时间：2022-04-01 13:35:57
为了克服静止轨道通信卫星的种种不足，各国发射了一些低轨道通信卫星。低轨道卫星离地球近、路径短，能克服地球静止轨道卫星存在的种种缺陷。由于低轨道卫星信号覆盖地面面积小，为了覆盖全球，需要用几十颗卫星组成星座和系统才能进行全球通信。
低轨道通信卫星主要用于移动通信，可为卫星电话、车载、船载、飞机等移动终端在任何时间、任何地点提供全球通信、无缝链接服务，十分方便，通信质量也好。它广泛应用于卫星通信、全球通信、远洋通信、抗灾救灾、搜索救援等。
1990年代，美国率先开展了低地球轨道通信卫星计划。20多年来，低轨道卫星系统几经起落，甚至差一点全军覆没。经过艰难发展，特别是手机技术、移动通信技术、互联网技术的迅猛发展，低轨道通信卫星系统死而复生。如今，卫星手机、移动电脑等移动终端可随时链接卫星通信，传输电话与数据，下载图片、视频和多媒体内容。
低轨道通信卫星系统有三大特点：低轨道、大星座、移动通信。低轨道通信卫星系统对其他卫星系统和各国卫星发展具有重要意义。著名的低轨道通信卫星系统有：“铱星”卫星通信系统、“全球星”卫星通信系统、“泰利迪斯”卫星通信系统等。
“铱星”卫星通信系统
“铱星”（Iridium）卫星通信系统是美国摩托罗拉公司设计的全球移动通信系统。铱星系统是1987年提出的第一代通信星座系统，1992年，“铱星”卫星开始研发。摩托罗拉公司制造卫星有效载荷，洛克希德·马丁公司负责“LM-700A”卫星平台。每颗“铱星”卫星质量689千克左右，功率为1200瓦，采取三轴稳定结构，设计寿命5～8年。
“铱星”系统的空间部分是运行在7条轨道上的卫星，每条轨道上均匀分布着11颗卫星，组成一个完整的星座。它们就像化学元素铱（Ir）原子核外的77个电子围绕原子核运转一样，因此被称为铱星。后来经过计算证实，6条轨道就够了，卫星总数也减少到66颗，但仍习惯称为铱星。
“铱星”系统最大特点是，通过卫星之间的链接实现全球通信，相当于把地面蜂窝移动电话系统搬到了天上。它与目前使用的静止轨道卫星通信系统比较有2大优势：1. “铱星”轨道低，传输速度快，信息损耗小，通信质量大大提高；2. “铱星”系统不需要专门的地面接受站，每部移动电话都可以与卫星联络。地球上人迹罕至的不毛之地，一望无际的远洋深海，没有人烟的南北极，通信设施落后的边远地区，自然灾害现场等都变得畅通无阻。“铱星”宣告：个人卫星通信的新时代到来！
“铱星”卫星通信系统有66颗卫星，分布在6条轨道上，轨道平面间隔30°，组成卫星星座。“铱星”运行在约781千米，倾角86.4°的低轨道，轨道速度大约27000千米/小时。“铱星”卫星通信系统信号覆盖全球，包括南北两极。
“铱星”每条轨道上部署11颗在轨卫星，备份1～2颗。备份卫星通常运行在666千米，倾角86.4°的轨道上。在某一颗卫星故障情况下，备份卫星将提高轨道到正确高度和投入服务。铱星公司破产后，新主人决定推出7颗新的备份卫星，保证每个轨道平面保持2颗备份卫星。如果需要的话，这些卫星可以被移动到一个不同的平面。这可能需要几个星期时间，消耗的燃料将缩短卫星的预期寿命。
“铱星”星座可以覆盖全球。用户用手持话机、集成收发器直接接通卫星进行通信，而无需几米直径的抛物面天线就可以进行全球范围内的通话。每颗“铱星”卫星可以支持多达1100个并行电话。目前，卫星转发器运行在1618.85MHz～1626.5MHz民用频率，1610.6MHz～1613.8 MHz的射电天文服务频率。
“铱星”通过星间链路与周边卫星进行Ka频段通信。每颗卫星可以有4条星间链路：在同一轨道平面前后的2颗“铱星”，在相邻平面两边的2颗“铱星”。卫星轨道从南极到北极大约运行100分钟。
“铱星”卫星的这种设计意味着优良的卫星可见性和在南北两极覆盖服务。由于“接缝”卫星按照极轨道设计，当卫星沿轨道方向的轨道平面运行，另一轨道平面的卫星在相反的方向行进。横向的星间链路会发生非常迅速切换，以应付多普勒频移；因此，“铱星”星间链路之间仅支持在同一方向轨道的卫星。
铱星公司选择在美国空军范登堡空军基地、苏联拜科努尔航天中心、中国太原卫星发射中心、俄罗斯普列谢茨克航天中心成组发射“铱星”卫星。1997年5月5日，第一批5颗“铱星”卫星在范登堡空军基地升空。到2002年6月2日，共计96颗“铱星”卫星发射升空，全部成功部署在轨道。
由于“铱星”卫星高反射天线造型独特，卫星将太阳光聚焦在一个小面积。这个效应称为“铱星闪光”。当“铱星”卫星飞越地球表面，暂时是夜空中最亮的天体，有时在白天也可见。“铱星”卫星系统被誉为卫星通信的里程碑。
时过境迁。铱星公司的卫星电话价格和费用极高，“贵族化”用户很少。地面上的无线通信技术和手机广泛普及，给铱星公司迎头打击。2000年3月18日，铱星公司以40多亿美元债务宣告破产。新老板以2500万美元极低价格买下铱星公司。铱星公司改换思路，走低价、普及、平民化的道路。
2008年8月，铱星公司选择了2家公司：洛克希德·马丁公司和阿莱尼亚宇航公司参加下一代卫星星座的竞标。2010年6月2日，铱星公司宣布获胜者为泰利斯·阿莱尼亚空间公司，研发、建造和发射的总合同金额为29亿美元。阿莱尼亚空间公司研发有效载荷，美国轨道科学公司提供卫星平台。
目前，铱星公司正在开发第二代“铱星”星座（Iridium-NEXT），共计81颗，预计在2015年初推出。现有的“铱星”卫星星座有望保持运行，直到第二代“铱星”全面运作，许多卫星将一直服役到2020年。新一代“铱星”卫星具有改进的带宽规划。该系统将向后兼容现有的系统。
第二代“铱星”包括66颗卫星在轨卫星，6～9颗备份卫星。卫星将包含附加载荷，如一些客户和合作伙伴的摄像头和传感器。“铱星”也可以被用来为太空中的其他卫星提供数据链接，无论地面站和网关的位置在哪里，都可命令与控制其他航天器。
第二代“铱星”重量约800千克，设计寿命10年，计划寿命15年。它将运行在高度780千米、倾角86.4°的低轨道。备份卫星运行在高度667千米、倾角86.4°的储备轨道上。
第二代“铱星”卫星提供L频段速度高达1.5 Mbit/s和Ka频段8 Mbit/s 的高速服务。它采用48个L频段相控阵阵列天线，覆盖地球表面直径4700千米，蜂窝模式卫星通信。Ka频段链接也提供了地面网关的通信和对相邻轨道卫星交联。在空间由66颗卫星组成交联星座，允许地球上任何位置的地面或空中的用户通信，组成几乎覆盖地球上任何地方的全球网络。
科技就是追求先进。第二代“铱星”内置一套“ADS-B”飞机自动监视接收机。它能为飞机提供完全的连续的天基监视与控制，甚至在海洋和偏远地区。目前，它是不可能的。美国哈里斯公司和前身为国际电话与电报公司的ITT公司提供技术支持。美国联邦航空管理局、加拿大空中交通机构享受新技术的成果。
全球控制：为空中交通管制员提供准确的全球实时、可见性的飞机和飞行。
全球覆盖：在没有雷达系统、地球上到处存在的远洋、极地、远程和广大欠发达地区，提供超出常规的航空控制能力。
全球安全：实时、准确地显示任何飞机和航线附近的空气流量，从而提高世界各地的安全性。
全球优化：提供一个低成本效益的解决方案，优化飞行轨迹和高度，提高效率和燃油经济性，并减少延迟和拥塞。
按照计划，2015年1月，俄罗斯首先从栋巴洲际导弹基地发射“第聂伯”火箭，将2颗“铱星”卫星送入轨道。2010年6月，铱星公司与美国太空探索公司签署最大的商业火箭发射协议，金额为4.92亿美元。在2015年～2017年间，美国太空探索公司从范登堡空军基地8次发射“猎鹰-9”号运载火箭，将79颗“铱星”卫星送入太空。预计到2017年8月，第二代“铱星”星座部署完毕。
“全球星”移动卫星通信系统
美国有一个世界著名卫星公司——全球星卫星通信公司，由劳拉公司等十多个空间、卫星和通信公司组成，宗旨是：贡献科技，共享文明。2000年前，人们盼望低轨道通信卫星诞生，给全球带来移动通信的好时光。这家初出茅庐的美国卫星通信公司将自己的移动通信卫星命名为——全球星。
当移动通信卫星、卫星移动通信真正来临，大多数老百姓却不愿使用和承担不起移动通信的费用，技术难题也让技术人员挠头抓腮。全球星卫星通信公司和铱星卫星通信公司等卫星移动通信公司陷入进退两难的地步，多个卫星移动通信公司陷入绝境而倒闭。
全球星卫星通信公司知道在太空挣钱比在地面挣钱的投资更大、周期更长、技术更难。既然选择了太空、卫星、移动通信等高科技，全球星卫星通信公司只能冒险前行。事实证明：办法总比困难多。全球星卫星通信公司成功了。
“全球星”（Globalstar）卫星系统已发展了2代。第一代“全球星”卫星由阿莱尼亚空间系统公司研制和集成，美国劳拉公司提供“LS-400”卫星平台，质量450千克，2片4联太阳能帆板，设计寿命7.5年，典型轨道为1410千米，倾角52°的圆轨道。
1998年2月14日，全球星卫星通信公司的首批卫星——“全球星-1” ～“全球星-4”在肯尼迪航天中心第17号发射台搭乘“德尔塔”运载火箭发射升空成功。到2007年5月29日，第一代“全球星”卫星共计发射72颗，其中60颗发射成功。
“全球星”系统的命运一直比较比较坎坷。1998年9月9日，俄罗斯在拜科努尔航天中心利用“天顶-2”运载火箭，计划1箭12星将12颗“全球星”卫星一次发射进入太空。俄罗斯本来希望这是一次壮观的商业发射，也是一次创造世界纪录的好机会。然而，命运总与理想开玩笑。“天顶-2”运载火箭发射，12颗“全球星”卫星命丧路途，成为太空垃圾。全球星卫星通信公司也无可奈何，领取一些保险金作为补偿。
