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卫星通信及应用卫星及通信系统应用一、卫星通信的概述（一）、卫星通信的发展过程卫星通信的发展过程，大约经历了以下两个阶段： 卫星通信的实验阶段（19541964年） （A） 无源卫星通信实验从1954年至1964年，美国曾先后利用月球、无源气球卫星、铜针无源偶极子带等作为中继站，进行了电话、电视传输试验，由于种种原因，接收到的信号质量不高，实用价值不大。 （B） 有源卫星通信实验主要有： （1）低轨道迟延式试验通信卫星（2）中、高度轨道试验通信卫星（3）同步轨道试验通信卫星 卫星通信的实用及提高阶段（1965年） 1965年4月，西方国家财团组成的“国际卫星通信组织”把第一代“国际通信卫星”（INTELSATI，简记为ISI，原名“晨鸟”）射入静止同步轨道，正式承担国际通信业务。这标志着卫星通信开始进入实用与提高、发展的新阶段。 （二）、卫星通信系统的组成及优点1、卫星通信系统的组成 一个卫星通信系统是由空间分系统，通信地球站，跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等四大部分组成。 2、卫星通信系统的优点 卫星通信的优点主要有：（1）通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可进行通信。 （2）不易受陆地灾害影响。 （3）建设速度快。 （4）易于实现广播和多址通信。 （5）电路和话务量可灵活调整。 （6）同一信道可用于不同方向和不同区域。 （三）、卫星通信的技术在微波频带，整个通信卫星的工作频带约有500MHZ宽度，为了便于放大和发射及减少变调干扰，一般在星上设置若干个转发器。每个转发器的工作频带宽度为36MHZ或72MHZ。目前的卫星通信多采用频分多址技术，不同的地球站占用不同的频率，即采用不同的载波。它对于点对点大容量的通信比较适合。近年来，已逐渐采用时分多址技术，即每一地球站占用同一频带，但占用不同的时隙，它比频分多址有一系列优点，如不会产生互调干扰，不需用上下变频把各地球站信号分开，适合数字通信，可根据业务量的变化按需分配，可采用数字话音插空等新技术，使容量增加5倍。另一种多址技术是码分多址（CDMA），即不同地地球站占用同一频率和同一时间，但有不同的随机码来区分不同的地址。它采用了扩展频谱通信技术，具有抗干扰能力强，有较好的保密通信能力，可灵活调度话路等优点。其缺点是频谱利用率较低。它比较适合于容量小，分布广，有一定保密要求的系统使用。近年来卫星通信新技术的发展层出不穷。例如甚小口径天线地球站（VSAT）系统,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和 应用。卫星通信也是未来全球信息高速公路的重要组成部分。二、卫星通信系统的网管在靖边通信站卫星中心站配备了置于SUN工作站平台上的Streamview网管，统一管理全网工作模式，并对全网状态进行监控。由于使用单一网管，通信网租用的频宽资源可全部由网管集中支配，即可根据业务需求，实现动态分配全网数据与话音的通道数量及频宽，为独立企业网络的应用管理提供了较大的自主性和灵活性。 我厂的卫星通信系统网管是由一台计算机来控制的，使用的是UNIX操作系统，现就把网管详细介绍一下。 （一）、卫星网管的主页面包括当前告警信息、地图、历史事件、参数、DAMA电路、报表、管理、工具、退出及帮助，下面我一一为大家介绍。 1.当前告警信息：有告警时，该图标显示红色，左键点击该图标可以进入查看当前告警信息。用右键点击告警事件，可弹出一个对话框，选择“ACK Alarm”,即可消除告警，且告警色由红变绿。 （1）告警指示：闪烁红点是严重告警且未被响应。 红点是严重告警，已被响应。闪烁绿点是故障已消除，但操作员尚未响应初始告警。 （2）序号（SEQ#）：每个序号代表一个告警。 （3）日期/时间（DATE/TIME）：已月/日/时/分/秒的方式来表示。 （4）告警源（SOURCE）：产生告警的源。 （5）类型（SCR TYPE）：节点（NODE）、MODEM板、接口板、SIU（子系统接口单元）、接口板上的信道、网管（NMS）操作 （6）告警描述（DESCRIPTION） 2. 地图：左键点击该图标，可进入地图显示，所有卫星站均可在该图上找到，且可以清楚看到卫星站的运行状态。 （1）LAT/LONG：显示经纬线。