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關鍵詞:衛星通信技術;消防指揮
引言
一般而言,與消防相關的緊急事件都具有突發特點,體現在時間和地點的不可知性以及現場環境的不確定性。在救援活動中,指揮協調各參戰力量,以達到協同配合、高效處置的關鍵在于消防通信指揮系統和手段的有效運用和高效運行。截至目前為止,消防部門各級、各戰斗單元之間的聯系主要依靠無線電臺、公網電臺、移動電話及公網音視頻設備來完成,這些手段存在易受環境信號影響、受距離影響等不利因素,通信時有不流暢和對公網通信設施的高度依賴帶來了嚴重的弊病,影響了救援現場尤其是復雜環境條件下消防作戰行動的高效運作,因此,必須大力發展消防通信指揮系統,而現代衛星通信技術的發展給指揮系統的完善帶來了可喜的發展機遇。
1消防應急通信指揮系統的發展現狀和建設目標
如前所述,高效的消防通信指揮系統不僅是消防部門完成火災撲救和搶險救援任務的重要保障,更是完成救援任務的根本要求。進入21世紀以來,尤其是近些年,我國自然災害頻發,安全事故也不斷增加,如四川汶川地震、南方雨雪冰凍、甘肅舟曲泥石流及大連油港火災、青島地下輸油管線爆炸、天津港“8.12”爆炸等災害事故,這就對消防部門火災撲救和應急救援工作提出了更加嚴峻的考驗。消防現場通信指揮系統是處置各種災害事故確保指揮決策高效的關鍵。消防通信指揮系統的目標是建立以無線、有線、視頻圖像傳輸、基礎信息網絡、衛星通信和移動通信指揮車為依托的快速應急通信保障系統,遭遇到突發的災害事故時能夠快速開通,及時建立起現場指揮與戰斗單元、前方與后方、消防與各聯動部門之間的信息交流,實現各項任務的部署、調整和推進,進而為快速完成應急救援處置任務,最大限度挽救人員生命與財產提供及時、高效、暢通的通信保障。由此可見,在滅火和應急救援行動中通信指揮系統可以看作為消防部門指揮的網絡系統,對災害事故的處置起到十分重要的作用。近些年來,我國有關消防信息化與通信建設方面雖然取得了長足的進步,但是與發達國家仍有距離,甚至與近鄰日本相比仍不能望其項背。在一些突發事故的處置過程中我國消防通信指揮仍存在指揮不靈、組成單一、協同性差等問題。因此,在一些突發的自然災害的應對行動中,必須依照現行《消防通信指揮系統設計規范》,建設完善的消防通信指揮系統,進一步借鑒國內外的先進經驗,實現消防通信指揮系統的安全、可靠、準確、快速。為不斷提高消防通信指揮的快速反應與科學決策能力,在系統建設過程中,要綜合運用現代網絡技術架構綜合指揮系統,整合運用各種現代化通信技術手段,制定有針對性通信指揮和通信保障方案,同時要明確各級各崗位分工,并通過實戰演練增強消防部隊之間的密切程度,提高隊伍信息化條件下的通信保通能力和指揮應對水平。
2衛星通信技術的特點及優勢
在現代多樣的通信技術手段中,衛星通信技術是依賴于人造地球衛星來實現的通信技術手段,它通常通過太空通信衛星來實現。通信衛星的種類頁比較多,可大致分為以下幾種:按使用領域不同,可簡單分為民用通信衛星、國有通信衛星、商業通信衛星、工業通信衛星、軍事通信衛星等;按使用對象的不同,通信衛星可簡單分為小地區通信衛星、國家與地區通信衛星和全球通信衛星等;衛星通過發射無線信號實現地面站點之間或地面站點與太空衛星之間的通信。衛星通信主要有以下突出優點:(1)覆蓋范圍大。根據天文學知識,一顆靜止通信衛星信號可覆蓋地球表面的百分之三十,可供相距17000km的不同站點直接通信。所以理論上講,在地球赤道上空的太空中布置三顆通信衛星便基本能夠實現全球所有地區的網絡衛星通信。(2)通信距離遠。由于通信衛星的覆蓋范圍巨大,其可供通信的距離較其他通信設備更遠,且通信質量更佳。(3)良好的機動性。通信衛星是不同地面站點之間的遠距離通信載體。衛星能根據實際需要建立與各個方向的通信聯系,已經成為現代無線遠距離通信中的重要手段,在消防指揮中亦發揮著舉足輕重的作用。當前,通信衛星技術不斷發展進步,衛星通信技術的應用對于消防通信指揮意義重大。(4)大容量的通信。通常情況下,衛星通信設備較通常的移動設備而言大大擴充了電路容量,滿足了傳遞大容量的高清圖片及其他數據的可能,其通信容量較其他設備更大。(5)高質量的傳輸。通信衛星以其特有的優勢使消防指揮不再受制于自然的地形條件、有限的公網設施及各種復雜的人為因素。因此,高質量的傳輸質量成為衛星通信的一大優勢。
3淺談衛星通信技術在消防通信系統中的應用
為提高消防部門在搶險救災行動中的科學指揮調度水平,復雜形勢任務條件下需要充分利用現代先進的衛星通信技術,通過衛星通信技術建立太空衛星與各地面站點之間的聯系,擺脫對城市公網通信設施的高度依賴,提高指揮調度靈活度,應對大型地質災害及遠離城市救援區域應急救援行動,為消防部門作戰行動的指揮決策提供可靠保障。此外,衛星通信指揮系統的計算機化、系統化、網絡化也為科學決策提供了技術支持。根據現有的數據分析,一般在大型的火災救援中,火災現場情況復雜,地面通信指揮設施容易受到瞬息萬變的現場情況的影響,直接影響到現場消防通信指揮。在執行消防救援任務尤其是抗震救災、野外救援等任務時,往往會遇到公網手段失效、常規無線手段有限等尷尬局面。衛星通信技術作為一種新型通信技術,以其特有的優勢完美地解決上述問題。我們可以大膽地推測,隨著災害現場通信閉塞問題的有效解決,消防通信指揮的效率也必將得到明顯提高。消防衛星通信系統主要包括移動部分和固定部分兩大組成部分。移動部分主要是指地面通信指揮車、衛星通信便攜站、衛星電話終端等;固定部分主要包括衛星地面固定站及視頻監控系統、視頻會議系統等消防指揮指揮系統。在災害事故救援行動中,以衛星通信指揮車為主體的衛星通信指揮系統主要負責保障現場通信指揮和進行現場圖像采集,并通過太空通信衛星把包括語音、圖像在內的各種數據傳遞給衛星地面站點,地面站點加工處理后再把數據傳遞給視頻會議系統,實現超遠距離的無線通信聯絡。同時后方的消防指揮中心也可以根據消防實地的其他數據進行遠程決策、制定較為完善的調度方案,通過衛星鏈路、音視頻系統搭建的視頻會議進行會商、決策、指揮和調度。為滿足當前消防救援作戰需要,衛星通信指揮系統應向集成化、便攜化和多功能邁進,不斷適應復雜多樣救援現場,滿足消防部隊快速反應、靈活機動的作戰需求。衛星通信指揮系統運用衛星通信技術連接前后方,連接指揮機關和作戰單元,及時獲取現場信息和應對現場情況,提高了指揮決策的及時性和準確性,增強了復雜條件下通信指揮應對手段,為救援現場和后方指揮之間的聯系提供了可靠的通信保障。
4結語
綜上所述,消防指揮部門為了保障配備的通信系統高效運作,積極應對日益復雜的消防作戰指揮需要,就必須建立完善的消防應急通信指揮網絡,加強對包括衛星通信系統在內的新技術的應用,加強高精尖設備的維護、信息化人才的培養,確保在大型事故救援中充分發揮消防部隊戰斗力,有效維護人民群眾的生命財產安全。
參考文獻:
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[2]李全國.基于衛星通信技術開發消防通信指揮系統[J].中國科技信息,2008
【關鍵詞】衛星通信;便攜;通信體制
在“5.12汶川地震”過后的多次突發公共事件的處置中發現,公共通信網絡在突發公共事件發生時通常會出現癱瘓、堵塞的情況,衛星通信作為應急通信的保底通信手段是不可或缺的,如果需要在環境惡劣或特殊地形的條件下第一時間到達現場,并且攜帶較多的搶險器材,這時體積小、重量輕、便于攜帶便成為了衛星通信設備考慮的重要因素。現有衛星通信系統具有不同體制,對應的使用環境也有所不同,用戶需要根據不同環境和不同應用的要求選擇相應的便攜式衛星通信系統。
