導(dǎo)語：如何才能寫好一篇衛(wèi)星通信的概念，這就需要搜集整理更多的資料和文獻(xiàn)，歡迎閱讀由公文云整理的十篇范文，供你借鑒。

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【關(guān)鍵詞】信息技術(shù)；衛(wèi)星通信；語音傳輸技術(shù)

0 引言

隨著當(dāng)前科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，各種通信手段和通信技術(shù)的發(fā)展也在不斷的加快和不斷的趨于成熟。衛(wèi)星通信、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)作為光纜傳輸網(wǎng)絡(luò)的重要組成部分和重要的補(bǔ)充以及備份支撐著整個衛(wèi)星通信的發(fā)展，為衛(wèi)星通信的發(fā)展提供著有力的保障。然而在衛(wèi)星通信的過程中其通信頻點(diǎn)內(nèi)帶寬、狹窄造成通信量的有限性和限制性。為了能夠更加高效的利用衛(wèi)星通信資源，語音傳輸新技術(shù)正在逐步的應(yīng)用在衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中。

1 衛(wèi)星通信概述

1.1 衛(wèi)星通信的概念

衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星端、地面端、用戶端三部分組成。衛(wèi)星端在空中起中繼站的作用，即把地面站發(fā)上來的電磁波放大后再返送回另一地面站，衛(wèi)星星體又包括兩大子系統(tǒng)：星載設(shè)備和衛(wèi)星母體。地面站則是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口，地面用戶也可以通過地面站出入衛(wèi)星系統(tǒng)形成鏈路，地面站還包括地面衛(wèi)星控制中心，及其跟蹤、遙測和指令站。用戶端即是各種用戶終端。

1.2衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢

自第一顆衛(wèi)星發(fā)射升空，開啟了空間技術(shù)發(fā)展的新紀(jì)元，衛(wèi)星通信技術(shù)的優(yōu)勢使各個國家都極力發(fā)展這種技術(shù)，并在各個領(lǐng)域，尤其是在軍事和民事領(lǐng)域得到充分應(yīng)用。衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢總的發(fā)展方向是大容量、大功率、高速率、寬帶、低成本、高發(fā)射頻率、多轉(zhuǎn)發(fā)器、多點(diǎn)波束和賦形波束，應(yīng)用星上處理技術(shù)切換信號，處理信號等，21世紀(jì)的衛(wèi)星直播電視（DBS―TV）、個人移動衛(wèi)星通信、多媒體衛(wèi)星通信、衛(wèi)星音頻廣播、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)電視等將會得到大量發(fā)展。VSAT業(yè)務(wù)范圍不斷擴(kuò)大，深入到國民經(jīng)濟(jì)的各個領(lǐng)域，更加顯示其經(jīng)濟(jì)和社會效益，Ka波段的應(yīng)用使設(shè)備更加小型化，當(dāng)然亦帶來衰減嚴(yán)重的缺陷。光通信在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用逐漸變得成熟可取，它要求精確的衛(wèi)星控制技術(shù)，在國際上還處于研發(fā)階段，預(yù)計(jì)不久將會進(jìn)入實(shí)用階段。

1.3 衛(wèi)星通信的優(yōu)缺點(diǎn)

了解衛(wèi)星通信的優(yōu)缺點(diǎn)，一則可以了解目前衛(wèi)星通信的發(fā)展形勢，二則可以明確發(fā)展改進(jìn)衛(wèi)星通信中語音傳輸技術(shù)的必要性，是語音傳輸技術(shù)在衛(wèi)星通信中應(yīng)用的前提。要了解衛(wèi)星通信的優(yōu)缺點(diǎn)，就要與光纖傳輸技術(shù)進(jìn)行對比才能洞徹所有。

衛(wèi)星通信的通信范圍極大，主要表現(xiàn)是，只要在衛(wèi)星輻射信號范圍內(nèi)的兩點(diǎn)均可以進(jìn)行無線通信，這種特點(diǎn)一則保證了它的可靠性，因?yàn)檫@種傳輸并不會受外界環(huán)境影響，比如洪水地震等自然災(zāi)害的影響，它可以影響到一些具體的地面設(shè)施，卻不能威脅位于太空的衛(wèi)星設(shè)施，但是在一些地形復(fù)雜的地域，比如說多高山地區(qū)、或者大型建筑物集群地區(qū)，由于山體或者樓體的遮掩，會造成信號遮擋現(xiàn)象或者信號不穩(wěn)，因?yàn)樾l(wèi)星通信主要靠信號輻射實(shí)現(xiàn)它的功能。

衛(wèi)星通信的設(shè)置步驟簡單，即只要設(shè)置一種特殊的電路既可完成，沒有復(fù)雜的工程做工，更無資源的損害與自然環(huán)境的破壞，也無設(shè)備損壞的后顧之憂。

但是這種通信作價高，因?yàn)樾l(wèi)星通信不同于傳統(tǒng)的光纜通信，光纜工程雖說耗時、耗材、耗人力，但是它采用的材質(zhì)來源豐富，價錢低廉，因此使用成本就非常低，非常適合普通人使用，針對衛(wèi)星通信運(yùn)用超高科技與做工精細(xì)的儀器，導(dǎo)致它的運(yùn)行成本會高于常規(guī)的光纜通信，使用資費(fèi)更是高出十幾倍之多，因此使用人群極少。

而且衛(wèi)星通信采用的是無線傳輸，這種傳輸方式雖說簡單易行，但是，卻有可能造成信號的丟失或者信號的缺失，在這方面，還是光纜通信這種光波輸送安全性高，保密性好，因?yàn)楣獠ㄖ荒茉诠饫|內(nèi)進(jìn)行活動，并不會受外界影響，在通話傳輸上，它的技術(shù)還有待提高。

2 語音傳輸技術(shù)的應(yīng)用

衛(wèi)星通信與傳統(tǒng)電纜、光纜通信適用領(lǐng)域有所不同，而且它又被本身的缺陷所制，衛(wèi)星通信在現(xiàn)階段作為光纜通信重要后備資源而存在著，它一方面彌補(bǔ)了光纜傳輸中的不足，一方面也在極力發(fā)展完善它自己的技術(shù)。衛(wèi)星通信與光纜通信不同，它的通信容量有限，不同于光纜通信容量巨大、潛在寬帶可達(dá)20THz ，使作為衛(wèi)星通信重要組成部分的語音通信受到極大限制，因此如何克服解決這一固有的問題，是現(xiàn)階段衛(wèi)星通信的一項(xiàng)艱巨任務(wù)。

正如業(yè)內(nèi)人士所知，衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用卷積碼、QPSK 與QAM相結(jié)合的編碼調(diào)制方式，這也是當(dāng)前眾多商業(yè)衛(wèi)星采用的一種方式，但是這種方式不能高效地傳輸本來受限的無線信號資源，導(dǎo)致資源的流失，原因在于這種方式被通信系統(tǒng)的誤碼率制約著，使這種方式必須采用某種特定的卷積碼來實(shí)現(xiàn)某種具體的功能，而這種特定的很長的限定長度卷積碼將相應(yīng)導(dǎo)致譯碼設(shè)備相比以前更為復(fù)雜，因?yàn)檫@種復(fù)雜性，將導(dǎo)致原本衛(wèi)星通信系統(tǒng)本身固有的缺陷更加暴露無遺，將導(dǎo)致衛(wèi)星通信信息語音傳輸?shù)男矢?，影響衛(wèi)星通信功能的發(fā)展擴(kuò)大，制約了衛(wèi)星語音信息傳輸?shù)母咚傩?，不能適應(yīng)未來業(yè)內(nèi)形勢的發(fā)展，因此調(diào)整編碼譯碼方式，改進(jìn)通信過程中編譯碼技術(shù)，是當(dāng)前衛(wèi)星通信領(lǐng)域內(nèi)首要應(yīng)解決的問題，它將影響到語音傳輸?shù)男?、以及語音信息傳輸?shù)馁|(zhì)量，即抗干擾性問題。

針對原有技術(shù)存在的問題以及不良影響，一種新型技術(shù)――TCM/IDR技術(shù)被挖掘出來，并最先運(yùn)用在衛(wèi)星通信領(lǐng)域。TCM/IDR技術(shù)同時使用SPSK調(diào)制技術(shù)和Reed-solomon正交編碼技術(shù)，是國際通信衛(wèi)星組織（Intelsat）最近推薦的高質(zhì)量中速數(shù)據(jù)載波方式，其業(yè)務(wù)平臺支持語音和數(shù)據(jù)傳輸同時能夠滿足對網(wǎng)絡(luò)低誤碼/高性能的要求。TCM/IDR技術(shù)所提供的性能可達(dá)到在1年內(nèi)的平均誤碼率（RER）遠(yuǎn)小于10E-10（即優(yōu)于99.96%），超過國際電信聯(lián)盟（ITU-T）G.826所提出的要求。相對于國際通信衛(wèi)星組織于1984年第一次提出并使用至今的QPSK/IDR數(shù)字載波技術(shù)，TCM/IDR技術(shù)是又一步的改進(jìn)和提高，其支持?jǐn)?shù)據(jù)流的速率范圍是64kbit/s-44.736Mbit/s，對于傳輸同等信息速率的數(shù)據(jù)流來說，與QPSK/IDR技術(shù)相比，將節(jié)約 20%的衛(wèi)星無線頻帶資源。同時，TCM/IDR技術(shù)能更有效地利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率，這是因?yàn)槟壳敖^大部分的Intelsat用戶采用QPSK/IDR技術(shù)，以致一些衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬已達(dá)使用極限，但轉(zhuǎn)發(fā)器功率還有余量可利用。因此，在使用了TCM/IDR技術(shù)后，可通過更有效地利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源（功率和頻帶），從而在目前已達(dá)頻帶使用極限的轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)增加通信容量。

3 結(jié)語

隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展和大業(yè)務(wù)量需求的不斷上升，衛(wèi)星通信作為一種重要的語音信息傳輸平臺日益受到人們的青睞，未來隨著技術(shù)的不斷發(fā)展和融合衛(wèi)星通信工程中傳語音輸技術(shù)的應(yīng)用將會被不斷升級，超高速率、無縫接入、靈活可靠的傳輸技術(shù)也將不斷涌現(xiàn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]鐘志剛.TCM/ 8PSK/ IDR 與 QPSK/ IDR衛(wèi)星載波特性比較[J]郵電設(shè)計(jì)技術(shù)，1999（9），11-15.

[2]余昌剛等，TCM/IDR信道單元幀同步的實(shí)現(xiàn)[J].北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2001（6），774-776.

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關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信 本科教學(xué) 教學(xué)改革 Matlab軟件仿真平臺

中圖分類號：TN927 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）11（a）-0141-02

Research of Undergraduate Teaching Reform for Satellite Communication Course

Hong Tao

（College of Telecommunications & Information Engineering， Nanjing University of Posts and Telecommunications， Nanjing JiangSu 210003， China）

Abstract：With the development of satellite communication technique and requirement of technical personnel for our country，the problem of cultivating satellite communication talents has been a challenge for chinese universities.In this paper，we focus on the classroom teaching method，experimental hardware and software platform，and course examination method for satellite communication course according to the problem of practical teching.It is proved that teching reform had a better performance of this paper.

Key Words：Satellite communication;Undergraduate Teaching;Teching reform

衛(wèi)星通信是指利用衛(wèi)星作為中繼站實(shí)現(xiàn)兩個或多個地球站之間的信息交換的無線通信技術(shù)，綜合了通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)計(jì)算和航空航天技術(shù)的交叉學(xué)科[1-2]。近年來衛(wèi)星通信技術(shù)不斷革新，例如中低軌道的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)等都受到了人們廣泛的關(guān)注。我國的衛(wèi)星通信技術(shù)相比與美國等發(fā)達(dá)國家還存在一定的差距，如何培養(yǎng)我國的衛(wèi)星通信專業(yè)技術(shù)人才是當(dāng)今我國高校教育中面臨的一項(xiàng)挑戰(zhàn)[3-4]。

在南京郵電大學(xué)本科生培養(yǎng)計(jì)劃中《衛(wèi)星通信》課程是作為大四學(xué)生專業(yè)限選課程。設(shè)置這門課程的目的是在《通信原理》等專業(yè)課的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)級的幫助學(xué)生鞏固已經(jīng)學(xué)習(xí)的通信基礎(chǔ)知識、掌握通信基礎(chǔ)理論在實(shí)際的無線通信系統(tǒng)中的應(yīng)用、以及衛(wèi)星通信的組網(wǎng)技術(shù)。課程總共分為5個部分的內(nèi)容在教學(xué)計(jì)劃中安排了32個學(xué)時和8個實(shí)驗(yàn)學(xué)時，考察方式為閉卷考試結(jié)合試驗(yàn)成績。在其他高校衛(wèi)星通信課程教師的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)[5-6]和筆者幾年的教學(xué)過程中，總結(jié)了如下幾點(diǎn)在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)的問題：（1）本課程屬于專業(yè)限選課程，講授內(nèi)容是建立在《通信原理》等基礎(chǔ)必修課程的基礎(chǔ)上的，學(xué)生對于無線通信基礎(chǔ)知識掌握存在較大的差異，導(dǎo)致講授過程中學(xué)生對于知識點(diǎn)的理解存在較大差異，課堂教學(xué)效果不能達(dá)到預(yù)定的目標(biāo);（2）大四學(xué)生面臨畢業(yè)的壓力，注意力主要放在的考研、找工作等方面，學(xué)生對于衛(wèi)星通信技術(shù)學(xué)生的興趣和學(xué)習(xí)效率普遍很低;（3）傳統(tǒng)的教師課堂講授的方式枯燥，加上衛(wèi)星通信系統(tǒng)知識點(diǎn)的分散和抽象，使得學(xué)生課上對于知識點(diǎn)理解效率低下，課后更沒有時間回顧課程的內(nèi)容;（4）考試前學(xué)生只是結(jié)合前幾年的考試試卷采用死記硬背的備考方式，根本不理解知識點(diǎn)的含義，導(dǎo)致學(xué)生考完就不記得所學(xué)習(xí)的課程。上述的幾個方面導(dǎo)致課程的通過率逐年下降，學(xué)生選修學(xué)習(xí)這門課程的人數(shù)逐漸減少。如何提高課程的教學(xué)質(zhì)量已是《衛(wèi)星通信》課程迫切需要解決的問題。

針對上述的幾個問題，作者在教學(xué)過程中引入了以下三點(diǎn)的改革思路：（1）激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，學(xué)生基礎(chǔ)存在差異，需要教師在講授過程中回顧對比無線通信的基礎(chǔ)知識點(diǎn)，幫助學(xué)生理解無線通信基礎(chǔ)知識在衛(wèi)星通信系統(tǒng)級平臺上的應(yīng)用。采用多媒體、拓展課程等手段激發(fā)學(xué)有余力的學(xué)生對于從事衛(wèi)星通信事業(yè)的興趣;（2）知識點(diǎn)講授，衛(wèi)星通信課程知識點(diǎn)較為分散，在講授的過程中對比其他的通信網(wǎng)絡(luò)知識點(diǎn)，在對比的過程中使得學(xué)生掌握衛(wèi)星通信課程中的關(guān)鍵知識點(diǎn)。引入Matlab軟件仿真平臺和硬件實(shí)驗(yàn)平臺，使得抽象的知識點(diǎn)形象化;（3）課程考查方法，將傳統(tǒng)上課點(diǎn)名和期末考試的課程考查方法改為平時大作業(yè)、實(shí)驗(yàn)成績和期末考試相結(jié)合的考查方式。

1 教學(xué)方式改革

作者認(rèn)為學(xué)生對于衛(wèi)星通信課程學(xué)習(xí)的效果關(guān)鍵在于兩個方面，一是教師的知識點(diǎn)講授方法;二是激發(fā)學(xué)生對于課程的學(xué)習(xí)興趣。為了做好上述的兩個方面作者從以下的三方面入手，提高衛(wèi)星通信課程的教學(xué)效果。