美国第2代“全球星”卫星系统由阿尔卡特·阿莱尼亚空间公司研发，为全球企业、政府和个人用户提供卫星语音、数据的移动服务。“全球星”卫星重700千克，2片3联太阳能帆板，初始功率为2.2千瓦，末级功率为1.7千瓦，设计寿命15年。“全球星”卫星采用简单、高效、可靠性强的“弯管”式转发器设计，装载16 台C频段～S频段转发器，16 台L频段～C频段转发器。“全球星”卫星系统分为空间段、地面段和用户段。
“全球星”卫星通信系统空间段由48颗低轨道卫星分布在8个轨道平面上，每个轨道平面上有6颗卫星，备份一颗卫星，共同组成覆盖全球的星座，实现全球南北纬70°之间的全覆盖。“全球星”卫星典型轨道高度为1414千米，倾角52°；调相轨道高度为920千米，倾角52°。
“全球星”卫星通信系统地面段主要由关口站、卫星运行控制中心（SOCC）、地面运行控制中心（GOCC）和全球星数据网（GDN）组成。关口站把全球星卫星的无线网络与地面公网和移动网相连。每一个关口站同时与3颗卫星通信，并将来自不同卫星数据流的信号进行合成。全球星可以与固定网、移动网之间相互兼容。关口站的设计采用了灵活的模块式结构，可随着市场需求进行扩建。
“全球星”卫星系统除南北极在全球范围提供无缝隙覆盖，提供低价的卫星移动通信业务，包括话音、传真、数据、短信息、定位等。“全球星”可为几乎在全球范围内任何个人、任何地点、任何时间与任何人以任何方式通信，即所谓的全球个人通信。“全球星”号称一机在手，链接全球。
阿尔卡特·阿莱尼亚空间公司设计和供应卫星有效载荷、结构、热子系统以及完整的卫星集成。生产基地在法国、意大利、西班牙和比利时。第二代“全球星”卫星在意大利罗马组装和集成。有效载荷在法国图卢兹研发；结构以及热子系统在法国戛纳的科研单位提供研制和测试。阿尔卡特·阿莱尼亚空间公司还负责制造和安装地面站天线、各种移动终端。第
目前，第二代“全球星”共计48颗，2010年10月开始部署。全球星卫星通信公司选择俄罗斯作为商业发射伙伴。“全球星”在拜科努尔航天中心搭乘“联盟-2-1a”运载火箭发射，每一批发射5～6颗。2010年10月19日，第二代首批6颗编号为“全球星-73”～ “全球星-77”，以及“全球星-79”发射成功。2011年，全球星卫星通信公司又发射2批12颗“全球星”卫星，每次发射都成功。
2013年2月6日，新一批6颗卫星飞上太空，进入预定轨道。未来2年，“全球星”还有20多颗卫星将奔赴太空。目前，全球星卫星通信公司已经将庞大的卫星系统编号到“全球星-120”了。“全球星”卫星通信系统将增添新的卫星通信力量。
“泰利迪斯”移动卫星通信系统
1990年，泰利迪斯公司由微软公司的创始人比尔·盖茨和保罗·艾伦、蜂窝电话的先驱克雷格麦考、沙特王子阿尔瓦利德·本·塔拉勒的阿布扎比投资公司、摩托罗拉公司、波音飞机公司共同创建，总部设在美国华盛顿州西雅图的贝尔维市。
1995年，“泰利迪斯”通信卫星计划非常雄心勃勃，成本超过90亿美元，计划建造840颗卫星运行在700千米的低轨道。“泰利迪斯”通信卫星计划为全世界提供双向宽带电信服务，包括计算机网络，快速宽带互联网接入，交互式多媒体和高质量的语音技术。小天线能够提供多达100Mbit/s的上行链路和720Mbit/s的下行链路。“泰利迪斯”卫星通信系统，号称空中光纤网。
“泰利迪斯”（Teledesic）卫星通信系统为全世界提供宽带数字传输电信服务。“泰利迪斯”主要提供计算机网络、快速宽带互联网接入、交互式多媒体、高质量语音、视频会议和其他数字数据服务，实现全球性空中互联网。“泰利迪斯”网络的终端之间的卫星网、地面的最终用户、网络网关和运行与控制系统，实现网络管理功能。
“泰利迪斯”的空间部分可以提供通信联系和终端之间交换信息。它以卫星网络为基础，利用快速分组交换，提供无缝和全球覆盖。每颗卫星与其他同一和相邻轨道平面上的卫星，通过跨界通道建立快速分组交换网和沟通。
按照原有设计，“泰利迪斯”卫星通信系统由840颗均匀分布在空间的低轨卫星组成，这些卫星位于21个轨道平面上。每一轨道平面至少有40颗工作卫星，至多4颗备份星，相邻轨道面在赤道上相隔9.5°。卫星运行在高度为695～705千米，倾角98.2°的太阳同步轨道。
“泰利迪斯”系统有很大的覆盖余量，任何时候在地球的大多数地区至少有一颗接收仰角大于40°的卫星。如果有一颗卫星发生故障，“泰利迪斯”系统会在2小时内运行另一颗卫星，飞升到预定轨道值班。“泰利迪斯”系统将覆盖100%世界人口和95%地球表面面积。
因为能够处理多速率，协议和服务的优先级，“泰利迪斯”系统有足够的灵活性，以支持应用程序，包括互联网、企业内部网、范围很广的多媒体通信、局域网互连和无线回程。灵活性是关键。当然，因为拥有许多应用程序和协议，在未来服务中，“泰利迪斯”系统还可以设想更多的服务，前景广阔。
1997年，由于预计市场需求持续下降，“泰利迪斯”公司计划缩减卫星数量，提高轨道高度，减少复杂性、卫星数量和成本。“泰利迪斯”星座被缩减到288颗在轨卫星，运行在1400千米的高度。“泰利迪斯”系统的288颗卫星，分成12个轨道面，每面各有24颗卫星，另有36颗备份卫星。每枚火箭发射6～8颗卫星。如果一颗卫星被摧毁或损坏，“泰利迪斯”系统会从36颗备份卫星中补偿。
在任何辐射圆形区域内，“泰利迪斯”网络的用户终端可以支持多个500Mbps数据。它能够同时支持数百万用户，使用标准的用户设备。为大多数用户提供双向链接，下行链路64Mbps和上行链路2Mbps。速度更高的终端将提供双向64Mbps或更高通信。在需要的时候，网络支持对带宽的需求，允许用户请求和扩大能力。这意味着，用户只需支付实际使用的能力和网络可以支持更多的用户。
“泰利迪斯”卫星的Ka频段部分，相当于上行链路28.6 GHz～29.1GHz，下行链路18.8 GHz～19.3GHz。地球静止轨道必须经历漫长的信号延迟。由于采用了传统的低轨道卫星，它仅使用低功耗终端和天线。“泰利迪斯”卫星运行在1375千米的低轨道，比36000千米的地球静止轨道近约二十六分之一。由于低功耗终端和天线可连接到电脑或计算机内部的网络建设。
1998年2月25日，美国轨道科学公司的“占星师”飞机从范登堡空军基地起飞，在空中发射“飞马座-XL”运载火箭，将“泰利迪斯”系统的第一颗卫星——“泰利迪斯-T1”和美国宇航局的一颗大气卫星送入太空。120千克的“泰利迪斯-T1”卫星被放置在一个近地点535千米，远地点580千米，倾角97.7°的轨道上。
1)地球站与空间站之间的通信;2)空间站之间的通信;通过空间站的转发或反射来进行的地球站相互间的通信(也就是通常所称的卫星通信，卫星就是一种空间站)。实际上，这二者是密切相关的，甚至可以结合为一个大系统，因为地球站与空间站之间以及空间站之间的通信，也常常需要通过通信卫星的转发或中继来进行，并与地面基础设施相联系。故笔者认为，从信息传输的角度看，前二者也是一种广义的卫星通信(美国有关部门和刊物星通信产业发展的评估中，将其宇航局(NASA)的深空通信等也纳入卫星通信的范畴内。
20世纪60年代以来，卫星通信迅速发展，在军事和民用领域得到了十分广泛的应用;70〜80年代达到了鼎盛时期。80年代末、90年代以后，由于光纤通信和地面蜂窝移动通信的崛起，传统的国际、国内长途通信和陆地移动通信业务已不再属于卫星通信的主要领地。在接下来的相互竞争、互为补充的发展中，卫星通信扬长避短，重新找到了自己的位置。近几年来，卫星通信在美、欧、日等发达国家实现了产业化和国际化，年收入达900多亿美元，年均增长率高达13%。毫无疑问，在军事应用中，卫星通信仍然是其主要的通信手段，是其他通信手段所不能取代的;在经济、政治和文化领域中，卫星通信不仅有效地补充了其他通信手段的不足或不能(如海事、远程航空的通信等)，而且作为大众传媒(如视频和音频广播)，“最后一公里到户”的接入，防灾、救灾、处理突发事件的应急通信等，均大有作为。此外，近年来深空探测和载人航天活动的频繁活动，极大促进了卫星通信的发展，也是一大亮点。
总之，在社会需求牵引和技术发展推动的双重作用下，21世纪的卫星通信正在向一个新的水平攀升，许多新技术或发展动向自然引起人们的关注。本文拟就当前卫星通信技术的若干热点作一些概括和综述，内容涉及宽带卫星通信系统的发展现状与趋势，卫星移动通信业务的系统与技术，空间通信网的构建与技术等，供有兴趣的读者参考。
2宽带卫星通信系统的现状及发展趋势
2.1宽带卫星通信的基本概念宽带卫星通信是指利用通信卫星作为中继站在地面站之间转发高速率通信业务，是宽带业务需求与现代卫星通信技术相结合的产物，也是当前卫星通信的主要发展方向之一。
作为宽带卫星通信系统中继节点的宽带通信卫星(也称多媒体卫星)一般具有较宽的带宽、很高的EIRP(等效全向辐射功率)和G/T(品质因数)值，并且通常具备星上处理和交换能力。利用宽带通信卫星可以向USAT(极小口径终端)提供双向高速因特网接入和多媒体业务。
需要说明的是，由于卫星的带宽容量远小于光纤线路，后者的通信容量通常以吉比特每秒来计;而对于卫星通信来说，信道速率达到几十兆比特每秒以上一般就可称为宽带通信。
2.2宽带卫星通信系统的发展现状及典型应用
追溯卫星通信的发展史，其一出现就进入了宽带应用一模拟电视传送，近些年又应用于数字电视、卫星直播电视等(如美国的DirecTV、Echostar，欧洲Eutelsat的HotBird等)。但其“现代化”则是伴随着IP技术的出现而出现的，尤其是因特网的广泛使用加速了现代宽带卫星通信的发展步伐。从20世纪90年代起，全球陆续提出了许多个宽带卫星通信系统，其中既有采用对地静止轨道(GSO)卫星作为中继节点(如美国的DirectPC和Spaceway)，也有采用非对地静止轨道(NGS0)卫星作为中继节点的(如Teledesic和Skybridge)。文献[1]给出了国际上提出的比较有代表性的宽带卫星通信系统的主要特性并进行了分析。但是由于受到地面光纤通信网迅速发展以及“铱”系统等商业运作失败的影响，这些被提出的系统至今没有一个真正投入应用。
