卫星通信的概念范文

导语：如何才能写好一篇卫星通信的概念，这就需要搜集整理更多的资料和文献，欢迎阅读由公务员之家整理的十篇范文，供你借鉴。

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【关键词】信息技术；卫星通信；语音传输技术

0 引言

随着当前科学技术的飞速发展，各种通信手段和通信技术的发展也在不断的加快和不断的趋于成熟。卫星通信、卫星网络作为光缆传输网络的重要组成部分和重要的补充以及备份支撑着整个卫星通信的发展，为卫星通信的发展提供着有力的保障。然而在卫星通信的过程中其通信频点内带宽、狭窄造成通信量的有限性和限制性。为了能够更加高效的利用卫星通信资源，语音传输新技术正在逐步的应用在卫星通信网络当中。

1 卫星通信概述

1.1 卫星通信的概念

卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。卫星端在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站，卫星星体又包括两大子系统：星载设备和卫星母体。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路，地面站还包括地面卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站。用户端即是各种用户终端。

1.2卫星通信的发展趋势

自第一颗卫星发射升空，开启了空间技术发展的新纪元，卫星通信技术的优势使各个国家都极力发展这种技术，并在各个领域，尤其是在军事和民事领域得到充分应用。卫星通信的发展趋势总的发展方向是大容量、大功率、高速率、宽带、低成本、高发射频率、多转发器、多点波束和赋形波束，应用星上处理技术切换信号，处理信号等，21世纪的卫星直播电视（DBS―TV）、个人移动卫星通信、多媒体卫星通信、卫星音频广播、卫星网络电视等将会得到大量发展。VSAT业务范围不断扩大，深入到国民经济的各个领域，更加显示其经济和社会效益，Ka波段的应用使设备更加小型化，当然亦带来衰减严重的缺陷。光通信在卫星通信中的应用逐渐变得成熟可取，它要求精确的卫星控制技术，在国际上还处于研发阶段，预计不久将会进入实用阶段。

1.3 卫星通信的优缺点

了解卫星通信的优缺点，一则可以了解目前卫星通信的发展形势，二则可以明确发展改进卫星通信中语音传输技术的必要性，是语音传输技术在卫星通信中应用的前提。要了解卫星通信的优缺点，就要与光纤传输技术进行对比才能洞彻所有。

卫星通信的通信范围极大，主要表现是，只要在卫星辐射信号范围内的两点均可以进行无线通信，这种特点一则保证了它的可靠性，因为这种传输并不会受外界环境影响，比如洪水地震等自然灾害的影响，它可以影响到一些具体的地面设施，却不能威胁位于太空的卫星设施，但是在一些地形复杂的地域，比如说多高山地区、或者大型建筑物集群地区，由于山体或者楼体的遮掩，会造成信号遮挡现象或者信号不稳，因为卫星通信主要靠信号辐射实现它的功能。

卫星通信的设置步骤简单，即只要设置一种特殊的电路既可完成，没有复杂的工程做工，更无资源的损害与自然环境的破坏，也无设备损坏的后顾之忧。

但是这种通信作价高，因为卫星通信不同于传统的光缆通信，光缆工程虽说耗时、耗材、耗人力，但是它采用的材质来源丰富，价钱低廉，因此使用成本就非常低，非常适合普通人使用，针对卫星通信运用超高科技与做工精细的仪器，导致它的运行成本会高于常规的光缆通信，使用资费更是高出十几倍之多，因此使用人群极少。

而且卫星通信采用的是无线传输，这种传输方式虽说简单易行，但是，却有可能造成信号的丢失或者信号的缺失，在这方面，还是光缆通信这种光波输送安全性高，保密性好，因为光波只能在光缆内进行活动，并不会受外界影响，在通话传输上，它的技术还有待提高。

2 语音传输技术的应用

卫星通信与传统电缆、光缆通信适用领域有所不同，而且它又被本身的缺陷所制，卫星通信在现阶段作为光缆通信重要后备资源而存在着，它一方面弥补了光缆传输中的不足，一方面也在极力发展完善它自己的技术。卫星通信与光缆通信不同，它的通信容量有限，不同于光缆通信容量巨大、潜在宽带可达20THz ，使作为卫星通信重要组成部分的语音通信受到极大限制，因此如何克服解决这一固有的问题，是现阶段卫星通信的一项艰巨任务。

正如业内人士所知，卫星通信系统采用卷积码、QPSK 与QAM相结合的编码调制方式，这也是当前众多商业卫星采用的一种方式，但是这种方式不能高效地传输本来受限的无线信号资源，导致资源的流失，原因在于这种方式被通信系统的误码率制约着，使这种方式必须采用某种特定的卷积码来实现某种具体的功能，而这种特定的很长的限定长度卷积码将相应导致译码设备相比以前更为复杂，因为这种复杂性，将导致原本卫星通信系统本身固有的缺陷更加暴露无遗，将导致卫星通信信息语音传输的效率更低，影响卫星通信功能的发展扩大，制约了卫星语音信息传输的高速性，不能适应未来业内形势的发展，因此调整编码译码方式，改进通信过程中编译码技术，是当前卫星通信领域内首要应解决的问题，它将影响到语音传输的效率、以及语音信息传输的质量，即抗干扰性问题。

针对原有技术存在的问题以及不良影响，一种新型技术――TCM/IDR技术被挖掘出来，并最先运用在卫星通信领域。TCM/IDR技术同时使用SPSK调制技术和Reed-solomon正交编码技术，是国际通信卫星组织（Intelsat）最近推荐的高质量中速数据载波方式，其业务平台支持语音和数据传输同时能够满足对网络低误码/高性能的要求。TCM/IDR技术所提供的性能可达到在1年内的平均误码率（RER）远小于10E-10（即优于99.96%），超过国际电信联盟（ITU-T）G.826所提出的要求。相对于国际通信卫星组织于1984年第一次提出并使用至今的QPSK/IDR数字载波技术，TCM/IDR技术是又一步的改进和提高，其支持数据流的速率范围是64kbit/s-44.736Mbit/s，对于传输同等信息速率的数据流来说，与QPSK/IDR技术相比，将节约 20%的卫星无线频带资源。同时，TCM/IDR技术能更有效地利用卫星转发器的功率，这是因为目前绝大部分的Intelsat用户采用QPSK/IDR技术，以致一些卫星转发器的带宽已达使用极限，但转发器功率还有余量可利用。因此，在使用了TCM/IDR技术后，可通过更有效地利用卫星转发器资源（功率和频带），从而在目前已达频带使用极限的转发器内增加通信容量。

3 结语

随着社会经济的快速发展和大业务量需求的不断上升，卫星通信作为一种重要的语音信息传输平台日益受到人们的青睐，未来随着技术的不断发展和融合卫星通信工程中传语音输技术的应用将会被不断升级，超高速率、无缝接入、灵活可靠的传输技术也将不断涌现。

参考文献：

[1]钟志刚.TCM/ 8PSK/ IDR 与 QPSK/ IDR卫星载波特性比较[J]邮电设计技术，1999（9），11-15.

[2]余昌刚等，TCM/IDR信道单元帧同步的实现[J].北京理工大学学报，2001（6），774-776.

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关键词：卫星通信 本科教学 教学改革 Matlab软件仿真平台

中图分类号：TN927 文献标识码：A 文章编号：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

卫星通信是指利用卫星作为中继站实现两个或多个地球站之间的信息交换的无线通信技术，综合了通信技术、计算机计算和航空航天技术的交叉学科[1-2]。近年来卫星通信技术不断革新，例如中低轨道的移动卫星通信系统等都受到了人们广泛的关注。我国的卫星通信技术相比与美国等发达国家还存在一定的差距，如何培养我国的卫星通信专业技术人才是当今我国高校教育中面临的一项挑战[3-4]。

在南京邮电大学本科生培养计划中《卫星通信》课程是作为大四学生专业限选课程。设置这门课程的目的是在《通信原理》等专业课的基础上，系统级的帮助学生巩固已经学习的通信基础知识、掌握通信基础理论在实际的无线通信系统中的应用、以及卫星通信的组网技术。课程总共分为5个部分的内容在教学计划中安排了32个学时和8个实验学时，考察方式为闭卷考试结合试验成绩。在其他高校卫星通信课程教师的教学经验[5-6]和笔者几年的教学过程中，总结了如下几点在教学过程中发现的问题：（1）本课程属于专业限选课程，讲授内容是建立在《通信原理》等基础必修课程的基础上的，学生对于无线通信基础知识掌握存在较大的差异，导致讲授过程中学生对于知识点的理解存在较大差异，课堂教学效果不能达到预定的目标;（2）大四学生面临毕业的压力，注意力主要放在的考研、找工作等方面，学生对于卫星通信技术学生的兴趣和学习效率普遍很低;（3）传统的教师课堂讲授的方式枯燥，加上卫星通信系统知识点的分散和抽象，使得学生课上对于知识点理解效率低下，课后更没有时间回顾课程的内容;（4）考试前学生只是结合前几年的考试试卷采用死记硬背的备考方式，根本不理解知识点的含义，导致学生考完就不记得所学习的课程。上述的几个方面导致课程的通过率逐年下降，学生选修学习这门课程的人数逐渐减少。如何提高课程的教学质量已是《卫星通信》课程迫切需要解决的问题。

