浅谈卫星通信技术的应用

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浅谈卫星通信技术的应用:卫星通信技术及其应用探讨

[摘 要]卫星通信技术是以卫星作为中继的一种通信技术，具有通信距离远、覆盖范围广、不受地面条件的约束、建站成本与通信距离无关、灵活机动、能多址连接且通信容量大等优点。本文以我国为例，主要从卫星固定通信、卫星移动通信、卫星直播以及卫星宽带通信四个方面探讨了卫星通信技术的发展与应用。

[关键词]卫星固定通信 卫星移动通信 卫星直播 卫星宽带通信

一、卫星通信技术概述

1.卫星通信的概念

卫星通信是指利用人造卫星做中继站转发无线电信号，在多个地球站之间进行通信。卫星通信是地面微波接力通信的继承和发扬，是微波接力的一种特殊形式。

2.卫星通信系统的组成

卫星通信系统由空间段和地面段两部分组成。

（1）空间段。以卫星为主体，并包括地面卫星控制中心（SCC）、跟踪、遥测和指令站。卫星星载的通信分系统主要是转发器，现代的星载转发器不仅能提供足够增益，而且具有处理和交换功能。

（2）地面段。地面段包括了支持用户访问卫星转发器，并实现户间通信的所有地面措施。卫星地球站是地面段的主体，它提供与卫星的连接链路，其硬件设备与相关协议均适合卫星信道的传输。如图1

二、卫星通信中的主要技术

1.CDMA技术。CDMA（码分多址）系统通过采用话音激活技术、前向纠错（FEC）技术、功率控制技术、频率复用技术、扇区技术等技术手段，可使CDMA系统容量大幅扩大，同时，它还具有抗多径干扰能力、更好的话音质量和更低的功耗以及软区切换等优点。CDMA以其本身所具有的特点及优越性而广泛应用于数字卫星通信系统中。特别是近年来，小卫星技术的发展为实现全球移动通信和卫星通信提供了条件，利用分布在中、低轨道的许多小卫星实现全球个人通信，已在国际上逐渐形成完善的体系。

CDMA移动卫星通信系统根据导频信号的幅度实现功率控制， 减少用户对星上功率的要求从而增加系统的容量，减少多址干扰；CDMA移动卫星通信系统可利用多个卫星分集接收，大大降低多径衰落的影响，改善传输的可靠性。此外，由于CDMA多址方式具有优越的抗干扰性能、很好的保密性和隐蔽性、连接灵活方便所等特点，决定了它在军事卫星通信上具有重要的意义。

2.抗干扰技术。卫星通信抗干扰主要通过传输链路抗干扰、软硬件设备抗干扰以及建立综合智能抗干扰体系等措施实现。

传输链路抗干扰主要有DS/FH混合扩频、自适应选频、自适应频域滤波、猝发通信、时域适应干扰消除、基于多用户检测的抗干扰、跳时（TH）、自适应信号功率管理、自适应调零天线、多波束天线、星上SmartAGC、分集抗干扰、变换域干扰消除、纠错编码和交织编码抗干扰技术等。

3.基于MPLS的移动卫星通信网络体系构架。MPLS（多协议标签交换）技术由于可将IP路由的控制和第二层交换无缝地集成起来，具有IP的许多优点，又可很好地支持QoS和流量工程，是目前最有前途的网络通信技术之一。近年来，在地面固定网MPLS技术逐渐成熟后，该技术已向光通信、无线通信和卫星通信等领域扩展。现有的宽带卫星系统设计主要采用卫星ATM 技术，研究表明该技术可给不同的业务提供很好的QoS保证，并可利用面向连接的虚通路设计以及流量分类等方法为网络提供有效的流量工程设计。

卫星MPLS体系结构分为用户层、接入层、核心层三部分，其中，用户层包括卫星手持移动终端（直接接入移动卫星网）、小型专用局域网用户（通过小型地面移动终端接入卫星网）、其他网络用户（通过地面网关站接入卫星网络）等。接入层由标签边缘交换路由器（LER）组成，完成卫星MPLS网同其他网络以及卫星手持移动终端的连接，其主要功能包括实现对业务的分类、建立FEC和标签之间的绑定、约束LSP的计算、分发标签、剥去标签以及用户QoS接纳管理和相应的接入流量工程控制等。核心层由标签交换路由器（LSR）组成，完成信息按MPLS标签进行交换转发，其上主要运行MPLS控制协议和第三层路由协议，并负责与其他标签交换路由器交换路由信息来建立路由表、分发标签绑定信息、建立和维护标签转发表等工作。如图2