由于专门建设一个覆盖全球的宽带卫星通信系统需要很大的投资，市场风险极大，尤其是采用NGSO卫星星座的低轨道宽带卫星通信系统。因此，先发射一颗宽带GSO卫星建立一个区域性宽带卫星通信系统来解决卫星宽带接入问题是一种明智的选择。基于此，泰国的Shin卫星公司(SSA)在2005年正式发射了一颗宽带通信卫星(IPSTAR-1)来提供区域性宽带卫星通信业务。图1给出了IPSTAR-1卫星的波束覆盖图，表1给出了该卫星及系统的主要技术特性[2]。从图1和表1看到，该系统是一个区域性宽带卫星通信系统，能够解决亚太地区用户通过卫星实现宽带接入的问题，当然其商业运作能否成功还有待时间的检验。
宽带卫星通信系统的典型应用包括：娱乐(如视频点播、电视分发、交互式游戏、音乐应用、流媒体等)、因特网接入(如高速因特网接入、多媒体应用、远程教学、远程医疗等)、商业(如视频会议、企业对企业的电子商务等)、话音和数据中继(如IP话音、文件传输等)等。
有关统计分析指出，全球目前在卫星固定通信的4200多个标准转发器中，视频业务约占62%，数据业务占24%，话音业务下降到14%;而在业务收入方面，视频业务占总收入的70%以上。因此可以认为，卫星视频业务在今后一段时间内仍将是卫星通信的主要应用领域和发展方向，卫星宽带通信尚处在发展的培育期。
2.3宽带卫星通信系统需解决的主要技术问题[3~7]
卫星通信内在的大覆盖范围、以广播和组播模式工作的特性，使得它们能够提供高速因特网连接和多媒体远距离传输。但要发挥这些优势，除了人们所熟知的采用大型星载可展开式天线和多波束相控阵天线、增大卫星功率和带宽、使用更高效的星上电源系统、采用更先进的高效调制和编码技术等常规措施外，还有下列一些技术问题需要解决：
1)宽带卫星通信系统空中接口的标准化为了推广应用、降低成本，采用标准接口是发展趋势。目前美国电信工业协会(TIA)和欧洲电信标准学会(ETSI)分别对此规定了几个标准的接口，表2给出了其中3个空中接口标准主要技术特性的比较。
2)星上处理及交换技术
为满足用户对传输时延、终端小型化、误码率等方面的要求，宽带通信卫星采用星上处理和交换技术是一种比较好的解决办法。传统的通信卫星一般采用弯管式转发器，卫星只是完成变频、放大等基本功能，对信号不进行任何处理。为实现波束间交换，可采用载波处理转发器，卫星是以信号载波为单位在射频或中频上对信号进行交换，但对信息内容不进行处理。最适合宽带卫星通信业务的是全处理转发器，卫星不仅需要完成信号的解调、译码，还需要一定的信令处理和路由选择能力，能实现信息的星上交换(比如星载ATM交换机)。
3)卫星IP(IPoS)技术
由于卫星信道具有较大的并且可能是可变的分组往返时延(RTT)、大的时延带宽积、前/反向信道不对称使用、较高的信道误码率及信号衰落等。把为地面网络设计的TCP/IP直接应用于卫星通信会导致其工作效率低下，需采取一些措施予以解决，比如，在协议上进行改进或对链路进行分段，文献[7]对此给予了详细描述，并给出了许多试验结果。
4)服务质量(QoS)
保证用户得到所需要的QoS是宽带卫星通信业务成功的关键，包括以下几个方面：
时延：把分组从发送方传输到接收方所需的时间;
时延抖动：端一端传输时延的变化程度;吞吐量：2个端点之间能够维持的最大数据传输速率;
丢包率：未成功传输分组数与总传输分组数的比例;
可靠性：网络可用度的百分比，主要决定如降雨和大气这样的环境参数。
5降雨损耗
目前，宽带卫星通信系统主要采用Ka、Ku频段以获得较宽的可用带宽和较小的地面站天线口径，但这些频带的电波传播特性受降雨衰耗的影响较大。根据实验和实际应用的结果，采用上行链路功率控制(UPC)和自适应编码调制可以基本解决这个问题。比如NASA的ACTS卫星采用了RS码和卷积码级联，晴朗天气情况下，其误比特率可达到10—12,有雨衰的情况下，至少99%的时间可以达到。
3卫星移动通信系统的发展现状及关键技术
3.1卫星移动通信的基本概念
卫星移动通信是指利用通信卫星作中继站实现移动用户之间或移动用户与固定用户之间相互通信的一种通信方式。它是传统的卫星固定通信与地面移动通信交叉结合的产物。从表现形式来看，它既是一个提供移动业务的卫星通信系统，又是一个采用卫星作中继站的移动通信系统，所利用的卫星既可以是GSO卫星，也可以是NGSO卫星，如中等高度地球轨道(MEO)、低高度地球轨道(LEO)和高椭圆轨道(HEO)卫星等。
虽然世界上地面通信网络已趋于完善，但受地理条件和经济因素的限制，地面蜂窝系统不可能达到全球无缝覆盖。以我国为例，在偏远地区，地面网络的广泛覆盖仍然遥遥无期;在沿海岛屿众多的地方，建设地面网络非常困难;在发达地区的某些偏远地方同样没有地面蜂窝网的覆盖;野外勘探，飞机，远洋运输船只，远离城市的旅游探险者，以及紧急搜索、救援人员等都需要一种不受地域、天气限制的移动通信手段;西部地区疆域广阔，但多为荒漠和戈壁，人烟稀少，卫星移动通信将显示出独具的优势;尤其是发生重大毁灭性自然灾害的地区，地面网络多数会遭到破坏，而卫星移动通信可能是惟一幸存的通信手段。所以，卫星移动通信是一种大有可为的通信方式，具有广阔的应用前景。
需要指出的是，卫星移动通信系统是作为地面蜂窝系统的补充而存在的，主要用于满足低业务密度的应用环境。卫星波束如同能覆盖许多个不同类型蜂窝小区的“伞”，可用来覆盖相邻地面蜂窝网之间的缝隙、地面蜂窝网不能覆盖的区域、为暂时过载的小区提供补充通信业务等。
3.2国内外发展概况
至今我国尚无自建的民用卫星移动通信系统，国际上目前可以使用的卫星移动通信系统主要包括：
1)对地静止轨道(GS0)卫星移动通信系统
提供全球覆盖的卫星移动通信系统有国际海事卫星(Inmarsat)系统;提供区域覆盖的卫星移动通信系统有北美移动卫星(MSAT)系统、亚洲蜂窝卫星(ACeS)系统、瑟拉亚卫星(Thuraya)系统;提供国内覆盖的卫星移动通信系统有日本卫星(N-STAR)系统和澳大利亚卫星(Optus)系统等。其中波束覆盖我国的系统有Inmarsat和ACeS。
国际海事卫星(Inmarsat)系统是由国际海事组织经营的全球卫星移动通信系统。自1982年开始经营以来，全球使用该系统的国家已超过160个，用户从初期的900多个海上用户已发展到今天包括陆地和航空在内的29万多个用户。为了满足不断增长业务的需要，已开始发射第四代海事卫星。第四代卫星为1个全球波束、19个宽波束和228个点波束。提供用户终端的卫星等效全向辐射功率强度为67dBW(点波束)，其IP业务最高速率可达432kbit/s，可应用于互联网、移动多媒体、电视会议等多种业务。
2)非静止轨道(NGSO)卫星移动通信系统
一、应急通信保障体系中与卫星相关的能力建设情况
通信行业在历次抢险救灾通信保障工作中，之所以能够取得一定的成绩，是与平时充分有序的应急通信建设准备工作分不开的。在建设完善应急通信保障能力体系时，我们充分认识到建设卫星通信手段的必要性，从指挥系统、卫星专网、装备配备、公网抗毁等多个方面不断强化了卫星手段的建设和使用。“十一五”期间，针对指挥手段相对落后的问题，工业和信息化部在2008年北京奥运会通信保障指挥中心的基础上，建成了国家通信网应急指挥调度系统，实现了上联国务院应急平台，下挂31个省级通信管理局和各基础电信运营企业的指挥平台建设总体目标，可以实现指挥调度、会商、网络监测、信息采集及统计分析等多项功能，服务于应急通信保障的可靠便捷指挥和日常管理工作。国家通信网应急指挥调度系统除建设了地面广域专网以外，还建设了使用VSAT系统的卫星传输通道，确保应急时前后方指挥联络的安全可靠。全国公用应急宽带VSAT卫星通信网络是国家应急通信“十一五”规划重点工程之一，工程全部完工后每个省都将拥有地面固定站，全国还配置了过百个Ku频段车载移动站和便携站，这是一个可按需扩展、卫星可控、覆盖全国的宽带卫星通信专用系统，可满足国家相关部门的应急管理需要，能将现场图像、数据、语音等多媒体信息直接传送至各级政府应急指挥管理中心。目前该网络基本可以满足国务院应急平台体系及通信行业自身的宽带卫星需求，并力所能及地满足政府各部委在应急时的部分卫星宽带需求。通过进一步完善网络功能与规模，未来将逐步达到充分满足国务院应急平台宽带卫星需求，并为全国各行业提供更多应急卫星信道的建设目标。
在应急时，通信保障队伍须在第一时间赶赴保障现场，迅速形成一定的通信能力，服务于抢险救灾指挥和通信抢通工作，为此需要在队伍装备配置时充分考虑到保障现场可能出现的各种复杂局面，特别是要具备独立于地面通信基础设施的广域无线通信能力，为此我国应急通信一类保障队伍均配备了车载、便携、单兵等各类卫星通信装备，比如装载车载卫星站的大型应急指挥车、集群通信车，装载卫星车载站或附带外部卫星传输设备的各型移动通信车，便携类装备包括VSAT卫星小站、IDR卫星中继站、便携BGAN指挥系统等，单兵手持装备有卫星移动电话、北斗定位终端等。各基础电信运营企业也都根据自身条件，给其二类队伍逐步充实配备了多种卫星通信手段。
