時間：2022-07-18 04:11:13
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摘要：
為解決現行航標遙測遙控系統運行使用中的通信問題，實現對離岸較遠、移動數據信號無法覆蓋區域航標的運行狀態進行實時監控，設計基于北斗衛星短報文通信方式架設的航標遙測遙控硬件結構和軟件控制系統，提升沿海航標維護管理能力。
關鍵詞：
港口；北斗衛星；航標；遙測遙控
0引言
近年來，隨著我國海運規模不斷擴大，海上通航安全的重要性日益凸顯，對航海保障工作也提出了更高的要求。隨著物聯網技術的高速發展，航標遙測遙控系統在航標管理維護工作中發揮著重要的作用。目前，北方海區航標遙測遙控系統已在近海海域得到廣泛使用，可以實現港域航標的有效管理。這些監測系統多采用GPS（全球定位系統）和GPRS/GSM（通信分組無線服務/蜂窩無線通信）技術實現對航標的精確定位及信息傳輸，但是受到GPRS信號覆蓋范圍小的限制，尤其是渤海灣內沿海港口大部分為人工疏浚航道，航槽狹長且離岸距離遠，無法實現對遠離陸地航標設施的遙測遙控。《北海航海保障中心發展戰略（2013—2020）》中明確提出“到2020年，全面建成布局科學合理、功能配套完善、裝備先進適用、運轉協調規范、應急響應及時、服務可靠高效的綜合航海保障體系，基本實現航海保障現代化，形成沿海全時域、多維化的綜合保障能力，滿足船舶航行安全和經濟社會發展需要”的戰略目標。因此，進一步提升航標管理維護效率，推進衛星導航應用，構建從遠海到近岸層級遞進的立體助航網絡，成為航標管理單位的重點工作之一。
1航標遙測遙控系統發展現狀
航標遙測遙控技術是“數字航標”建設的核心技術之一。航標遙測遙控系統的建設對于轉變傳統航標管理模式，提高航標管理質量，提升航標社會公共服務能力，都具有十分重要的意義。航標遙測遙控主要應用于航標燈器的監控、供電設備的自動控制和航標工作狀態報警等方面。可采用的監測、控制設備包括遙控終端（RTU）、可編程控制器（PLC）等，可實現數據通信的設備包括數傳電臺、蜂窩電話（NMT）、衛星通信、無線通信和有線電話等。歐美航運大國在20世紀90年代初利用電子和通信技術建立航標遙測遙控系統，為航運業提供了高效服務。我國于2000年開始航標遙測遙控系統的研究工作，目前處于研究的初級階段，許多技術問題尚未解決，尤其是北方海區渤海灣沿海人工疏浚航道中離岸較遠航標遙測遙控數據通信問題成為遙測遙控系統推廣使用的瓶頸，例如：天津港25萬噸級航道里程22+000以東、黃驊港綜合港區20萬噸級航道里程20+000以東和渤海灣中部部分孤立危險物燈浮標等，遙測遙控終端無法依靠傳統移動通信技術實現數據傳輸。
2北斗衛星通信技術的應用前景
我國自主研發的北斗衛星通信系統（BeidouNavigationSatelliteSystem）是一個分階段演進的衛星系統，提供定位、集團用戶管理和精密授時服務，不僅可以提供精確定位、導航和授時，還具有雙向短報文通信功能，其衛星信號已實現我國全部和亞太大部分地區的無縫覆蓋，可以實現GPRS信號覆蓋不到區域的數據傳輸，完全滿足航標遙測遙控系統對偏遠航標的遠程測控管理需求。[1]
3設計原理