针对上述的几个问题，作者在教学过程中引入了以下三点的改革思路：（1）激发学习兴趣，学生基础存在差异，需要教师在讲授过程中回顾对比无线通信的基础知识点，帮助学生理解无线通信基础知识在卫星通信系统级平台上的应用。采用多媒体、拓展课程等手段激发学有余力的学生对于从事卫星通信事业的兴趣;（2）知识点讲授，卫星通信课程知识点较为分散，在讲授的过程中对比其他的通信网络知识点，在对比的过程中使得学生掌握卫星通信课程中的关键知识点。引入Matlab软件仿真平台和硬件实验平台，使得抽象的知识点形象化;（3）课程考查方法，将传统上课点名和期末考试的课程考查方法改为平时大作业、实验成绩和期末考试相结合的考查方式。

1 教学方式改革

作者认为学生对于卫星通信课程学习的效果关键在于两个方面，一是教师的知识点讲授方法;二是激发学生对于课程的学习兴趣。为了做好上述的两个方面作者从以下的三方面入手，提高卫星通信课程的教学效果。

1.1 课堂讲授方式

卫星通信课程在无线通信体系中并不是一门孤立的课程，应该放在整个无线通信大的背景中来讲授。针对学生基础知识的差异，作者在传统讲授方法的基础上补充了以下的三种讲授方式：（1）支撑知识点的回顾，学生在理解卫星通信中新的知识点的时候，都需要用到无线通信中基础的知识体系，讲授在讲授之前用适合的时间回顾下基础知识点存在一定的必要性。如在讲授编码和调制技术的时候帮助学生回顾下编码的基本概念、正交调制等基础的知识点，再引申出卫星通信中使用的LDPC码、QAM调制技术等知识点。这样使得基础知识点较为薄弱的学生不会在课程的开始阶段就失去学习的兴趣，进而恶性循环;（2）联系对比教学，卫星通信网络是适用于卫星通信链路的网络体系，与传统的地面移动通信网络是存在一定的差异的。课程讲授过程中引入这些差异性讲授有助于学生更深刻的理解卫星通信的知识点。在这种上下联系，左右对比的教学环境中使得学生在原有的知识体系中引申出卫星通信的知识点;（3）拓展性课程，对于学有余力的学生，课堂时间中教师讲授的有限知识点并不能满足学生对于卫星通信系统的理解，需要激发学生对于卫星通信技术的学习兴趣，使得他们利用课余的时间利用图书馆、实验室等资源更好的学习卫星通信的知识。作者在课程中适当的加入了一些拓展课程的教学方式激发学生的学习热情，如在课程讲授中加入美国的探月工程和中国的嫦娥工程等视屏结合PPT的方式激发学生从事我国的卫星通信事业。

1.2 Matlab软件仿真平台和硬件实验平台

卫星通信课程是一门需要软硬件结合教学的学科，教学过程中需要提高学生自主的软硬件动手能力。由于学校硬件实验平台受资金等方面的局限，学生的动手能力并不能得到很好的锻炼，这就要求教师在教学过程中也需要培养学生的动手能力。作者在平时的教学课程中基于Matlab仿真平台以大作业的形式布置一定的软件仿真实验，补充硬件实验平台的不足。布置这种探索性的大作业可以激发学生自主学习的热情，更好的理解学习的知识点，如在卫星通信VSAT网络中对于欧兰B公式的理解，作者布置了相关的Matlab编程大作业，学生在课程考试中对于这个知识点的掌握情况就很好，说明布置的大作业对于学生知识点的理解起到了一定的积极效果。在实验室的硬件实验中增加学生自主的动手实验内容，增加学生对于学科的感性认识，通过学生自主动手对于这些系统安装调试，提高学生的动手能力，在学习的同时激发他们课程实践的兴趣。

1.3 课程的考查方式

南京邮电大学卫星通信课程传统的考查方式是实验成绩占总成绩的30%，闭卷考试成绩占总成绩的70%的考查方式。作者在教学过程中发现这种考查方式并不能很好的反应学生的学习效果。课程结束后学生大多结合往年的考试试卷，采用死记硬背的方式通过考试，考完后就不记得所学的知识点。作者在实际的教学过程中采用平时Matlab大作业占总成绩的30%、硬件实验成绩占总成绩的20%和课程结束考试占总成绩的50%的考查方式。在软硬件实验中强调培养学生利用学校的图书馆和实验室的查资料学习和动手等能力。考试试卷中降低概念性试题的比例，适当提高探索性问题的比重，如在星站距和俯仰角知识点的考查中，在试卷中直接给出基本的计算公式，不需要学生去死记硬背计算公式，而在俯仰角的修正过程中增加试题的灵活度，如果学生在平时的课程和Matlab大作业中深入理解计算公式的物理过程能很容易的解答试题，而平时Matlab大作业不认真完成靠考试前死记硬背公式的学生不了解公式的物理含义很容易在修正的过程中出错，这样能更好的考查学生对于卫星通信知识点的掌握情况。作者通过两个学年的实验，这种综合体系的考查方式更能真实的反应学生对于本课程的掌握程度。

2 结语

作者通过与学生的交流，采用上述的三种教学改革方法，可以在一定程度上激发学生对于卫星通信课程的学习热情，选修这门课程的人数具有一定程度的增加，学生对于知识点的掌握更为清晰，取得了一定的教学效果。该文对于卫星通信这门课程的教学改革作了初步的研究，如何取得更好的教学效果还需要与广大高校中卫星通信课程教师共同探讨。

参考文献

[1] 王丽娜.卫星通信系统[M].国防工业出版社，2006.

[2] 夏克文.卫星通信[M].西安电子科技大学出版社，2008.

[3] 张更新，谢智东，谭哲.卫星通信的发展现状及产业发展综述[J].数字通信世界，2009（6）：24-30.

[4] 杜青，夏克文，乔延华.卫星通信发展动态[J].通信技术，2010（3）：24-29.

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目前，《通信技术》这门课讲解内容有:(1)均匀传输线理论与天线的基本概念，主要介绍均匀传输线方程及其解，传输线的阻抗与状态参数、无耗传输线的状态分析，评价天线性能的几个主要指标，基本振子辐射和天线常用的各种电参数;(2)微波中继通信系统，主要介绍数字微波中继通信的概念，工作原理，设备组成，微波中继站的转接方式;(3)卫星通信系统，主要介绍通信卫星和地球站，卫星通信的分类、工作频率及其特点;(4)光纤通信系统，主要介绍光纤的结构与分类，光纤的导光原理和传输特性，光纤通信的主要特点，数字光纤通信系统的组成和工作原理;(5)移动通信系统，主要介绍移动通信的特点和工作方式，移动通信中无线电波的传播特性，移动通信组网技术，数字调制技术，蜂窝移动通信系统．

参照国内外重点大学此类相关课程教材，结合自身的特点，需适当调整《通信技术》这门课程的结构体系和教学内容，尤应增加当今最前沿的通信技术及其发展趋势，拓宽学生的知识面，如3G通信技术在现实中的应用及其市场发展前景，认知无线电技术基本概念及其主要研究成果，激光通信技术，可见光通信技术等．《通信技术》课程大部分相关教材内容很少揭示通信问题所对应的数学模型，很少用数学的理论去解释一些通信中的结论，而数学类专业学生的数学理论基础扎实，教学中可以补充相应内容引导学生应用数学理论、方法研究通信中的问题．比如，讲解均匀传输线理论时，可以与学生一起建立均匀传输线系统数学模型，得到传输线上任意一点z处电压和电流的基本方程式中:U、I分别为电压、电流，Z=R+jwL为单位长度的串联阻抗，Y=G+jwC为单位长度的并联导纳．

数学类专业学生求解上式方程的稳态解是件容易的事，因此可以安排学生自己求出方程的解，最后再将方程解中各个参量的物理意义解释清楚．这样，学生不仅可以体会到学习数学的用途和运用数学理论、方法解决问题的快乐，而且对通信知识的理解更加深刻．再比如，卫星通信系统按轨道分类有低轨道和中高轨道，可以引导学生推导轨道高低与通信卫星电波覆盖地球表面的关系，使学生了解需要多少颗卫星才能实现全球通，进一步考虑通信卫星使用寿命、发射成本、维护难易、干扰的抑制以及保密性能等因素，建立一个多目标评估系统，根据多目标优化理论，建立数学模型，通过数学方法分析模型，结合软件进行数值仿真验证，最终提出实际可行的参考报告．《通信技术》课程每个章节都有这方面的内容，在教学过程中应注意挖掘这样的教学素材．