三、卫星通信技术的应用

1.卫星通信技术在广播电视领域中的应用。我国是一个人口众多的国家，由于人口的基数较大，这就导致我国电视机拥有量达到3.5亿台，并且我国还有数千家各种各样的电视媒体机构，有线电视的用户量也已经达到9000万户。我国的电视节目虽然数量众多，但是规模偏小，是处于发展的前期，潜力巨大。我国各类电视数目虽然较多，但是供于村村通的节目也就44套，和美国相比，虽然他们人口基数只有两亿但是人家的有线电视用户量已经达到了6000万户，卫星电视直播的用户也有近2000万。虽然我国现在处于发展阶段，和一些发达国家相比有很大的差距，但是随着我国发展的不断深入，我国一定也会达到、甚至超过这样的水平，所以我国卫星通信技术在电视广播领域中的应用的前景是巨大的。目前，我国政府以及一些电视领域中的专家普遍表示我国发展卫星电视直播的业务已经成熟，我国已经获得了发展DBs的轨位和频道，而且我国在发展村村通的时候又有了一定的卫星广播的经验，并且得到了广大人民的支持，现在我国自行研制的RD已经进入市场。如图3

2.卫星通信技术在计算机网络领域中的应用。卫星通讯技术在计算机网络中的应用主要就是提供宽带网络。而提供网络宽带属于卫星固定通信业务。目前国际上卫星宽带业务发展主要体现在两个方面，第一就是在原有的VSAT技术的基础上研发新的产品并利用现有的频段卫星资源，快速的建立起宽带连接，以满足用户的需求，这一种是在和地面宽带业务的竞争中来获得自己的生存空间；而另外一种是积极的发展高频段的新型卫星宽带通信系统，来适应新业务的要求，这一种是和地面相辅相成的。我国目前的状况，就是首先要积极的发展卫星宽带通信业务，国内的电信经营商应该根据不同客户的需求提供不同的业务；其次就是跟踪国外再见的新型的卫星宽带通信系统；最后建立起自己的卫星宽带通信系统。

结束语

卫星通信已经成为世界电信结构众多的重要组成部分，并一直在为全球几十亿人提供电话、数据和视频业务。尽管具有更高容量、更低比特费用的光纤系统仍在不断发展，但卫星通信仍然生存了下来，并随着它的新应用、新业务的形成，而为人们带来更大的财富和便利。

浅谈卫星通信技术的应用:卫星通信技术在电力应急通信中的应用探析

摘 要当前自然灾害频繁发生，使得受灾地区电力通信网络被破坏，而对电网的安全运行产生了严重的影响，在这种情况下，电力通信中建立卫星通信系统对电力应急抢修来说具有重要的意义。本文在对卫星通信的必要性进行分析的基础上，对卫星通信系统的3种传输体制进行分析，并结合电网应急通信的要求，简要对卫星通信系统应急网络建设进行实际分析。

【关键词】卫星通信 电力应急通信 应用 探讨

1 卫星应急通信建设的必要性

因为卫星通信具有不受到实践地点以及环境等影响的限制，其在传输上具有远距离传输、容易开通以及组建网络方式灵活，可以实现多个地址之间的连接，同时可对图像数据以及语音进行双向传输等优势，越来越受到应急通信的欢迎。在突发性灾害发生时，地面通信系统到致命的破坏，外界需要对灾区信息进行了解，就需要借助于卫星应急通信手段对重要信息和数据进行传输，使得相关部门或者指挥中心可以得到更为准确的情报，这对救援工作的顺利执行具有重要的意义，因此卫星通信系统为主的应急通信系统的建立具有重要的作用。

2 VSAT卫星通信传输技术简介

目前，国内有三类传输体制被应用到卫星通信系统中，其分别是：TDM/TDMA、MF-TDMA和SCPS/DAMA。

2.1 TDM/Aloha TAMA

TDM/Aloha TAMAZ体制作为一个纯星状的卫星通信网络，其系统中心站是利用出向广播TDM载波，在远端站进行接收，并在其中选择信息进行发送，使得可以有出境的信道；同时在主站进入境内的方向，借助于Aloha机制进行远端站以竞争的方式进行TDMA载波发送，以有入境信道的产生，这种信道的建立方式借助于碰撞后对信息的重新发射来保证通信的可靠性的。其主要特点在于：第一，多个远端站点以竞争和碰撞的形式进行重新发射，因此并不适用于通信效率低、系统通信时间延长以及对信息实时要求很好的情况；第二，由于这种体制使得每一个端站都要占据一个带宽，于是无论有没有业务数据的处理都要占用信道，使得信道复用效率会大大降低；第三，由于此类卫星系统是单一的网络系统，因此要借助于庞大的中心站进行广播信道传播以及小站进行信号接收，这存在着带宽比较大以及建设成本高等问题。