1.1 課堂講授方式

衛(wèi)星通信課程在無線通信體系中并不是一門孤立的課程，應(yīng)該放在整個無線通信大的背景中來講授。針對學(xué)生基礎(chǔ)知識的差異，作者在傳統(tǒng)講授方法的基礎(chǔ)上補(bǔ)充了以下的三種講授方式：（1）支撐知識點(diǎn)的回顧，學(xué)生在理解衛(wèi)星通信中新的知識點(diǎn)的時候，都需要用到無線通信中基礎(chǔ)的知識體系，講授在講授之前用適合的時間回顧下基礎(chǔ)知識點(diǎn)存在一定的必要性。如在講授編碼和調(diào)制技術(shù)的時候幫助學(xué)生回顧下編碼的基本概念、正交調(diào)制等基礎(chǔ)的知識點(diǎn)，再引申出衛(wèi)星通信中使用的LDPC碼、QAM調(diào)制技術(shù)等知識點(diǎn)。這樣使得基礎(chǔ)知識點(diǎn)較為薄弱的學(xué)生不會在課程的開始階段就失去學(xué)習(xí)的興趣，進(jìn)而惡性循環(huán);（2）聯(lián)系對比教學(xué)，衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)是適用于衛(wèi)星通信鏈路的網(wǎng)絡(luò)體系，與傳統(tǒng)的地面移動通信網(wǎng)絡(luò)是存在一定的差異的。課程講授過程中引入這些差異性講授有助于學(xué)生更深刻的理解衛(wèi)星通信的知識點(diǎn)。在這種上下聯(lián)系，左右對比的教學(xué)環(huán)境中使得學(xué)生在原有的知識體系中引申出衛(wèi)星通信的知識點(diǎn);（3）拓展性課程，對于學(xué)有余力的學(xué)生，課堂時間中教師講授的有限知識點(diǎn)并不能滿足學(xué)生對于衛(wèi)星通信系統(tǒng)的理解，需要激發(fā)學(xué)生對于衛(wèi)星通信技術(shù)的學(xué)習(xí)興趣，使得他們利用課余的時間利用圖書館、實(shí)驗(yàn)室等資源更好的學(xué)習(xí)衛(wèi)星通信的知識。作者在課程中適當(dāng)?shù)募尤肓艘恍┩卣拐n程的教學(xué)方式激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情，如在課程講授中加入美國的探月工程和中國的嫦娥工程等視屏結(jié)合PPT的方式激發(fā)學(xué)生從事我國的衛(wèi)星通信事業(yè)。

1.2 Matlab軟件仿真平臺和硬件實(shí)驗(yàn)平臺

衛(wèi)星通信課程是一門需要軟硬件結(jié)合教學(xué)的學(xué)科，教學(xué)過程中需要提高學(xué)生自主的軟硬件動手能力。由于學(xué)校硬件實(shí)驗(yàn)平臺受資金等方面的局限，學(xué)生的動手能力并不能得到很好的鍛煉，這就要求教師在教學(xué)過程中也需要培養(yǎng)學(xué)生的動手能力。作者在平時的教學(xué)課程中基于Matlab仿真平臺以大作業(yè)的形式布置一定的軟件仿真實(shí)驗(yàn)，補(bǔ)充硬件實(shí)驗(yàn)平臺的不足。布置這種探索性的大作業(yè)可以激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的熱情，更好的理解學(xué)習(xí)的知識點(diǎn)，如在衛(wèi)星通信VSAT網(wǎng)絡(luò)中對于歐蘭B公式的理解，作者布置了相關(guān)的Matlab編程大作業(yè)，學(xué)生在課程考試中對于這個知識點(diǎn)的掌握情況就很好，說明布置的大作業(yè)對于學(xué)生知識點(diǎn)的理解起到了一定的積極效果。在實(shí)驗(yàn)室的硬件實(shí)驗(yàn)中增加學(xué)生自主的動手實(shí)驗(yàn)內(nèi)容，增加學(xué)生對于學(xué)科的感性認(rèn)識，通過學(xué)生自主動手對于這些系統(tǒng)安裝調(diào)試，提高學(xué)生的動手能力，在學(xué)習(xí)的同時激發(fā)他們課程實(shí)踐的興趣。

1.3 課程的考查方式

南京郵電大學(xué)衛(wèi)星通信課程傳統(tǒng)的考查方式是實(shí)驗(yàn)成績占總成績的30%，閉卷考試成績占總成績的70%的考查方式。作者在教學(xué)過程中發(fā)現(xiàn)這種考查方式并不能很好的反應(yīng)學(xué)生的學(xué)習(xí)效果。課程結(jié)束后學(xué)生大多結(jié)合往年的考試試卷，采用死記硬背的方式通過考試，考完后就不記得所學(xué)的知識點(diǎn)。作者在實(shí)際的教學(xué)過程中采用平時Matlab大作業(yè)占總成績的30%、硬件實(shí)驗(yàn)成績占總成績的20%和課程結(jié)束考試占總成績的50%的考查方式。在軟硬件實(shí)驗(yàn)中強(qiáng)調(diào)培養(yǎng)學(xué)生利用學(xué)校的圖書館和實(shí)驗(yàn)室的查資料學(xué)習(xí)和動手等能力。考試試卷中降低概念性試題的比例，適當(dāng)提高探索性問題的比重，如在星站距和俯仰角知識點(diǎn)的考查中，在試卷中直接給出基本的計(jì)算公式，不需要學(xué)生去死記硬背計(jì)算公式，而在俯仰角的修正過程中增加試題的靈活度，如果學(xué)生在平時的課程和Matlab大作業(yè)中深入理解計(jì)算公式的物理過程能很容易的解答試題，而平時Matlab大作業(yè)不認(rèn)真完成靠考試前死記硬背公式的學(xué)生不了解公式的物理含義很容易在修正的過程中出錯，這樣能更好的考查學(xué)生對于衛(wèi)星通信知識點(diǎn)的掌握情況。作者通過兩個學(xué)年的實(shí)驗(yàn)，這種綜合體系的考查方式更能真實(shí)的反應(yīng)學(xué)生對于本課程的掌握程度。

2 結(jié)語

作者通過與學(xué)生的交流，采用上述的三種教學(xué)改革方法，可以在一定程度上激發(fā)學(xué)生對于衛(wèi)星通信課程的學(xué)習(xí)熱情，選修這門課程的人數(shù)具有一定程度的增加，學(xué)生對于知識點(diǎn)的掌握更為清晰，取得了一定的教學(xué)效果。該文對于衛(wèi)星通信這門課程的教學(xué)改革作了初步的研究，如何取得更好的教學(xué)效果還需要與廣大高校中衛(wèi)星通信課程教師共同探討。

參考文獻(xiàn)

[1] 王麗娜.衛(wèi)星通信系統(tǒng)[M].國防工業(yè)出版社，2006.

[2] 夏克文.衛(wèi)星通信[M].西安電子科技大學(xué)出版社，2008.

[3] 張更新，謝智東，譚哲.衛(wèi)星通信的發(fā)展現(xiàn)狀及產(chǎn)業(yè)發(fā)展綜述[J].數(shù)字通信世界，2009（6）：24-30.

[4] 杜青，夏克文，喬延華.衛(wèi)星通信發(fā)展動態(tài)[J].通信技術(shù)，2010（3）：24-29.

篇3

目前，《通信技術(shù)》這門課講解內(nèi)容有:(1)均勻傳輸線理論與天線的基本概念，主要介紹均勻傳輸線方程及其解，傳輸線的阻抗與狀態(tài)參數(shù)、無耗傳輸線的狀態(tài)分析，評價天線性能的幾個主要指標(biāo)，基本振子輻射和天線常用的各種電參數(shù);(2)微波中繼通信系統(tǒng)，主要介紹數(shù)字微波中繼通信的概念，工作原理，設(shè)備組成，微波中繼站的轉(zhuǎn)接方式;(3)衛(wèi)星通信系統(tǒng)，主要介紹通信衛(wèi)星和地球站，衛(wèi)星通信的分類、工作頻率及其特點(diǎn);(4)光纖通信系統(tǒng)，主要介紹光纖的結(jié)構(gòu)與分類，光纖的導(dǎo)光原理和傳輸特性，光纖通信的主要特點(diǎn)，數(shù)字光纖通信系統(tǒng)的組成和工作原理;(5)移動通信系統(tǒng)，主要介紹移動通信的特點(diǎn)和工作方式，移動通信中無線電波的傳播特性，移動通信組網(wǎng)技術(shù)，數(shù)字調(diào)制技術(shù)，蜂窩移動通信系統(tǒng)．

參照國內(nèi)外重點(diǎn)大學(xué)此類相關(guān)課程教材，結(jié)合自身的特點(diǎn)，需適當(dāng)調(diào)整《通信技術(shù)》這門課程的結(jié)構(gòu)體系和教學(xué)內(nèi)容，尤應(yīng)增加當(dāng)今最前沿的通信技術(shù)及其發(fā)展趨勢，拓寬學(xué)生的知識面，如3G通信技術(shù)在現(xiàn)實(shí)中的應(yīng)用及其市場發(fā)展前景，認(rèn)知無線電技術(shù)基本概念及其主要研究成果，激光通信技術(shù)，可見光通信技術(shù)等．《通信技術(shù)》課程大部分相關(guān)教材內(nèi)容很少揭示通信問題所對應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，很少用數(shù)學(xué)的理論去解釋一些通信中的結(jié)論，而數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生的數(shù)學(xué)理論基礎(chǔ)扎實(shí)，教學(xué)中可以補(bǔ)充相應(yīng)內(nèi)容引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用數(shù)學(xué)理論、方法研究通信中的問題．比如，講解均勻傳輸線理論時，可以與學(xué)生一起建立均勻傳輸線系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型，得到傳輸線上任意一點(diǎn)z處電壓和電流的基本方程式中:U、I分別為電壓、電流，Z=R+jwL為單位長度的串聯(lián)阻抗，Y=G+jwC為單位長度的并聯(lián)導(dǎo)納．

數(shù)學(xué)類專業(yè)學(xué)生求解上式方程的穩(wěn)態(tài)解是件容易的事，因此可以安排學(xué)生自己求出方程的解，最后再將方程解中各個參量的物理意義解釋清楚．這樣，學(xué)生不僅可以體會到學(xué)習(xí)數(shù)學(xué)的用途和運(yùn)用數(shù)學(xué)理論、方法解決問題的快樂，而且對通信知識的理解更加深刻．再比如，衛(wèi)星通信系統(tǒng)按軌道分類有低軌道和中高軌道，可以引導(dǎo)學(xué)生推導(dǎo)軌道高低與通信衛(wèi)星電波覆蓋地球表面的關(guān)系，使學(xué)生了解需要多少顆衛(wèi)星才能實(shí)現(xiàn)全球通，進(jìn)一步考慮通信衛(wèi)星使用壽命、發(fā)射成本、維護(hù)難易、干擾的抑制以及保密性能等因素，建立一個多目標(biāo)評估系統(tǒng)，根據(jù)多目標(biāo)優(yōu)化理論，建立數(shù)學(xué)模型，通過數(shù)學(xué)方法分析模型，結(jié)合軟件進(jìn)行數(shù)值仿真驗(yàn)證，最終提出實(shí)際可行的參考報(bào)告．《通信技術(shù)》課程每個章節(jié)都有這方面的內(nèi)容，在教學(xué)過程中應(yīng)注意挖掘這樣的教學(xué)素材．

二、教學(xué)觀念、手段的更新

以往教師講授《通信技術(shù)》這門課主要是單向說教，老師唱獨(dú)角戲，形式單調(diào)，調(diào)動學(xué)生主觀能動性、培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的方法欠缺．教學(xué)應(yīng)從單純的知識傳授轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯渴降慕虒W(xué)，用研究式的教學(xué)作為提高教學(xué)質(zhì)量和教學(xué)水平的重要手段．

研究式教學(xué)要求充分發(fā)揮師生雙方的主動性和創(chuàng)造性，這對于習(xí)慣了“模仿+記憶”的教學(xué)模式的學(xué)生來說必然會碰到更大的困難．在講授天線、衛(wèi)星通信、光纖通信以及移動通信等內(nèi)容時，老師可以先布置課外查詢?nèi)蝿?wù)，查閱這些技術(shù)的起源、發(fā)展、現(xiàn)狀及未來趨勢，然后讓學(xué)生在課堂上交流對這些內(nèi)容的認(rèn)識、理解．老師根據(jù)學(xué)生交流情況匯總那些理解不清的概念、技術(shù)等內(nèi)容，然后詳細(xì)講明白“是什么”和“為什么”．現(xiàn)在網(wǎng)上有大量的新技術(shù)科普片，觀看科普片同樣可以獲得新知識，也是豐富課堂教學(xué)方式的途徑之一．因此可以收集天線、衛(wèi)星通信、移動通信、激光通信等新技術(shù)的科教宣傳片，在授課過程中穿插科教宣傳片，使學(xué)生能更加直觀理解通信相關(guān)技術(shù)．

三、課外專題的研討

篇4

軟件無線電是近幾年來提出的一種實(shí)現(xiàn)無線通信的新概念和體制。它的核心是將寬帶ND和D／A變換器盡可能靠近天線，而電臺功能盡可能地采用軟件進(jìn)行定義。軟件無線電把硬件作為無線通信的基本平臺，對于無線通信功能盡可能用軟件來實(shí)現(xiàn)。這樣，無線通信系統(tǒng)具有很好的通用性、靈活性，使系統(tǒng)互聯(lián)和升級變得非常方便，這很可能使軟件無線電成為繼模擬通信到數(shù)字通信和固定通信到移動通信之后的無線通信領(lǐng)域的第三次突破。

以現(xiàn)代通信理論為基礎(chǔ)，以數(shù)字信號處理為核心，以微電子技術(shù)為支撐的軟件無線電技術(shù)自從提出以來，便引起了包括軍事通信、個人移動通信、微電子以及計(jì)算機(jī)等電子領(lǐng)域的特別關(guān)注和廣泛興趣。尤其是在最近幾年突飛猛進(jìn)的發(fā)展成長，逐漸壯大，更加使得人們普遍認(rèn)為軟件無線電技術(shù)將促進(jìn)無線通信，甚至整個無線電領(lǐng)域產(chǎn)生重大變革，并由此推動電子信息技術(shù)的快速發(fā)展，最終在全世界范圍內(nèi)形成巨大的軟件無線電產(chǎn)業(yè)市場，帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益，推動社會和技術(shù)進(jìn)步。

軟件無線電突破了傳統(tǒng)的無線電臺以功能單一、可擴(kuò)展性差的硬件為核心的設(shè)計(jì)局限性，強(qiáng)調(diào)以開放性的最簡硬件為通用平臺，盡可能地用可升級、可重配置的應(yīng)用軟件來實(shí)現(xiàn)各種無線電功能的設(shè)計(jì)新思路。

通信的需求是軟件無線電進(jìn)步與發(fā)展的巨大驅(qū)動力。它是解決目前無線通信系統(tǒng)多標(biāo)準(zhǔn)、多模式兼容工作以及相互操作性和多系統(tǒng)共享頻率資源等問題的最好途徑。

軟件無線電技術(shù)的特點(diǎn)

1、具有完全可編程的特性，包括可編程的天線波段、信道接入方式、信道調(diào)制解調(diào)、數(shù)據(jù)速率大小等，通過軟件提供指令，實(shí)現(xiàn)控制和操作、管理和維護(hù)功能；

2、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)通用，功能實(shí)現(xiàn)靈活，改進(jìn)和更新也很方便快捷。高速A／D／A實(shí)為一個標(biāo)準(zhǔn)接口，其作用是將RF／IF部分和通用的數(shù)字／軟件部分連接起來。只要它們的帶寬和處理能力滿足系統(tǒng)要求，都具有很好的通用性；

