时间：2024-03-19 14:37:05
开篇：写作不仅是一种记录，更是一种创造，它让我们能够捕捉那些稍纵即逝的灵感，将它们永久地定格在纸上。下面是小编精心整理的12篇卫星通信缺点，希望这些内容能成为您创作过程中的良师益友，陪伴您不断探索和进步。
【关键词】卫星通信技术；应用体会；发展趋势；主要特点
近年来，随着移动通信技术发展，一些新的通信技术不断涌现，如WiMAX、LTE等，显示出了当前我国移动通信业技术水平及实力。卫星通信技术于20世纪发展并兴起，与新通信技术相比，虽然不是新发展起来的，依然具备系统容量大、通信距离远等技术优势，应用价值很大。为了进一步了解卫星通信技术，有必要分析卫星通信技术应用，加深对卫星通信技术应用的体会，为未来技术研究与发展提供有益见解。
1卫星通信技术
卫星通信技术，是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波的通信系统。卫星通信系统结构如图1所示。卫星通信技术具备覆盖范围广、通信容量大、传输质量好、组网方便迅速、便于实现全球无缝链接等优点，但是也有缺点，主要是传输时延大，通信传输及时性较低。从过去应用现状看，卫星通信技术主要应用于卫星移动、卫星遥感、卫星广播、卫星固定通讯及飞机等领域。随着智能手机发展，卫星通信技术在智能手机操作系统中有了应用，形成了以卫星通信技术为基础的卫星定位系统，实现定位、导航、测距、测速等功能，提高了智能手机操作水平。
2卫星通信技术应用体会
2.1主要困境
2.1.1传输时延大卫星通信技术的优势突出，但有一个很大的缺陷，即传输时延大，特别是在宽带通信方面。在宽带上，卫星通信及时性不能与光纤通信技术相比；在移动特性上，卫星通信不能与地面蜂窝移动系统相比。由于以上缺陷存在，受宽带限制，卫星通信技术已经难以满足高速数据业务需求，光纤通信技术渐渐取代卫星通信技术，这是现阶段卫星通信技术应用面临的主要困境。如，基于卫星通信技术建立起来的ATM网络，由于有较大的时延性，要求通信互联时能快速有效的进行转换协议，减少传输时延带来的影响。2.1.2很难保证协议转换方式最佳在卫星通信中采用宽带IP技术，应用难度是较大的，主要在于对不同的协议，卫星通信技术很难保证提供的所有转换方式都最佳。目前，宽带系统传输技术基本以ATM技术为基础，但是ATM技术难以适应卫星通信要求，不能确保准光线质量。特别是ATM技术不同于卫星通信技术，所以想要基于ATM技术建立卫星ATM通信网络难度是较大的，需要对协议及转换进行修改。2.1.3传输安全上的问题卫星通信技术发展时间不长，虽然在覆盖面、传输量等方面有较大的优势，但是与光纤通信技术等相比，其不仅有传输时延大等缺陷，在技术水平上也有一定差异，一定程度上影响了卫星传输安全。为此，应当考虑如何进一步提高卫星传输的安全性。
2.2改进对策
针对卫星通信技术应用中表现出来的问题，提出采用以下技术加以改进与调整，完善卫星通信技术。2.2.1数据压缩技术由于卫星通信技术有传输时延大缺点，为实现高速数据传输业务，可以采用数据压缩技术。数据压缩技术是一种数据处理激激技术，可以对数据进行动态、静态压缩，无论采用哪一种压缩方式，都能提高通信系统传输效率。移动通信领域，数据压缩公认标准有两个：①CCⅡT的H.26；②ISO中的静态图像压缩编码标准，可根据实际情况采用适合的数据压缩标准。2.2.2信息同步技术信息同步主要分为两大类：①连续同步；②时间驱动同步。卫星通信技术应用中，想要实现信息同步，可以采用以上两种信息同步技术，具体方法有反馈法、时间截法等。然后，按照以上方法建立协议转换方式，发展多信息流会话协议等，与当前最常用的分布式协议相适应。2.2.3智能卫星天线技术移动通信采用卫星通信技术时，需要利用卫星通信技术传输大量的多媒体信息，但是受宽带限制，传输效率不高。出于通信传输考虑，要求传输效率最低为2500MHz，一般选择Ku、Q等波段。虽然这些波段可以满足传输效率要求，然而实际传输中存在一定的雨衰现象，影响卫星功率。为改进这一问题，需要研究智能卫星天线技术，扩大波束覆盖面，利用多波束快速跳变降低雨衰现象，保证卫星功率。2.2.4宽带卫星通信技术为使宽带在卫星通信中得到很好的应用，应当积极发展宽带IP卫星通信技术。技术研究方向主要包括两个方面：①继续使用ATM协议；②完全摒弃掉ATM协议，发展新的协议。在继续使用ATM协议情况下，需对ATM协议进行改进。如，将信元和VC级业务量管理结合起来，建立可以控制各种拥塞问题的机制，加快协议转换。在完全摒弃掉ATM协议情况下，可以基于宽带IP建立新的协议，如IP保密安全协议等，建立新型的协议。2.2.5空间激光通信技术空间激光通信技术是一种以激光光波为载波的光通信技术，它以大气作为传输介质，通信传输的高效性、及时性可以光纤通信技术相媲美，且宽带、功率等方面都有极大的技术优势。此外，空间激光通信技术的波段窄、波速小，很难被截获，一定程度上提高了通信传输安全性。所以，如果将空间激光通信技术应用于卫星通信系统中，可以确保卫星通信安全可靠。
3卫星通信技术发展趋势
随着科学技术发展，卫星通信技术也在不断进步，卫星通信系统功能能力得到了大幅度提升。监管如此，与光纤通信技术等相比，技术先进性依然存在一定差异，还需持续加大技术研究投入。卫星通信技术研究有一定的风险，但是不能退缩、胆怯，要勇于科研、敢于探索，促进卫星通信技术发展。从当前及未来卫星通信技术应用需求看，今后工作中可以加大以下几个方面研究：（1）建立独立的卫星通信系统，不需要通过地面电信网，直接利用自身的独立通信网服务于民，减少对地面电信设施的依赖，可提高卫星通信传输效率。（2）加大卫星通信技术与其他行业的融合研究，扩大卫星通信技术的应用范围，充分利用卫星通信技术带动社会建设。（3）综合卫星业务。卫星通信技术广泛应用于卫星移动、卫星遥感、卫星广播等领域，这些业务系统是相互独立的，可以考虑建立综合卫星业务，并构建与之相适应的卫星通信网络。（4）移动卫星通信方面，将其与第四代移动通信技术融合应用，建立更高效、高速的的个人通信网，提高卫星通信技术在移动通信上的服务能力。
4结论
综上所述，卫星通信技术在社会生产很多领域有着应用，如卫星移动、卫星遥感、航空航海、救灾等，极大促进了社会建设与发展。面临卫星通信系统传输延时大等问题，可以采用数据压缩技术、信息同步技术、智能卫星天线技术等，解决当前卫星通信系统应用中的难题，从根本上提高卫星通信技术水平，扩大微信通信技术应用范围。
参考文献
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[4]徐明月.卫星通信技术的发展和应用[J].工程技术：引文版，2016（11）：00017.
