毛塔120MW雙燃料電廠通信系統(tǒng)技術(shù)建議

廖興觀 鄭漢松

摘 要：文章依據(jù)用戶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的具體需求，在詳細(xì)分析各項(xiàng)要求的基礎(chǔ)上，完成了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的總體系統(tǒng)設(shè)計(jì)和具體業(yè)務(wù)傳輸實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)適于需要遠(yuǎn)距離、高速寬帶、直接穩(wěn)定通信的需求，滿足發(fā)事件的應(yīng)急服務(wù)需要，在重大突發(fā)事件發(fā)生情況下，迅速開(kāi)赴現(xiàn)場(chǎng)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的數(shù)據(jù)、圖像、聲音進(jìn)行實(shí)時(shí)傳輸，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程和現(xiàn)場(chǎng)的指揮調(diào)度、應(yīng)急救援等行動(dòng)。

關(guān)鍵詞：調(diào)度自動(dòng)化；衛(wèi)星通信；突發(fā)速率；調(diào)度數(shù)據(jù)網(wǎng)；網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

1 用戶需求和分析

毛里塔尼亞120MW雙燃料電廠目標(biāo)是建設(shè)固定衛(wèi)星通信系統(tǒng)，支持調(diào)度自動(dòng)化，由2個(gè)固定站組成；話音業(yè)務(wù)、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、視頻傳輸為網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)；各站之間可以同時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)、視頻和話音業(yè)務(wù)通信。衛(wèi)星端站系統(tǒng)接口為10BaseT，通信協(xié)議為TCP/IP、UDP，系統(tǒng)設(shè)備具有TCP加速功能。衛(wèi)星系統(tǒng)具有網(wǎng)管功能，在現(xiàn)場(chǎng)可對(duì)衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行管理和配置。衛(wèi)星系統(tǒng)使用泛美衛(wèi)星C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器。

2 系統(tǒng)技術(shù)方案設(shè)計(jì)

在認(rèn)真閱讀、仔細(xì)分析用戶需求后，建議采用在業(yè)界享有極高信譽(yù)的基于TDMA/DAMA/FHOP（即時(shí)分多址/按需分配/載波跳頻）技術(shù)基礎(chǔ)的VSATPlus 3衛(wèi)星通信系統(tǒng)。加拿大POLARSAT公司的VSATPlus 3系統(tǒng)，是一個(gè)工作于全網(wǎng)狀網(wǎng)，智能式，無(wú)主站、無(wú)單一故障點(diǎn)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)話音、E-Mail、數(shù)據(jù)傳輸、視頻會(huì)議、INTERNET服務(wù)等業(yè)務(wù)的支持，同時(shí)還可以利用系統(tǒng)自身提供FR/DAMA/BOD功能，充分利用衛(wèi)星信道資源，提高信道使用效率，降低信道使用費(fèi)用。根據(jù)系統(tǒng)需要的功能、完成的業(yè)務(wù)和以往的工程經(jīng)驗(yàn)，本建議書(shū)按照“實(shí)用可靠、一網(wǎng)多用、技術(shù)成熟、資源優(yōu)化、性價(jià)比最優(yōu)”的原則完成了本設(shè)計(jì)技術(shù)文件。

2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

系統(tǒng)初期由2個(gè)固定站組成。使用VSATPlus 3系統(tǒng)組網(wǎng)，其中VSATPlus 3終端直接支持IEEE802.3標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)。衛(wèi)星設(shè)備通過(guò)以太網(wǎng)與VSATPlus 3終端相連，通過(guò)衛(wèi)星信道構(gòu)建一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，在系統(tǒng)站點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸、話音和視頻服務(wù)。鑒于VSATPlus 3系統(tǒng)靈活的組網(wǎng)功能，可以靈活的配置為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、星狀網(wǎng)，網(wǎng)狀網(wǎng)，樹(shù)狀網(wǎng)，多級(jí)子網(wǎng)等拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，所以當(dāng)未來(lái)需求變化時(shí)，只需要靈活的修改一下網(wǎng)絡(luò)配置，就能使網(wǎng)絡(luò)變成適應(yīng)新的業(yè)務(wù)要求的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