利用北斗衛星通信系統實現的航標遙測遙控系統同其他遙測遙控系統設計原理類似，均由航標運行信息監控平臺和航標遙測遙控終端組成。終端上安裝的信息檢測裝置可以檢測航標燈的工作狀況，將采集的終端數據及指令執行結果封裝后，通過北斗衛星通信模塊發送到北斗衛星網絡中，網絡將數據轉發到北斗MQ服務器，北斗MQ服務器解碼信息后將數據發送到MQSocket數據服務器，經過信息過濾，數據被保存到數據庫中，數據處理服務器會定期檢測收到的航標終端返回信息，并對數據進行有效性處理，再將數據保存到數據庫中，以供應用服務器調用整合，并將最終結果展示給終端用戶。用戶也可通過基于應用服務器提供的Web界面，對指定航標終端發送遙測遙控數據，指令通過數據處理服務器過濾編碼后保存于數據庫中，MQSocket數據服務器實時監控數據庫中待發送指令，發現新的指令后MQSocket數據服務器將遙測遙控數據重新封裝，并通過指定端口發送到北斗MQ服務器，北斗MQ服務器將信息轉發到北斗衛星通信網絡中，數據到達航標終端后，航標終端解碼并執行相關指令。[2]
4系統設計方案
4.1系統架構
航標遙測遙控系統具有復雜的系統功能，包含高帶寬接入、高性能的軟/硬件平臺、網絡平臺和安全可靠機房環境等一系列軟硬件措施，涉及網絡與系統管理、服務器系統、數據存儲體系、應用軟件及自動檢測與控制等多方面的技術。[3]利用北斗衛星通信技術的航標遙測遙控系統采用SAN架構為核心的互聯方式。
4.2通信網關子系統
4.2.1與航標終端數據通信
通過北斗衛星通信網絡與航標終端進行交互，接收航標終端上報數據信息，并依據系統定義的數據傳輸通信協議驗證信息有效性（由于可能接收到不完整的信息，必須對信息進行拆包、組包操作，保證傳遞給應用程序的信息完整可靠），并將監控端下發的各種指令實時傳遞給航標終端。
4.2.2與應用程序通信
系統在接收針對航標終端的遙測遙控信息時，首先將信息緩存在北斗通信服務器收發緩存隊列中，系統提供應用程序的通信接口，通過該接口將航標終端上傳的完整信息傳遞給后臺應用程序，并將遙控的相關信息傳遞到北斗服務器發送隊列中，通過北斗網絡發送到相應的航標終端。
4.2.3與Web服務程序通信
提供與Web程序人機交互界面接口，可以接收Web程序下發給航標終端的信息和航標終端的反饋信息，并選擇相應的通道直觀地展示給用戶。
4.3系統結構
系統中北斗通信模塊主要負責與北斗通信系統進行信息轉換，提取北斗通信系統接收的航標終端信息，將Web服務接口發送的遙控指令放入北斗通信系統所對應的通道隊列待發送。
5結語
隨著北斗二代導航系統進入實際應用階段，研究和應用基于北斗二代通信技術的航標遙測遙控終端設備將被提到各航標管理單位的計劃日程。基于北斗衛星通信的航標遙控遙測單元的設計可以有效豐富航道安全監測信息的傳輸途徑，對于遠離海岸航標的智能化管理和信息采集具有重要意義。
作者：呂英龍 王劍 單位：北海航海保障中心天津航標處
摘要：
本文介紹了衛星通信的基本概念及相關技術，重點介紹衛星通信技術在中海油應用領域上的發展以及小站衛星通信方式的應用。
關鍵詞：
衛星通信；海上石油衛星；VSAT；自動跟蹤
1引言
20世紀90年代初，從中海油開始建立第一個衛星端站至今，已經有超過20年的衛星通信技術應用。目前，已經形成了以湛江、天津、深圳、上海這4個中心站點為核心的網狀網絡，且已經具備了鏈路相互備份功能。
2衛星通信在中海油的發展
2.1TES衛星系統
TES（TelephonyEarthStation）是基于衛星的全數字話音和數據通信的網狀網，它在多個地球站之間提供網狀連接，支持系統內任意地點遠端站之間的電話、同步、異步數據通信，TES系統在中海油的應用主要用于話音與數據傳輸。運用的是C波段衛星的頻分多址方式FDMA實現與地面站間的通信，使用四相相移鍵控QPSK或二相相移鍵控BPSK調制方式，信道編碼采用編碼效率為1/2或3/4的前向糾錯FEC。TES是中海油海上平臺初期使用的一種主要的衛星通信方式，主要承載的業務為話音業務，所使用的衛星資源前期以亞洲3號衛星為主，后來轉至鑫諾1號衛星。
2.2VSAT衛星系統