二、教学观念、手段的更新

以往教师讲授《通信技术》这门课主要是单向说教，老师唱独角戏，形式单调，调动学生主观能动性、培养学生创新能力的方法欠缺．教学应从单纯的知识传授转变为研究式的教学，用研究式的教学作为提高教学质量和教学水平的重要手段．

研究式教学要求充分发挥师生双方的主动性和创造性，这对于习惯了“模仿+记忆”的教学模式的学生来说必然会碰到更大的困难．在讲授天线、卫星通信、光纤通信以及移动通信等内容时，老师可以先布置课外查询任务，查阅这些技术的起源、发展、现状及未来趋势，然后让学生在课堂上交流对这些内容的认识、理解．老师根据学生交流情况汇总那些理解不清的概念、技术等内容，然后详细讲明白“是什么”和“为什么”．现在网上有大量的新技术科普片，观看科普片同样可以获得新知识，也是丰富课堂教学方式的途径之一．因此可以收集天线、卫星通信、移动通信、激光通信等新技术的科教宣传片，在授课过程中穿插科教宣传片，使学生能更加直观理解通信相关技术．

三、课外专题的研讨

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软件无线电是近几年来提出的一种实现无线通信的新概念和体制。它的核心是将宽带ND和D／A变换器尽可能靠近天线，而电台功能尽可能地采用软件进行定义。软件无线电把硬件作为无线通信的基本平台，对于无线通信功能尽可能用软件来实现。这样，无线通信系统具有很好的通用性、灵活性，使系统互联和升级变得非常方便，这很可能使软件无线电成为继模拟通信到数字通信和固定通信到移动通信之后的无线通信领域的第三次突破。

以现代通信理论为基础，以数字信号处理为核心，以微电子技术为支撑的软件无线电技术自从提出以来，便引起了包括军事通信、个人移动通信、微电子以及计算机等电子领域的特别关注和广泛兴趣。尤其是在最近几年突飞猛进的发展成长，逐渐壮大，更加使得人们普遍认为软件无线电技术将促进无线通信，甚至整个无线电领域产生重大变革，并由此推动电子信息技术的快速发展，最终在全世界范围内形成巨大的软件无线电产业市场，带来巨大的经济效益，推动社会和技术进步。

软件无线电突破了传统的无线电台以功能单一、可扩展性差的硬件为核心的设计局限性，强调以开放性的最简硬件为通用平台，尽可能地用可升级、可重配置的应用软件来实现各种无线电功能的设计新思路。

通信的需求是软件无线电进步与发展的巨大驱动力。它是解决目前无线通信系统多标准、多模式兼容工作以及相互操作性和多系统共享频率资源等问题的最好途径。

软件无线电技术的特点

1、具有完全可编程的特性，包括可编程的天线波段、信道接入方式、信道调制解调、数据速率大小等，通过软件提供指令，实现控制和操作、管理和维护功能；

2、系统结构通用，功能实现灵活，改进和更新也很方便快捷。高速A／D／A实为一个标准接口，其作用是将RF／IF部分和通用的数字／软件部分连接起来。只要它们的带宽和处理能力满足系统要求，都具有很好的通用性；

3、使得不同系统之间相互操作成为可能；

4、复用的优势，系统结构的一致性使得设计的模块化思想能很好地实现，并且这些模块具有良好的通用性，能在不同的系统及其升级时很容易地复用；

5、在软件无线电中，软件的生存期决定了通信系统的生存期。一般地，软件开发的周期相对于硬件要短，开发费用要低；

6、由于系统的主要功能都由软件实现，因此可方便地采用各种新的信号处理手段提高抗干扰性能。其他诸如系统频带监控、在线改变信号调制方式等功能的实现也成为可能。

软件无线电在卫星通信中的应用

通信卫星主要由天线分系统、通信分系统、电源分系统、控制分系统等部分组成。其中，通信分系统主要由射频部分和转发器等组成。射频部分包括指令检测、遥控设备和频率调制、解调设备，主要用来实现对射频的发射、接收、调制和解调。目前，它的调制模式、多址方式、编码格式等一般均是固定不变的。如果采用软件无线电技术，那么就可以通过软件随时改变调制模式、多址方式、编码格式等，从而大大提高其灵活性以及抗干扰的能力。同理，在处理转发器中也完全可以应用软件无线电技术，来完成宽带的A／D及D／A转换、调制解调以及编码。

低轨微型卫星通信系统可以提供全球性实时话音／数据通信和非实时的S&F业务。由于它已经成为卫星通信系统的一个重要组成部分和实现全球个人通信的重要手段，所以这里选举它为典型代表来说明软件无线电技术在卫星通信系统中的应用。将软件无线电台结构的概念应用到低轨微型卫星通信系统中，将会很好地解决如不同系统的兼容性，互联互通及综合应用等问题，促使微型卫星通信系统的发展，为用户提供更为灵活和方便的通信服务。

1、用软件无线电技术解决微型卫星通信系统的兼容性问题

近年来，各种各样的移动卫星通信系统纷纷涌现出来，其中，中低轨系统大都采用小型卫星。这些系统分别提供全球性和区域性的以话音为主的移动卫星通信业务。由于它们在通信体制、网络组成、系统管理等方面互不相同，各系统内的用户终端不能直接访问其它系统。目前只有通过信关和网关来实现不同卫星系统之间的互连互通，但这并不是一种特别有效的解决方法，随着新系统的不断涌现，会使终端兼容性等问题日益严重。利用小型卫星提供业务的系统也存在着终端兼容的要求，这一情况是由两方面的因素造成的：

(1)为了充分利用各小型卫星通信系统业务的能力，以使其运营费用进一步降低，需要卫星能够为不同的系统用户提供服务，同时用户也能方便地接入各系统。

(2)为了降低信息的传输时延，S&F业务微型卫星需要借助与其它系统，如地面网络、同步卫星通信系统等来加速其信息的传递。同时卫星通信系统作为对地面通信网重要的支持和不可缺少的补充，其和地面通信网的综合应用问题也提出来了，目前所采用的双模式手机只能达到两种不同系统的综合应用要求。

由于软件无线电台的功能完全由软件定义，可以程控，所以只要在处理能力、采样速度等方面允许的条件下，就能够利用软件无线电台对输入信号的调制模式、多址方式、编码格式进行自动识别和解调，实现信息的正确接收；同时软件无线电台还可根据需要选用适当的特定的通信体制与特定系统进行通信。软件无线电技术利用可编程数字下变频在基带完成信道选取，通过基带处理的软件模块不同来兼容不同的系统。因此，只有软件无线电技术才能在严格意义上圆满的解决系统兼容和综合利用问题。

2、采用软件无线电技术将有利于微型卫星通信技术的更新

卫星通信系统与地面系统的另一个重要差别是：卫星一旦进入运行轨道，对卫星的硬件部分无法进行改动，因此由星载硬件设备决定的技术体制就无法更新。同时微型卫星通信的在轨寿命可达3-5年，甚至更长(因为许多微型卫星采用被动姿态控制方式)。这将严重制约着新技术在卫星通信领域内的及时运用。

利用软件无线电技术的基本思想，赋予微型通信卫星星上处理以新的内涵。将微型通信卫星全部或大部分的通信功能由软件定义，并在设计时考虑到一定的处理冗余度。那么当需要对微型卫星星载通信子系统的某些环节，如调制／解调技术、多普勒频移校正、成形滤波等进行改进，只需要对其中的部分软件进行在轨重新加载，便可以完成原来所无法实现的卫星在轨技术更新，从而达到延长卫星技术寿命的目的。国外在这方面进行了有益的尝试，如Vosat-3&5、Posat-1都进行了具有软件无线电雏形的在轨卫星通信体制更新试验，证明在轨卫星通信体制的更新是完全可能的。按照软件无线电的思想将会出现完全依赖于软件定义的新型微型通信卫星，其

星体具有相同或相似的硬件结构，而根据软件的不同将担负不同的使命。

3、现阶段实施方案的设想

虽然软件无线电技术在微型卫星通信中有着良好的应用前景，但是由于受处理器件能力、处理技术等方面因素的限制，在现阶段尚不能完全按照标准软件无线电台结构建立一套微型卫星通信系统。然而，从另一方面看，既然软件无线电技术的优越性已经被业内人士普遍认可，现今只是在具体实施上遇到些困难，相信将来必定会随着技术的进步而逐步得到解决。

在目前的技术条件下，可以将中频以下的功能由软件来实现，而保留现有的射频部分或采用可更换的射频模块的方法来构造具有部分软件无线电特色的微型卫星通信系统。这一设计思想已在美国的Speak easy II(易通话II)无线电台中得到了实践，Speak easy II可以在程序的控制下与现在使用的15种无线电台互通。根据这一思想，构成的试验性低轨微型通信卫星子系统的框图如图1所示。用户终端的结构框图如图2所示。

