海上通信范文（精选8篇）
海上通信 第1篇
笔者认为制约海上通信发展的条件主要有两个, 一是缺少高速度、大带宽的数据传输链路;二是基于海上通信的服务手段单一、服务内容分散。因此, 本文主要从这两个方向对海上通信的发展思路进行探讨。
一、大带宽、高速度海上通信链路建设
1.1甚高频数据交换系统 (VDES)
甚高频数据交换系统即VDES (VHF Data Exchange System) 是IALA (国际航标协会) E-航海委员会提议, 现在被ITU (国际电信联盟) 、IMO (国际海事组织) 等组织广泛认可的理念, 包括VHF通道24、84、25、85、26、86、27和28, 频段范围包括157.200-157.325和161.800-161.925MHz。
VDES对于海上信息服务有重要意义, 包括海上救援和海上交通, 是E-航海的关键所在。IMO (国际海事组织) 、IALA (国际航标协会) 、ITU (国际电信联盟) 对VDES的发展规划大致如下:
1、2013年-2014年:开展甚高频数据交换发射机原理样机研制;
2、2015年-2017年:发展相关草案并且制定VDES相关国际标准, 推进甚高频数据交换发射机实际应用, 研究相关技术, 评估并发射试验卫星;
3、2017年-2019年:发展卫星VDES业务;
4、2020年:实现VDES全面的运行能力。国际上加快相关研究步伐, 并正在通过试验推出具有一定实用价值的系统。
我国作为国际海事组织A类理事国之一, 也紧密跟踪国际研究状况, 开展了国内应用及对策课题研究, 目前, 天津通信中心正在研究的VHF水上频段运行的无线电链路, 该研究将涉及VDES相关的数字调制解调技术、岸基VHF高速数字通信基站、岸基VHF高速数字通信基站联网、船用VHF高速数字通信基站等方面。
拟用带宽25-100 k Hz的频道获取最高325 kb/s的海上无线电宽带技术, 将实现VHF链路的宽带通信, 使近海区域海上信息大数据传输成为可能。
1.2甚小口径卫星终端站 (VSAT)
VSAT (Very Small Aperture Terminal) 即甚小口径卫星终端站。系统由VSAT网络主站和用户端站组成的星状或网状通信网, 能够支持2Mb/s以下数据的单向或双向通信。VSAT卫星通信系统中端站设备的天线口径小, 一般为0.3-2.4米, 适合船舶搭载。
VSAT系统对环境条件要求不高, 通信不受地理条件、气候、地震、洪涝等自然条件影响, 通信质量及可靠性高。适合地面网络不够普及而通信需求较大的区域。VSAT网根据业务性质可分为数据通信网、语音通信网和电视卫星通信网三大类。
在海岸电台建设VSAT主站可以实现对远海区域的覆盖, 船舶在远海区域航行或作业时, 可以通过船舶搭载的VSAT端站, 实现双方的大数据通信。
同时, 船舶以卫星链路为主接入路由, 在船舶上搭建移动WIFI, 实现船舶的网络覆盖。
VSAT主站的建设和运营需要较大的资本投入, 但是在远距离船岸双向通信方面具有不可替代的作用。同时随着科技的发展, 当前的VSAT卫星通信还可以与地面互联网结合起来组成“天地合一”传输网, 以实现互联网的接入, 在提供航海安全信息的同时, 可以满足船员出海的业余生活需要。
二、基于海上用户的综合信息服务
建设海上通信数据中心, 融合航标信息、测绘信息、通信信息、海事信息, 集成港口、海况、地理等信息, 规范数据源标准, 形成涵盖主要涉水活动的、以海量数据为基础的信息资源池, 通过云服务对海量数据进行深度挖掘分析进行筛选加工, 通过门户网站、微信公众号、手机APP等多种服务手段, 利用公网、VHF、卫星等链路根据用户需求提供定制化服务。
同时根据海事、港航、地理等单位的需求, 将数据中心的源数据接入相关部门的应用系统, 达到数据的充分利用与有效融合。
摘要：航运业的快速发展对海上通信提出了数字化、高速化、宽带化的要求, 本文从水上高速率大数据的传输及信息服务两个方面对海上通信进行了探索, 提出了新趋势影响下的发展思路。
海上通信 第2篇
交通部令1993年第7号文
【内容】
海上移动通信业务标识管理办法
第一条为了全面实施“全球海上遇险和安全系统（ＧＭＤＳＳ）”，加强海上无 线电通信管理，维护使用海上移动通信业务标识的船岸电台的正常工作秩序，确保船舶 航行安全，制定本办法。
第二条我国江、海岸电台和悬挂中国国旗的各类船舶电台，凡具有数字选择性呼 叫或窄带直接印字电报或紧急无线电示位标等报警装置，并在水上无线电通信系统中使 用海上移动通信业务标识的，应遵守本办法。
第三条交通部授权交通部无线电管理委员会（以下简称交通部无委会），依照本 办法负责全国海上移动通信业务标识的统一管理工作，具体工作由交通部无委会办公室 负责办理。
第四条海上移动通信业务标识（简称ＩＤ码）是由在其无线电信道上发送的一列 九位数字组成，能独特地识别各类台站和成组呼叫台站。它分为下列四种类型：
（一）船舶电台标识。
（二）成组船舶电台呼叫标识。
（三）海岸电台标识。
（四）成组海岸电台呼叫标识。
第五条使用船舶电台标识和成组船舶电台呼叫标识的各类船舶电台，必须按照第 六条规定的程序申请，并经交通部无委会批准。海岸电台标识和成组海岸电台呼叫标识 由交通部无委会统一指配。交通部无委会应将这些批准文件抄送中国海上搜救中心、国 家无线电管理委员会和有关省、自治区、直辖市无线电管理委员会备案。
第六条申请使用船舶电台标识和（或）成组船舶电台呼叫标识的程序为：
（一）申请单位提出申请文件，并填写《海上移动通信业务船舶电台标识申请表》（见附表一）、《海上移动通信业务成组船舶电台呼叫标识申请表》（见附表二），报 交通部无委会办理审批手续。
（二）凡参加国际海运的船舶需按本条
（一）款要求，连同交通部的有关批件一并 报交通部无委会办理审批手续。
（三）申请单位持交通部无委会有关指配海上移动通信业务标识的批文，按照核发 船舶电台执照的有关规定，到相应的部门办理船舶电台执照。
第七条变更手续：
（一）当附表一《海上移动通信业务船舶电台标识申请表》中的“船舶使用ＩＤ码 的设备情况”和“申请单位情况”栏各项及附表二《海上移动通信业务成组船舶电台呼 叫标识申请表》中的“申请单位情况”和“使用该标识各船舶情况”栏各项，变动时，应在变动前三十天内办理变更手续。
（二）使用单位将变更内容填入申请表中，并在该表上注明“修改”字样后，报交 通部无委会备案。
第八条注销手续：
（一）当附表一《海上移动通信业务船舶电台标识申请表》中的“船舶情况”栏各 项，变动时，应重新申请船舶电台标识。并在变动前三十天内办理原标识的注销手续。
（二）使用单位注销ＩＤ码，应向交通部无委会提出书面报告。
（三）注销情况将刊登在由交通部无委会印发的“船岸电台补充资料”上，并抄送
中国海上搜救中心、国家无线电管理委员会和有关省、自治区、直辖市无线电管理委员
会。
（四）使用单位持当期的“船岸电台补充资料”和电台执照，到执照核发部门办理
注销手续。
第九条凡在本办法实行前，已临时使用ＩＤ码的单位，应即到交通部无委会备案，并按照本办法的第六条规定，在一九九四年六月一日前重新办理有关手续。
第十条违反本办法第五、七、八、九条规定的，根据情节轻重，交通部无委会可
给予警告、责令其停止使用ＩＤ码或吊销船舶电台执照的处罚。
第十一条本办法由交通部负责解释。
第十二条本办法自一九九四年三月一日起施行。
附表一海上移动通信业务船舶电台标识申请表
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ ｜｜船名｜｜船舶种类｜｜总吨位｜｜ ｜｜－－－－｜－－－－－｜－－－－｜－－－－－｜－－－－－－｜－－－－－－－－｜ ｜船｜船名拼音｜｜船籍港｜｜建造地及年月｜｜ ｜舶｜－－－－－－－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－｜－－－－－－－－｜ ｜情｜呼号｜｜选呼号｜｜卫通号｜｜ ｜况｜－－－－－－－－－－－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜｜船舶隶属单位｜｜国际海运批准文号｜｜ ｜－－－－｜－－－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜｜设备种类｜频率范围｜ ｜｜－－－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜船｜｜｜ ｜舶｜－－－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜使｜｜｜ ｜用｜－－－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜ＩＤ｜｜｜ ｜码｜－－－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜的｜｜｜ ｜设｜－－－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜备｜｜｜ ｜情｜－－－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜况｜｜｜ ｜｜－－－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜｜｜｜ ｜－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜｜单位名称｜｜｜ ｜申｜－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜｜ ｜请｜地址｜｜｜ ｜单｜－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜｜
｜位｜邮政｜｜｜（白天）｜｜｜｜ ｜情｜｜｜值班电话｜｜传真｜｜（单位公章）｜ ｜况｜编码｜｜｜（夜）｜｜｜年月日｜ ｜－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜上级｜｜ ｜主管｜｜ ｜部门｜｜ ｜审核｜（单位公章）年月日｜ ｜意见｜｜ ｜－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜交通部无｜指配船舶电台标识（ＩＤ）｜ ｜线电管理｜｜ ｜委员会审｜（单位公章）｜ ｜批意见｜经办人签名：年月日｜ －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－交通部无线电管理委员会印制
附表二海上移动通信业务成组船舶电台呼叫标识申请表
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ ｜｜单位名称｜｜｜ ｜申｜－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜｜ ｜请｜地址｜｜｜ ｜单｜－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜｜ ｜位｜邮政｜｜｜｜（白天）｜｜（单位公章）｜ ｜情｜｜｜值班电话｜｜｜传真｜｜ ｜况｜编码｜｜｜｜（夜）｜｜年月日｜ ｜－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜上级｜｜ ｜主管｜｜ ｜部门｜｜ ｜审核｜（单位公章）年月日｜ ｜意见｜｜ ｜－－－－｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜ ｜｜指配成组船舶电台呼叫标识｜ ｜交通部无｜｜ ｜线电管理｜｜ ｜委员会审｜｜ ｜批意见｜（单位公章）｜ ｜｜经办人签名：年月日｜ －－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－
－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－ ｜使用该标识的各船舶情况｜ ｜－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－－｜
海上通信 第3篇
DOI：10.13340/j.jsmu.2016.04.010
文章编号：1672-9498（2016）04005504
摘要：为改进传统的海上甚高频（Very High Frequency， VHF）的模拟通信方式，实现海上通信现代化，针对国际灯塔与航标协会（International Association of Lighthouse Authorities， IALA）和国际海事组织（International Maritime Organization， IMO）提出的VHF数据通信系统（VHF Data Exchange System， VDES）研究计划，建立基于正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM）的数据传输模型.海上无线信道的多径时延的确定是建立OFDM系统的关键，因此通过建立海上无线信道的多径传播模型分析和计算海上无线信道的多径时延.通过实验证明，该方法能够获得较低的误码率，有效实现海上VHF数据通信.
关键词：
甚高频（VHF）； e航海； 海上无线通信； 多径时延； VHF数据通信系统（VDES）； 正交频分复用（OFDM）
中图分类号： U666.14
文献标志码： A
收稿日期： 20160302
修回日期： 20160429
基金项目： 交通运输部应用基础研究项目（2015329810030）； 上海市人才发展资金（201436）
作者简介：
陈亮（1987—），男，江苏连云港人，博士研究生，研究方向为载运工具运用工程，（Email）kcliang669@163.com；
金永兴（1959—），男，上海人，教授，博导，研究方向为船舶结构特性与运行品质，（Email）yxjin@shmtu.edu.cn
Multipath time delay in maritime VHF data exchange system
CHEN Liang1， JIN Yongxing1， HU Qinyou1， TANG Kecheng2， GAO Wanming2
（1. Merchant Marine College， Shanghai Maritime University， Shanghai 201306， China；
2. Donghai Navigation Safety Administration MOT， Shanghai 200086， China）
Abstract：
To improve the analog communication mode of traditional maritime Very High Frequency （VHF） and realize maritime communication modernization， a data transmission model based on Orthogonal Frequency Division Multiplexing （OFDM） is established for the VHF Data Exchange System （VDES） research program which was proposed by International Association of Lighthouse Authorities （IALA） and International Maritime Organization （IMO）. Because the key to the OFDM system is the determination of the multipath time delay， a multipath propagation model of maritime wireless channels is established to analyze and calculate the multipath time delay of maritime wireless channels. The experiment shows that the method can effectively achieve maritime VHF data exchange with the lower bit error rate.
Key words：
Very High Frequency （VHF）； enavigation； maritime wireless communication； multipath time delay； VHF Data Exchange System （VDES）； Orthogonal Frequency Division Multiplexing （OFDM）
0引言
甚高频（Very High Frequency， VHF）通信作为海上近距离通信的主要手段已有几十年的历史，其工作频段范围为156～174 MHz.采用模拟信号的语音通信目前仍是船舶间和船岸间通信的主要方式.[1]甚高频数据通信系统（VHF Data Exchange System， VDES）是由国际灯塔与航标协会（International Association of Lighthouse Authorities， IALA）的eNAV委员会提出的，并被国际电信联盟（International Telecommunication Union， ITU）、国际海事组织（International Maritime Organization， IMO）以及其他国际组织广泛讨论.VDES的设计研究用于解决由于传统海上VHF频段频带窄、通信容量小而造成的AIS VHF数据链中网络繁忙和拥堵问题，同时也为海上数据通信提供了更广泛的高速通信途径，以促进e航海（eNavigation）和海上通信现代化的发展.VDES的研究对未来船舶导航和船舶交通管理具有重要的指导意义.[2]
目前，VDES处于研究阶段，ITU和IMO等相关国际组织尚未形成统一的标准，可以参考的主要是由ITU在2008年发布的ITUR M.18421建议书[3].该建议书提出了VDES的技术发展目标，展示了几种应用示例，其中100 kHz带宽应用示例为采用4个VHF频道组合成的100 kHz带宽的数据通信频道，并且具有32个子载波结构.利用正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing， OFDM）的多载波通信技术能够满足VDES的要求.海上VHF频段的无线信号传输信道环境存在多径效应，选择OFDM能在有效提高频带利用率的同时，有效对抗海上的多径时延的影响.[4]OFDM系统对抗多径时延的性能取决于最大程度消除符号间干扰（Inter Symbol Interference，ISI），通过设置大于无线信道的最大时延的保护间隔能够满足该需求.海上VHF信道中最大多径时延成为VDES参数设计的关键，因此有必要研究建立一种海上VHF多径传输模型以完成和实现VDES的通信需求.
1海面参数
在建立海上VHF多径信道模型前，首先要选定合适的海面参数.电磁波在海洋环境下传播受到海上气候和海浪的影响，导致海上信道参数发生改变.海面状态可以用数值级数即海情级（sea state）描述，常用世界气象组织（World Meteorological Organization，WMO）和Douglas采用的波高划分[5]，具体海情级划分见表1.
2多径传播模型
2.1海上无线多径信道
海面的粗糙导致海上电磁波传输存在海面镜面反射和海面漫反射[6]，因此海上无线信号传输路径包含3种（见图1），即直达路径、镜面反射路径和漫反射路径.直达路径是指射频发射端与接收端之间的可视路径；镜面反射路径是指经一次镜面反射的路径；漫反射路径是指经多方向海面漫反射的路径.