一、現有衛星通信系統的分類及優缺點
衛星現有通信制式有FDMA、TDMA、CDMA。
1.FDMA:頻分多址,采用調頻的多址技術。不同用戶使用不同頻帶實現信號分割,即在同一時間內不同用戶使用不同頻帶。
優點:一個終端對應一段頻段,別的終端不能使用該頻段,因為是獨享,所以可以支持穩定速度較快的通信,上傳、下載速度接近,應用時間較長,設備經過實戰考驗。
缺點:因是獨享,所以在同一載波內不支持多址通信,且主站設備多,配置復雜,通常使用在傳輸視頻上。
2.TDMA:時分多址,采用時分的多址技術。業務信道在不同的時間分配給不同的用戶,即在同一頻帶內不同用戶使用不同時隙。
優點:所有終端可以使用同一頻段進行通信,在同一載波內支持多址通信,網絡規模可以很大且分布起來比較簡單,能接收大速率的數據,下載速度通常大于上傳速度,下載速率通常大于FDMA,上傳速度通常小于FDMA。應用時間較長,設備經過實戰考驗。
缺點:主站設備比FDMA更加復雜,因帶寬不是獨享,通信延時長于FDMA。
該通信制式通常在需要較大下載數據的情況下使用,通常使用于綜合業務系統,上網、傳輸數據等。
3.CDMA:碼分多址,采用碼分的多址技術。業務信道在同時分配給不同的用戶,通過不同的碼制區別不同的用戶。
缺點:在較少終端的情況下傳輸效率通常低于上述兩種制式,上傳帶寬較小遠小于FDMA和TDMA,只能進行低速率的通信。設備較少,沒有經過實戰考驗。
優點:設備架設的復雜度低于上述兩種體制。
載波頻譜密度低,降低對鄰星的干擾,特別適用于0.5m口徑以下的VSAT系統;具有軟容量特性,即在少量降低在用信道載噪比的代價下,可以在額定系統容量基礎上臨時增加少許信道,以滿足系統突發負載增加。
抗干擾能力強:因將有用的信號擴展到很寬的頻帶上,干擾信號進入與有用信號同頻帶內的干擾功率大大降低,從而增加了輸出信號/干擾比,因此具有很強的抗干擾能力。
可進行多址通信:采用正交性等方式區別不同終端,使各網在同一時刻共用同一頻段,因此在同一頻段內可支持多個終端傳輸。
頻帶可復用:采用正交性等方式區別不同終端,因此兩個不同網絡傳輸的頻帶可重疊復用。
二、不同衛星通信體制對應的便攜系統解析
1.FDMA
設備特點:
系統采用 Ku頻段,單跳直連,動態組網,滿足低速、中速、高速業務需求。
具有雙向通信能力,能實現語音、數據、圖像的傳輸。
具備高速數據傳輸和視音頻傳輸,每路數據傳輸速率不小于64kbps,每路話音傳輸速率不小于8kbps,每路圖像傳輸速率為768kbps至2Mbps;每路綜合業務數據至少包含4路話音、1路圖像和2路數據。
采用基于IP協議的通信標準和FDMA/DAMA衛星通信技術體制,并能通過衛星鏈路全網互聯互通。
支持任何符合TCP/IP協議的數據,支持QOS協議及TCP協議加速。
系統支持BPSK、QPSK、8PSK等多種調制方式和TPC 1/2、3/4、7/8編碼方式。
衛星通信設備通過IP接口與電視會議設備、計算機網絡設備、通信設備、視音頻編解碼設備等連結。
中頻接口采用L波段。
系統應具備自動上行功率控制能力(AUPC)。
綜合業務數據可通過IP加密方式傳輸并采用統一型號的加密設備。
設備性能:
自動對星便攜站應具備一鍵自動對星功能,架設開通時間為3-5分鐘。
天線應具有高增益、高效率、低旁瓣、小電壓駐波比等良好電氣特性,旁瓣特性和交叉極化隔離度指標滿足衛星公司入網要求。
具備重量輕,抗震能力強,集成度高,工作適應溫度范圍廣等特性。
能為BUC及LNB提供10MHz外參考,能通過饋線給BUC供電。
功耗小、工作溫度范圍廣、重量輕。
便攜式衛星站配置1臺調制解調器和1臺DVB接收機。
2.TDMA
設備特點:
兩個背包就是一個完整的基于衛星通信的多業務終端,特別利于越野行動。可以選擇人力發電機,這樣三人小組可以完成惡劣條件下的應急通信保障。在全國城鄉大多數地點,與多個固定地點和機動地點聯網通信。在全國城鄉大多數地點,與多個固定地點和機動地點進行視訊會議或視訊對話。可以全部放進普通小汽車的后備箱內。可以通過民航普通行李安檢。
設備性能:
使用“靜中通”天線手動尋星的衛星交互式寬帶多媒體通信系統。主要用于衛星應急通信,在到達現場后按要求展開天線,手動尋星,然后建立衛星通信鏈路。衛星通信鏈路支持基于IP的數據通信,支持VPN,支持VLAN。系統自身對外具備一個標準的以太網絡接口,可以運行地面計算機網絡上的所有應用。
可以完成網絡訪問、網絡電話、視訊會議等應用的一個終端的全部基本功能。此時,系統具備了網絡拓展的接口,以便接入更多的計算機或網絡設備,特別是可選IP保密機的接入;擁有基于PSTN傳真機的接入能力,以便收發傳真;配有無線圖像傳輸系統,可解決最后一公里的圖像傳輸問題;具有音視頻的AV接入和輸出,以便接入外接的圖像和伴音,或者完成圖像和聲音的輸出。
3.CDMA
設備特點:
主要用于撥打衛星電話,進行小速率的數據傳輸
可設置熱線電話按鍵,實現一鍵呼叫;
攜帶體積不超過50cm×40cm×30cm,總重不超過8kg,包括背包、整體外殼、天線、功放、LNB、調制解調器、內置北斗模塊、一塊電池、電源適配器、無繩電話、支架;
選用0.3米*0.3米的平板天線,配備無繩電話,方便在單兵設備附近移動使用;
具有無線AP接入點功能,可實現數據(包括圖片、文本、短信等)傳輸,支持802.11a/b無線網絡協議,支持UDP網絡協議,可通過AP訪問該單兵通信系統;
符合衛星運營商的入網要求;
手動對星方式,需配備對星輔助工具,具有衛星信號強度指示燈、指南針等,對星時間為5-10分鐘;
支持鋰電池供電和使用電源適配器采用交流電供電。電池采用外掛式,可選配不同容量,保證持續工作時間不低于2小時,待機時間不低于8小時;
具有直觀的電池電量指示燈、工作狀態指示燈;
外部接口應選用航空插座,防水防塵,適應野戰環境;
內置北斗定位模塊,可在單兵設備數據模式下上傳地理位置信息;
設備性能:
提供衛星網內便攜站與主站、便攜站與便攜站以及便攜站與公用電話網間的話音通信;
提供衛星網內便攜站與主站、便攜站與便攜站以及便攜站與公用電話網間的數據通信;
提供衛星網內便攜站與主站、便攜站與便攜站間的短報文通信;
系統具有基本網管功能,提供系統的信道分配和基本配置管理。
擴頻帶寬:2、4、8MHz可變。
信息速率:話音,2.4kbps聲碼話;
數據,2.4kbps。
通信體制: CDMA/PSK/DAMA。
工作頻段:Ku頻段。
差錯控制:LDPC碼。
話音接口:二線話音、wifi無線接口話音;
數據接口:網口、wifi。
三、不同衛星便攜系統的優缺點和使用場景總結
現總結如下:
(一)頻分多址(FDMA)不擴頻多址通信系統
1.特性
采用調頻的多址技術。不同用戶使用不同頻帶實現信號分割,即在同一時間內不同用戶使用不同頻帶。
2.優點和應用環境
頻帶獨享,延時較短,傳輸的時延抖動較少,通常應用與視音頻傳輸
3.缺點
ODU要求較高,用戶增加時,擴展系統能力比較麻煩
(二)時分多址(TDMA)不擴頻多址通信系統
1.特性
采用時分的多址技術。一段頻帶在不同的時間分配給不同的用戶,即在同一頻帶內不同用戶使用不同時隙。
2.優點和應用環境
ODU要求較低,擴展系統能力較簡單,該通信制式通常在需要較大下載數據的情況下使用,通常應用于綜合業務系統,上網、傳輸數據等
3.缺點