由于我国未建设覆盖全国的应急专用地面网络，因此公众通信网必然是应急通信保障依托的最大基础，公网的承灾抗毁能力也必然成为应急通信保障网络能力体系的重要一环。自汶川特大地震以来，各基础电信运营企业都高度重视自身网络的容灾抗毁建设工作。以中国移动为例，汶川特大地震后中国移动组织力量重点研究了地震、水灾、台风、冰雪等常见灾害对通信设施可能造成的损毁和影响，有针对性地提高重点基站的通信设备、电源、传输、土建、安装工艺等建设标准，迄今已在全国范围建设了超过1500个抗灾型超级基站，其中超过2/3是建有卫星通信系统的超级基站，当发生重大灾害时，若远端站所在地光传输中断，超级基站可以通过无线设备自动倒换功能，自动触发卫星带宽申请，启动卫星传输系统，从而有效提升了公众移动通信网络的抗毁能力。目前我国尚未建设自主可控的卫星移动通信系统、高吞吐量卫星（HTS）宽带通信系统，诸多业务需求依赖于国外卫星系统，应急通信保障队伍配有手持海事卫星移动电话等装备，其他单位也在应急时使用IPStar等卫星通信系统的装备。经验表明，在应急时使用非自主可控的卫星通信系统，除了存在价格昂贵、资费高、无法确保应急工作效率等问题外，在安全上也存在很大的隐患，在考虑未来建设发展工作时应当引起足够的重视。
二、应急通信相关规划中涉及卫星应用的有关内容
在工业和信息化部出台的国家应急通信“十二五”发展规划中，明确提出构建应急通信保障能力体系的目标，即建设由卫星通信、区域空中通信、公众通信和机动通信装备组成的天空地一体的应急通信保障网络体系。该体系的天基部分包括宽带VSAT系统和在用的卫星移动通信系统，未来条件具备时将逐步纳入北斗导航定位系统、自主卫星移动通信系统和自主的宽带多媒体卫星通信系统；空基部分是基于临时升空装载移动通信系统的近地空中浮空平台，实现应急现场较大范围的通信覆盖，浮空平台上的通信设备也将配置卫星传输通道；地基部分包括地面通信系统及相关支撑系统，通信系统中机动队伍配备车载、便携卫星通信装备，地面公网按需分布式建设具备高抗灾性能及卫星传输通道的无线接入设施，支撑系统中的指挥体系也将强化卫星手段的使用。随着规划的逐步实施，应急通信体系中的卫星应急通信系统能力将得到显著提升，除已建的公用应急宽带VSAT卫星网络将进一步提升完善以外，也将从构建完整应急通信保障网络体系的角度对自主卫星通信系统的规划、研发及建设运营予以积极推动，我们也冀望相关装备系统能够尽早纳入应急通信保障能力体系之中。我国近期还研究探讨了进一步推进民用空间基础设施建设的有关战略设想，我们从应急通信卫星应用的角度，主要关心两个方面内容，一是随着信息化应用向宽带多媒体化加速推进步伐，建设超大容量Ka频段宽带卫星通信系统已是一个很现实的问题，国际上Ka频段宽带多媒体卫星通信系统已进入商用阶段，在远程接入、区域性高清和3D电视直播方面达到了一定的产业规模，为此我国也应尽快赶上并逐步建设Ka宽带多媒体卫星通信系统；另一方面，应急保障前期小型化卫星终端的使用需求迫切，在发展L频段卫星移动通信受制于轨位及资源的情况下，积极推动民用S频段自主卫星移动通信系统建设，将有助于解决我国应急通信保障工作中面临的诸多现实问题。鉴于近期应急救灾通信保障工作中始终存在通信孤岛问题，为有效解决应急现场第一时间对外传报信息的难题，工业和信息化部正在加强相关研究，尝试将以卫星移动电话为代表的小型通信终端，向灾害多发易发重点城市县一级行政区做延伸配置，同时也呼吁相关省市的地方政府关注并推动基层政府部门应急通信手段的建设工作。
三、结束语
在对应急通信工作中卫星应用的概况做了概略的介绍后，展望卫星应急通信未来的发展，我们认为有以下一些方向值得进一步研究：一是如何加强卫星通信在应急通信保障体系中的作用；二是如何在充分利用好国外卫星移动通信系统的同时，积极促进我国自主卫星移动、宽带通信系统的建设工作；三是应当探索建立卫星资源的国家应急协调机制，实现应急时国内卫星资源的统一调配；四是建议政府部门建设各级应急管理体系时，将手持卫星终端、小型便携卫星端站等设备作为必要的通信保障装备予以配备。
作者：王谦单位：工业和信息化部电信研究院规划设计所
小卫星通信系统具有研发费用少，重量轻，性能稳定，信号覆盖范围广以及不受地域条件限制等优点，能够对当前大型同步轨道的卫星通信进行补充作用，在全球范围内得到广泛应用的同时也受到了众多研究机构的重视，因此对小卫星通信系统的技术进行研究同时具有实践意义和理论意义。
【关键词】
小卫星；通信系统；作用；研究；意义
卫星通信技术在军事、政治、工业、生活等方面均具发挥着重要作用，而相比之下，小卫星则更具有大型同步卫星所无法实现的众多优势而受到国内外研究学者的重视，同时，卫星向小型化趋势发展也是全球卫星产业的主要发展方向。我国从本世纪初期开始着手小卫星的相关研制和发射工作。
1小卫星的技术优势
1.1荷载较少小卫星在每次的的任务中一般仅需要装载一种特殊设备，进而很好地避免了大型卫星中出现的荷载间复杂配比问题。
1.2研制时间短、费用低小卫星的研制一般只需经过一到两年，同时相关的研究经费也相比大型卫星明显降低，因此更具有经济性，更体现其实践意义。
1.3重量轻小卫星的重量一般较小，就当前国际情况来看，最微型的小卫星的质量仅有几百克，体积也很小，因此功能密度大，模块可多次利用。
1.4信号覆盖范围广由于小卫星具有较强的组网能力，因此能够形成精度较高，功能强大而且信号覆盖范围广的星座系统，进而具有易于补网和星座功能稳定的优势。1.5减缓频率压力小卫星的星座中包括多颗卫星，可以频率复用，因此具有减小空间任务所具有的频率压力。
2小卫星通信系统主要技术简介
卫星在通信中起着中转作用，即将地球站传送来的信号经过变频和放大转送到另一端的地球站，地球站是卫星与地面信息系统的链接点，用户通过地球站途径进入卫星通信系统中，形成链接的电路信号链；为了确保系统的运行正常，卫星通信系统必须和地面的监测管理系统和测控系统想链接,测控系统能够对通信卫星运行的轨道进行检测和控制，以保证地面检测系统能够对卫星所传送的通信信息进行有效的监控，保证系统安全与稳定的运行。小卫星通信的关键技术主要有通信系统的链路预算以及接收机参数估计技术和同步技术等，其中链路预算技术是设计小卫星通信系统的主要计算方法和参考依据，精确的链路预算能够确保通信系统的稳定运行。近年来，通信系统接收技术和相应的算法逐渐由信号模拟技术向数字化转变；由于卫星通信整体码速率有所提升因此对接收机的信息处理速度以及算法的复杂度、同步速度和稳定性也提出了更高的要求；信息传输量的大幅增加使得遥测领域中逐渐采用比特传输速率更高的调制方式；由于卫星通信系统在数字通信过程中的发射机和接收机的晶振不同，以及移动平台引起的多普勒效应，造成发射机和接收机之问会产生相位和频率的偏移，这种多普勒频移一般较高，即便在频偏较大时，接受同步技术也应能够正常工作，即捕获带宽较大。
3小卫星通信系统关键技术简介
3.1链路预算技术
（链路预算），即对一通信系统中发射设备，传送信道以及接收设备的通信链路的变化情况进行的全面核算，是对小卫星通信系统性能的评价，具体而言是从发射端的信源起始，通过编码、调制、变频等多项操作，将信号通过天线发射出去，再由信道进行传输，最后到达接收天线处由接收机进行信息处理，解调所需信息。其重要性在于：
（1）可确定系统工作是否满足系统实际需要；
（2）通过计算链路余量检查系统能否满足设计要求；
（3）验证在部分设备具有硬件限制的情况下链路其他部分能否进行弥补。对于模拟电路来说，该性能指标是基带信道的信噪比；对于数字电路来说，其性能指标是基带信道上测得的误码率；卫星链路分为两种信号路径：由地面站到卫星的上行链路和从卫星到地面站的下行链路，其中上行链路的信号发射过程包括编码调频上变频放大功率等操作，信号从天线传送到小卫星的接收端，而下行链路则包括低噪声放大下变频解调解码等操作，是地面站对接收信号的处理操作。与通信系统链路预算有关的数据因素有天线特性，传输距离最大值，信号发射/接受功率，热噪声，信噪比以及接收系统的质量。
3.2同步算法
无论是接受哪种形式的调制信号，接收机同发射机都必须保持同步，对于数字调频技术而言，有载波同步和码元同步两种基本同步模式，前者是对载波频率以及相位进行估计，后者则是对定时抽样时钟进行估计。由于发射信号在卫星通信的传输过程中必然存在一定延迟，因此产生了载波相位的偏移，同时由于其在传播过程中受到噪声干扰和多普勒效应影响，还会产生频率偏移，因此同步技术是数字通信中的关键技术，研究调制信号的载波同步和码元同步技术能够保障卫星通信系统可靠、有效、快速的运行。由于载波同步算法利用的是判决反馈环路的模型，是在时钟已同步的基础之上才能进行，因此载波同步应位于码元同步滞后才可工作。下面以先码元同步再载波同步的模式为例，如图1所示，模拟信号被天线接收后，由ADC（analog-to-digitalconverter，模数转换器）转换为数字信号，再将频带信号通过下变频转变为基带信号，之后通过码元同步和载波同步对有载波偏差以及时钟偏差的信号进行估计，最后解调输出，码元同步位于载波同步前，以码元时间为基本数据处理周期，对相关硬件的要求较低，同步性能较好。
3.3型号参数盲
估计卫星通信信号的参数估计是重要的非合作通信接收技术，因为对信号的频率和调制方法等重要数据进行检查和估测是保证解调准确和达到监视、截获信息的目的的重要方法，以便为侦察系统的工作打好基础。小卫星通信系统的常用解调方式有BPSK解调，QPSK解调，CPM解调，SOQPSK解调等。一般情况下，欲通过卫星通信捕捉信号，接收系统的带宽需远大于信号带宽，解应使用宽带接收机。
4结语
小卫星通信系统具有的多重优势使其在当今世界范围内的卫星通信领域得到广泛的应用，吸引了众多研究学者，本文针对其中的几项关键性技术进行了简单说明。卫星通信的作用范围广，涉及的技术种类众多而且较为复杂，需要我们不断进行深入研究和实践，进而推进卫星通信向小型化方向发展。
参考文献
[1]杨猛.卫星通信系统技术及其未来发展分析[J].中国科技纵横,2014(14):52-53.
[2]沈宙,马忠松.高速卫星通信中全数字载波同步算法的研究[J].国外电子测量技术,2014,33(04):36-39.
