前言:一篇好文章的诞生,需要你不断地搜集资料、整理思路,本站小编为你收集了丰富的卫星通信概念主题范文,仅供参考,欢迎阅读并收藏。
1非线性抗干扰技术分析
在实际的非线性抗干扰技术研究中,首先研究了非线性抗干扰技术的主要概念与技术特点。这一研究包括了以下内容。
1.1非线性抗干扰技术概念分析
在卫星通信抗干扰实际过程中,非线性技术的应用是一项新兴的抗干扰技术。在实际的通信应用这一技术主要是利用非线性函数原理,对接收到的卫星通信信号开展分析、处理,在信息数据中提取出有效的通信信号以及干扰信号数据特征,并将其加入到抗干扰数据分析中,为卫星信号接收抗干扰提供数据参考支持,实现抗干扰工作的完成。
1.2非线性抗干扰技术主要特点分析
在实践的技术应用中,将非线性技术与线性信号处理技术进行了技术比较研究。在研究中发现,非线性技术在实际应用中具有以下特点。
1.2.1非线性技术应用更广泛
随着电子类产品与各种新型通信技术发展,在实践研究中发现,卫星通信信号的干扰性信号正在不断地增加与变化中。对于这种复杂性情况的出现,非线性技术在应用中比线性技术处理的信号类型更加广泛的特点。特别是对于非平稳信号等特殊的信号类型,非线性技术都可以进行有效处理。这就使得其在实践应用中,对于复杂的干扰信号处理,更加具有优势性也更加实用。
1.2.2非线性技术在信号宽带处理中更有优势
在实践中发现,非线性技术在实践中可以处理的信号带宽更宽。这就使得这一技术在抗干扰实际过程中,可以建立其更多的干扰信号模型,保证抗干扰工作的效率与质量。特别是随着卫星通信间内部信号干扰情况的增加,非线性技术的应用为特殊性干扰信号模型的建立提供了保障。
1.2.3具有线性技术的共同优势
在实际应用中发现,非线性技术不仅具有其特有的优势,还包括线性技术的技术优势。尤其是在信号数据筛选与分析过程中,2种技术的优势都得到了体现与保证,这就使其更加具有实用性的特点。
1.3当前非线性技术在卫星通信中的应用探析
正是因为非线性技术在信号抗干扰因应用中据有以上的特点,所以在实际的应用中,特别是卫星通信抗干扰应用中这一技术已经成为了较为常用的技术内容。尤其是随着卫星通信信号干扰类型以及干扰信号带宽的增加,通信干扰信号模型的复杂性也在不断地增加。在这种情况下,必须针对这些实际技术问题,开展的卫星通信非线性抗干扰技术实践研究就既可以提高卫星通信的整体质量与效率;同时,为通信技术整体发展提供了支持,时实用的技术研究工作。
2当前非线性技术发展探析
在非线性技术实践应用研究中,对其技术应用与发展进行了实践性研究工作。在研究过程中发现,在当前卫星通信抗干扰实践中,其主要的实践技术包括了以下3类。
2.1高阶谱分析技术在实践中的应用
在卫星通信非线性抗干扰技术的应用中,高阶谱分析技术的应用具有十分重要的实用性。在实际应用中这一技术主要用于处理和分析非线性、非高斯信号的过程。在抗干扰过程中,这一技术主要具有以下的特点。首先,可以在抗干扰过程中,高阶谱技术能够有效的抑制高斯噪声,起到特殊的抗干扰作用。其次,在技术应用中,这一技术具有高分辨率的特点;同时,可以获取到信号数据的相位信息、能量、相关非线性参数等各类实用性数据,为抗干扰提供数据支持。最后,在抗干扰过程中,这一技术可以很好按照相关处理要求,其他抗干扰技术开展结合式的工作,同时提取出通信信号中更为复杂的特点信息。正因为这一技术具有以上的特点,使其在有更高的应用发展潜力。
2.2自适应滤波与均衡技术在抗干扰数据分析中的应用
在卫星通信抗干扰技术应用中,以非线性函数为技术支持,发展出的对接收信号变换技术,对于抗干扰技术发展具有极大的实际意义。在这类技术的发展中,自适应滤波与均衡技术使其最为重要的技术代表。在实际的应用中,这项技术的主要应用如下。技术人员对通信信号进行变换处理,继而在通信信号中筛选出一定数量的正常信号或干扰信号数据。在这一过程中,筛选出的信号数据更加的精准与细化,提高数据信息自身的自适应滤波以及均衡性能,使信号抗干扰恢复工作效率与质量得到更好的提升。
2.3非线性优化算法对卫星通信抗干扰的作用
在卫星信号抗干扰技术应用过程中,非线性信号处理技术具有较为明显的优势性作用。但是在技术实践中发现,在信号数据的计算过程中,大部分技术过程中依然采用的是解析近似或者数值计算的方法完成。使用这些计算处理方式完成的非线性计算,很容易在计算过程中出现局部极值以及巨大的计算量的问题,继而造成数据计算错误或难以进行的情况出现。正因如此,在非线性数据处理研究中,如何更好的结合非线性数学计算方法,对抗干扰数据计算进行优化处理,就成为了当前技术研究的主要内容。在实际研究中技术研究者发现,在数学领域非线性计算方法主要包括了蒙特卡洛抽样、贡献因子等内容。在实际的非线性计算方法优化中,这些计算方法的使用很好的降低了非线性技术应用的复杂度;同时,为这一技术的发展提供了技术性的支持。
3国内外技术实践应用现状分析
在卫星通信过程非线性抗干扰技术应用实践研究中,分别针对国内外技术应用实践进行了调研工作。首先在国际技术实践应用中,卫星通信信号非线性抗干扰技术应用较早。如在美国戈达德航天中心的研究中,很早就针对非线性和非平稳信号的抗干扰问题进行了专项的设计研究工作,并以此为目的提出了HHT变换技术研究理论。随着美国等国家在航天、卫星通信等技术的不断发展,以及其对通行安全要求的增加,非线性抗干扰技术已经得到了极大的发展,甚至部分技术成果已经投入民用领域。在我国的技术研究中,虽然非线性抗干扰技术起步较晚,但是在实际应用领域已经得到了实践研究成果。如在北斗导航系统的卫星通信中,上非线性抗干扰技术就得到了良好的实践应用。这种应用的出现,表明了我国卫星通信中非线性抗干扰技术已经实现了从研究到实践应用的过程。
4结语
1卫星通信简述
1.1卫星通信的概念
作为无线电通信中的其中一种,卫星通信技术的产生实现了无线电通信的无障碍沟通。在这种技术的作用下,无线电终端可以与任意点进行信息交流和沟通。简单来讲,卫星通信技术由两部分组成,即地球站部分和卫星站部分。而卫星通信技术则是一种程序繁杂的通信技术,需要一个特定的空间站作为信息中转站。在这个中转站作用下,地球上的任意两站才能正常进行信息交流。通常情况下,这种特定的空间站都是一颗固定卫星。
1.2卫星通信的特点