镜面反射路径与直达路径的路径差是固定的，即时延固定，镜面反射的时延差也是多径时延的最小值.漫反射时延差大于镜面反射的时延差.漫反射点可能会落在镜面反射点附近的任意区域，与实际海况有关，漫反射路径与直达路径的路径差是随机的，即时延是随机的.一般认为镜面反射路径来自单独的一个点，而漫反射路径来自具有一定范围的区域[7].海上无线信号传输示意图见图1.
2.2漫反射区域和多径时延
电磁波发生漫反射（即经过有一定倾斜的无限小的漫反射面反射）时，部分漫反射面反射的电磁波能够被接收端所接收，这些漫反射面所组成的区域即称为有效漫反射区域[8]，见图2.如果在接收端接收到的多路漫反射路径时延相近，则会产生叠加效应[9]，影响有效信号的接收.有效漫反射区域的位置和范围直接决定了接收信号的最大时延，确定有效漫反射区域的位置和范围即可确定海上无线信道的最大时延.
参考文献：
[1]MOTZ F， DALINGER E， HCKEL S， et al. Development of requirements for communication management on board in the framework of the enavigation concept[J]. TransNav， the International Journal on Marine Navigation and Safety of Sea Transportation， 2011， 5（1）： 1522.
[2]EDUARDO Bolas， NUNO Borges de Carvalho， JOS Neto Vieira， et al. Opportunistic usage of maritime VHF banddeployment challenges for a new regulatory framework[J]. Wireless Engineering and Technology， 2014， 5（1）： 110.
[3]ITUR. Characteristics of VHF radio systems and equipment for the exchange of data and electronic mail in the maritime mobile service RR Appendix 18 channels[R/OL]. https：//www.itu.int/rec/RRECM.18421200906I/en.
[4]NEE R， PRASAD R. OFDM for wireless multimedia communications[M]. Norwood， USA： Artech House， Inc.， 2000： 1112.
[5]董玫， 赵永波， 张守宏. 米波段下海面多径模型研究[J]. 电子学报， 2009， 36（6）： 13731377.
[6]郭立新. 随机粗糙面散射的基本理论与方法[M]. 北京： 科学出版社， 2010： 810.
[7]LEI Q， RICE M. Multipath channel model for overwater aeronautical telemetry[J]. Aerospace and Electronic Systems， IEEE Transactions on， 2009， 45（2）： 735742.
[8]杨伟. 三维复杂粗糙海面电磁散射建模研究与特性分析[D].成都： 电子科技大学， 2012.
[9]THEODORE S. Rappaport， wireless communications： principles and practice second edition[M]. Beijing， China： Publishing House of Electronics Industry， 2008： 159162.
[10]DONALD E. BARRICK. Rough surface scattering based on the specular point theory[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation， 1968， 16（4）： 449454.
散射通信海上应用研究 第4篇
散射通信是利用距地面0～12 km范围内的对流层中大气的不均匀性对超短波和短波的超视距散射或反射作用来实现在超视距的范围接收多径的、时变的微弱电磁波信号的一种超视距无线通信方式。
海面上空的气象因子和大气结构参数决定了海上散射通信链路的年中值损耗电平比陆地低10 dB左右;同时经过长期大量的散射电波传播试验统计表明,在海上常常呈现规则、不规则层反射及大气波导现象,造成了散射电波传播条件明显好于陆地传播的现象,因此散射通信在海面上应用能够对系统性能进行大幅度的提升。上述电波传播特性使得现有散射通信设备特别适合于距岸边350 km内的近海范围内抢险、救灾等应急通信使用。
1 海上散射通信理论依据
散射链路的传播损耗随地理气候环境不同有着明显变化,在海上通信时由于海洋气候的影响,对流层高度提高,从而使得极限通信距离增加;又由于大气折射指数增大,进而使得信号经过散射体的前向散射能力增大。根据ITU-R关于散射传播计算方法,可得出海上散射的年中值电平比陆地高6～10 dB的统计结论,这使得散射通信系统在海上的通信性能大大优于在陆地的使用性能。
经过长期大量的散射通信接收信号电平统计试验表明,海上散射信道由于在海上常常呈现规则、不规则层反射及大气波导现象造成海上散射通信电波传播包含有很大程度的非瑞利传播模式,在大多数时间内好于陆地上的瑞利信道模式。同一散射通信设备在不同的海上通信距离时慢衰落电平分布曲线(图1)和3天内链路电平统计(图2),图1中慢衰落中值电平比门限电平要高出20 dB,图2中慢衰落中值电平高于门限电平14 dB。
综上所述可以得出结论,散射通信在海上应用时的传播条件远远好于其在陆地上的应用。利用散射通信在海上应用的特殊性,可有效弥补光纤、卫星、短波通信在海上应用的不足,实现长距离、高质量、变带宽的可靠通信,并解决我国近海大容量通信问题。
2 关键技术
2.1 复用方式
近海散射通信距离远(设定为300 km)、通信容量大(设定为512 kb/s),通常为点对多点通信方式,采用码分多址和时分复用等复用方式时,会造成将实际传输速率成倍增加从而抵消电波海上传播带来的对系统性能提升的优势,并降低系统单条通信链路的通信质量。
在不降低系统单条链路的通信质量的条件下,采用频分复用的方式,即同一岸基站覆盖区内的多个船站使用不同的射频工作频点,岸基站的多个室外单元同时工作在不同的工作频点上,而岸基站的调制解调器采用工作在不同中频频率的多套调制和解调设备,以完成对不同船站的信号发送和接收。
2.2 覆盖区计算
散射通信天线的波束角半功率点通常为1°左右,按照有效通信距离(300 km)计算,天线的有效通信覆盖区域为:2×300×tan(1)≈10 km,散射天线的有效通信覆盖区是降低船站伺服系统精度和完成点对多点通信的关键。散射通信天线的有效覆盖区内
的通信链路传播可靠度,参数如表1所示。计算结果图3所示,在覆盖区范围内年平均传播可靠度≥95%。
2.3 基站配置方法
为保证通信质量和降低舰载站天线的尺寸,在采用4重分集的条件下,舰载站使用1面1.5 m天线,岸基站必需配置2面3 m天线采用空间分集技术才能达到对接收信号的平滑效果,岸基站天线相距4 m进行配置。
根据经验公式推算,在天线间的距离大于60λ时,就会取得非常好的分集效果,在此系统中λ=c/f=3×108(4.7×109)=0.064 m,天线间的距离设计为4 m>60λ=3.8 m。
2.4 岸基站天线伺服系统