关键词：卫星通信 雨衰 Ku波段 兰成渝管道
兰成渝输油管道卫星通信系统采用香港亚洲卫星公司3S卫星的Ku波段转发器,卫星位置为东经105.5°,采用正交双线极化方式。降雨对Ku波段卫星通信的影响比较严重,在兰成渝卫星通信系统组网和调试运行中,我对Ku波段信号的特点有了全面的了解,尤其是对雨衰的影响有了本质性的认识,提出一套切实可行的预防雨衰的具体改进措施。
1、Ku波段卫星通信的主要特点
(1)Ku波段卫星单转发器功率一般比较大,多采用赋形波束覆盖,卫星EIRP较大,加上Ku波段接收天线效率高于C波段接收天线,因此Ku波段的天线口径远小于C波段,从而可有效地降低接收成本。(2)C波段卫星通信遭受地面微波等干扰源的同频干扰比较严重,而Ku波段的地面干扰很小,大大地降低了对接收环境的要求。鉴于兰成渝输油管道的特殊地理地貌,更适合采用Ku波段。(3)降雨对Ku波段卫星通信的影响比较严重,其上下行信号降雨衰耗远大于C波段,暴雨情况下Ku波段上行或下行链路瞬间雨衰量可超过20dB,而C波段最大雨衰量一般不超过1dB。(4)Ku波段还有通信距离远,建设成本与通信距离无关、不受地理环境影响,卫星覆盖区域内的任何点可实现通信。通信容量大,可自发自收等特点。
2、雨衰的产生及影响
当电磁波穿过降雨的区域时,雨不仅吸收电波能量,而且对电波产生散射。这种吸收和散射共同形成电波衰减,我们称为雨衰。雨衰的大小与雨滴直径与波长的比值有着密切的关系,当信号的波长比雨滴大时,散射衰减起决定作用,当电磁波的波长比雨滴小时,吸收损耗起决定作用,无论是吸收或散射作用,其效果都使电波在传播方向遭受衰减;当电磁波的波长和雨滴直径越接近时衰减越大,一般情况下（比如中短波）电磁波的波长远大于雨滴直径,故衰减很小,C波段信号受雨衰的影响也可以忽略。对于10GHz以上的电磁波,雨衰的影响就非常明显了,在链路计算中必须考虑雨衰的影响。频率越高雨衰的影响越大,大雨和暴雨的对电磁波的衰减要比小雨大得多。
3、克服雨衰影响的几项措施
考虑Ku频段抗雨衰策略时,首先应准确得到某一特定区域的降雨衰减。在此基础上国际上一般采取如下抗雨衰策略:(1)链路的备余量:Ku频段卫星通信链路通常留6dB余量,在高降雨地区,完全靠这种方法不现实,应在具备适当链路余量的基础上,综合考虑其他方法。但这种方式将会占用过多的卫星资源,在晴空时造成资源浪费,下大雨时,可能又不够用。(2)功率控制:对于Ku波段的卫星通信系统,建议在地球站设置上行链路自适应功率控制(AUPC),或者进一步采用以网络管理为基础的全网自动功率控制(APC)或动态功率控制(DPC)系统,才能有效地对抗降雨衰耗的影响。(3)采用编码及降速率技术:在雨衰较大时,可以采用前向纠错编码技术(FEC)来减小传输的误码率。(4)空间分集技术:在多雨或卫星仰角很低的地区,由于Ku波段的特点,降雨衰减非常大,采用空间分集技术(也称站分集技术)是一种很有效的办法。(5)极化方式的选择和天线的选择:不同雨滴形状对信号的衰减也不相同。随着雨滴的体积的增大,雨滴在水平方向的直径也逐渐增大。(6)采用低噪声高增益的优质高频头（LNB)现用于接收Ku频段卫星信号的LNB,一般噪声系数为0.8dB,噪声系数在0.6dB便是十分低的噪声,如使用噪声系数为0.7dB的,其增益可达到60dB。(7)采用双频组合通信:由于低频波段雨衰影响较小,当系统检测到雨衰超过一定门限时。自动切换卫星通信电波至低频段确保通信信号的稳定。
通过综合理论计算和一年来的实际测试,我总结出了一些在兰成渝切实可行的克服雨衰的措施,主要有以下几方面:
(1)加大卫星天线的尺寸,使收集到的卫星信号更强,降低因雨衰而断讯的机率。
Ku波段卫星数字通信上行系统所使用的上行天线波束半功率角度很窄,对天线的机械精度和跟踪精度提出了更高的要求。在兰成渝通信设备招标中,天线采用西安504所的3米环焦天线,发射增益50.8dB,接收增益49.8dB,比2.4米天线提高了1.8dB。
(2)加大卫星发射功率,使平均的讯号场强加大。
兰成渝通信设备采用美国ANACOM公司的室外单元,在主站采用25W高功放,提高降雨储备余量。同时减少Ku波段馈线损耗,尽可能缩短高功放设备至上行天线间的波导馈线距离,我们在设备安装过程中具体控制在1米以内,将上变频器高功放紧靠天线放置,以最大限度地节省高功放输出功率。
(3)采用性能高可靠的卫星转发器,减少雨衰的影响。兰成渝输油管道卫星通信系统采用香港亚洲卫星公司3S卫星的Ku波段转发器,亚洲3S卫星Ku波段采用140瓦行波管放大器,在国内最高下行EIRP可达55dBw,是目前覆盖中国最高功率的Ku波段转发器。对于Ku波段网络,高下行功率可提高雨衰的储备。就数字载波而言,在同样空间段带宽下,可提高传输数码率,地球站天线口径也可以更小。
(4)增加上行功率控制,有效控制增益调节。利用上行天线接收下来的卫星信标强度的变化来控制上行功率控制器中频单元的增益或衰减量,从而相应地改变上变频器的中频输入电平,自动增加或降低高功放输出功率,这是最重要的调节手段。我们在加拿大NSI通信公司的VSATPLUS2设备上选择增加上行功率控制,正确调整信标接收机和功率控制器斜率,即通过精确测量和调整要使信标接收机的斜率数值V/dB与功率控制器控制单元设定的斜率数值dB/V一致,这样才能保证正确的上行功率控制。
1.1北斗卫星通信系统的主要特点
北斗卫星通信系统的主要特点体现在抗雨水能力强，具备高可靠性和低功耗且简单维护的特点，再加上是由我国自主独立研发，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够实现和水情测报系统的无缝集成。特别是水情自动测报系统更加注重短通信的数据传输，而这一点正是北斗卫星通信系统所特有的优势。这个系统的工作频段主要有L/S/C，其频段范围较宽，所以在信息传输方面拥有其独特的优势。
1.2北斗卫星技术下的水情自动测报站的主要构成
北京市的北斗卫星技术下的水情测报站的主要构成包括了四个方面。第一是北斗通信模块。主要选择的是用户终端。该北斗卫星的用户终端主要有天线设备和主机设备两种，而且这两种设备的终端体积也相对较小，且操作比较简单，安装维护工作也非常容易。其主要信号的传送机制是通过瞬间突发的模式，这样也能够有效的降低用户终端的功耗。而且也能够支持环境恶劣的野外水情测报。第二是测试中心的终端机。测试中心一般远离监测中心，所以需要通过遥测的方式来实现。这种终端机能够和不同的传感器进行连接，并支持不同的数据通信模式。北京的水文测试中心的遥测终端就支持北斗卫星通信，同时也支持了GSM通信和GPRS通信等。并能够根据信号的变化自动切换，从而保障遥测数据能够及时的反馈到监测中心。第三就是前端的传感器。这些传感器主要有涉及到测报水情的相关数据需求，包括了水位传感器和雨量传感器以及水质、水位等传感器等。第四就是电源。电源主要选择的是密封的蓄电池，并能够通过太阳能板进行充电，这样能够具有一定的环保性。另外这些电池还具有自动启动和切断的装置，只有在发送数据的时候才会启动，从而提升蓄电池使用寿命，并节省用电。
1.3北斗卫星通信链路分析
北京市某地北斗卫星的通信链路构成主要包括了北斗卫星以及网管中心。这个链路的功能就是对水情测报站的数据进行备份以及进行查询和下载。
1.4北斗卫星的监测中心
北斗卫星的监测中心自然是这个水情测报系统的核心，主要有由卫星指挥型终端以及数据接收端和数据库等构成。这个监测中心是所有数据的交汇点。同时也是控制中心。第一是卫星接收终端。主要具备兼收功能和通播功能以及全信道锁定以及大数据处理功能。同时还包括了内置的电池。第二就是接收数据服务器。这是专门集中管理数据的重要设备。具备两个信道来进行接收。其中第一个信道主要是连接互联网，通过互联网来进行数据接收。第二个信道则是通过卫星系统。在北京某地的水情测报系统，这个信道就是和北斗卫星通信系统进行实时的数据接收。这个数据也能够通过RS232串口来接收。第三就是水情数据库。当数据接收服务器接收到各种途径获得数据之后，就会对这些数据进行解码和分析，然后将水情数据录入到水情数据库中，从而为各种水情的应用提供服务。第四是数据应用服务器。这个服务器主要是对水情数据进行处理和存储以及统计报表等。另外监测中心能够将指令或者某一个执行动作信息发到各地的遥测站点，或者指定某个遥测站点进行发送。
1.5北斗卫星自动测报的软件设计
北斗卫星自动测报的系统软件主要包括两个部分。其一是控制测站的软件。在北京的水情自动测报系统中，主要是有北斗卫星监控中心以及遥测站点形成一对多的传输关系。遥测站将感应信息通过卫星传输到监控中心，然后监控中心反馈收到信息。而这些遥测站点会根据相应的反馈信息进行相应的处理，或者转入休眠，抑或是重新要求遥测站点进行收集数据。其二就是软件系统的处理。这是系统软件的关键部分，能够对遥测站点传输的数据进行多元化的处理，从而为相应的使用人员提供多种的水情服务，有助于提升当地的水情观测水平。
1.6通信机制的设计应用
北京的水情自动测报系统的通信机制设计的关键在于解决了通信频度控制问题以及信息格式的设计问题两种。其一是通信频度的控制策略。基于北斗卫星通信系统的收费标准要比移动的GSM以及全球卫星定位系统的GPRS的费用都要高出不少，根据北京市场大概要高出5倍多。因此在发送信息策略上和普通的移动遥测站的数据传输策略要尽心差异化。只有在出现明显差异的水情数据时，才会性发送。根据北京的通信费用，每次传输为0.5元。因此北京的遥测站点设置传输策略为每小时传输一次。如果没有发生变化，如没有下雨，每天在早晨8点发送一次平安数据报。这样就能有效的降低信息的传输次数，节省了传输费用。其二就是在信息格式设置上，北斗卫星通信系统可以设置的短字节有43字节数和70字节数以及98字节数三种，字节数越大，那么单次的传输内容就越多，因此费用也就越高。由于水情数据相对较为复杂，而且为了提升数据的准确性，在北京的水情自动测报系统上，就采用了98字节数进行传输，所以每次的传输价格在1元。
2结束语
1.1应急通信的定义
应急通信是指在出现自然或人为的突发性紧急情况时，综合利用各种通信资源，保障救援、紧急救助和必要通信所需的通信手段和方法，实现通信的机制。应急通信并不是独立存在的一种全新的新技术，而是各种通信技术、通信手段在紧急情况下的综合运用，其核心就是紧急情况下的通信。应急通信不仅是单纯的技术问题，还涉及管理方面。应急通信由于其不确定性，对通信网络和设备提出了一些特殊要求，这些网络和设备从技术方面提供了通信技术手段的保障。但在管理方面，还需要建立完善的应急通信管理体系，针对不同场景建立快速响应机制，协调调度最合适的通信资源，提供最及时有效的通信保障。应急通信网（EmergencyCommunicationNetwork,ECN）是指为应对突发性大型自然灾害或公共事件而快速建立的临时性通信网络，为救灾组织及人员保证通信畅通，最大限度地降低灾难损失、维护社会安全和稳定。ECN主要用于遭受地震、台风等重大自然灾害以及发生突发事件或恐怖袭击事件中[2]。
1.2研究应急通信的目的及意义
中国是一个灾难多发、频发的国家，特别是自然灾害时有发生，给国民经济和人民生命财产造成了很大的损失。汶川地震、舟曲泥石流等，这些灾难，既考验了通信部门的应急响应能力，也考验了通信网络的应急通信保障能力。从这些经验教训中，我们逐步意识到只有在平时完善应急通信体系，达到应急通信保障的要求，才能在紧急关头发挥它的作用，减少人民生命和财产的损失。应急通信系统是为满足各类紧急情况下的通信需求而产生的，而自然灾害、卫生事件、尤其是社会事件等突发公共安全事件发生的地点和规模都无法提前预知和准备，各类紧急情况具有如下共同特点：需要应急通信的时间一般不确定，人们无法进行事先准备，如地震、海啸、火灾、台风、泥石流等突发事件；需要应急通信的地点不确定；进行应急通信时，需要什么类型的网络不确定[3]。