VSAT衛星通信系統的地面部分由中樞站、遠端站和網絡控制單元組成，中樞站的作用是匯集衛星來的數據然后向各個遠端站分發數據，遠端站是衛星通信網絡的主體，VSAT衛星通信網就是由許多的遠端站組成的，一般遠端站直接安裝于用戶處，與用戶的終端設備連接。VSAT衛星通信系統是中海油海上平臺主要的衛星通信應用方式。此系統的特點是天線口徑小、靈活性強、可靠性高、使用方便及小站可直接裝在用戶端等特點，利用VSAT用戶數據終端搭配復用器使用，可同時承載話音業務和數據業務。VSAT衛星系統主要配合Netperformer系列復用器使用，Netperformer系列復用器使用了信元中繼cellrelay技術，將語音流和數據流分割為特定的信元cells，然后將不同業務類型的信元cells復用到單一的物理或邏輯鏈接上，根據對時延的敏感程度不同對業務進行分類，并賦予不同的傳輸優先級，能有效保證話音業務質量，為中海油的海上平臺及移動船舶提供穩定的話音及數據業務。目前中海油主要使用的是中星10號的衛星的轉發器來承載衛星話音及數據業務。
2.3STARWIRE衛星網管系統
STARWIRE系統在網管NCS的支持下可提供PAMA，DAMA等業務，使用了先進的PCMA載波疊加專利技術，能有效的節省衛星轉發器帶寬。主要由NCS網管系統、ST用戶終端、衛星三部分組成。STARWIRE衛星網管系統是第三代按需分配的衛星通信系統，終端設備內置路由功能，直接支持先進的IP網絡互聯業務。NCS網管通過控制信道監控ST的工作，ST之間通過控制信道FOW/ROW建立業務信道。中海油下屬的4個中心站點通過STARWIRE網管系統能夠有效管理所屬轄區內的衛星小站。相對于早期衛星通信技術應用，NCS系統能夠更加有效的對小站進行管理，節省衛星資源帶寬。
2.4SKYEDGEⅡ衛星網管系統
SKYEDGEⅡ衛星網管系統是一個雙向衛星通信系統，由兩個方向的傳輸構成：入境基于DVB-RCS標準，采用MF-TDMA技術對資源進行預約分配減少數據碰撞；出境基于DVB-S2標準，支持CCM及ACM工作模式，可用于單播和組播數據、VoIP、ABIS等業務數據。系統主要由衛星主站、衛星/轉發器、遠端站三部分組成。SKYEDGEⅡ支持三種基本網絡拓撲結構星型、網狀、多星狀。SKYEDGEⅡ衛星網管系統是目前中海油主要使用的衛星通信系統，利用此網管系統，將中海油的4個海上衛星中心站進行整合，形成了統一的大網管系統，對各中心站點進行鏈路互備，形成一個完整的多功能衛星網管系統。
3衛星通信技術在中海油的應用形式
3.1海事衛星A/C/F站的應用
海事衛星共有4顆衛星覆蓋全球海洋，它們分別是大西洋西區、大西洋東區、印度洋區、太平洋區。海事衛星A站于2007年底正式停止運營，中海油海上船舶與移動式鉆井平臺目前以C站、F站為主要的應用。
3.2固定天線式的衛星通信應用
固定天線式衛星通信主要應用在中海油海上固定式采油平臺、自升式鉆井平臺以及陸地端站上，是一種常規的衛星通信應用。固定式采油平臺及自升式鉆井平臺主要以3.7米C波段的衛星天線為主，Ku波段衛星天線為輔。衛星中心站使用的是大口徑衛星天線來承載衛星通信業務。固定天線式在中海油是最早的衛星通信應用，也是中海油目前最成熟的衛星通信應用，中海油內曾使用直徑為12米的衛星天線作為衛星的主站使用。
3.3半自動跟蹤天線式的衛星通信應用
半自動跟蹤天線主要應用于中海油自升式鉆井平臺，天線以C波段的半自動跟蹤天線為主。由于工作環境需求，自升式鉆井平臺需要經常更換鉆井位置，期間鉆井平臺需要拖航至新的目的地，使用固定式衛星天線則需要經常性地對天線的方位及俯仰進行調整，且拖航期間無法使用。采用半自動跟蹤天線可以在拖航期間自動尋星，主要缺點是無法360度旋轉，實現不了全自動跟蹤，有時需要人工進行干預。
3.4自動跟蹤天線式的衛星通信應用