软件无线电在卫星测控中的应用

卫星测控系统一般由跟踪分系统、遥测分系统和遥控分系统组成。目前，我国卫星测控设备都是由传统的硬件组成，功能固定，而且各类卫星测控系统的工作频率、调制体制、编码体制和测距体制各不相同，各种卫星之间测控信道也不能相互通用，这样无疑加重了研制负担，造成资金浪费。针对这一问题，国内外正在利用高速A／D、DSP、高速并行总线、计算机技术以及软件技术，对测控信道和处理终端进行全数字化和软件化研究开发，并且已经取得显著成绩。现今，该领域依然继续朝着综合化、数字化、软件化的方向努力拓展迈进，而未来最为理想的解决办法就是采用软件无线电技术。

在卫星测控中，由于星上测控设备受到重量、体积、功耗和射频频率使用等多方面条件因素指标的限制，因此通常采用多个副载波调制一个载波的系统，这些副载波可以是单一的正弦波，也可以是已调副载波。如果射频频率选在S波段，一般便称之为S波段测控系统。与我国中、低轨道卫星原来使用的超短波体制相比，S波段统一测控系统有着明显的优点，它将是国内中、低轨道卫星测控系统采用的主要方式。于是下面以S波段为例对星载测控信道加以分析。

1、测控系统引入软件无线电技术的优势

测控系统设计首先要进行信道设计，根据使用要求选择系统的工作频率、调制体制和基带信号，并进行信道功率分配以及副载波频率干扰计算等，以便确定可靠完成信息传输的最佳方式。由于各种衰减和噪声不同程度的影响是客观存在的，不同的卫星中，调制方式以及调制参数常会有不同的选择，引入软件无线电技术，会产生下列优点：

(1)在设计的同一硬件平台上，配置不同的软件，即可实现不同的具体信道设备。这样不仅能够加快研制进度，而且还可以节约大量资金，避免不必要的浪费。

(2)对于卫星在轨运行期间，使得通过先进的遥控手段实现系统动态配置更新成为可能。

2、测控信道软件化应按阶段分步骤实施

尽管利用软件无线电技术有上述优点，但是，由于软件无线电技术是一个新兴的课题，许多体系结构仍旧处于不稳定的变动之中并且受到DSP、ND等器件性能的制约，所以当前要立刻全面实现理想的软件无线电设计还有困难。比较现实的测控信道软件化应该按阶段分步骤实施：

(1)首先，对传统体制的模拟微波统一测控信道进行数字化、软件化。传统体制的微波统一测控信道，传输信号为遥控、遥测和测距信号，一般带宽较窄，接收机在中频可以采用带通采样。

(2)其次，在测控信道软件化过程中引入新型的测控体制，如扩频码分多址与微波统一测控等，进而实现测控信道与测控终端综合化、软件化设计。

(3)最后，随着DSP、FPGA等数字电路的飞速发展，宽带的数据和跟踪测控信号按照扩频码分多址方式要想实现统一载波测控信道的软件无线电设计也将成为可能。

3、现阶段实施方案的设想

下面针对现阶段的具体情况，简单介绍一种对传统体制的模拟微波测控信道数字化、软件化的方案设想。采用软件无线电思想的测控信道原理设计框图如图3所示。图中，天线、上／下变频器、带通滤波器等射频部件可设计几种通用的标准化产品，由于测控信号一般为窄带信号，在中频可用带通采样，这样能够把中频中的带通信号变换为较低中频的基带信号，而不必使用可编程的数字下变频器，但A／D转换器的模拟输入带宽应高于被采样的中频信号的最高频率。为了使产品具有良好的适应性，ND的采样频率最好是能够根据情况变化的不同进行随时重新配置。另外，对于宽带测控信号则要采用下变频器。

展望

未来的无线通信系统将是多制式、多模式的通信系统，可以提供包括多媒体在内的多种服务类型。软件无线电以其强大的可配置能力和可编程能力将成为未来通信系统的首选。软件无线电的技术发展将大致可分为硬件、软件两个方面。

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1)通信覆盖区域大，通信距离远：地球同步轨道(GEO)卫星距地面高度35860km，只需一个卫星中继转发，就能实现1万多公里的远距离通信;每一颗卫星可覆盖全球表面的42.4%，用3颗GEO卫星就可以覆盖除两极祎度76°以上地区以外的全球表面及临地空间。

 

2)可将其广播性与各种多址连接技术相结合构成庞大的通信网：在一颗卫星所覆盖的区域内，不必依赖显式的交换，只需利用卫星中继传输和多址/复用技术就能构成拥有许多地面用户的大型通信网。

 

3)机动灵活：卫星通信的建立不受地理条件的限制，无论是大城市还是边远山区、岛屿，随地可建;通信终端也可由飞机、汽车、舰船搭载，甚至个人随身携带;建站迅速，组网灵活。

 

4)通信频带宽、通信容量大：卫星通信信道处于微波频率范围，频率资源相当丰富，并可不断发展。

 

5)信道质量好、传输性能稳定：卫星通信链路一般都是自由空间传播的视距通信，传输损耗很稳定而可准确预算，多径效应一般都可忽略不计，除非是采用很低増益天线的移动通信或个人通信终端。

 

6)通信设备的成本不随通信距离増加而増加，因而特别适于远距离以及人类活动稀少地区的通信。

 

卫星通信也存在一些缺点和一些应该而且可以逐步改进的方面，这主要有以下几点。

 

1)卫星发射和星上通信载荷的成本高：星上元器件必须采用抗强辐射的宇航级器件，而且LEO、GEO卫星的寿命一般分别只有8年、15年左右。

 

2)卫星链路传输衰减很大：这就要求地面和星上的通信设备具有大功率发射机、高灵敏度接收机和高増益天线。

 

3)卫星链路传输时延大：GEO卫星与地面之间往返传输时间为239~278ms;在基于中心站的星形网系统中，小站之间进行话音通信必须经双跳链路，那么传输时延达到0.5s,对话过程就会感到不顺畅，而且如果没有良好的回音抑制措施，就会因二-四线制转换引起的回波干扰而使话音质量显著下降。

 

基于卫星通信的特点及其重要作用，本文将从卫星通信的可用频率资源、卫星平台、主要关键技术、典型的卫星通信系统、卫星通信应用和产业化发展等方面进行介绍，综述发展现状，展望发展前景。

 

2通信卫星平台与信道资源的发展

 

2.1卫星通信的频率资源

 

早期GEO卫星转发器主要是C和Ku频段，各有500MHz带宽，其上行分别位于6GHz、14GHz附近，下行分别位于4GHz、12GHz附近;每个转发器的带宽有33MHz、36MHz、54MHz等;Ku后来扩展到800MHz。最近十几年Ka频段2GHz带宽得到了广泛应用，上行、下行分别位于20GHz、30GHz附近。此外还有UHF、L和S频段各有15〜30MHz的带宽可用于卫星移动通信，分别位于0.4GHz、1.6GHz、

 

2GHz左右。目前，正在开发40~60GHz的EHF频段。各频段的可用频带不一定连成一片，具体的频带划分参见文献[4]。采用天线正交极化、多波束卫星天线、低轨道卫星群等技术，可使上述频率重复使用许多次，可用频率资源扩大许多倍。此外采用空间激光通信技术扩展信道资源，特别是星际激光通信链路，其容量可与光纤通信相比拟，而抗干扰抗截获能力更强。

 

2.2通信卫星平台的发展

 

卫星平台技术是推动卫星通信应用和増强市场竞争力的重要因素。目前，世界上最大的通信卫星平台重达7吨、太阳能电池功率达30kW，例如美国Loral公司LS20.20卫星平台，发射质量5〜7吨，电源功率17〜30kW，可支持150个转发器，2012年发射SES-4卫星所用该公司LS-1300平台，功率达20kW。我国自主研制的最大平台是东方红4号平台，重5150kg、太阳能电池功率为10.5kW，处于实验阶段的东5平台规模更大，但与当前国际先进水平仍存在差距。

 

3卫星通信相关技术及其发展现状与前景3.1调制解调技术卫星通信中最常用的调制方式是QPSK、OQPSK和n/4DQPSK等，近年来，高速数据传输的需求与转发器资源紧缺推动了8PSK、16APSK、16QAM等高阶调制方式的研究与应用。其中APSK调制因其星座中所含幅度和相位信息是变量可分离的，可以采用简单的预失真法进行幅度非线性矫正而不影响相位特性，使之在透明转发这种高阶调制信号时的功率效率不明显降低[5,6]。因此，APSK调制在卫星电视广播中得到应用，在卫星宽带移动通信中也有很好的应用前景。

 

格形编码调制(TCM,trelliscodingmodulation)在原理上是一种很好的体制[5];它将信道编码与调制融合在一起，因而几乎不付出频带效率和功率效率降低的代价，就能获得5dB左右的编码増益。TCM调制用于卫星通信的国际标准早己经形成，但因其译码复杂度较高，而且不大便于再级联外码以进一步降低误码率[7,8]，因此应用并不广泛。

 