1.3应急通信的发展趋势及前景
近年来，恐怖袭击事件时有发生，给相关国家公共安全造成了严重威胁，然而应急通信涵盖的应用面相当广泛，除了公众安全、抢险救灾之外，还有战备通信等。在战争中，占领或摧毁敌方的通信设施是获取胜利的重要环节这一，这也就从根本上决定了我国的应急通信要使用自己的应急通信技术。尤其是无线电应急通信技术，是应急通信的主体和核心，积极吸取国外先进的技术为我所用，并根据我国应急通信的实际情况，发展我国的应急通信技术。
2卫星通信概述
2．1基本概念及原理
卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号，在两个或多个地球站之间进行的通信。地球站是指设在地球表面（包括地面、海洋和大气中）的无线电通信站[1]。卫星通信系统是由空间部分（通信卫星）和地面部分（通信地面站）两大部分构成的。通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中继站[2]。它居高临下，视野开阔，只要在它的覆盖照射区以内，不论距离远近都可以通信，通过它转发和反射电报、电视、广播和数据等无线信号。静止卫星与地球相对位置的示意图如图1-1所示。图1-1静止卫星配置的几何关系从卫星向地球引两条切线，切线夹角为17.34°，两切点间弧线距离为18101km，在这个卫星电波波束覆盖区内的地球站均可通过该卫星来实现通信。若以120°的等间隔在静止轨道上配置三颗卫星，则地球表面除了两极未被卫星波束覆盖外，其他区域均在覆盖范围内，而且其中部分区域为两个静止卫星波束的重叠地区，因此，借助于在重叠区内的地球的中继，可以实现在不同卫星覆盖区内地球站之间的通信[3]。由此可见，只要用三颗等间隔配置的静止卫星就可以实现全球通信，这一特点是任何其他通信方式不具备的。
2．2主要特点
卫星通信具有以下优点：通信距离远，且费用与通信距离无关；覆盖面积大，可进行多址通信；通信频带宽，传输容量大，适于多种业务传输；通信线路稳定可靠，通信质量高；通信电路灵活；机动性好；可以自发自收进行监测。同时也存在如下缺点：通信具有广播特性，较易被窃听；通信时延较长；通信链路易受外部条件影响；存在日凌中断和星蚀现象等[4]。
2.3应急卫星通信网
卫星通信是地球站之间通过通信卫星转发器所进行的微波通信。面对地震、台风等自然灾害，卫星通信发挥着无可替代的重要作用。其受自然条件的影响极小，卫星电话等通信手段可以作为抢险救灾临时通信的主要设备。在陆地等常规通信传输系统中断或其他通信线缆未铺设到之处，它能够帮助人们实现信息传递。我国幅员辽阔、经济相对落后，若与发达国家交战，恐怕难以掌握制电磁权与制空权。从这些实际情况出发，应急卫星通信网成为比较适合我国国情的应急通信系统。在汶川地区发生的特大地震，地面通信设施遭到严重破坏，成为信息孤岛，而卫星通信在这次的救灾工作中发挥了重大作用。灾区与外界的首次通信联络靠的是卫星电话，地面移动通信网的恢复靠的是卫星基站，现场采访、直播报道靠的是通信卫星和移动转播车，现场指挥靠的是卫星电话、应急通信车、背负式卫星通信小站，堰塞湖无人视频监测、灾区可视电话开通靠的是宽带卫星数据采集终端。[5]针对应急通信的需求，应急卫星通信网采用VSAT卫星通信、海事卫星等远程接入方式，结合集群通信、北斗卫星、视频会议等多种业务接入手段，提高应急通信能力。
2.4卫星通信技术在汶川地震中的应用
汶川地震严重破坏了地面公用电信网，造成大面积通信网络的全面中断，该区域内原有的有线、无线等各种通信联络方式都无效，灾区的指挥调度和救援工作受到很大影响，在这种情况下，卫星通信在汶川地震救援工作中，发挥了巨大的作用。各种卫星通信车辆、VAST终端站、卫星手机等源源不断地进入灾区，为前线救灾构建起了卫星通信网络，实现灾后通信“四个第一”：即利用卫星宽带系统送出重灾区映秀镇的第一段视频，利用海事卫星从震区打出第一个电话，利用卫星传输链路，开通震后的第一个移动基站，利用卫星应急通信指挥车和海事卫星电话，协助建立起第一个临时应急通信指挥系统。[6]在汶川地震中，海事卫星和北斗一号卫星通信系统得到了比较多的应用。国家抗震救灾总指挥部、各级政府和相关救援部门使用各类海事卫星近438台，同时，还有一些相关应急通信队伍手中也拥有大量海事卫星终端。据估计，大约有2000部海事卫星设备为汶川地震救灾现场提供服务。目前，海事卫星通信系统具有全球覆盖、全天候、可移动、全方位、带宽大等特点，主要业务种类有语音、数据、传真、视频传输等。地震发生后，中国交通通信中心与国际海事卫星组织紧急沟通，为中国震区争取到了两倍于之前的信道资源，保证了灾区海事卫星设备和通信能力[7]。除海事卫星和北斗一号卫星通信系统外，鑫诺、全球星、铱星、中星等卫星通信系统也在汶川地震中发挥了重要作用，可以毫不夸张地说，在汶川地震抢险救灾工作中发挥巨大作用是我国绝大多数可以调用的、集中在灾区的卫星通信设备。这次抗震救灾活动证明了，卫星通信具有地面网络所不具备的备份性、广泛覆盖性和灵活性，不依赖地面通信条件，不受距离和地形的限制，不需要布设通信基站，在地面通信网络遭受破坏时，或在没有光纤、没有无线通信条件下，卫星通信仍然可以进行语音、数据和视频等通信服务，甚至在不具有电力条件的地方，也可保障应急通信的畅通。
关键词：无线通信技术 广播电视卫星 影响
无线通信技术在很大程度上改变了人们的生活方式，方便了人们日常生活和工作。在如今，信息化发展成为时展的潮流，无线通信技术更是将信息的传递推向了新高度。在如今信息发展的现代，人们可以使用无线通信技术的产物，不管在何时何地都能够方便了解到想要的资讯。无线通信技术使各地区之间的联系与交流更加畅通，同时也给人们的工作带来了很大的便利。
1无线通信技术的发展现状
虽然无线通信技术是信息化的革命，并在社会范围内快速发展，但这并不意味着无线通信技术就没有漏洞。目前我国无线通信技术在推广应用中还存在些许不足，无线通信技术只有通过不断的优化才能得到广泛应用。随着科学技术的发展，我国的无线通信在技术上有了革新，但是问题是没有很好的结合实际发展，造成发展道路受阻。无线通信技术主要就是让人们应用，方便人们生活与工作，所以无线通信技术不应该只注重高新技术的发明，还要结合人们的生活实际，把高新技术真正运用到人们的生活中，将无线通信技术中的资源进行合理整合，运用到实际中。比如广播电视卫星，作为无线通信技术的受益者，其应该根据实际情况，充分了解人们的需求和现状，广播电视卫星可以丰富用户的接入端，最大程度上满足人们不同的需求，做到资源共享，为更多的人们带去福利，让更多的人受益于无线通信技术，实现无线通信技术的价值。广播电视的正常运行需要信号来支持，并且电信也只提供语音。如今人们对生活都有了更高的要求，不会仅仅满足于这一项服务，这就需要信息服务行业进行更全面的发展，将三网进行结合，发挥各自的优势，发挥自身潜能，为人们创造更大的利益。
2无线通信技术对广播电视卫星通信的影响
无线通信技术随着科技的发展而发展，网络性能的不断改善，促进了信息行业的发展。但是影响最为深刻的还是广播电视。广播电视中应用的是卫星通信技术。无线通信技术从3G到4G的转换使得卫星通信技术增加了自身的传播速度，减少了卫星通信的传输延迟。其次，无线通信技术的发展为卫星通信技术发展提供了新的技术支持，卫星通信技术的覆盖区域增大，让受益的范围更广。其传播距离也有所增长，而且更加稳定，提高信息的传播质量。卫星通信技术利用无线通信技术与实际相结合，促进了广播电视的高质量发展。而目前的4G通信技术已经受到人们的广泛应用，不仅方便了我国各地区之间的交流，更深远的意义是密切了我国与外国之间的联系。
2.1促进了无线通信技术的现代化发展
卫星通信技术除了支持广播电视的发展外，还在应对突发事件方面有所应用。这里的突发事件主要指的是自然灾害。当遇到自然灾害时，卫星通信利用地面服务器可以接收来自地面的实时受灾情况并进行信息传播。卫星通信技术具有稳定性，且传播距离较远，信息的传输量也很大，得到了广泛的应用。在此基础上，卫星通信技术在发展中也可参考地面服务器的优势，将二者结合，取长补短，实现资源的最大化利用，同理可见，我们在发展无线通信技术时，也要与卫星通信技术、地面服务、信息网络等技术相结合，在推广4G的同时也对其进行升华，争取创造出新一代高新技术。我们应该转变传统的发展思维模式，要从多个角度考虑无线通信技术的发展，不仅包括从其他产业获取优势经验，还包括从社会获得有保证的资金支持。
2.2有利于发挥卫星通信系统的综合效用
卫星通信虽然方便了国际之间的交流，但它也并不是十全十美的，卫星通信也存在弊端，例如：传输延迟性较强、易受风雨天气的影响。但在无线通信技术不断更新与发展下，卫星通信技术能够认识到自身的不足，在高技术的支持下，定好自己的目标，与现实相结合，与各产业的发展方向相适应，吸取其他产业的优点。并全面利用高新技术的支持，完善自身的不足，提高自身的专业技术能力，优化通信服务，积极开发自身的内在潜能，争取创造出全方位的卫星通信，密切人们之间的交流促进广播电视的发展，在激烈的市场竞争中站稳脚跟。
2.3稳定卫星通信技术的发展方向并提供技术支持
针对目前我国卫星通信技术的发展现状，在无线通信技术的支持下，卫星通信需要制定稳定的目标来明确自身的发展，以下将具体介绍卫星通信技术的发展目标。（1）卫星通信技术的测试站遍布各地，我们应该对所有的测试站进行整合，确保资源的有效利用，并保证不同地区之间能够正常使用卫星通信技术，且网络通畅，这样一来不仅能够保证不同地区之间的正常交流，还能够实现不同地区之间的资源共享，实现资源的优化配置。（2）保证大容量宽带的使用质量，卫星通信技术不仅要扩大大容量宽带的使用范围，还要丰富人们的使用状态。完善自身不足，让人们无论是在移动还是静止的过程中，都能够使用卫星通信。（3）与时代相结合，发展更全面的卫星通信技术，实现服务种类的多元化，满足人们的不同需求。（4）优化卫星通信端口处的连接，使卫星服务的质量更加稳定，并在发挥自身优势服务的基础上利用技术的支持改善自己的缺点。
3卫星通信技术未来的发展
前面已经介绍了卫星通信技术的发展方向，下面我们来具体介绍一下发展卫星通信技术所要采取的措施。归根结底，卫星通信技术在其发展道路上肯定是要提高自身的质量和增加自身的服务方式。人们使用卫星通信技术依靠的是用户端的连接，也是卫星通信能够为人类服务最为重要的一部分。由此可见，连接端口传输性能的好坏直接影响着卫星通信服务的质量。否则，就算卫星通信技术应用了再好的高新技术，不能供人类使用，也就谈不上有价值。对连接端口的优化主要体现在减小传输端口的体积、优化端口的传输性能。根据卫星在同一轨道运行的时间差采取措施，提高卫星传递信息的数量和质量。与此同时，还要改进卫星通信技术的网络功能。将地面服务器与空间卫星相结合，优化各网的通信波段，提高地面技术。适应通信技术的发展环境，提高自己的竞争力。
4结语
随着经济的发展，我国的科学技术有了经济的支持后也有了快速的发展，无线通信技术受此影响，其发展质量得到了显著提升，为卫星通信技术的发展提供了技术支持，也促进了广播电视的发展，在今后的发展过程中，要提高无线通信技术的传输性能，保证其竞争力。
参考文献
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[5]禇秀春.广播电视卫星传输安全的影响因素及解决对策[J].数字技术与应用,2015(3):181-182.