首先,卫星通信的覆盖面积极广,只要是地球上的两站点处于卫星信号的辐射范围内,这两站点就可以进行无线电通信。由于这种传输方式能够完全屏蔽外界干扰,所以这种通信方式能够充分保证其可靠性。从客观角度讲,卫星通信的本质不会受外界环境所影响。无论是地球上的高山、大型建筑等客观存在体,还是洪水地震、台风海啸等自然灾害,影响或摧毁的都只是地球站的具体设施,对空间站里的卫星设备毫无影响。其次,卫星通信的设置步骤也极其简单。只要对特殊电路进行设置即可,不仅节省了做工过程,还避免了资源损耗。更重要的是,这种通信方式属于生态通信,不会破坏自然环境。这一点是传统电缆通信和光缆通信无法做到的。尽管如此,卫星通信也具有相应的缺点,就是造价成本极高。因为卫星通信所应用的仪器或设备都属于高科技产品,所以,卫星通信的整体运行成本就格外昂贵。这些卫星通信仪器和设备集先进科学技术和工艺制作技术为一体,不仅做工精良,还具备极高的精密度。最后,卫星通信非常简单,其简单性由自身使用的传输方式决定。作为卫星通信常用的传输方式,无线电传输具有非常简单的操作性。基于过程操作的简单性,信号丢失或缺失的可能性被大大提高,会导致相关通信信息的大量丢失。针对这种情况,将卫星通信与传统的电缆通信和光缆通信进行比较。还是光缆通信的安全性较高,且保密性也更好。光缆通信采用的传输方式是光波传输,光波的活动在光缆内部进行,完全不受外界环境、气候等各方面因素影响,从而能够更好地进行信息传送。而针对通话传输情况,虽然光缆通信技术水平就不如卫星通信技术水平,但两者都需要不断进行相关技术的改革和创新。
2语音传输技术在卫星通信中的实际应用
不同于传统电缆和光缆通信,卫星通信的适用领域更加特别。一方面,卫星通信受自身缺陷制约,到目前为止都是光缆通信最重要的后备资源。从这方面讲,卫星通信充分弥补了光缆通信在信息传输过程中的缺点和不足。另一方面,卫星通信的通信量容量较小,严重限制了语音通信的应用和发展。光缆通信的常规容量十分巨大,其潜在宽带平均可达20THz。对比而言,卫星通信想要达到光缆通信的容量,还需要相当长的奋斗时间。所有卫星通信行业的人都知道,卫星通信系统常用的编码调制方式结合了卷积码、QAM与QPSK。这也是当前商家应用最为频繁的方式。但是,这种方式有一个致命的缺点,就是不能实现无线电信号的高效传输。从某种层面讲,这种无线电信号损失也属于信息资源流失的其中一种。这种方式不能实现无线电信号高效传输的根本原因是误码率。作为无线电信号传输的制约者,通信系统的误码率与卷积码相似,都需要在特定情况下才能进行功能启动。正是因为如此复杂的启动过程,卫星通信系统的自身缺陷才会展现得越来越明显,同时也附带降低了卫星通信中语音信息的传输效率。这种低效率的语音信息传输不仅严重制约了语音传输技术在卫星通信中的拓展和应用,还严重阻碍了卫星通信相关功能的发展和创新。因此,想要切实提升语音在卫星通信中的传输效率和质量,就必须进行编码、译码等的调整和创新,并不断进行编码技术、译码技术等相关科学技术的改进和提升。为了解决原有语音传输技术在卫星通信过程中存在的问题,并消除其不良影响,相关技术研究者将TCM/IDR技术运用在卫星通信领域。TCM/IDR技术是一种新型的语音传输技术,中文可翻译为格形编码调制语音传输技术。这种技术将原有技术的编码和调制的相关运用顺序进行改变,把原本相互独立的两个过程相互统一。这样不仅可以有效避免通信信息的失误,还可以充分保证原有信道传输速率和带宽的稳定。同时,这种技术的附带性能可以将误码率固定在最低位置,从而成功实现卫星通信的高速传输。总而言之,格形编码调制语音传输技术作为最受欢迎的网格编码调制技术,无论是其性能改革,还是其优势改革,都是非常可观的。
3结束语
本文在分析现有技术的基础上总结了现有宽带卫星网络的发展基础,发展中遇到的问题,以及发展前景。
【关键词】卫星通信;宽带;通信系统
通信基础设施建设的日臻完善和Internet的商业化兴起,以及交互式多媒体业务的迅速增加,都推动了宽带卫星通信的发展。目前,国际上许多国家都对宽带卫星通信技术进行了研究,并已着手设计和开发宽带卫星通信系统。发展宽带卫星系统己成为当前通信的新热点之一。宽带卫星通信系统既能够在远距离通信传输上充分发挥卫星通信的作用,又能够进一步向用户提供从话音到数据、从低速到高速、从单一通信到多媒体通信、从固定到移动等各种通信方式。宽带卫星通信不仅要面向企业集团、多媒体提供商,也要在图像传输、卫星数字电视直播、多媒体信息广播、宽带接入、交互式远程教育、远程医疗等方面逐步向个人服务方面发展。时至今日,卫星原有的许多优势己无法与地面光纤通信相比,卫星仅存的优势只剩下广播、建设周期短以及建设成本与通信距离无关的特性。但在未来相当长的一段时间里,卫星在宽带业务上还将有所作为。对于时延要求低以及具有广播/组播性质的高速数据业务(如大容量数据传输、多媒体广播、因特网宽带接入、卫星远程应用、多媒体双向互动等业务)来说,卫星具有极大的优越性。
上世纪90年代以来,商业网络逐渐向基于TCP/IP因特网协议的分组交换型网络发展。与此同时利用卫星通信系统提供大容量数据传输和组播广泛地引起了人们的关注,使人们开始考虑使用卫星传输IP业务的可能性。卫星IP技术就是将卫星业务搭载在EP网络层上营运的技术。这种技术有利于吸收采纳目前蓬勃发展的IP技术,降低技术成本。国际电联的ITU-T SGB是多协议和IP网络及其互通研究组,负责网络体系结构和长期网络演进的研究。SGB将开展有关卫星IP体系结构的研究,第一步研究的对象是高级卫星体系结构,研究目标是构筑卫星IP网络的体系结构框架,阐述不同类型卫星系统特有的能力,描绘现有卫星网络的体系结构。
基于IP的因特网业务是宽带业务的重要组成部分,而IP技术的QOS的问题一直困扰业内人士,卫星要提供具有竞争力的宽带业务能力就要建设满足QOS的宽带系统。面对各种系统的竞争,如何在技术上保证提供业务的低价优质,以及占领市场,是宽带多媒体卫星通信系统得以生存和发展的关键。目前,宽带卫星系统已采用Ka波段,而Ka波段传播特性受降雨衰耗的影响较大,这一点为人们所普遍关注。目前约有20个Ka(Ku)波段LEO/MEO/GEO宽带卫星通信系统,这些系统主要用于多信道广播、Internet和Intranet的远程传送以及作为地面多媒体通信系统的接入手段,成为实现全球无缝个人通信、Internet空中高速通道必不可少的手段。主要的宽带卫星通信系统II一总结如图1。
一、宽带多媒体卫星通信发展的基础
(一)Internet迅速发展的需求
二十世纪九十年代互联网商用化以来,互联网已经发展成为全球最大的信息基础设施。互联网己成为全球最大的多媒体网络,几乎所有的通信系统都成为了互联网的组成部分,如先后出现了基于SDH/DWDM的光纤互联网、基于WAP/GPRS的移动互联网、基于Cable Modem的有线电视互联网。同样,基于VSAT,出现了卫星互联网。Internet是当今发展最快的业务,各种网络技术都在向提供高质量IP业务的方向发展,在大范围覆盖和长距离传输方面具有优势的卫星通信与Internet的结合无疑是通信发展的一个重要方向,因为卫星通信和Internet所具有的地域国际性,新的卫星系统将加强全球通信基础设施,使普遍接入Internet成为可能。同时由于Internet的爆炸性增长,不断推出许多新业务,对这些业务的需求为这种新系统创造了市场机会。宽带卫星通信市场前景可观,其原因就在于Internet的发展和广泛应用。