3、使得不同系統(tǒng)之間相互操作成為可能；

4、復(fù)用的優(yōu)勢，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的一致性使得設(shè)計(jì)的模塊化思想能很好地實(shí)現(xiàn)，并且這些模塊具有良好的通用性，能在不同的系統(tǒng)及其升級時很容易地復(fù)用；

5、在軟件無線電中，軟件的生存期決定了通信系統(tǒng)的生存期。一般地，軟件開發(fā)的周期相對于硬件要短，開發(fā)費(fèi)用要低；

6、由于系統(tǒng)的主要功能都由軟件實(shí)現(xiàn)，因此可方便地采用各種新的信號處理手段提高抗干擾性能。其他諸如系統(tǒng)頻帶監(jiān)控、在線改變信號調(diào)制方式等功能的實(shí)現(xiàn)也成為可能。

軟件無線電在衛(wèi)星通信中的應(yīng)用

通信衛(wèi)星主要由天線分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)等部分組成。其中，通信分系統(tǒng)主要由射頻部分和轉(zhuǎn)發(fā)器等組成。射頻部分包括指令檢測、遙控設(shè)備和頻率調(diào)制、解調(diào)設(shè)備，主要用來實(shí)現(xiàn)對射頻的發(fā)射、接收、調(diào)制和解調(diào)。目前，它的調(diào)制模式、多址方式、編碼格式等一般均是固定不變的。如果采用軟件無線電技術(shù)，那么就可以通過軟件隨時改變調(diào)制模式、多址方式、編碼格式等，從而大大提高其靈活性以及抗干擾的能力。同理，在處理轉(zhuǎn)發(fā)器中也完全可以應(yīng)用軟件無線電技術(shù)，來完成寬帶的A／D及D／A轉(zhuǎn)換、調(diào)制解調(diào)以及編碼。

低軌微型衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以提供全球性實(shí)時話音／數(shù)據(jù)通信和非實(shí)時的S&F業(yè)務(wù)。由于它已經(jīng)成為衛(wèi)星通信系統(tǒng)的一個重要組成部分和實(shí)現(xiàn)全球個人通信的重要手段，所以這里選舉它為典型代表來說明軟件無線電技術(shù)在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的應(yīng)用。將軟件無線電臺結(jié)構(gòu)的概念應(yīng)用到低軌微型衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，將會很好地解決如不同系統(tǒng)的兼容性，互聯(lián)互通及綜合應(yīng)用等問題，促使微型衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展，為用戶提供更為靈活和方便的通信服務(wù)。

1、用軟件無線電技術(shù)解決微型衛(wèi)星通信系統(tǒng)的兼容性問題

近年來，各種各樣的移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)紛紛涌現(xiàn)出來，其中，中低軌系統(tǒng)大都采用小型衛(wèi)星。這些系統(tǒng)分別提供全球性和區(qū)域性的以話音為主的移動衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)。由于它們在通信體制、網(wǎng)絡(luò)組成、系統(tǒng)管理等方面互不相同，各系統(tǒng)內(nèi)的用戶終端不能直接訪問其它系統(tǒng)。目前只有通過信關(guān)和網(wǎng)關(guān)來實(shí)現(xiàn)不同衛(wèi)星系統(tǒng)之間的互連互通，但這并不是一種特別有效的解決方法，隨著新系統(tǒng)的不斷涌現(xiàn)，會使終端兼容性等問題日益嚴(yán)重。利用小型衛(wèi)星提供業(yè)務(wù)的系統(tǒng)也存在著終端兼容的要求，這一情況是由兩方面的因素造成的：

(1)為了充分利用各小型衛(wèi)星通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)的能力，以使其運(yùn)營費(fèi)用進(jìn)一步降低，需要衛(wèi)星能夠?yàn)椴煌南到y(tǒng)用戶提供服務(wù)，同時用戶也能方便地接入各系統(tǒng)。

(2)為了降低信息的傳輸時延，S&F業(yè)務(wù)微型衛(wèi)星需要借助與其它系統(tǒng)，如地面網(wǎng)絡(luò)、同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)等來加速其信息的傳遞。同時衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為對地面通信網(wǎng)重要的支持和不可缺少的補(bǔ)充，其和地面通信網(wǎng)的綜合應(yīng)用問題也提出來了，目前所采用的雙模式手機(jī)只能達(dá)到兩種不同系統(tǒng)的綜合應(yīng)用要求。

由于軟件無線電臺的功能完全由軟件定義，可以程控，所以只要在處理能力、采樣速度等方面允許的條件下，就能夠利用軟件無線電臺對輸入信號的調(diào)制模式、多址方式、編碼格式進(jìn)行自動識別和解調(diào)，實(shí)現(xiàn)信息的正確接收；同時軟件無線電臺還可根據(jù)需要選用適當(dāng)?shù)奶囟ǖ耐ㄐ朋w制與特定系統(tǒng)進(jìn)行通信。軟件無線電技術(shù)利用可編程數(shù)字下變頻在基帶完成信道選取，通過基帶處理的軟件模塊不同來兼容不同的系統(tǒng)。因此，只有軟件無線電技術(shù)才能在嚴(yán)格意義上圓滿的解決系統(tǒng)兼容和綜合利用問題。

2、采用軟件無線電技術(shù)將有利于微型衛(wèi)星通信技術(shù)的更新

衛(wèi)星通信系統(tǒng)與地面系統(tǒng)的另一個重要差別是：衛(wèi)星一旦進(jìn)入運(yùn)行軌道，對衛(wèi)星的硬件部分無法進(jìn)行改動，因此由星載硬件設(shè)備決定的技術(shù)體制就無法更新。同時微型衛(wèi)星通信的在軌壽命可達(dá)3-5年，甚至更長(因?yàn)樵S多微型衛(wèi)星采用被動姿態(tài)控制方式)。這將嚴(yán)重制約著新技術(shù)在衛(wèi)星通信領(lǐng)域內(nèi)的及時運(yùn)用。

利用軟件無線電技術(shù)的基本思想，賦予微型通信衛(wèi)星星上處理以新的內(nèi)涵。將微型通信衛(wèi)星全部或大部分的通信功能由軟件定義，并在設(shè)計(jì)時考慮到一定的處理冗余度。那么當(dāng)需要對微型衛(wèi)星星載通信子系統(tǒng)的某些環(huán)節(jié)，如調(diào)制／解調(diào)技術(shù)、多普勒頻移校正、成形濾波等進(jìn)行改進(jìn)，只需要對其中的部分軟件進(jìn)行在軌重新加載，便可以完成原來所無法實(shí)現(xiàn)的衛(wèi)星在軌技術(shù)更新，從而達(dá)到延長衛(wèi)星技術(shù)壽命的目的。國外在這方面進(jìn)行了有益的嘗試，如Vosat-3&5、Posat-1都進(jìn)行了具有軟件無線電雛形的在軌衛(wèi)星通信體制更新試驗(yàn)，證明在軌衛(wèi)星通信體制的更新是完全可能的。按照軟件無線電的思想將會出現(xiàn)完全依賴于軟件定義的新型微型通信衛(wèi)星，其

星體具有相同或相似的硬件結(jié)構(gòu)，而根據(jù)軟件的不同將擔(dān)負(fù)不同的使命。

3、現(xiàn)階段實(shí)施方案的設(shè)想

雖然軟件無線電技術(shù)在微型衛(wèi)星通信中有著良好的應(yīng)用前景，但是由于受處理器件能力、處理技術(shù)等方面因素的限制，在現(xiàn)階段尚不能完全按照標(biāo)準(zhǔn)軟件無線電臺結(jié)構(gòu)建立一套微型衛(wèi)星通信系統(tǒng)。然而，從另一方面看，既然軟件無線電技術(shù)的優(yōu)越性已經(jīng)被業(yè)內(nèi)人士普遍認(rèn)可，現(xiàn)今只是在具體實(shí)施上遇到些困難，相信將來必定會隨著技術(shù)的進(jìn)步而逐步得到解決。

在目前的技術(shù)條件下，可以將中頻以下的功能由軟件來實(shí)現(xiàn)，而保留現(xiàn)有的射頻部分或采用可更換的射頻模塊的方法來構(gòu)造具有部分軟件無線電特色的微型衛(wèi)星通信系統(tǒng)。這一設(shè)計(jì)思想已在美國的Speak easy II(易通話II)無線電臺中得到了實(shí)踐，Speak easy II可以在程序的控制下與現(xiàn)在使用的15種無線電臺互通。根據(jù)這一思想，構(gòu)成的試驗(yàn)性低軌微型通信衛(wèi)星子系統(tǒng)的框圖如圖1所示。用戶終端的結(jié)構(gòu)框圖如圖2所示。

軟件無線電在衛(wèi)星測控中的應(yīng)用

衛(wèi)星測控系統(tǒng)一般由跟蹤分系統(tǒng)、遙測分系統(tǒng)和遙控分系統(tǒng)組成。目前，我國衛(wèi)星測控設(shè)備都是由傳統(tǒng)的硬件組成，功能固定，而且各類衛(wèi)星測控系統(tǒng)的工作頻率、調(diào)制體制、編碼體制和測距體制各不相同，各種衛(wèi)星之間測控信道也不能相互通用，這樣無疑加重了研制負(fù)擔(dān)，造成資金浪費(fèi)。針對這一問題，國內(nèi)外正在利用高速A／D、DSP、高速并行總線、計(jì)算機(jī)技術(shù)以及軟件技術(shù)，對測控信道和處理終端進(jìn)行全數(shù)字化和軟件化研究開發(fā)，并且已經(jīng)取得顯著成績?，F(xiàn)今，該領(lǐng)域依然繼續(xù)朝著綜合化、數(shù)字化、軟件化的方向努力拓展邁進(jìn)，而未來最為理想的解決辦法就是采用軟件無線電技術(shù)。

在衛(wèi)星測控中，由于星上測控設(shè)備受到重量、體積、功耗和射頻頻率使用等多方面條件因素指標(biāo)的限制，因此通常采用多個副載波調(diào)制一個載波的系統(tǒng)，這些副載波可以是單一的正弦波，也可以是已調(diào)副載波。如果射頻頻率選在S波段，一般便稱之為S波段測控系統(tǒng)。與我國中、低軌道衛(wèi)星原來使用的超短波體制相比，S波段統(tǒng)一測控系統(tǒng)有著明顯的優(yōu)點(diǎn)，它將是國內(nèi)中、低軌道衛(wèi)星測控系統(tǒng)采用的主要方式。于是下面以S波段為例對星載測控信道加以分析。

1、測控系統(tǒng)引入軟件無線電技術(shù)的優(yōu)勢

測控系統(tǒng)設(shè)計(jì)首先要進(jìn)行信道設(shè)計(jì)，根據(jù)使用要求選擇系統(tǒng)的工作頻率、調(diào)制體制和基帶信號，并進(jìn)行信道功率分配以及副載波頻率干擾計(jì)算等，以便確定可靠完成信息傳輸?shù)淖罴逊绞?。由于各種衰減和噪聲不同程度的影響是客觀存在的，不同的衛(wèi)星中，調(diào)制方式以及調(diào)制參數(shù)常會有不同的選擇，引入軟件無線電技術(shù)，會產(chǎn)生下列優(yōu)點(diǎn)：

(1)在設(shè)計(jì)的同一硬件平臺上，配置不同的軟件，即可實(shí)現(xiàn)不同的具體信道設(shè)備。這樣不僅能夠加快研制進(jìn)度，而且還可以節(jié)約大量資金，避免不必要的浪費(fèi)。

(2)對于衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間，使得通過先進(jìn)的遙控手段實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)動態(tài)配置更新成為可能。

2、測控信道軟件化應(yīng)按階段分步驟實(shí)施

盡管利用軟件無線電技術(shù)有上述優(yōu)點(diǎn)，但是，由于軟件無線電技術(shù)是一個新興的課題，許多體系結(jié)構(gòu)仍舊處于不穩(wěn)定的變動之中并且受到DSP、ND等器件性能的制約，所以當(dāng)前要立刻全面實(shí)現(xiàn)理想的軟件無線電設(shè)計(jì)還有困難。比較現(xiàn)實(shí)的測控信道軟件化應(yīng)該按階段分步驟實(shí)施：

(1)首先，對傳統(tǒng)體制的模擬微波統(tǒng)一測控信道進(jìn)行數(shù)字化、軟件化。傳統(tǒng)體制的微波統(tǒng)一測控信道，傳輸信號為遙控、遙測和測距信號，一般帶寬較窄，接收機(jī)在中頻可以采用帶通采樣。

(2)其次，在測控信道軟件化過程中引入新型的測控體制，如擴(kuò)頻碼分多址與微波統(tǒng)一測控等，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)測控信道與測控終端綜合化、軟件化設(shè)計(jì)。

(3)最后，隨著DSP、FPGA等數(shù)字電路的飛速發(fā)展，寬帶的數(shù)據(jù)和跟蹤測控信號按照擴(kuò)頻碼分多址方式要想實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一載波測控信道的軟件無線電設(shè)計(jì)也將成為可能。

3、現(xiàn)階段實(shí)施方案的設(shè)想

下面針對現(xiàn)階段的具體情況，簡單介紹一種對傳統(tǒng)體制的模擬微波測控信道數(shù)字化、軟件化的方案設(shè)想。采用軟件無線電思想的測控信道原理設(shè)計(jì)框圖如圖3所示。圖中，天線、上／下變頻器、帶通濾波器等射頻部件可設(shè)計(jì)幾種通用的標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，由于測控信號一般為窄帶信號，在中頻可用帶通采樣，這樣能夠把中頻中的帶通信號變換為較低中頻的基帶信號，而不必使用可編程的數(shù)字下變頻器，但A／D轉(zhuǎn)換器的模擬輸入帶寬應(yīng)高于被采樣的中頻信號的最高頻率。為了使產(chǎn)品具有良好的適應(yīng)性，ND的采樣頻率最好是能夠根據(jù)情況變化的不同進(jìn)行隨時重新配置。另外，對于寬帶測控信號則要采用下變頻器。

展望

未來的無線通信系統(tǒng)將是多制式、多模式的通信系統(tǒng)，可以提供包括多媒體在內(nèi)的多種服務(wù)類型。軟件無線電以其強(qiáng)大的可配置能力和可編程能力將成為未來通信系統(tǒng)的首選。軟件無線電的技術(shù)發(fā)展將大致可分為硬件、軟件兩個方面。

篇5

 

1)通信覆蓋區(qū)域大，通信距離遠(yuǎn)：地球同步軌道(GEO)衛(wèi)星距地面高度35860km，只需一個衛(wèi)星中繼轉(zhuǎn)發(fā)，就能實(shí)現(xiàn)1萬多公里的遠(yuǎn)距離通信;每一顆衛(wèi)星可覆蓋全球表面的42.4%，用3顆GEO衛(wèi)星就可以覆蓋除兩極祎度76°以上地區(qū)以外的全球表面及臨地空間。

 

2)可將其廣播性與各種多址連接技術(shù)相結(jié)合構(gòu)成龐大的通信網(wǎng)：在一顆衛(wèi)星所覆蓋的區(qū)域內(nèi)，不必依賴顯式的交換，只需利用衛(wèi)星中繼傳輸和多址/復(fù)用技術(shù)就能構(gòu)成擁有許多地面用戶的大型通信網(wǎng)。

 

3)機(jī)動靈活：衛(wèi)星通信的建立不受地理?xiàng)l件的限制，無論是大城市還是邊遠(yuǎn)山區(qū)、島嶼，隨地可建;通信終端也可由飛機(jī)、汽車、艦船搭載，甚至個人隨身攜帶;建站迅速，組網(wǎng)靈活。

 

4)通信頻帶寬、通信容量大：衛(wèi)星通信信道處于微波頻率范圍，頻率資源相當(dāng)豐富，并可不斷發(fā)展。

 

5)信道質(zhì)量好、傳輸性能穩(wěn)定：衛(wèi)星通信鏈路一般都是自由空間傳播的視距通信，傳輸損耗很穩(wěn)定而可準(zhǔn)確預(yù)算，多徑效應(yīng)一般都可忽略不計(jì)，除非是采用很低増益天線的移動通信或個人通信終端。