2.2 MF-TDMA

MF-TDMA是在传统的时分多址方式的基础上发展出来的，其原理是将原来系统中一个高速TDMA载波以不同速率的小TDMA载波进行分解后，网络的所有站点可以根据实际通信对这些小载波进行选择通信。这种方式的特点有：第一，系统可以进行跳频和调速处理，这是由于多址方式对一个网络中不通速率和不通频率的载波进行信息接收和发射的支持，使得网络系统在处理信息时变得更加灵活方便；第二，单一平台上可以进行单跳、全网状以及星型和混合型的拓扑结构。这是MF-TDMA的TDMA体制的优势显示出来的，其可以适用于全网状业务的应用以及同时可以配置成星状业务的应用等，但不是十分适用于树状业务的应用；第三，系统是借助于TDMA的成帧格式对信息进行传输的，就需要对帧同步要有严格的建立；第四，系统的固定突发包以及固定帧的设计，使得对于带宽的利用上效率变低；第五，TDMA载波的速率不能过低，目的在于使得TDMA帧的效率得以提高；第六，纯TDMA体制比较昂贵，因此在选择卫星网络时要注重价格的选择。

2.3 SCPC/DAMA

在对原来的FDMA技术进行改造后的SCPC/DAMA，可以使得每个信道上按照占用需求进行载波方式上对2个节点之间的通信。在该系统中，设置有专门对系统中信道的建立与释放的信令广播信道。远端站点支持对DAMA按照需要进行分配来对信息回传，可以借助于SCPC方式对任意两点进行通信处理。这种方式也具有一些特点，第一，SCPC/DAMA体制采用的是频分多址的处理方式，比TDMA通信的效率高很多；第二，SCPC/MADA体制的系统可以借助于DAMA按照需求进行反向回传分配，使得卫星带宽可以节约和提高对空间信道资源的使用率；第三，业务信道采用连续的载波方式，使得载波进行中断后恢复以及对系统进行加密更加便利；第四，SCPC体制的中心站建网初期费用比较低；第五，根据系统的设置对信道的申请分配自动的实现；第六，适用于星型、多级星型等网络传输方式。

2.4 各种传输技术的比较

三种传输技术中，从对卫星通信网络的可以扩展性以及对网络应对位置业务的能力提升和对拓扑建设性能等方面进行综合分析，SCPC/DAMA系统具有较强的扩展性和灵活性，因此对网络进行建设时应该主要采用SCPC/DAMA系统。

3 卫星应急通信网络系统的实现

根据某大型电网公司对卫星应急通信建设的要求，采用SCPC/DAMA系统进行系统建设，使得其中的每一个站点都能够和上一级节点站之间进行通信，并且可以根据业务上的不同需求对卫星信道链接进行自动的建立和断开，可以基于使用业务的传输流量的大小关系使得卫星带宽可以随时自动的调整。各个站点之间都要发射一个SCPC载波来建立双方向的卫星信道。当然，卫星的链路也能够采用非对称的信道方式，也即上行速率和下行的速率可以不一样的。

电网应急通信建设方案中，可以对电网的调度中心建立其一个“一发射和六十接收”的中心站点，在各个厂站点上建立其“一发射和两接收”的远程端站点，各个厂站点之间可以直接的进行通信。加入后期需要在一个远端站和另一个远端站之间建立直接通信关系，只需要在原有的远端站上对系统进行升级处理即可，采用系统临时分配的子载波进行数据通信。

4 结束语

在借助于卫星通信技术的电网应急通信系统使得应急抢修指挥中心对应急指挥更能够很好的发挥指挥的优势，综合各方面的技术手段，及时的恢复电网系统通信。在通信技术的快速发展下，卫星通信技术将作为电力系统通信的一个很重要的方式，对电网通信网络系统的保障具有十分重要的意义。