由于环境破坏和企业过度发展，自然灾害频繁发生，对电力应急通信系统产生了较大的影响。在这种情况下，应急保护与处理中的通信畅通、预警及时、灾中通信正常以及灾后恢复工作等问题成为电力通信企业迫切需要解决的关键问题。然而，目前的通信技术大多依靠基础设施来完成信息的相互传递。灾后信息是否有效，充满了不确定性，而且不能解决当前电力通信企业面临的问题。此外，传统通信的传输效率低，延时长，将导致灾难的进一步扩大。
1.完善应急处置体系
自然灾害的频繁发生对电力应急通信系统产生了很大的影响，在电力通信企业的发展过程中，卫星通信技术的合理应用对电力应急通信的发展非常重要。因此，在分析卫星通信技术在电力应急通信中的应用思路时，电力通信企业首先要奋起拼搏。应用前，电力通信企业应合理完善自身应急能力体系和人员管理体系。电力通信企业在实际运行过程中，首先要完善自身应急处理体系，完善和规范应急通信技术，通过培训示范和运行标准制定，提高电力通信的质量和效率；其次，合理设计管理系统，以当前电力应急通信系统中存在的热点和难点问题为出发点，完善电力应急系统中的不足之处，从而促进电力应急行业的发展；最后，在电力应急通信人员管理制度方面，针对目前电力应急通信人员缺乏组织性和纪律性的现状，可以加强电力应急通信人员管理制度的约束力。通过制定批评教育、罚款、警告、解雇等惩罚制度，对表现较好的人员给予奖励，充分发挥表率作用，提高员工工作积极性。
2.选择合适的卫星通信技术
我们都知道，卫星通信技术有很多种，包括VSAT卫星通信传输技术、MFTDMA卫星通信传输技术和SCPC/DAMA卫星通信传输技术，每一种都有自己的优缺点。因此，在分析卫星通信技术在电力应急通信中的应用思路时，除了完善自身应急处理体系外，选择合适的卫星通信技术，从而提高电力应急卫星技术应用的合理性，促进电力应急通信产业的发展。例如，在分析卫星通信技术在电力应急通信中的应用思路时，可以通过选择合适的卫星通信技术来增强应用方案的科学合理性，从而提高电力应急通信系统的水平和能力。在选择合适的卫星通信技术时，要分析卫星通信技术在电力应急通信中的应用思路，首先要了解目前广泛应用的卫星通信传输技术。在了解的时候，不仅要了解卫星通信技术的参数，还要全面、仔细地了解和梳理其成本投入、灵活性、工作性能和可扩展性；其次，结合电力应急通信的具体需求，通过比较和讨论，选择合适的卫星通信技术，如SCPC/DAMA，其使用成本低，扩展性强，发展前景好，灵活性高。在保证电力应急通信正常进行的基础上，降低了成本投入，增强了电力应急卫星通信技术的扩展性和灵活性。
3.科学设计应用方案
在分析电力应急通信中的应用思路时，科学合理地设计应用方案非常重要。在完善应急处理体系，选择适合自身的卫星通信技术后，有必要根据本地区的特点和实际情况，分析卫星通信技术的应用方案，从而提高应用方案的科学合理性。例如，在应用卫星通信技术时，电力应急通信企业可以利用物联网与下级任何站进行连接。电力应急通信企业在设置上下级分布时，应参考区域内地形、灾害发生情况、人口密度等信息进行合理分布。例如，在人口密集的地区，较低的站之间差距可以稍微加大。在保证信息准确分布的同时，可以减少低层站的数量。在灾害易发地区，可作为主站，与主站建立相互通道。加强对灾害易发地区的监测，避免更大的损失。此外，在应用方案设计中，应根据不同的需求和业务内容，合理设置卫星信息频道的链路权限。例如，主站具有一级权限，包括通信断开和链接、频繁查看通信内容等最高权限，而主站和下级站具有二级权限，主要包括信息传输、信息查看、信息录入等。在长期的发展过程中，我国的卫星通信技术不仅取得了很大的进步，而且在整个通信领域中也变得越来越重要。卫星通信技术自身特性使其流畅性和稳定性不受通信位置和环境的影响，因此，将卫星通信技术合理应用于电力应急通信中，不仅可以有效解决目前电力通信企业面临的问题，还可以提高电力应急通信的稳定性和实时性。
作者:王喜 汤善东 单位:南京控维通信科技有限公司
1)通信覆盖区域大，通信距离远：地球同步轨道(GEO)卫星距地面高度35860km，只需一个卫星中继转发，就能实现1万多公里的远距离通信;每一颗卫星可覆盖全球表面的42.4%，用3颗GEO卫星就可以覆盖除两极祎度76°以上地区以外的全球表面及临地空间。
2)可将其广播性与各种多址连接技术相结合构成庞大的通信网：在一颗卫星所覆盖的区域内，不必依赖显式的交换，只需利用卫星中继传输和多址/复用技术就能构成拥有许多地面用户的大型通信网。
3)机动灵活：卫星通信的建立不受地理条件的限制，无论是大城市还是边远山区、岛屿，随地可建;通信终端也可由飞机、汽车、舰船搭载，甚至个人随身携带;建站迅速，组网灵活。
4)通信频带宽、通信容量大：卫星通信信道处于微波频率范围，频率资源相当丰富，并可不断发展。
5)信道质量好、传输性能稳定：卫星通信链路一般都是自由空间传播的视距通信，传输损耗很稳定而可准确预算，多径效应一般都可忽略不计，除非是采用很低増益天线的移动通信或个人通信终端。
6)通信设备的成本不随通信距离増加而増加，因而特别适于远距离以及人类活动稀少地区的通信。
卫星通信也存在一些缺点和一些应该而且可以逐步改进的方面，这主要有以下几点。
1)卫星发射和星上通信载荷的成本高：星上元器件必须采用抗强辐射的宇航级器件，而且LEO、GEO卫星的寿命一般分别只有8年、15年左右。
2)卫星链路传输衰减很大：这就要求地面和星上的通信设备具有大功率发射机、高灵敏度接收机和高増益天线。
3)卫星链路传输时延大：GEO卫星与地面之间往返传输时间为239~278ms;在基于中心站的星形网系统中，小站之间进行话音通信必须经双跳链路，那么传输时延达到0.5s,对话过程就会感到不顺畅，而且如果没有良好的回音抑制措施，就会因二-四线制转换引起的回波干扰而使话音质量显著下降。
基于卫星通信的特点及其重要作用，本文将从卫星通信的可用频率资源、卫星平台、主要关键技术、典型的卫星通信系统、卫星通信应用和产业化发展等方面进行介绍，综述发展现状，展望发展前景。
2通信卫星平台与信道资源的发展
2.1卫星通信的频率资源
早期GEO卫星转发器主要是C和Ku频段，各有500MHz带宽，其上行分别位于6GHz、14GHz附近，下行分别位于4GHz、12GHz附近;每个转发器的带宽有33MHz、36MHz、54MHz等;Ku后来扩展到800MHz。最近十几年Ka频段2GHz带宽得到了广泛应用，上行、下行分别位于20GHz、30GHz附近。此外还有UHF、L和S频段各有15〜30MHz的带宽可用于卫星移动通信，分别位于0.4GHz、1.6GHz、
2GHz左右。目前，正在开发40~60GHz的EHF频段。各频段的可用频带不一定连成一片，具体的频带划分参见文献[4]。采用天线正交极化、多波束卫星天线、低轨道卫星群等技术，可使上述频率重复使用许多次，可用频率资源扩大许多倍。此外采用空间激光通信技术扩展信道资源，特别是星际激光通信链路，其容量可与光纤通信相比拟，而抗干扰抗截获能力更强。
2.2通信卫星平台的发展
卫星平台技术是推动卫星通信应用和増强市场竞争力的重要因素。目前，世界上最大的通信卫星平台重达7吨、太阳能电池功率达30kW，例如美国Loral公司LS20.20卫星平台，发射质量5〜7吨，电源功率17〜30kW，可支持150个转发器，2012年发射SES-4卫星所用该公司LS-1300平台，功率达20kW。我国自主研制的最大平台是东方红4号平台，重5150kg、太阳能电池功率为10.5kW，处于实验阶段的东5平台规模更大，但与当前国际先进水平仍存在差距。
3卫星通信相关技术及其发展现状与前景3.1调制解调技术卫星通信中最常用的调制方式是QPSK、OQPSK和n/4DQPSK等，近年来，高速数据传输的需求与转发器资源紧缺推动了8PSK、16APSK、16QAM等高阶调制方式的研究与应用。其中APSK调制因其星座中所含幅度和相位信息是变量可分离的，可以采用简单的预失真法进行幅度非线性矫正而不影响相位特性，使之在透明转发这种高阶调制信号时的功率效率不明显降低[5,6]。因此，APSK调制在卫星电视广播中得到应用，在卫星宽带移动通信中也有很好的应用前景。
格形编码调制(TCM,trelliscodingmodulation)在原理上是一种很好的体制[5];它将信道编码与调制融合在一起，因而几乎不付出频带效率和功率效率降低的代价，就能获得5dB左右的编码増益。TCM调制用于卫星通信的国际标准早己经形成，但因其译码复杂度较高，而且不大便于再级联外码以进一步降低误码率[7,8]，因此应用并不广泛。