本方案采用網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，系統(tǒng)內(nèi)的站點(diǎn)之間可以進(jìn)行衛(wèi)星單跳通信，同時(shí)根據(jù)具體要求可以靈活組建星狀、樹(shù)狀和混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。突發(fā)速率和載波布局與系統(tǒng)需要的衛(wèi)星帶寬有關(guān)。設(shè)計(jì)TDMA系統(tǒng)中的突發(fā)速率需要綜合考慮以下因素是：支持用戶的總業(yè)務(wù)信息量的傳輸要求；載波承載業(yè)務(wù)滿足不同大小數(shù)據(jù)信道的要求，且業(yè)務(wù)信道的安排靈活方便；突發(fā)速率的大小不能導(dǎo)致遠(yuǎn)端站的天線和功放配置過(guò)大；多數(shù)端站均可以通過(guò)載波跳頻功能使其功放工作于單載波方式。根據(jù)實(shí)際網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)流向和流量進(jìn)行靈活配置和修改。將來(lái)網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容升級(jí)，業(yè)務(wù)量增加，還可以增加TDMA載波的速率或數(shù)量來(lái)滿足更高的業(yè)務(wù)量需求。系統(tǒng)所支持DAMA/BOD功能，并且這種調(diào)整是動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)的。這種動(dòng)態(tài)式的DAMA BOD運(yùn)行方式能充分發(fā)揮星上資源共享的功能，并兼顧VSAT網(wǎng)的服務(wù)質(zhì)量保證。本方案設(shè)計(jì)的TDMA載波速率為1200kbps。以這樣的速率使任一站點(diǎn)的業(yè)務(wù)涵蓋在一個(gè)載波內(nèi)，同時(shí)充分利用VSATPlus3系統(tǒng)的多載波跳頻功能，降低遠(yuǎn)端站的室外設(shè)備配置。系統(tǒng)利用2個(gè)1200kbps TDMA載波完成業(yè)務(wù)傳輸。由于VSATPlus3系統(tǒng)設(shè)備采用先進(jìn)的低滾降系數(shù)濾波技術(shù)，因此在相鄰VSATPlus3系統(tǒng)TDMA 載波之間載波空間系數(shù)為1.2，在兩端與其他系統(tǒng)載波的保護(hù)將根據(jù)衛(wèi)星組織的要求則為 1.4。全網(wǎng)2個(gè)載波等間隔排列，載波中心頻率間隔為一個(gè)載波占用帶寬，也即1.2倍的載波突發(fā)符號(hào)速率，即1.2*（1200Kbps/2）=720KHz。因此，總的占用帶寬為（1.2+0.7×2）×（1200Kbps/2）=1.56MHz

2.2 衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)備選擇

采用在業(yè)界享有極高信譽(yù)的基于TDMA/DAMA/FHOP（即時(shí)分多址/按需分配/載波跳頻）技術(shù)基礎(chǔ)的VSATPlus3衛(wèi)星通信系統(tǒng)設(shè)備。VSATPlus3系列產(chǎn)品作為一套完整的通信方案，與市場(chǎng)上其他同類的系統(tǒng)相比較之所以具有優(yōu)勢(shì)，就是因?yàn)閂SATPlus3具有了如下一些重要的特點(diǎn)：

（1）靈活的組網(wǎng)結(jié)構(gòu)及網(wǎng)絡(luò)可靠性高：采用無(wú)主站、全網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以滿足星狀、網(wǎng)狀及混合網(wǎng)連接的多種需求，任意兩站之間的控制和業(yè)務(wù)信息傳輸可實(shí)真正的衛(wèi)星單跳連接。網(wǎng)絡(luò)獨(dú)特的分布式控制，使得網(wǎng)絡(luò)沒(méi)有單一故障點(diǎn)，運(yùn)行十分可靠。