自動跟蹤天線C波段主要以美國的SEATEL的97型全自動跟蹤天線以及西安盤古通信技術有限公司的全自動跟蹤天線為主；Ku波段主要以SEATEL的4006自動跟蹤天線以及國內的一些動中通天線為主。中海油海上半潛式鉆井平臺一般以C波段的自動跟蹤為主要的衛星通信，南海9號鉆井平臺所使用的自動跟蹤天線衛星系統經過測試能夠提供4Mb/s以上的鏈路帶寬。Ku波段的自動跟蹤天線主要應用與海上的移動船舶，包括拖輪及勘探船，這些移動船舶受限于天線的安裝場地要求，而且對鏈路帶寬要求不大，Ku波段的自動跟蹤天線的應用非常適合在這類環境使用。
4結束語
衛星通信技術在中海油海上平臺及移動船舶上有著超過20年的應用，從早期的TES小站的話音應用，到現在的多功能SKYEDGEⅡ網管系統的多業務綜合應用，中海油在衛星通信應用方面已經覆蓋了C，L，Ku等波段。隨著中海油向深海發展，衛星通信技術將在中海油海上勘探、開發、生產方面發揮著重要的作用。
作者：施建衡 單位：中海油信息科技有限公司
摘要：
隨著衛星通信技術的不斷發展，衛星通信系統不僅為航天技術提供了強有力的科學支持，還因其具有頻帶寬、覆蓋面大、容量大等優勢，還被應用到了很多其他的領域之中，并起到了非常好的效果。所以文章對衛星通信技術的發展進程和應用實例進行分析和研究，希望衛星通信技術未來能得到更大的發展。
關鍵詞：
衛星信息技術；發展趨向；應用研究
0引言
衛星通信系統是地球站與航天器之間或者地球站與地球站之間所建立的，通過信號的轉發而進行的無線電通信方式，一般情況下包括衛星移動通信、衛星中繼通信、衛星固定通信與衛星直接廣播四個方式。
1衛星通信技術的發展
1.1衛星通信系統的網絡發展
衛星通信系統的實現是由網絡的形式進行服務的，它在現代的發展中一般可以分為兩類，第一類的組成方式是多星形式的衛星通信網絡；第二類的組成方式是單星形式的衛星通信網絡。其中衛星通信網拓撲結構的發展十分迅速，因此以單星的組成方式為例，來對具體的發展情況進行介紹。通過結構圖我們可以發現，最早使用的結構為星狀網的結構，然后經過了網狀網、網狀與形狀混合網、地面通信鏈路與衛星通信鏈路的混合網，由此可以看出，在單星組成的衛星通信網拓撲結構已經得到了很大的進步[1]。多星組成衛星通信網絡可以提供國際移動式通信的業務的海事衛星系統和國際固定通信業務中的國際衛星系統兩種。這兩種系統分布在全球所有的輔助地面線路和地球站之中，這些系統之間還建立了比較全面的星間鏈路。
1.2衛星通信線路頻段的發展
衛星通信線路頻段的發展中最早所利用的商用通信衛星通信頻段就是C頻段，通過技術的發展，向上擴展到Ku、X和Ka頻段之后，又向下擴展到L、S、VHF和UHF頻段[2]。在以后的發展中還會拓寬到V頻段或者其他更高的頻段，另外，還有可能會利用激光的形式。衛星通信饋電線路是指衛星間通信線路、上行站、關口站與中心站。由此可見，當線路的頻率提升的時候，可用帶寬就會變大，傳輸容量會隨之提高，這一方式比較容易適用在多媒體通信進而高速率數據傳輸之中，如果頻率增加，波束寬度不變，天線尺寸如果變小，那么它的重量也會越輕。通過銥星衛星移動通信系統就，能夠將地球上的任意兩點形成同心，實現的方式是利用星間的線路。
1.3衛星通信體制的發展
衛星的通信體制在近年來也得到了比較快速的發展。體制的改變就是衛星通信系統的工作方式發生了一定程度的進步和改變。例如衛星通信中所使用的信源編碼方式、信號傳輸方式、信號交換方式、基帶信號傳輸方式、基帶信號多路復用方式、信號調制方式、差錯控制的方式、多址方式、交換方式、信道方式和信號處理方式等等，這個結構呈現一種比較復雜的模式，所以用戶會有很多種的選擇方式。基帶信號多路復用方式中分為：時分多路復用和頻分多路復用兩種方式，基帶信號傳輸方式中分為：多路單載波與多路單載波。