遥感数据传输和大容量宽带卫星通信中对于高速调制解调技术有迫切需求，目前我国基于FPGA并行实现的高速调制解调己达到1.5Gbit/s，己接近国际先进水平[9]。这个速率基本上能满足通信卫星馈送链路高速数据传输的要求。正交频分复用(OFDM)技术作为一种多载波调制方式，由于其抗多径衰落能力强而在地面蜂窝网第四代(4G)、第五代(5G)移动通信中成为不可或缺的技术[10]，因此人们一直想将其广泛应用于卫星移动通信中。值得注意的是，OFDM本来是不大适于卫星下行链路这种功率严重受限的场合，因为其峰平功率比(PAPR)高，在功放非线性条件下容易产生多载波互调干扰而使链路特性变差。虽己研究出多种方法来克服这个缺点，但没有一种办法是不需付出巨大代价就能完全解决这个问题的[11,12]，不是频带效率显著降低，就是计算复杂度很高。
但是，确有一些卫星通信或广播系统的下行链路采用了OFDM体制。IPSTAR-I在60MHz带宽下行链路中采用层叠在OFDM上的TDM技术[13]，其目的是为了扩大复接信号的路数，而非抗多径衰落;因为其Ku频段小站天线口径为0.75〜1.8m，波束主瓣只有1。〜2.3。，周围环境的反射波很难进入天线主瓣，因而多径效应可忽略不计。我们应当看到如此应用OFDM技术，会使其链路信噪比产生明显损失。
对于基于多波束天线的GEO或LEO卫星宽带移动通信或广播系统而言，因其多径衰落非常严重，目前下行链路不得不采用OFDM体制。其移动式终端的天线増益很低，例如，L或S频段天线的増益一般只有2〜3dB，这种半球波束天线可接收到的多径信号分量多，多径衰落非常严重，采用OFDM技术有其合理性。事实上在卫星与地面基站相结合的移动数字电视广播系统中己成功应用OFDM[14]，并己形成了国际标准和我国国家标准[15,16]。
然而卫星下行链路功率受限问题远比地面移动通信基站严重，驱动多波束卫星天线的功放非线性问题更加严重。加之OFDM系统抗多径衰落效益的发挥有赖于信道信息反馈，而卫星链路时延大，不能及时利用信道信息反馈对各子信道的信息速率和发射功率进行自适应调整。总之，卫星下行链路采用OFDM体制只是当前的无奈之举，而非理想的选择，我们很有必要探索出一种新的传输方式来取代它，因为其中约有30%左右的频带效率和10dB左右的链路信噪比増益的潜力是有可能挖掘出来的。
3.2纠错编码技术
各种通信业务信息传输的误比特率(BER,biterrorrate)都有最高限度要求，例如：声码话BER为10—3,视频通信BER为10—4,一般数据通信BER为10—6或10—7，无特殊措施的ATM(asyschronioustransfermode)或IP(Internetprotocol)数据传输BER为10—10,深空通信中某些数据传输BER为10—14。当然一般系统不会设计为在传输和解调后所得数据的BER就能达到上述要求，因为这需要很高的链路信噪比，严重浪费发射功率。而采用纠错编码(即信道编码)技术与调制相结合，只需付出很小的频带效率代价就能使BER降低若干个数量级。相应地达到指定BER要求的链路信噪比就可降低几dB，甚至十几dB，也就是可获得相应的编码増益。
在卫星通信的前期发展中，使用最为广泛的信道编码是由卷积码作为内码、RS码作为外码的串行级联码。这是因为卷积码实现简单、译码门限较低，而RS码的译码复杂度低，在输入信息误码率较高时能获得较高的编码増益，例如，3/4卷积码与RS编码级联情况下在达到&E^=10—7时可获得5.2dB编码増益。
并行级联形式的Turbo码[17]和低密度奇偶效验码(LDPC)[18]是目前2种最先进的信道编码算法，自90年展起来并推广应用之后，很快在地面移动通信等场合得到了很好应用。两者均有2个突出特点：一是都结合了比特交织技术，能有效地纠正突发错误，而多径衰落信道等场合正是容易出现突发性错误;其二是它们的译码门限比卷积码更低，而且能在较高的码率下获得较大的编码増益。这就是说，它们能使整个系统的传输特性以较高的频带效率和功率效率逼近香农容量限。例如，对于QPSK调制采用码率为0.793的Turbo码在BER达到10—7时，比采用RS、卷积码串行级联码的编码増益高1.6dB„IPSTAR-1系统的前向链路采用Turbo码Inmarsat系统也将Turbo码作为高速数据传输系统的核心技术。
与Turbo码相比，LDPC码具有编解码简单、码长可以较短、编译码效果更易逼近香农限，因而已成为当前卫星通信中信道编码的首选，特别是宽带移动通信。例如，对于BPSK调制采用1/2码率、107块长的LDPC码在BER达到10—6时所需私/外值为0.04dB，己非常逼近频带效率为1bit/s/Hz时的香农限0dB[20]。目前，己用FPGA实现的LDPC编译码器，最高信息速率可达到10Gbit/s[2U2]，可满足高速调制解调的需求。
对于大尺度衰落信道，例如，存在降雨衰落情况下的Ka频段信道，采用自适应编码调制(ACM,adaptivecodingmodulation)可使信道传输效率最大化[23,24]。发送端在保持发送的符号速率和功率不变的情况下，根据接收方反馈回来的私/_队估值，自动选择最佳的调制方式和编码码率进行发送，可以高效地将链路余量，例如，Ka频段的雨衰余量，转化为数据传输吞吐量，同时也可避免了偶然出现的干扰对链路造成的绝对中断。目前市场上己有支持ACM功能的产品。
3.3扩频通信技术
卫星通信信道开放性的特点带来的隐蔽性差、抗干扰能力弱等缺点，可采用扩频技术克服，因此扩频通信主要用于隐蔽通信和抗干扰军事通信。扩频主要有直接序列扩频(DSSS，directsequencespectrumpreading)、跳变频率(FH,frequencyhopping)、跳变时间和线性调频等4种基本工作方式。这里主要介绍DSSS和FH。
DSSS系统中每个符号用一个长度为#的伪随机序列表示，可使其信号的频带扩展#倍，接收端采用同样的序列进行相关接收解扩，因而可使解扩之后的信噪比提高到解扩之前的#倍，即可获得#倍的解扩处理増益。#可以很大，例如，GPS中P码信号的扩频倍数#=204600，即具有53dB的处理増益。因此它可以在接收信号信干噪比很低的条件下进行通信，可使通信信号具有很强的隐蔽性，并使系统具有很高的干扰容限，例如，允许信干比达50dB。如果在接收端解扩之前配合某种自适应信号处理算法，例如，自适应陷波、幅度非线性处理或自适应空间陷波等，还可使系统的干扰容限再提升30〜40dB。
基于DSSS利用GEO卫星透明转发器可构成隐蔽性很强的重叠通信系统[26]，将功率谱密度极低的DSSS信号重叠在其他正在进行通信的强信号之上进行较低比特率的通信，则信号具有高度的隐蔽性。
跳频(FH)通信中，发送端将调制信号的载波频率在很宽的频率范围中按照某种秘密约定的跳频图案进行跳变，接收端采用同样跳变的本地振荡进行正交下变频，变回为零中频信号再进行基带解调、符号判决和译码。因此FH比DSSS更容易将信号频谱扩展到更宽的频率范围，可获得更高的处理増益。只要跳频范围足够宽、跳速足够快，再配合卫星多波束天线技术从空间躲避可能的干扰，通信的安全性就有充分的保障。我国已实现的FH系统跳频范围可达2GHz，跳速达上万跳/秒[27]，接近国际先进水平。总之，目前卫星通信抗干扰技术已比较成熟，在军事通信中发挥了重要作用。当然，通信对抗双方没有绝对的赢家，只是在一定的条件下有一方取胜。
3.4阵列天线技术与卫星蜂窝网技术
1)阵列天线技术
由于卫星链路传播衰减很大，例如，GEO卫星C、Ku、Ka频段链路的衰减都在200dB左右，需要采用高増益天线，因而天线的尺寸和成本往往成为推广应用的重要障碍。早期是采用VSAT(verysmallapertureterminal)技术来缓解这个问题，即由一个大型中心站与大量的小口径天线终端站一起构成一个星形网。利用中心站天线増益很高、EIRP(equivalentisotropicradiatedpower)值很大的优势，来弥补小站因天线口径小、増益低而使链路预算不足的弱点。后来通过开发更高频段的转发器、増大转发器的发射功率以及采用多波束卫星天线技术提高星上转发器的接收灵敏度和EIRP，更加有效地实现了终端的小型化，天线的尺寸和成本似乎不再是明显的障碍，VSAT的概念也逐渐淡化了。但目前基于GEO卫星Ku频段透明转发器的宽带移动通信，其“动中通”天线的成本仍然很高，相当于通信终端其余部分总成本的6〜10倍。这种天线通常都是采用线阵形式多个阵元实现水平方向跟踪，而采用机械装置实现垂直方向的跟踪。星上采用阵列天线技术形成点波束天线或蜂窝状的多波束天线(MBA,multiplebeamantenna)，可大大提高天线的増益，还实现了频率多次重复利用。卫星MBA主要有3种实现方式，即反射面式、透射式和相控阵形式。