（2）城市:显示几个重要的城市。 3.事件：按时间顺序显示历史各项网管操作和告警信息，存储历史期限为两天，自动删除48小时前记录。（1）告警指示：红色是告警或严重告警，黄色是非常严重的告警，绿色是正常状态，蓝色是网管信息。（2）所涉及设备AFFECTED OBJECT: （3）描述（BUTTONS）：过滤（FILTER） 4. 参数：网络参数节点显示连接电路MAP图时间MAP图全网参数 区位码列表分组码列表载波定义列表（1）网络参数：这个窗口显示的数据大部分为只读，并且为网络设计时所定的参数。只有最后三个参数可以更改：A.轮询间隔：指NMS对各个站点轮询时间间隔。B.最大次数：最多轮询次数。C.下载超时时长（2）节点显示：显示当前网络上所有站点。 （3）连接:A.电路：显示各个站点的电路描述和服务类型速率。B.MAP图：显示当前运行的MAP的序列号。点击可查看具体内容。C 时间MAP图：无可用信息。 （4）全网参数：区位码列表：区位码：分配给该站的区位码。 分组码列表：对全网站点进行分类编组。 （5）载波定义：全网最多可以申请32个载波，我们可用4个载波：频率分别为70055KHZ、70545KHZ、71035KHZ、71525KHZ。定义载波的方法是：点击相应的图标，进入页面后，双击所需定义的站点，弹出一个小菜单，在左侧选中载波号，右侧有4个选项，分别是发、收、双向和关闭，点中所需选项即可，最后确定、存储、退出，可以在事件中查看操作。5.DAMA：单个节点通话报告 全网节点通话报告 6.网络管理和监控报表 报表指SV可以产生一些报表，这些报表是预先设定的，操作员只需输入一定的参数，如时间段，站号等。 共有如下报表：事件报表、当前告警报表、接口卡类型报表、业务类型报表、网站参数报表、站点配置报表、区位码报表、载波定义报表、信道类型报表、分组码报表、图报表。 7.管理：用户名权限 软件下载数据库管理备份设置口令打印管理员系统管理退出系统暂停系统关闭系统事件管理备份恢复删除错误记录删除 工厂配置 系统版本 （1）软件下载：点击图标“软件下载”(software dowanload),弹出对话框。点击“查看”（QUSRY）,选择所需下载的卡、站号，看有无所需软件，退出；再点击“下载”，选择所需下载的卡、站号，再选择软件，点击确定（OK），点击事件记录，看到下载完成后，点击“存储(STORE)：继续下载其它软件，按此步骤依次下载；下载完所有软件后，点击”执行“即可。 （2）软件版本：5.2.6 8.工具：更新、日历、UNIX窗口、钟表、指针钟、数字钟、通信记录、启动UNIX服务 9.退出 10.帮助 （二）、举例利用网管建立一个站（南5站）1、首先，要生成节点，一个节点就是一个站。 在主页面点击右键，弹出对话框节点显示，点击左下角的“节点建立”，再次弹出对话框，选择节点设备名称，显示设备机框形态，选择VSAT PLUS chassis, 各小站室内单元的配置均采用VSATPLUS的小型机箱，内置话音、数据及高速Modem集成电路板共3块，最后保存。 在节点保存后，弹出一个新窗口节点资源设置，有“节点名称”、站点描述、节点序号、经纬度、海拔高度、分组码设置等，最后保存。 南5站的资源设置如下： 节点名称Nan 05节点序号3站点描述Nan 05 逻辑站号3告警状态None节点状态In Service参考类型Non Reference卫星路由Yes自动拨号路由No Connection建立下载Yes时延范围0纬度38 00/N经度105 00/E海拔（米）1000网关NoTDMA配置VASTPLus分组码设置无进入节点显示页面，双击新建的节点，进入节点资源设置。点击“设备”，进入设备对话框，0槽道固定为MODEM板，点击进入MODEM板设置：点击其它槽道选择插盘：话音卡，点击相应的卡则弹出卡设置，内有卡槽道，若为话音卡则需设置话音传输速率，我们所用的话音传输速率均为8.0kbps+FAX。 若要删除节点，需要在该节点页面点击“节点控制”，选择“抑制”选项，保存退出；再在节点显示选中该节点，点击删除节点选项，即可删除该节点。 2、要生成电路 选择“参数”电路菜单，弹出对话框电路列表，点击“增加”进入电路设置，需填写“电路名称、电路描述、选择路由方向、站号、槽道号、信道号、传输速率，最后保存即可。 