通過對衛星通信體制工作方式的具體介紹，可以分析出衛星通信體制具有很強的先進性，它在進行通信的過程中可以有效的節省射頻信號的功率和帶寬，還能夠有效的提升信號傳輸的可靠性和質量。所以經過不斷的更新和變化，如今的衛星通信體制的標準主要是產品的生產商和衛星運營商所指定的具體標準，而行業標準與國家標準還比較模糊，在生產的標準上沒有一個完全統一的標準，所以在這種情況下，可以對國外比較先進的調制和編碼技術進行借鑒，有效的改善編碼的調制，讓微信通信的技術適應更多種的實際工作模式。在這一目標上，近年來的嘗試也得到了一定的發展成果，例如互聯網的接入、交互電視、VoIP業務和高清晰度電視等等，其中DVB-S2通信體制的結構就有效地使用了比較先進的編碼等技術方式。
1.4衛星通信中星座和軌道的發展
在衛星通信軌道的發展中最早是使用單星的靜止軌道進行工作的，隨著技術的不斷發展，微信通信的軌道已經從靜止的軌道變為多種軌道的衛星工作，并在工作中組成星座的形式。所以在目前的衛星通信軌道為大橢圓軌道、靜止軌道和低軌道三種并存。其中大橢圓軌道在組網的過程中的衛星系統主要是由三顆天狼星組成，并對全時區域進行了覆蓋。這一組網的軌道形成了美國移動的廣播系統。而靜止軌道分為三類，分別為多星共位組網區域覆蓋工作、單行獨立組網區域覆蓋工作和多星異位組網全球覆蓋工作。
1.5衛星通信中的衛星天線波束的覆蓋發展
在衛星天線波束的覆蓋發展上，最早是使用靜止的衛星通信電線，后來經過發展而變為單重頻率復用單橢圓波束覆蓋、多重頻率復用單橢圓波束覆蓋、多橢圓波束覆蓋，截止到現階段，已經發展為更加多重的覆蓋方式。一般情況下，會按照不同的實際情況使用波束的覆蓋方式，最近出現一種新型的覆蓋方式為蜂窩狀多點波束覆蓋方式，這種方式可以有效的利用波點來對天線增益進行提高，用戶所使用的終端也更小了，從而達到了多次使用的目的。
2衛星通信技術的應用
2.1衛星通信技術中轉發器的應用
衛星通信技術中轉發器的使用可以實現信號的變頻和放大。最早在衛星通信中的轉發器是透明的，包括一次變頻和兩次變頻的轉發器。這種透明的轉發器具有很強的實用性，所以在目前依然使用。經過一段時間的發展，有一部分的衛星通信使用了處理轉發器的設備，從而對衛星收到的信號進行解調制與調制等步驟，還將其進行進一步的加工和處理，就能夠讓衛星通信的過程更加順暢。處理轉發器還分為空間交換轉發器和信息處理成轉發器，同時還有兩種轉發器相結合的處理轉發器。在這之中，空間交換轉發器在應用的時候是將接收到的多波束信號進行交換處理的方式，處理的時候一般都使用基帶交換矩陣網絡的方式和微波交換矩陣的網絡。另外，信息處理轉發器應用的時候，首先要將上行頻率信號進行接收，再將接收到的進行解調，對處理后的信號進行編碼識別、再生、幀結構重新排列等工作，處理完成之后再將這些信號傳輸到地球站當中。轉發器在衛星通信中應用的功能很多，例如對信號進行再生與解調就能夠有效的減少信號中的噪音，從而有效的提升衛星通信信號傳輸中的質量標準；對轉發器的上下鏈路分別進行設計，并對接收到的信號進行解調的工作，就能夠讓上下鏈路具有不一樣的多址方式和調制體制，從而有效的減少了地面設備的復雜性和傳輸的要求；在轉發器進行信號的處理的時候，通過星上處理方式就可以實現用戶線路的頻率、信道、功率與波束的動態分配，才能夠更有效的利用衛星的資源。
2.2衛星通信平臺的應用
衛星通信平臺是衛星通信技術應用中的重要形式，它在運行的時候一般時通過靜止軌道衛星平臺和低軌道衛星平臺兩種，其中靜止軌道衛星平臺要比低軌道衛星平臺更大。近年來衛星的發射質量越來越趨于穩定，其發展趨勢正在朝著高處理技術、大容量和高G/T的方向發展。靜止軌道衛星平臺也在技術的發展過程中越來越趨于穩定，例如羅拉公司所開發的LS衛星平臺。
2.3通信地球站的運行