延時長,傳輸的時延抖動較多,不適合對于延時敏感的傳輸業務
(三)碼分多址(CDMA)擴頻多址方式通信系統
1.特性
采用碼分的多址技術。在一段頻帶上,將信息數據,用一個帶寬遠大于信號帶寬的偽隨機碼進行調制,使原數據信號的帶寬被擴展,再經載波調制并發送出去,接收端使用完全相同的偽隨機碼,與接收的帶寬信號作相關處理,把寬帶信號換成原信息數據的窄帶信號即解擴,以實現信息通信,不同的用戶使用不同的偽隨機碼進行區分。
2.優點和應用環境
ODU要求最低,能夠降低載波頻譜密度,降低對鄰星的干擾,抗干擾能力和保密能力強于不擴頻通信系統,通常應用于語音、小數據傳輸等
3.缺點
傳輸效率通常低于不擴頻通信系統,占用頻帶資源多
無線局域網(WIFI)是目前應用最為普及的一種短程無線傳輸技術。隨著地面移動互聯網和物聯網技術的迅速發展,WIFI憑借自身的優勢逐漸得到了廣泛的認知與認可,甚至演變成為一種熱潮,無論是企業商務還是家庭生活娛樂都體現出了對WIFI與日俱增的需求。也正因為如此,WIFI技術顯示出了極大的應用價值和良好的市場前景。當前,全球支持WIFI的終端設備越來越多,但是能訪問互聯網的人口不足60%。盡管智能手機和平板電腦等終端設備的價格不斷下降,但是獲取互聯網服務仍有許多限制,必須在地面不斷增加新的WIFI熱點,以擴大WIFI網絡的覆蓋區域和接入能力。考慮到地面WIFI無線網絡覆蓋區域小、布局受限、安全性低以及成本高等問題,近年來有人提出將衛星通信與WIFI技術結合應用,充分發揮兩種技術的優勢,利用通信衛星實現WIFI信號的廣域覆蓋,使WIFI更廣域、更靈活地服務于更多用戶。根據WIFI技術在衛星通信系統中的使用位置,可以將衛星WIFI系統分為兩大類:第一類是WIFI衛星,即利用空間段衛星直接播發WIFI信號,終端或用戶可以直接接入衛星,享受WIFI服務;第二類是衛星WIFI,即以衛星為遠距離中繼傳輸的手段或通道,通過在地面段衛星終端接收數據、WIFI基站發射的方式,進行熱點覆蓋提供WIFI服務。對于第一類技術體制,美國在2014年初提出的“外聯網”(Outernet)計劃是典型的代表,該計劃使用WIFI頻段,擬在2015年發射數百顆立方體衛星,這些衛星面向地球持續輻射WIFI信號覆蓋世界各地,從而免費為全球所有支持WIFI的終端提供無線互聯網服務。2015年1月14日,一網公司(OneWeb)宣布計劃投資15億~20億美元,在距離地球約1200km高的軌道上建設一個由648顆小衛星組成的星座,向地球發送互聯網信號,預計2018年投入運行,該星座可提供更快速、范圍更廣的互聯網接入服務。美國太空探索技術公司(SpaceX)也宣布,將耗時5年時間投資至少100億美元建設一個由4000顆衛星組成的全球衛星星座,提供互聯網接入服務。這種技術概念初看非常具有吸引力,但是仔細分析后發現其存在諸多技術難點。首先,WIFI標準設計初衷是適用短距離、相對靜止狀態下的室內高速無線通信。如果在低軌衛星和普通手機終端之間直接進行星地通信,受限于手機終端的接收靈敏度和立方體衛星的體積功耗,遠遠無法滿足WIFI標準所支持的最低通信速率要求。另外,星地距離帶來的長時延,低軌衛星高速運動帶來的多普勒頻偏和頻繁切換,都是現有WIFI技術所無法支持的。因此,在不改變現有WIFI協議的條件下,該類體制技術不具備可行性。衛星與WIFI結合目前只能采用第二類技術體制,即衛星WIFI寬帶通信系統。通過一套衛星通信終端和WIFI基站,形成服務區內的WIFI信號覆蓋,支持覆蓋區域內所有的手機、筆記本、臺式機等具有標準WIFI接口終端的寬帶接入,可實現網絡電話、寬帶上網、視頻、數據傳輸等綜合業務服務。
2國內外應用現狀
在國外,衛星WIFI應用主要體現在高鐵和民航飛機領域。歐洲于2007年率先在“歐洲之星”高速鐵路上采用了衛星寬帶接入互聯網;日本的新干線于2009年通過衛星實現互聯網無線接入;美國高速鐵路起步較晚,但從2008年起美國列車的互聯網接入均采用了衛星技術。衛星WIFI應用于民用航空領域主要有Gogo公司和衛訊公司(VIASAT)。Gogo公司是目前全球航空寬帶連接市場最大的服務提供商,目前,該公司已經為全球超過2000架商用飛機和超過6000架公務飛機提供空中上網服務。Gogo公司合作伙伴包括12家大型航空公司,例如墨西哥航空、美國航空、加拿大航空、阿拉斯加航空、日本航空、聯合航空、越南航空、維珍銀河等航空公司。Gogo公司可提供2種服務模式:一站式解決方案和特定航線服務。其所采用的技術手段包括衛星、地面基站以及混合式方案。衛訊公司主要利用自己的Ka頻段大容量寬帶通信衛星給航空、海事等用戶提供寬帶連接服務,旗艦服務名為Yonder。衛訊公司的產品與服務支持全球各類飛機。在商用飛機方面,包括加拿大飛機與列車制造商龐巴迪公司生產的Global5000/XRS/6000等、波音公司的商用噴氣式飛機;在政府飛機方面,包括C-130、KingAir300以及部分軍用直升機。VMT-1500是其為商用噴氣式飛機提供的典型終端,整套終端質量15.9kg,反射器天線口徑30cm,已安裝在500多架飛機上。對于國內市場,衛星WIFI應用僅僅在民航客機上做過鏈路試驗。2014年7月23日,東航通過通信衛星實現了32Mbit/s的網絡接入速率試驗,能夠滿足機上200名乘客上網需求,實現網頁瀏覽、話音聊天和空中購物,或滿足40~50名乘客實現視頻連線、在線視頻播放。中國首個空中互聯網產業聯盟在2014年第十屆珠海航展上成立,包括中國銀聯、新浪、京東、優酷土豆等企業,這意味著即使你在空中飛行,也可以隨時購物、下單和支付。船舶寬帶接入目前正在應用推廣,而高鐵寬帶接入應用市場為空白。隨著國家寬帶戰略的實施,我國衛星WIFI應用將迎來巨大的發展機遇。
3國內市場需求分析
高鐵應用領域2013年,全國鐵路累計發送旅客20.75億人次,其中動車組運送旅客8億人次,動車組的年旅客輸送量以40%的速度增長,未來將超過鐵路旅客發送量的50%。據調查,高鐵人群以高話語權、高素質、高收入的“三高”人群為主,在高鐵人群里,企事業單位和公司中高層管理人員所占比重高達33.5%,他們大都擁有良好的職業,在企業中有較高的話語權。高鐵乘客出行目的調查結果顯示,60%以上的乘客以公務/商務出差為目的,再加上乘客大多數是政府及企事業單位的中高層管理者,導致乘客經常需要在移動中處理公務,引發出上網等寬帶通信需求。到2017年,中國的智能手機保有量將增長到7.01億部,平板電腦的數量將突破4.2億臺,將極大地促進無線WIFI的應用需求。以中青年社會精英階層為主體的高鐵乘客,也是引領時尚的消費者,“處處尋WIFI”、“無處不WIFI”,對高鐵移動WIFI有極強的需求。據調查,目前高鐵列車上有近50%的旅客在旅程中使用智能手機和平板電腦進行各種活動以消磨時間,近75%的旅客有WIFI上網的消費需求。高鐵商旅人群平均每月手機話費約300元,其中每月手機話費400元以上者占25%,這部分人群是通信服務的VIP客戶,其通信消費能力強,消費積極,因此在高鐵上提供高品質的網絡接入和多媒體娛樂服務將會有很好的市場效果。據2014年度“中國衛星應用大會”相關報告預測,2015年底,全國鐵路動車組列車開行數量將達到1500對。到2017年,全國高速鐵路網列車數量將達到1940列,預計寬帶需求58Gbit/s。如果采用傳統地面移動網絡解決,則面臨列車高速移動帶來的多普勒頻移等技術問題以及鐵路沿線高密度布基站等工程實施代價問題,衛星WIFI寬帶通信系統將成為解決這些問題的有效途徑。