（2）高度靈活的可擴(kuò)展性及先進(jìn)的多載波調(diào)頻TDMA技術(shù)：VSATPlus3有兩個(gè)關(guān)鍵的、由軟件控制的強(qiáng)大功能。這兩個(gè)功能可單獨(dú)或共同向用戶提供靈活高效的網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)展能力。首先，VSATPlus3終端的載波傳輸速率是可變的，從128kbps到10Mbps，這使得網(wǎng)絡(luò)容量可隨業(yè)務(wù)需求的增加而增加。其次，用戶還可在網(wǎng)絡(luò)中通過(guò)載波跳頻（FHOP）技術(shù)擴(kuò)展網(wǎng)絡(luò)的整體業(yè)務(wù)容量，在不改變射頻功率和天線尺寸的條件下，可將網(wǎng)絡(luò)傳輸能力提高至32倍。這兩個(gè)功能完全通過(guò)軟件來(lái)控制，不需要改變或增加硬件。這些功能加上TDMA/DAMA的靈活性（可用軟件控制的數(shù)據(jù)速率、網(wǎng)狀拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、DAMA業(yè)務(wù)等），使VSATPlus3能組成當(dāng)前最靈活的，最容易擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。TDMA系統(tǒng)運(yùn)行時(shí)，數(shù)個(gè)站點(diǎn)或全網(wǎng)的所有站點(diǎn)共同使用一個(gè)或多個(gè)載波。全網(wǎng)各站都能進(jìn)行跳頻，所用的跳頻數(shù)可以從1個(gè)頻率到最多32個(gè)頻率。所以VSATPlus3站點(diǎn)的不同的突發(fā)，按照預(yù)定的速率在不同的時(shí)間可以發(fā)送到一個(gè)或多個(gè)載波上。突發(fā)速率可以任意設(shè)定為最小128kbps到最大10Mbps。采用VSATPlus3 FHOP跳頻技術(shù)，每當(dāng)增加一個(gè)載波，網(wǎng)絡(luò)容量將增加一倍。TDMA技術(shù)與SCPC技術(shù)相比較的一個(gè)明顯優(yōu)勢(shì)是網(wǎng)絡(luò)及各地面站通過(guò)增加TDMA跳頻載波來(lái)實(shí)現(xiàn)擴(kuò)容。與采用SCPC技術(shù)體制的衛(wèi)星網(wǎng)不同，TDMA網(wǎng)絡(luò)容量的增加不需要增加天線的尺寸和射頻功放的大小。

（3）分布式的DAMA呼叫管理及動(dòng)態(tài)性的帶寬按需分配（BoD）：共用信令信道CSC的功能是完成終端管理、網(wǎng)絡(luò)管理、控制及DAMA呼叫管理控制。每個(gè)終端使用CSC支持它的DAMA呼叫操作，每個(gè)終端均具有完成全部DAMA操作必要的智能。所以，這種網(wǎng)絡(luò)的操作沒(méi)有單一故障點(diǎn)，網(wǎng)絡(luò)管理者可以多種方式優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)容量。DAMA共享公共的話音信道容量，快速重新配置網(wǎng)絡(luò)連接、帶寬、業(yè)務(wù)組合等參數(shù)，對(duì)不同業(yè)務(wù)動(dòng)態(tài)分配衛(wèi)星空間資源，使利用率接近100%。

（4）無(wú)主站功能及TCP/IP增強(qiáng)：VSATPlus3系統(tǒng)由于采用分布式網(wǎng)管控制設(shè)計(jì)，將使Ku衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)終端設(shè)備均具有一定的網(wǎng)管控制能力，系統(tǒng)中心站點(diǎn)出現(xiàn)故障的時(shí)候，不會(huì)造成全網(wǎng)的中斷，各種業(yè)務(wù)可以繼續(xù)正常傳輸，整個(gè)系統(tǒng)完全可以在無(wú)主站的情況下進(jìn)行工作，避免因單一故障點(diǎn)造成系統(tǒng)癱瘓。且提供一個(gè)統(tǒng)一的TCP/IP平臺(tái)，同時(shí)支持?jǐn)?shù)據(jù)、圖像、話音、傳真等多種業(yè)務(wù)的傳輸，也是業(yè)內(nèi)唯一的具有純TDMA多載波跳頻全網(wǎng)狀TCP/IP協(xié)議壓縮和加速傳輸能力的綜合業(yè)務(wù)系統(tǒng)。基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的強(qiáng)大TCP/IP加速與壓縮功能，通過(guò)使用不同的IP地址配置，為不同的用戶建立專用IP網(wǎng)。