遥感数据传输和大容量宽带卫星通信中对于高速调制解调技术有迫切需求，目前我国基于FPGA并行实现的高速调制解调己达到1.5Gbit/s，己接近国际先进水平[9]。这个速率基本上能满足通信卫星馈送链路高速数据传输的要求。正交频分复用(OFDM)技术作为一种多载波调制方式，由于其抗多径衰落能力强而在地面蜂窝网第四代(4G)、第五代(5G)移动通信中成为不可或缺的技术[10]，因此人们一直想将其广泛应用于卫星移动通信中。值得注意的是，OFDM本来是不大适于卫星下行链路这种功率严重受限的场合，因为其峰平功率比(PAPR)高，在功放非线性条件下容易产生多载波互调干扰而使链路特性变差。虽己研究出多种方法来克服这个缺点，但没有一种办法是不需付出巨大代价就能完全解决这个问题的[11,12]，不是频带效率显著降低，就是计算复杂度很高。

 

但是，确有一些卫星通信或广播系统的下行链路采用了OFDM体制。IPSTAR-I在60MHz带宽下行链路中采用层叠在OFDM上的TDM技术[13]，其目的是为了扩大复接信号的路数，而非抗多径衰落;因为其Ku频段小站天线口径为0.75〜1.8m，波束主瓣只有1。〜2.3。，周围环境的反射波很难进入天线主瓣，因而多径效应可忽略不计。我们应当看到如此应用OFDM技术，会使其链路信噪比产生明显损失。

 

对于基于多波束天线的GEO或LEO卫星宽带移动通信或广播系统而言，因其多径衰落非常严重，目前下行链路不得不采用OFDM体制。其移动式终端的天线増益很低，例如，L或S频段天线的増益一般只有2〜3dB，这种半球波束天线可接收到的多径信号分量多，多径衰落非常严重，采用OFDM技术有其合理性。事实上在卫星与地面基站相结合的移动数字电视广播系统中己成功应用OFDM[14]，并己形成了国际标准和我国国家标准[15,16]。

 

然而卫星下行链路功率受限问题远比地面移动通信基站严重，驱动多波束卫星天线的功放非线性问题更加严重。加之OFDM系统抗多径衰落效益的发挥有赖于信道信息反馈，而卫星链路时延大，不能及时利用信道信息反馈对各子信道的信息速率和发射功率进行自适应调整。总之，卫星下行链路采用OFDM体制只是当前的无奈之举，而非理想的选择，我们很有必要探索出一种新的传输方式来取代它，因为其中约有30%左右的频带效率和10dB左右的链路信噪比増益的潜力是有可能挖掘出来的。

 

3.2纠错编码技术

 

各种通信业务信息传输的误比特率(BER,biterrorrate)都有最高限度要求，例如：声码话BER为10—3,视频通信BER为10—4,一般数据通信BER为10—6或10—7，无特殊措施的ATM(asyschronioustransfermode)或IP(Internetprotocol)数据传输BER为10—10,深空通信中某些数据传输BER为10—14。当然一般系统不会设计为在传输和解调后所得数据的BER就能达到上述要求，因为这需要很高的链路信噪比，严重浪费发射功率。而采用纠错编码(即信道编码)技术与调制相结合，只需付出很小的频带效率代价就能使BER降低若干个数量级。相应地达到指定BER要求的链路信噪比就可降低几dB，甚至十几dB，也就是可获得相应的编码増益。

 

在卫星通信的前期发展中，使用最为广泛的信道编码是由卷积码作为内码、RS码作为外码的串行级联码。这是因为卷积码实现简单、译码门限较低，而RS码的译码复杂度低，在输入信息误码率较高时能获得较高的编码増益，例如，3/4卷积码与RS编码级联情况下在达到&E^=10—7时可获得5.2dB编码増益。

 

并行级联形式的Turbo码[17]和低密度奇偶效验码(LDPC)[18]是目前2种最先进的信道编码算法，自90年展起来并推广应用之后，很快在地面移动通信等场合得到了很好应用。两者均有2个突出特点：一是都结合了比特交织技术，能有效地纠正突发错误，而多径衰落信道等场合正是容易出现突发性错误;其二是它们的译码门限比卷积码更低，而且能在较高的码率下获得较大的编码増益。这就是说，它们能使整个系统的传输特性以较高的频带效率和功率效率逼近香农容量限。例如，对于QPSK调制采用码率为0.793的Turbo码在BER达到10—7时，比采用RS、卷积码串行级联码的编码増益高1.6dB„IPSTAR-1系统的前向链路采用Turbo码Inmarsat系统也将Turbo码作为高速数据传输系统的核心技术。

 

与Turbo码相比，LDPC码具有编解码简单、码长可以较短、编译码效果更易逼近香农限，因而已成为当前卫星通信中信道编码的首选，特别是宽带移动通信。例如，对于BPSK调制采用1/2码率、107块长的LDPC码在BER达到10—6时所需私/外值为0.04dB，己非常逼近频带效率为1bit/s/Hz时的香农限0dB[20]。目前，己用FPGA实现的LDPC编译码器，最高信息速率可达到10Gbit/s[2U2]，可满足高速调制解调的需求。

 

对于大尺度衰落信道，例如，存在降雨衰落情况下的Ka频段信道，采用自适应编码调制(ACM,adaptivecodingmodulation)可使信道传输效率最大化[23,24]。发送端在保持发送的符号速率和功率不变的情况下，根据接收方反馈回来的私/_队估值，自动选择最佳的调制方式和编码码率进行发送，可以高效地将链路余量，例如，Ka频段的雨衰余量，转化为数据传输吞吐量，同时也可避免了偶然出现的干扰对链路造成的绝对中断。目前市场上己有支持ACM功能的产品。

 

3.3扩频通信技术

 

卫星通信信道开放性的特点带来的隐蔽性差、抗干扰能力弱等缺点，可采用扩频技术克服，因此扩频通信主要用于隐蔽通信和抗干扰军事通信。扩频主要有直接序列扩频(DSSS，directsequencespectrumpreading)、跳变频率(FH,frequencyhopping)、跳变时间和线性调频等4种基本工作方式。这里主要介绍DSSS和FH。

 

DSSS系统中每个符号用一个长度为#的伪随机序列表示，可使其信号的频带扩展#倍，接收端采用同样的序列进行相关接收解扩，因而可使解扩之后的信噪比提高到解扩之前的#倍，即可获得#倍的解扩处理増益。#可以很大，例如，GPS中P码信号的扩频倍数#=204600，即具有53dB的处理増益。因此它可以在接收信号信干噪比很低的条件下进行通信，可使通信信号具有很强的隐蔽性，并使系统具有很高的干扰容限，例如，允许信干比达50dB。如果在接收端解扩之前配合某种自适应信号处理算法，例如，自适应陷波、幅度非线性处理或自适应空间陷波等，还可使系统的干扰容限再提升30〜40dB。

 

基于DSSS利用GEO卫星透明转发器可构成隐蔽性很强的重叠通信系统[26]，将功率谱密度极低的DSSS信号重叠在其他正在进行通信的强信号之上进行较低比特率的通信，则信号具有高度的隐蔽性。

 

跳频(FH)通信中，发送端将调制信号的载波频率在很宽的频率范围中按照某种秘密约定的跳频图案进行跳变，接收端采用同样跳变的本地振荡进行正交下变频，变回为零中频信号再进行基带解调、符号判决和译码。因此FH比DSSS更容易将信号频谱扩展到更宽的频率范围，可获得更高的处理増益。只要跳频范围足够宽、跳速足够快，再配合卫星多波束天线技术从空间躲避可能的干扰，通信的安全性就有充分的保障。我国已实现的FH系统跳频范围可达2GHz，跳速达上万跳/秒[27]，接近国际先进水平。总之，目前卫星通信抗干扰技术已比较成熟，在军事通信中发挥了重要作用。当然，通信对抗双方没有绝对的赢家，只是在一定的条件下有一方取胜。

 

3.4阵列天线技术与卫星蜂窝网技术

 

1)阵列天线技术

 

由于卫星链路传播衰减很大，例如，GEO卫星C、Ku、Ka频段链路的衰减都在200dB左右，需要采用高増益天线，因而天线的尺寸和成本往往成为推广应用的重要障碍。早期是采用VSAT(verysmallapertureterminal)技术来缓解这个问题，即由一个大型中心站与大量的小口径天线终端站一起构成一个星形网。利用中心站天线増益很高、EIRP(equivalentisotropicradiatedpower)值很大的优势，来弥补小站因天线口径小、増益低而使链路预算不足的弱点。后来通过开发更高频段的转发器、増大转发器的发射功率以及采用多波束卫星天线技术提高星上转发器的接收灵敏度和EIRP，更加有效地实现了终端的小型化，天线的尺寸和成本似乎不再是明显的障碍，VSAT的概念也逐渐淡化了。但目前基于GEO卫星Ku频段透明转发器的宽带移动通信，其“动中通”天线的成本仍然很高，相当于通信终端其余部分总成本的6〜10倍。这种天线通常都是采用线阵形式多个阵元实现水平方向跟踪，而采用机械装置实现垂直方向的跟踪。星上采用阵列天线技术形成点波束天线或蜂窝状的多波束天线(MBA,multiplebeamantenna)，可大大提高天线的増益，还实现了频率多次重复利用。卫星MBA主要有3种实现方式，即反射面式、透射式和相控阵形式。