根據國內目前高速鐵路的消費能力來看,以低收費的方式導入市場,衛星寬帶WIFI服務仍是極具客戶吸引力的。以我國高鐵的運量來看,其流量收入及相關潛在的市場價值不可估量。“一帶一路”海洋應用2013年9月,提出“一帶一路”戰略構想,旨在建立發源于我國,貫通中亞、東南亞、南亞、西亞乃至歐洲部分區域,東牽亞太經濟圈,西系歐洲經濟圈。為響應該戰略,2014年我國投入運營的中星-11衛星的海洋波束正式為“海上絲綢之路經濟帶”服務,旨在為我國船舶及海上設施提供衛星通信服務,建立海上信息高速公路,為涉海行業提供信息化服務,我國大部分遠洋船舶均可享受到通信衛星系統帶來的福利。另外,我國即將開始研制的新一代大容量通信衛星—東方紅-5首發星的應用也將在我國“一帶一路”戰略中有所作為,這些都為寬帶WIFI衛星通信系統應用并服務于“一帶一路”海上信息保障提供了條件。該領域市場主要是大中型漁政、海監、漁船和遠洋運輸船舶。目前,這類船舶所使用的通信設備主要有短波、超短波、“北斗”、海事以及甚小口徑終端(VSAT)等,開展的業務主要包括話音通信、“北斗”定位和短信,以及窄帶數據傳輸等傳統業務。隨著國家“海上絲綢之路”戰略逐步推進,互聯互通需求迫切,海上電子商務、移動互聯網、船舶物聯網信息回傳等應用將越來越普及,必將促使各類航運船舶安裝衛星WIFI系統。應用海上衛星寬帶WIFI系統,可以方便在船上開展遠程監控、視頻會議、遠程維修、遠程醫療等工作,同時還可以使用IP電話、接入互聯網,船員可免費與家人、朋友通電話并在網上沖浪;安裝在船舶上的主機監控系統,可以實時獲取船舶數據,通過衛星傳輸,坐在陸地辦公室的人員可直接獲取主機數據、油耗數據、設備健康信息等,經數據分析得出可靠的船舶運營決策,提高運營效率和效益;海上隨時可能出現各類事故,系統可將船上的實時畫面傳輸至陸地,第一時間形成海路一體聯動機制,妥善處理各類突發事件;長時間從事遠海枯燥乏味的工作,使員工工作激情下降,通過衛星WIFI接入互聯網可使所有船員享受網上沖浪,提高工作效率。民航應用領域我國幅員遼闊,不同地區的經濟社會發展程度不同,使用民航需求的地區也存在明顯差異,航空運輸是滿足人們快速旅行和高速物流的需求。現有高頻和甚高頻通信系統在民用航空導航、交通空管、飛行運控等航空飛行運管信息傳輸方面遠遠不能滿足需求。另外,隨著移動互聯網和個人智能通信的廣泛普及使用,客艙寬帶通信也是潛在的應用領域。而衛星通信與WIFI等其他技術和系統結合,可以為航空公司提供非常豐富的航空信息服務。2015年,我國民航客運量4.5億人次,預計2020年達到7億人次。據民航局統計結果表明,民航客運乘客包括商務、旅游和探親等類型,其中,中高端商務人士占到50%以上,這些乘客對于旅途中互聯網接入業務具有強烈需求。衛星WIFI寬帶通信的速率可達數十兆比特每秒,能為航空運管提供話音和寬帶數據通信業務,也可為客艙旅客提供互聯網和實時電視等服務。2012年7月,國務院了《國務院關于促進民航業發展的若干意見》;2013年5月,工業和信息化部了《國家民用航空工業中長期發展規劃(2013-2020)》,民航局了《航空公司運行控制衛星通信實施方案》,這些政策規劃的實施都將加快推動衛星通信在航空領域的應用。對于通用航空市場,據民航局預測,預計未來5~10年,我國需要各類通用航空飛機10000~12000架,通用航空飛機數量的年均增長率將達到30%,通用航空將帶動萬億市場規模。隨著我國經濟飛速發展,公務飛行、商用飛行、空中游覽、私人飛機等正受到越來越多人的青睞。衛星WIFI寬帶系統在通用航空領域也將迎來發展機遇。
4結論
關鍵詞:無線通信技術 廣播電視衛星 影響
無線通信技術在很大程度上改變了人們的生活方式,方便了人們日常生活和工作。在如今,信息化發展成為時展的潮流,無線通信技術更是將信息的傳遞推向了新高度。在如今信息發展的現代,人們可以使用無線通信技術的產物,不管在何時何地都能夠方便了解到想要的資訊。無線通信技術使各地區之間的聯系與交流更加暢通,同時也給人們的工作帶來了很大的便利。
1無線通信技術的發展現狀
雖然無線通信技術是信息化的革命,并在社會范圍內快速發展,但這并不意味著無線通信技術就沒有漏洞。目前我國無線通信技術在推廣應用中還存在些許不足,無線通信技術只有通過不斷的優化才能得到廣泛應用。隨著科學技術的發展,我國的無線通信在技術上有了革新,但是問題是沒有很好的結合實際發展,造成發展道路受阻。無線通信技術主要就是讓人們應用,方便人們生活與工作,所以無線通信技術不應該只注重高新技術的發明,還要結合人們的生活實際,把高新技術真正運用到人們的生活中,將無線通信技術中的資源進行合理整合,運用到實際中。比如廣播電視衛星,作為無線通信技術的受益者,其應該根據實際情況,充分了解人們的需求和現狀,廣播電視衛星可以豐富用戶的接入端,最大程度上滿足人們不同的需求,做到資源共享,為更多的人們帶去福利,讓更多的人受益于無線通信技術,實現無線通信技術的價值。廣播電視的正常運行需要信號來支持,并且電信也只提供語音。如今人們對生活都有了更高的要求,不會僅僅滿足于這一項服務,這就需要信息服務行業進行更全面的發展,將三網進行結合,發揮各自的優勢,發揮自身潛能,為人們創造更大的利益。
2無線通信技術對廣播電視衛星通信的影響
無線通信技術隨著科技的發展而發展,網絡性能的不斷改善,促進了信息行業的發展。但是影響最為深刻的還是廣播電視。廣播電視中應用的是衛星通信技術。無線通信技術從3G到4G的轉換使得衛星通信技術增加了自身的傳播速度,減少了衛星通信的傳輸延遲。其次,無線通信技術的發展為衛星通信技術發展提供了新的技術支持,衛星通信技術的覆蓋區域增大,讓受益的范圍更廣。其傳播距離也有所增長,而且更加穩定,提高信息的傳播質量。衛星通信技術利用無線通信技術與實際相結合,促進了廣播電視的高質量發展。而目前的4G通信技術已經受到人們的廣泛應用,不僅方便了我國各地區之間的交流,更深遠的意義是密切了我國與外國之間的聯系。
2.1促進了無線通信技術的現代化發展
衛星通信技術除了支持廣播電視的發展外,還在應對突發事件方面有所應用。這里的突發事件主要指的是自然災害。當遇到自然災害時,衛星通信利用地面服務器可以接收來自地面的實時受災情況并進行信息傳播。衛星通信技術具有穩定性,且傳播距離較遠,信息的傳輸量也很大,得到了廣泛的應用。在此基礎上,衛星通信技術在發展中也可參考地面服務器的優勢,將二者結合,取長補短,實現資源的最大化利用,同理可見,我們在發展無線通信技術時,也要與衛星通信技術、地面服務、信息網絡等技術相結合,在推廣4G的同時也對其進行升華,爭取創造出新一代高新技術。我們應該轉變傳統的發展思維模式,要從多個角度考慮無線通信技術的發展,不僅包括從其他產業獲取優勢經驗,還包括從社會獲得有保證的資金支持。
2.2有利于發揮衛星通信系統的綜合效用
衛星通信雖然方便了國際之間的交流,但它也并不是十全十美的,衛星通信也存在弊端,例如:傳輸延遲性較強、易受風雨天氣的影響。但在無線通信技術不斷更新與發展下,衛星通信技術能夠認識到自身的不足,在高技術的支持下,定好自己的目標,與現實相結合,與各產業的發展方向相適應,吸取其他產業的優點。并全面利用高新技術的支持,完善自身的不足,提高自身的專業技術能力,優化通信服務,積極開發自身的內在潛能,爭取創造出全方位的衛星通信,密切人們之間的交流促進廣播電視的發展,在激烈的市場競爭中站穩腳跟。