 

6)通信設(shè)備的成本不隨通信距離増加而増加，因而特別適于遠(yuǎn)距離以及人類活動稀少地區(qū)的通信。

 

衛(wèi)星通信也存在一些缺點(diǎn)和一些應(yīng)該而且可以逐步改進(jìn)的方面，這主要有以下幾點(diǎn)。

 

1)衛(wèi)星發(fā)射和星上通信載荷的成本高：星上元器件必須采用抗強(qiáng)輻射的宇航級器件，而且LEO、GEO衛(wèi)星的壽命一般分別只有8年、15年左右。

 

2)衛(wèi)星鏈路傳輸衰減很大：這就要求地面和星上的通信設(shè)備具有大功率發(fā)射機(jī)、高靈敏度接收機(jī)和高増益天線。

 

3)衛(wèi)星鏈路傳輸時延大：GEO衛(wèi)星與地面之間往返傳輸時間為239~278ms;在基于中心站的星形網(wǎng)系統(tǒng)中，小站之間進(jìn)行話音通信必須經(jīng)雙跳鏈路，那么傳輸時延達(dá)到0.5s,對話過程就會感到不順暢，而且如果沒有良好的回音抑制措施，就會因二-四線制轉(zhuǎn)換引起的回波干擾而使話音質(zhì)量顯著下降。

 

基于衛(wèi)星通信的特點(diǎn)及其重要作用，本文將從衛(wèi)星通信的可用頻率資源、衛(wèi)星平臺、主要關(guān)鍵技術(shù)、典型的衛(wèi)星通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信應(yīng)用和產(chǎn)業(yè)化發(fā)展等方面進(jìn)行介紹，綜述發(fā)展現(xiàn)狀，展望發(fā)展前景。

 

2通信衛(wèi)星平臺與信道資源的發(fā)展

 

2.1衛(wèi)星通信的頻率資源

 

早期GEO衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器主要是C和Ku頻段，各有500MHz帶寬，其上行分別位于6GHz、14GHz附近，下行分別位于4GHz、12GHz附近;每個轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬有33MHz、36MHz、54MHz等;Ku后來擴(kuò)展到800MHz。最近十幾年Ka頻段2GHz帶寬得到了廣泛應(yīng)用，上行、下行分別位于20GHz、30GHz附近。此外還有UHF、L和S頻段各有15?30MHz的帶寬可用于衛(wèi)星移動通信，分別位于0.4GHz、1.6GHz、

 

2GHz左右。目前，正在開發(fā)40~60GHz的EHF頻段。各頻段的可用頻帶不一定連成一片，具體的頻帶劃分參見文獻(xiàn)[4]。采用天線正交極化、多波束衛(wèi)星天線、低軌道衛(wèi)星群等技術(shù)，可使上述頻率重復(fù)使用許多次，可用頻率資源擴(kuò)大許多倍。此外采用空間激光通信技術(shù)擴(kuò)展信道資源，特別是星際激光通信鏈路，其容量可與光纖通信相比擬，而抗干擾抗截獲能力更強(qiáng)。

 

2.2通信衛(wèi)星平臺的發(fā)展

 

衛(wèi)星平臺技術(shù)是推動衛(wèi)星通信應(yīng)用和増強(qiáng)市場競爭力的重要因素。目前，世界上最大的通信衛(wèi)星平臺重達(dá)7噸、太陽能電池功率達(dá)30kW，例如美國Loral公司LS20.20衛(wèi)星平臺，發(fā)射質(zhì)量5?7噸，電源功率17?30kW，可支持150個轉(zhuǎn)發(fā)器，2012年發(fā)射SES-4衛(wèi)星所用該公司LS-1300平臺，功率達(dá)20kW。我國自主研制的最大平臺是東方紅4號平臺，重5150kg、太陽能電池功率為10.5kW，處于實(shí)驗(yàn)階段的東5平臺規(guī)模更大，但與當(dāng)前國際先進(jìn)水平仍存在差距。

 

3衛(wèi)星通信相關(guān)技術(shù)及其發(fā)展現(xiàn)狀與前景3.1調(diào)制解調(diào)技術(shù)衛(wèi)星通信中最常用的調(diào)制方式是QPSK、OQPSK和n/4DQPSK等，近年來，高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨笈c轉(zhuǎn)發(fā)器資源緊缺推動了8PSK、16APSK、16QAM等高階調(diào)制方式的研究與應(yīng)用。其中APSK調(diào)制因其星座中所含幅度和相位信息是變量可分離的，可以采用簡單的預(yù)失真法進(jìn)行幅度非線性矯正而不影響相位特性，使之在透明轉(zhuǎn)發(fā)這種高階調(diào)制信號時的功率效率不明顯降低[5,6]。因此，APSK調(diào)制在衛(wèi)星電視廣播中得到應(yīng)用，在衛(wèi)星寬帶移動通信中也有很好的應(yīng)用前景。

 

格形編碼調(diào)制(TCM,trelliscodingmodulation)在原理上是一種很好的體制[5];它將信道編碼與調(diào)制融合在一起，因而幾乎不付出頻帶效率和功率效率降低的代價，就能獲得5dB左右的編碼増益。TCM調(diào)制用于衛(wèi)星通信的國際標(biāo)準(zhǔn)早己經(jīng)形成，但因其譯碼復(fù)雜度較高，而且不大便于再級聯(lián)外碼以進(jìn)一步降低誤碼率[7,8]，因此應(yīng)用并不廣泛。

 

遙感數(shù)據(jù)傳輸和大容量寬帶衛(wèi)星通信中對于高速調(diào)制解調(diào)技術(shù)有迫切需求，目前我國基于FPGA并行實(shí)現(xiàn)的高速調(diào)制解調(diào)己達(dá)到1.5Gbit/s，己接近國際先進(jìn)水平[9]。這個速率基本上能滿足通信衛(wèi)星饋送鏈路高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊蟆Ｕ活l分復(fù)用(OFDM)技術(shù)作為一種多載波調(diào)制方式，由于其抗多徑衰落能力強(qiáng)而在地面蜂窩網(wǎng)第四代(4G)、第五代(5G)移動通信中成為不可或缺的技術(shù)[10]，因此人們一直想將其廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星移動通信中。值得注意的是，OFDM本來是不大適于衛(wèi)星下行鏈路這種功率嚴(yán)重受限的場合，因?yàn)槠浞迤焦β时?PAPR)高，在功放非線性條件下容易產(chǎn)生多載波互調(diào)干擾而使鏈路特性變差。雖己研究出多種方法來克服這個缺點(diǎn)，但沒有一種辦法是不需付出巨大代價就能完全解決這個問題的[11,12]，不是頻帶效率顯著降低，就是計(jì)算復(fù)雜度很高。

 

但是，確有一些衛(wèi)星通信或廣播系統(tǒng)的下行鏈路采用了OFDM體制。IPSTAR-I在60MHz帶寬下行鏈路中采用層疊在OFDM上的TDM技術(shù)[13]，其目的是為了擴(kuò)大復(fù)接信號的路數(shù)，而非抗多徑衰落;因?yàn)槠銴u頻段小站天線口徑為0.75?1.8m，波束主瓣只有1。?2.3。，周圍環(huán)境的反射波很難進(jìn)入天線主瓣，因而多徑效應(yīng)可忽略不計(jì)。我們應(yīng)當(dāng)看到如此應(yīng)用OFDM技術(shù)，會使其鏈路信噪比產(chǎn)生明顯損失。

 

對于基于多波束天線的GEO或LEO衛(wèi)星寬帶移動通信或廣播系統(tǒng)而言，因其多徑衰落非常嚴(yán)重，目前下行鏈路不得不采用OFDM體制。其移動式終端的天線増益很低，例如，L或S頻段天線的増益一般只有2?3dB，這種半球波束天線可接收到的多徑信號分量多，多徑衰落非常嚴(yán)重，采用OFDM技術(shù)有其合理性。事實(shí)上在衛(wèi)星與地面基站相結(jié)合的移動數(shù)字電視廣播系統(tǒng)中己成功應(yīng)用OFDM[14]，并己形成了國際標(biāo)準(zhǔn)和我國國家標(biāo)準(zhǔn)[15,16]。

 

然而衛(wèi)星下行鏈路功率受限問題遠(yuǎn)比地面移動通信基站嚴(yán)重，驅(qū)動多波束衛(wèi)星天線的功放非線性問題更加嚴(yán)重。加之OFDM系統(tǒng)抗多徑衰落效益的發(fā)揮有賴于信道信息反饋，而衛(wèi)星鏈路時延大，不能及時利用信道信息反饋對各子信道的信息速率和發(fā)射功率進(jìn)行自適應(yīng)調(diào)整。總之，衛(wèi)星下行鏈路采用OFDM體制只是當(dāng)前的無奈之舉，而非理想的選擇，我們很有必要探索出一種新的傳輸方式來取代它，因?yàn)槠渲屑s有30%左右的頻帶效率和10dB左右的鏈路信噪比増益的潛力是有可能挖掘出來的。

 

3.2糾錯編碼技術(shù)

 

各種通信業(yè)務(wù)信息傳輸?shù)恼`比特率(BER,biterrorrate)都有最高限度要求，例如：聲碼話BER為10—3,視頻通信BER為10—4,一般數(shù)據(jù)通信BER為10—6或10—7，無特殊措施的ATM(asyschronioustransfermode)或IP(Internetprotocol)數(shù)據(jù)傳輸BER為10—10,深空通信中某些數(shù)據(jù)傳輸BER為10—14。當(dāng)然一般系統(tǒng)不會設(shè)計(jì)為在傳輸和解調(diào)后所得數(shù)據(jù)的BER就能達(dá)到上述要求，因?yàn)檫@需要很高的鏈路信噪比，嚴(yán)重浪費(fèi)發(fā)射功率。而采用糾錯編碼(即信道編碼)技術(shù)與調(diào)制相結(jié)合，只需付出很小的頻帶效率代價就能使BER降低若干個數(shù)量級。相應(yīng)地達(dá)到指定BER要求的鏈路信噪比就可降低幾dB，甚至十幾dB，也就是可獲得相應(yīng)的編碼増益。

 

在衛(wèi)星通信的前期發(fā)展中，使用最為廣泛的信道編碼是由卷積碼作為內(nèi)碼、RS碼作為外碼的串行級聯(lián)碼。這是因?yàn)榫矸e碼實(shí)現(xiàn)簡單、譯碼門限較低，而RS碼的譯碼復(fù)雜度低，在輸入信息誤碼率較高時能獲得較高的編碼増益，例如，3/4卷積碼與RS編碼級聯(lián)情況下在達(dá)到&E^=10—7時可獲得5.2dB編碼増益。

 

并行級聯(lián)形式的Turbo碼[17]和低密度奇偶效驗(yàn)碼(LDPC)[18]是目前2種最先進(jìn)的信道編碼算法，自90年展起來并推廣應(yīng)用之后，很快在地面移動通信等場合得到了很好應(yīng)用。兩者均有2個突出特點(diǎn)：一是都結(jié)合了比特交織技術(shù)，能有效地糾正突發(fā)錯誤，而多徑衰落信道等場合正是容易出現(xiàn)突發(fā)性錯誤;其二是它們的譯碼門限比卷積碼更低，而且能在較高的碼率下獲得較大的編碼増益。這就是說，它們能使整個系統(tǒng)的傳輸特性以較高的頻帶效率和功率效率逼近香農(nóng)容量限。例如，對于QPSK調(diào)制采用碼率為0.793的Turbo碼在BER達(dá)到10—7時，比采用RS、卷積碼串行級聯(lián)碼的編碼増益高1.6dB?IPSTAR-1系統(tǒng)的前向鏈路采用Turbo碼Inmarsat系統(tǒng)也將Turbo碼作為高速數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的核心技術(shù)。

 

與Turbo碼相比，LDPC碼具有編解碼簡單、碼長可以較短、編譯碼效果更易逼近香農(nóng)限，因而已成為當(dāng)前衛(wèi)星通信中信道編碼的首選，特別是寬帶移動通信。例如，對于BPSK調(diào)制采用1/2碼率、107塊長的LDPC碼在BER達(dá)到10—6時所需私/外值為0.04dB，己非常逼近頻帶效率為1bit/s/Hz時的香農(nóng)限0dB[20]。目前，己用FPGA實(shí)現(xiàn)的LDPC編譯碼器，最高信息速率可達(dá)到10Gbit/s[2U2]，可滿足高速調(diào)制解調(diào)的需求。

 

對于大尺度衰落信道，例如，存在降雨衰落情況下的Ka頻段信道，采用自適應(yīng)編碼調(diào)制(ACM,adaptivecodingmodulation)可使信道傳輸效率最大化[23,24]。發(fā)送端在保持發(fā)送的符號速率和功率不變的情況下，根據(jù)接收方反饋回來的私/_隊(duì)估值，自動選擇最佳的調(diào)制方式和編碼碼率進(jìn)行發(fā)送，可以高效地將鏈路余量，例如，Ka頻段的雨衰余量，轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)傳輸吞吐量，同時也可避免了偶然出現(xiàn)的干擾對鏈路造成的絕對中斷。目前市場上己有支持ACM功能的產(chǎn)品。

 

3.3擴(kuò)頻通信技術(shù)

 

衛(wèi)星通信信道開放性的特點(diǎn)帶來的隱蔽性差、抗干擾能力弱等缺點(diǎn)，可采用擴(kuò)頻技術(shù)克服，因此擴(kuò)頻通信主要用于隱蔽通信和抗干擾軍事通信。擴(kuò)頻主要有直接序列擴(kuò)頻(DSSS，directsequencespectrumpreading)、跳變頻率(FH,frequencyhopping)、跳變時間和線性調(diào)頻等4種基本工作方式。這里主要介紹DSSS和FH。

 

DSSS系統(tǒng)中每個符號用一個長度為#的偽隨機(jī)序列表示，可使其信號的頻帶擴(kuò)展#倍，接收端采用同樣的序列進(jìn)行相關(guān)接收解擴(kuò)，因而可使解擴(kuò)之后的信噪比提高到解擴(kuò)之前的#倍，即可獲得#倍的解擴(kuò)處理増益。#可以很大，例如，GPS中P碼信號的擴(kuò)頻倍數(shù)#=204600，即具有53dB的處理増益。因此它可以在接收信號信干噪比很低的條件下進(jìn)行通信，可使通信信號具有很強(qiáng)的隱蔽性，并使系統(tǒng)具有很高的干擾容限，例如，允許信干比達(dá)50dB。如果在接收端解擴(kuò)之前配合某種自適應(yīng)信號處理算法，例如，自適應(yīng)陷波、幅度非線性處理或自適應(yīng)空間陷波等，還可使系統(tǒng)的干擾容限再提升30?40dB。

 

基于DSSS利用GEO衛(wèi)星透明轉(zhuǎn)發(fā)器可構(gòu)成隱蔽性很強(qiáng)的重疊通信系統(tǒng)[26]，將功率譜密度極低的DSSS信號重疊在其他正在進(jìn)行通信的強(qiáng)信號之上進(jìn)行較低比特率的通信，則信號具有高度的隱蔽性。

 

跳頻(FH)通信中，發(fā)送端將調(diào)制信號的載波頻率在很寬的頻率范圍中按照某種秘密約定的跳頻圖案進(jìn)行跳變，接收端采用同樣跳變的本地振蕩進(jìn)行正交下變頻，變回為零中頻信號再進(jìn)行基帶解調(diào)、符號判決和譯碼。因此FH比DSSS更容易將信號頻譜擴(kuò)展到更寬的頻率范圍，可獲得更高的處理増益。只要跳頻范圍足夠?qū)?、跳速足夠快，再配合衛(wèi)星多波束天線技術(shù)從空間躲避可能的干擾，通信的安全性就有充分的保障。我國已實(shí)現(xiàn)的FH系統(tǒng)跳頻范圍可達(dá)2GHz，跳速達(dá)上萬跳/秒[27]，接近國際先進(jìn)水平。總之，目前衛(wèi)星通信抗干擾技術(shù)已比較成熟，在軍事通信中發(fā)揮了重要作用。當(dāng)然，通信對抗雙方?jīng)]有絕對的贏家，只是在一定的條件下有一方取勝。