通信地球站已經開始越來越趨向于便攜式的發展方式了，最早的地球站是重量大尺寸大的固定區域，但是經過技術的發展，重量和尺寸都逐漸的減小，如今最小的地球站已經變為一種手持終端的形式，所以衛星通信技術的應用已經在智能化、人性化的優勢上取得了非常多的成果。
2.4衛星通信技術未來的應用趨勢
除了用戶終端的變化，衛星通信技術的其他方面也得到了長足的發展。電視節目的直播就可以不通過地面中轉的方式，進行實時的傳輸。廣播電視業務也已經實習前了單向到雙向的轉變，衛星固定通信業務雙向通信與衛星直接廣播業務單項通信之間的特性區別已經越來越迷糊，而且技術的發展也讓衛星移動通信、衛星直接廣播和衛星固定通信等業務都向著更加多元化的方向不斷發展。
3結語
綜上所述，隨著衛星技術的不斷發展和進步，未來會利用其的功能會越來越多，其發展的功能也會越來越趨于完備化。目前衛星通信的發展空間還很大，需要相關的人員對技術進行不斷的優化和完善，讓衛星通信技術為人類的生活提供更多的便捷。
作者：李會青 單位：國家新聞出版廣電總局四九一臺
一、基于地面的網絡教育問題及衛星解決方法
1、衛星通信技術概述
（1）基于IP的衛星通信
IP（InternetProtocol），為互聯網絡協議。所謂基于IP，是指數據通信能透明地遵循IP通信協議。過去的VSAT衛星通信不能直接支持IP通信協議，而今天的VSAT能夠很好地支持，且與地面IP通信幾乎相同。人們也稱其為衛星數字通信。
（2）DVB－S
標準衛星通信需要制定傳輸信道編碼和調制標準。歐洲制定的衛星數字信號廣播（DigitalVideoBroad－cast－bySatellite，DVB－S）標準，已被國際上大多數國家采用，我國也于1999年制訂了《GB／T17700－1999衛星電視廣播信道編碼和調制標準》，與DVB－S標準兼容。
2、具有回傳功能的衛星通信技術
該技術出現時間較晚，還未普及，特點是能夠實現教師端和學生端的互動，具有如下兩種方式：
（1）衛星小站直接回傳。如歐洲標準的DVB－RCS，能夠直接通過小的衛星天線將數據傳回。
（2）通過地面網回傳。將基于DVB－S標準的VSAT通信系統和地面互聯網通信系統相結合，形成環路網絡。本文中衛星通信新技術特指該技術（后文簡稱新技術）。
3、基于衛星通信新技術的網絡教育優劣分析
傳統衛星通信技術的優勢：①通信距離不受地面距離和地形影響且覆蓋面寬，這一特點適合我國地面通信不發達的偏遠地區；②以廣播方式工作，點對多點，使用者越多越便宜；③基于IP的衛星廣播可傳輸以文件形式保存的多媒體課件，這一點是傳統廣播電視做不到的，容易和基于TCP／IP協議的軟件聯合使用，便于教學軟件的使用和二次開發。傳統衛星通信技術的劣勢：①衛星帶寬費用高，需要達到一定的教學點數，才能實現和地面網費用的平衡；②只負責發送教學內容，教師和學生間沒有互動，學生無法向老師提出問題，教師無法獲知學生的學習情況，導致教學效果無法跟蹤，教學質量得不到保障。而新技術在解決地面互聯網多媒體數據傳輸路由限制的同時，也解決了衛星雙向通信費用較高的問題，符合絕大多數應用上行數據量少（請求信息為主）、下行數據量多（是海量信息或長時間的流媒體）的實際需求。這種方式避免了地面網的劣勢，減少了衛星帶寬的占用。
二、基于衛星通信新技術的網絡教育應用模式