2.3穩定衛星通信技術的發展方向并提供技術支持
針對目前我國衛星通信技術的發展現狀,在無線通信技術的支持下,衛星通信需要制定穩定的目標來明確自身的發展,以下將具體介紹衛星通信技術的發展目標。(1)衛星通信技術的測試站遍布各地,我們應該對所有的測試站進行整合,確保資源的有效利用,并保證不同地區之間能夠正常使用衛星通信技術,且網絡通暢,這樣一來不僅能夠保證不同地區之間的正常交流,還能夠實現不同地區之間的資源共享,實現資源的優化配置。(2)保證大容量寬帶的使用質量,衛星通信技術不僅要擴大大容量寬帶的使用范圍,還要豐富人們的使用狀態。完善自身不足,讓人們無論是在移動還是靜止的過程中,都能夠使用衛星通信。(3)與時代相結合,發展更全面的衛星通信技術,實現服務種類的多元化,滿足人們的不同需求。(4)優化衛星通信端口處的連接,使衛星服務的質量更加穩定,并在發揮自身優勢服務的基礎上利用技術的支持改善自己的缺點。
3衛星通信技術未來的發展
前面已經介紹了衛星通信技術的發展方向,下面我們來具體介紹一下發展衛星通信技術所要采取的措施。歸根結底,衛星通信技術在其發展道路上肯定是要提高自身的質量和增加自身的服務方式。人們使用衛星通信技術依靠的是用戶端的連接,也是衛星通信能夠為人類服務最為重要的一部分。由此可見,連接端口傳輸性能的好壞直接影響著衛星通信服務的質量。否則,就算衛星通信技術應用了再好的高新技術,不能供人類使用,也就談不上有價值。對連接端口的優化主要體現在減小傳輸端口的體積、優化端口的傳輸性能。根據衛星在同一軌道運行的時間差采取措施,提高衛星傳遞信息的數量和質量。與此同時,還要改進衛星通信技術的網絡功能。將地面服務器與空間衛星相結合,優化各網的通信波段,提高地面技術。適應通信技術的發展環境,提高自己的競爭力。
4結語
隨著經濟的發展,我國的科學技術有了經濟的支持后也有了快速的發展,無線通信技術受此影響,其發展質量得到了顯著提升,為衛星通信技術的發展提供了技術支持,也促進了廣播電視的發展,在今后的發展過程中,要提高無線通信技術的傳輸性能,保證其競爭力。
參考文獻
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遠程教育是指通過不同途徑和手段將一方的優質教育資源傳送給另一方或另外多方的教育方式。遠程教育在中國的發展大概可以分為以下三個過程:1)函授教育,使用郵寄書本材料的方式進行,這有著較大的局限性;2)廣播電視教育,采用電臺、錄像等方式傳播信息;3)現代遠程教育,它擁有面對面、函授、廣電教育的優勢,同時依靠網絡技術和多媒體技術,把文字、聲音、圖像等融合在一起形成了第三代遠程教育。但是,第三代遠程教育實際應用效果卻不好,因為很多因素影響其效果,如地面網帶寬、路由的增加、交換的限制。為了解決以上出現的問題,人們在遠程教育中引入了衛星通信技術。
2目前遠程教育中采取的衛星通信技術以及存在的問題
20世紀90年代以來,衛星通信的迅猛發展推動了遠程教育的長足發展。
2.1目前遠程教育中采取VSAT衛星通信技術
VSAT含義是甚小口徑衛星通信站,VSAT除了具有一般衛星通信的優點外,還有以下兩個主要特點:一是地球站通信設備結構緊湊牢固,全固態化,尺寸小、功耗低,安裝方便。二是組網方式靈活、多樣。因此VSAT廣泛應用于新聞、氣象、民航、人防、銀行、石油、地震和軍事等部門以及邊遠地區通信,所以VSAT適用于遠程教育。
2.2傳統的衛星通信遠程教育實際應用中暴露的問題
(1)衛星使用代價昂貴,多點教學,成本才能和地面網費用接近,如果教學點達不到收益平衡點,衛星通信就得不償失了。(2)單向向學生傳輸教學內容,教師和學生無法溝通,有了疑問無法得到解答,教學接收程度也得不到衡量,無法保證教學質量。基于這種情況,采取衛星通信與地面網相融合的技術,既可以保留傳統衛星通信的優勢,又可以解決其不足之處。
3基于衛星通信與地面網融合技術的遠程教育研究
3.1衛星通信與地面網融合技術
衛星通信與地面網融合技術屬于衛星回傳通信技術,衛星回傳通信技術是一項比較新的技術,目前還沒有全面普及,其主要特點是能夠實現教師端和學生端的互動,將基于DVB-S標準的VSAT衛星通信系統和地面網絡相結合,形成閉環通信模式。
3.2基于衛星通信與地面網融合技術的遠程教育
在衛星通信與地面網融合技術的遠程教育應用模式中,將課件和教室視音頻直播的內容通過互聯網發送到衛星主站,再通過衛星主站上行至衛星,由衛星轉發至各個教學點,然后把收到的課件或者視頻音頻等通過教學系統展現在學生面前。基于衛星通信與地面網融合技術的遠程教育彌補了視音頻傳輸受限和衛星使用資費較高的缺點,符合實際應用中上行數據量少、下行數據量多的需求,這種方式既避免了傳統遠程教育中傳輸載體———地面網的劣勢,也減少了傳統衛星通信遠程教育中衛星帶寬的占用,具有較高的實用性和先進性。
4基于衛星通信與地面網融合技術的遠程教育的相關理論計算
基于衛星通信與地面網融合技術的遠程教育的實現需要依據所在地區的地理、氣候以及衛星通信的能力,因此我們需要對通信鏈路的能力進行設計,通過相關計算,驗證選用的衛星、設備、帶寬的可行性與合理性。整體設計應保證系統余量多出1—2dB,并且系統功帶平衡,即盡量做到系統占用的轉發器功率/轉發器整體功率=系統占用轉發器帶寬/轉發器整體帶寬。如果在功帶平衡時系統余量過大或為負數,可以改變上述的相關條件,進行系統優化。具體設計有以下幾點:
4.1確定載波帶寬
載波帶寬是由以下幾點決定的:信息速率、FEC糾錯率、編碼率以及調制方式。根據下列公式可求出符號速率。符號速率=(信息速率/FEC糾錯率/編碼率)*調制因子其中報頭需要計入信息速率。前向糾錯(FEC)編碼率通常為1/2、2/3、3/4、5/6和7/8,編碼率常用188/204。BPSK、QPSK、8PSK和16QAM的調制因子分別為1、1/2、1/3和1/4。在鏈路計算中,計算C/T、C/N和Eb/N0之間的關系將使用到載波噪聲帶寬,占星帶寬能夠決定工作頻率,并用來計算輸出、輸入回退。
4.2計算輸出和輸入回退
衛星轉發器的功放級一般使用行波管方式(TWTA)或固態方式(SSPA)。這兩種放大器的功率輸出在最大功率輸出點附近不是線性的。一個轉發器通常有多個用戶的多個載波在使用,避免交調干擾是個比較大的問題,而交調干擾是由非線性功率輸出造成的,這就要求衛星的放大器運行在線性區域。此時轉發器的實際輸出功率遠低于其能夠輸出的最大功率,采用TWTA的轉發器運行在線性區域時,輸出功率通常比最大功率低4.5dB,同時TWTA轉發器,輸入回退通常比輸出回退高6dB,對應4.5dB的輸出線性回退,輸入線回退約為10.5dB。鏈路計算中,輸出回退對應衛星的下行載波,輸入回退對應衛星的上行載波。
4.3決定用戶使用載波的功率分配
衛星轉發器有功率和帶寬兩項資源,最好的應用方式就是做到用戶載波占用的轉發器功率/轉發器整體功率=載波占用轉發器帶寬/轉發器整體帶寬。載波占用轉發器功率的比例為載波輸出回退-轉發器線性回退。當功帶平衡時,見公式。OBOC=OBOXpd+10lg(BWXpd/BWC)OBOC為轉發器輸出回退,OBOXpd為轉發器線性輸出回退,BWXpd和BWC分別為轉發器的總帶寬和用戶租用轉發器帶寬。
4.4確定SFD與上行EIRP