反射面MBA由一个或2个反射面和几个独立馈源组成，通过馈源照射到反射面形成多波束。反射面MBA具有结构简单、质量轻和可靠性高等优点而最先得到广泛应用，如Odyssey卫星[28]和日本的ETS-VI卫星[29]。ETS-VI卫星的MBA有2种镜面，20GHz的Ka频段和S频段共用3.5m直径反射镜，30GHz的Ka频段和C频段共用2.5m直径反射镜，实现了13个Ka频段波束覆盖日本大地、C频段单波束覆盖日本中部和5个S频段的波束覆盖200海里海域。
相控阵MBA由天线阵、馈电网络及波束形成控制器等组成，通过相移网络调节阵元的激励幅度、相位实现辐射波束指向的改变。相控阵MBA具有损耗低、动态扫描角度大的优点，便于形成蜂窝状MBA。透射式MBA通过网络对辐射阵移相，在覆盖区形成相对固定的波束，波束对辐射阵不扫描但可校正及微调，更适于星体体积和质量较小场合的应用。例如全球星(Globalstar)系统和铱(Iridium)系统
中MBA就是采用直接辐射阵列形式、基于模拟射频移相法形成多波束，不同的是前者使用功分器[30]，后者使用Butler矩阵。
【关键词】 卫星通信 应急保障 系统组网 业务应用
一、引言
电力是直接关系国计民生的重要基础行业，电力通信网承载着电网调度自动化、市场化运营、信息化管理等多种重要业务，对电网发展有着重要作用。随着地球环境变化和电网规模扩大，遇到突况如地震、冰冻、洪涝等重大自然灾害时，电力设施、通信网络往往遭受到严重破坏甚至毁坏，致使电力生产瘫痪。这时需要建立一种应急通信平台，实时传递现场信息，为后方指挥调度提供安全、可靠、准确的通信保障，从而快速恢复电力生产业务，保证生活、生产上用电。
卫星通信对外部环境依赖性小，具有覆盖面积广、通信距离远、部署机动灵活、不易受地质灾害影响等特点，特别适合于应急、救援通信，成为电力系统应急保障的首要选择。
二、应急卫星通信系统
卫星通信是以人造地球卫星为中继站，使地球上各个通信站之间实现通信，可实现点对点、点对多点（星状网）、多点对多点（网状网）通信。
针对应急事件的突发性、影响程度不确定性等情况，卫星通信由于自身特点，作为应急保障使用在消除通信孤岛方面有着重要的作用。
（1）系统结构灵活，反应迅速。仅需通过卫星建立链路，即可在覆盖区实现任意两点间通信，且满足各种装载平台（船载、车载、单兵背负）的快速部署，自身保障能力强。
（2）独立成网，稳定可靠。卫星通信传输环节少，能在各种恶劣环境下高效运行工作，获得高质量的通信信号。
（3）支持多种业务传输，包括话音、数据、图像等，满足指挥调度、数据及视频采集、信息等各环节的需求。
根据应急通信的特点，一套完备的卫星应急通信系统应具有语音通信、数据通信、图像通信、图像采编及显示、电视会议、网络监控与管理等功能，图1为典型的卫星应急通信系统示意图。
在图1中，系统由一个地面站（主站）、一辆静中通、二辆动中通、两套便携站（包括单兵系统）、一辆指挥车组成。通过卫星链路传输平台，可快速实现现场灾情的应急保障，系统主要实现功能如下：（1）应急通信指挥车是一个功能完备的移动指挥中心，能够实现通信保障、指挥调度，图像采集传输等功能，在紧急突发事件现场保障通信指挥任务。（2）小型应急通信车应用于突发事件的应急处理、重大活动的通信保障、施工现场的通信支持。（3）便携站与单兵背负系统之间可实现单向视频、双向语音传输。单兵图传、数字集群等多种通信手段优势互补，使得以通信车为现场指挥中心的有效通信覆盖面积大幅增加。（4）采用动中通卫星通信天线，满足车辆无论在行驶中还是到达应急现场的任何时刻都能保持与后方指挥中心的通信畅通。（5）采用基于卫星通信的视频会议系统，通信车随时随地都可以和前方、后方建立视频会议，便于即时指挥。（6）基于北斗导航、定位、短报文功能的人员、车辆定位跟踪监控系统，使指挥人员随时掌握动态车辆位置和抢险人员分布情况。
目前普遍采用的VSAT卫星通信系统由主站、小站和卫星组成，主站使用大型天线，常用的Ku波段天线直径为1.2-8m，小站如便携站天线直径为0.3-2.4m。VSAT系统可以支持星状、网状等灵活组网，支持点对点或点对多点的通信功能，能够实现语音、视频、数据的双向传输。
三、应急通信在新疆电力中的应用
3.1 新疆电力应急通信组网需求
随着电网的发展，新疆电力通信网承载的业务逐年增多，目前已形成南、北疆分地域组网，卫星通信作为电力通信网的一部分，在新疆特殊的环境下，应急组网有着特别的需求：
（1）应急反应速度快。新疆地域辽阔，疆内各变电站通信站多处于戈壁或是自然环恶劣的地理位置，且相距较远，一旦发生严重的自然灾害（比如暴风雪、狂风沙等），有线电力通信网络中断或通信设备损害，灾区在一定程度上属于孤城的状态。所以建立快速的应急反应系统，在最短的时间对现场信息的实时采集、发送、反馈给指挥中心，将损失降到最低。（2）组网规模大，系统兼容性好。新疆地广人稀，为满足覆盖公司本部、13个地州及全疆各县级供电公司的应急需求，一次性建成应急网络不仅成本高，而且对运维人员要求高，难以实现。所以采取分阶段建设，优先对城区、重点区域进行覆盖，满足应急需求；后期系统扩容需考虑设备的兼容性和系统的统一管理，保证在现有网络基础上易于升级改造，做到维护简单，节约成本。（3）应急保障可靠性高。新疆地处高纬度，远离海洋，气温变化大，特别是冬、夏的极端天气不断地考验着新疆电力通信网的承载能力，对通信设备在恶劣天气下的可靠工作要求高。
3.2 应急通信业务应用
目前，新疆电力应急通信已完成主站系统建设，并配置1辆静中通通信车和2套便携站，通过亚洲四号卫星建立通道，链路租用带宽为2Mb/s、上下行共享。实际业务应用如下：（1）电话业务。车载站与便携站均配备有IAD设备，该设备提供了4个FXO接口以及4个FXS接口，可以通过交换机-FXO-FXS-电话机的方式进行用户线路的延伸，将远端应急现场的话机连接到公司总部行政交换机。在图2中，将车载站上电话机连接到其IAD设备的FXS口，并将便携站的IAD设备FXO用电缆连接本部大楼的行政交换机音频配线架上，并对两站的IAD设备做相应的配置，使相应的FXO、FXS之间一一对应（热线模式），这样相当与将远端电话直接接入了公司的电话交换机，可以直拨系统内电话，其原理类似于通过PCM设备所做的调度电话远程接入。（2）数据业务。将便携站的交换机和路由器通过网线与大楼内的楼层交换机进行连接，当两站之间建立起卫星信道后，车载站的数据终端通过主站交换机和路由器等设备接入公司的信息内网。同时，管理人员需要对车载站的数据网络地址进行统一规划，针对卫星网络与公司内网数据通信需要进行隔离，需在无线机房相应的路由器侧增加保密设备即可接入公司内网。（3）电视会议业务。车载站、卫星主站均需配置高清晰的H.323的视频会议终端和摄像头、MIC等设备，在IP网络连接已经建立的条件下，可以与其他H.323标准的MCU或视频会议终端建立连接，举行电视会议。在公司的应急指挥中心内配置相应的H.323 MCU和视频会议终端设备，即可实现与应急现场的视频会议通信。
3.3现有系统存在的问题及解决方案
新疆电力应急通信系统租用2M卫星链路，上、下行分配带宽各为1M，车载站采用的视频会议终端为Polytom 550，受于设备性能和带宽限制，车载系统与主站之间只能传输1路图像，远不能满足应急需求。鉴于后期扩容要求同时传输多路图像，解决方案有三种：
（1）方案一：增加前端图像合成设备
①方案优点：能将多路图像合成到一个画面中，在指挥中心大屏上可以同时显现。②方案缺点：图像解调只能是多路图像在一个画面中，不能够分离出单路图像。
（2）方案二：增加视频会议终端数量
①方案优点：在保证卫星上行带宽够用的情况下，增加视频会议终端数量，可以独立的将视频画面回传至主站。②方案缺点：增加视频会议终端需要增加相应配套的设备，如视频切换矩阵等。
（3）方案三：替换现有视频会议终端，改用多路视频编解码服务器，这样主站也需要配套更换设备。
（4）方案比较：为了全方位、多方面了解现场灾情，现场应急保障配置需要多个不同的信号源接入，方案三替换现有设备，后期接入与原系统设备不兼容，维护成本较高，不建议采用；方案一只需增加合成设备，对现有车载系统改造影响小，且投资成本低，能够满足基本需求，建议选择；但在考虑到成本资金充裕、扩容升级简单方便的情况下建议选择方案二。
四、结束语
卫星通信具有组网灵活快捷、无缝隙覆盖能力强、对距离不敏感等特点，其在抵抗地震、洪水等自然灾害方面比光缆、微波等具有更高的可靠性；未来随着电力通信业务需求增大，基于卫星通信宽带化、与其他通信网络（如信息内网、互联网）互联互通，实现业务综合化、接入手段多元化，建立多模式的通信保障指挥系统成为发展趋势。
参 考 文 献
[1]陈兆海.应急通信系统[M].电子工业出版社，2012.