由于卫星通信具有空间跨越、远程通信和广播等独特的功能,因而成为互联网摆脱目前困境的一个重要途径。可见,卫星通信与互联网的结合是一种必然的趋势。事实上,针对互联网存在的问题,比较有效的解决方案是内容投递网(CDN-Contents Delivery Network)。CDN工作的基本原理是服务提供商在各地设立自己的、主要由缓存服务器构成的服务点,通过自己的专用网络将内容向网络的边缘分布,即尽可能地将内容本地化,以有效地解决了骨干阻塞、接入困难、内容分发效率低等诸多问题,从而起到对互联网进行加速的作用,并进一步改善QoS aCDN的实现途径主要有地面网络和卫星网络两种[6],这两种内容投递CDN各有千秋,实际使用中的CDN有不少是由两者混合而成的,但是基于卫星通信的CDN在数量上更多。
(二)未来业务的庞大潜在需求
据Andersen咨询公司的研究预测,2002年前,整个世界传输业务的宽带市场价值650亿美元,大约12%即80亿美元由卫星通信分享,2005年之前,卫星通信分享的市场份额将达到160亿美元
(三)宽带多媒体卫星通信技术基础
卫星通信的可用频谱资源很有限,C波段和Ku波段的应用已非常拥挤,建设宽带网必然导致采用更高频率。目前设计中的宽带卫星通信网基本都采用Ka频段,通过GEO, MEO, L'EO或混合分层卫星群系统提供多媒体交互式业务和广播业务。采用此方案一方面是业务的要求,另一方面也因为有着技术基础。
(四)频率资源支持
宽带网的出现必然导致可用频谱资源的缺乏,解决的办法之一就是采用更高频率。非同步轨道全球宽带卫星系统推出不久就受到重视,WRC295大会为工作于19-29GHz频段的非同频轨道卫星固定业务系统分配了400MHz带宽,WRC297又新分配了100MHz带宽。
二、宽带卫星通信发展面临的问题
(一)卫星网络时延和时延抖动
经由卫星网络传输的数据分组经历的全部端到端时延由以下各时延总和构成:传输时延(一个站点从开始发送数据帧到数据帧发送完毕所需要的全部时间);上、下行无线链路传播时延;星际链路(ISL-Inter-Satellite Link)传播时延;星上交换和处理时延及缓存时延。尽管与GEO网络相比,LEO网络的传播时延相对较小,但是LEO系统的ISL时延会因卫星移动、切换、缓存和处理以及自适应路由技术而频繁发生变化。因此,在实际应用中我们应对GEO和LEO系统的时延和时延抖动特性进行综合折衷考虑。
(二)星上处理
星上处理(OBP-On Board Pro-
cessing)概念是由欧洲空17局(European SpaceAgenc刃提出的。OBP技术不仅适用于多波束卫星也适用于单波束卫星,但在后一种情况下,仅包括解调、判别、整形和再调制等处理,没有解码编码和路由交换的能力,故通常称其为星上再生处理。因此,OBP方式主要用在多波束星上交换的场合。
(三)频率需求和衰减影响
通信卫星当初刚开始运作大型业务时,多运行在4^-6 GHz的C频段,当C频段变得过分拥挤时,11 ^-14GHz Ku频段开始投入使用。而当Ku频段拥塞时,更多的采用全Ka频段的卫星转发器,同时还有一些采用混合Ku/Ka频段的卫星。由于天气原因,卫星传输会发生路径损耗,如雨水、水汽汇集凝聚、液态水状云都会影响信号传输。尤其在远东,天气情况常常会对Ka频段信号造成严重衰减。在这种情况下,为了使用Ka频段,必须对传输信号提供足够多的功率裕度(powermargin)。其它的一些频段可能也有利用价值,包括V频段(40-50GHz)及毫米波频段(如60 GHz)。
(四)QoS问题
当经由WAN(广域网)和MAN(城域网)提供数据服务时,来自不同LAN(局域网)的数据业务必须经过基于帧中继、卫星、ATM, IP, ISDN或由这些组合而成的骨干网。为此,需要将QoS机制扩展到卫星网络上,以便在未来经由IP网络传输话音、视频和数据服务时这些骨干网不致成为支持QOS的瓶颈。对于ATM网络,为解决IPIATM无缝集成而引出的多协议标签交换(MPLS-Multiple Protocol Label Switching)协议,已成为两网融合的先锋。对于卫星网络,仍在进行有关交叉层的设计研究,目的是打开未来IP经由卫星网络传输的畅通之路。
三、宽带卫星通信的发展前景
卫星应用产业是直接为消费者服务的产业,必将成为市场的主体,并朝着个性化、多样化方向发展。其中卫星宽带网与互联网的融合正在扩展卫星通信应用的新领域,卫星宽带多媒体业务正在兴起,将成为市场繁荣的新动力。
卫星宽带数据接入将出现重大发展。Ka频段卫星将得到发展,在未来10年,地球同步轨道上Ka频段卫星转发器的数量将增加10倍以上,总数将达到2700多台,非同步轨道上Ka频段卫星转发器的数量近400台。Internet接入和企业内部网的发展是推动宽带卫星业务迅速发展的主要因素,商用卫星业务、直播卫星业务、VSAT以及分组数据传输、专用网络通信和移动通信的应用都已取得成功,未来的宽带卫星通信系统将进一步提供一系列先进的信息服务。宽带卫星网络将提供一种运行在空中的Internet,它不同于地面网络的显著特点是用户可按需使用网络带宽,且能提供高速接入能力,它通过固定和移动终端,以兆比特以上的速率为用户提供高速话音、数据等各种新的业务。
宽带卫星通信系统通过采用最新的卫星数据广播技术,可以提供宽带数据广播业务。广播的内容可有两种,一种是数据文件广播;另一种是多媒体流式文件的广播。在向用户提供单向高速的广播服务时,可以一次将声音、图像、文字和数据文件同时发送给多个地点,如大文件的传输、公共信息的、实时MPEG图像和数据的传输、多媒体数据广播;也可根据实际需求分组播出,灵活多样的数据和视频服务可以满足用户的不同需求,可在网上购物、网上书房,远程医疗、视频点播、远程教育、站点镜像等多领域提供服务。
宽带卫星通信技术可以应用在各个领域中,如宽带智能社区建设、远程教育、银行、证券等金融行业以及大企业集团(全国、跨国)专用网建设,等等。无论是从个人,还是从商业利益的角度或者是其它方面来考虑,各国都应抓紧时机加速发展宽带卫星通信。采用全新技术设计的宽带卫星通信系统,其潜在的应用和市场需求都很大,而且随着研究的进一步深入,宽带卫星通信将在全球信息基础设施建设中发挥更大的作用,其前景是十分广阔的。
参考文献
[1]Abbas Jamalipour,Tracy Tung.The Role of Satellites in Gobal IT:Trends and Implications[J].IEEE Personal Communications,2001,6:5-11.
[2]刘剑,黄国策,宋爱民.宽带卫星通信概[J].数据通信,2003,1(1):22-24.