 

3.4陣列天線技術(shù)與衛(wèi)星蜂窩網(wǎng)技術(shù)

 

1)陣列天線技術(shù)

 

由于衛(wèi)星鏈路傳播衰減很大，例如，GEO衛(wèi)星C、Ku、Ka頻段鏈路的衰減都在200dB左右，需要采用高増益天線，因而天線的尺寸和成本往往成為推廣應(yīng)用的重要障礙。早期是采用VSAT(verysmallapertureterminal)技術(shù)來緩解這個問題，即由一個大型中心站與大量的小口徑天線終端站一起構(gòu)成一個星形網(wǎng)。利用中心站天線増益很高、EIRP(equivalentisotropicradiatedpower)值很大的優(yōu)勢，來彌補(bǔ)小站因天線口徑小、増益低而使鏈路預(yù)算不足的弱點(diǎn)。后來通過開發(fā)更高頻段的轉(zhuǎn)發(fā)器、増大轉(zhuǎn)發(fā)器的發(fā)射功率以及采用多波束衛(wèi)星天線技術(shù)提高星上轉(zhuǎn)發(fā)器的接收靈敏度和EIRP，更加有效地實(shí)現(xiàn)了終端的小型化，天線的尺寸和成本似乎不再是明顯的障礙，VSAT的概念也逐漸淡化了。但目前基于GEO衛(wèi)星Ku頻段透明轉(zhuǎn)發(fā)器的寬帶移動通信，其“動中通”天線的成本仍然很高，相當(dāng)于通信終端其余部分總成本的6?10倍。這種天線通常都是采用線陣形式多個陣元實(shí)現(xiàn)水平方向跟蹤，而采用機(jī)械裝置實(shí)現(xiàn)垂直方向的跟蹤。星上采用陣列天線技術(shù)形成點(diǎn)波束天線或蜂窩狀的多波束天線(MBA,multiplebeamantenna)，可大大提高天線的増益，還實(shí)現(xiàn)了頻率多次重復(fù)利用。衛(wèi)星MBA主要有3種實(shí)現(xiàn)方式，即反射面式、透射式和相控陣形式。

 

反射面MBA由一個或2個反射面和幾個獨(dú)立饋源組成，通過饋源照射到反射面形成多波束。反射面MBA具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕和可靠性高等優(yōu)點(diǎn)而最先得到廣泛應(yīng)用，如Odyssey衛(wèi)星[28]和日本的ETS-VI衛(wèi)星[29]。ETS-VI衛(wèi)星的MBA有2種鏡面，20GHz的Ka頻段和S頻段共用3.5m直徑反射鏡，30GHz的Ka頻段和C頻段共用2.5m直徑反射鏡，實(shí)現(xiàn)了13個Ka頻段波束覆蓋日本大地、C頻段單波束覆蓋日本中部和5個S頻段的波束覆蓋200海里海域。

 

相控陣MBA由天線陣、饋電網(wǎng)絡(luò)及波束形成控制器等組成，通過相移網(wǎng)絡(luò)調(diào)節(jié)陣元的激勵幅度、相位實(shí)現(xiàn)輻射波束指向的改變。相控陣MBA具有損耗低、動態(tài)掃描角度大的優(yōu)點(diǎn)，便于形成蜂窩狀MBA。透射式MBA通過網(wǎng)絡(luò)對輻射陣移相，在覆蓋區(qū)形成相對固定的波束，波束對輻射陣不掃描但可校正及微調(diào)，更適于星體體積和質(zhì)量較小場合的應(yīng)用。例如全球星(Globalstar)系統(tǒng)和銥(Iridium)系統(tǒng)

 

中MBA就是采用直接輻射陣列形式、基于模擬射頻移相法形成多波束，不同的是前者使用功分器[30]，后者使用Butler矩陣。

篇6

【關(guān)鍵詞】衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)；跨層資源管理；無線資源

眾所周知，衛(wèi)星通信系統(tǒng)當(dāng)中頻譜資源極其的寶貴，為了有效滿足用戶的相關(guān)需求，應(yīng)該運(yùn)用相對比較合理的無線資源管理的相關(guān)算法來進(jìn)行有效的保障，該管理的具體目標(biāo)是在相對比較有限的資源之下，為了對網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中的用戶終端有效提供業(yè)務(wù)質(zhì)量方面的保障，最根本的出發(fā)點(diǎn)就是在網(wǎng)絡(luò)的各種業(yè)務(wù)量的分布不是非常均勻、信道特性因?yàn)楦蓴_以及衰弱而造成的起伏變化等相關(guān)的情況，對可以運(yùn)用的資源進(jìn)行靈活性的分配，進(jìn)而對網(wǎng)絡(luò)資源的利用率進(jìn)行最大程度的提高。

一、對衛(wèi)星通信系統(tǒng)跨層設(shè)計(jì)的思想進(jìn)行分析

通常來講，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的協(xié)議設(shè)計(jì)方式基本都是在開放系統(tǒng)互聯(lián)（OSI）標(biāo)準(zhǔn)之上，一般情況下，OSI參考模型主要的目標(biāo)是為了有效實(shí)現(xiàn)開放系統(tǒng)互聯(lián)所構(gòu)建的功能分層的模型，這為計(jì)算機(jī)的互聯(lián)有效的提供了共同性的基礎(chǔ)以及框架，進(jìn)而為標(biāo)準(zhǔn)的兼容性以及一致性提供了一定的參考[1]。該模型已經(jīng)在一定程度上有效提供了功能性結(jié)構(gòu)以及概念性結(jié)構(gòu)，該模型具體將計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)分成了七層，分別是應(yīng)用層、表示層、會話層、傳輸層、網(wǎng)絡(luò)層、數(shù)據(jù)鏈路層以及物理層。這樣進(jìn)行劃分存在著很大的優(yōu)勢，具體為：將相對比較類似的功能在同一層次上進(jìn)行集中，進(jìn)而對隔層當(dāng)中的繼承以及描述功能進(jìn)行有效的完成，層與層之間的劃分應(yīng)該有效保證服務(wù)描述比較少，跨越邊界的交互也應(yīng)該相對比較少，各層之間的劃分應(yīng)該可以對接口標(biāo)準(zhǔn)提供一定的方便性[1]。在該模型當(dāng)中，各個層所具有的功能都是相對比較獨(dú)立的，也就是說，每一層都會對相對上一層進(jìn)行服務(wù)。

二、對跨層資源管理優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行分析

通常來講，跨層資源管理的實(shí)際目標(biāo)就是在相對比較有限的頻譜資源之下來對業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量進(jìn)行有效的提高。不同的服務(wù)質(zhì)量需要對各協(xié)調(diào)層所具有的功能進(jìn)行有效的協(xié)調(diào)，對業(yè)務(wù)提供滿意的服務(wù)質(zhì)量。服務(wù)質(zhì)量能夠在網(wǎng)絡(luò)以及用戶兩角度來進(jìn)行描述。站在用戶角度，能夠?qū)⑵渚唧w定義成：用戶綜合評價業(yè)務(wù)的服務(wù)滿意的實(shí)際程度以及業(yè)務(wù)服務(wù)的性能。QoS表示網(wǎng)絡(luò)能夠提供給用戶的實(shí)際服務(wù)質(zhì)量，這些參數(shù)具體包含丟包率、吞吐量、傳輸延遲[1]。第一，丟包率：指的主要是數(shù)據(jù)包在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中進(jìn)行傳輸時所丟失的數(shù)據(jù)包和已經(jīng)發(fā)送的數(shù)據(jù)包總數(shù)之間的比值。當(dāng)網(wǎng)絡(luò)發(fā)生擁塞或者鏈路發(fā)生干擾進(jìn)而引起衰落時，會導(dǎo)致數(shù)據(jù)包的嚴(yán)重丟失。第二，吞吐量：指的主要是網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中數(shù)據(jù)包的傳輸速率，能夠表示為峰值速率或者平均速率，取決于結(jié)點(diǎn)設(shè)備的端口速率以及鏈路速率，同時還包括網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)量實(shí)際狀況。第三，傳輸延遲：指的主要是在網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中數(shù)據(jù)包從源端直接發(fā)送到目的端所經(jīng)歷的實(shí)際傳輸時間的具體間隔【2】。導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)發(fā)生延遲的非常關(guān)鍵的原因包括：排隊(duì)延遲、信道帶寬、鏈路的速度延遲等等。衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中主要包含兩種業(yè)務(wù)類型，分別是非實(shí)時業(yè)務(wù)以及實(shí)時業(yè)務(wù)，其中，非實(shí)時業(yè)務(wù)主要包含Web瀏覽、電郵業(yè)務(wù)以及FTP文件下載等等；實(shí)時業(yè)務(wù)主要包含視頻點(diǎn)播、視頻會議以及話音業(yè)務(wù)等[2]。通常來講，實(shí)時業(yè)務(wù)對延遲非常的敏感，應(yīng)該運(yùn)用傳輸?shù)男畔?shù)量來進(jìn)行描述。一般存在著非常嚴(yán)格的數(shù)據(jù)包丟失方面的要求，然而，對于一次傳輸完成不存在時間方面的限制?？偟膩碇v，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)跨層資源管理方法的具體目標(biāo)是按照應(yīng)用層所能夠承載實(shí)際業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量，在無線資源的相關(guān)限制之下，利用相對比較科學(xué)合理的對各層協(xié)議功能進(jìn)行調(diào)整，在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的動態(tài)變化當(dāng)中，來對業(yè)務(wù)的服務(wù)質(zhì)量方面的要求進(jìn)行有效的滿足。

三、對衛(wèi)星通信系統(tǒng)當(dāng)中的無線資源管理存在的問題進(jìn)行分析

通常來講，衛(wèi)星通信系統(tǒng)當(dāng)中的無線資源的概念是非常廣泛的，可以說頻率、碼字以及時間等。在任何一個角度，衛(wèi)星通信系統(tǒng)在資源方面都是受到一定限制的，并且，隨著衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)支持業(yè)務(wù)的迅速增加和服務(wù)質(zhì)量要求的提高，這就造成衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)提供的服務(wù)提出了全新的要求。所以，怎樣有效利用有限的無線資源來對逐漸進(jìn)行增長的業(yè)務(wù)要求進(jìn)行滿足，已變成急需進(jìn)行解決的一個問題[3]。無線資源管理是對衛(wèi)星系統(tǒng)當(dāng)中的空中接口資源進(jìn)行調(diào)度以及規(guī)劃。具體的目標(biāo)是在相對比較有限的無線資源之下，為所有的用戶都提供相對比較滿意的服務(wù)質(zhì)量。通常來講，衛(wèi)星效率資源極其的寶貴，怎樣對其進(jìn)行科學(xué)合理的分配，應(yīng)該依靠無線資源管理算法。這類算法具體有：數(shù)據(jù)包調(diào)度、接入控制以及帶寬分配等相關(guān)的技術(shù)。下面對這些技術(shù)進(jìn)行具體的分析：第一，接入控制：衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的信道屬于是相對比較開放的媒介，帶寬資源也是受到了一定的限制，因此，所有的節(jié)點(diǎn)都需要利用競爭來發(fā)送數(shù)據(jù)。第二，數(shù)據(jù)包的調(diào)度算法：衛(wèi)星通信系統(tǒng)當(dāng)中的很多全新業(yè)務(wù)的引入會造成上行路以及下行路線路當(dāng)中業(yè)務(wù)量相差非常大，其中下行鏈路業(yè)務(wù)是主要的，具體的發(fā)展趨勢相似于固定的因特網(wǎng)。為了能夠有效的適用上面的趨勢并對衛(wèi)星系統(tǒng)當(dāng)中的下行鏈路數(shù)據(jù)的傳輸速率以及頻譜效率進(jìn)行有效的提高，這就需要有效以及高速的調(diào)度算法來作為保證[3]。該算法的主要功能是當(dāng)衛(wèi)星包調(diào)度算法當(dāng)中存在很多的業(yè)務(wù)隊(duì)列時，根據(jù)哪種順序來調(diào)度業(yè)務(wù)隊(duì)列來有效保證服務(wù)質(zhì)量。因?yàn)樾l(wèi)星信道的高誤碼率特性以及長延遲造成地面的無線網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中相對比較常用的調(diào)度算法在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中會產(chǎn)生性能方面的降低。第三，帶寬分配算法：該算法指的主要是在動態(tài)或者動態(tài)的資源分配的前提之下，將信道資源根據(jù)一定的方法向接入節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分配，保證節(jié)點(diǎn)能夠傳輸數(shù)據(jù)【3】?，F(xiàn)階段，衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的帶寬分配算法主要有根據(jù)恒定的速率分配，在連接的初始階段對傳輸速率進(jìn)行有效的協(xié)商，在整個的連接過程當(dāng)中來對速率維持不變。

四、結(jié)束語

綜上所述，對于衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)無線資源管理方法當(dāng)中的數(shù)據(jù)包調(diào)度、帶寬分配以及接入控制等相關(guān)的問題進(jìn)行了深入性的研究。對跨層設(shè)計(jì)的思想進(jìn)行有效的結(jié)合并給出了全新的思路以及方法，給出全新的研究結(jié)論，為之后的研究提供依據(jù)。

參考文獻(xiàn)

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篇7

[關(guān)鍵詞] 無線通信 技術(shù)分析

無線通信技術(shù)的概念 目前，無線通信及其應(yīng)用已成為當(dāng)今信息科學(xué)技術(shù)最活躍的研究領(lǐng)域之一。其一般由無線基站、無線終端及應(yīng)用服務(wù)器等組成。 無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀 無線通信技術(shù)按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術(shù)，即基于IEEE802.15的無線個域網(wǎng)（WPAN）、基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)（WLAN）、基于IEEE802.16的無線城域網(wǎng)（WMAN）及基于IEEE802.20的無線廣域網(wǎng)（WWAN）。 總的來說，長距離無線接入技術(shù)的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無線接入技術(shù)的代表則包括：WLAN、UWB等。按照移動性又可以分為移動接入和固定接入。其中固定無線接入技術(shù)主要有：3.5GHz無線接入（MMDS）、本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）、802.16d；移動無線接入技術(shù)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。按照帶寬則又可分為窄帶無線接入和寬帶無線接入。其中寬帶無線接入技術(shù)的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄帶無線接入技術(shù)的代表有第一代和第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)。

一、無線技術(shù)優(yōu)劣分析

1、 WLAN技術(shù)分析 Wi-Fi的技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且大批量生產(chǎn)。該技術(shù)適用于無線局域網(wǎng)，作為有線網(wǎng)絡(luò)的延伸，對于特殊地點(diǎn)寬帶應(yīng)用，盡管Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患，Wi-Fi采用的是射頻（RF）技術(shù)，通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無線網(wǎng)絡(luò)使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)信號，所以非常容易受到來自外界的攻擊，黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內(nèi)盜取數(shù)據(jù)甚至進(jìn)入未受保護(hù)的公司內(nèi)部局域網(wǎng)。

2 、WiMax技術(shù)分析 WiMax是一個先進(jìn)的技術(shù)，推出相對較晚，存在頻率復(fù)用性小、利用率低的問題，但由于最近才完成標(biāo)準(zhǔn)化，該技術(shù)的大規(guī)模推廣還需要實(shí)踐考驗(yàn)。從應(yīng)用前景看，該技術(shù)可以在較大范圍內(nèi)滿足上網(wǎng)要求，覆蓋可以包括室外和室內(nèi)，可以進(jìn)行大面積的信號覆蓋，甚至只要少數(shù)基站就可以實(shí)現(xiàn)全城覆蓋。WiMax由于其技術(shù)的先進(jìn)性和超遠(yuǎn)的傳輸距離，一直被業(yè)界看好，是未來移動技術(shù)的發(fā)展方向，并提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。