轉發器的飽和通量密度SFD反映了衛星轉發器的接收靈敏度。靈敏度越高,要求的用戶上行功率就越低。但是一般情況下衛星公司會根據相應地球站所處的區域確定該地區的SFD,一味地降低上行功率,也會相應降低上行載噪比和上行抗干擾能力。上行載波的EIRP的計算公式如下。EIRPE=SFD-載波輸入回退-G0+上行傳輸損耗G0為單位面積的天線增益,此數值有標準值。上行G/T、上行天線發射增益和功放輸出功率可由上行載波的EIRP計算得出。
4.5計算上下行C/T
上行和下行C/T的計算公式分別為C/TU=EIRPE-LossU+G/TSatC/TD=EIRPS-LossD+G/TE/S公式中的EIRPE和EIRPS分別為載波上行和下行EIRP,LossU和LossD分別為總的上行和下行傳輸衰耗,G/TSat和G/TE/S分別為衛星轉發器和地球站的接收系統品質因數。上式中的數據均為對數形式。鏈路預算的對象也可以是C/N,C/N=C/T-k-BWN公式中的k是波茲曼常數,BWN是載波對應的噪聲帶寬。衛星通信主要有如下的干擾:上行反極化干擾、下行反極化干擾、上行鄰星干擾、下行鄰星干擾。當有多個載波同時工作時下的交調干擾。綜合考慮上行C/N與下行C/N以及各種干擾所產生的C/I,最后求得相關載波鏈路的系統C/N。相關算式為(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分別為上行載波與噪聲干擾比和下行載波與噪聲干擾比(C/I)XpdUp和(C/I)XpdDn分別為上行載波與反極化干擾比和下行載波與反極化干擾比,(C/I)AdjUp和(C/I)AdjDn分別為上行載波與鄰星干擾比和下行載波與鄰星干擾比,(C/I)IM為下行載波與交調干擾比。載波噪聲比和載波干擾比都為對數形式,在換算為真數后,進行先倒數后相加計算。可以得到系統C/N,如果需要得到dB值,就需要求對數,得到相應的值。每一個衛星通信系統,都對應著一個最低Eb/N0值,即門限值,該門限值由很多條件共同確定,如不同的調制方式、不同的編碼方式、不同的硬件設備。通過Eb/N0值可以換算得到載波最低C/N值。通過計算得到的系統C/N值減去載波最低C/N值,就是該衛星系統的系統余量。如果不考慮雨衰(下雨對有的衛星信號有較大影響),系統余量通常取1—2dB。余量太低,系統誤碼率將提高,經常會出現信息丟失現象;余量太高,說明建設的設備性能過剩,浪費了一部分投資。
5結語
[關鍵詞]衛星通信設備;可靠性分析
中圖分類號:TM743 文獻標識碼:A 文章編號:1009-914X(2015)17-0321-01
隨著通信設備越來越先進,集成度越來越高,其對溫度、濕度等方面的要求也越來越嚴格,所以為確保通信設備的正常穩定運行,便需要了解影響衛星通信設備正常穩定運行的環境因素,并采取有效措施減少環境的影響,提高衛星通信設備的可靠性。
1 衛星通信設備的可靠性
衛星通信作為現在應用相對廣泛的信號傳輸方式,它具有覆蓋廣、通信容量大、通信距離遠、質量優、不受地理環境限制等優點。由于衛星通信突出的通信特性,其近些年在中國的各個領域得到廣泛使用,成為我國現代遠距離通信不可替代的一種通信方式。不少企事業單位和公共場所安裝了衛星通信設備,一些個人用戶也越來越多,這使得衛星通信設備越來越普遍。不同的環境對衛星通信設備的使用性能和壽命影響巨大。對衛星通信設備的主要維護在于系統中的地球站。地球站也叫上行站,是衛星通信的重要環節,其主要任務向衛星發送信號和接收衛星發回的信號。地球站的核心設備是大功率發射機,是衛星信號傳輸和發射設備,保障其運行穩定、安全可靠,是整個工作的中心。高功放就是一種高頻、高壓、高能量設備,自身散熱大,需要對其進行嚴密的監控,并使其處于良好的運行環境,才能確保其運行穩定可靠,并延長設備的使用壽命。另外一些衛星通信設備,如電力互投柜、服務器、交換機和其它輔助設備,種類多,性能差異大,因而對機房環境要求格外嚴格,不僅要嚴格遵守衛星通信機房選址要求,還要對機房內部運行環境進行嚴格控制,以便保障設備運行可靠穩定。
2 衛星通信設備運行的影響因素
2.1 溫度對衛星通信設備可靠性的影響
所有通信設備根據自身特性都有其適合的運行溫度,溫度也是我們最常用的一種衡量環境的參數。由于衛星通信設備的多樣性,各個設備最佳運行溫度不一樣,取其都適合的溫度,所以對機房溫度要求比較高。設備運行環境溫度較高時容易造成設備散熱緩慢,部件老化加快,從而造成設備運行負荷變大,性能降低,影響電路的運行,造成元器件的不穩定或者損壞。
2.2 濕度對衛星通信設備可靠性的影響
濕度是設備運行的又一個基本指標,也是衡量衛星通信設備運行環境的重要參數。設備運行于高濕度環境,空氣中水汽大,容易造成設備金屬部件銹蝕,降低電路板和線纜的絕緣性,出現結露等現象時還會造成設備打火或電路短路等。設備運行于低濕度環境,空氣中水汽小,容易產生塵土,從而形成靜電浮塵,嚴重時會造成電路短路。
2.3 氣壓對衛星通信設備可靠性的影響
氣壓同樣對衛星通信設備運行有很大影響。例如機房中的主要設備為高功率發射機(高功放),其設計本身自帶風機冷卻。但機房由于潔凈度以及其他的要求,機房設計通常處于密封的狀態下,同時自帶新風系統為室內更換空氣,保障室內有新鮮空氣進入。經濟成本設計,采用小功率空調又不能完全實現室內溫度改善,所以高功放出口熱風通過排風管道直接排到室外,這就形成了室內外的空氣流動。新風系統的進風和高功放的出風要處于一個相對平衡狀態,才能維持通信設備運行環境的穩定,保障高功放的可靠運行,這時氣壓的數據值便十分重要了。
3 維持衛星通信設備運行可靠性
3.1 對衛星通信設備的溫度控制
衛星通信設備運行環境溫度的高低與恒定,會影響衛星設備運行的穩定性和設備的使用壽命。就目前來說,安裝空調是一種效果好且普遍的環境調節方法。而具體的溫度值控制,是隨著季節變更、晝夜交替而改變的。通常在監控衛星通信設備的溫度時,使用溫度傳感器測量敏感元件表面的溫度。影響溫度變化最重要的因素是空調和新風系統,外部環境對室內溫度影響不明顯。衛星通信機房的應該加強空調和新風系統的監控和調節,保障室內溫度正常穩定。另外,室內空調的溫度設置很重要,一般設定一個適當值,并使處于自動模式,便于自動調節冷熱, 保持良好環境,利于室內設備運行。
3.2 對衛星通信設備的濕度控制
保持機房適當的濕度非常重要,通常采用在機房內部增加加濕器或抽濕機的方法來實現衛星通信機房的相對濕度保持標準恒定。在保持衛星通信設備的濕度控制的同時,也要重視機房潔凈度的維持,否則保持機房適當濕度的功效便會大打折扣。這是由于機房中的灰塵太多,容易在通信設備內部電路板上積蓄,電路板上積蓄灰塵容易降低電子元器件的絕緣性,嚴重時還會形成靜電浮塵,造成器件擊穿或電路短路。保持機房潔凈度的常見做法便是密封機房,并安排工作人員定期維護。濕度受室外氣候影響巨大,這是由于小室為半內循環模式,既有一部分空氣通過外部新風系統提供,另一部分自我循環。機房內部需設置濕度調節裝置,保持室內濕度恒定,減小室外影響,保障設備正常運行。另外,濕度作為衛星機房環境監測的重要參數,需要設置告警門限。這個需要根據機房地理位置調節,最好經過長時間觀察記錄和總結分析,得到本地機房運行環境的平均值,根據這個平均值和設備環境來設置告警門限,并且在惡劣天氣時要加強溫濕度監控,適當手動調節門限,協調告警。
3.3 對衛星通信設備的氣壓控制
氣壓在衛星通信設備運行環境中也有一定要求。氣壓的高低直接反應衛星通信設備運行環境的正負壓狀態。氣壓作用于設備風冷效率的高低,散熱能力的大小,間接影響著設備運行的穩定性和使用壽命。在控制衛星通信設備的氣壓時,通常使用氣壓傳感器測量氣體的絕對壓強。氣壓無時無刻不在變化,對于衛星通信設備來說,掌握每天的氣壓變化和全年的氣壓變化有利于調節室內遜風量和改善設備運行環境。不然,室內空氣流量少、氣壓低或環境溫度過高都會導致設備故障報警。這就要求保障環境溫濕度的同時,空氣的流通量也就是室內氣壓也要有一定要求。