南5站电路设置的数据如下所示： 电路名称Nan 05电路描述HubRMT19.6k ASYNC 路由方向Duplex站号Nan 05 槽道号00003_02信道号00003_02_01 传输速率9.6kbpsAsynchronous Data 3、要在MAP中加载电路 选择“参数“MAPS”菜单，弹出对话框MAP列表，点中所要增加的MAP，添加“电路”，保存。同样在MAP列表中点击“增加”，即可生成新的MAP，再把MAP下载执行。 4、是要对载波进行编辑，在主页面上点击编辑进入设置菜单，双击Nan 05 站，出现一个对话框，选中载波列表中的0和1（一共32路载波，我们只用这2个），然后点击建立载波（Enable Carriers）,选中双向（Both）,再点击载波选择，选中列表From list，最后OK，保存，然后退出。 5、软件下载 在主页面点击管理，进入“软件下载”(software download), 弹出对话框。点击“查看”（QUERY）,选择卡的类型（话音卡和Modem卡），在选择站号（Nan 05），看有无所需软件，退出；再点击“下载”，选择所需下载的卡、站号，再选择软件，话音卡的下载是有顺序的，必须是compgmdptdud, 而且这个下载是很严格的，必须出现OK后，点击事件记录，出现operator 和下载完成的字样后，即确认下载完成，然后点击“存储”(STORE)，继续下载其它软件，按此步骤依次下载；下载完所有软件后，点击“执行”（EXECTION）。完成1个话音卡的软件下载需要40分钟左右。三、卫星通信系统在我厂的应用及发展现我气田的卫星通信系统采用的是加拿大NSI通信设备有限公司生产的VSATPLUS增强型系统，整个系统目前租用鑫诺1号卫星，采用的是KU波段转发器组网运行，开放了数据、话音和图象传输等业务。（一）、通信方案的选择：任何一种通信方式的确立都需综合考虑当地的自然条件、设备技术性能、初期建设费用、长期维护管理等诸多因素。我气田长距离输气管道通信的基本特点是： 1大部分管道途经山区、沙漠、乡村，这些地区日前邮电通信网还比较薄弱。每条管道一般均有一个调度控制中心，沿线还有少量的输气管理部门。通信站点一般设在沿线各站场。每个站需与调度控制中心建立通信联络，并与有关的沿线输气管理部门保持通信能力。 2每个站的基本业务是话音通信和SCADA数据，通常的SCADA数据操作方式为轮询式，交互式或批操作。通信业务量非常小，数据一般不超过1.2-9.6kbps，话音电路一般为1一2路。通信网基本上是一个星状结构。主要业务量分布在沿线站场和调度控制中心之间，沿线各站场之间的通信业务量很小。 3大部分站的工作环境较恶劣。为简化供电系统，通信设备耗电量要小是 一个重要的考虑因素。 我气田管道沿线地形地质复杂、自然条件恶劣。在邮电公网不能满足需求的情况下，建设与管道相配套的通信系统是必要的。由于沿线有毛乌素沙漠、黄土高原，光缆通信施工难度较大、费用较高；而采用微波通信又存在着站数较多、投资大，多数站与管线站场不能结合，管理不便的缺点。与微波通信、光纤通信相比较，卫星通信以其投资省、可靠性高、远端站建站快捷、维护量少等优势越来越得到了广泛的应用。根据输气管道生产的管理特性和我气田管道的实际，综合考虑技术、经济、运行维护及今后发展等各种因素，选择了采用卫星通信作为SCADA数据和生产调度电话传输的主用通信手段。 （二）、VSAT PLUS的全面介绍1、VSATPLUS系统概述 VSAT PLUS系统采用的是TDMA/DAMA/FHOP，即时分多址按需分配、载波调频技术，是目前最先进的一种卫星通信方式。VSATPLUS系统工作于全网状网结构，分布智能式，无单一点故障的卫星通信系统。各终端之间直接通信，不需要通过中心站的转接，具有较强的灵活性和可靠性。其话音系统为按需分配（DAMA）方式 的网状拓扑结构，模拟信号经数字化和压缩编码后，被转变为UDP 分组数据包，传输速率是8.0KBPS。数据系统为预分配（PAMA）方式的星状网拓扑结构，数据传输速率是9.6KBPS，物理接口是RS232，可与站场的PLC的串行异步接口相连。 2、VSAT PLUS系统组成 本系统由卫星中心站、小型终端站、多用途站三种类型构成。中心站由VSAT PLUSe（热备份）、VSATPLUS小站和网管三部分组成，设置在靖边通信站，是气田卫星小站的话音和数据的主要汇集点，其中集气站采集到的数据经由诺基亚光纤传输系统传至自控中心；小型终端站、多用途站设备均为VSATPLUS系统一套，只是多用途站比小型终端站多了一个E1卡。E1卡是由2块子卡组成，每块子卡支持15CH话路及传真，发传真时，自动关闭E/C（回声抵消器），通话路时，自动打开E/C，各站话音接口可连接程控交换机，构成系统内部长途电话专网。