 

反射面MBA由一个或2个反射面和几个独立馈源组成，通过馈源照射到反射面形成多波束。反射面MBA具有结构简单、质量轻和可靠性高等优点而最先得到广泛应用，如Odyssey卫星[28]和日本的ETS-VI卫星[29]。ETS-VI卫星的MBA有2种镜面，20GHz的Ka频段和S频段共用3.5m直径反射镜，30GHz的Ka频段和C频段共用2.5m直径反射镜，实现了13个Ka频段波束覆盖日本大地、C频段单波束覆盖日本中部和5个S频段的波束覆盖200海里海域。

 

相控阵MBA由天线阵、馈电网络及波束形成控制器等组成，通过相移网络调节阵元的激励幅度、相位实现辐射波束指向的改变。相控阵MBA具有损耗低、动态扫描角度大的优点，便于形成蜂窝状MBA。透射式MBA通过网络对辐射阵移相，在覆盖区形成相对固定的波束，波束对辐射阵不扫描但可校正及微调，更适于星体体积和质量较小场合的应用。例如全球星(Globalstar)系统和铱(Iridium)系统

 

中MBA就是采用直接辐射阵列形式、基于模拟射频移相法形成多波束，不同的是前者使用功分器[30]，后者使用Butler矩阵。

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【关键词】卫星通信网络；跨层资源管理；无线资源

众所周知，卫星通信系统当中频谱资源极其的宝贵，为了有效满足用户的相关需求，应该运用相对比较合理的无线资源管理的相关算法来进行有效的保障，该管理的具体目标是在相对比较有限的资源之下，为了对网络当中的用户终端有效提供业务质量方面的保障，最根本的出发点就是在网络的各种业务量的分布不是非常均匀、信道特性因为干扰以及衰弱而造成的起伏变化等相关的情况，对可以运用的资源进行灵活性的分配，进而对网络资源的利用率进行最大程度的提高。

一、对卫星通信系统跨层设计的思想进行分析

通常来讲，卫星通信系统的协议设计方式基本都是在开放系统互联（OSI）标准之上，一般情况下，OSI参考模型主要的目标是为了有效实现开放系统互联所构建的功能分层的模型，这为计算机的互联有效的提供了共同性的基础以及框架，进而为标准的兼容性以及一致性提供了一定的参考[1]。该模型已经在一定程度上有效提供了功能性结构以及概念性结构，该模型具体将计算机网络的结构分成了七层，分别是应用层、表示层、会话层、传输层、网络层、数据链路层以及物理层。这样进行划分存在着很大的优势，具体为：将相对比较类似的功能在同一层次上进行集中，进而对隔层当中的继承以及描述功能进行有效的完成，层与层之间的划分应该有效保证服务描述比较少，跨越边界的交互也应该相对比较少，各层之间的划分应该可以对接口标准提供一定的方便性[1]。在该模型当中，各个层所具有的功能都是相对比较独立的，也就是说，每一层都会对相对上一层进行服务。

二、对跨层资源管理优化目标进行分析

通常来讲，跨层资源管理的实际目标就是在相对比较有限的频谱资源之下来对业务的服务质量进行有效的提高。不同的服务质量需要对各协调层所具有的功能进行有效的协调，对业务提供满意的服务质量。服务质量能够在网络以及用户两角度来进行描述。站在用户角度，能够将其具体定义成：用户综合评价业务的服务满意的实际程度以及业务服务的性能。QoS表示网络能够提供给用户的实际服务质量，这些参数具体包含丢包率、吞吐量、传输延迟[1]。第一，丢包率：指的主要是数据包在网络当中进行传输时所丢失的数据包和已经发送的数据包总数之间的比值。当网络发生拥塞或者链路发生干扰进而引起衰落时，会导致数据包的严重丢失。第二，吞吐量：指的主要是网络当中数据包的传输速率，能够表示为峰值速率或者平均速率，取决于结点设备的端口速率以及链路速率，同时还包括网络的业务量实际状况。第三，传输延迟：指的主要是在网络当中数据包从源端直接发送到目的端所经历的实际传输时间的具体间隔【2】。导致网络发生延迟的非常关键的原因包括：排队延迟、信道带宽、链路的速度延迟等等。卫星网络当中主要包含两种业务类型，分别是非实时业务以及实时业务，其中，非实时业务主要包含Web浏览、电邮业务以及FTP文件下载等等；实时业务主要包含视频点播、视频会议以及话音业务等[2]。通常来讲，实时业务对延迟非常的敏感，应该运用传输的信息数量来进行描述。一般存在着非常严格的数据包丢失方面的要求，然而，对于一次传输完成不存在时间方面的限制。总的来讲，卫星网络跨层资源管理方法的具体目标是按照应用层所能够承载实际业务的服务质量，在无线资源的相关限制之下，利用相对比较科学合理的对各层协议功能进行调整，在卫星网络环境的动态变化当中，来对业务的服务质量方面的要求进行有效的满足。

三、对卫星通信系统当中的无线资源管理存在的问题进行分析

通常来讲，卫星通信系统当中的无线资源的概念是非常广泛的，可以说频率、码字以及时间等。在任何一个角度，卫星通信系统在资源方面都是受到一定限制的，并且，随着卫星网络支持业务的迅速增加和服务质量要求的提高，这就造成卫星网络提供的服务提出了全新的要求。所以，怎样有效利用有限的无线资源来对逐渐进行增长的业务要求进行满足，已变成急需进行解决的一个问题[3]。无线资源管理是对卫星系统当中的空中接口资源进行调度以及规划。具体的目标是在相对比较有限的无线资源之下，为所有的用户都提供相对比较满意的服务质量。通常来讲，卫星效率资源极其的宝贵，怎样对其进行科学合理的分配，应该依靠无线资源管理算法。这类算法具体有：数据包调度、接入控制以及带宽分配等相关的技术。下面对这些技术进行具体的分析：第一，接入控制：卫星网络的信道属于是相对比较开放的媒介，带宽资源也是受到了一定的限制，因此，所有的节点都需要利用竞争来发送数据。第二，数据包的调度算法：卫星通信系统当中的很多全新业务的引入会造成上行路以及下行路线路当中业务量相差非常大，其中下行链路业务是主要的，具体的发展趋势相似于固定的因特网。为了能够有效的适用上面的趋势并对卫星系统当中的下行链路数据的传输速率以及频谱效率进行有效的提高，这就需要有效以及高速的调度算法来作为保证[3]。该算法的主要功能是当卫星包调度算法当中存在很多的业务队列时，根据哪种顺序来调度业务队列来有效保证服务质量。因为卫星信道的高误码率特性以及长延迟造成地面的无线网络当中相对比较常用的调度算法在卫星网络当中会产生性能方面的降低。第三，带宽分配算法：该算法指的主要是在动态或者动态的资源分配的前提之下，将信道资源根据一定的方法向接入节点进行分配，保证节点能够传输数据【3】。现阶段，卫星网络的带宽分配算法主要有根据恒定的速率分配，在连接的初始阶段对传输速率进行有效的协商，在整个的连接过程当中来对速率维持不变。

四、结束语

综上所述，对于卫星网络无线资源管理方法当中的数据包调度、带宽分配以及接入控制等相关的问题进行了深入性的研究。对跨层设计的思想进行有效的结合并给出了全新的思路以及方法，给出全新的研究结论，为之后的研究提供依据。

参考文献

[1]周坡,曹志刚.基于网络效用的OFDM卫星移动通信系统呼叫接纳控制[J].宇航学报,2012,05:628-634.

[2]吕蓉,陆锐敏,曹志刚.一种用于宽带卫星通信网络的跨层星上缓存管理策略[J].理工大学学报(自然科学版),2010,01:1-5.