作者单位

国网嘉兴供电公司 浙江省嘉兴市 314033

浅谈卫星通信技术的应用:无线电多媒体通信技术及其在卫星通信中应用

摘 要：无线电多媒体通信技术是基于对信息多样性的需求，利用通用可编程数字信号处理器，采用高效的数据压缩算法，减小系统传输数据量，实现多媒体信息的窄带传输，窄带无线电多媒体通信技术具有高效的传输效率，其在卫星通信等无线电通信领域具有广泛的应用前景。

关键词：多媒体通信技术 卫星通信 MPEG-4

随着信息技术的不断发展，传统单一通信媒体已很难适应当今多元化信息的发展需求。高速设备、大容量存储装置和高性能计算机快速发展为多媒体通信技术的发展奠定了基础，多媒体通信是一种新兴的信息科学技术，是多媒体、通信、计算机和网络等相互渗透和发展的产物，它为文字、数据、图形、图像、视频和音频等不同格式的诸种消息和信息的存储、传输和处理提供支撑环境和手段。

1 系统组成结构

无线电多媒体通信终端由视频采集模块、缓冲控制模块、图像压缩编码模块、通信控制模块和电源模块等组成，系统组成结构如图1所示。

模拟视频信号经过A/D采样编码后，变成YUV数字视频信号后，然后以16位数据总线宽度写入视频缓存器，视频缓冲控制模块实现对视频缓存器的读、写、刷新等控制功能。视频缓冲器选用SRAM或SDRAM，实现视频数据缓存。视频缓冲控制模块，采用Xilinx公司的Virtex II pro系列FPGA控制SDRAM实现。

图像压缩编码模块，采用TI公司的TMS320DM642，该芯片是TI公司C6000系列高速定点数字信号处理芯片，它具有灵活的指令系统和操作性能，支持汇编语言和C语言的单独或混合编程。TMS320DM642采用改进的哈佛处理结构，指令流水线操作，并行处理，计算和处理速度很高，并行运行速度达到1600MIPS。在片内提供128K字节的RAM用作程序和数据存储，其最大可扩展寻址空间为1M字。TMS320DM642提供的多信道缓冲串口和DMA数据传送方式极大地方便了它在图像领域的应用和开发。

通信模块采用PowerPC或ARM实现，根据信道状况变化，控制实现图像格式、分辨率、压缩数据传输码率调整。由于现代基于IP的通信网，已经成为主流，因此通信接口采用UART和Ethernet接口，在与窄带无线电台接口是采用UART接口，在与基于IP的数传电台中采用Ethernet接口。

2 系统设计实现

多媒体通信技术最为严重的瓶颈问题是有大量的数据需要存储、处理和传输，其中，最大的数据量来自数字图像数据，如30帧/s的活动图像数据量达2 748Kbps，传输速率需要2.8Mbps，显然，没有图像压缩技术的进步，就难以实现真正意义上的多媒体通信。无线电多媒体通信技术实现的核心是图像压缩技术，图像输入帧格式采用YCbCr4：2：0，TMS320DM642根据接收到的命令及发送数据速率等通信状态，从视频缓存区读取数据进行压缩编码，然后发往信道进行传输，图像压缩采用MPEG-4国际标准算法，图像数据压缩率最低可达到4～64Kbps。当信道为带宽较宽（>128kb/s），传输实时动态图像。

MPEG-4是由MPEG（Moving Picture Esperts Group）开发的IEO/IEC标准。其视频部分提供了基于自然对象、合成对象、自然/合成对象编码的几个层次。其中Simple Visual Profile主要应用于低比特率移动通信，其他几个层次可应用于互联网、实时多媒体监控数字电视制作与播出等方面。MPEG-4在视频检验层中引入了视频对象面的概念VOP，它充分利用视觉生理特性和图象信源的各种特征，实现从波形编码到模型编码的转变。VOP编码采用第一代混合编码方法，实现结构如图2所示。

在图像传输过程中，如果预测参考帧是I图像，则经过DCT变换和量化的编码的I图像可以通过反量化和反DCT变换存储在帧存储器中，作为预测编码的参考帧。如果预测参考帧是P图像，则经过DCT变换和量化编码的该帧残差数据，通过反量化和反DCT变换再和原来的参考图像相加，也形成了预测参考帧存入帧存储器中。

