鐵路通訊系統(tǒng)中的衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用

王 莉

摘要:目前,衛(wèi)星通信已成為鐵路數(shù)據(jù)通信網(wǎng)的一個(gè)重要組成部分,并使得數(shù)據(jù)、聲音、圖像的傳輸過(guò)程更為安全、穩(wěn)定、可靠。對(duì)于一向落后的鐵路通信系統(tǒng),隨著衛(wèi)星通信設(shè)備的采用,其狀況必將發(fā)生翻天覆地的變化。而衛(wèi)星通信站的建立,也將使鐵路通信傳輸網(wǎng)絡(luò)的話務(wù)量進(jìn)一步擴(kuò)大,地域面更廣,尤其為應(yīng)急搶險(xiǎn)又備份了一條路徑。

關(guān)鍵詞:衛(wèi)星通信;中繼站;數(shù)據(jù)傳輸;鐵通公司

中圖分類號(hào):TN91文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B文章編號(hào):1009-8631(2009)12-0099-02

引言

衛(wèi)星通信是一種利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來(lái)轉(zhuǎn)發(fā)無(wú)線電波而進(jìn)行的兩個(gè)或多個(gè)地球站之間的通信。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由通信衛(wèi)星和經(jīng)該衛(wèi)星連通的地球站兩部分組成。靜止通信衛(wèi)星是目前全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)中最常用的星體,是將通信衛(wèi)星發(fā)射到赤道上空 35860 公里的高度上,使衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致,并使衛(wèi)星的運(yùn)轉(zhuǎn)周期正好等于地球的自轉(zhuǎn)周期( 24 小時(shí)),從而使衛(wèi)星始終保持同步運(yùn)行狀態(tài)。故靜止衛(wèi)星也稱為同步衛(wèi)星。靜止衛(wèi)星天線波束最大覆蓋面可以達(dá)到大于地球表面總面積的三分之一。因此,在靜止軌道上,只要等間隔地放置三顆通信衛(wèi)星,其天線波束就能基本上覆蓋整個(gè)地球(除兩極地區(qū)外),實(shí)現(xiàn)全球范圍的通信。目前使用的國(guó)際通信衛(wèi)星系統(tǒng),就是按照上述原理建立起來(lái)的,三顆衛(wèi)星分別位于大西洋、太平洋和印度洋上空。

與其它通信手段相比,衛(wèi)星通信具有許多優(yōu)點(diǎn):一是電波覆蓋面積大,通信距離遠(yuǎn),可實(shí)現(xiàn)多址通信。在衛(wèi)星波束覆蓋區(qū)內(nèi)一跳的通信距離最遠(yuǎn)為 18000 公里。覆蓋區(qū)內(nèi)的用戶都可通過(guò)通信衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)多址聯(lián)接,進(jìn)行即時(shí)通信。二是傳輸頻帶寬,通信容量大。衛(wèi)星通信一般使用 1~10 千兆赫的微波波段,有很寬的頻率范圍,可在兩點(diǎn)間提供幾百、幾千甚至上萬(wàn)條話路,提供每秒幾十兆比特甚至每秒一百多兆比特的中高速數(shù)據(jù)通道,還可傳輸好幾路電視。三是通信穩(wěn)定性好、質(zhì)量高。衛(wèi)星鏈路大部分是在大氣層以上的宇宙空間,屬恒參信道,傳輸損耗小,電波傳播穩(wěn)定,不受通信兩點(diǎn)間的各種自然環(huán)境和人為因素的影響,即便是在發(fā)生磁爆或核爆的情況下,也能維持正常通信。

衛(wèi)星傳輸?shù)闹饕秉c(diǎn)是傳輸時(shí)延大。在打衛(wèi)星電話時(shí)不能立刻聽(tīng)到對(duì)方回話,需要間隔一段時(shí)間才能聽(tīng)到。其主要原因是無(wú)線電波雖在自由空間的傳播速度等于光速(每秒30萬(wàn)公里),但當(dāng)它從地球站發(fā)往同步衛(wèi)星,又從同步衛(wèi)星發(fā)回接收地球站,這“一上一下”就需要走8萬(wàn)多公里。打電話時(shí),一問(wèn)一答無(wú)線電波就要往返近16萬(wàn)公里,需傳輸0.6秒鐘的時(shí)間。也就是說(shuō),在發(fā)話人說(shuō)完0.6秒鐘以后才能聽(tīng)到對(duì)方的回音,這種現(xiàn)象稱為“延遲效應(yīng)”。由于“延遲效應(yīng)”現(xiàn)象的存在,使得打衛(wèi)星電話往往不象打地面長(zhǎng)途電話那樣自如方便。