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[关键词] 无线通信 技术分析

无线通信技术的概念 目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用服务器等组成。 无线通信技术的发展现状 无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术，即基于IEEE802.15的无线个域网（WPAN）、基于IEEE802.11的无线局域网（WLAN）、基于IEEE802.16的无线城域网（WMAN）及基于IEEE802.20的无线广域网（WWAN）。 总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5GHz无线接入（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。

一、无线技术优劣分析

1、 WLAN技术分析 Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管Wi-Fi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，Wi-Fi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。

2 、WiMax技术分析 WiMax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接入服务。

3、 WMN技术分析 WMN是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，WMN 这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到检测、、等领域。随着其他技术的不断更新完善，WMN 更好地与之相融合、互补，从而能够扬长避短，发挥出各自的优势。

4 、3G技术分析 3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、模型预算以及仿真等。从商用前景看，目前，3G在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。

5、 LMDS技术分析 本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点的固定宽带无线接入技术，其工作频率在20GHZ以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。 其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去，在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号，在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下，实现数据双向对称高带宽无线传输。

6 、MMDS技术分析 MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200MHz。其次，MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调制QAM调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，MMDS没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。

7、利用卫星在有些不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，又可靠。 但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台，其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金，而且通信资源为卫星通信公司所有，受其带宽的限制，使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此，作为日常生产、生活使用是极为不经济的；而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。

二、无线技术综合比较

目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。首先，从标准化程度上看，本报告所涉及的技术中，仅仅WMN技术没有成熟的标准体系，LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准，只是没有统一的国际标准，其余的技术均已经完成标准化工作，并且都进行了试验网建设和商业网建设。从频率上看，Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段，WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。 从覆盖范围上看，Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术，仅覆盖35m～100m；WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术，覆盖范围在1km～54km不等，而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术，通常用于通信主干组网建设。 从传输速率上看，点对点微波和卫星通信属于干线传输技术，不同的情况速率变化较大，而其余的技术均为接入技术，仅仅是3G技术接入速率最小，仅为384k，而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。 从调制技术上看，其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM，其余的技术均未采用OFDM调制技术。 从天线技术上看，仅仅3G和WiMax技术采用了MIMO技术，而其他技术均未采用MIMO技术；从传输环境上看，仅仅WiMax技术和3G技术支持非视距传输，其余技术均要求视距传输环境；从网络安全和QoS机制上看，WiMax技术和3G技术在这方面做得比较优秀、完善，其余的均存在较大的问题。

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关键词：无线通信；电网通信；技术分析

一、概述

电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设，已经初具规模，通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展，无线通信系统的特性发生巨大的变化。鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架，且抗自然灾害能力较强，同时具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点，非常适合弥补目前通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点，并分析其在电力系统的应用前景。

二、无线技术介绍

（一）无线通信技术的概念

目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。

（二）无线通信技术的发展现状

无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术，即基于IEEE802.15的无线个域网（WPAN）、基于IEEE802.11的无线局域网（WLAN）、基于IEEE802.16的无线城域网（WMAN）及基于IEEE802.20的无线广域网（WWAN）。

总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5GHz无线接入（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。

1.主流无线通信技术

从技术发展的趋势可以看出，以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术。

2.其他无线通信技术

除了上述主流的无线通信技术外，目前已存在的无线通信技术还包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距离通信技术及LMDS、MMDS、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。

（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0～1m之间，传输速率最快可达16Mbps，通信介质为波长900纳米左右的近红外线。

（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。

（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射频识别，俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签、解读器和天线三个基本要素组成。

（4）UWB：UltraWideband，即超宽带技术。UWB通信又被称为是无载波的基带通信，几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此可以减小系统的复杂性，降低成本。

三、无线技术优劣分析

（一）WLAN技术分析

Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管Wi-Fi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，Wi-Fi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。

（二）WiMax技术分析

WiMax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接入服务。

（三）WMN技术分析

WMN是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，WMN这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。随着其他技术的不断更新完善，WMN更好地与之相融合、互补，从而能够扬长避短，发挥出各自的优势。

（四）3G技术分析

3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看，目前，3G在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。

（五）LMDS技术分析

本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接入技术，其工作频率在20GHZ以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。

其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去，在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号，在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下，实现数据双向对称高带宽无线传输。

（六）MMDS技术分析

MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200MHz。其次，MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调制QAM调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，MMDS没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。

（七）集群通信技术分析

数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也有很大改善。

数字集群移动通信系统可提供多业务服务，也就是说除数字语音信号外，还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号，因此极大地提高了集群网的服务功能。

（八）点对点微波通信技术分析

微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比，微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二，微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比，其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三，目前的微波产品对未来的发展是有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传输系统将升级到全IP的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。

（九）卫星通信技术分析

利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，经济又可靠。

但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台，其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金，而且通信资源为卫星通信公司所有，受其带宽的限制，使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此，作为日常生产、生活使用是极为不经济的；而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。

四、无线技术综合比较

目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。

首先，从标准化程度上看，本报告所涉及的技术中，仅仅WMN技术没有成熟的标准体系，LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准，只是没有统一的国际标准，其余的技术均已经完成标准化工作，并且都进行了试验网建设和商业网建设。

从频率上看，Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段，WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。

从覆盖范围上看，Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术，仅覆盖35m～100m；WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术，覆盖范围在1km～54km不等，而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术，通常用于通信主干组网建设。

从传输速率上看，点对点微波和卫星通信属于干线传输技术，不同的情况速率变化较大，而其余的技术均为接入技术，仅仅是3G技术接入速率最小，仅为384k，而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。

从调制技术上看，其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM，其余的技术均未采用OFDM调制技术。

从天线技术上看，仅仅3G和WiMax技术采用了MIMO技术，而其他技术均未采用MIMO技术；从传输环境上看，仅仅WiMax技术和3G技术支持非视距传输，其余技术均要求视距传输环境；从网络安全和QoS机制上看，WiMax技术和3G技术在这方面做得比较优秀、完善，其余的均存在较大的问题。

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［论文摘要］随着现代科学技术的飞速发展，构建完善坚强可靠的电力通信网，显得越来越重要。文章结合电力通信的特点和需求及无线新技术的特性，分析无线通信技术在电网通信中的应用前景。

一、概述

电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设，已经初具规模，通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展，无线通信系统的特性发生巨大的变化。鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架，且抗自然灾害能力较强，同时具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点，非常适合弥补目前通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点，并分析其在电力系统的应用前景。

二、无线技术介绍

（一）无线通信技术的概念

目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。

（二）无线通信技术的发展现状

无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术，即基于IEEE802.15的无线个域网（WPAN）、基于IEEE802.11的无线局域网（WLAN）、基于IEEE802.16的无线城域网（WMAN）及基于IEEE802.20的无线广域网（WWAN）。

总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5GHz无线接入（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。

1.主流无线通信技术

从技术发展的趋势可以看出，以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术。

2.其他无线通信技术

除了上述主流的无线通信技术外，目前已存在的无线通信技术还包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距离通信技术及LMDS、MMDS、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。

（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0～1m之间，传输速率最快可达16Mbps，通信介质为波长900纳米左右的近红外线。

（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。

（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射频识别，俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签、解读器和天线三个基本要素组成。

（4）UWB：UltraWideband，即超宽带技术。UWB通信又被称为是无载波的基带通信，几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此可以减小系统的复杂性，降低成本。

三、无线技术优劣分析

（一）WLAN技术分析

Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管Wi-Fi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，Wi-Fi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。

（二）WiMax技术分析

WiMax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接入服务。

（三）WMN技术分析

WMN是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，WMN这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。随着其他技术的不断更新完善，WMN更好地与之相融合、互补，从而能够扬长避短，发挥出各自的优势。

（四）3G技术分析

3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看，目前，3G在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。

（五）LMDS技术分析

本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接入技术，其工作频率在20GHZ以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。

其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去，在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号，在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下，实现数据双向对称高带宽无线传输。

（六）MMDS技术分析

MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200MHz。其次，MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调制QAM调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，MMDS没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。

（七）集群通信技术分析

数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也有很大改善。

数字集群移动通信系统可提供多业务服务，也就是说除数字语音信号外，还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号，因此极大地提高了集群网的服务功能。

（八）点对点微波通信技术分析

微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比，微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二，微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比，其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三，目前的微波产品对未来的发展是有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传输系统将升级到全IP的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。

（九）卫星通信技术分析

利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，经济又可靠。

但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台，其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金，而且通信资源为卫星通信公司所有，受其带宽的限制，使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此，作为日常生产、生活使用是极为不经济的；而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。

四、无线技术综合比较

目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。

首先，从标准化程度上看，本报告所涉及的技术中，仅仅WMN技术没有成熟的标准体系，LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准，只是没有统一的国际标准，其余的技术均已经完成标准化工作，并且都进行了试验网建设和商业网建设。

从频率上看，Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段，WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。

从覆盖范围上看，Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术，仅覆盖35m～100m；WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术，覆盖范围在1km～54km不等，而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术，通常用于通信主干组网建设。

从传输速率上看，点对点微波和卫星通信属于干线传输技术，不同的情况速率变化较大，而其余的技术均为接入技术，仅仅是3G技术接入速率最小，仅为384k，而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。

从调制技术上看，其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM，其余的技术均未采用OFDM调制技术。

从天线技术上看，仅仅3G和WiMax技术采用了MIMO技术，而其他技术均未采用MIMO技术；从传输环境上看，仅仅WiMax技术和3G技术支持非视距传输，其余技术均要求视距传输环境；从网络安全和QoS机制上看，WiMax技术和3G技术在这方面做得比较优秀、完善，其余的均存在较大的问题。