在编码实现过程中，用射像头捕捉到的为640×480的422YUV数据，该系统把它处理成320×240的数据，然后对其按MPEG-4标准进行压缩编码，最后再把编码后的数据填充成640×480的数据显示。在系统实现过程中，通过对DSP中的相关模块修改数据类型、使用内联函数、数据打包处理、编写汇编代码、调用图像库、人工干预软件流水等方式对程序代码进行优化，可把原来实时压缩处理视频图像速率为1～2帧/秒的代码，优化为25帧/秒，大大提高了代码的运行速率，达到实时压缩处理的效果。

3 在卫星通信中应用举例

卫星通信具有通信距离远，可靠性高等优点，其在国防通信、应急救生等领域越来越广泛，但随着应用范围的扩大，有限的通信卫星资源和日益扩大的需求之间的矛盾日渐突出，针对此问题，可将无线多媒体通信技术应用到卫星通信中，其应用框图如图3所示。发送方把从摄像头中捕获到的图像，应用多媒体通信终端进行视频压缩，压缩后的码流通过卫星多功能复接设备接入调制解调器，然后通过变频和放大设备经卫星天线发送到通信卫星，接收方将从通信卫星接收到的信号，经低噪声放大、变频、解调和多媒体通信终端解压缩后送音视频显示设备，进行存储和显示。

4 结语

无线电多媒体通信技术是一种新兴的综合通信技术，应用此技术可以满足窄带条件下信息传输多样化的需求，实现了实时视频传输。无线电多媒体通信技术可应用于卫星实时视频通信系统，具有广泛的应用前景。

浅谈卫星通信技术的应用:浅谈卫星通信技术及发展趋势

摘要：卫星通信是以卫星作为中继的一种通信方式，是在地面微波中继通信和空间电子技术的基础上发展起来的，具有通信距离远、覆盖范围广、不受地面条件的约束、建站成本与通信距离无关、灵活机动、能多址连接且通信容量较大等优点，在全球许多领域应用效果很好，尤其在军事上具有重要的应用价值。

关键词：卫星通信 主要技术

一、卫星通信网络的定义

卫星通信网络是利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，从而实现两个或多个地面站之间通信的网络。其中，地面站是指设在地球表面（包括地面、水面和大气层）的通信站，也称为地球站。通信卫星的作用相当于离地面很高的中继站。卫星通信网络分为延迟转发式通信网络和立即转发式通信网络。

当卫星的运行轨道属于低轨道时，对于相对较远的地面站而言，要进行远距离实时通信，除采用延迟转发方式（利用一颗卫星）外，也可以利用多颗低轨道卫星进行转发，这种网络就是通常所说的低轨道移动卫星通信网络。

二、卫星通信中的主要技术

1. CDMA技术

CDMA(码分多址)系统通过采用话音激活技术、前向纠错（FEC）技术、功率控制技术、频率复用技术、扇区技术等技术手段，可使CDMA系统容量大幅扩大，同时，它还具有抗多径干扰能力、更好的话音质量和更低的功耗以及软区切换等优点。CDMA以其本身所具有的特点及优越性而广泛应用于数字卫星通信系统中。特别是近年来，小卫星技术的发展为实现全球移动通信和卫星通信提供了条件，利用分布在中、低轨道的许多小卫星实现全球个人通信，已在国际上逐渐形成完善的体系。

CDMA移动卫星通信系统根据导频信号的幅度实现功率控制, 减少用户对星上功率的要求从而增加系统的容量，减少多址干扰；CDMA移动卫星通信系统可利用多个卫星分集接收，大大降低多径衰落的影响，改善传输的可靠性。此外，由于CDMA多址方式具有优越的抗干扰性能、很好的保密性和隐蔽性、连接灵活方便所等特点，决定了它在军事卫星通信上具有重要的意义。

2. 抗干扰技术

现代军事斗争中，敌我双方对卫星通信干扰与抗干扰技术对抗越来越激烈。未来战争中电磁环境将变得越来越复杂，卫星通信因其固有的特点而面临极大的威胁。由于通信卫星始终暴露在太空中，且信道是开放的，易于受对方攻击。因此，军事卫星通信中干扰和抗干扰是斗争双方关注的焦点，研究在复杂电磁环境下卫星通信抗干扰技术体制已成为提高军事通信装备生存能力、确保军事指挥顺畅的关键。