关键词：机载卫星通信系统；海事卫星系统；铱星系统；海事系统；甚高频；点波束；Inmarsat；ACARS
中图分类号：TN927
文献标识码：A
文章编号：1009-2374（2012）23-0014-02
1 概述
目前的航空通信系统主要依赖高频与甚高频，其通信手段存在以下主要问题：
（1）甚高频通信主要是视距传播，通信范围只限于视距范围之内，通信距离受到很大限制，远远不能满足大型客机远程信息传输的需要。
（2）高频通信虽然可以做到超视距传输，但是受电离层不稳定因素影响很大，不能提供稳定的通信链路，可靠性差。
（3）高频和甚高频的频谱资源限制性较大，影响无线通信能力的增强。
利用卫星通信系统可克服以上缺点，在飞机与地面之间为机组人员和乘客提供话音和数据通信业务，可增强空中通信和航空管制能力。总体来说，卫星通信系统有如下的优势：
（1）通信距离远，覆盖面广，不受山区、沙漠和海洋等地理因素的限制，具有其他常规通信手段无法替代的作用，卫星通信在世界上绝大多数地区内可用于空中交通服务、航务管理、航空公司行政管理和航空旅客通信等。
（2）可以提供较高的数据传输速率。
（3）可快速部署，建设周期短。
（4）符合未来新航行系统的发展方向（星基的通信、导航、监视/空中交通管理）。
因此，卫星通信系统以其覆盖范围广、通信距离远、通信容量大、传输质量高、机动性好等其他通信系统无法比拟的优点而成为各型大型客机进行远程信息传输的最佳手段。
2 海事卫星系统介绍
海事卫星通信系统是用于海上救援的无线电联络通信卫星。随着第四代海事卫星发展，其技术能力有了显著提高，业务范围也不断扩大，目前已成为集全球海上常规通讯、陆地应急遇险、航空安全通信、特殊与战备通信一体的高科技通信卫星系统。第四代海事卫星系统由亚太区域卫星、欧非区域卫星和美洲区域卫星三颗星组成，位于赤道上空36000公里的静止同步轨道卫星，实现了全球覆盖（南北两极除外）的卫星网络。
3 海事卫星系统构成
海事卫星系统由船站、岸站、网络协调站和卫星组成。下面简要介绍各部分的工作特点：
（1）卫星分布在大西洋、印度洋和太平洋上空的3颗卫星覆盖了几乎整个地球，并使三大洋的任何点都能接入卫星，岸站的工作仰角在5°以上。
（2）岸站（CES）是指设在海岸附近的地球站，归各国主管部门所有，并归他们经营。它既是卫星系统与地面系统的接口，又是一个控制和接入中心。
（3）网络协调站（NCS）是整个系统的一个组成部分。每一个海域设一个网路协调站，它也是双频段工作。
（4）船站（SES）是设在船上的地球站。在海事卫星系统中它必须满足：一是船站天线满足稳定度的要求，它必须排除船身移位以及船身的侧滚、纵滚和偏航的影响而跟踪卫星；二是船站必须设计得小而轻，使其不至于影响船的稳定性，同时又要设计得有足够带宽，能提供各种通信业务。
4 铱星系统介绍
铱星系统由79颗低轨道卫星组成（其中13颗为备份用星），66颗低轨卫星分布在6个极平面上，每个平面分别有1个在轨备用星。在极平面上的11颗工作卫星，就像电话网络中的各个节点一样，进行数据交换。备用星随时待命，准备替换由于各种原因不能工作的卫星，保证每个平面至少有1颗卫星覆盖地球。卫星在780公里的高空以27000公里/
小时的速度绕地球旋转，100分钟左右绕地球一圈。每颗卫星与其他4颗卫星交叉链接，2个在同一个轨道面，2个在临近的轨道面。
5 铱星系统构成
铱星系统的通信传播方式首先是空中星与星之间的传播，之后是空地和陆地的传播，所以不存在覆盖盲区，且系统不依赖于任何其他的通信系统进行话音通信服务，而仅通过星星、星地间的信息传输实现端到端的话音通信，是目前唯一真正实现全球通信覆盖的卫星通信系统。
铱星电话全球卫星服务使您无论在偏远地区或地面有线、无线网络受限制的地区都可以进行通话。
铱星系统的地面网络包括：系统控制部分和关口站。系统控制部分是铱星系统管理中心，它负责系统的运营、业务的提供，并将卫星的运动轨迹数据提供给关口站。系统控制部分包括4个自动跟踪遥感装置和控制节点、通信网络控制、卫星网络控制中心。关口站的作用是连接地面网络系统与铱星系统，并对铱星系统的业务进行管理。
6 铱星系统和海事卫星系统的比较
铱星系统和海事卫星系统的比较结果见表1：
表1 铱星系统和海事卫星系统的比较结果
铱星 海事卫星
数量 66颗（外加13颗备用） 14～15颗
轨道 纵向低轨（770公里） 同步高轨
覆盖 全球无缝隙（极对极） 南北纬80度以内
频率 1616～1626MHz 1525～1660MHz
话音质量 接近于有线电话 延时较大
陆地基站 不依赖于陆基的星际传播 依赖陆基
通话资费 20～25人民币/分钟 约7美元/分钟
接通率 97.70% 92%
机载设备重量 7kg 20kg
机载设备投资 约120万人民币 约300万人民币
设备供货周期 1～2个月 8个月（波音参考）
数据带宽 2.4K 2.4K
国内频率许可 航空频率 应急频率
适航取证 VSTC、SB覆盖多机型 无VSTC
另外，铱星通信链路不依赖地面基站的星星传输：铱星特有的星际传播，使其在通信上完全摆脱了对地面基站的依赖。而海事通信链路则依赖地面基站的畅通。
7 铱星的优势
通过以上比较，我们可以得知铱星系统有如下
优势：
（1）6个纵向轨道决定了极地信号的充分覆盖；由于每颗铱星都经过两极，因此越靠近两极，信号越强，通话质量越好；极地通信接通率99.95%，掉线率0.01%。
（2）充分解决了海事卫星、ACARS在极地不覆盖无法通信的不足，是海事卫星及ACARS通信的完美补充。
所以，综上所述，铱星通信将会是未来机载通信发展的趋势。
参考文献
[1] 孙沫，李兴林．满足信息化需求的Inmarsat移动卫星通信技术[J]．通信世界，2005，（28）.
[2] 刘念．太空信息高速公路——铱星移动通信系统介绍
[J]．航天，1998，（3）.
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 射频设备 监控系统设计
随着信息化建设的不断发展，卫星通信在远海保障等领域应用越来越广泛，卫星通信的地位也越来越重要。卫星通信系统一般由室内设备和室外单元组成，室外单元一般安装在室外射频方仓内，由于卫星通信频率较高，射频方仓要求紧随卫星天线建设，由于场地的限制，卫星天线和卫星室内设备之间往往有一定的距离。卫星业务主要由室内设备担负，值班人员大部分时间都在室内机房，距离射频方仓有一定的距离，随着卫星业务量的增加，传统的定时巡看方式已无法满足业务需求，存在诸多不定因素，使得通信不间断的传输得不到可靠保障，因此设计和实现具有射频设备监控和报警功能的系统，对及时发现和排除设备故障，保障卫星系统的正常摘 要运行具有重要意义。
1 系统总体结构
高频段的卫星通信系统射频设备一般安装在距离业务机房较远的射频方仓内，射频设备大都预留了监测接口，可远程实现终端与设备的信息交互。基于此设计卫星通信系统射频监控系统，系统框图如图1所示。监控和处理设备是本系统的核心，通过软件方式控制数据采集设备采集设备参数，并通过数据采集设备实现设备的远程控制，并控制报警系统进行故障报警；数据采集设备通过设备监控接口实现各设备参数和状态信息的实时采集；报警系统实现设备故障报警功能。
目前卫星射频设备遥控口为网络接口，但接口协议为UART协议，因而本系统选取232/422协议的Nport5650串口服务器作为数据采集设备，由于业务机房距离射频机房较远，将串口服务器配置成485接口，各设备和服务器之间通过网线互联。监控和处理设备选用具有网络接口的普通电脑。
2 技术实现
电脑终端作为监控和处理设备，在软件控制下向串口服务器各端口进行命令输出，串口服务器再将各命令发送至各端口对应的设备，对设备告警信息进行采集、参数状态查询、参数设置。设备执行完命令，通过原路由发送相应参数至终端，在终端界面完成相应的显示。
2.1 串口服务器配置
配置主机地址为串口服务器初始化地址网段，然后安装NPort Search Utility，通过扫描，识别并配置串口服务器，进入串口服务器配置界面，配置通信方式为real com mode模式，速率为9600bit/s，编码方式采用8位数据位，1位停止位，并将串口服务器各端口映射到主机，设置各端口号，完成串口服务器配置。
2.2 软件实现
2.2.1 多线程通信控制
串口服务器具有八个端口，每个端口对应一类设备，每个设备需要状态信息采集、参数查询、设置多项线程等代码，反复调试、合理安排各命令优先级，避免冲突，使各命令有序进行。
2.2.2 缓冲区优化
每个串口发送接收多线程命令，每个线程发送结束后会将命令缓存到缓冲区，因此，针对缓冲区进行了优化清理，防止死锁。
2.2.3 参数查询功能
参数查询的原理是设备接收查询命令，并进行判别，并根据报文内容给予串口服务器终端相应的回执。主要完成报文封装和解析功能。
2.2.4 告警信息采集
软件告警信息采集以查询命令为依托，对设备状态进行关键字判别，获取告警信息，在相应的告警指示灯上以红、绿分别显示告警状态和设备状态正常，在告警情况下，通过音响进行音频输出，在人工干预下，可停止声音告警。每个模块告警状态设置循环查询功能，循环时间为每秒钟一次。
2.2.5参数设置
参数设置报文格式参数体中加载文本输入内容或选择开关等功能，对设备进行控制设置，实现远端本控/远控选择、参数更改等功能。
2.3 人机交互
软件设有登陆界面，设置用户名和密码，用户输入用户名和密码，输入数据与数据库进行对比，回答正确后软件自动登录至监控主界面，回答错误无法登陆监控界面。其登录界面如图2所示。
监控主界面采用名称化可按控件分布，索引菜单设置系统、窗口、帮助三项，可实现软件关闭、窗体分布、使用帮助等功能。点击各设备打开二级界面，可对设备状态进行查询，并设有告警指示灯，当各设备正常时，指示灯为绿色，告警时，指示灯为红色，并通过音响进行声音告警，软件主界面如图3所示。
3 应用举例
本文设计的监控系统应用于7.3米Ku频段卫星天线系统中，使用过程中发现天线接收信号衰减过大，通过该监控设备对天线控制系统进行监控，每秒钟采集一次参数信息，并将信息自动保存到TXT文本中。监测24小时，并将监控数据用matlab进行分析，分析结果如图4所示。
从图4可以看出天线控制器对星不准，正常天线俯仰角转动步长为0.02度，天线控制器在24小时内俯仰角3次由40度跳转到52度，约十分钟后再跳回原角度，天线大幅度转动，导致天线无法对准卫星，接收电平低。定位此设备故障后，通过更换了控制模块，设备恢复正常。
4 结束语
针对卫星通信系统射频方仓距离业务机房较远，值勤人员不方便管理的缺点，本文设计了一种卫星通信系统室外设备监控系统，该系统在软件控制下能够实现卫星射频各设备的实时监控、参数设置和故障告警，具有较强的实用和推广价值。
参考文献
[1]杜青，夏克文，乔延华.卫星通信发展动态[J].无线通信技术，2010（03）.