【关键词】电子通讯;关键技术;进展
引言
现代通信技术作为我国科技生产力的一个重要组成部分,对人们的生活的影响越来越大。为了进一步了解电子通信系统,文章对电子通信系统的概念,电子通信系统在移动通信、卫星通信中的关键技术问题进行探讨,以期进一步的对当前电子通信系统进行改善。
1.简述电子通信系统
电子通信系统融合多项科学技术,成为通信事业中的核心部分,对通信事业的进步具有一定的价值意义。通信系统主要支持日常生活、生产的信息传递,提升信息传输的效率,促使信息传输可以打破时间、地域约束,密切人们之间的联系,提高居民的生活质量。卫星和移动系统是电子通信的两大支撑,着实体现现代化的信息技术,奠定我国通信系统的基础。随着通信技术的发展,通信用户的数量越来越多,通信所能涉及的范围也随之增加,大面积融入日常生活,例如:移动通信、传媒信息等。电子通信系统更加注重技术的利用,将技术作为运行基础,同时,吸纳更多关键技术。由此可见:电子通信不仅要满足现代社会对通信的需求,还要通过不断的技术研究,提高通信系统的高效率性,促使通信系统达到可观的运行状态,很大程度上提升通信质量。
2.电子通信系统中的技术问题透视
在实际电子通信系统运行的过程中,面临诸多技术问题,以技术问题为重点分析对象,目的是提升通信效果。近几年,卫星通信和移动通信属于通信系统中的两大支撑,对其做相关技术的问题分析,如下:
2.1 卫星通信中的关键技术扫描
以卫星通信系统为例,其对通信技术的应用较为突出,属于电子通信系统的代表部分。卫星通信具备稳定传输、容量大的特点,有效提高通信质量,随着电子通信的发展,为满足用户多样化的业务,我国加强对通信技术的研究力度,但是实际卫星通信系统中,确实存在技术问题,需通过高端技术,满足通信系统的运行需要。首先是压缩技术,实现大量数据的科学压缩,不论数据属于动态还是静态,都可完成有序压缩,提升卫星通信的信息传输,保障信息在时间、频率上的时效性;第二是IP技术,提高IP在卫星系统中的定位性,达到IP运行的高效状态;第三是激光技术,此为卫星通信特有的技术,能够实现信号的远距离传输,既可以获取稳定的传输信息,还可以达到稳定的通信效果,激光技术正处于不断完善的过程,主要避免激光受外层大气的影响,延长卫星通信的信号传递,由此可见:激光技术将成为卫星通信的重点研究技术,支持卫星通信运行。
2.2 移动通信中的关键技术问题扫描
移动通信具备长期发展的历史,其与卫星通信不同,在移动通信中,存在兼容的新旧技术,重点研究新技术在移动通信中的应用。移动通信系统中,最主要的是解决信号发射与接收的问题,避免信号干扰和延时,首先构建信号接收系统,分析通信信号,使其达到分层处理的效果,促使移动信号可以全方位的接受,防止信号遗漏,因此必须借助现代化的新技术,在保障移动通信顺利处理信息的基础上,实现技术性的操作和传递。借助智能化的技术,移动通信能够快速达到准确传递的效果,在传输和接收上,都可体现防干扰。
3.电子通信系统中的关键技术解析
基于电子通信系统的运行现状,分析支持通信运行的关键技术,保障通信问题,具体分析如下:
3.1 天线技术解析
在天线技术的作用下,电子通信趋向于智能化的方向发展。天线技术通过波束算法,将波束聚集成阵列,保障天线信号的发射,达到最佳状态,构成高效率的陈列,最终削弱通信系统中的信号干扰,进而提升通信信号的强度。例如:天线技术在移动通信中的应用,着实体现信号通畅的重要性,致力于防止信号扰,同时可保障通信系统的容量空间,快速获取信号信息,实现通信移动。
3.2 OFDM技术解析
OFDM以多载波为技术对象,达到信息调制的效果。其以传统技术为基础,实行信道划分,以正交子为划分依据,抑制传输速度,例如:将速率较高的信号,分割为信号偏低的数据,然后依次融入信道中,由此可以提高信号流传输的速度。此技术可以高效率的提高信号传输,避免信号内部之间存在的干扰,既可以避开信号传递衰弱造成的通信干预,还可以有效提高电子通信信号的传输速度,满足通信系统的需要。
3.3 MIMO技术解析
MIMO技术兼容信息的输入以及输出,在移动3G通信中较为常见,而且得到广泛应用,目前,我国将MIMO技术应用在移动4G的通信建设中,并取得相应成绩、MIMO 技术作用于多个工作天线,实现无线通信,例如:MIMO在输入端口,可以保持多项独立的信息发送,不会造成多信息的相互干扰,在输出端,还可保持多项信息的独立接收。MIMO技术中充分展示电子通信系统中的关键技术,如:编码技术、分集技术等,共同支持MIMO的运行,MIMO技术主要是保障通信系统通道的强度,避免电子通信在传输过程中的衰弱,还可提高通信系统的运行空间,拓宽系统容量。
3.4 无线技术解析
基于通信软件的作用,构成无线技术,实现有序的电子通信,在达成软件协议后,促使通信处于正常的运行轨道。例如:设计符合无线技术运行的编程,代替原有通信系统中的软件,尽量取缔系统中的硬件,利用软件与编程,建设电子通信平台,运用相关的运行协议,即可达到系统通信。与其他技术相比,无线技术具备及时更新、管理便捷的特性,还可实现不同终端设备在信息方面的统一交互。目前,无线技术被充分应用到电子通信系统中,满足不同用户终端的个性需求,促使不同类型的信息,处于相同的传递空间,提升信息传递的时效性。此技术在抗干扰方面,同样具备较强的能力,还可迅速定位电子通信基站,实现快速定位。
4.结束语
目前,随着经济社会的发展,文明的进步,我国对电子通讯提出了更高的要求,同时,深化通信技术的应用。在通信技术不断更新、完善的过程中,电子通信成为我国通信事业的必须品,并且,也会对我国的经济发展产生一定的影响。
参考文献
当今卫星通信受到各国的关注和青睐,但由于受在公开的轨道上运行这一自身条件的限制,会面临电磁干扰、截获甚至被摧毁的威胁。面对可能遇到的威胁,各国纷纷提高自身卫星通信系统的抗干扰能力。美国为战略和战术两种环境下的移动用户研发了高抗干扰、高可靠性军事星系统(MILSTAR),又研发了先进极高频(AEHF)卫星通信系统。它继承了军事星的诸多特点,能够提供高安全性的、抗干扰的、不易截获的、不易探测到的通信服务,同时提供“动中通”服务[1]。
性能评估作为一项基础性工作,在系统的设计研发和使用过程中起着重要的作用。评估指标体系不仅能验证系统的合理性,也可以为研发工作提供建议和研发方向。在卫星通信系统抗干扰性能评估方面,目前尚没有一套完备而有效的指标体系。为了突出重点,主要考虑电磁干扰和摧毁这两类威胁,综合分析跳频技术、自适应调零天线技术和链路抗干扰技术等抗干扰手段在评估中的影响,引入卫星通信物理层安全的概念和性能评价指标,建立了一套有效的卫星抗干扰性能评估指标体系,为卫星通信系统抗干扰技术研究提供基础支撑。
1 抗干扰性能评估指标体系建立原则和过程
指标体系是为评估确定的层次化的准则和与方案相联系的属性集的总称[2]。指标体系中的层次是构成体系的骨骼,各个指标则是构成体系的血肉。因此在选取指标时要遵循明确性、全面性、可行性和协调性的原则,在建立指标体系时要遵循完备性、独立性、客观性、简练性、层次性、通用性和开放性的原则[3]。
在建立抗干扰性能评估指标体系的过程中,首先要对卫星通信系统面临的干扰威胁以及抗干扰手段进行分析,确定抗电磁干扰性能和抗摧毁威胁性能这两个主要指标。考虑到跳频和天线在抗干扰过程中的重要作用以及网络交换和物理层安全的影响,抗电磁干扰性能指标包括跳频抗干扰性能、Smart AGC(SMART Automatic Gain Control)抗干扰性能、天线抗干扰性能、星上处理抗干扰性能、链路抗干扰性能、网络交换抗干扰性能和物理层安全传输性能;抗摧毁威胁性能指标主要有可靠性、抗毁性和电子防御能力。在这些指标的基础上,根据其自身特点,还要确定子指标,子指标要具备清晰化、可量化的特点。