4. 結語
衛星通信設備的可靠性分析主要是針對環境因素。本文主要分析溫度、濕度和氣壓因素對衛星通信設備可靠性的影響以及增強設備可靠性的措施。但除了溫度、濕度和氣壓的監測外,還可以擴展到對所有輔助設備的監測,這需要建立衛星通信設備運行環境的網絡監控管理系統,來維持衛星通信設備的正常運行,提高可靠性。
參考文獻
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【關鍵詞】衛星通信地球站;操作維護;頻譜;穩定性
1.引言
衛星通信作為一體化聯合作戰的主要通信手段,可確保在任何情況下,甚至在地面網絡無法覆蓋或遭到破壞的情況下,及時、快速、可靠、穩定地提供寬帶多媒體通信服務,真正做到廣域無縫隙覆蓋。在汶川地震、日本海嘯等重大災害中,衛星通信以其獨特的優勢發揮了無可替代的作用。而衛星通信地球站設備運行的穩定與否,直接關系到衛星通信業務的可靠性,所以我們應重視對衛星通信地球站的操作維護工作,更好地保障衛星通信地球站各設備的穩定運行。
2.地球站系統組成
衛星地球站是衛星通信系統中的關鍵組成部分,隨著通信技術的發展,衛星通信設備種類越來越多、復雜程度越來越高、地球站系統規模不斷擴大、業務任務多樣化趨勢明顯。在這種條件下,大型衛星地球站面臨的主要問題是:天線、射頻、變頻設備、解調設備、終端設備等公共資源以及多樣化的終端設備等資源復雜程度高,數量大,難以有效調度;支持的眾多的任務如臨時視頻傳輸、應急通信保障、業務變更調整等,人工協調困難;系統配置變化應對不及時;多種應急任務對人員技術水平要求高;資源缺乏統一的調度管理,人工協調調度效率低下,無法充分發揮設備、資源的效益。
衛星地球站的組成:天線及伺服子系統,射頻收發子系統,調制解調子系統,基帶子系統,監控子系統,(接口子系統),電源子系統等。
天線及跟蹤伺服子系統:衛星信號的收發,及天線驅動(自動、電動、手動/跟蹤)。
上行:將HPA輸出的射頻信號通過天線放大并向衛星發射。
下行:接收來自衛星的射頻信號。
跟蹤伺服:控制天線對準衛星。
射頻收發子系統:完成信號的變頻、放大。
上行:將調制信號上變頻至通信頻率(C@4/6G, Ku@12/14G, Ka@30/40GHz),并經HPA放大后通過天線發射給衛星。
下行:將從天線接收下來的信號,先通過LNA低噪聲放大器放大后,在下變頻到解調頻率(一般為L頻段或70/140Mhz),送給解調器解調。
調制解調子系統:實現基帶數字信號的調制和解調。
上行:將基帶來的數字信號調制到中頻(70/140MHz或L頻段),送給上變頻器。
下行:將下變頻器輸出的中頻信號解調成數字基帶信號,送往基帶子系統。
基帶子系統:基帶數字信號處理。
監控子系統:實現對地球站的監控管理。
接口子系統:完成用戶數據于衛星通信之間的接口轉換。
電源子系統:保障地球站的安全有效供電。
3.地球站各設備在使用維護中應注意的事項
3.1 衛星通信地球站天線的操作維護注意事項
天線維護比較簡單,只要定期檢查螺絲是否松動,外露線纜是否老化,就可以保證天線正常工作。
3.2 波導操作維護注意事項
由于不同頻率的波長是不同的,因此任何一個尺寸的波導,只能在相應的一個較窄的頻段內工作,如果頻率低于相應的頻段,傳輸損耗就會增加,頻率偏移越遠,損耗就越大,直至根本無法傳輸。當頻率高于其相應的頻段時,就會出現高次模,同時也會增加損耗,因此在選用波導時,必須根據使用的頻率選用合適的波導。
3.3 低噪聲放大器操作維護注意事項
低噪聲放大器的使用與維護包括以下事項:應使設備機殼良好接地。在放大器安裝完成后,要禁止在其周圍進行焊接或使用電鉆鉆孔等操作,防止因漏電造成FET的損壞;注意防水、防潮;如對放大器進行檢測,應注意輸入信號電平不可過高,防止放大器由于過激勵而損壞。
3.4 變頻器操作維護注意事項
只有正確地操作使用,才能保證設備正常可靠地工作,定期或不定期進行檢查,及時發現存在的隱患并予解決,才能提高設備的可靠性,延長其工作壽命,為此,使用前首先要仔細閱讀工作與維護手冊,對設備的性能,指標、使用說明要牢牢掌握,對設備的工作原理及各檢測點的位置,參數也應盡可能的熟悉,便于及時發現問題,盡快解決。
3.5 終端設備操作維護注意事項
衛星通信地球站終端設備主要完成衛星通信業務的調制解調、數模轉換、接口轉換、分接復用、加解密、信道編譯碼等工作,設備種類多,接口復雜,是操作使用最頻繁的設備,也是經常出現問題的部分,這就更需要我們認真進行操作維護。需要注意的是看接口連接器接觸是否良好,芯片是否損壞,設備參數設置是否正確。
4.衛星通信地球站維護中的幾點經驗
4.1 注重日常維護
地球站設備的穩定運行,離不開技術人員的定期檢查維護,包括對設備工作環境的檢查,對設備的定期除塵和定期測試等。另外,還應注重檢查設備的供電電壓、接地、天線周圍環境,保證設備的安全運行。
4.2 充分利用儀器儀表定位問題
我們應充分發揮手中儀器儀表的作用,借用儀器儀表來判斷定位問題。如在遇到信號傳輸問題時,利用頻譜儀來監測接收信號的頻譜:當接收某站(如甲站)信號時,若頻譜幅度低或消失,可利用頻譜儀首先檢查自己站內的發射信號是否正常(主要是核對接收頻率是否有誤),如果正常,再檢查接收的甲站信號,確認無信號時,一方面通知甲站處理,另一方面可以請第三個地球站(如乙站)的工作人員利用頻譜儀檢查一下,是否接收到甲站信號,以此來證實甲站發出信號是否正常。同時也可以利用“反相告警”來確認對方發出信號是否正常,這樣可以分清問題出在哪個站,以壓縮電路處理時間。
5.結束語
衛星通信系統由空間分系統、跟蹤遙測指令分系統、監控管理分系統和地球站分系統組成,衛星通信地球站在衛星通信系統中占有重要地位,也是開通衛星通信業務的關鍵,對衛星通信地球站維護管理的好壞,將直接影響衛星通信業務的質量。因此,只有正確使用和維護衛星通信地球站設備,及時快速地處理其出現的故障,才能更好地保證衛星通信的穩定可靠,提高衛星通信的業務質量。
參考文獻
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1.1北斗衛星通信系統的主要特點
北斗衛星通信系統的主要特點體現在抗雨水能力強,具備高可靠性和低功耗且簡單維護的特點,再加上是由我國自主獨立研發,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夠實現和水情測報系統的無縫集成。特別是水情自動測報系統更加注重短通信的數據傳輸,而這一點正是北斗衛星通信系統所特有的優勢。這個系統的工作頻段主要有L/S/C,其頻段范圍較寬,所以在信息傳輸方面擁有其獨特的優勢。
1.2北斗衛星技術下的水情自動測報站的主要構成