1协作通信技术的应用原理
S点为源节点，R为协作节点，D为目的节点。S在R的帮助下，将信息传送至D。这一过程由两阶段完成：第一阶段S发送信息，R、D接收信息；第二阶段R将信息经过处理再次传送至D。D点将信息进行集中与合并，最后进行检测。目前研究，多基于三节点的协作通信模型，我认为这些研究虽然也取得了一些成果，但仍有较多问题还需进行研究与检验。
2卫星多节点协助传输
卫星多节点协助传输，通信中任何一个节点均参与协作进行传输。S点为源节点，R为协作节点，D为目的节点，S发出的信源可以经由多个R点（i=1，2，3，•••，m）进行协作后转发至D点。协作点R在地域上表现为分散，因此可以将经由不同R点转发的信号当作独立信号，D点最后对所有信号进行合并进行检测。多节点协作传输能够将目的点的接受性能有所提高。设有m个节点参与协作传输，时隙越来越大的情况下，R点将第一个时隙收到的S点信号越来越放大再最终传送到D点，D点在合并信号是采用最大合并方式，接受信噪比γ可以这样表示：γ=γsd+Mi=1Σγsriγridγsri+γrid+1式中：γsd为信号SD进行传输时的信噪比，γsri为SRi进行传输时的信噪比，γrid为RiD进行传输时的信噪比。根据对卫星多节点协作传输与直接传输的差错性能对比，我认为在移动通信中，多节点协助传输比直接传输系统的传输性能更加优良，通信系统的链路余量越多，就越能够抵御信道衰落。
3卫星协作节点的选择
卫星多节点协作传输采用正交传输，因此，协作传输点越来越多会导致系统频谱效率越来越低，根据我的研究观点，选择适量的协作点数，通过比较信道条件好的协助点进行参与传输，资源利用合理化，能够有效提高频谱效率。此外，在传输中协作点空间位置不同。在研究中，不同的传输距离与地形地势、建筑物高低遮挡范围、节点不同的移动位置等多种因素有关，所以各个协作点选择之间的信道衰落有所区别。因此我得出结论，根据不同的信道衰落特征来优化功率分配能够达到优化系统传输性能、减少协作点耗能、延长使用寿命的作用，我认为在协作通信技术应用中这点值得注意。
4卫星混合协作传输
在无线传输中，AF模式无需协作点解调信号、编辑译码，实现方式较为简单，但传输过程中产生了噪声放大效应。DF模式在正确编辑译码时能够保持系统性能良好，但译码错误情况下会产生错误传播效应，影响分集效果。因此我在两种模式中进行优缺点调整，使用卫星混合协作传输将AF与DF模式进行结合，就能根据编辑译码的结果自动选择模式，混合协作充分发挥两种模式的优点，能够提升系统性能。
5总结
国家发改委、工信部、广电总局、总参谋部、科技部等主要领导出席了会议。
2011中国卫星应用大会议题涉及直播卫星、全球宽带卫星解决方案及发展趋势、卫星移动通信、卫星导航、Ka波段对卫星产业的积极影响等内容。
10月26日13:00-18:00时，新世纪日航饭店山东厅内宾朋满座，中国卫星应用大会会前技术报告拉开了2011中国卫星应用大会的序幕。平板动中通天线技术、航空机载卫星移动通信、组合式编队卫星、深空探测与行星际互联网、超材料天线等卫星产业前瞻性技术报告在这里得到深入解读。尤其是平板动中通天线和超材料在天线领域的应用，奠定了今年卫星应用大会的基调---卫星移动通信是产业内即将到来的重大机遇。尤其是在中国。
就在卫星技术讲座这道前菜还在回味中，真正的卫星产业盛宴在27日开始了。开幕式由中国通信学会秘书长魏茂洪主持，卫星应用大会主席杨千里致辞，总参作战部卜庆军将军、通信学会副理事长刘彩、发改委高新司副司长任志武、无线电管理局副局长李海清、无线电监测中心主任刘岩、航天五院院长李忠宝、卫星专家胡光镇院士、南京高新开发区书记朱晓云、镇江科技局局长潘国建等专家、领导分别讲话。
广电总局科技司黄其凡处长就直播卫星产业规划做了“利用直播卫星开展广播电视公共服务”的主旨演讲，明确宣告在十二五期间实现2亿直播卫星用户的目标。
进入中国已超过15年的以色列吉莱特公司了其全球宽带卫星解决方案。该公司服务于商用VSAT技术、国防军事卫星应用技术以及遍布美国的加油站、零售业、餐饮业、博彩业、大型企业和政府的解决方案为国内卫星业者提供了成熟的经验。近年来地震海啸等灾害频发，卫星通信在应急救援中发挥了巨大作用。美国iDirect公司带来了他们的“应急救援与业务正常运营保障”方案，这又是一个先进的成熟经验。德国诺达卫星通信公司、美国康泰易达公司、以色列Raysat公司就卫星移动通信中的传输效率问题、技术优化以及解决方案分别做了主题演讲。
在仰视国外同行先进技术和成熟应用方案之于，中国卫星通信集团公司、中信网络公司向与会代表全景展现了中国乃至亚洲地区的卫星资源。这是卫星产业链最上游市场，所有根之于中国的卫星应用业务都将得依靠卫星资源的不断扩展，并从中受益。
10月28日下午，卫星应用大会设立了卫星移动通信和卫星导航两个分会场，最热烈的讨论在这个下午展开了。
卫星导航分会场由中国宇航学会卫星应用工作委员会组织，北斗卫星导航系统卫星系统总指挥李长江担任主持。北斗卫星导航系统卫星系统总指挥李长江、中国全球定位系统技术应用协会咨询中心主任曹冲、中国科学院国家授时中心研究员卢晓春等专家学者依次发表演讲，内容涵盖国内卫星导航应用现状、导航产业发展趋势、GNSS兼容互操作、北斗卫星导航系统的建设及其在民航、应急减灾领域中的应用等主题。
关键词:卫星通信;中继站;数据传输;铁通公司
中图分类号:TN91文献标识码:B文章编号:1009-8631(2009)12-0099-02
引言
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经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,是将通信卫星发射到赤道上空 35860 公里的高度上,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( 24 小时),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(除两极地区外),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。
与其它通信手段相比,卫星通信具有许多优点:一是电波覆盖面积大,通信距离远,可实现多址通信。在卫星波束覆盖区内一跳的通信距离最远为 18000 公里。覆盖区内的用户都可通过通信卫星实现多址联接,进行即时通信。二是传输频带宽,通信容量大。卫星通信一般使用 1~10 千兆赫的微波波段,有很宽的频率范围,可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路,提供每秒几十兆比特甚至每秒一百多兆比特的中高速数据通道,还可传输好几路电视。三是通信稳定性好、质量高。卫星链路大部分是在大气层以上的宇宙空间,属恒参信道,传输损耗小,电波传播稳定,不受通信两点间的各种自然环境和人为因素的影响,即便是在发生磁爆或核爆的情况下,也能维持正常通信。
卫星传输的主要缺点是传输时延大。在打卫星电话时不能立刻听到对方回话,需要间隔一段时间才能听到。其主要原因是无线电波虽在自由空间的传播速度等于光速(每秒30万公里),但当它从地球站发往同步卫星,又从同步卫星发回接收地球站,这“一上一下”就需要走8万多公里。打电话时,一问一答无线电波就要往返近16万公里,需传输0.6秒钟的时间。也就是说,在发话人说完0.6秒钟以后才能听到对方的回音,这种现象称为“延迟效应”。由于“延迟效应”现象的存在,使得打卫星电话往往不象打地面长途电话那样自如方便。
卫星通信是军事通信的重要组成部分。目前,一些发达国家和军事集团利用卫星通信系统完成的信息传递,约占其军事通信总量的80% 。
卫星通信的主要发展趋势是:充分利用卫星轨道和频率资源,开辟新的工作频段,各种数字业务综合传输,发展移动卫星通信系统。卫星星体向多功能、大容量发展,卫星通信地球站日益小型化,卫星通信系统的保密性能和抗毁能力进一步提高。
一、卫星通信技术的分类
卫星在通信、广播、导航定位、遥感遥测、地球资源、环境监测、军事侦察、气象服务等方面体现出日益重要的价值。特别是在军事应用方面,已成为现代高技术条件下局部战争中保障通信指挥、控制和信息传递极为重要的手段,因此,不仅西方各军事强国,就连不少发展中国家对军事通信卫星也特别重视。近年来,卫星通信技术已进人数字化发展的阶段。
1.1 低速话音编码技术
在过去较长的一段时间内,32kbit/s的连续可变斜率增量调制(CVSD)编码技术在卫星通信系统中占据主导地位。随着通信容量的增加和频率资源的紧张,迫切需要低速率且高质量话音的低速话音编码技术。目前,低速话音编码技术已取得了突破性进展,相继出现了32kbit/s的自适应差分脉码调制(ADPCM)、低时延16/8/4.8kbit/s的码激励线性预测(CELP)、4.8/2.4kbit/s的多带激励(MBE)。特别是4.8/2.4kbit/s的MBE话音编码技术已在系统中使用,在4.8kbit/s速率上的话音质量已接近64kbit/s的PCM的长话质量,超过32kbit/s的CVSD的话音质量。采用低速率话音编码可以大大提高卫星通信质量。
1.2 先进信道编码技术