2 卫星通信系统面临的主要干扰威胁和主要抗
干扰手段
2.1 主要干扰威胁
由于卫星运行在特定的轨道和高度,因此不具备隐蔽性,这就使得卫星会面临来自各个方面各种类型的干扰。按照链路的不同,常分为上行干扰、星间干扰和下行干扰三种。就上行干扰和下行干扰而言,通常是侦查到上行信号从而干扰下行信号,或者是侦查到下行信号而去干扰上行信号。通常是对上行链路实施干扰,这是由于卫星的轨道和高度固定,易于瞄准;而对下行链路的干扰而言,由于通信终端的距离不定,有些相隔很远,这使得在干扰时需要消耗更大的功率。但是对于距离相隔很近的终端,下行干扰也是很有效的[4]。
就具体的威胁来说,主要考虑电磁干扰和摧毁两大类,下面就这两类威胁进行具体分析。
电磁干扰可以分为压制式干扰、欺骗式干扰和灵巧干扰三类。具体分类如图1所示。
压制式干扰是最。
随着抗干扰技术的发展,压制式干扰的功率将大幅度增大,加大了干扰设备的复杂度和规模。然而干扰设备的发展趋势是灵巧性、隐蔽性、便捷性等,这对干扰样式提出了更高的要求。灵巧干扰是一种新的干扰样式,主要考虑以下两个方面的“灵巧”:第一种是针对通信过程步骤中的各个特征实施干扰。常规的干扰研究只关心信号本身的特征,而忽略了通信的过程特征。然而一次完整的通信过程应包括同步引导、帧同步、训练序列等步骤,每一个步骤对准确通信均有重要作用。灵巧干扰根据通信信号的调制、传输、解调等环节特点设计干扰[6]。第二种是可以利用地基干扰机、空基干扰机、天基干扰机的组合形式对通信系统进行干扰。由于各种干扰机的特性不同,组合在一起后可以扩大干扰的频率范围,同时可以减少干扰功率。同时,针对不同的干扰目标,可通过调整干扰机的数量和位置来达到较好的干扰效果。
除了常见的电磁干扰对卫星通信的影响,本文还将分析卫星对抗摧毁的问题。在激光武器等高能武器迅速发展的今天,利用他们对卫星进行的硬摧毁也是不可忽视的一个重要方面。与电磁干扰不同的是,利用定向能武器干扰需要付出更高的代价和成本,但是效果也是电磁干扰无法媲美的。如果说电磁干扰只是导致不能接受正确的指令和不能正常工作,那么定向能武器则可以使整个系统致盲甚至是彻底摧毁。因此,在必要时,即使是要付出更多的代价,定向能武器也是更好的选择。虽然这类干扰的效果很好,但是也受到一些客观因素的限制,例如制导精度、击毁方式和技术难度等都是急需考虑的问题[7]。卫星所面临的摧毁威胁如图2所示。
2.2 主要抗干扰手段及其性能评价指标
卫星通信系统所采用的抗电磁干扰的技术手段很多,常用的有跳频技术、自适应调零天线技术、多波束天线技术、Smart AGC技术等,这些常常被用到抵抗电磁干扰威胁上。对于跳频技术而言,在面临窄带噪声、脉冲干扰这类在部分频段干扰的情况时,跳频能发挥很好的抗干扰效果,甚至有些还具有检测功能,这样就可以避开干扰频段;但是对转发式、跟踪式干扰的抵抗效果一般。如果要抵抗这些干扰,就对跳速提出了一定要求。同时,对于跳频系统自身而言,跳频带宽、跳频码长度、同步时间、跳频增益和干扰容限这几个基本的因素是衡量跳频抗干扰效果的关键[8]。
Smart AGC是一种新型的自适应卫星抗干扰技术,由于其理想的抗干扰性能,已被应用于美国军事卫星通信中[9]。在实施抗干扰的过程中,输入信干比对抗干扰效果的影响很大,因此在性能评估时要考虑这一指标。对于天线抗干扰技术而言,由于不同的天线有着不同的抗干扰特点,因此 天线的样式是一个关键的问题,在样式多变不定的情况下,天线的数量、覆盖率和绝对增益都会影响抗干扰效果。除此之外,星上处理抗干扰能力也是需要重视的方面。由于透明转发器自身的抗干扰能力限制,使得现在的星上主要采用处理转发器,其处理转发能力和信号再生能力都是衡量转发器性能的重要指标,其次还需要考虑其编码增益。另外,网络交换的抗干扰能力也影响了卫星通信抗干扰水平,主要关注的指标有服务容量、路由开销、拥塞率、路由切换时延和网络平均吞吐量。最后,链路的抗干扰能力选用干扰容限这一指标。
物理层安全传输性能是近年来提高无线通信系统抗侦测能力的一种新的技术手段。利用无线信道自身特性之间的差异性(如衰落、信号混合和噪声)和随机性,来提高合法用户之间信息传输的安全性。物理层安全性能评价目前尚没有公认的性能评价指标。目前已提出的评价指标主要有保密容量、保密速率、保密中断概率、保密区域等。
保密容量是指合法用户能够以完全保密的方式进行通信时的最大信息传输速率。保密中断概率是指系统的保密传输速率小于某一特定门限速率的概率,当保密传输速率小于此门限速率时即认为保密中断,此时发送者不应试图给合法接收者发送任何信息,即不能达到完全保密的概率。影响系统保密容量及系统中断概率的主要因素是合法用户信道的信噪比与窃听用户信道的信噪比。前者相对于后者越大,保密容量就越大,在相同的信息传输速率下,中断概率也就越小[10]。
在评价抗摧毁威胁时,不会像分析抗电磁威胁时一样从各个不同的具体的抗干扰技术出发,而是从最基本的可靠性、抗毁性和电子防御能力三个大的方面进行评价。对于可靠性,它要既能反映出卫星自身可用的时间限制,也能反映出卫星在出现故障的情况下能够正常完成任务的能力。卫星使用寿命可以体现第一项,第二项可以通过星上设备的备份情况、地面故障修复率和运控系统的冗余度体现。抗毁性是应对毁坏性电子攻击或永久性物理破坏的抵御能力,主要从网络拓扑层的冗余性设计、设备层的硬件备份和设备的可维修概率这三个方面评价。电子对抗已经是未来卫星通信过程中不容忽视的一个方面,它反映卫星通信系统的通信对抗能力,主要有抗干扰措施、处理增益和干扰容限、反欺骗能力以及电磁兼容性这几个评价指标。
3 卫星抗干扰性能评估指标体系
卫星抗干扰性能评估指标体系要对各方面的影响因素进行规整并进行层次划分。卫星抗干扰性能评估指标体系如图3所示。
由于卫星通信系统结构复杂,耗资大,在层次的考虑上要兼顾全面,将指标体系分为四层。第一层卫星是总目标层。由于卫星面临的干扰是多方面的,主要是电磁干扰和摧毁威胁两个大的方面,因此第二层是以抗电磁干扰和抗摧毁威胁这两点为子目标。第三层从十个方面对上一层进行补充,这十项指标相互协调,基本全面地满足上一层指标的要求。第四层所选取的指标是对上一层的具体化,具有可量化和清晰化的特点,可以通过这些指标对卫星的抗干扰性能进行直观的评估[11]。
该体系主要从两大干扰威胁出发进行建立。在电磁干扰部分,综合考虑了常用的抗干扰手段,包括跳频技术、Smart AGC技术、天线的选择和星上处理能力,同时考虑具体的链路和网络交换抗干扰性能及物理层安全传输性能方面,基本能够体现抗电磁干扰性能;在摧毁威胁部分,由于和电磁干扰的性质和方式都不同,因此从可靠性、抗毁性和电子防御三个大的方面进行概括,较为完整地阐述了抗干扰性能的各个方面。
4 结 语
抗干扰性能评估指标体系的建立是一个复杂的过程,本文对电磁干扰和摧毁威胁两个方面进行了具体的研究。如今的抗干扰方式也很多,对几种典型常用的抗干扰手段进行了分析,其中包含了评价物理层安全传输性能的相关指标。本文建立的卫星抗干扰性能评估指标体系可为卫星通信系统总体性能评估奠定基础。
参考文献
[1] 杨海平,胡向晖,李毅.先进极高频(AEHF)卫星[J].数字通信世界,2008(06):84?87.