[2]闫保中，张磊，闫鑫.串口服务器在数据采集系统的应用[J].应用科技，2008（12）.
[3]罗晶波，李稚萱.基于串口服务器的便携式卫星通信地球站监控系统的实现[J]. 电信工程技术与标准化，2007（04）.
[4]张建平，曾小玲.基于单片机和串口服务器的远程数据采集系统[J].机械管理开发，2010（2）.
作者简介
杨吉祥（1974-），男，浙江省人。现为91917部队处长、工程师。主要研究方向为通信装备管理和工程建设。
【关键词】 电网 冰灾 应急通信
1 引言
冰雪灾害对电网有严重的危害，2005年春节期问，湖南、湖北以及重庆地区，由于连续大范围的降雨降雪，出现了50年罕见的最为严重的冰灾，多条供电线路近乎瘫痪，影响生产和生活长达一个多月；2008年初南方大范围的冰灾，全国500kV变电站停运15座，占受灾区域500kV变电站总数的7.54%；220kV变电站停运86座，占受灾区域220kV变电站总数的5.97%；500kV电力线路停运119条，占受灾区域的19.01%；220kV电力线路停运343条，占受灾区域的9.38%；500kV杆塔倒塌678基，受损285基，占受灾区域杆塔总基数的0.742%；220kV杆塔倒塌1432基，受损586基，占受灾区域杆塔总基数的 0.697%，多条供电线路近乎瘫痪，影响生产和生活长达一个多月[1]。冰灾应急通信可以通过对温度、湿度、雨量、覆冰厚度等数据的整合分析，采取针对于冰灾现场环境的合理高效的通信方式进行通信，保障电网安全生产，在关键时刻发挥着重要作用。
2 应急通信的分类
2.1 有线通信方面技术
整个有线通信技术包含常规使用的电话网和互联网等，这里面的有限公共电信网，它是全国现今分布最为广泛的关于信息交换的网络，这个有线通信技术本身具有覆盖的面积广泛，在适应性方面很强，实际需要的成本低等显著特点，是在自然灾害相关的应急中较为常见的一种通信方面的技术。
2.2 移动通信相关技术
移动通信的技术本身具有个人通信方面的特点，这样的关于移动定位技术就可以提高帮助受灾获救方面的可能性。一些方面的移动接入技术，就可以通过一些相应的设备进行快速的恢复，在灾害发生地区有关的通信方面，它在这样的应急通信中占据着重要的位置[2]。
2.3 卫星通信方面的技术
卫星通信技术已然成为现今应用最为广泛的一种应急通信方面的技术，关于卫星通信技术通常不会受到一些紧急事件方面的影响，而且我们从卫星通信技术方面的通信网络来进行观看，其在实际覆盖的区域内较为广泛，这样就可以较好满足关于应急通信在广度方面的需求，这其中的卫星通信方面的技术主要的不足就是在实际通信方面的容量是有限的，需要的成本很高。
2.4 专用数字集群网方面的技术
这个技术和卫星通信方面的技术一样，一些专用数字集群网技术实际的通信容量不大。一些专用数字集群网络基本都是独立进行指挥的网络，它们拥有其他相关的应急通信技术本身不会具备的一些优势，比如在实际响应的速度方面和群组指挥相关方面等。
3 应急通信指挥车
应急指挥车是固定应急指挥中心指挥调度工作的必要延伸和补充，是可移动的分指挥中心，负责现场指挥工作，并与应急指挥中心保持实时的通信联络和信息传递，具备的功能有调度通信（VOIP/GSM/CDMA/卫星电话）、数据采集和传输、指挥车之间协同工作、现场图像接入和上传、图片抓拍、GPS定位、文字交互、文件传输、视频会议等。
应急移动通信车配备的车载应急通信系统，利用多种通信（有线无线方式并用）方式冗余备份，将视频会议、数据交换、局域网络等多种现代技术进行有机整合，能够实现点对多点的视频、数据、语音的实时传输，具有灵活机动、性能稳定的可靠性能，配置现代化办公设施，搭建现场指挥完整的办公环境[3]。
4 卫星通信
与地面通信相比，卫星通信具有通信范围大、不易受陆地灾宫影响、建设速度快、易于实现广播和多址通信、电路和话务.可灵活调整等优点，可同时传播语音、数据、图象等数据。可建立综合通信系统，实现目前固定通信的所有业务，特别是移动卫星通信系统具有移动灵活、建立通信链路快捷等优点，可以实现重心下移、终端前移，所有这一切使卫星通信系统成为应急保障通信的主要通信手段。
卫星通信系统的优点：卫星通信是真正的全球通信，砚盖面广、容量巨大，通信基本不受地理环境和气候条件的限制；通信质量好，可靠性高。链路环节少，故障率低，通信畅通率高，适于多种业务和数据率；直接面向用户，方便、快捷、机动性强，特别适用于用户分散、稀路由和业务量小的专用通信网。因此卫星通信系统是构建应急通信网络的最佳方案[4]。
5 WiMAX
在众多的无线家族成员中WiMAX 以IEEE 802.16系列宽频无线标准为基础。支持的常用接入距离为7-10千米，最大可达50千米。此后相继推出了802.16d和802.16e等一系列标准，重点是增强设备的互操作性和终端的移动能力[5]。WiMAX技术具有以下优点：
（1）传输距离远、速度快。WiMAX基站可以提供最高每扇区75Mbit/s的吞吐量。每个基站的覆盖范围最大可达50km，典型的基站覆盖范围为6-10km。
（2）Qos机制完善。为了提高通信服务质量IEEE 802.16对MAC层进行了诸多改进，引入了TDMA（Time Division Multiple Access，时分多码）上行/下行协议，可以对用户接入网络进行智能控制，不但改善了系统的时延特性，提高了服务的可靠性，还可以提供优质的语音和图像服务。
（3）高度的数据安全性。WiMAX提供了完善的加密机制，它在介质访问层（MAC）中定义了一个加密子层，支持128位、192位及256位加密系统，通过使用数字证书的认证方式，确保了无线网络内传输的信息得到完善的安全保护。
（4）系统容量的可升级性。新增扇区简易、灵活的信道规划使容量达到最大化，并且允许运营商根据用户的发展来逐渐升级扩大网络。灵活的信道带宽规划适用于多种频率分配情况。从单个用户到数以百计的用户，MAC层协议可以保持高效的分配机制。
6 应急通信系统的组成
应急通信系统设计包括应急指挥中心、应急卫星通信车和应急会议车。应急通信车和会议车构建电力应急指挥调度系统的现场指挥中心，通过卫星，移动网络等方式，与电网应急指挥中心组成前方、后方应急指挥通信网。结构设计见图1。
应急通信系统的应用设计满足突发灾害地点与调度应急中心的音视频通讯、数据传输的畅通，由于突发灾害极可能同时对公众通信网络造成致命破坏，应急通信系统需要专用网络（采用卫星应急通信）；同时在道路不通的山区，现场不易到达的情况下，采用WiMAX技术；另外还必须在任何需要的时候都能做到立即出发、尽快到达，能满足电力调度应急指挥要求，通信、办公设备应配置到车上；系统架设要求简单快捷可靠，尤其是在严重自然灾害和突发事件情况下，现场与指挥中心之间和各级指挥中心之间的应急通信联络顺畅极为重要，早期黄金时间内要使险情报告、抢险指挥、资源紧急调度能在短时间内实现。
三者结合应急通信系统可以实现视频会议、办公网络及无线集群的通话功能，可以随时与现场和重要场所建立通信联络，获取突发事件现场的重要视频、数据和信息，实现对突发事件的预防、预警、处置、恢复等各环节的有效管理，及时了解突发事件的进展和状态，保证了及时组织、指挥应急处置的效率和能力。
参考文献：
[1]陆佳政，张红先，方针等.湖南电力系统冰灾监测结果及其分析[J].电力系统保护与控制，2009，37（12）：99-105.