新技術有效彌補了原有衛星網絡教育的不足，主教育／課件制作室里老師上課或者播放課件，能夠通過互聯網送到衛星主站，由衛星發送廣播到各個接收站，接收站再把接收到的視音頻或課件通過電化教育系統傳到到各個學生面前。如果老師提問，學生端可以回答，回答內容通過電化系統連接互聯網發回給老師；學生如果有問題，可通過電化系統連接互聯網向老師發出提問申請，老師對于各個接收站的學生端可分別準許他們提問（這樣避免了多個接收站同時提問造成的麻煩），然后學生的視音頻或文件便可傳給老師。這就形成了老師向學生傳遞的內容通過衛星，學生向老師傳遞的內容通過互聯網的一個完整的環形結構，圓滿完成了教學閉環。該結構適應了老師端發送內容較多、發至各個學生端的內容一致，而學生端反饋內容較少、因人而異的需求。如果引入一些即時課堂出題回答軟件，老師拿出題目，學生作答，學生則能夠實現與老師類似面對面的交流。
三、基于衛星通信新技術的網絡教育系統組成
基于衛星通信新技術的網絡教育系統主要由以下5部分組成：
（1）主教室／課件制作室。在一個多媒體課堂的授課過程中，將授課信息，包括授課教案、老師講解的視音頻信息等通過攝像頭和視頻采集卡實時采集下來，同步合并生成課件，然后將錄制好的課件進行剪輯和審核，最后加密。
（2）互聯網。包括專線、ADSL、撥號等多種方式，負責傳送教學內容和學生返回信息。
（3）衛星廣播站。衛星廣播站通過地面網絡接收內容，并通過通信機打包成衛星信號傳輸上星。
（4）衛星接收端。衛星接收端由室外天線、變頻器、饋線、室內衛星數據接收卡／接收盒、計算機等組成，衛星數據接收卡／接收盒安裝在計算機上使用。衛星接收端從衛星信道接收廣播站發出的信號，并還原成原始的教學內容。
（5）輔助教學單元。輔助教學單元為顯示設備、麥克風、揚聲器等，與衛星接收端的計算機聯合完成教學活動。
四、基于衛星通信新技術的網絡教育系統配置
1、硬件平臺
（1）主教室／課件制作室（授課端）。主要包括計算機、攝像頭（帶同步錄音）、視頻采集卡及其配套的多媒體教室。
（2）播出內容服務器單元（授課端）和衛星廣播站。主要包括網絡設備、地面寬帶網絡接口。
（3）衛星終端（學生端）。包括接收天線等室外設備、衛星接收卡或接收盒、計算機等。
（4）輔助教學單元（客戶端）。按用戶教學需要配備單機、局域網、計算機教室、投影儀、打印機、音響設備等。
2、軟件平臺
（1）教學內容制作系統（授課端）。包括視音頻壓縮軟件、課件制作軟件、加密軟件等。
（2）課堂教學系統（授課端）。由以下模塊組成：支持TCP協議或UDP協議的教學軟件、衛星信號接收卡／接收盒驅動程序、接收程序（含設定衛星接收參數、調頻道、測試信號強度和質量的界面、條件接收PID識別）、解密程序等。
（3）多媒體電子教室軟件（客戶端）。提供了教師進行計算機輔助教學的平臺，能夠方便地利用多媒體課件提高教學質量。該軟件只有在客戶安裝了計算機教室時才需要配備。
作者：顧捷 單位：南京中網衛星通信股份有限公司
在通信進入了高速傳播、大容量寬帶和多媒體個性化的移動時代,衛星通信成為了無線通信中最特殊的通信方式之一。但是建立在無線電微波通信系統基礎上的衛星通信系統依然存在著一些技術上的開發問題和應用難點,需要在通信技術上找到關鍵的突破點。
1衛星通信系統的基本概念
衛星通信系統是一種把衛星作為信號中繼站來接受和轉發多個地面站之間微波信號的通信系統。一個完整的衛星通信系統是由衛星端、地面端和用戶端這三個部分組成的。在地球上空作業的衛星端在微波通信的傳遞過程中起的是中轉站的作用。包含了星載設備和衛星母體的衛星星體在空中接收地面站的電磁波,放大之后再發送到另一個地面站。設立在地表之上的多個地面站是連接衛星系統和地面公眾網的固定接口和傳送點,由地面衛星控制中心、跟蹤站、遙測站和指令站等部門構成。人們連接網絡的用戶端通過地面站傳送出入衛星系統的微波信號,形成龐雜而寬泛的通信鏈接。衛星通信系統的覆蓋范圍很廣,在衛星信號覆蓋區域內的任意地點都能夠順利進行通信,不會因為距離的變化而影響通訊信號的好壞。衛星通信的電磁波主要在大氣層以外的區域傳播,微波傳遞的性質較為穩定。所以衛星通信的工作頻帶寬,通信質量好。即使部分在大氣層內部傳播的電波會受到天氣的影響,也仍然是一種信號穩定性和通訊可靠性很高的通信系統。但是,運行在高空軌道上的衛星在同時進行雙向傳輸時,傳遞速率會延遲到秒級,電磁波的精確度也會有所下降,用于語音通話時會出現明顯的中斷現象。衛星在高空上的位置是按照預定軌跡運行的,因此,衛星始終處于一種運動狀態,然而衛星通信系統中的線路連接都是無線鏈路,管理微波接收和微波傳遞的控制系統相當復雜,不易操縱和操作。