[2] 郭齐胜.装备效能评估概论[M].北京:国防工业出版社,2005.
[3] 宋鹏涛,马东堂,李树峰,等.军用卫星星座效能评估指标体系研究[J].现代电子技术,2007,30(15):43?45.
[4] 徐敬,张生.对卫星通信链路干扰仿真分析[J].指挥控制与仿真,2010,32(4):82?85.
[5] 贺志强.星载雷达干扰机技术与仿真研究[D].长沙:国防科学技术大学,2011.
[6] POISEL R A. Modern communication jamming principle and techniques [M].北京:电子工业出版社,2005.
[7] 杨艺,郭静.美军定向能武器发展通览[J].国外坦克,2012(10):51?56.
[8] 张毅敏.跳频通信信号参数估计及干扰技术研究[D].西安:西安电子科技大学,2006.
[9] 谢嫫.基于SMART AGC卫星通信系统的干扰技术研究[D].西安:西安电子科技大学,2013.
采用卫星高速下载和地面反馈的外交互的工作模式,即采用卫星链路作为下行数据链路,将其他通信网络如电话拨号、局域网等作为上行数据链路,从而降低整个系统的带宽成本。用户在电脑上安装一块卫星网络PCI卡和卫星接收天线相连,所有低带宽的网络业务可以通过MODEM从电话网络上传送出去。所有高带宽的网络业务直接由卫星高速向用户提供所需服务。例如,用户在浏览互联网信息时,将网址请求信号向网络操作中心发出服务请求,网络操作中心在接到请求信号后,根据用户要求获取所需信息,再将信息上行到卫星,卫星通过高速宽带网络将信息下行到用户的接收天线,最后用户获取了网址信息。卫星宽带网络系统的终端设备主要有卫星网络PCI卡、用户端软件、卫星接收天线,价格十分便宜。
网络特点卫星宽带网络有如下优点:一是网络覆盖范围广,不受地域限制,组网迅速方便。二是传输直接绕过公众电信网络,直接通过卫星链路连接到宽带网络。三是卫星业务传递的不对称线路方案,可使ISP根据其业务需求使用所需转发器的容量,深受网络运营商的欢迎。四是经济高效。光缆建设通常要花几年的时间及几十亿美元的投资,而卫星的建设要比光缆快和经济得多。既使是点对点的宽带业务,非对称链路的卫星网络也比光纤网络经济有效。五是更适于局域网。由于短距离Internet的需求,通过卫星网络连到骨干网的局域性连接越来越多。六是可作为多信道广播业务的平台,实现互联网和多媒体的接入。
无线ATM技术ATM是有线网络宽带系统的主要技术,在卫星宽带网络系统中采用无线ATM技术(WATM)作为星座的网络协议,其中包含卫星宽带网络专用的信令协议和链路层传输协议。由于卫星转发器具有星上处理能力,因而具有透明转发器的卫星网络和有星上处理能力的卫星系统都可以与ATM网络结合使用,因此无线ATM技术是卫星宽带网络系统的关键技术之一。2.2卫星TCP/IPTCP/IP是为地面网络设计的,用于卫星信道时会出现长时延、较高的差错率、前/反向信道非对称等很多问题,需加以解决才能顺利工作。为了解决TCP/IP在卫星信道上运行的困难,可分为两类解决方法:一在协议上改进,克服卫星通信信道容量的非对称性及性能起伏,动态实现信道的有效利用。二是在卫星链路起始端设置网关(Gateway),将TCP/IP协议转换成较适合卫星信道的算法,这样可在卫星段采用与卫星链路特性匹配的传输协议,而通过TCP/IP协议网关与Internet和用户终端连接。
空间交换技术空间交换技术包括基带星上处理技术(OBP)、星上交换技术(OBS)和星上寻址技术(OBR),可以对卫星网络宽带资源进行估计、分配和自适应波束形成,是提高服务质量(QoS)的重要手段,具有较高的通信质量和频谱利用率。基带OBP的目的是提高链路的性能及有效性,降低费用或增加容量,增加容量已是现阶段的发展趋势。更重要的是,把基带OBP和OBS相结合会增加整个网络的有效性和灵活性。
卫星宽带业务的MAC层协议MAC层协议对于有效合理的利用卫星带宽资源具有重要的影响,MAC方式直接影响着更高层协议的性能以及整个系统的QoS。MAC层协议保证分处两地的通信节点有能力控制它们之间的分组交换,并有效地管理网络带宽,以充分利用资源。卫星宽带网络的MAC层协议的设计目标是实现高信道流量、低传输时延、信道稳定性、协议可实现性、信道重构性和控制算法的低复杂度。
关键词:无线通信技术;电力通信;应用
1无线通信技术的概念
在无线通信技术的实际应用过程中,摆脱了对传统通信硬件设施的使用要求,采用电磁波信号来传递信息,其主要分为微波通信和卫星通信两种。在通常的情况下,微波通信的距离比较短,只有几千米,需要依靠中继站才能进行更远距离的通信。卫星通信就属于中继通信的一种,是在传统微波通信技术之上发展起来的。
2电力通信专网建设中对无线通信网络的实际使用要求
一旦在局部区域内发生了自然灾害,传统的通信网路就会中断,只有选择使用无线通信技术,才能保证通信工作的正常开展。在传统的远距离通信过程中,经常采用的是光纤架设的方式,费用往往非常高,后期维护工作量也比较大。通过无线通信技术的应用,能够有效降低通信的成本,有效解决通信信号覆盖的问题。通过将无线通信技术引入电力通信中,能够有效提高通信的灵活性、实时性和连续性。受到各种因素的影响,我国电力通信的技术和应用水平还比较脆弱,无线通信技术的发展有效推动了配网自动化的建设。
3常用的无线通信技术介绍
数字信号传输电台。数字电台在对信息进行传递的过程中,其采用了数字调制、前向纠错等功能,其通信兼容性好、数据传输效率高、使用和维护成本低,非常适合在恶劣自然环境进行使用。数字电台由于采用了长波通信的方式,其通信的覆盖面积比较广,可以达到数十公里,甚至满足城市区域内的自由通信。随着电子技术的不断发展,设备的体积和智能化程度越来越高,其主要由数据采集器、数据终端等组成。扩频微博通信技术。该技术在实际使用过程中,其传输信息所需要的带宽要远远大于信息本身的带宽。该技术的工作原理是对信息进行扩频码调制后,再进行信息的传输,扩频码的速率要远远大于信息本身的带宽,从而达到了扩频的作用。该技术首先被用在了军事领域中,其具有多媒体通信组网、通信安全性高、系统之间相互不会产生干扰、信息的覆盖面积也相对比较大。无线网桥技术。无线网桥技术是一种综合性的技术,其将有线网桥技术和无线射频技术有机结合了起来,其采用有线通信技术来实现对信息的远距离输送,通过微波通信技术来实现局域范围内的数据通信,能够实现多个设备之间的远距离和高速通信。视频通信对通信传输速率往往有着非常严格的要求,通过无线网桥通信技术的应用,可以满足对通信的需求。如果需要进一步提高通信的速率,还可以采用扩频通信技术。卫星通信技术。卫星通信技术是利用人类发射的地球卫星作为通信中继站的,利用无线电来传递各种信息,有效实现对各中转站之间的通信。卫星通信系统通常有卫星站和地面站站组成。地面站传输的信息再被卫星接收到之后,通过信息放大处理后,再通过改变信息传输的方向,对信息进行转发。人造卫星可以分为同步卫星和非同步卫星,同步卫星和地球的自转保持同步,非同步卫星的转动周期不与地球的自转周期同步。卫星通信技术就有覆盖面积大、通信质量高、受地理环境影响较小的优点,在国内外通信中的应用比较多。但这种通信方式也存在着自身一些比较大的缺陷,其通信的成本非常高,主要是由于卫星发射成本太高所导致的,其在军事、航海和航空领域中的应用比较多,但并不适合在日常通信进行应用。但随着技术的不断发展,卫星通信的贷款和成本也在不断降低,具有非常广阔的发展前景。短波通信技术。该通信技术是利用短波进行通信的,主要是由于短波具有频率高的特点,能够有效实现对天波和地波的传播。在天播信息传输过程中,其是利用电离层进行信息传输的。环球通信可以直接利用天波进行通信,但如果天波的反射次数过多,就会对传输质量造成比较大的影响,信号传输频率波动也较大。地波传输主要用于短波的通信,其工作频率较低,但相对于天波的稳定性好。集群通信技术。该技术是最近几年才发展起来的新技术,其对频谱的利用率更高,用户容量也相对较大,抗信号衰减的能力较强。
4无线通信技术在电力通信中的应用
随着无线通信技术的不断发展,小范围内的通信已经投入运营,传统的铺设技术已经被逐渐取代,通信效率取得了非常大的进步,通信成本也不断降低,通信形式也越来越多样化。随着江苏电力无线通信技术的不断发展和成熟,其在配电自动化、用电信息采集、源网荷智能控制、充电桩信息采集等业务的应用越来越广,力度越来越大,是未来电力通信发展的重点。我们应该对电力通信无线网络建设引起足够的重视,加强在资金和技术方面的投入,让电力通信朝着多种方式融合发展的方向前进。为了让电力通信得到更平稳的发展,就应该认真做好相关体制和机制的建设,并对相关行业准则进行进一步的规范,提高对各种资源的利用率。提高对安全问题的认识程度。由于电力通信的特殊性,其对通信的安全性,往往有着非常高的要求。一旦通信的安全性无法得到保证,很容易导致各种电力事故的发生,容易让电力企业遭受非常大的经济损失,在社会上也会造成比较恶劣的影响。为了对这个问题进行有效解决,就应该根据当前复杂的网络通信环境,制定出合理有效的网络通信安全应对措施,将一些安全通信保密技术应用到实际通信过程中,保证电力通信的安全性。为了有效确保电力通信数据的安全性,应该将数据加密技术应用到数据的传输过程中。对称式加密和非对称式加密。对称式加密由于使用方便且操作难度低,在现实中的应用最多。通过对加密以及解密密钥的应用,来提高信息传送的安全性。这类加密技术非常重视对密钥的保护工作,一旦密钥被泄漏,就会直接导致信息被破解,各种信息也就会被泄漏出去。非对称式加密技术在使用、操作和管理上同对称式加密技术有非常大的不同,这种技术更加烦琐和严禁。传统的对称式加密技术需要加密和解密密钥相一致,非对称式则复杂的多,其需要公钥和私钥配合使用才可以,公钥用于公开的保管,私钥需要个人进行保管,属于一种多层加密的技术,能更进一步提高信息传输的安全性,但操作和使用却比较复杂,适合对网络安全要求比较高的地方。随着电力通信的不断发展,通信的信息规模和速度增长较快,对无线通信网络的优化提出了较高的要求。大数据分析技术在无线通信网络中的应用,应该对大数据技术的存储功能进行更加充分的利用。在对无线通信网络数据进行分析和处理的过程中,应该充分将大数据技术的存储功能应用起来,对于无线通信网络当中的大量数据进行有效的管理和存储,并在这个基础之上,做好对数据存储的虚拟化,将数据存储虚拟化作为处理移动数据的有效方法,在有效解决移动数据存在各种问题的同时,也可以有效降低网络运行的成本投入。无线通信技术中的WLAN技术。该技术又被称为WiFi技术,是无线局域网通信技术的一种,非常适合在电力通信网络建设中进行使用。通过该技术的应用,能够让传统的有线网络和无线网络结合起来,使其具有无线通信和现代无线通信的功能。该技术经过多年的发展,已经变得非常成熟,各种WiFi设备的价格也比较低,能够通过增加节点设备的方法,提高信息传输的覆盖率,信息的传输速度也非常高。但由于其通信信号传输过程中的穿透能力较差,这限制了其应用范围,不适合在建筑密集的区域内进行使用,但可以直接在建筑内部进行使用,信息传输速率也可以满足小范围内的信息传输需要,但容易出现信息被外界干扰的情况,存在一定的安全使用隐患。
电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设,已经初具规模,通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展,无线通信系统的特性发生巨大的变化。鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架,且抗自然灾害能力较强,同时具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点,非常适合弥补目前通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点,并分析其在电力系统的应用前景。
二、无线技术介绍
(一)无线通信技术的概念
目前,无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。
(二)无线通信技术的发展现状
无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术,即基于IEEE802.15的无线个域网(WPAN)、基于IEEE802.11的无线局域网(WLAN)、基于IEEE802.16的无线城域网(WMAN)及基于IEEE802.20的无线广域网(WWAN)。