在不考虑岸基站天线之间在极限位置(0°和180°)附近工作时左右天线互相遮挡的因素时,岸基站天线需要覆盖面向海面方向180°的角度范围,才能具有最大限度的船站通信范围。由于散射通信用天线的波束角很小(约2°),当岸基站天线不动时,最大覆盖正前方10 km宽的范围,因此岸基站天线采用水平跟踪扫描的伺服方式,利用舰载站传回的舰船经纬度信息和岸基站的位置信息计算岸基站天线的最佳方位角,并利用岸基站的天线伺服系统控制岸基站天线跟踪通信方位角的变化。
2.5 舰载站天线伺服系统
众所周知,由于风浪的作用,水面上的舰只会产生不停的横摇、纵摇和艏摇晃动,而船站散射通信天线采用的是窄波束天线,因此,船站天线必须采取稳定隔离和指向保持等措施保证船站天线与岸基站天线相互对准。
2.5.1 稳定隔离系统
舰载伺服系统利用舰载陀螺稳定系统提供舰体的俯仰、方位等变化的信息构成陀螺稳定环,控制天线的俯仰角始终工作在水平零度方向。 舰体的任何摇摆运动都会带来天线在俯仰方向和方位方向上的变化,而这种变化分别被舰载陀螺稳定系统感知后送到伺服系统,伺服系统输出正比于这种变化的信号,该输出信号分别送到俯仰和方位的伺服控制环路,控制天线向着消除这种变化的方向运动,使天线的指向保护不变,起到对舰体摇摆的隔离作用。
2.5.2 天线指向控制
采用舰载陀螺稳定系统只是解决了对舰体摇摆运动的隔离。要保证舰载散射通信站信道质量,天线除了保持稳定而不受舰体摇摆的影响之外,还必须保持天线波束指向岸站方向。指向的控制与保持采用自动跟踪和计算机控制混合方式。下面具体阐述俯仰和方位方向的指向保持问题。
俯仰角的指向保持。在舰载散射通信天线座的方位转盘上安装一倾斜计作为水平基准,其敏感方向与天线俯仰轴平行,它敏感舰体在俯仰方向的倾斜角度,此角度与天线俯仰轴角在计算机内合成,并保持合成的角度为0°,一旦偏离0°,计算机就会给出
控制信号,从而构成计算机闭环控制,保持天线的俯仰角始终为0°。俯仰角保持系统原理框图详见图4。
方位角的指向保持。当舰位发生变化,天线的方位指向需要跟随舰位进行调整,利用岸基站的固定经纬度信息和舰上GPS输出的经纬度信息,首先进行船站天线最佳通信方位角度的计算,根据计算结果完成舰载天线方位角的调整,在完成舰载天线方位角的调整后采用陀螺负反馈环之外加有位置控制环路对天线的方位指向进行控制。详见图5方位角保持系统原理框图。
航向基准的选择。舰载散射天线地理方位角度的控制建立在舰船航向基准源之上,航向基准直接引自舰装高精度惯导平台系统。
3 结束语
散射通信使用的电磁波海上传播对系统性能的提升特性、散射通信设备信道容量大及维护费用少等优势和特点决定了它在近海建立应急通信保障系统中具有不可替代的作用,是建立统一、及时、可靠的专用应急通信保障和调度自动化系统的重要手段之一。
摘要：散射通信使用的电波频段大多为C波段。统计表明,散射通信电波在海上传播时,由于海面上空的大气折射指数等气象结构参数原因造成接收信号年中值电平损耗低于陆地;海面上空还经常出现利于电波传播的规则、不规则层反射现象及大气波导现象。上述原因使得散射通信设备在海面上使用时通信距离更远、信道传输容量更高,因此散射通信作为近海应急等通信的保障手段具有广阔的使用前景。
关键词：散射通信设备,应急通信,散射通信海上应用
参考文献
[1]刘圣民,熊兆飞编.对流层散射通信技术[M].北京:国防工业出版社,1982.
[2]张明高.对流层散射传播[M].北京:电子工业出版社,2004.
[3]李荣海,任香凝,刘莹.数字对流层散射传输技术新动向综述[J].通信技术与发展,2007,33(3):8-10.
无线通信在海上卫星测控上的运用 第5篇
关键词：卫星测控,无线通信,运用
神舟系列飞船的连续发射成功向全世界昭示出我国航空航天技术的技术能力, 也体现我国卫星发射水平与科技攻关能力的强大实力。但许多人却不知道, 在每一次成功的背后都有一群人为此付出的艰辛和努力。而其中, 中国卫星海上测控部就是工作最为繁重的部门。近几年完成的载人航空航天飞行任务中, 由测控部所组成的船队做出了突出的贡献。为了进一步加强工作质量, 我国海上卫星监测部门统一使用了无线通信技术来解决在卫星监测过程中所可能遇到的风险和隐患。
1 无线通信技术介绍
1.1 无线通信技术基本概念
无线通信的主要形成原理是通过电磁波传递的信号能在空中进行自由传播并进行信息交换的特性而产生的一种通信技术手段。在目前主要通用的信息通信方法中, 无线通信技术是其中发展最快, 应用最光的一种技术。
目前无线通信技术主要执行的原理是802.11标准, 主要对网络的物理层和访问控制层拟定相关规定。在802.11标准当中, 还实现了针对发送和接收的三种先进技术, 分别为扩频技术, 窄带技术和红外技术。随着无线网络技术的高速发展, 无线通信技术也已经渗透到人们的生活之中, 3G, WLAN, UWB, 蓝牙, 宽带卫星系统, 数字电视等都是无线通信技术为我们日常生活所带来的便利。
1.2 无线通信技术主要应用范围
⑴蓝牙。蓝牙技术是实现移动设备与固定设备之间建立通信环境而建立的一种近距离无线接口, 通过蓝牙的使用能将计算机融合到通信技术当中, 从而实现近距离的操作与实时通信。⑵WIFI技术。在无线通信协议当中, WIFI也是其中重要的一种, 其正是名称为IEEE802.11b, 也可实现短距离无线通信操作, 而且其速度更快, 达到11Mb/s。⑶IRDA技术。IRDA技术是以红外线来实现点对点无线通信的技术, 也是无线通信技术当中最早的一种, 在小型移动设备上得到广泛使用。⑷NFC技术。这种技术与非结束时射频识别所形成的无线通信技术标准相类似, 其主要是以双向的识别和连接手段, 能够实现无线网络的自动获取与建立, 还可以为蓝牙、蜂窝以及WIFI设备提供支持, 形成虚拟连接, 形成电子设备的短距离实时通讯。
2 无线通信技术在海洋测控上的具体应用
2.1 无线通信技术适用于海洋测控的原因
因为无线通信技术适用于通信宽带化和高速率的要求, 目前已经在许多国家的海洋测控上带来了很大的帮助, 我国的卫星海上测控工作也对其进行了有效的利用, 建立了专门的海洋测控无线通信系统来加以应用。该系统以IP为基础, 实现分组交换网络和软交换核心网络架构, 具有覆盖范围广, 高保密性, 高带宽, 支持高速移动等先进优势。能有效满足海上船队之间的高数据业务的传输需要, 最远传输距离甚至可以达到50KM, 调制方式不拘一格, 采用了64QAM、16QAM、8PSK等自动调制方式, 传输带宽达到了5MHZ, 数据吞吐率在10Mbit/S, 分为基站系统和远端用户站系统两种双工方式, 既可以单基站组网, 又可以双基站组网, 实现语音, 视频, 数据等多种传输功能。
2.2 无线通信技术在海洋测控应用的工作原理
该系统由1个基站和5个船载站构成, 通过以太网接口与系统中心进行连接, 通过视频传输设备与指挥中心大屏幕实现相互贯通, 总指挥员可以在指挥室中就能全面的看到各船的实际情况, 提高了准确性和效率。在进行海洋资源监测与管理过程中, 我国海上卫星监测相关部门可以第一时间准确的掌握船队工作情况, 一旦遇到特殊情况和需要紧急保障的困难, 就能第一时间加以调控, 保证整个项目的顺利进行。
3 结束语
我国海洋测控执行过程中, 无线通信技术所拥有的高速率传输, 抗干扰抗多经等技术优势都对我国神舟系列飞船等航空项目的顺利实施起到了重要的保障作用。无线通信技术的覆盖范围更广, 保密性更强, 移动速度更快, 其带宽也更高;同时还拥有非视距传输、终端漫游等功能, 使海洋测控过程中所需要进行的各项任务都能得到很好的完成, 它也必将成为未来我国海洋信息系统发展的必然选择和趋势。
参考文献
[1]西蒙赫金.现代无线通信[M].北京:电子工业出版社, 2007.
[2]刘乃安.无线局域网 (WLAN) —原理、技术与应用[M].西安:西安电子科技大学出版社, 2004.
[3]方旭明, 何蓉.短距离无线与移动通信网络[M].北京:电子工业出版社, 2006.