3、 WMN技術(shù)分析 WMN是正在研究中的技術(shù)，在研究中不斷地在不同方面結(jié)合各種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行融合，而且暫時沒有一個成熟的產(chǎn)品系列來支持該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。從應(yīng)用前景看，WMN 這一新興網(wǎng)絡(luò)不僅在無線寬帶接入中有著廣闊的應(yīng)用空間，在其他方面如結(jié)合數(shù)據(jù)、圖像采集模塊可以對目標(biāo)對象進(jìn)行監(jiān)控或數(shù)據(jù)采集，并廣泛應(yīng)用到檢測、、等領(lǐng)域。隨著其他技術(shù)的不斷更新完善，WMN 更好地與之相融合、互補(bǔ)，從而能夠揚(yáng)長避短，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢。

4 、3G技術(shù)分析 3G于1996年提出標(biāo)準(zhǔn)，2000年完成包括上層協(xié)議在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作。3G網(wǎng)絡(luò)部署已具備相當(dāng)?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有一成套建網(wǎng)的理論，包括對網(wǎng)絡(luò)的鏈路預(yù)算、模型預(yù)算以及仿真等。從商用前景看，目前，3G在部分地區(qū)已得到大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，比如歐洲很多國家、日本、韓國等都已經(jīng)建設(shè)了3G的網(wǎng)絡(luò)。3G技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入可以實(shí)用的階段，還有很多國家和地區(qū)正在建設(shè)或?qū)⒁ㄔO(shè)3G網(wǎng)絡(luò)。

5、 LMDS技術(shù)分析 本地多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)系統(tǒng)LMDS是一種提供點(diǎn)對多點(diǎn)的固定寬帶無線接入技術(shù)，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的范圍內(nèi)提供數(shù)字雙工語音、數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)和視頻業(yè)務(wù)，是一種非常好的寬帶固定無線接入解決方案。在最優(yōu)情況下，距離可達(dá)8公里；但是由于受降雨的原因，距離通常限于1.5公里。 其主要工作原理是通過扇區(qū)或基站設(shè)備將ATM骨干網(wǎng)基帶信息調(diào)制為射頻信號發(fā)射出去，在其覆蓋區(qū)域內(nèi)的許多用戶端設(shè)備接收并將射頻信號還原為ATM基帶信號，在無需為每個用戶專門鋪設(shè)光纖或銅纜情況下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向?qū)ΨQ高帶寬無線傳輸。

6 、MMDS技術(shù)分析 MMDS的主要缺點(diǎn)是有阻塞問題且信號質(zhì)量易受天氣變化的影響，可用頻帶亦不夠?qū)?，最多不超過200MHz。其次，MMDS對傳輸路徑要求非常嚴(yán)格。由于MMDS采用的調(diào)制技術(shù)主要是相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調(diào)制QAM調(diào)制技術(shù)，無法做到非視距傳輸，在目前復(fù)雜的城市環(huán)境下難以推廣應(yīng)用。另外，MMDS沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，各廠家的設(shè)備存在兼容性問題。

7、利用衛(wèi)星在有些不很密集的地區(qū)來配合陸地通信。在這些地區(qū)散布著范圍較廣但不密集的用戶，可以利用衛(wèi)星作為用戶連至固定有線網(wǎng)的接入設(shè)施。在陸地通信網(wǎng)已經(jīng)構(gòu)成寬帶多媒體通信網(wǎng)的下，利用衛(wèi)星建成寬帶衛(wèi)星接入系統(tǒng)是比較好而切合實(shí)際的方案，又可靠。 但是衛(wèi)星通信畢竟是采用衛(wèi)星作為通信平臺，其地面站的建設(shè)、通信信道租用費(fèi)用都需要花費(fèi)大量資金，而且通信資源為衛(wèi)星通信公司所有，受其帶寬的限制，使得大量數(shù)據(jù)的傳輸需要付出非常大的代價。因此，作為日常生產(chǎn)、生活使用是極為不經(jīng)濟(jì)的；而將衛(wèi)星通信作為應(yīng)急通信、作戰(zhàn)通信、海外通信等則比較適合。

二、無線技術(shù)綜合比較

目前無線通信領(lǐng)域各種技術(shù)的互補(bǔ)性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術(shù)具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區(qū)域、不同的技術(shù)特點(diǎn)、不同的接入速率。3G可解決廣域無縫覆蓋和強(qiáng)漫游的移動性需求，WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入，而UWB可實(shí)現(xiàn)近距離的超高速無線接入。首先，從標(biāo)準(zhǔn)化程度上看，本報(bào)告所涉及的技術(shù)中，僅僅WMN技術(shù)沒有成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標(biāo)準(zhǔn)，只是沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，其余的技術(shù)均已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，并且都進(jìn)行了試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)和商業(yè)網(wǎng)建設(shè)。從頻率上看，Wi-Fi技術(shù)、WMN均使用的是開放頻段，WiMax技術(shù)、3G技術(shù)等其他技術(shù)使用的是授權(quán)頻段。 從覆蓋范圍上看，Wi-Fi技術(shù)、WMN技術(shù)屬于局域網(wǎng)無線接入技術(shù)，僅覆蓋35m～100m；WiMax技術(shù)、3G技術(shù)、LMDS技術(shù)、MMDS技術(shù)、集群通信屬于城域網(wǎng)接入技術(shù)，覆蓋范圍在1km～54km不等，而衛(wèi)星通信、點(diǎn)對點(diǎn)微波則屬于廣域網(wǎng)技術(shù)，通常用于通信主干組網(wǎng)建設(shè)。 從傳輸速率上看，點(diǎn)對點(diǎn)微波和衛(wèi)星通信屬于干線傳輸技術(shù)，不同的情況速率變化較大，而其余的技術(shù)均為接入技術(shù)，僅僅是3G技術(shù)接入速率最小，僅為384k，而其余技術(shù)均為幾十M甚至上百M(fèi)的速率。 從調(diào)制技術(shù)上看，其中WiFi技術(shù)、WiMax技術(shù)、WMN、3G技術(shù)均采用最新的調(diào)制技術(shù)OFDM，其余的技術(shù)均未采用OFDM調(diào)制技術(shù)。 從天線技術(shù)上看，僅僅3G和WiMax技術(shù)采用了MIMO技術(shù)，而其他技術(shù)均未采用MIMO技術(shù)；從傳輸環(huán)境上看，僅僅WiMax技術(shù)和3G技術(shù)支持非視距傳輸，其余技術(shù)均要求視距傳輸環(huán)境；從網(wǎng)絡(luò)安全和QoS機(jī)制上看，WiMax技術(shù)和3G技術(shù)在這方面做得比較優(yōu)秀、完善，其余的均存在較大的問題。

篇8

關(guān)鍵詞：無線通信；電網(wǎng)通信；技術(shù)分析

一、概述

電力通信網(wǎng)是為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行應(yīng)運(yùn)而生的。它同電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)被人們合稱為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的三大支柱。我國的電力通信網(wǎng)經(jīng)過幾十年風(fēng)風(fēng)雨雨的建設(shè)，已經(jīng)初具規(guī)模，通過衛(wèi)星、微波、載波、光纜等多種通信手段構(gòu)建而成為立體交叉通信網(wǎng)。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)的特性發(fā)生巨大的變化。鑒于采用無線通信網(wǎng)不依賴于電網(wǎng)網(wǎng)架，且抗自然災(zāi)害能力較強(qiáng)，同時具有帶寬大、傳輸距離遠(yuǎn)、非視距傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，非常適合彌補(bǔ)目前通信方式的單一化、覆蓋面不全的缺陷。本文簡單介紹一下無線通信傳輸體制的應(yīng)用特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，并分析其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景。

二、無線技術(shù)介紹

（一）無線通信技術(shù)的概念

目前，無線通信及其應(yīng)用已成為當(dāng)今信息科學(xué)技術(shù)最活躍的研究領(lǐng)域之一。其一般由無線基站、無線終端及應(yīng)用管理服務(wù)器等組成。

（二）無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

無線通信技術(shù)按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術(shù)，即基于IEEE802.15的無線個域網(wǎng)（WPAN）、基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)（WLAN）、基于IEEE802.16的無線城域網(wǎng)（WMAN）及基于IEEE802.20的無線廣域網(wǎng)（WWAN）。

總的來說，長距離無線接入技術(shù)的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無線接入技術(shù)的代表則包括：WLAN、UWB等。按照移動性又可以分為移動接入和固定接入。其中固定無線接入技術(shù)主要有：3.5GHz無線接入（MMDS）、本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）、802.16d；移動無線接入技術(shù)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。按照帶寬則又可分為窄帶無線接入和寬帶無線接入。其中寬帶無線接入技術(shù)的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄帶無線接入技術(shù)的代表有第一代和第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)。

1.主流無線通信技術(shù)

從技術(shù)發(fā)展的趨勢可以看出，以O(shè)FDM+MIMO為核心的無線通信技術(shù)將成為未來無線通信發(fā)展的主流方向。而目前基于該技術(shù)的無線通信技術(shù)主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術(shù)。

2.其他無線通信技術(shù)

除了上述主流的無線通信技術(shù)外，目前已存在的無線通信技術(shù)還包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術(shù)及LMDS、MMDS、點(diǎn)對點(diǎn)微波、衛(wèi)星通信等長距離通信技術(shù)。

（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通信距離一般在0～1m之間，傳輸速率最快可達(dá)16Mbps，通信介質(zhì)為波長900納米左右的近紅外線。

（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段，使用跳頻頻譜擴(kuò)展技術(shù)，通信介質(zhì)為2.402GHz到2.480GHz的電磁波。

（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射頻識別，俗稱電子標(biāo)簽。它是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID由標(biāo)簽、解讀器和天線三個基本要素組成。

（4）UWB：UltraWideband，即超寬帶技術(shù)。UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信，幾乎是全數(shù)字通信系統(tǒng)，所需要的射頻和微波器件很少，因此可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低成本。

三、無線技術(shù)優(yōu)劣分析

（一）WLAN技術(shù)分析

Wi-Fi的技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且大批量生產(chǎn)。該技術(shù)適用于無線局域網(wǎng)，作為有線網(wǎng)絡(luò)的延伸，對于特殊地點(diǎn)寬帶應(yīng)用，盡管Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患，Wi-Fi采用的是射頻（RF）技術(shù)，通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無線網(wǎng)絡(luò)使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)信號，所以非常容易受到來自外界的攻擊，黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內(nèi)盜取數(shù)據(jù)甚至進(jìn)入未受保護(hù)的公司內(nèi)部局域網(wǎng)。

（二）WiMax技術(shù)分析

WiMax是一個先進(jìn)的技術(shù)，推出相對較晚，存在頻率復(fù)用性小、利用率低的問題，但由于最近才完成標(biāo)準(zhǔn)化，該技術(shù)的大規(guī)模推廣還需要實(shí)踐考驗(yàn)。從應(yīng)用前景看，該技術(shù)可以在較大范圍內(nèi)滿足上網(wǎng)要求，覆蓋可以包括室外和室內(nèi)，可以進(jìn)行大面積的信號覆蓋，甚至只要少數(shù)基站就可以實(shí)現(xiàn)全城覆蓋。WiMax由于其技術(shù)的先進(jìn)性和超遠(yuǎn)的傳輸距離，一直被業(yè)界看好，是未來移動技術(shù)的發(fā)展方向，并提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。

（三）WMN技術(shù)分析

WMN是正在研究中的技術(shù)，在研究中不斷地在不同方面結(jié)合各種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行融合，而且暫時沒有一個成熟的產(chǎn)品系列來支持該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。從應(yīng)用前景看，WMN這一新興網(wǎng)絡(luò)不僅在無線寬帶接入中有著廣闊的應(yīng)用空間，在其他方面如結(jié)合數(shù)據(jù)、圖像采集模塊可以對目標(biāo)對象進(jìn)行監(jiān)控或數(shù)據(jù)采集，并廣泛應(yīng)用到環(huán)境檢測、工業(yè)、交通等領(lǐng)域。隨著其他技術(shù)的不斷更新完善，WMN更好地與之相融合、互補(bǔ)，從而能夠揚(yáng)長避短，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢。

（四）3G技術(shù)分析

3G于1996年提出標(biāo)準(zhǔn)，2000年完成包括上層協(xié)議在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作。3G網(wǎng)絡(luò)部署已具備相當(dāng)?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有一成套建網(wǎng)的理論，包括對網(wǎng)絡(luò)的鏈路預(yù)算、傳播模型預(yù)算以及計(jì)算機(jī)仿真等。從商用前景看，目前，3G在部分地區(qū)已得到大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，比如歐洲很多國家、日本、韓國等都已經(jīng)建設(shè)了3G的網(wǎng)絡(luò)。3G技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入可以實(shí)用的階段，還有很多國家和地區(qū)正在建設(shè)或?qū)⒁ㄔO(shè)3G網(wǎng)絡(luò)。

（五）LMDS技術(shù)分析

本地多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)系統(tǒng)LMDS是一種提供點(diǎn)對多點(diǎn)通信的固定寬帶無線接入技術(shù)，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的范圍內(nèi)提供數(shù)字雙工語音、數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)和視頻業(yè)務(wù)，是一種非常好的寬帶固定無線接入解決方案。在最優(yōu)情況下，距離可達(dá)8公里；但是由于受降雨的原因，距離通常限于1.5公里。

其主要工作原理是通過扇區(qū)或基站設(shè)備將ATM骨干網(wǎng)基帶信息調(diào)制為射頻信號發(fā)射出去，在其覆蓋區(qū)域內(nèi)的許多用戶端設(shè)備接收并將射頻信號還原為ATM基帶信號，在無需為每個用戶專門鋪設(shè)光纖或銅纜情況下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向?qū)ΨQ高帶寬無線傳輸。

（六）MMDS技術(shù)分析

MMDS的主要缺點(diǎn)是有阻塞問題且信號質(zhì)量易受天氣變化的影響，可用頻帶亦不夠?qū)?，最多不超過200MHz。其次，MMDS對傳輸路徑要求非常嚴(yán)格。由于MMDS采用的調(diào)制技術(shù)主要是相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調(diào)制QAM調(diào)制技術(shù)，無法做到非視距傳輸，在目前復(fù)雜的城市環(huán)境下難以推廣應(yīng)用。另外，MMDS沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，各廠家的設(shè)備存在兼容性問題。

（七）集群通信技術(shù)分析

數(shù)字集群系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，它的頻譜利用率有很大提高，可進(jìn)一步提高集群系統(tǒng)的用戶容量；它提高了信號抗信道衰落的能力，使無線傳輸質(zhì)量變好；由于使用了發(fā)展成熟的數(shù)字加密理論和實(shí)用技術(shù)，所以對數(shù)字系統(tǒng)來說，保密性也有很大改善。

數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)可提供多業(yè)務(wù)服務(wù)，也就是說除數(shù)字語音信號外，還可以傳輸用戶數(shù)字、圖像信息等。由于網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)氖墙y(tǒng)一的數(shù)字信號，因此極大地提高了集群網(wǎng)的服務(wù)功能。

（八）點(diǎn)對點(diǎn)微波通信技術(shù)分析

微波傳輸?shù)膬?yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，可以降低運(yùn)營商的運(yùn)營成本。與租用線路相比，微波系統(tǒng)的投資只要一年左右即可收回。第二，微波傳輸系統(tǒng)部署簡潔快速。與傳統(tǒng)的傳輸手段相比，其快速部署的優(yōu)勢可以更快地滿足新業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。第三，目前的微波產(chǎn)品對未來的發(fā)展是有保障的，對于運(yùn)營商的新業(yè)務(wù)和新需求都可以給予很好的支撐。未來，微波傳輸系統(tǒng)將升級到全I(xiàn)P的平臺之上，可以全面支持運(yùn)營商未來的發(fā)展。