总的来说,长距离无线接入技术的代表为:GSM、GPRS、3G;短距离无线接入技术的代表则包括:WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有:3.5GHz无线接入(MMDS)、本地多点分配业务(LMDS)、802.16d;移动无线接入技术主要包括:基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX;窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。
1.主流无线通信技术
从技术发展的趋势可以看出,以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有:B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术。
2.其他无线通信技术
除了上述主流的无线通信技术外,目前已存在的无线通信技术还包括:IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距离通信技术及LMDS、MMDS、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。
(1)IrDA:InfraredDataAssociation,是点对点的数据传输协议,通信距离一般在0~1m之间,传输速率最快可达16Mbps,通信介质为波长900纳米左右的近红外线。
(2)Bluetooth:Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段,使用跳频频谱扩展技术,通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。
(3)RFID:RadioFrequencyIdentification,即射频识别,俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签、解读器和天线三个基本要素组成。
(4)UWB:UltraWideband,即超宽带技术。UWB通信又被称为是无载波的基带通信,几乎是全数字通信系统,所需要的射频和微波器件很少,因此可以减小系统的复杂性,降低成本。
三、无线技术优劣分析
(一)WLAN技术分析
Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟,而且大批量生产。该技术适用于无线局域网,作为有线网络的延伸,对于特殊地点宽带应用,尽管Wi-Fi技术应用非常广泛,但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患,Wi-Fi采用的是射频(RF)技术,通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号,所以非常容易受到来自外界的攻击,黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。
(二)WiMax技术分析
WiMax是一个先进的技术,推出相对较晚,存在频率复用性小、利用率低的问题,但由于最近才完成标准化,该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看,该技术可以在较大范围内满足上网要求,覆盖可以包括室外和室内,可以进行大面积的信号覆盖,甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离,一直被业界看好,是未来移动技术的发展方向,并提供优良的最后一公里网络接入服务。
(三)WMN技术分析
WMN是正在研究中的技术,在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合,而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看,WMN这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间,在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集,并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。随着其他技术的不断更新完善,WMN更好地与之相融合、互补,从而能够扬长避短,发挥出各自的优势。
(四)3G技术分析
3G于1996年提出标准,2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验,有一成套建网的理论,包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看,目前,3G在部分地区已得到大规模的商业应用,比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段,还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。
(五)LMDS技术分析
本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接入技术,其工作频率在20GHZ以上,利用毫米波传输,可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务,是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下,距离可达8公里;但是由于受降雨的原因,距离通常限于1.5公里。其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去,在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号,在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下,实现数据双向对称高带宽无线传输。
(六)MMDS技术分析
MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响,可用频带亦不够宽,最多不超过200MHz。其次,MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK(包括BPSK、DQPSK、QPSK等)和正交幅度调制QAM调制技术,无法做到非视距传输,在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外,MMDS没有统一的国际标准,各厂家的设备存在兼容性问题。
(七)集群通信技术分析
数字集群系统具有很多优点,它的频谱利用率有很大提高,可进一步提高集群系统的用户容量;它提高了信号抗信道衰落的能力,使无线传输质量变好;由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术,所以对数字系统来说,保密性也有很大改善。数字集群移动通信系统可提供多业务服务,也就是说除数字语音信号外,还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号,因此极大地提高了集群网的服务功能。
(八)点对点微波通信技术分析
微波传输的优势主要体现在以下几个方面:第一,可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比,微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二,微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比,其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三,目前的微波产品对未来的发展是有保障的,对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来,微波传输系统将升级到全IP的平台之上,可以全面支持运营商未来的发展。
(九)卫星通信技术分析
利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户,可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下,利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案,经济又可靠。
但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台,其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金,而且通信资源为卫星通信公司所有,受其带宽的限制,使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此,作为日常生产、生活使用是极为不经济的;而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。
四、无线技术综合比较
目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求,WLAN可解决中距离的较高速数据接入,而UWB可实现近距离的超高速无线接入。
首先,从标准化程度上看,本报告所涉及的技术中,仅仅WMN技术没有成熟的标准体系,LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准,只是没有统一的国际标准,其余的技术均已经完成标准化工作,并且都进行了试验网建设和商业网建设。
从频率上看,Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段,WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。
从覆盖范围上看,Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术,仅覆盖35m~100m;WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术,覆盖范围在1km~54km不等,而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术,通常用于通信主干组网建设。
从传输速率上看,点对点微波和卫星通信属于干线传输技术,不同的情况速率变化较大,而其余的技术均为接入技术,仅仅是3G技术接入速率最小,仅为384k,而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。
从调制技术上看,其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM,其余的技术均未采用OFDM调制技术。
从天线技术上看,仅仅3G和WiMax技术采用了MIMO技术,而其他技术均未采用MIMO技术;从传输环境上看,仅仅WiMax技术和3G技术支持非视距传输,其余技术均要求视距传输环境;从网络安全和QoS机制上看,WiMax技术和3G技术在这方面做得比较优秀、完善,其余的均存在较大的问题。
关键词:无线通信;电网通信;技术分析
一、概述
电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设,已经初具规模,通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展,无线通信系统的特性发生巨大的变化。鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架,且抗自然灾害能力较强,同时具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点,非常适合弥补目前通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点,并分析其在电力系统的应用前景。