北京市的北斗衛星技術下的水情測報站的主要構成包括了四個方面。第一是北斗通信模塊。主要選擇的是用戶終端。該北斗衛星的用戶終端主要有天線設備和主機設備兩種,而且這兩種設備的終端體積也相對較小,且操作比較簡單,安裝維護工作也非常容易。其主要信號的傳送機制是通過瞬間突發的模式,這樣也能夠有效的降低用戶終端的功耗。而且也能夠支持環境惡劣的野外水情測報。第二是測試中心的終端機。測試中心一般遠離監測中心,所以需要通過遙測的方式來實現。這種終端機能夠和不同的傳感器進行連接,并支持不同的數據通信模式。北京的水文測試中心的遙測終端就支持北斗衛星通信,同時也支持了GSM通信和GPRS通信等。并能夠根據信號的變化自動切換,從而保障遙測數據能夠及時的反饋到監測中心。第三就是前端的傳感器。這些傳感器主要有涉及到測報水情的相關數據需求,包括了水位傳感器和雨量傳感器以及水質、水位等傳感器等。第四就是電源。電源主要選擇的是密封的蓄電池,并能夠通過太陽能板進行充電,這樣能夠具有一定的環保性。另外這些電池還具有自動啟動和切斷的裝置,只有在發送數據的時候才會啟動,從而提升蓄電池使用壽命,并節省用電。
1.3北斗衛星通信鏈路分析
北京市某地北斗衛星的通信鏈路構成主要包括了北斗衛星以及網管中心。這個鏈路的功能就是對水情測報站的數據進行備份以及進行查詢和下載。
1.4北斗衛星的監測中心
北斗衛星的監測中心自然是這個水情測報系統的核心,主要有由衛星指揮型終端以及數據接收端和數據庫等構成。這個監測中心是所有數據的交匯點。同時也是控制中心。第一是衛星接收終端。主要具備兼收功能和通播功能以及全信道鎖定以及大數據處理功能。同時還包括了內置的電池。第二就是接收數據服務器。這是專門集中管理數據的重要設備。具備兩個信道來進行接收。其中第一個信道主要是連接互聯網,通過互聯網來進行數據接收。第二個信道則是通過衛星系統。在北京某地的水情測報系統,這個信道就是和北斗衛星通信系統進行實時的數據接收。這個數據也能夠通過RS232串口來接收。第三就是水情數據庫。當數據接收服務器接收到各種途徑獲得數據之后,就會對這些數據進行解碼和分析,然后將水情數據錄入到水情數據庫中,從而為各種水情的應用提供服務。第四是數據應用服務器。這個服務器主要是對水情數據進行處理和存儲以及統計報表等。另外監測中心能夠將指令或者某一個執行動作信息發到各地的遙測站點,或者指定某個遙測站點進行發送。
1.5北斗衛星自動測報的軟件設計
北斗衛星自動測報的系統軟件主要包括兩個部分。其一是控制測站的軟件。在北京的水情自動測報系統中,主要是有北斗衛星監控中心以及遙測站點形成一對多的傳輸關系。遙測站將感應信息通過衛星傳輸到監控中心,然后監控中心反饋收到信息。而這些遙測站點會根據相應的反饋信息進行相應的處理,或者轉入休眠,抑或是重新要求遙測站點進行收集數據。其二就是軟件系統的處理。這是系統軟件的關鍵部分,能夠對遙測站點傳輸的數據進行多元化的處理,從而為相應的使用人員提供多種的水情服務,有助于提升當地的水情觀測水平。
1.6通信機制的設計應用
北京的水情自動測報系統的通信機制設計的關鍵在于解決了通信頻度控制問題以及信息格式的設計問題兩種。其一是通信頻度的控制策略。基于北斗衛星通信系統的收費標準要比移動的GSM以及全球衛星定位系統的GPRS的費用都要高出不少,根據北京市場大概要高出5倍多。因此在發送信息策略上和普通的移動遙測站的數據傳輸策略要盡心差異化。只有在出現明顯差異的水情數據時,才會性發送。根據北京的通信費用,每次傳輸為0.5元。因此北京的遙測站點設置傳輸策略為每小時傳輸一次。如果沒有發生變化,如沒有下雨,每天在早晨8點發送一次平安數據報。這樣就能有效的降低信息的傳輸次數,節省了傳輸費用。其二就是在信息格式設置上,北斗衛星通信系統可以設置的短字節有43字節數和70字節數以及98字節數三種,字節數越大,那么單次的傳輸內容就越多,因此費用也就越高。由于水情數據相對較為復雜,而且為了提升數據的準確性,在北京的水情自動測報系統上,就采用了98字節數進行傳輸,所以每次的傳輸價格在1元。
2結束語
當今世界,隨著大規模集成電路和光導纖維的應用,各種現代化的通信系統得到了長足的發展,由于衛星通信傳播速率較高,而且組網靈活,不僅能對地面網絡起到補充和完善的作用,而且可以自成一體,構成天基網絡,它在國際通信、國內通信、國防通信、移動通信和廣播電視等領域得到了廣泛應用。本文首先論述了衛星通信技術的相關概念及其系統組成,在此基礎上探討了通信產業的現狀及發展趨勢。
關鍵詞:
衛星通信;移動通信;通信技術;中繼站;測控系統
1引言
衛星通信是指利用人造地球衛星作為中繼站轉發無線電波,是在微波通信和航天技術基礎上發展起來的一門無線通信技術,在現代通信中占有重要的地位,信息技術的發展與它密切相關。衛星通信可以無縫覆蓋三維空間,適合多個固定或移動用戶及固定與移動用戶之間信息的傳遞,因此廣泛應用于國內,國際通信,軍事通信,電視廣播等領域。
2衛星通信系統的工作原理及基本組成
衛星通信系統主要由以下幾個部分組成,分別為測控系統,通信衛星,監管系統及地球站,其中測控系統負責測量和控制通信衛星的運行軌跡,起著中繼站作用的通信衛星,接收所有地面站發來的射頻信號,然后經過放大和變頻處理,將信息傳送到地球站,地球站的功能是將要傳送的基帶信號經過處理變為射頻信號,發送給通信衛星,接收衛星信號并解調出對應傳送的基帶信號,并將該信號通過地面網絡傳給用戶,監管的職責是確保整個系統的安全性和穩定性,對應的組成框圖如圖1。
3衛星通信的特點
(1)優點:通信距離遠,覆蓋區域大,頻帶寬,容量大,成本與通信距離無關,且作為傳送信號的衛星,由于遠離地面,浮于太空,受自然環境和人為因素的影響相對較小,因此傳輸的數據可信度高,此外它還不受時空限制,因此靈活性更高。
(2)缺點:長距離傳輸會產生相應的延遲,10G以上的信號會受到降雨的影響,而出現失真,伴隨太陽劇烈運動產生的噪聲會與有效信號疊加,出現信息受損甚至無法傳送。
4衛星通信系統的分類及應用
按照運動狀態的不同,可以分為同步和運動通信系統,依據覆蓋范圍標準分為國際衛星,國內衛星和區域衛星系統三種,按所用頻段劃分為特高頻,超高頻,極高頻和激光衛星通信系統,按基帶信號體制分為模擬和數字通信系統,按衛星轉發能力分為無源和有源系統,由此可以看出衛星通信在很多方面發揮著重要作用,前景廣闊。下面重點敘述衛星通信在軍事和商業方面的應用:
(1)衛星通信在軍事領域內的應用
衛星通信技術在軍事領域的應用集中表現在擁有高端科技實力的各國相繼秘密發射各種用途的軍事衛星,以完成偵察,導航,測地,攔截的功能,美國的DSCS-Ⅲ衛星就是典型的軍用通信衛星,DSCS-Ⅲ衛星呈立方體形,三軸穩定,重量約為1042kg,擁有一副指向太陽的帆板,衛星上裝有多波束天線,以接收不同波段的信號。新近研究的軍用衛星對應的攻擊,毀傷,抗干擾及生存能力等參數指標隨著科技的發展進一步提高,以此實現擴大用途,全天候、全天時實時傳輸信號的目的。
(2)衛星通信在商業領域內的應用
越來越多的衛星通信技術隨著商業化而進入日常的生活,許多發達國家相繼發射了數以百計的高質量,大功率,長壽命的商用衛星,廣泛應用于電信服務、廣播電視、內部專網、數據采集等領域,以滿足經濟的增長和科教的發展。
5衛星通信的發展趨勢
當前,國際上衛星通信業務主要朝兩方面發展:一方面是在傳統的VSAT基礎上開發新產品,其次是研制更高頻段的新型衛星通信系統,并力爭對現有系統進行相應的改善,以滿足寬帶性能的提升及手持終端的擴展,從單獨組網到多網互連是未來衛星通信發展的總趨勢。固定通信,直接廣播,移動通信的彼此互融及電信與有線電視網的相互滲透,未來的衛星通信必將是包含眾多系統的混合網絡,伴隨光信息處理,智能化星上網控,新發射工具和新軌道技術的實現,真正具有天,地一體化全球無縫覆蓋的功能,同時眾多優秀的產品和服務將繼續對產業的發展起著引領和促進作用。
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