[2]刘海山.应急通信的关键技术以及在石油通信专网中的应用[J].无线互联科技，2012（3）.
[3]祝庆荣，罗伟婷.广东电网应急通信系统的建设探索和应用[J].科技风，2011.
Vsat通信系统一般可以工作在二个频段，分别是14（上行）／11（下行）GHz的Ku频段和6（上行）／4（下行）GHz的C频段。C频段开发较早，雨衰较小，但空间资源比较拥挤，天线口径和终端设备体积也较大。由于目前Ku频段空中资源还比较宽松，天线口径较小，便于安装，所以工作在Ku频段的Vsat系统比工作在C频段Vsat系统发展速度要快。有Vsat新秀之称的Usat（Ultra Small Aperture Terminal)―――特小口径终端，即天线口径在0.3米-0.5米的卫星通信地球站，就是采用Ku频段工作的。目前Usat的发展极为广泛，远远超出通信领域。
Vsat通信之所以得到发展，除了它本身保有卫星通信的优势外，它还有两个主要特点：
1、Vsat卫星通信地球站设备结构简单，全固态化，尺寸小，耗能小，系统集成与安装方便。Vsat站设备通常只有室内和室外两个单元（机箱），安装极为方便，它可以安装在用户所在地。大家所熟知的并正在大量使用的卫星电视接收站，实际上就是一种单方向（只有接收而无发射）的Vsat站。Vsat站由于设备轻巧、机动性好，适于建立流动的卫星通信。许多新闻机构到重大和突发事件的现场报道，采用的就是Vsat通信地面站进行的。我们知道，卫星通信系统是由空间站（通信卫星）和地球站及传输信道组成。地球站又包括收发信系统和地面中继系统，而Vsat设备能安装在用户终端所在地，不必汇接中转，可直接与通信终端连接，并由用户自行控制，不再需要中继系统。这样大大方便了用户，并大大降低了设备成本，因而具有明显的经济优势。
2、Vsat卫星通信组网方式灵活方便，在Vsat系统中，通信网络结构形式可分为星形网络、网状网络和混合网络三类，它们各具特色。
（1）星形网络是由一个主站（一般是处于中心城市的枢纽站）和若干个Vsat小站（远端用户终端站)组成。主站具有较大口径（一般为10米左右）的天线和较大功率的发讯设备，网络的计算机控制与管理系统也集中在主站。这样可以使小站设备尽量小型化并降低成本。主站除负责网络管理外，还要承担各个Vsat小站之间信息的发送与接收，即为各小站间提供传输信道和交换功能，因此主站具有控制功能。
一个星形Vsat网络系统可以容纳数百个乃至上千个小站，网络内所有小站都与主站建立直接通信链路，可直接通过卫星（小站-卫星-主站）沟通联络。小站与小站之间不能直接进行通信，必须经过主站转接，按“小站-卫星-主站-卫星-小站”方式构成通信链路。由此我们看到小站之间的链路是要两次通过卫星，经过“双跳”连通，因此具有较大的约0.54秒的传输时延，小站之间的用户在通话时会感到有些不适应或不习惯。这是星形Vsat网络链接用于通话的一个缺陷，故而这种“双跳”传输只适用于数据业务或录音电话，而不适用于实时语音业务。这种网络目前已很少采用，所以星形网络只适应各小站与主站间传输高速数据业务。
（2）网状网络链接一改星形网络链接方式，它同样由一个主站和若干小站组成，只是小站之间可以按“小站-卫星-小站”通信链路实现“单跳”通信，而无须再经过主站转接。从而将传输时延比星形网络减少了一半，只有0.27秒，用户在通话时还可适应。此时的主站借助于网络管理系统，负责向各Vsat小站分配信道和监控它们的工作状态。
（3）混合网络是融星形网络和网状网络于一体的网络，集中各自有利的方式完成链接。网中各Vsat小站之间可以不通过主站转接，而直接进行双向通信。
Vsat通信的多址方式
Vsat通信系统综合了诸如分组信息的传输与交换・多址协议以及频谱扩展等多种通信技术，可进行数据、语音、视频图象、图文传真和随机信息等多种信息的传输。一般情况下，星形网以数据通信为主，兼容语音业务。网状网和混合网以语音通信为主，兼容数据传输业务。和通常一般的卫星通信一样，Vsat通信的一个基本优势是可利用同一个卫星实现多个地球站即Vsat小站之间的同时通信，这称为“多址联接”。实现多址联结的关键是各地球站所发信号经过卫星转发器混合与转发后，能为相应的对方站所识别，同时各地球站信号之间的干扰要尽量的小些。实现多址联接的技术基础是信号的分割。只要各信号之间在某一参量上有差别，如信号频率不同、信号出现的时间不同、或信号所处的空间不同等等，就可将它们分割开来。为达到此目的，需要采用一定的多址联接方式。
在Vsat通信网中，主要采用三种多址方式：
1、频分多址（FDMA）方式中的“单路单载波”（SCPC）。即采用传输信号的不同频率来区分或代表不同的Vsat站的站址。也就是每个Vsat小站具有不同的信号频率，以此区分不同的Vsat小站。
2、时分多址（TDMA）方式。即采用传输信号的不同的时间间隔来区分或代表不同的Vsat站的站址。也就是每个Vsat小站传输信号时，具有不同收、发数字码的时间间隔，以此区分不同小站。
3、码分多址（CDMA）方式。即采用传输信号的不同的码元来区分或代表不同的Vsat站的站址。
在Vsat通信系统中，又常因传输的业务类别而采用不同的多址联接方式。比如，在同一个Vsat地球站，传输语音时采用频分多址的单路单载波方式，传输数据时则采用时分多址技术。与多址联接方式紧密相关的还有一个信道的分配问题，就是怎样将频带、时隙、地址码等有序地分配给各站使用，称为信道分配技术。
多址方式的信道分配技术方法很多，在Vsat通信系统中，常采用的有预分配方式和按需分配方式。预分配方式中又有固定预分配方式和按时预分配方式，前者是按事先约定，固定分配给每个Vsat站一定数目的载波频率，Vsat站只能使用分配给它的专用频率与有关的Vsat站通信，其它站不能占用这些频率。由于各个Vsat站都有专用的载波频率，故建立通信较快。
但因各Vsat站不管是否工作都始终占据着一个载波频率，也使得频率利用率较低。所以，这种方式适用于业务量大的线路。后者是为了提高信道利用率，根据各Vsat站不同时间的业务量而提出的预分配方式。
按需分配信道方式也称按申请分配信道方式，它克服了预分配信道方式的缺点，而是什么时间需要信道，就什么时间申请分配信道。通信完毕后，信道返还管理与控制中心再行分配使用，这样便大大提了利用率。
Vsat通信的发展
Vsat通信技术目前已比较成熟，新技术、新产品也在逐步丰富Vsat通信，使其更加完善，运营更加方便。
Vsat通信发展至今不过才二十年的历史，1984年美国休斯网络系统公司开发出第一套Vsat通信设备并投入商业运营以来，全球Vsat通信得到蓬勃发展。目前仅在美国就已有十万多个Vsat站投入使用，在亚洲，印度引进美国Vsat技术，生产Vsat设备，年产量已达1000台以上。全球Vsat小站数量一度达到了几十万的规模。可见产量之多，应用之广泛已达相当程度。
随着我国改革开放的深入和经济发展的需求，Vsat通信在我国也获得较好发展。中国电信早就介入Vsat通信业务，1995年-1998年正是我国寻呼业大发展时期，寻呼业为扩大覆盖及实现全国联网，广泛的采用Vsat通信实现这一目标，在此期间，几乎所有寻呼台都要上Vsat通信，使Vsat通信市场发展在当时形成一个小。
目前，我国的金融银行业、石油、地震、人防、民航、气象、新闻、报业及军事等部门均已建立各自的Vsat通信网。这些已形成Vsat产业应用的市场。随着通信、因特网、远程教育、远程医疗、农村电话、卫星上网、交互电视、视频广播等综合多媒体的发展，都将为Vsat通信的发展提供了渠道和契机。
实际上我国各地有线电视台的前端设备中的卫星电视接收站和边远地区的卫星电视单收站，都可以视为单向的Vsat通信。所谓单向Vsat，就是这个Vsat站只接收信号而不发射信号。这种在广播电视领域内发展起来的单向Vsat站，目前已成规模。
Usat的掘起
随着通信和广播卫星幅射功率的加大，使得完成通信所使用的天线口径减少，可以小到0.3m~0.5m，从而形成Usat―――特小口径终端的卫星通信地球站，比如挪拉环球电话公司提供的通信终端（如图），就是一种典型的Usat通信方式。它有便携式、船载式、车载式，它的天线小天笔记本电脑那么小，大的也只有手提旅行箱那么大，十分方便。特别便于战地和突发事件的新闻记者采用。
1.信息传递的几个概念
信息是指可以传播的消息、情报、指令、数据与信号等.信息传递一般有三个基本环节:信源(信息产生)、信道(信息传输)、信宿(信息接收).