卫星通信抗干扰主要通过传输链路抗干扰、软硬件设备抗干扰以及建立综合智能抗干扰体系等措施实现。

传输链路抗干扰主要有DS/FH混合扩频、自适应选频、自适应频域滤波、猝发通信、时域适应干扰消除、基于多用户检测的抗干扰、跳时(TH)、自适应信号功率管理、自适应调零天线、多波束天线、星上SmartAGC、分集抗干扰、变换域干扰消除、纠错编码和交织编码抗干扰技术等。软硬件设备抗干扰主要有光电隔离、硬件滤波、屏蔽、数字滤波、指令冗余、程序运行监视等技术。建立综合智能抗干扰体系可以通过建立软件化抗干扰硬件平台、建立智能化抗干扰软件应用系统，如：智能抗干扰系统、网络监测控制系统、专家策略支持系统等措施实现。

特别值得一提的一种抗干扰、抗搜索、抗截获的技术是跳频通信技术，它是在现代信息对抗日益激烈的形势下迅速发展起来的。各国军方对这一先进技术的发展和应用十分重视，不断加强对跳频抗干扰通信的研究和推广应用。目前，跳频技术装备正朝着宽频带、高速率、数字化、低功耗的方向快速发展，其信息战潜力巨大。

3. 基于MPLS的移动卫星通信网络体系构架

MPLS（多协议标签交换）技术由于可将IP路由的控制和第二层交换无缝地集成起来，具有IP的许多优点(如扩展性、兼容性好)，又可很好地支持QoS和流量工程，是目前最有前途的网络通信技术之一。近年来，在地面固定网MPLS技术逐渐成熟后，该技术已向光通信、无线通信和卫星通信等领域扩展。现有的宽带卫星系统设计主要采用卫星ATM 技术，研究表明该技术可给不同的业务提供很好的QoS保证，并可利用面向连接的虚通路设计以及流量分类等方法为网络提供有效的流量工程设计。

卫星MPLS体系结构分为用户层、接入层、核心层三部分，其中，用户层包括卫星手持移动终端(直接接入移动卫星网)、小型专用局域网用户(通过小型地面移动终端接入卫星网)、其他网络用户(通过地面网关站接入卫星网络)等。接入层由标签边缘交换路由器(LER)组成，完成卫星MPLS网同其他网络以及卫星手持移动终端的连接，其主要功能包括实现对业务的分类、建立FEC和标签之间的绑定、约束LSP的计算、分发标签、剥去标签以及用户QoS接纳管理和相应的接入流量工程控制等。核心层由标签交换路由器(LSR)组成，完成信息按MPLS标签进行交换转发，其上主要运行MPLS控制协议和第三层路由协议，并负责与其他标签交换路由器交换路由信息来建立路由表、分发标签绑定信息、建立和维护标签转发表等工作。

三、卫星通信的发展趋势

在目前的通信卫星中，已采用许多代表当今世界通信卫星的先进技术，如氙粒子发动机、高能太阳电池和蓄电池、大天线和多点波束（如：THURYU、ASES、TORSS、GALILEO等卫星天线）、卫星星上处理器（如：窄带信道化器、数字波束成形网络和BUTLER矩阵放大器）以及射频功率动态按需分配等技术，这些技术的发展，对通信卫星和卫星通信的发展产生了深刻的影响。

1. 通信卫星向大、小两极发展

现代卫星通信的发展趋势之一就是卫星星体本身正在向大型化和微型化两个方向发展。一方面，各国为了提高卫星的灵敏度和星上处理能力，以及实现卫星的一星多能，把卫星星体造得越来越大，重量也越来越重。卫星大了也有弱点，易受电磁干扰和敌方反卫星武器的破坏，而小卫星、微小卫星却能克服这种弱点。如果用多颗小卫星组网来代替单颗大卫星，就可以提高卫星系统的生存能力。

2. 卫星通信向卫星移动通信方向演进

卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信。随着技术的发展，卫星的功能逐渐增强，许多原来由地球站执行的功能被转移到卫星上去完成，从而使地面设备变得越来越简单，天线尺寸也随之大幅度减小。随着频谱扩展、数字无线接入、智能网络技术的不断发展，卫星移动通信在向卫星个人通信方向演进，用手持机可实现在任何地点、任何时间与世界任何地方接入卫星移动通信网的用户进行双向通信。

3. 卫星通信与互联网技术相结合

由于卫星通信和计算机技术的飞速发展，产生了卫星互联网技术。目前卫星互联网的连接方式主要有两种：一种是利用宽带卫星的双向传输；另一种则是利用卫星的高速下载和地面网络反馈的外交互通信方式，即将卫星链路作为下行数据链路，而将电话拨号、局域网等其他通信链路作为上行数据链路，这种方式是基于当前互联网信息流量的非对称性提出来的，它是卫星通信的一个热点。