二、无线技术介绍
(一)无线通信技术的概念
目前,无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。
(二)无线通信技术的发展现状
无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术,即基于IEEE802.15的无线个域网(WPAN)、基于IEEE802.11的无线局域网(WLAN)、基于IEEE802.16的无线城域网(WMAN)及基于IEEE802.20的无线广域网(WWAN)。
总的来说,长距离无线接入技术的代表为:GSM、GPRS、3G;短距离无线接入技术的代表则包括:WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有:3.5GHz无线接入(MMDS)、本地多点分配业务(LMDS)、802.16d;移动无线接入技术主要包括:基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX;窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。
1.主流无线通信技术
从技术发展的趋势可以看出,以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有:B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术。
2.其他无线通信技术
除了上述主流的无线通信技术外,目前已存在的无线通信技术还包括:IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距离通信技术及LMDS、MMDS、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。
(1)IrDA:InfraredDataAssociation,是点对点的数据传输协议,通信距离一般在0~1m之间,传输速率最快可达16Mbps,通信介质为波长900纳米左右的近红外线。
(2)Bluetooth:Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段,使用跳频频谱扩展技术,通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。
(3)RFID:RadioFrequencyIdentification,即射频识别,俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术,通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签、解读器和天线三个基本要素组成。
(4)UWB:UltraWideband,即超宽带技术。UWB通信又被称为是无载波的基带通信,几乎是全数字通信系统,所需要的射频和微波器件很少,因此可以减小系统的复杂性,降低成本。
三、无线技术优劣分析
(一)WLAN技术分析
Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟,而且大批量生产。该技术适用于无线局域网,作为有线网络的延伸,对于特殊地点宽带应用,尽管Wi-Fi技术应用非常广泛,但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患,Wi-Fi采用的是射频(RF)技术,通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号,所以非常容易受到来自外界的攻击,黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。
(二)WiMax技术分析
WiMax是一个先进的技术,推出相对较晚,存在频率复用性小、利用率低的问题,但由于最近才完成标准化,该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看,该技术可以在较大范围内满足上网要求,覆盖可以包括室外和室内,可以进行大面积的信号覆盖,甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离,一直被业界看好,是未来移动技术的发展方向,并提供优良的最后一公里网络接入服务。
(三)WMN技术分析
WMN是正在研究中的技术,在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合,而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看,WMN这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间,在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集,并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。随着其他技术的不断更新完善,WMN更好地与之相融合、互补,从而能够扬长避短,发挥出各自的优势。
(四)3G技术分析
3G于1996年提出标准,2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验,有一成套建网的理论,包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看,目前,3G在部分地区已得到大规模的商业应用,比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段,还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。
(五)LMDS技术分析
本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接入技术,其工作频率在20GHZ以上,利用毫米波传输,可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务,是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下,距离可达8公里;但是由于受降雨的原因,距离通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去,在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号,在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下,实现数据双向对称高带宽无线传输。
(六)MMDS技术分析
MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响,可用频带亦不够宽,最多不超过200MHz。其次,MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK(包括BPSK、DQPSK、QPSK等)和正交幅度调制QAM调制技术,无法做到非视距传输,在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外,MMDS没有统一的国际标准,各厂家的设备存在兼容性问题。
(七)集群通信技术分析
数字集群系统具有很多优点,它的频谱利用率有很大提高,可进一步提高集群系统的用户容量;它提高了信号抗信道衰落的能力,使无线传输质量变好;由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术,所以对数字系统来说,保密性也有很大改善。
数字集群移动通信系统可提供多业务服务,也就是说除数字语音信号外,还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号,因此极大地提高了集群网的服务功能。
(八)点对点微波通信技术分析
微波传输的优势主要体现在以下几个方面:第一,可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比,微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二,微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比,其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三,目前的微波产品对未来的发展是有保障的,对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来,微波传输系统将升级到全IP的平台之上,可以全面支持运营商未来的发展。
(九)卫星通信技术分析
利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户,可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下,利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案,经济又可靠。
但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台,其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金,而且通信资源为卫星通信公司所有,受其带宽的限制,使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此,作为日常生产、生活使用是极为不经济的;而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。
四、无线技术综合比较
目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求,WLAN可解决中距离的较高速数据接入,而UWB可实现近距离的超高速无线接入。
首先,从标准化程度上看,本报告所涉及的技术中,仅仅WMN技术没有成熟的标准体系,LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准,只是没有统一的国际标准,其余的技术均已经完成标准化工作,并且都进行了试验网建设和商业网建设。
从频率上看,Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段,WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。
从覆盖范围上看,Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术,仅覆盖35m~100m;WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术,覆盖范围在1km~54km不等,而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术,通常用于通信主干组网建设。
从传输速率上看,点对点微波和卫星通信属于干线传输技术,不同的情况速率变化较大,而其余的技术均为接入技术,仅仅是3G技术接入速率最小,仅为384k,而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。
从调制技术上看,其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM,其余的技术均未采用OFDM调制技术。
从天线技术上看,仅仅3G和WiMax技术采用了MIMO技术,而其他技术均未采用MIMO技术;从传输环境上看,仅仅WiMax技术和3G技术支持非视距传输,其余技术均要求视距传输环境;从网络安全和QoS机制上看,WiMax技术和3G技术在这方面做得比较优秀、完善,其余的均存在较大的问题。