卫星通信远程教育研究

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1远程教育的内涵及其在我国的发展历史

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

随着信息与网络的发展以及教育终身化、人才科技化的需求，传统的课堂教学模式已经不能完全满足社会对人才的需求，现代远程教育呈现出强有力的发展势头。根据我国国情，与时俱进地发展远程教育，提高全民文化素质，是实现科教兴国战略、提高综合国力、保持经济持续稳定发展的重大举措。

作者：翟萍 单位：金陵科技学院