2衛星通信系統的發展現狀
2.1成本和需求之間的矛盾
現代的大眾通信集中體現為寬帶互聯網和移動通信。衛星通信在寬帶領域中不及光纖寬帶便利迅捷,在移動領域中也沒有地面蜂窩移動系統的性價比優勢。在移動的長途通信費大幅下降的情況下,衛星長途通信的轉發器費用卻沒有任何變化,大大提高了衛星通信系統的運行成本。這種成本高需求低的矛盾是衛星通信系統面臨的最大尷尬。
2.2寬帶IP的傳輸和實現問題
中國當前的寬帶IP衛星系統基本上都采用的是ATM的傳輸技術。這種技術的性能支持衛星通信系統相關的指標要求,實現起來卻很困難。在衛星ATM需要分層實現的說法上有兩種不同的觀點就是否改變現有衛星協議結構的問題展開著激烈的爭論。含有ATM交換機的子網移動性管理因為過于復雜,至今也還沒有找到解決的方案。
2.3數據傳遞的速度和效率問題
信息時代最需要的就是傳遞信息的快捷方式。建立在頻分復用和碼分復用技術基礎上的傳統傳遞方式已經滿足不了衛星通信日益增長的用戶需求。雖然隨后又研發出了分組交換技術,但長距離傳輸延時的問題還需要更加有效的技術和措施來降低傳輸延時對實時數據的影響。
3衛星通信系統的關鍵技術
3.1數據壓縮技術
數據壓縮不僅可以節約傳輸時間和存儲空間,還能提高通信的便捷性和頻帶的利用率。數據壓縮技術在處理數據的專業領域里已經發展得相當成熟了。不管是靜態的數據壓縮還是動態的數據壓縮都可以為衛星通信系統在時間、頻帶和能量上帶來相對較高的傳輸效率。例如ISO對靜態圖像壓縮編碼的標準和CCOTT的H.26標準,以及MPEG62設計中的同步交互性和多媒體等技術都成為廣泛應用于多媒體壓縮的公認標準。
3.2多媒體準信息同步技術
衛星通信系統傳輸中所使用的多媒體準信息同步技術大致可以分為連續同步和時間驅動同步這兩類。在衛星的多媒體通信中,可以選用緩沖法、反饋法或者時間戳法來實現多媒體準信息的精確同步。目前開發出來的同步技術有建立在近似同步時鐘基礎上的“多業務流同步協議”和以時間因果同步為特色,支持分布式協議的“多信息流會話協議”。
3.3智能衛星天線系統
要成功傳輸多媒體信息,對通信系統的帶寬要求是2500MHz及以上。降雨等天氣因素和地面吸收電磁波等客觀的影響因素都會導致衛星ATM網絡產生較為嚴重的突發錯誤。為了完成多波束覆蓋的范圍最大化,研究智能高性能天線的技術開發和具體應用是十分必要的。例如,衛星通信系統可以在平時采用多波束快速跳變系統,在需要完成跟蹤和同頻復用的低軌道系統中采用蜂窩式天線,在星上和同步軌道系統中采用相控陣列天線。
3.4衛星激光通信技術
衛星通信對傳輸速率的要求很高,就目前來說,衛星通信系統的載波都是電磁性的微波。但微波天線能夠接受和傳遞的微波數量是有限的,這就需要激光通信的輔助甚至替換。激光通信技術可以在減輕衛星密度重量和體積大小的同時增大衛星的通信量,提高衛星通信的保密性、可靠性和傳輸速率。而且衛星通信的激光傳輸之間是不會相互干擾和影響的,是衛星通信在未來的主要發展趨勢。
4結束語
和其它通信系統相比,衛星通信系統多具有的特點和優勢是不可比擬的。但同時也存在著一些缺陷和不足。發展至今,衛星通信的成本問題、寬帶IP問題和數據速率問題是最主要也是最緊要的問題難點。要想解決這些問題和難點,就要完善和開發衛星通信系統的關鍵技術,實現衛星通信質量和效率的有效提高。