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民用航空对通信的需求有着非常显著的自身特点。首先，航空通信要求覆盖范围广，可以覆盖飞行的全程，既包括大陆地区，也包括偏远的洋区和极地地区；其次，因为所传输的信息关乎飞行安全，所以航空业对通信的可靠性有着非常高的要求，这种高可靠需要在航空器高速飞行过程中、在机载设备和地面系统所处的相对复杂的电磁环境下得以保持；此外，航空通信系统要既能够提供实时的语音通信，也能够提供传输文本指令、图形等信息的数据通信服务。因此，航空通信系统无法使用单一的技术满足诸多的需求，需要依据的不同应用范围、对传输质量要求、频率资源和电磁环境等多种因素，采用适当的通信技术。经过几十年的发展，民用航空领域逐步形成了由多种通信技术构成的复杂的通信系统。从通信应用的范围来看，航空通信通常被分为地空通信和地面通信，这也是国际民航组织在最新版的《全球空中航行计划》中所采用的分类方法。除了与空中飞行的航空器进行通信，地空通信也包括了机场场面通信的部分，因此也被称为航空移动通信。地面通信过程中的各方通常位于固定的位置，所以也称为航空固定通信。（见图1）地空通信和地面通信采用的通信技术有很大不同。在大陆地区，地空通信主要使用甚高频（VHF）频段(118MHz–137MHz)模拟调制技术(DSB-AM)，实现地面与空中的语音通信。这项技术的使用已经有50多年的历史，目前仍然是主用的地空通信手段。在偏远地区和洋区，则使用高频(HF)或卫星通信完成地空通话。

在我国，甚高频地空语音通信是目前使用的主要地空通信手段，达到了相当的覆盖程度。在机场终端管制范围内，甚高频通信可提供塔台、进近、航站自动情报服务、航务管理等通信服务；在航路对空通信方面，随着在全国大中型机场及主要航路航线上的甚高频共用系统和航路甚高频遥控台的不断建设，使我国东部地区6600米以上空域基本实现了双重覆盖，西部大部分地区，包括主要航路6600米以上空域实现单重覆盖(见图2)。通过与语音通信交换系统（内话系统）的配合，改变了原有甚高频电台与航空器点对点通信模式。通过内话系统的交换和联网能力，实现了对空通信与地面通信的语音综合调度，不仅集中利用了通信资源，而且大大改善了地空管制和地面协调的通信可靠性和服务质量。20世纪90年代，随着飞行量上升带来的无线电频率资源紧张情况不断加剧，与此同时，数字通信技术的发展以及地面设备、机载设备自动化能力的增强，使得引入新的地空数据通信技术各方面条件已经成熟。地空数据通信技术主要代表有面向字符传输的飞机通信寻址与报告系统(ACARS)，该系统可以工作在甚高频、高频和卫星通信信道上，提供低速率的数字通信服务。随后，国际民航组织采纳了更高传输速率、面向比特传输的甚高频数据链模式2(VDLMode2)技术，作为在大陆地区主要使用的地空数据通信手段。

地面通信也分为语音通信和数据通信两类。常见的管制中心之间的管制电话，管制单位内部的内话系统都属于地面语音通信的范畴。地面数据通信应用也非常广泛，在航班运行过程中，空管、航空公司、机场等运行单位之间以及各单位内部有大量的信息需要传递，包括航班计划、飞行动态、流量信息、航行情报、气象信息等等。早在20世纪50年代，基于电传电报技术的航空固定电信网(AFTN)就开始在民航使用，事实上这是第一个全球范围内的电报处理系统，航班准备与飞行过程中的重要信息通过这个系统到各个相关部门。随着通信网络技术的飞速发展，新技术不断被引入航空地面通信。语音传输实现了模拟到数字的转变，AFTN网络也使用X.25网络和计算机处理系统代替了原有的电传方式。许多国家和地区，以及航空企业也利用现代网络通信技术，陆续建成了承载多种业务、覆盖范围不等的综合数据通信网络，提供服务质量更好、成本更低的地面数据通信服务。虽然地空通信和地面通信采用的不同的通信技术体制，但是，机载系统和地面各种自动化系统之间紧密协作的需求非常迫切。因此，信息在空中和地面无缝地传输始终是航空通信系统发展的目标之一。20世纪90年代，国际民航组织开始着手规划新一代空中航行系统，提出了航空电信网(ATN)作为航空通信网络的解决方案。航空电信网利用异构网络互联技术，实现航空器、空管、航空公司、机场等各方的计算机网络的互联，形成一个全球化无缝隙的互联网络。航空电信网具有强大的集成能力、完善的安全机制和可靠的传输方案，可集成多种数据子网，保护原有网络投资，实现统一数据传输服务。

二、面临的挑战

多年以来，航空通信系统虽然通过引入新的技术不断进行自身的改进，但是，系统仍然面临着非常大的挑战。特别是地空甚高频通信，由于通信频率资源紧张、原有模拟调制技术的限制，在一些飞行繁忙地区，地空通信系统处理能力逐渐接近饱和。以欧洲地区为例，据预测，自2011年以后欧洲地区的飞行量将以每年3%的速度增长。虽然欧洲地区已经在2007年将FL195高度层以上的VHF通信频率间隔从25KHz缩小到8.33KHz，但以这种增长速度，VHF地空通信系统仍将面临非常大的压力。在地面通信领域，随着计算机的发展，各种业务系统自动化处理能力不断增强，更多的数据类型、更大的数据量需要经过地面网络传输，同时地面网络也承担起了连接不同的业务处理系统的职能，原有的以面向字符传输的技术。作为基础设施之一，通信系统服务于航空系统的运行需求。目前航空通信系统面临的压力，主要是系统运行需求变化与现有通信技术体制之间的矛盾造成的。航空系统运行需求变化一方面体现为业务量的快速增长，飞行量的增长直接带来了通信量的增长；另一方面，航空系统运行方式的改变，也对航空通信提出了新的需求。国际民航组织通过《全球空中交通管理运行概念》(Doc9854)描述了新一代航行系统的愿景，提出了由灵活空域管理、4D航迹、流量与容量管理、信息服务等一系列新的元素组成的运行概念。通过信息服务，运行概念中的各部分整合为一个有机的整体。毫无疑问，航空通信系统是信息服务这一概念实现的主要承载者。通信技术是当今最为活跃的技术领域之一，这为航空通信系统的改进提供了更多可用的技术资源，但也为新的设计和改进带来了挑战，需要在规划设计过程别注意技术的选择以及技术变化的影响。

三、航空通信服务

为了更好地规划航空通信系统的发展，目前，航空通信系统改进的规划和实施工作通常采用通信服务和通信技术分离的方法。航空通信服务面向空中交通服务、航空运行控制服务等业务需求，将其中的关键业务环节抽象为一系列服务。根据航空系统运行概念和运行方式的变化而调整，是相对比较稳定的；航空通信技术是基于航空通信服务的需求，所选择的适当的通信技术方案，相对来说变化更加频繁一些。目前，航空通信服务的定义和研究工作主要关注与飞行安全和航班正常运行的通信部分，围绕着空中交通服务通信和航空运行控制通信服务展开。在空中交通服务通信方面，以飞行各阶段飞行员与管制员的通信为主，辅助以航行通告和气象信息，规定了一系列服务；航空运行控制通信服务的定义则关注航班的执行情况和航空器机务状态。比较有代表性的通信服务定义工作是美国标准化组织RTCA和欧洲标准化组织EUROCAE联合开展的一系列标准开发项目，通过这些项目开发了空中交通服务通信领域的地空数据通信服务的安全、性能和互操作性方面的需求。在被称为ATN基线(ATNBaseline1)的标准中，主要定义的服务包括：数据链能力（DLIC）、ATC通信管理（ACM）、ATC管制指令（ACL）、数字放行（DCL）、ATC话筒检查（AMC）。目前，ATN基线1中的基本服务已经在欧洲核心地区投入运行。正在开发中的ATN基线2(ATNBaseline2)标准在此基础上对现有服务进行了增强，并增加了新的数据通信服务，包括支持4D航迹的4DTRAD、支持场面运行的D-TAXI、支持间隔管理的ITP、支持飞行信息服务的终端区信息服务D-OTIS、数字化跑道视程D-RVR、危险天气信息D-HZWX等。

另外一项由美国和欧洲联合发起的未来通信系统研究(FCS)项目，针对中长期的航空通信服务和技术进行研究,提出了《未来无线通信系统运行概念和需求》。这项研究关注2030年时间框架内的空中交通服务通信和航空运行控制通信服务，研究并定义了机场、终端区、大陆地区航路、偏远地区和洋区的所需的通信服务，包括数据通信和语音通信，同时提出了通信服务质量方面的需求，比如传输性能、安全性等。这项研究已经得到了国际民航组织通信专家组(ACP)的支持，纳入了国际民航组织的工作范围。在地面通信服务方面，国际民航组织将管制移交(AIDC)和空管服务信息处理系统(AMHS)作为近期推广实施的通信服务。其中，AMHS将逐步代替现有的AFTN系统，传输航班计划、航行情报和气象信息。在中远期，这些服务融合到新的全系统系统管理(SWIM)中的各种业务服务中，包括数字化的航空情报信息(AIM)，先进的气象信息(AdvancedMET)和协同环境下的航班和流量信息(FF-ICE)等。

四、航空通信新技术

目前的空中交通服务通信和航空运行控制通信服务仍以话音为主，支持大部分服务。