现问题的部分,这就更需要我们认真进行操作维护。需要注意的是看接口连接器接触是否良好,芯片是否损坏,设备参数设置是否正确。
4.卫星通信地球站维护中的几点经验
4.1 注重日常维护
地球站设备的稳定运行,离不开技术人员的定期检查维护,包括对设备工作环境的检查,对设备的定期除尘和定期测试等。另外,还应注重检查设备的供电电压、接地、天线周围环境,保证设备的安全运行。
4.2 充分利用仪器仪表定位问题
我们应充分发挥手中仪器仪表的作用,借用仪器仪表来判断定位问题。如在遇到信号传输问题时,利用频谱仪来监测接收信号的频谱:当接收某站(如甲站)信号时,若频谱幅度低或消失,可利用频谱仪首先检查自己站内的发射信号是否正常(主要是核对接收频率是否有误),如果正常,再检查接收的甲站信号,确认无信号时,一方面通知甲站处理,另一方面可以请第三个地球站(如乙站)的工作人员利用频谱仪检查一下,是否接收到甲站信号,以此来证实甲站发出信号是否正常。同时也可以利用“反相告警”来确认对方发出信号是否正常,这样可以分清问题出在哪个站,以压缩电路处理时间。
5.结束语
卫星通信系统由空间分系统、跟踪遥测指令分系统、监控管理分系统和地球站分系统组成,卫星通信地球站在卫星通信系统中占有重要地位,也是开通卫星通信业务的关键,对卫星通信地球站维护管理的好坏,将直接影响卫星通信业务的质量。因此,只有正确使用和维护卫星通信地球站设备,及时快速地处理其出现的故障,才能更好地保证卫星通信的稳定可靠,提高卫星通信的业务质量。
参考文献
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1.1北斗卫星通信系统的主要特点
北斗卫星通信系统的主要特点体现在抗雨水能力强,具备高可靠性和低功耗且简单维护的特点,再加上是由我国自主独立研发,因此在信息的保密性和安全性方面都更有保障。另外其多元化的不同制式能够实现和水情测报系统的无缝集成。特别是水情自动测报系统更加注重短通信的数据传输,而这一点正是北斗卫星通信系统所特有的优势。这个系统的工作频段主要有L/S/C,其频段范围较宽,所以在信息传输方面拥有其独特的优势。
1.2北斗卫星技术下的水情自动测报站的主要构成
北京市的北斗卫星技术下的水情测报站的主要构成包括了四个方面。第一是北斗通信模块。主要选择的是用户终端。该北斗卫星的用户终端主要有天线设备和主机设备两种,而且这两种设备的终端体积也相对较小,且操作比较简单,安装维护工作也非常容易。其主要信号的传送机制是通过瞬间突发的模式,这样也能够有效的降低用户终端的功耗。而且也能够支持环境恶劣的野外水情测报。第二是测试中心的终端机。测试中心一般远离监测中心,所以需要通过遥测的方式来实现。这种终端机能够和不同的传感器进行连接,并支持不同的数据通信模式。北京的水文测试中心的遥测终端就支持北斗卫星通信,同时也支持了GSM通信和GPRS通信等。并能够根据信号的变化自动切换,从而保障遥测数据能够及时的反馈到监测中心。第三就是前端的传感器。这些传感器主要有涉及到测报水情的相关数据需求,包括了水位传感器和雨量传感器以及水质、水位等传感器等。第四就是电源。电源主要选择的是密封的蓄电池,并能够通过太阳能板进行充电,这样能够具有一定的环保性。另外这些电池还具有自动启动和切断的装置,只有在发送数据的时候才会启动,从而提升蓄电池使用寿命,并节省用电。
1.3北斗卫星通信链路分析
北京市某地北斗卫星的通信链路构成主要包括了北斗卫星以及网管中心。这个链路的功能就是对水情测报站的数据进行备份以及进行查询和下载。
1.4北斗卫星的监测中心
北斗卫星的监测中心自然是这个水情测报系统的核心,主要有由卫星指挥型终端以及数据接收端和数据库等构成。这个监测中心是所有数据的交汇点。同时也是控制中心。第一是卫星接收终端。主要具备兼收功能和通播功能以及全信道锁定以及大数据处理功能。同时还包括了内置的电池。第二就是接收数据服务器。这是专门集中管理数据的重要设备。具备两个信道来进行接收。其中第一个信道主要是连接互联网,通过互联网来进行数据接收。第二个信道则是通过卫星系统。在北京某地的水情测报系统,这个信道就是和北斗卫星通信系统进行实时的数据接收。这个数据也能够通过RS232串口来接收。第三就是水情数据库。当数据接收服务器接收到各种途径获得数据之后,就会对这些数据进行解码和分析,然后将水情数据录入到水情数据库中,从而为各种水情的应用提供服务。第四是数据应用服务器。这个服务器主要是对水情数据进行处理和存储以及统计报表等。另外监测中心能够将指令或者某一个执行动作信息发到各地的遥测站点,或者指定某个遥测站点进行发送。
1.5北斗卫星自动测报的软件设计
北斗卫星自动测报的系统软件主要包括两个部分。其一是控制测站的软件。在北京的水情自动测报系统中,主要是有北斗卫星监控中心以及遥测站点形成一对多的传输关系。遥测站将感应信息通过卫星传输到监控中心,然后监控中心反馈收到信息。而这些遥测站点会根据相应的反馈信息进行相应的处理,或者转入休眠,抑或是重新要求遥测站点进行收集数据。其二就是软件系统的处理。这是系统软件的关键部分,能够对遥测站点传输的数据进行多元化的处理,从而为相应的使用人员提供多种的水情服务,有助于提升当地的水情观测水平。