4.通信宽带化

为了满足卫星通信系统用户对带宽的需求，卫星通信技术已向Ka、Q等波段发展。一些国家卫星系统已拓展直EHF频段。采用EHF频段有很多现有其他频段无可比拟的优点，一是扩大EHF频段的容量，大大减轻现有频谱拥挤现象；二是EHF的波束窄，可减少受核爆炸影响出现的信号闪烁和衰落，抗干扰和抗截收能力强。三是EHF 频段系统使用的部件尺寸和重量都可大大缩小和减轻。

四、小结

在Internet、卫星宽带多媒体业务、卫星IP传输业务、卫星ATM和地面蜂窝业务发展的推动下，卫星通信将获得更大发展。尤其是光开关、光交换、光信息处理、智能化星上网控、超导、新的发射运载工具和新的轨道技术等各种新技术、新工艺的实现，将使卫星通信产生革命性的变化。卫星通信作为全球信息化网络设施的重要组成部分，将对我国和世界经济、社会、军事的发展产生重大的促进作用。

浅谈卫星通信技术的应用:试述北斗卫星通信技术在水情自动测报系统中的应用

摘 要：本文介绍了北斗卫星通信系统特点，组成，并对北斗卫星软件设计、通信机制设计进行了分析。

关键词：水情自动测报系统;北斗卫星;通信技术;监控中心

1 北斗卫星通信系统特点及建设目标

北斗卫星通信系统凭借自身特点，解决了卫星测报系统存在的缺陷，能满足水情自动测报的需求。北斗卫星通信系统具有速度快、支持多用户等特点，与水情自动测报系统所要求的特性正好可以吻合。它的短通信功能完全符合短数据、大容量信息传输的要求，受雨衰引起的损耗及噪声的影响都非常小。

工程项目水情、墒情测报系统是一个水情、墒情数据自动采集、传输、接收处理及时的实时测报系统，其系统功能应符合水利部《水文自动测报系统规范》(以下简称规范)的要求，功能如下：系统在暴雨、洪水等恶劣条件下也能够进行工作，设备可靠性要达到设计要求。系统中各设备应符合结构简单、可靠、低耗的原则，并要有防雷措施，遥测站要在无人的条件下工作。遥测站能在环境温度C10~45℃及相对湿度 90%。遥测站能自动采集实时水情数据并自动定时将水情、流量、墒情数据发送至中心站，数据精度应满足《规范》要求。中心站后台微机实时接收水情、流量、墒情数据，并对这些数据进行检索、修改、显示、打印。当电网断电时，数据处理设备仍能连续工作 4 h 以上

2 基于北斗卫星通信技术的水情自动测报系统

基于北斗卫星通信技术的水情自动测报系统由北斗卫星水情自动测报站、北斗卫星通信链路和监控中心组成。

2.1 北斗卫星水情自动测报站

北斗卫星水情自动测报站由北斗通信模块、遥测终端机、前端传感器、电源等组成。北斗卫星水情自动测报站与监控中心采取点对点方式传输，定时向监控中心发送位置信息，在紧急情况下及时的向监控中心发送水情数据。

2.1.1 北斗通信模块

北斗通信模块选用北斗卫星用户终端。用户终端天线设备和主机设备体积都很小，操作方便，安装维护也简便易行。用户终端整机功耗小，其发射机理为瞬间突发，使终端的功率消耗得到有效地控制，对工作环境恶劣的野外测站而言具有很好的实用性。

2.1.2 遥测终端机

遥测终端机可连接多种传感器，支持多种通信方式，如北斗卫星、GSM/GPRS等。保证在无人值守情况下长期稳定地运行。灵活配置的模块化结构能适应各种不同的需求，为各级部门的防汛决策提供了及时、有效的水情信息。

2.1.3 前端传感器

前端传感器包括水位传感器、雨量传感器、流量传感器、水质传感器等各种传感器。

2.1.4 电源

电源采用密封免维护蓄电池，选用太阳能板浮充。水情自动测报站的遥测终端机具备一个可控的电源输出，可控制蓄电池电压的输出与切断。遥测终端机在野外采用蓄电池、太阳能板充电。为减少遥测站的功耗，在发送完数据后，将切断卫星用户终端的电源。仅在满足发射条件的情况下开启，并发送数据。由于采用了节省功耗的工作模式，可以满足全年7@24h不间断供电的要求。