海上通信 第6篇
目前的无线通信技术种类繁杂, 传统的微波技术、Wi Fi技术很难在海面及移动中得到很好的应用效果, 首先微波技术需要视距传输, 而且不支持移动和切换, 无法满足舰艇运动的需求;Wi Fi技术传输距离短, 移动性支持差, 不支持终端的切换, 且服务质量Qo S无法保证。
McWiLL (Multi-carrier Wireless Information Local Loop, 多载波无线信息本地环) 宽带无线接入系统采用国际最先进的码扩正交频分多址 (CS-OFDMA) 、智能天线、空间零陷、联合检测等无线通信技术, 使其无线性能远远高出现有的宽带无线通信 (BWA) 技术, 如Wi Fi、微波以及Wi MAX技术;Mc Wi LL基于IP分组交换网络以及软交换核心网络架构, 具有覆盖范围广、高带宽、高保密性、非视距传输、支持高速移动、支持终端漫游切换等先进优势, 同时支持语音与数据业务, 能够满足海上对无线通信技术的要求。
2 McWiLL技术优势
McWiLL在物理层采用CS-OFDMA (码扩正交频分多址技术) , 同时结合增强型智能天线技术、空分多址技术、联合检测、自适应调制编码、动态信道分配、先见后切快速应切换等技术, 使得系统具有突出的无线性能、终端简单、业务广泛、安全性高。
2.1 McWiLL技术指标
McWiLL宽带无线系统的智能天线技术通过空间波束赋形可有效提高链路预算, 从而保证较大的覆盖范围。系统工作在400MHz频段典型城市覆盖半径10~15公里, 郊区覆盖半径30~50公里。在终端采用高增益定向天线预计可以达到60Km。
2.2 McWiLL系统组成
2.2.1 基站
基站主要由两部分组成:基站收发信机和无线射频子系统。下面分别介绍。
a.基站收发信机
BTS通过10/100 Base T以太接口直接与上层IP网络连接, 也可以通过IP转E1之后与微波、光纤网络相连。
b.无线射频子系统
无线射频子系统采用波束赋形技术, 主要包括:智能天线阵、塔顶放大器、无源校准电路、防雷滤波器等功能模块。完成与各式终端的通信链路建立。
2.2.2 终端
车载CPE:Mc Wi LL车载CPE是完全即插即用的“零安装”便携终端, 可以达到1~3Mbps的上下行带宽, 它有RJ45以太网接口、RJ11电话接口即可各一个, 为用户提供上网和电话使用, 也可以配合行业现有的数据终端实现数据通信。
MEM模块:提供以太网接口、RS-232接口、RS485接口, 能够与现有的各种数据采集设备对接, 将实时的数据采集数据通过Mc Wi LL无线网络传送至控制计算机进行处理, MEM模块最大数据吞吐率为3Mbps, 能够满足不同场合下的各种数据采集传输速率要求。
2.3 Mc Wi LL系统安全性分析
2.3.1 认证
用户终端设备在接入网络时系统对其硬件设备序列号、从属基站设定、网络编号进行认证, 未开通的客户端设备无法接收无线信息。
2.3.2 安全的空中接口协议
McWiLL技术使用私有无线接口协议SWAP+, 从物理层、链路层和网络层提供了无线链路和数据的安全性。McWiLL技术采用码扩OFDMA, 经过扩频后的有用信号的频谱被展宽, 其结果是有用信号在单位赫兹频带上的功率远低于背景噪声的功率, 用户的信号就淹没在噪声中, 很难被截获。
McWiLL采用智能天线进行波束赋形, 在增大系统覆盖范围和提高频谱利用率的同时, 波束赋形将信号集中向客户端所在方向发射, 并且持续锁定跟踪客户端, 在其他方向则不能接收到发往用户信号, 降低了信号被窃听的几率。
2.3.3 3用户业务安全性
Mc Wi LL支持802.1Q, 基于终端实现VLAN的配置, 可以实现终端与VLAN的唯一绑定, 每个终端被分配唯一的VLAN标识, 通过实现终端与PPPo E的唯一绑定, 避免帐号在不同终端下的滥用问题。
对于语音业务, SAG与软交换之间采用SIP协议, 借助SIP协议的用户注册机制可以保证语音业务的安全性。
3 Mc Will网络组网方案
3.1 网络拓扑
Mc Wi LL网络拓扑如图1所示。
Mc Wi LL终端提供RJ45以太网接口和RJ11电话接口实现数据语音接入;手机实现移动语音业务, 通过数据线连接电脑也可实现电脑数据上网业务。终端提供VOIP语音、数据及视频传输业务, VOIP语音业务将模拟语音通过语音网关转换成IP语音, 通过以太网线经交换机连接至CPE;同步、异步数据可以通过网络终端串口服务器将相应的数据转化为IP数据, 通过以太网线经交换机连接至CPE;视频业务可以通过将视频信号经网络视频编码器压缩编码为H.264或者MPEG-4格式IP分组数据包后, 通过以太网线经交换机连接至CPE;VOIP语音、数据和IP分组数据包通过CPE与基站之间的无线传输通道传输至指挥中心后, 分别将语音、数据及图像解码显示。
3.2 网络资源需求
Mc Wi LL网络的地址可以分为基站地址、核心网语音业务部分地址、网管服务器部分地址以及用户终端设备地址四部分。网络规模较小时, 可以将语音核心网平台与网管平台部署在一起, 分配一个IP地址段。对核心网络设备, 将采用防火墙进行隔离。
Mc Wi LL单个基站需要1个IP地址, 为基站网管地址, 分别承载网管数据和用户业务数据。核心网网管部分使用1个IP地址, 防火墙需要IP地址两个分别为互联地址和内网地址。
终端设备的IP地址规划需要根据用户属性的不同按照实际的用户数量和属性分配。
对于视频监控使用的视频服务器, 可以采用固定IP地址, 每个视频服务器需要IP地址一个。
4 推广应用前景
通过对Mc Will系统组网模式及传输距离、网络特性等的研究, 根据海上通信实际需求, 可以选择建设2个固定基站和1个移动基站, 通过合理布站, 便可完成对海上长200~300Km、宽40~60Km的范围内通信的有效覆盖, 为海上、陆地提供全IP宽带无线接入信道, 完成综合信息的传输;移动基站灵活部署在船只上可以作为中继, 可实现海上更远距离的通信传输需求。
灵活部署在相关站点可以实现覆盖范围内的其他设备通过1个便携的CPE终端和交换机就可以完成相关数据方便的网络接入, 设备连接简单可靠, 结合智能天线技术, 可以方便地完成现有微波通信业务 (相当于基站代替微波中继站, CPE+交换机代替微波通信车) 。
摘要：以分析研究现有通信技术发展现状, 针对海上特有的传输环境, 提出海上便携式可靠通信的解决方案。
海上通信 第7篇
在没有网络信号覆盖的大海上, 卫星几乎是可以提供高带宽数据传输的唯一手段。卫星通信具有通信距离远、通信容量大、通信质量高、机动性大、信号配置灵活、多种业务综合等特点, 可以为海上执法舰船提供远距离、持续不间断、宽带综合业务保障的通信能力。
以遂行信息化条件下的海上维权执法行动为目标, 为我国海上执法舰船遂行任务提供强大的信息化支撑和保障, 本文基于海上执法舰船卫星通信网络建设现状及国产化需求, 结合卫星通信距离远、通信能力强的特点, 并借助近年得到飞速发展与实用化的国产自主宽带卫星通信系统等技术, 通过顶层规划设计, 有效整合运用卫星先进成熟技术, 改进提升现有卫星通信装备, 建设广域覆盖、高速宽带、业务多样、安全保密的海上卫星通信系统, 全面提高海上执法舰船维权执法整体效能。
二、海上卫星通信现状分析