1.6通信机制的设计应用
北京的水情自动测报系统的通信机制设计的关键在于解决了通信频度控制问题以及信息格式的设计问题两种。其一是通信频度的控制策略。基于北斗卫星通信系统的收费标准要比移动的GSM以及全球卫星定位系统的GPRS的费用都要高出不少,根据北京市场大概要高出5倍多。因此在发送信息策略上和普通的移动遥测站的数据传输策略要尽心差异化。只有在出现明显差异的水情数据时,才会性发送。根据北京的通信费用,每次传输为0.5元。因此北京的遥测站点设置传输策略为每小时传输一次。如果没有发生变化,如没有下雨,每天在早晨8点发送一次平安数据报。这样就能有效的降低信息的传输次数,节省了传输费用。其二就是在信息格式设置上,北斗卫星通信系统可以设置的短字节有43字节数和70字节数以及98字节数三种,字节数越大,那么单次的传输内容就越多,因此费用也就越高。由于水情数据相对较为复杂,而且为了提升数据的准确性,在北京的水情自动测报系统上,就采用了98字节数进行传输,所以每次的传输价格在1元。
2结束语
当今世界,随着大规模集成电路和光导纤维的应用,各种现代化的通信系统得到了长足的发展,由于卫星通信传播速率较高,而且组网灵活,不仅能对地面网络起到补充和完善的作用,而且可以自成一体,构成天基网络,它在国际通信、国内通信、国防通信、移动通信和广播电视等领域得到了广泛应用。本文首先论述了卫星通信技术的相关概念及其系统组成,在此基础上探讨了通信产业的现状及发展趋势。
关键词:
卫星通信;移动通信;通信技术;中继站;测控系统
1引言
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波,是在微波通信和航天技术基础上发展起来的一门无线通信技术,在现代通信中占有重要的地位,信息技术的发展与它密切相关。卫星通信可以无缝覆盖三维空间,适合多个固定或移动用户及固定与移动用户之间信息的传递,因此广泛应用于国内,国际通信,军事通信,电视广播等领域。
2卫星通信系统的工作原理及基本组成
卫星通信系统主要由以下几个部分组成,分别为测控系统,通信卫星,监管系统及地球站,其中测控系统负责测量和控制通信卫星的运行轨迹,起着中继站作用的通信卫星,接收所有地面站发来的射频信号,然后经过放大和变频处理,将信息传送到地球站,地球站的功能是将要传送的基带信号经过处理变为射频信号,发送给通信卫星,接收卫星信号并解调出对应传送的基带信号,并将该信号通过地面网络传给用户,监管的职责是确保整个系统的安全性和稳定性,对应的组成框图如图1。
3卫星通信的特点
(1)优点:通信距离远,覆盖区域大,频带宽,容量大,成本与通信距离无关,且作为传送信号的卫星,由于远离地面,浮于太空,受自然环境和人为因素的影响相对较小,因此传输的数据可信度高,此外它还不受时空限制,因此灵活性更高。
(2)缺点:长距离传输会产生相应的延迟,10G以上的信号会受到降雨的影响,而出现失真,伴随太阳剧烈运动产生的噪声会与有效信号叠加,出现信息受损甚至无法传送。
4卫星通信系统的分类及应用
按照运动状态的不同,可以分为同步和运动通信系统,依据覆盖范围标准分为国际卫星,国内卫星和区域卫星系统三种,按所用频段划分为特高频,超高频,极高频和激光卫星通信系统,按基带信号体制分为模拟和数字通信系统,按卫星转发能力分为无源和有源系统,由此可以看出卫星通信在很多方面发挥着重要作用,前景广阔。下面重点叙述卫星通信在军事和商业方面的应用:
(1)卫星通信在军事领域内的应用
卫星通信技术在军事领域的应用集中表现在拥有高端科技实力的各国相继秘密发射各种用途的军事卫星,以完成侦察,导航,测地,拦截的功能,美国的DSCS-Ⅲ卫星就是典型的军用通信卫星,DSCS-Ⅲ卫星呈立方体形,三轴稳定,重量约为1042kg,拥有一副指向太阳的帆板,卫星上装有多波束天线,以接收不同波段的信号。新近研究的军用卫星对应的攻击,毁伤,抗干扰及生存能力等参数指标随着科技的发展进一步提高,以此实现扩大用途,全天候、全天时实时传输信号的目的。
(2)卫星通信在商业领域内的应用
越来越多的卫星通信技术随着商业化而进入日常的生活,许多发达国家相继发射了数以百计的高质量,大功率,长寿命的商用卫星,广泛应用于电信服务、广播电视、内部专网、数据采集等领域,以满足经济的增长和科教的发展。
5卫星通信的发展趋势
当前,国际上卫星通信业务主要朝两方面发展:一方面是在传统的VSAT基础上开发新产品,其次是研制更高频段的新型卫星通信系统,并力争对现有系统进行相应的改善,以满足宽带性能的提升及手持终端的扩展,从单独组网到多网互连是未来卫星通信发展的总趋势。固定通信,直接广播,移动通信的彼此互融及电信与有线电视网的相互渗透,未来的卫星通信必将是包含众多系统的混合网络,伴随光信息处理,智能化星上网控,新发射工具和新轨道技术的实现,真正具有天,地一体化全球无缝覆盖的功能,同时众多优秀的产品和服务将继续对产业的发展起着引领和促进作用。
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