E1卡的主要功能是（1）完成8K编码。（2）完成传真旁路（3）完成回声抑制功能。 3、VSAT PLUS的技术特点 A、在单一平台上实现完全的综合业务 VSAT PLUS终端基于跳频的时分多址技术，充分利用了时分技术和频分技术，是用户在一个简单的综合平台上能支持多种业务，如话音、数据、传真和电视会议等。 B、 网状网，无主站，按需分配 VSAT PLUS网络中每一个站都能对网络的其它站点建立自己的DAMA呼叫，没有昂贵的中央处理主站做控制。同时它分布式的DAMA结构提供了一种没有单一故障点的最可靠的网络运行模式，而且即使当网管中心NMS出现故障，网络仍能保持正常运行，系统通信不会中断。 C、 DMA/DAMA采用分布式的DAMA操作 VSAT PLUS不需要通过中心站建立和撤消DAMA呼叫，也不需要一个中心DAMA控制器，因为它是采用分布式的DAMA操作，系统中的每一个节点都有自己的DAMA控制器，DAMA呼叫是呼叫方和被呼叫方之间直接完成的处理过程。 D、 TDMA/DAMA支持低速到高速的非平衡数据业务 TDMA/DAMA支持的数据速率可以达到2.048MBPS，能支持诸如可视会议等高级数据业务，同时它还能灵活的支持两点间数据的非平衡传输，且随时能调整数据的传输速率。 E、具有上行功率控制功能 上行功率控制ULPC对于“雨衰”和类似的信号衰减非常重要，上行功率控制使调制解调器能自动的增加中频IF信号强度以抵消上行链路的衰减。这种调整相当于与调整射频信号功率，是到达卫星的信号保持恒定的信号电平。这种功能相应的提供了一种为用户降低可观的整体运营成本的方法，因为最终用户使用星上资源的价格与其所占有的星上功率成正比。 4、VSATPLUS系统的优点 （1）.通信覆盖面大，可覆盖全中国版图。建站不受地理位置、地面距离及地形地貌的限制。系统工作在Ku波段抗干扰性强,免于频率协调,便于申请建站。 （2）.远端站的天线可以做得很小,根据远端站的地理位置和承载的业务量可以选用2.4米或1.8米及更小口径的天线。 （3）.网络主站具有很强的集中网管操作系统。系统运行维护管理方面。可以方面地对远端站进行软件下载，远程监控及调试，从而实现远端站无人值班操作。 （4）.根据该中国石油天然气卫星通信网络的设计和该系统的技术水平，有能力支持上万个远端站入网，可设置50个不同的网络拓扑。扩容简便快捷。 5、VSAT PLUS系统在我厂的现状 我厂首次投入使用的卫星通信网络是2000年，当时共建卫星中心站1座，卫星小站9座，1个多用途站，发展到如今，共建卫星中心站1座，卫星小站16座，1个多用途站。 综上所述，我气田输气管道卫星通信具有投资少、性能价格比高、功能强、管理容易、投入运行周期短等特点。随着管道输气量的逐年递增，将创造更为显著的社会和经济效益。由于采用卫星通信作为陕京输气管道SCADA实时数据监控与采集传输主用通信手段，使卫星通信的可靠性得到了进一步的验证。位于靖边通信站的输气管道Ku波段卫星通信主站稳定运行，为充分利用功能完备的卫星通信主站资源，为新建输气管道提供生产调度指挥采用卫星通信开展数据、话音传输等业务服务，创造了有利的条件。 四、卫星通信技术上的新问题由于卫星通信的特点，也给技术上带来了一些新问题： （A） 需要先进的空间和电子技术。由于卫星与地面数相距数万公里，电磁波在自由空间传播时损耗很大，加上空间环境复杂多变，要把卫星发射到静止轨道上精确定点，并经常保持较小的飘移，难度是很高的。就通信来说，为了保证质量，需要采用高效益的天线、大功率发射机、低噪声接收设备和高灵敏度调制解调器等一系列技术。正是这种需要，促进了微波、信号检测等理论与技术的迅速发展。近年来，随着空间与电子技术和计算机技术的进步，通信卫星越来越庞大复杂，地面设备越来越小型且智能化，这些，都是值得注意的。 (B) 解决信号传播时延带来的影响。我们知道，电磁波以约等于光的速度（即3108米/秒）在自由空间传播，在静止卫星通信系统中，卫星与地球站之间相距约4万公里，这样，地球站卫星地球站，传播时间约为0.27秒。因为两个站的用户信号都必须经过卫星，因此打电话者要得到对方的回话，必须额外等候0.54秒，给人以不习惯的感觉。如果不采取特殊的措施，再加上混合线圈不平衡等因素还会产生“回波效应”，即发话者在0.54秒后会听到反射回来的本人讲话的回声，成为一种干扰。这是通信卫星的明显缺点。为了消除或抑制回波干扰，地球站