海上执法舰船目前所使用的卫星通信设备主要有两大类, 一类为国产的卫星通信设备, 另一类是进口的卫星通信设备。国产卫星通信设备主要为国营XX单位生产的FDMA卫星通信设备和中电XX所的TDMA卫星通信设备;进口的卫星通信设备主要有美国SATPATH、加拿大Advantech以及美国i Direct等公司生产的产品。其中, 国产卫星通信系统和进口卫星通信系统都面临着更新换代的问题。此外, 进口卫星通信设备还存在控制接口不开放, 系统集成开发应用受约束等问题。
2.1 网络管理与控制复杂, 智能化程度低
目前正在使用的海上卫星通信体制有SCPC、DVBRCS、
TDMA/MF-TDMA等, 体制繁杂, 网络管理与控制难度大, 智能化程度低, 不能自动适应和调节。
2.2 进口产品与国产化需求不匹配
目前在用的设备大部分是进口产品, 核心技术掌握在外国, 存在一定的安全隐患, 随着海上执法任务需求不断深入, 核心网络设备国产化需求十分迫切。
2.3 终端界面操作复杂, 不易于升级维护, 使用不方便
在用终端设备界面设计不够科学, 操作使用难度较大, 升级维护周期较长, 维修经费开支大。
2.4 不能完全实现互联互通, 通信资源共享程度差、利用率低
由于体制不同, 卫星通信网络不能实现互联互通, 语音、视频、文字等资源不能共享, 特别是SCPC体制, 每条链路独占固定带宽, 上下行传输不平衡, 网络利用率低。
2.5 安全保密手段缺乏
现有卫星通信除简单在终端进行加密外, 尚未采用其它加密手段, 只能进行简单的语音、视频和文字传输, 安全保密隐患较大。
三、国内外卫星通信体制的发展历程
国外卫星通信系统发展初步经历了四个阶段, 最早期的系统大多采用FDMA体制, 带宽和频点预先分配, 后期逐渐采用按需分配的方式 (DAMA) 。90 年代起, 卫星通信系统出现了TDMA技术体制, 并逐步发展至近年出现的TDM/MF-TDMA体制和MF-TDMA体制, 最新的技术潮流是面向应用业务灵活选择不同体制的卫星通信系统, 即多体制融合的卫星通信系统。
3.1 卫星通信体制发展历程
1、1980-1990 年代, 通信体制以SCPC为主, 主要标准为IDR、IBS为主, 业务类型以群路话音为主。
2、1990-1999 年代, 通信体制以SCPC/TDMA、TDMA、TDM/TDMA为主, 没有制定统一标准, 业务类型:点到点, 网状网, 星状网;窄带, 低速, 传输特点为稀路由数据, 不能构成混合拓扑网, 不能实现跳频, 各家自行标准;数据通信协议:Z.25, SDLC, 串口透明传输等;卫星频段:90 年代初期以C频段为主, 中期以后Ku波段使用增多。
3、2000-2005 年代, 通信体制以TDM/MF-TDMA为主, 由各家标准开始向国际标准化靠拢, 业务特点:随地面光纤的铺设, internet业务的快速发展, 卫星通信开始由窄带向宽带发展;传输协议向TCP/IP协议靠拢;接入internet业务, 稀路由数据向宽带多媒体转变, 用户数据接口:以太网10base-T;卫星频段:Ku&C ;2000 年, DVB标准诞生, 2002 年全球第一个宽带双向DVB-RCS标准诞生。
4、2006-2010 年代, 通信体制以TDM/MF-TDMA为主, 全球第一个双向DVB-RCS标准, 业务类型开始广泛推行大多数知名厂商遵行DVB-RCS开发产品, 宽带多媒体业务, 以星状网为主, 网状网为辅。
5、2010-2016 年代, 通信体制以TDM/MF-TDMA/SCPC/TDMA为主, 标准以DVB - RCS+M为主, 业务类型:随国际军事需求, 采用智能多模自适应方式, 支持星状网+ 网状网+SCPC的混合拓扑, 多级管理体系, 多星主频段, 传输能力大幅度提升, 多业务信号处理能力和效率大幅度提高。
6、未来发展趋势:星上交换 (Ka频段) 与地面智能多模自适应系统相并存;标准以MPLS与DVB-RCS+M并存为主;综合特点:业务量更大, 信息速率更高, 传输交换量巨大。
3.2 国内卫星通信体制及产品发展情况
目前我国从事卫星通信系统研制的单位主要有中电五十四研究所、南京七一四厂、北京大学及国营第七五〇厂。
3.2.1 中电五十四研究所
中电科第五十四研究所是国内卫星通信研究的领导者, 其成功研制了网状MF-TDMA系统, 具备了自主研发和生产能力。
3.2.2 南京七一四厂
南京714 厂依托和解放军理工大学合作, 拥有FDMA卫星系统体制, 具备自主研发和生产能力。
3.2.3 北京大学
我国第一代卫星通信系统专线网系统即由北京大学负责研制。目前北京大学作为技术副总体单位, 负责卫星数据广播分发系统的系统技术体制设计与实现。其技术体制采用前向自适应TDM广播, 返向MF-TDMA接入。
3.2.4 国营第七五〇厂
国营第七五〇厂开展了TDMA/FDMA体制船载动中通卫星通信系统研制工作, 并于2015年完成了厂级鉴定工作。该系统支持DVB-S2标准, 支持MF-TDMA及FDMA接入方式, 全IP接入简化设备配置。具备远程升级和操作功能, 通过卫星链路为用户提供移动互联网业务。主站只需增加终端数量即可实现系统扩容, 简单方便。
3.3 卫星通信应用系统总体发展趋势
体系:网状MF-TDMA、FDMA/DAMA系统继续应用的同时, 多体制融合系统成为发展重点;
接入与业务承载:与地面IP协议的融合和一体化设计成为必然;
管理与控制:网络实时控制与管理功能分离, 管理面向服务, 控制嵌入终端;
传输:高效编码与调制、自适应编码调制广泛应用;
终端:多波形、多模式重构、低成本、小型化。
四、 多体制融合的海上卫星通信网络建设研究
4.1 建设目标
海上卫星通信系统目的是建设一个广域覆盖、高速宽带、业务多样、安全保密的卫星通信系统, 系统采用纯IP设计, 支持Vo IP话音、视频、图象、HTTP、FTP、邮件等IP业务, 能够覆盖300 万平方公里海域, 安全保密、使用便捷、常态化运行的通信指挥专用网络, 能够跨网互联互通, 为海上执法舰船岸海和编队通信指挥提供远程机动通信保障。
系统建设遵循的指导思想包括:
以提升卫星通信效能的核心目标
充分利用现有, 兼顾未来发展
遵循网络化建设思路、岸海一体化设计
提升网络的自动化管理水平
突出安全保密需求, 具备和相关涉海部门进行互连互通的能力
4.2 总体架构
结合海上执法舰船使用需求进行建设, 海上卫星通信系统由XX主站、XX主站和其卫星通信移动小站组成, 主站均与业务信息中心通过光纤链路实现网络互联, 两个主站之间通过地面公共光纤网络及卫星信道互联, 实现主站与业务信息中心双链路互联, 提高系统网络可靠性。舰船上的移动站建设可根据业务需求及安装条件配置单个或双个用户站设备, 用户站经鉴权后入网, 通过任一主站接入海上卫星通信网络, 岸基指挥中心通过主站与用户站进行业务通信。
4.3 海上卫星通信体制设计
海上卫星通信网络融合了SCPC/DAMA、TDM/MFTDMA两种技术体制, 通过系统的统一设计, 在统一的平台基础上, 系统可根据用户需求, 实时配置成星状网、点对点或者混合网的通信系统实现多体制应用模式。海上卫星通信系统网络如图1 所示。
4.4 功能架构
海上卫星通信系统的软件体系结构如图2 所示。IP互通在卫星子网和非卫星子网 (有线网络) 之间是透明互操作的。通过指定SAP接口来实现与卫星有关的功能和与卫星无关的功能的分离, 与卫星有关层包括卫星数据链路层SDLL和卫星物理层SPHY。
4.5 网络架构