（5）站點(diǎn)自動(dòng)入網(wǎng)：當(dāng)遠(yuǎn)端站出現(xiàn)掉電、人為關(guān)機(jī)、復(fù)位等操作時(shí)，不會(huì)影響設(shè)備內(nèi)存儲(chǔ)的各種信息，當(dāng)重新開(kāi)機(jī)后，終端設(shè)備內(nèi)存儲(chǔ)的各種軟件可以自動(dòng)運(yùn)行，在不需要網(wǎng)控系統(tǒng)做任何操作的情況下，遠(yuǎn)端站能夠自動(dòng)重新入網(wǎng)。

2.3 系統(tǒng)業(yè)務(wù)設(shè)計(jì)

衛(wèi)星通信網(wǎng)實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)包括：視頻會(huì)議、話音、數(shù)據(jù)文件、Email、Web瀏覽等。視頻圖像需經(jīng)過(guò)視頻編解碼器處理后通過(guò)以太網(wǎng)口接入衛(wèi)星終端。視頻編碼器將現(xiàn)場(chǎng)攝像機(jī)拍攝的實(shí)時(shí)視頻圖像轉(zhuǎn)換成IP數(shù)據(jù)信號(hào)再由衛(wèi)星終端通過(guò)衛(wèi)星信道傳輸?shù)綄?duì)方站。視頻編碼器將VSATPlus3衛(wèi)星終端送來(lái)的IP信號(hào)轉(zhuǎn)換成視頻信號(hào)并通過(guò)A/V接口或VGA接口送到相應(yīng)得顯示設(shè)備。視頻圖像的編碼速率在384kbps～2.048Mbps范圍之間。視頻業(yè)務(wù)速率大、實(shí)時(shí)性強(qiáng)，因此采取UDP協(xié)議和Mulitcast方式進(jìn)行傳輸設(shè)計(jì)。

依據(jù)用戶話音傳輸需求，站點(diǎn)話音采用VOIP方式，站點(diǎn)配置IDA設(shè)備，站點(diǎn)間話音要求衛(wèi)星單跳完成。IDA控制協(xié)議為H.323 、SIP；語(yǔ)音編碼為G.711A、G.711μ、G.729、G.723、G.726可選；每站話音數(shù)量為2路，2路話音可以通過(guò)衛(wèi)星單跳信道同時(shí)和網(wǎng)內(nèi)不同站點(diǎn)進(jìn)行話音通信；每路話音傳輸信道通信速率在16kbps～64kbps范圍之間；VOIP網(wǎng)關(guān)通過(guò)以太網(wǎng)口接入衛(wèi)星終端。同時(shí)依據(jù)用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枨蠓治觯褐С諸CP/IP、IP增強(qiáng)，數(shù)據(jù)傳輸采用TCP/IP協(xié)議，站點(diǎn)間數(shù)據(jù)傳輸衛(wèi)星單跳完成。數(shù)據(jù)傳輸信道通信速率在32kbps～2048kbps范圍之間；用戶計(jì)算機(jī)等終端設(shè)備通過(guò)以太網(wǎng)口接入衛(wèi)星終端；站點(diǎn)計(jì)算機(jī)等設(shè)備可以通過(guò)衛(wèi)星單跳信道同時(shí)和網(wǎng)內(nèi)不同站點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

2.4 衛(wèi)星通信站型設(shè)計(jì)