信源就是产生信息的源泉.通信过程中产生和发送信息的设备或计算机都可以称做信源.
信道就是信息传输的媒介或渠道.信道的作用是把携有信息的信号从它的产生处传递到接收处.信道可以分为两大类:一类是无线信道,即电磁波的空间传播渠道,如短波信道、超短波信道、微波信道、光波信道等,这类信息传输的渠道是具有各种传播特性的自由空间.另一类是有线信息传输的信道,即电磁波的导引传播渠道,如明线信道、电缆信道、光纤信道等.后一类信息传输的渠道是具有各种传输能力的导引体.
信宿是相对于信源而言的.信宿是信息运行的最终环节.通信过程中接收和处理信息的设备或计算机都可以称做信宿.其功能是接收信息,并选择对自身有用的信息加以利用.
一般情况下,信息提供者和利用者可能不同,信息的提供地和利用地也可能不同,因此,信息只有通过传递才能体现其价值,发挥其作用.通过信息的传递,人们既可以互通信息,交流思想,又可以获得各个方面的知识和经验.
2.信息传递方式的进步
在人类发展的历史中,信息的传递也一直在发展着.
远古时代,人类靠肢体语言传递信息.随着语言的产生,有了口头传递信息的通信方式.随着文字的产生,就有了在龟甲、兽骨、竹简、帛等上书写文字传递信息的通信方式.后来随着社会的进步,有了烽火、驿传的信息传递方式.这两种通信方式在我国古代传递信息的历史上起到了举足轻重的作用.
18世纪30年代,随着社会的迅速发展,人们迫切需要一种不受天气影响、没有时间限制又比火车跑得快的通信工具.电报便应运而生.1844年5月24日,是世界电信史上光辉的一天,莫尔斯在美国国会大厅里,亲自按动电报机按键.随着一连串嘀嘀嗒嗒声响起,电文通过电线很快传到了数十千米外的巴尔的摩,他的助手准确无误地把电文译了出来.莫尔斯电报的成功轰动了美国、英国和世界其他各国,他的电报很快就风靡全球.
1876年3月10日,贝尔和华生分别在两个房间里联合试验他们的电话机时,华生第一次听到了贝尔发送的一句完整的话:“华生,请到这儿来,我需要你!”这是人类有史以来用电话传送的第一句完整的话.
从莫尔斯发明电报到贝尔发明电话,再到今天,人们经过很长一段时间的努力,现代通信走进了千家万户,成为国家经济建设、社会生活和人们交流信息所不可缺少的重要工具.
3.现代通信的主要途径
现代通信主要包括:卫星通信、光纤通信和互联网.
卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信.
卫星通信系统是由通信卫星和与该卫星连通的地球站两部分组成.静止通信卫星是目前全球卫星通信系统中最常用的星体,它是将通信卫星发射到赤道上空一定高度上,使卫星运转方向与地球自转方向一致,并使卫星的运转周期正好等于地球的自转周期,从而使卫星始终保持同步运行状态.故静止卫星也称为同步卫星.静止卫星天线波束最大覆盖面可以达到大于地球表面总面积的三分之一.因此,在静止轨道上,只要等间隔地放置三颗通信卫星,其天线波束就能基本上覆盖整个地球(两极地区除外),实现全球范围的通信.目前使用的国际通信卫星系统,就是按照上述原理建立起来的,三颗卫星分别位于大西洋、太平洋和印度洋上空.
与其他通信手段相比,卫星通信的优点是:(1)电波覆盖面积大,通信距离远,可实现多址通信;(2)传输频带宽,通信容量大;(3)通信稳定性好、质量高.卫星传输的主要缺点是:(1)传输时延长;(2)造价高,保密性不好.光纤通信就能弥补这方面的不足.
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】 协作通信 移动通信系统 运用
卫星移动通信系统是一种特殊的移动通信系统，是我国目前研发的重点。防止移动通信系统的信道衰落主要是控制多普勒效应和多径效应的影响。协作通信技术是当下有效的控制通信系统信道衰落的方法。作为一种新的通信方式，协作通信充分利用了MIMO 技术，提高了信息处理能力，确保了卫星传输的信号。相关人员应重视这一问题，并且进行深入的研究。
一、协作通信技术
协作通信技术是利用通信系统节点之间的相互配合完成。是在协作节点的作用下，完成源节点信息向目的节点的传输，信息在节点传输过程中要进行加密处理，以防止信息丢失，因此该信息传输过程通常分为传输和转译两个阶段。协作通信系统既是一个完整的系统，也是一种全新的通信技术，卫星移动通信系统的信道特性较好，因此协作通信一般为链路协作传输方式，少数为节点协作传输方式。以一星两用户协作传输系统为例，系统的传输通常为不对称传输，并表现为下行链路的压力大，要区分对待。首先对上行链路传输而言，要将协作节点作为基本的接收源节点，并对信号进行解码后发送到卫星，由卫星完成源节点和协作节点的信号合并，之后发送。而对下行链路而言，由于信号处于加密状态，因此首先要对卫星信号进行相应的处理，包括译码、编码等，并利用目的节点将接收到的源节点、协作节点的信号相互合并，最后完成信号的检测。总之，协作通信技术是一种高效的协作性传输技术，对于我国移动通信发展来说具有推进作用。
二、协作通信在卫星移动通信系统中的运用
1、卫星多节点协作传输。多节点协作传输多发生于卫星的下行链路，是由节点与节点之间相互协作完成。卫星多节点协作传输的应用范围较广，在整个过程中，所有节点均参与协作传输过程，将源节点发出的信号经过多个协作节点转发至目的节点。卫星下行链路的节点具有分散性特征，因此不同节点之间虽相互协作，但信号则可以视为独立信号，需要借助协作传输的信号合并功能，将节点信号合并后再进行传输，有助于增强接收效果。整个过程包括信息的放大、编译、处理和传输四个阶段。信息传输过程是反复的和连续的，目的节点采用最大比合并，最终得到接收信号。由于卫星多节点传输选择的是正交传输方案，协作传输的节点数增加，系统的频谱效率将会随之降低，提示设计和研究人员正确选择协作节点。
2、卫星协作节点选择。参与卫星传输的节点越多，系统频谱效率就越低。因此，卫星协作节点选择是整个通信过程中最重要的问题。应选择信道条件好的节点来改善这一问题，以提高资源的可利用率。每个节点在移动通信系统中对应着不同的信道，也就是说，节点的选择将影响系统的传输性能。当卫星协作节点信息传输由两个时隙完成时，第1 个时隙的数据传输参照多节点传输方式，而第2个时隙只有目的节点所选的协作节点参与信息的转发与处理，其他节点均不参与工作，再一次证明了在卫星通信过程中，要正确选择卫星协作节点。另外，节点的选择还应将总功率作为参考对象，这是由于信号在传输过程中会受到周边环境、传输距离以及节点移动性的影响，也就是说，协作节点的信道衰落存在差异，需要采用不等值的功率分配，确保系统的性能并且降低能耗，_保移动通信设备的运行，为人们的工作和生活提供方便。
3、卫星混合协作传输。协作通信具有多种不同的方式，节点协作是其中较为重要的一种。除此之外，还包括链路协作。同时，节点协作还可以分为AF 或DF 两种不同的模式，现实中常将二者结合。AF 和DF处理方式各具优缺点，其中AF运行原理简单，但容易产生噪音。DF协作方式具有较高的性能，但对译码等前期工作具有较高的要求，一旦出现错误译码，将影响整个传输过程，而将二者结合使用可以有效的弥补相互之间的问题，从而确保节点协作传输的高效性。混合协作传输通常是卫星移动通信系统中最常用的协作方式，其原理与单一的节点协作方式相似，是由源节点完成信息的提供、协作节点完成信息的编码和处理、目的节点完成信息的接收和解码.两种情况下均需计算目的节点的接收信噪比，明确协作通信的效果。
三、总结
协作通信技术在移动通信系统中的应用有效的防止了系统的信道衰落，确保了信号的高效传输。卫星通信系统作为特殊的移动通信设备之一，具有代表性。目前我国卫星通信系统发展迅速，研究协作通信技术在卫星通信系统中的作用具有积极意义。文章将侧重点放在卫星移动通信系统上，以点带面，分析了协作通信以及其在移动通信系统中的运用。
参 考 文 献