系统网络架构采用了具备IP路由和空口MAC路由的网络传输方案。寻址方法包括物理层寻址和网络层的IP地址寻址。卫星通信网络物理层寻址设计如下:每个用户站具有一个物理MAC地址, 存贮在非易失存贮器中, 与唯一的一台用户站相对应。对于一个用户站, 任何指定传到一个特定的用户站的数据 (用户业务) 采用用户站MAC地址, 任何指定传到所有用户站的数据 (用户业务) 采用广播MAC地址。
网络层寻址采用应用协议自已的寻址方案, 也就是IP地址寻址。主站及各用户站分别在下级构建独立的子网, 各用户站维护子网网络, 主站端通过网管管理各用户站网络。其典型网络架构如图所示。系统各设备IP地址可按照IP地址规则灵活配置, 如若需要, 可采用DHCP自动分配。
4.6主要功能
4.6.1 IP业务
提供Vo IP话音、视频、图象、HTTP、FTP、邮件等IP业务。
4.6.2网络管理
根据使用需求动态调整带宽、优先级配置等资源;实现网络设备、业务流量、卫星链路态的动态监控。
4.6.3 舰船态势监测功能
各级信息中心与信息分中心具有实时显示所管辖舰船位置及航迹功能, 能够以主动或被动的方式获取船艇位置及航迹信息, 形成船艇实时态势信息地图。
信息中心可融合船舶自动识别系统的态势信息, 形成综合态势图。
4.6.4 航迹监测功能
信息中心可以连续或非连续的监测重点船艇的位置信息, 形成重点船艇的航迹信息图。
4.6.5 网络安全保密功能
海上卫星通信系统网络在通信中对网络各层面进行安全防护和加密处理, 操作用户进行分级权限管理, 对业务网和网管网进行逻辑隔离, 采用保密模块对物理信道进行加解密, 支持IP加密设备, 多种手段确保通信安全。
4.7 主要指标
4.7.1 前向体制指标
传输体制:TDM方式;
信息速率:2Mbps~10Mbps;
调制方式:QPSK、8PSK;
信道编码:LDPC+BCH;
滚降因子:0.35。
4.7.2 返向体制指标
信道接入:MF-TDMA方式;
信息速率:小于等于4Mbps;
调制方式:QPSK;
编码方式:Turbo;
4.8工作频段
系统支持如下工作频段:
Ku频段全国波束——上行:14.0 ~ 14.5GHz;下行:12.25 ~ 12.75GHz;
C频段全国波束——上行:5.8 ~ 6.425GHz;下行:3.625 ~ 4.2GHz;
C频段 (扩展) 波束——上行:6.425 ~ 6.725GHz;下行:3.4 ~ 3.7GHz;
同时, 预留Ka频段、S频段接口。
4.9效能评估
根据上述方案建立的卫星岸海接入网, 主要是为了解决目前海上执法舰船在进行卫星通信时存在的“IP业务弱”、“网络能力弱”、“沟通率低”、“自动化程度差”等问题, 建成后的卫星岸海接入网将构建一个全国共用、岸海一体的信息传输和交换平台, 可为海上执法舰船、舰船编队等平台提供多点保障、随遇接入的卫星通信服务, 为全国海上业务指挥中心、各区域指挥中心与船台提供IP综合业务通信保障, 有效提升海上执法舰船的卫星通信效能。
4.9.1 保持先进性与易用性, 显著改善用户体验
系统采用纯IP设计, 通过主站可接入互联网, 可适配各种现有货架式产品 (电脑、IP电话、网络视频、手机APP等) , 技术成熟可靠;同时系统可通过网管系统对各卫星终端进行远程升级和操作维护;显著改善用户体验。
4.9.2 系统技术体制自主开发, 技术可控
系统前向链路采用TDM接入方式, 返向链路采用MFTDMA接入方式, 实现了动态分配带宽与QOS保证, 提升卫星通信网络运行效率。同时, 系统支持DVB-S2 标准, 可与符合该标准的卫星设备进行互通。
4.9.3 突出可扩展, 在充分利旧基础上支持未来发展
系统采用分层的、灵活的体系结构, 在信道资源层面可利用当前的功放 (BUC) 、低噪放 (LNB) 和天线资源, 主机机箱采用ATCA架构, 系统可通过软件升级、规模扩充等方式灵活实现系统功能提升和服务容量的扩展, 有效支撑系统未来的发展。
4.9.4 卫星终端支持“智能化”、“简单化”操作
用户通过配置少量参数可实现卫星通信功能, 通过IE浏览器可快速对卫星终端通信状态进行监视;用户使用简单、快捷。
4.9.5 提升可靠性, 有效提升系统的抗干扰能力
系统采用两主站设计、各分系统实现冗余备份, 提升卫星系统的可靠性和抗干扰能力。
4.9.6 简化组织应用, 提高网络自动化管理水平
主站网管负责配置和管理各类主站和终端小站, 具备图形化操作界面;提供网络配置、性能监控、事件告警、日志记录、用户管理、安全备份和地图服务等;具有远程操作的功能, 提升网络的管控水平和运行效率。
4.9.7 强化安全保密, 支持灵活互通的保密策略
系统在网络各层次采取了隔离、身份认证等安全措施, 在传输通道上, 对无线信道采用自动线路保护等保密措施, 对信源采取自动加密措施, 确保各种业务通信的安全性和保密性。系统通过配置与海上其他相关部门卫星通信设备信道, 必要时可以进行互连互通。
五、结论
卫星通信经历了几十年的发展, 随着卫星业务的不断拓展, 卫星通信体制得到长足发展, 特别是新一代多模自适应卫星通信接入的发展为海上卫星通信网络建设提供了一种新思路。本文中提到的海上卫星通信网络建设研究通过融合SCPC和TDMA等几种体制, 可以有效地解决现有体制繁杂、设备互不兼容、互联互通能力差、安全保密能力差等不足, 合理设计网络架构和体系结构, 充分满足海上执法区域广、移动小站分布散、业务各类繁多等业务需求。
卫星通信是海上执法舰船通信的主要手段, 建设统一高效的卫星调度指挥通信网络是大势所趋, 未来我们要立足业务实际, 理清业务需求, 拓展工作思路, 以全新的体制和理念规划海上卫星通信网络建设。
摘要：卫星通信具有通信距离远、覆盖范围大、通信容量大、机动性强等特点, 是海上执法舰船的主要通信手段之一, 但是体制繁杂、设备种类多、互联互通差等因素在一定程度上制约和影响了卫星通信的进一步发展, 本文通过对国内外卫星通信体制发展历程的分析, 提出一种建设多体制融合的解决方案, 为建设统一的海上卫星通信网络提供必要的理论依据。
关键词：卫星通信,体制融合,网络建设
参考文献
[1]张昆鹏.《卫星通信的发展及其关键技术》, 北京:中国科技新闻学会, 《硅谷》2009年第08期
[2]王小康.《基于IP协议的卫星通信系统性能评估》, 北京:中国科技新闻学会, 《中国科技信息》2011年第15期
[3]王义明.《卫星通信在应急通信中的应用》, 北京:中国通信学会, 《第六届卫星通信新业务新技术学术年会论文集》2010年
海上通信 第8篇
近年来随着目前信息化和现代化建设的不断深入,信息化程度的不断提高,无线通信指挥系统必然由窄带、低速向宽带高速无线通信方向发展。我国是一个海岸线很长的国家,拥有几百万平方公里的海洋面积,但相邻国家不断蚕食;同时随着我国社会经济的飞速发展,国际贸易日益增长,而因国际贸易引起的各种纠纷必然引起国家之间的军事摩擦,加之国际海盗猖獗,严重威胁我国海洋贸易的发展和人员安全,因此建立一支强大的现代化海军已迫在眉睫,而作为海军作战系统大脑神经的无线通信指挥系统更应优先发展。现有通信指挥系统已无法满足舰与舰之间、岸舰之间高速、宽带无线通信的业务需求,因此建立海面舰艇宽带无线通信指挥系统很有必要,本文主要对OFDM技术性能,根据实际试用情况对基于OFDM技术的宽带无线通信系统在海上指挥系统的应用进行分析研究。
2 OFDM技术及其性能分析