衛(wèi)星通信是軍事通信的重要組成部分。目前,一些發(fā)達(dá)國(guó)家和軍事集團(tuán)利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)完成的信息傳遞,約占其軍事通信總量的80% 。

衛(wèi)星通信的主要發(fā)展趨勢(shì)是:充分利用衛(wèi)星軌道和頻率資源,開(kāi)辟新的工作頻段,各種數(shù)字業(yè)務(wù)綜合傳輸,發(fā)展移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。衛(wèi)星星體向多功能、大容量發(fā)展,衛(wèi)星通信地球站日益小型化,衛(wèi)星通信系統(tǒng)的保密性能和抗毀能力進(jìn)一步提高。

一、衛(wèi)星通信技術(shù)的分類

衛(wèi)星在通信、廣播、導(dǎo)航定位、遙感遙測(cè)、地球資源、環(huán)境監(jiān)測(cè)、軍事偵察、氣象服務(wù)等方面體現(xiàn)出日益重要的價(jià)值。特別是在軍事應(yīng)用方面,已成為現(xiàn)代高技術(shù)條件下局部戰(zhàn)爭(zhēng)中保障通信指揮、控制和信息傳遞極為重要的手段,因此,不僅西方各軍事強(qiáng)國(guó),就連不少發(fā)展中國(guó)家對(duì)軍事通信衛(wèi)星也特別重視。近年來(lái),衛(wèi)星通信技術(shù)已進(jìn)人數(shù)字化發(fā)展的階段。

1.1 低速話音編碼技術(shù)

在過(guò)去較長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi),32kbit/s的連續(xù)可變斜率增量調(diào)制(CVSD)編碼技術(shù)在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中占據(jù)主導(dǎo)地位。隨著通信容量的增加和頻率資源的緊張,迫切需要低速率且高質(zhì)量話音的低速話音編碼技術(shù)。目前,低速話音編碼技術(shù)已取得了突破性進(jìn)展,相繼出現(xiàn)了32kbit/s的自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制(ADPCM)、低時(shí)延16/8/4.8kbit/s的碼激勵(lì)線性預(yù)測(cè)(CELP)、4.8/2.4kbit/s的多帶激勵(lì)(MBE)。特別是4.8/2.4kbit/s的MBE話音編碼技術(shù)已在系統(tǒng)中使用,在4.8kbit/s速率上的話音質(zhì)量已接近64kbit/s的PCM的長(zhǎng)話質(zhì)量,超過(guò)32kbit/s的CVSD的話音質(zhì)量。采用低速率話音編碼可以大大提高衛(wèi)星通信質(zhì)量。

1.2 先進(jìn)信道編碼技術(shù)

信道糾錯(cuò)編碼技術(shù)也有很大發(fā)展,有先進(jìn)的軟判決維特比譯碼和雙層級(jí)聯(lián)碼等。軟判決維特比譯碼廣泛應(yīng)用于衛(wèi)星通信終端,它可以使信道質(zhì)量明顯改善,在誤碼率為10“的條件下,其編碼增益大于5.8dB。雙層級(jí)聯(lián)碼(即外層用R-S碼交織,內(nèi)層用卷積碼)能有效地糾正隨機(jī)和突發(fā)錯(cuò)誤,在碼率為10-5時(shí),其編碼增益可達(dá)6-7dB。采用先進(jìn)信道編碼技術(shù)可以提高傳輸質(zhì)量,并節(jié)省衛(wèi)星功率。

1.3 格狀編碼調(diào)制(TCM)技術(shù)