2.2 北斗卫星通信链路

北斗卫星通信链路由北斗卫星、北斗卫星网管中心组成。主要功能是将对所有水情自动测报站发送的水情数据进行备份，可登录到北斗网管中心下载相应的水情数据。

2.3 北斗卫星监控中心

北斗卫星监控中心由卫星指挥型终端、数据接收服务器、数据应用服务器、水情数据库等组成。监控中心是系统数据的汇合点和控制中心，具有控制系统运行方式与过程的功能。

2.3.1 卫星接收终端

北斗卫星指挥型终端除了具有普通用户机功能外，同时监收下辖用户机的定位和通信信息，并可以向下属用户机发送通播信息。特有功能如下：(1)兼收功能。可同时兼收500个用户，包括用户的所有通信及定位情况。（2）内置电池。内置大容量锂电池，在断电情况下仍可持续使用，保证指挥机运行稳定。（3）大数据处理能力。指挥机硬件配置高，采用高性能处理单元，处理能力远远高于普通终端，可同时处理100多条数据。（4）全信道锁定。可以同时锁定北斗系统全部6个信道，普通终端只能锁定2个。全信道锁定可大大增强通信的成功率，保证在任何一个信道上的数据都可接收至指挥机。（5）通播功能。可向下辖用户发送通播信息，发送一条通播数据后所有下辖都可以同时接收。

2.3.2 数据接收服务器

数据接收服务器从2个信道进行接收。第1信道:互联网。数据通过互联网进行传输，数据接收服务器通过TCP/IP协议和北斗网管中心建立稳定连接，实时接收野外站点传输的数据。第2信道：卫星系统。通过北斗卫星系统实时地将数据发送到数据接收服务器，数据接收服务器通过RS232协议接收数据。

2.3.3 水情数据库

数据接收服务器接收到数据之后对数据进行解压缩、解码、分析入库处理，将水雨情数据写入实时水情数据库，提供给数据应用服务器分析使用。

2.4 北斗卫星软件设计

2.4.1 北斗卫星测站控制软件

北斗卫星监控中心与北斗卫星水情自动测站构成一点对多点的传输模式。北斗卫星水情自动测报站将本地水情数据发送到北斗卫星监控中心，由监控中心发送相应的回执确认信息，北斗卫星水情自动测报站根据不同的回执采取相应的行动，或自动转入休眠或重新发送水情数据。

2.4.2 北斗卫星信息处理软件北斗卫星信息处理软件的功能是接收北斗卫星传送的数据，将数据进行相应的处理后进行发送。

2.5 北斗卫星通信机制设计

采用北斗卫星与遥测终端机连接，主要解决通信频度控制策略、信息格式设计的问题。

2.5.1 通信频度控制策略

由于北斗卫星短信单次收费标准高于移动短信收费标准的5倍以上，因此，一般不采用与移动短信通信遥测站相同的发送策略。水雨情数据只在必要时发送。根据北斗卫星通信费用较高(015元/次)的特点，一般设置发送间隔为1次/h，如无变化(不下雨)时不发送数据。每天08B00无条件发送平安报，作为与接收(分)中心之间的/心跳0信号。

2.5.2 信息格式设计

北斗卫星单条短信字节数分为A、B、C三档，对应的字节长度分别为43， 70， 98字节。其收费标准相差较大，分别为015， 018， 110元。另外，北斗卫星运营商还提供包年的收费方式。在满足应用要求的前提下，合理设计，尽可能降低费率。综合考虑包年方式以及实际需求，系统中北斗短信采用98字节长度。

3 北斗卫星水情自动测报站通信畅通率应用实验

为了验证基于北斗卫星的水情自动测报技术的工作性能，选取了温州市已建成的19个北斗卫星水情自动测报站点，设定数据向位于监控中心的北斗卫星指挥型终端发送。19个北斗卫星水情自动测报站均设置为15 min定时自报，中心站72 h (2013年1月16)18日)接收。实验证明，19个北斗卫星水情自动测报站的平均畅通率达到97199%，满足了设计要求。

4结束语

综上所述，北斗卫星的水情自动测报站点的建立，弥补了移动信号覆盖范围不全的缺陷，为水利部门掌握全流域的水雨情数据提供了有力的技术支持。