传统的多载波传输系统将信号的频段划分为N个互不重叠的频率子信道。这种方式避免了频率重叠,减少了信道间干扰,但浪费了珍贵的频谱资源,不适合于信息高速、宽带化需求。20世纪60年代,人们在单载波复用技术基础上提出了频带混叠的多载波通信方案,选择相互之间正交的载波频率作子载波,也就是我们所说的正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术。OFDM技术既能充分利用信道带宽,也可以避免使用高速均衡和抗突发噪声差错。
OFDM是一种特殊的多载波调制技术,用户的信息首先要经过串行到并行的转换,转变成多个低速率的数据码流,通过编码之后,调制为射频信号,传统的调制技术在同一个时刻只能用一种频率进行数据的传送,而OFDM则可以在正交的频率上同时发送多路信号,可以说是并行的传送多路信号,这样OFDM能够充分地利用信道的带宽。OFDM不用带通滤波器来分隔子载波,而是通过快速傅立叶变换(FFT)来选用那些即便混叠也能够保持正交的波形。图 1为多载波系统的基本原理结构图。
OFDM是一种无线环境下的高速传输技术。无线信道的频率响应曲线大多是非平坦的,而OFDM技术的主要思想就是在频域内将给定信道分成许多正交子信道,在每个子信道上使用一个子载波进行调制,并且各子载波并行传输。这样,尽管总的信道是非平坦的,具有频率选择性,但是每个子信道是相对平坦的,在每个子信道上进行的是窄带传输,信号带宽小于信道的相应带宽,因此就可以大大消除信号波形间的干扰。由于在OFDM系统中各个子信道的载波相互正交,它们的频谱是相互重叠的,这样不但减小了子载波间的相互干扰,同时又提高了频谱利用率。图 2为OFDM无线系统的原理框图。
OFDM信号的发送过程需要经过下面几个步骤:
(1) 编码:在基于OFDM调制技术的系统中,编码采用R-S码、卷积纠错码、维特比码或TURBO码。
(2) 交织:交织器用于降低在数据信道中的突发错误,交织后的数据通过一个串并行转换器,将IQ映射到一个相应的星座图上。
(3) 数字调制:在OFDM方式中,采用星座图将符号映射到相应的星座点上。这一过程产生IQ值,它们被过滤并送到IFFT上进行变换。
(4) 插入导频:为了能够使接收稳定,在每48个子载波中插入4个导频信息。
(5) 串并转换:使串行输入的信号以并行的方式输出到M条线路上。这M条线路上的任何一条上的数据传输速率则为R/M码字/秒。
(6) 快速傅立叶逆变换:快速傅立叶逆变换可以把频域离散的数据转化为时域离散的数据。由此,用户的原始输入数据就被OFDM按照频域数据进行了处理。
(7) 并串转换:用于将并行数据转换为串行数据。
(8) 插入循环前缀并加窗:循环前缀为单个的OFDM符号创建一个保护带,在信噪比边缘损耗中被丢掉,以极大地减少符号间干扰。
接收器完成与发送器相反的操作。接收器收到的信号是时域信号。由于无线信道的影响发生了一定的变化,首先要通过训练序列定时和频率偏移进行估计,同时将符号的定时信息传送到去循环前缀功能模块,在这里训练序列和导频信息主要是用来信道纠错。然后将信号经过一个串/并转换器,并且把循环前缀清除掉。清除循环前缀并没有删掉任何信息,循环前缀中的信息是冗余的,使用循环前缀是为了保证前面提到的卷积特性的成立。
OFDM系统因其系统的特点主要有以下关键技术:子载波之间的同步技术、降低功率峰值与均值比(PARP)技术、训练序列和导频及信道估计技术等,因篇幅所限,这里不再赘述,读者可参考相关文献。
综上所述,OFDM技术有以下优点 :
(1) 把高速数据流通过串并变换,使每个子载波上的数据符号持续长度相对增加,减小了因无线信道时间弥散带来的ISI,减小了接收机均衡的复杂度,仅通过采用插入循环前缀的方法消除ISI的影响。
(2) 最大限度的利用频谱资源,因OFDM技术各子载波之间采用正交复用,在波间无频率保护间隔,因而其频谱利用率很高。
(3) 自适应调制技术:OFDM技术能够持续不断地监控传输介质上通信特性的突然变化,由于通信路径传送数据的能力会随时间发生变化,所以OFDM能动态地与之相适应,并且接通和切断相应的载波以保证持续进行成功的通信。
(4) OFDM技术的最大优点是对抗频率选择性衰落或窄带干扰。在单载波系统中,单个衰落或干扰能够导致整个通信链路失败,但是在多载波系统中,仅仅有很小一部分载波会受到干扰。对这些子信道还可以采用纠错码来进行纠错。
(5) OFDM技术可以有效地对抗信号波形间的干扰,适用于多径环境和衰落信道中的高速数据传输。当信道中因为多径传输而出现频率选择性衰落时,只有落在频带凹陷处的子载波以及其携带的信息受影响,其他的子载波未受损害,因此系统总的误码率性能要好得多。
(6) OFDM技术通过各个子载波的联合编码,具有很强的抗衰落能力。
(7) OFDM技术可以使用硬件模块集成基于IFFT/FFT的算法,通过这种方式实现的OFDM系统的运行速度,主要取决于硬件电路的运行速度,同时也简化了系统实现的复杂程度。
3 OFDM宽带无线通信系统在 海上无线指挥系统的应用
因OFDM技术适合于通信宽带化、高数据速率的基本要求,因此各国将该项技术应用于指挥系统中。为实际业务需求,相关单位在2009年试用了一套宽带无线通信系统作为OFDM宽带无线通信系统在海上无线指挥系统的应用的验证,该系统基于IP分组交换网络以及软交换核心网络架构,具有覆盖范围广、高带宽、高保密性、非视距传输、支持高速移动等先进优势,适合于海面舰艇之间、岸舰之间高速数据业务传输需要,系统最远传输距离可达50km,调制方式采用QPSK、8PSK、16QAM、64QAM自适应调制,系统传输带宽可达5 MHz、数据吞吐率可达10 M bit/s,双工方式采用TDD方式,分为基站系统和远端用户站系统,可单基站组网也可多基站组网,实现语音、数据、视频传输等功能。图3为OFDM宽带无线指挥系统在海上应用网络示意图。
试用系统由1个基站,5个舰载站组成。系统基站通过以太网接口与指挥中心网络互联,并通过视频传输设备与指挥中心大屏幕相连,这样就可通过指挥大屏幕直接看见各舰的实际情况,大大提高了指挥的准确性和效率。系统基站连接示意图如图 4所示。
舰载终端通过以太网接口与摄像机、语音通话系统相连。远端用户站连接示意图如图 5。
通过试用该系统最远传输距离可达50公里左右,实现了语音、数据、视频传输,具有较好的传输效果。
4 结论
OFDM技术是一项最先进的无线通信技术,它具有高速率传输、抗多经、抗干扰等优势,基于该技术的宽带无线通信系统具有覆盖范围广、高带宽、高保密性、非视距传输、支持高速移动、支持终端漫游切换等特点,能够满足海上指挥系统各项业务的要求,是无线通信指挥系统的发展方向和目标,因此基于OFDM技术的无线宽带通信系统是海上指挥通信系统发展的必然趋势。
摘要：本文通过对OFDM技术性能的分析,阐述了OFDM技术的无线系统结构和OFDM技术的优势,结合海上无线系统的实际应用情况,论述了OFDM宽带无线通信系统在海上无线系统的应用,通过分析和研究得出基于OFDM技术的无线宽带通信系统是海上无线通信系统发展的必然趋势。
关键词：OFDM技术,宽带无线通信,无线通信指挥系统,多载波调制技术
参考文献
[1]佟学俭,罗涛.OFDM移动通信技术原理与应用[M].北京:人民邮电出版社,2003.
[2]高泽华,赵国安,宁帆等.宽带无线城域网-WiMAX技术与应用[M].北京:人民邮电出版社,2008.