衛(wèi)星信道既是帶寬和功率受限的信道,又是非線性信道,它需要具有已調(diào)載波功率譜密度比較集中的調(diào)制方式,因此,通常采用恒定包絡(luò)制方式。在恒定包絡(luò)制方式中,又廣泛采用相位調(diào)制(PSK)方式。但是,相位調(diào)制方式存在非連續(xù)相位轉(zhuǎn)移的缺點(diǎn),為了克服這一缺點(diǎn),獲得更佳的性能,最新發(fā)展起來(lái)的格狀編碼調(diào)制是衛(wèi)星系統(tǒng)中調(diào)制技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)。格狀編碼調(diào)制是一種不犧牲帶寬的有效性而提高功率有效性并與信道編碼相結(jié)合的技術(shù)。目前,8PSK和16PSK的64kbit/s格狀編碼調(diào)制數(shù)字調(diào)制解調(diào)器已應(yīng)用于衛(wèi)星通信中,它與普通相位調(diào)制相比,在不增加帶寬、不改變速度的條件下,可提高3-5dB的調(diào)制增益。

1.4 混合多址技術(shù)

對(duì)于數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng),時(shí)分多址(TDMA)適用于40Mbit/s以上速率的系統(tǒng),而碼分多址(CDMA)則在微型地球站VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)中廣泛采用。TDMA在充分利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率和機(jī)動(dòng)靈活組網(wǎng)方面有很大的潛力,配合多波束天線,即可實(shí)現(xiàn)星上交換時(shí)分多址(SS-TDMA)方式;還有一類低速時(shí)分多址(LA-TDMA)方式,這種方式所需的全向有效輻射功率(EIRP)小,便于大規(guī)模集成電路的應(yīng)用,成本低,斟而發(fā)展較快。

CDMA技術(shù)具有抗干擾、保密等優(yōu)點(diǎn),對(duì)軍事通信系統(tǒng)有很大的吸引力,且有多種使用方式。時(shí)分復(fù)用/碼分多址(TDM/CDMA)方式已在VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)中應(yīng)用;直接序列擴(kuò)頻/跳頻/碼分多址(DS/FH/CDMA)是直接序列擴(kuò)頻與低速跳頻混合的多址方式,具有信道容量更大、抗干擾能力更強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn);隨機(jī)分配碼分多址(RA-CDMA)方式是把碼分多址的優(yōu)點(diǎn)與數(shù)據(jù)分組通信方式(數(shù)據(jù)傳輸和交換的動(dòng)態(tài)分配技術(shù)ALOHA)的特點(diǎn)結(jié)合在一起,使信道通信容量和抗干擾能力進(jìn)一步提高。

二、衛(wèi)星通信在鐵路應(yīng)急搶險(xiǎn)中的作用

2.1工作模式

(1)衛(wèi)星通信接收示意圖(見(jiàn)圖1)。

2.2使用容量

目前,鐵通公司在全國(guó)有九個(gè)基站將衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信作為搶險(xiǎn)備份通道。開(kāi)通一個(gè)2M帶寬作為語(yǔ)音通道,一個(gè)2M帶寬作為圖像通道。

2.3基站系統(tǒng)維護(hù)

鐵通公司的衛(wèi)星系統(tǒng)維護(hù)包括下內(nèi)容:

(1)定期測(cè)試:網(wǎng)管室(站)定期核對(duì)網(wǎng)關(guān)的各種參數(shù)及與北京主站的聯(lián)網(wǎng)通話功能;

(2)硬件設(shè)備巡檢:電源、饋線、天線;

(3)站內(nèi)自檢。

三、結(jié)束語(yǔ)

信息技術(shù)作為本世紀(jì)重要的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè),其發(fā)展方興未艾,衛(wèi)星通信后來(lái)居上,兇猛異常地發(fā)展起來(lái)。一向落后的鐵路通信,隨著衛(wèi)星通信設(shè)備的采用,其狀況必將發(fā)生翻天覆地的變化。因此,了解衛(wèi)星通信的基本原理及特點(diǎn),并進(jìn)一步引進(jìn)吸收國(guó)內(nèi)外先進(jìn)技術(shù),是我們發(fā)展鐵路通信的必經(jīng)之路。

參考文獻(xiàn):

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[3] 張育林.分布式衛(wèi)星系統(tǒng)理論及應(yīng)用[M].北京:科學(xué)技術(shù)出版社,2007.作者簡(jiǎn)介:王莉(1957- ),女,現(xiàn)就職于鐵通西安分公司線路中心。