（九）衛(wèi)星通信技術(shù)分析

利用衛(wèi)星在有些人口不很密集的地區(qū)來配合陸地通信。在這些地區(qū)散布著范圍較廣但不密集的用戶，可以利用衛(wèi)星作為用戶連至固定有線網(wǎng)的接入設(shè)施。在陸地通信網(wǎng)已經(jīng)構(gòu)成寬帶多媒體通信網(wǎng)的環(huán)境下，利用衛(wèi)星建成寬帶衛(wèi)星接入系統(tǒng)是比較好而切合實(shí)際的方案，經(jīng)濟(jì)又可靠。

但是衛(wèi)星通信畢竟是采用衛(wèi)星作為通信平臺，其地面站的建設(shè)、通信信道租用費(fèi)用都需要花費(fèi)大量資金，而且通信資源為衛(wèi)星通信公司所有，受其帶寬的限制，使得大量數(shù)據(jù)的傳輸需要付出非常大的代價。因此，作為日常生產(chǎn)、生活使用是極為不經(jīng)濟(jì)的；而將衛(wèi)星通信作為應(yīng)急通信、作戰(zhàn)通信、海外通信等則比較適合。

四、無線技術(shù)綜合比較

目前無線通信領(lǐng)域各種技術(shù)的互補(bǔ)性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術(shù)具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區(qū)域、不同的技術(shù)特點(diǎn)、不同的接入速率。3G可解決廣域無縫覆蓋和強(qiáng)漫游的移動性需求，WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入，而UWB可實(shí)現(xiàn)近距離的超高速無線接入。

首先，從標(biāo)準(zhǔn)化程度上看，本報(bào)告所涉及的技術(shù)中，僅僅WMN技術(shù)沒有成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標(biāo)準(zhǔn)，只是沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，其余的技術(shù)均已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，并且都進(jìn)行了試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)和商業(yè)網(wǎng)建設(shè)。

從頻率上看，Wi-Fi技術(shù)、WMN均使用的是開放頻段，WiMax技術(shù)、3G技術(shù)等其他技術(shù)使用的是授權(quán)頻段。

從覆蓋范圍上看，Wi-Fi技術(shù)、WMN技術(shù)屬于局域網(wǎng)無線接入技術(shù)，僅覆蓋35m～100m；WiMax技術(shù)、3G技術(shù)、LMDS技術(shù)、MMDS技術(shù)、集群通信屬于城域網(wǎng)接入技術(shù)，覆蓋范圍在1km～54km不等，而衛(wèi)星通信、點(diǎn)對點(diǎn)微波則屬于廣域網(wǎng)技術(shù)，通常用于通信主干組網(wǎng)建設(shè)。

從傳輸速率上看，點(diǎn)對點(diǎn)微波和衛(wèi)星通信屬于干線傳輸技術(shù)，不同的情況速率變化較大，而其余的技術(shù)均為接入技術(shù)，僅僅是3G技術(shù)接入速率最小，僅為384k，而其余技術(shù)均為幾十M甚至上百M(fèi)的速率。

從調(diào)制技術(shù)上看，其中WiFi技術(shù)、WiMax技術(shù)、WMN、3G技術(shù)均采用最新的調(diào)制技術(shù)OFDM，其余的技術(shù)均未采用OFDM調(diào)制技術(shù)。

從天線技術(shù)上看，僅僅3G和WiMax技術(shù)采用了MIMO技術(shù)，而其他技術(shù)均未采用MIMO技術(shù)；從傳輸環(huán)境上看，僅僅WiMax技術(shù)和3G技術(shù)支持非視距傳輸，其余技術(shù)均要求視距傳輸環(huán)境；從網(wǎng)絡(luò)安全和QoS機(jī)制上看，WiMax技術(shù)和3G技術(shù)在這方面做得比較優(yōu)秀、完善，其余的均存在較大的問題。

篇9

關(guān)鍵詞：無線通信；電網(wǎng)通信；技術(shù)分析

一、概述

電力通信網(wǎng)是為了保證電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行應(yīng)運(yùn)而生的。它同電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)被人們合稱為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的三大支柱。我國的電力通信網(wǎng)經(jīng)過幾十年風(fēng)風(fēng)雨雨的建設(shè)，已經(jīng)初具規(guī)模，通過衛(wèi)星、微波、載波、光纜等多種通信手段構(gòu)建而成為立體交叉通信網(wǎng)。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展，無線通信系統(tǒng)的特性發(fā)生巨大的變化。鑒于采用無線通信網(wǎng)不依賴于電網(wǎng)網(wǎng)架，且抗自然災(zāi)害能力較強(qiáng)，同時具有帶寬大、傳輸距離遠(yuǎn)、非視距傳輸?shù)葍?yōu)點(diǎn)，非常適合彌補(bǔ)目前通信方式的單一化、覆蓋面不全的缺陷。本文簡單介紹一下無線通信傳輸體制的應(yīng)用特點(diǎn)和優(yōu)缺點(diǎn)，并分析其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景。

二、無線技術(shù)介紹

（一）無線通信技術(shù)的概念

目前，無線通信及其應(yīng)用已成為當(dāng)今信息科學(xué)技術(shù)最活躍的研究領(lǐng)域之一。其一般由無線基站、無線終端及應(yīng)用管理服務(wù)器等組成。

（二）無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

無線通信技術(shù)按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術(shù)，即基于IEEE802.15的無線個域網(wǎng)（WPAN）、基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)（WLAN）、基于IEEE802.16的無線城域網(wǎng)（WMAN）及基于IEEE802.20的無線廣域網(wǎng)（WWAN）。

總的來說，長距離無線接入技術(shù)的代表為：GSM、GPRS、3G；短距離無線接入技術(shù)的代表則包括：WLAN、UWB等。按照移動性又可以分為移動接入和固定接入。其中固定無線接入技術(shù)主要有：3.5GHz無線接入（MMDS）、本地多點(diǎn)分配業(yè)務(wù)（LMDS）、802.16d；移動無線接入技術(shù)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。按照帶寬則又可分為窄帶無線接入和寬帶無線接入。其中寬帶無線接入技術(shù)的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄帶無線接入技術(shù)的代表有第一代和第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)。

1.主流無線通信技術(shù)

從技術(shù)發(fā)展的趨勢可以看出，以O(shè)FDM+MIMO為核心的無線通信技術(shù)將成為未來無線通信發(fā)展的主流方向。而目前基于該技術(shù)的無線通信技術(shù)主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術(shù)。

2.其他無線通信技術(shù)

除了上述主流的無線通信技術(shù)外，目前已存在的無線通信技術(shù)還包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術(shù)及LMDS、MMDS、點(diǎn)對點(diǎn)微波、衛(wèi)星通信等長距離通信技術(shù)。

（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是點(diǎn)對點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議，通信距離一般在0～1m之間，傳輸速率最快可達(dá)16Mbps，通信介質(zhì)為波長900納米左右的近紅外線。

（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段，使用跳頻頻譜擴(kuò)展技術(shù)，通信介質(zhì)為2.402GHz到2.480GHz的電磁波。

（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射頻識別，俗稱電子標(biāo)簽。它是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID由標(biāo)簽、解讀器和天線三個基本要素組成。

（4）UWB：UltraWideband，即超寬帶技術(shù)。UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信，幾乎是全數(shù)字通信系統(tǒng)，所需要的射頻和微波器件很少，因此可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜性，降低成本。

三、無線技術(shù)優(yōu)劣分析

（一）WLAN技術(shù)分析

Wi-Fi的技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟，而且大批量生產(chǎn)。該技術(shù)適用于無線局域網(wǎng)，作為有線網(wǎng)絡(luò)的延伸，對于特殊地點(diǎn)寬帶應(yīng)用，盡管Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用非常廣泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患，Wi-Fi采用的是射頻（RF）技術(shù)，通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無線網(wǎng)絡(luò)使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)信號，所以非常容易受到來自外界的攻擊，黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內(nèi)盜取數(shù)據(jù)甚至進(jìn)入未受保護(hù)的公司內(nèi)部局域網(wǎng)。

（二）WiMax技術(shù)分析

WiMax是一個先進(jìn)的技術(shù)，推出相對較晚，存在頻率復(fù)用性小、利用率低的問題，但由于最近才完成標(biāo)準(zhǔn)化，該技術(shù)的大規(guī)模推廣還需要實(shí)踐考驗(yàn)。從應(yīng)用前景看，該技術(shù)可以在較大范圍內(nèi)滿足上網(wǎng)要求，覆蓋可以包括室外和室內(nèi)，可以進(jìn)行大面積的信號覆蓋，甚至只要少數(shù)基站就可以實(shí)現(xiàn)全城覆蓋。WiMax由于其技術(shù)的先進(jìn)性和超遠(yuǎn)的傳輸距離，一直被業(yè)界看好，是未來移動技術(shù)的發(fā)展方向，并提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。

（三）WMN技術(shù)分析

WMN是正在研究中的技術(shù)，在研究中不斷地在不同方面結(jié)合各種技術(shù)的特點(diǎn)進(jìn)行融合，而且暫時沒有一個成熟的產(chǎn)品系列來支持該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。從應(yīng)用前景看，WMN這一新興網(wǎng)絡(luò)不僅在無線寬帶接入中有著廣闊的應(yīng)用空間，在其他方面如結(jié)合數(shù)據(jù)、圖像采集模塊可以對目標(biāo)對象進(jìn)行監(jiān)控或數(shù)據(jù)采集，并廣泛應(yīng)用到環(huán)境檢測、工業(yè)、交通等領(lǐng)域。隨著其他技術(shù)的不斷更新完善，WMN更好地與之相融合、互補(bǔ)，從而能夠揚(yáng)長避短，發(fā)揮出各自的優(yōu)勢。

（四）3G技術(shù)分析

3G于1996年提出標(biāo)準(zhǔn)，2000年完成包括上層協(xié)議在內(nèi)的完整標(biāo)準(zhǔn)的制訂工作。3G網(wǎng)絡(luò)部署已具備相當(dāng)?shù)膶?shí)踐經(jīng)驗(yàn)，有一成套建網(wǎng)的理論，包括對網(wǎng)絡(luò)的鏈路預(yù)算、傳播模型預(yù)算以及計(jì)算機(jī)仿真等。從商用前景看，目前，3G在部分地區(qū)已得到大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用，比如歐洲很多國家、日本、韓國等都已經(jīng)建設(shè)了3G的網(wǎng)絡(luò)。3G技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入可以實(shí)用的階段，還有很多國家和地區(qū)正在建設(shè)或?qū)⒁ㄔO(shè)3G網(wǎng)絡(luò)。

（五）LMDS技術(shù)分析

本地多點(diǎn)分布業(yè)務(wù)系統(tǒng)LMDS是一種提供點(diǎn)對多點(diǎn)通信的固定寬帶無線接入技術(shù)，其工作頻率在20GHZ以上，利用毫米波傳輸，可在一定的范圍內(nèi)提供數(shù)字雙工語音、數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)和視頻業(yè)務(wù)，是一種非常好的寬帶固定無線接入解決方案。在最優(yōu)情況下，距離可達(dá)8公里；但是由于受降雨的原因，距離通常限于1.5公里。

其主要工作原理是通過扇區(qū)或基站設(shè)備將ATM骨干網(wǎng)基帶信息調(diào)制為射頻信號發(fā)射出去，在其覆蓋區(qū)域內(nèi)的許多用戶端設(shè)備接收并將射頻信號還原為ATM基帶信號，在無需為每個用戶專門鋪設(shè)光纖或銅纜情況下，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向?qū)ΨQ高帶寬無線傳輸。

（六）MMDS技術(shù)分析

MMDS的主要缺點(diǎn)是有阻塞問題且信號質(zhì)量易受天氣變化的影響，可用頻帶亦不夠?qū)?，最多不超過200MHz。其次，MMDS對傳輸路徑要求非常嚴(yán)格。由于MMDS采用的調(diào)制技術(shù)主要是相移鍵控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度調(diào)制QAM調(diào)制技術(shù)，無法做到非視距傳輸，在目前復(fù)雜的城市環(huán)境下難以推廣應(yīng)用。另外，MMDS沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，各廠家的設(shè)備存在兼容性問題。

（七）集群通信技術(shù)分析

數(shù)字集群系統(tǒng)具有很多優(yōu)點(diǎn)，它的頻譜利用率有很大提高，可進(jìn)一步提高集群系統(tǒng)的用戶容量；它提高了信號抗信道衰落的能力，使無線傳輸質(zhì)量變好；由于使用了發(fā)展成熟的數(shù)字加密理論和實(shí)用技術(shù)，所以對數(shù)字系統(tǒng)來說，保密性也有很大改善。

數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)可提供多業(yè)務(wù)服務(wù)，也就是說除數(shù)字語音信號外，還可以傳輸用戶數(shù)字、圖像信息等。由于網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)氖墙y(tǒng)一的數(shù)字信號，因此極大地提高了集群網(wǎng)的服務(wù)功能。

（八）點(diǎn)對點(diǎn)微波通信技術(shù)分析

微波傳輸?shù)膬?yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面：第一，可以降低運(yùn)營商的運(yùn)營成本。與租用線路相比，微波系統(tǒng)的投資只要一年左右即可收回。第二，微波傳輸系統(tǒng)部署簡潔快速。與傳統(tǒng)的傳輸手段相比，其快速部署的優(yōu)勢可以更快地滿足新業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。第三，目前的微波產(chǎn)品對未來的發(fā)展是有保障的，對于運(yùn)營商的新業(yè)務(wù)和新需求都可以給予很好的支撐。未來，微波傳輸系統(tǒng)將升級到全I(xiàn)P的平臺之上，可以全面支持運(yùn)營商未來的發(fā)展。

（九）衛(wèi)星通信技術(shù)分析

利用衛(wèi)星在有些人口不很密集的地區(qū)來配合陸地通信。在這些地區(qū)散布著范圍較廣但不密集的用戶，可以利用衛(wèi)星作為用戶連至固定有線網(wǎng)的接入設(shè)施。在陸地通信網(wǎng)已經(jīng)構(gòu)成寬帶多媒體通信網(wǎng)的環(huán)境下，利用衛(wèi)星建成寬帶衛(wèi)星接入系統(tǒng)是比較好而切合實(shí)際的方案，經(jīng)濟(jì)又可靠。

但是衛(wèi)星通信畢竟是采用衛(wèi)星作為通信平臺，其地面站的建設(shè)、通信信道租用費(fèi)用都需要花費(fèi)大量資金，而且通信資源為衛(wèi)星通信公司所有，受其帶寬的限制，使得大量數(shù)據(jù)的傳輸需要付出非常大的代價。因此，作為日常生產(chǎn)、生活使用是極為不經(jīng)濟(jì)的；而將衛(wèi)星通信作為應(yīng)急通信、作戰(zhàn)通信、海外通信等則比較適合。

四、無線技術(shù)綜合比較

目前無線通信領(lǐng)域各種技術(shù)的互補(bǔ)性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術(shù)具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區(qū)域、不同的技術(shù)特點(diǎn)、不同的接入速率。3G可解決廣域無縫覆蓋和強(qiáng)漫游的移動性需求，WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入，而UWB可實(shí)現(xiàn)近距離的超高速無線接入。

首先，從標(biāo)準(zhǔn)化程度上看，本報(bào)告所涉及的技術(shù)中，僅僅WMN技術(shù)沒有成熟的標(biāo)準(zhǔn)體系，LMDS、MMDS、集群通信均有多種標(biāo)準(zhǔn)，只是沒有統(tǒng)一的國際標(biāo)準(zhǔn)，其余的技術(shù)均已經(jīng)完成標(biāo)準(zhǔn)化工作，并且都進(jìn)行了試驗(yàn)網(wǎng)建設(shè)和商業(yè)網(wǎng)建設(shè)。