信道纠错编码技术也有很大发展,有先进的软判决维特比译码和双层级联码等。软判决维特比译码广泛应用于卫星通信终端,它可以使信道质量明显改善,在误码率为10“的条件下,其编码增益大于5.8dB。双层级联码(即外层用R-S码交织,内层用卷积码)能有效地纠正随机和突发错误,在码率为10-5时,其编码增益可达6-7dB。采用先进信道编码技术可以提高传输质量,并节省卫星功率。
1.3 格状编码调制(TCM)技术
卫星信道既是带宽和功率受限的信道,又是非线性信道,它需要具有已调载波功率谱密度比较集中的调制方式,因此,通常采用恒定包络制方式。在恒定包络制方式中,又广泛采用相位调制(PSK)方式。但是,相位调制方式存在非连续相位转移的缺点,为了克服这一缺点,获得更佳的性能,最新发展起来的格状编码调制是卫星系统中调制技术的发展趋势。格状编码调制是一种不牺牲带宽的有效性而提高功率有效性并与信道编码相结合的技术。目前,8PSK和16PSK的64kbit/s格状编码调制数字调制解调器已应用于卫星通信中,它与普通相位调制相比,在不增加带宽、不改变速度的条件下,可提高3-5dB的调制增益。
1.4 混合多址技术
对于数字卫星通信系统,时分多址(TDMA)适用于40Mbit/s以上速率的系统,而码分多址(CDMA)则在微型地球站VSAT卫星通信系统中广泛采用。TDMA在充分利用卫星转发器功率和机动灵活组网方面有很大的潜力,配合多波束天线,即可实现星上交换时分多址(SS-TDMA)方式;还有一类低速时分多址(LA-TDMA)方式,这种方式所需的全向有效辐射功率(EIRP)小,便于大规模集成电路的应用,成本低,斟而发展较快。
CDMA技术具有抗干扰、保密等优点,对军事通信系统有很大的吸引力,且有多种使用方式。时分复用/码分多址(TDM/CDMA)方式已在VSAT卫星通信系统中应用;直接序列扩频/跳频/码分多址(DS/FH/CDMA)是直接序列扩频与低速跳频混合的多址方式,具有信道容量更大、抗干扰能力更强等优点;随机分配码分多址(RA-CDMA)方式是把码分多址的优点与数据分组通信方式(数据传输和交换的动态分配技术ALOHA)的特点结合在一起,使信道通信容量和抗干扰能力进一步提高。
二、卫星通信在铁路应急抢险中的作用
2.1工作模式
(1)卫星通信接收示意图(见图1)。
2.2使用容量
目前,铁通公司在全国有九个基站将卫星数据通信作为抢险备份通道。开通一个2M带宽作为语音通道,一个2M带宽作为图像通道。
2.3基站系统维护
铁通公司的卫星系统维护包括下内容:
(1)定期测试:网管室(站)定期核对网关的各种参数及与北京主站的联网通话功能;
(2)硬件设备巡检:电源、馈线、天线;
(3)站内自检。
三、结束语
信息技术作为本世纪重要的主导产业,其发展方兴未艾,卫星通信后来居上,凶猛异常地发展起来。一向落后的铁路通信,随着卫星通信设备的采用,其状况必将发生翻天覆地的变化。因此,了解卫星通信的基本原理及特点,并进一步引进吸收国内外先进技术,是我们发展铁路通信的必经之路。
参考文献:
[1] 陈九冶.卫星通信系统[M].北京:人民邮电出版社,1990.
关键词：卫星移动通信车 应急通信 防汛工作
中图分类号：TV877 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）02（a）-0092-01
卫星移动通信车是近些年才开始发展的一种通信方式，它可以有效的传输语音、数据、图像等等，其应用前途非常的广阔，利用该移动通信技术，能在最大程度提高指挥通信的速度，也能确保信息的准确性，具体交互性强、传输类型多，组网方便等多种优势。在众多领域，如军事领域，防汛通讯领域等等都发挥着关键的作用。
1 卫星移动通信技术发展现状
我国目前卫星移动通信技术大部分还是以国外的技术为主，自主研发比较少，这在一定程度上会使我国在信息安全、快速部署等问题上受制于人。对于我国的卫星通信建设有阻碍的作用，而且也不利于我国防汛工作的顺利进行。国家针对的这一问题，也加大力度加大资金对卫星移动通信技术进行研发。我国卫星移动通信技术的现状如下。
1.1 过分依赖国外卫星
我国卫星移动通信技术发展起步比较慢，很多技术都需要借鉴国外的先进技术，但是伴随着经济的快速发展以及国家建设的需要，在卫星载荷技术上是远远满足不了现今的需求的。据统计，我国目前的卫星转发器有接近50多部，而投入到市场需求中一共有30部左右，而在这30多部中也需要运用到等待转发器。卫星转发器资源匮乏，而且在短期内没法彻底的解决，这是我国卫星移动通信较为突出的一个矛盾，由此可见卫星移动通信技术是需要大力发展的。
1.2 总体电信基础较差
我国采用最多的是VSAT系统，这个系统可靠使用，稳定性也比较好，但是因为我国的电信基础比较薄弱，所以无法充分利用好这个系统所能发挥的作用，而在卫星移动通信车中也会运用到这个系统，它可以有效的传递话音和数据通信信息。我国的卫星通信市场目前还是国外技术占据主导的，如果要夺回国内市场，就要对卫星移动通信的相关产品进行开发，现今我国已研制出了一批卫星通信地球站和卫星电视接收站，并有少量开始出口。
1.3 ku波段发展速度较快
目前，大部分的城市的都选用ku波段，这个波段因为天线口径尺寸比较小，所以容易安装，而且这个波段本身的发射功率是比较大的，能在最大程度上进行能量集中，有利用信息的接收，不过在防汛工作中，ku波段能发挥的作用是比较有限的，因为如果处于降雨的天气，就会干扰到信号的传递，所以在进行防汛工作时，大部分会采用c波段，其信号损耗比较低。但即使如此，也不能抹灭ku波段系统市场的兴旺。
2 卫星移动通信技术主要技术核心
2.1 系统多址通信技术
目前我国在卫星通信车中采用的是两种较为基本的多址通信技术。一种是频分多址（FDMA），另一种是码分多址（CDMA）的卫星移动通信技术。而在防汛工作中较多采用的是码分多址（CDMA）的卫星移动通信技术，原因就在于这项技术保密性非常好，且系统的容量比较大，可以有效的实现软切换。
2.2 系统终端信号处理技术
在卫星移动通信车的技术应用中，也会使用到系统终端信号处理技术，这项技术的主要特征是利用数字调制解调技术以及用户天线技术等等来进行卫星通信的，运用这种技术可以有效的保证卫星通信的畅通性，同时也能减轻卫星移动通信车对通信卫星的压力。
2.3 系统同步技术
在卫星移动通信车的技术应用中，系统同步技术是非常关键的，它可以分为比特同步、帧同步、网同步等等，其中比特同步可以有效的保证卫星通信的每个时隙的话音质量和数据不会丢失。而帧同步则是能防止为卫星通信中群码的错误，保证通信过程中，上下帧的准确性和稳定性。整个系统运作就能保证卫星通信工作的可靠性，不会出现干扰和重叠。
除了以上这些关键技术之外，还需利用到水利部卫星网管系统，在信息网络与视频会议的支持下，就会构成信息交互平台，有利于防汛工作的顺利进行。
3 卫星移动通信车在防汛通信应急指挥系统中发挥的重要作用
截止2013年12月，全国因强降雨、融雪、台风等自然现象引发洪涝灾害不计其数，直接导致我国多地共26个省（区、市）2719万人遭受灾害的影响，死亡人数达157人，失踪人数达16人，农作物受灾情况更是严重，达到了1864千公顷，倒塌房屋6万间，直接经济损失一共约280亿元。在发生洪水灾害时，单方面靠有线通信是无法保障信息的有效传递的，对灾情也不能做到及时上下传达，使救灾工作无法顺利进行。而卫星移动通信车在防汛通信应急指挥系统中则发挥的重要作用，可以在第一时间建立通信专用通道，发挥“千里眼”“顺风耳”的多重功能。
3.1 建立防汛抢险的专用通信通道
卫星移动通信车的辐射面非常广，且具有较大的容量会议空间及信息处理平台，能对信息及逆行那个最大程度的采集。而当出现洪灾时，往往都会因为地理环境而出现传输上的困难，而采用卫星移动通信车就可以有效避免这些不足，因为它本身的数字通信非常发达，能在第一时间进行信息的传输，对灾情进行全天候的畅通反映。而指挥机关通过反映的信息就能为防汛工作迅速作出决策，从而有效地降低国民财产的损失。
3.2 处理救灾的相关业务。
通过卫星移动车的信息传递，可以对救灾现场的全部工作进行动态实时监控，也能对反映的信息进行及时处理、传递和存储，对于救灾工作有直接的帮助。
3.3 有利于异地会议的商议
在进行救灾的过程中，各地各级的领导或者专家都需要对灾情进行讨论商议，而通过有线通信是无法实现的，只有通过卫星移动通信技术才可以满足领导专家异地商议的需求，而领导和专家通过传输的信息和图像，就可以对各部门的功能运作进行针对性的指导和协调。
3.4 提供远程信息查询
在救灾时，需要对水情进行及时的了解，而卫星移动通信车则可以做到这一点，一方面能提供准确的现场信息，另一方面也能提供相应的数据参考，可以帮助救灾工作更快的进行。也能让各级领导、专家、人民时时的了解灾情的信息。
目前的卫星移动通信技术还存在着一些不足，但相信在经济发展的带动下，卫星移动通信技术也会飞速的发展，并在我国各个领域充分的发挥其优势，为应急防汛提供最为全面综合的信息网络设备，降低自然灾害对我国经济和国民财产安全的影响。
参考文献
[1] 王海宁，张冰，孙蓉.海啸带给我们的思考―― 应急通信的重要性[J].数字通信世界，2005（2）.