固定站由Ku波段天線、室外ODU和室內(nèi)衛(wèi)星通信終端設(shè)備部分構(gòu)成。室外單元Ku波段固定天線以某一固定的方向在衛(wèi)星地面站同衛(wèi)星之間收發(fā)信號(hào)。支持的頻率范圍為C波段。天線具有自動(dòng)對(duì)星功能。20W C波段BUC和45KLNB：BUC提供L波段信號(hào)到C波段射頻信號(hào)的頻率變換和功率放大。LNB提供低噪聲放大和C波段射頻信號(hào)到L波段信號(hào)的下變頻。室內(nèi)單元由1個(gè)VSATPluS 3終端（L-band）；提供10Base-T Ethernet接口，用于接入本地局域網(wǎng)、VOIP話音網(wǎng)關(guān)、視頻編解碼器（可選）、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)組成。

3 VSATPlus 3系統(tǒng)及通信網(wǎng)管

VSATPlus 3 TDMA終端由一個(gè)重量輕，結(jié)構(gòu)完整、緊湊的一個(gè)U的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)箱和一塊MODEM卡及電源系統(tǒng)組成。每一個(gè)終端都有內(nèi)置的硬件使它能自動(dòng)完成DAMA操作和網(wǎng)管功能。通過(guò)一個(gè)本地操作終端，可以檢查本地TDMA狀態(tài)及與網(wǎng)絡(luò)參數(shù)設(shè)定。VSATPlus3系統(tǒng)的網(wǎng)管可以連接在任何一個(gè)系統(tǒng)終端設(shè)備上，與網(wǎng)管連接的終端設(shè)備僅承擔(dān)網(wǎng)管信令廣播、網(wǎng)管監(jiān)控和操作信令等的發(fā)送和接收工作，不承擔(dān)全網(wǎng)的實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)分配和管理工作。網(wǎng)管功能由網(wǎng)內(nèi)所有終端共同完成，因此VSATPlus3系統(tǒng)是一個(gè)無(wú)主站的全網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。當(dāng)連接網(wǎng)管終端的VSATPlus3終端出現(xiàn)故障，可以將網(wǎng)管連接到其他終端上，繼續(xù)進(jìn)行監(jiān)控管理操作，不會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)和業(yè)務(wù)運(yùn)行的癱瘓，不影響全網(wǎng)的業(yè)務(wù)運(yùn)行。系統(tǒng)的網(wǎng)管支持SNMP協(xié)議，該接口具備雙向的信息交互，使衛(wèi)星網(wǎng)管接入通信網(wǎng)綜合網(wǎng)管，傳送：配置數(shù)據(jù)信息、故障數(shù)據(jù)信息和性能數(shù)據(jù)信息。VSATPlus3的網(wǎng)管系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)的動(dòng)態(tài)安排和調(diào)整，網(wǎng)管系統(tǒng)采用無(wú)主站方式，系統(tǒng)由于采用分布式網(wǎng)管控制設(shè)計(jì)，將使Ku衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的每一個(gè)終端設(shè)備均可作為網(wǎng)管的備份，網(wǎng)管可以放置于網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的任意站點(diǎn)完成系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)管理和配置，系統(tǒng)中心站點(diǎn)出現(xiàn)故障的時(shí)候，不會(huì)造成全網(wǎng)的中斷，各種業(yè)務(wù)可以繼續(xù)正常傳輸，全網(wǎng)絡(luò)無(wú)單一故障點(diǎn)。

從整個(gè)技術(shù)建議來(lái)看，衛(wèi)星通信系統(tǒng)總體上完全滿足毛里塔尼亞120MW雙燃料電廠通信系統(tǒng)設(shè)計(jì)和具體業(yè)務(wù)傳輸要求。

參考文獻(xiàn)

[1]潘申富編著.寬帶衛(wèi)星通信技術(shù)[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2015.

[2]王麗娜，王兵主編.衛(wèi)星通信系統(tǒng)（第2版）[M].國(guó)防工業(yè)出版社，2014.

（作者單位：中國(guó)重型機(jī)械有限公司）