從頻率上看，Wi-Fi技術(shù)、WMN均使用的是開放頻段，WiMax技術(shù)、3G技術(shù)等其他技術(shù)使用的是授權(quán)頻段。

從覆蓋范圍上看，Wi-Fi技術(shù)、WMN技術(shù)屬于局域網(wǎng)無線接入技術(shù)，僅覆蓋35m～100m；WiMax技術(shù)、3G技術(shù)、LMDS技術(shù)、MMDS技術(shù)、集群通信屬于城域網(wǎng)接入技術(shù)，覆蓋范圍在1km～54km不等，而衛(wèi)星通信、點(diǎn)對點(diǎn)微波則屬于廣域網(wǎng)技術(shù)，通常用于通信主干組網(wǎng)建設(shè)。

從傳輸速率上看，點(diǎn)對點(diǎn)微波和衛(wèi)星通信屬于干線傳輸技術(shù)，不同的情況速率變化較大，而其余的技術(shù)均為接入技術(shù)，僅僅是3G技術(shù)接入速率最小，僅為384k，而其余技術(shù)均為幾十M甚至上百M(fèi)的速率。

從調(diào)制技術(shù)上看，其中WiFi技術(shù)、WiMax技術(shù)、WMN、3G技術(shù)均采用最新的調(diào)制技術(shù)OFDM，其余的技術(shù)均未采用OFDM調(diào)制技術(shù)。

從天線技術(shù)上看，僅僅3G和WiMax技術(shù)采用了MIMO技術(shù)，而其他技術(shù)均未采用MIMO技術(shù)；從傳輸環(huán)境上看，僅僅WiMax技術(shù)和3G技術(shù)支持非視距傳輸，其余技術(shù)均要求視距傳輸環(huán)境；從網(wǎng)絡(luò)安全和QoS機(jī)制上看，WiMax技術(shù)和3G技術(shù)在這方面做得比較優(yōu)秀、完善，其余的均存在較大的問題。

篇10

民用航空對通信的需求有著非常顯著的自身特點(diǎn)。首先，航空通信要求覆蓋范圍廣，可以覆蓋飛行的全程，既包括大陸地區(qū)，也包括偏遠(yuǎn)的洋區(qū)和極地地區(qū)；其次，因?yàn)樗鶄鬏數(shù)男畔㈥P(guān)乎飛行安全，所以航空業(yè)對通信的可靠性有著非常高的要求，這種高可靠需要在航空器高速飛行過程中、在機(jī)載設(shè)備和地面系統(tǒng)所處的相對復(fù)雜的電磁環(huán)境下得以保持；此外，航空通信系統(tǒng)要既能夠提供實(shí)時的語音通信，也能夠提供傳輸文本指令、圖形等信息的數(shù)據(jù)通信服務(wù)。因此，航空通信系統(tǒng)無法使用單一的技術(shù)滿足諸多的需求，需要依據(jù)的不同應(yīng)用范圍、對傳輸質(zhì)量要求、頻率資源和電磁環(huán)境等多種因素，采用適當(dāng)?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，民用航空領(lǐng)域逐步形成了由多種通信技術(shù)構(gòu)成的復(fù)雜的通信系統(tǒng)。從通信應(yīng)用的范圍來看，航空通信通常被分為地空通信和地面通信，這也是國際民航組織在最新版的《全球空中航行計(jì)劃》中所采用的分類方法。除了與空中飛行的航空器進(jìn)行通信，地空通信也包括了機(jī)場場面通信的部分，因此也被稱為航空移動通信。地面通信過程中的各方通常位于固定的位置，所以也稱為航空固定通信。（見圖1）地空通信和地面通信采用的通信技術(shù)有很大不同。在大陸地區(qū)，地空通信主要使用甚高頻（VHF）頻段(118MHz–137MHz)模擬調(diào)制技術(shù)(DSB-AM)，實(shí)現(xiàn)地面與空中的語音通信。這項(xiàng)技術(shù)的使用已經(jīng)有50多年的歷史，目前仍然是主用的地空通信手段。在偏遠(yuǎn)地區(qū)和洋區(qū)，則使用高頻(HF)或衛(wèi)星通信完成地空通話。

在我國，甚高頻地空語音通信是目前使用的主要地空通信手段，達(dá)到了相當(dāng)?shù)母采w程度。在機(jī)場終端管制范圍內(nèi)，甚高頻通信可提供塔臺、進(jìn)近、航站自動情報(bào)服務(wù)、航務(wù)管理等通信服務(wù)；在航路對空通信方面，隨著在全國大中型機(jī)場及主要航路航線上的甚高頻共用系統(tǒng)和航路甚高頻遙控臺的不斷建設(shè)，使我國東部地區(qū)6600米以上空域基本實(shí)現(xiàn)了雙重覆蓋，西部大部分地區(qū)，包括主要航路6600米以上空域?qū)崿F(xiàn)單重覆蓋(見圖2)。通過與語音通信交換系統(tǒng)（內(nèi)話系統(tǒng)）的配合，改變了原有甚高頻電臺與航空器點(diǎn)對點(diǎn)通信模式。通過內(nèi)話系統(tǒng)的交換和聯(lián)網(wǎng)能力，實(shí)現(xiàn)了對空通信與地面通信的語音綜合調(diào)度，不僅集中利用了通信資源，而且大大改善了地空管制和地面協(xié)調(diào)的通信可靠性和服務(wù)質(zhì)量。20世紀(jì)90年代，隨著飛行量上升帶來的無線電頻率資源緊張情況不斷加劇，與此同時，數(shù)字通信技術(shù)的發(fā)展以及地面設(shè)備、機(jī)載設(shè)備自動化能力的增強(qiáng)，使得引入新的地空數(shù)據(jù)通信技術(shù)各方面條件已經(jīng)成熟。地空數(shù)據(jù)通信技術(shù)主要代表有面向字符傳輸?shù)娘w機(jī)通信尋址與報(bào)告系統(tǒng)(ACARS)，該系統(tǒng)可以工作在甚高頻、高頻和衛(wèi)星通信信道上，提供低速率的數(shù)字通信服務(wù)。隨后，國際民航組織采納了更高傳輸速率、面向比特傳輸?shù)纳醺哳l數(shù)據(jù)鏈模式2(VDLMode2)技術(shù)，作為在大陸地區(qū)主要使用的地空數(shù)據(jù)通信手段。

地面通信也分為語音通信和數(shù)據(jù)通信兩類。常見的管制中心之間的管制電話，管制單位內(nèi)部的內(nèi)話系統(tǒng)都屬于地面語音通信的范疇。地面數(shù)據(jù)通信應(yīng)用也非常廣泛，在航班運(yùn)行過程中，空管、航空公司、機(jī)場等運(yùn)行單位之間以及各單位內(nèi)部有大量的信息需要傳遞，包括航班計(jì)劃、飛行動態(tài)、流量信息、航行情報(bào)、氣象信息等等。早在20世紀(jì)50年代，基于電傳電報(bào)技術(shù)的航空固定電信網(wǎng)(AFTN)就開始在民航使用，事實(shí)上這是第一個全球范圍內(nèi)的電報(bào)處理系統(tǒng)，航班準(zhǔn)備與飛行過程中的重要信息通過這個系統(tǒng)到各個相關(guān)部門。隨著通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的飛速發(fā)展，新技術(shù)不斷被引入航空地面通信。語音傳輸實(shí)現(xiàn)了模擬到數(shù)字的轉(zhuǎn)變，AFTN網(wǎng)絡(luò)也使用X.25網(wǎng)絡(luò)和計(jì)算機(jī)處理系統(tǒng)代替了原有的電傳方式。許多國家和地區(qū)，以及航空企業(yè)也利用現(xiàn)代網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，陸續(xù)建成了承載多種業(yè)務(wù)、覆蓋范圍不等的綜合數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，提供服務(wù)質(zhì)量更好、成本更低的地面數(shù)據(jù)通信服務(wù)。雖然地空通信和地面通信采用的不同的通信技術(shù)體制，但是，機(jī)載系統(tǒng)和地面各種自動化系統(tǒng)之間緊密協(xié)作的需求非常迫切。因此，信息在空中和地面無縫地傳輸始終是航空通信系統(tǒng)發(fā)展的目標(biāo)之一。20世紀(jì)90年代，國際民航組織開始著手規(guī)劃新一代空中航行系統(tǒng)，提出了航空電信網(wǎng)(ATN)作為航空通信網(wǎng)絡(luò)的解決方案。航空電信網(wǎng)利用異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)航空器、空管、航空公司、機(jī)場等各方的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)，形成一個全球化無縫隙的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)。航空電信網(wǎng)具有強(qiáng)大的集成能力、完善的安全機(jī)制和可靠的傳輸方案，可集成多種數(shù)據(jù)子網(wǎng)，保護(hù)原有網(wǎng)絡(luò)投資，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)。

二、面臨的挑戰(zhàn)

多年以來，航空通信系統(tǒng)雖然通過引入新的技術(shù)不斷進(jìn)行自身的改進(jìn)，但是，系統(tǒng)仍然面臨著非常大的挑戰(zhàn)。特別是地空甚高頻通信，由于通信頻率資源緊張、原有模擬調(diào)制技術(shù)的限制，在一些飛行繁忙地區(qū)，地空通信系統(tǒng)處理能力逐漸接近飽和。以歐洲地區(qū)為例，據(jù)預(yù)測，自2011年以后歐洲地區(qū)的飛行量將以每年3%的速度增長。雖然歐洲地區(qū)已經(jīng)在2007年將FL195高度層以上的VHF通信頻率間隔從25KHz縮小到8.33KHz，但以這種增長速度，VHF地空通信系統(tǒng)仍將面臨非常大的壓力。在地面通信領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)的發(fā)展，各種業(yè)務(wù)系統(tǒng)自動化處理能力不斷增強(qiáng)，更多的數(shù)據(jù)類型、更大的數(shù)據(jù)量需要經(jīng)過地面網(wǎng)絡(luò)傳輸，同時地面網(wǎng)絡(luò)也承擔(dān)起了連接不同的業(yè)務(wù)處理系統(tǒng)的職能，原有的以面向字符傳輸?shù)募夹g(shù)。作為基礎(chǔ)設(shè)施之一，通信系統(tǒng)服務(wù)于航空系統(tǒng)的運(yùn)行需求。目前航空通信系統(tǒng)面臨的壓力，主要是系統(tǒng)運(yùn)行需求變化與現(xiàn)有通信技術(shù)體制之間的矛盾造成的。航空系統(tǒng)運(yùn)行需求變化一方面體現(xiàn)為業(yè)務(wù)量的快速增長，飛行量的增長直接帶來了通信量的增長；另一方面，航空系統(tǒng)運(yùn)行方式的改變，也對航空通信提出了新的需求。國際民航組織通過《全球空中交通管理運(yùn)行概念》(Doc9854)描述了新一代航行系統(tǒng)的愿景，提出了由靈活空域管理、4D航跡、流量與容量管理、信息服務(wù)等一系列新的元素組成的運(yùn)行概念。通過信息服務(wù)，運(yùn)行概念中的各部分整合為一個有機(jī)的整體。毫無疑問，航空通信系統(tǒng)是信息服務(wù)這一概念實(shí)現(xiàn)的主要承載者。通信技術(shù)是當(dāng)今最為活躍的技術(shù)領(lǐng)域之一，這為航空通信系統(tǒng)的改進(jìn)提供了更多可用的技術(shù)資源，但也為新的設(shè)計(jì)和改進(jìn)帶來了挑戰(zhàn)，需要在規(guī)劃設(shè)計(jì)過程別注意技術(shù)的選擇以及技術(shù)變化的影響。

三、航空通信服務(wù)

為了更好地規(guī)劃航空通信系統(tǒng)的發(fā)展，目前，航空通信系統(tǒng)改進(jìn)的規(guī)劃和實(shí)施工作通常采用通信服務(wù)和通信技術(shù)分離的方法。航空通信服務(wù)面向空中交通服務(wù)、航空運(yùn)行控制服務(wù)等業(yè)務(wù)需求，將其中的關(guān)鍵業(yè)務(wù)環(huán)節(jié)抽象為一系列服務(wù)。根據(jù)航空系統(tǒng)運(yùn)行概念和運(yùn)行方式的變化而調(diào)整，是相對比較穩(wěn)定的；航空通信技術(shù)是基于航空通信服務(wù)的需求，所選擇的適當(dāng)?shù)耐ㄐ偶夹g(shù)方案，相對來說變化更加頻繁一些。目前，航空通信服務(wù)的定義和研究工作主要關(guān)注與飛行安全和航班正常運(yùn)行的通信部分，圍繞著空中交通服務(wù)通信和航空運(yùn)行控制通信服務(wù)展開。在空中交通服務(wù)通信方面，以飛行各階段飛行員與管制員的通信為主，輔助以航行通告和氣象信息，規(guī)定了一系列服務(wù)；航空運(yùn)行控制通信服務(wù)的定義則關(guān)注航班的執(zhí)行情況和航空器機(jī)務(wù)狀態(tài)。比較有代表性的通信服務(wù)定義工作是美國標(biāo)準(zhǔn)化組織RTCA和歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織EUROCAE聯(lián)合開展的一系列標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)項(xiàng)目，通過這些項(xiàng)目開發(fā)了空中交通服務(wù)通信領(lǐng)域的地空數(shù)據(jù)通信服務(wù)的安全、性能和互操作性方面的需求。在被稱為ATN基線(ATNBaseline1)的標(biāo)準(zhǔn)中，主要定義的服務(wù)包括：數(shù)據(jù)鏈能力（DLIC）、ATC通信管理（ACM）、ATC管制指令（ACL）、數(shù)字放行（DCL）、ATC話筒檢查（AMC）。目前，ATN基線1中的基本服務(wù)已經(jīng)在歐洲核心地區(qū)投入運(yùn)行。正在開發(fā)中的ATN基線2(ATNBaseline2)標(biāo)準(zhǔn)在此基礎(chǔ)上對現(xiàn)有服務(wù)進(jìn)行了增強(qiáng)，并增加了新的數(shù)據(jù)通信服務(wù)，包括支持4D航跡的4DTRAD、支持場面運(yùn)行的D-TAXI、支持間隔管理的ITP、支持飛行信息服務(wù)的終端區(qū)信息服務(wù)D-OTIS、數(shù)字化跑道視程D-RVR、危險(xiǎn)天氣信息D-HZWX等。

另外一項(xiàng)由美國和歐洲聯(lián)合發(fā)起的未來通信系統(tǒng)研究(FCS)項(xiàng)目，針對中長期的航空通信服務(wù)和技術(shù)進(jìn)行研究,提出了《未來無線通信系統(tǒng)運(yùn)行概念和需求》。這項(xiàng)研究關(guān)注2030年時間框架內(nèi)的空中交通服務(wù)通信和航空運(yùn)行控制通信服務(wù)，研究并定義了機(jī)場、終端區(qū)、大陸地區(qū)航路、偏遠(yuǎn)地區(qū)和洋區(qū)的所需的通信服務(wù)，包括數(shù)據(jù)通信和語音通信，同時提出了通信服務(wù)質(zhì)量方面的需求，比如傳輸性能、安全性等。這項(xiàng)研究已經(jīng)得到了國際民航組織通信專家組(ACP)的支持，納入了國際民航組織的工作范圍。在地面通信服務(wù)方面，國際民航組織將管制移交(AIDC)和空管服務(wù)信息處理系統(tǒng)(AMHS)作為近期推廣實(shí)施的通信服務(wù)。其中，AMHS將逐步代替現(xiàn)有的AFTN系統(tǒng)，傳輸航班計(jì)劃、航行情報(bào)和氣象信息。在中遠(yuǎn)期，這些服務(wù)融合到新的全系統(tǒng)系統(tǒng)管理(SWIM)中的各種業(yè)務(wù)服務(wù)中，包括數(shù)字化的航空情報(bào)信息(AIM)，先進(jìn)的氣象信息(AdvancedMET)和協(xié)同環(huán)境下的航班和流量信息(FF-ICE)等。

四、航空通信新技術(shù)

目前的空中交通服務(wù)通信和航空運(yùn)行控制通信服務(wù)仍以話音為主，支持大部分服務(wù)。