小議人防衛(wèi)星通信現(xiàn)狀與展望

屠鍇

（杭州市人防(民防)指揮信息保障中心，浙江杭州，310000）

1 人防衛(wèi)星通信發(fā)展?fàn)顩r

衛(wèi)星通信在人防通信領(lǐng)域的使用已經(jīng)有了十多年的歷史，從2006年開(kāi)始起杭州市人防開(kāi)始裝備使用衛(wèi)星通信系統(tǒng)。目前，杭州市人防本級(jí)配備了1套衛(wèi)星地面中心站，2套車(chē)衛(wèi)星載站，1套自動(dòng)便攜式衛(wèi)星站；另外杭州市下轄的13個(gè)區(qū)縣（市）人防同時(shí)配備13套便攜式衛(wèi)星站配合市級(jí)人防展開(kāi)人防衛(wèi)星通信。杭州市人防包括區(qū)縣使用的衛(wèi)星天線(xiàn)、伺服系統(tǒng)均主要由國(guó)內(nèi)廠家提供，其中市人防大型指揮車(chē)采用了自動(dòng)尋星伺服系統(tǒng)，小型指揮車(chē)則采用了便攜式自動(dòng)尋星天線(xiàn)衛(wèi)星站。區(qū)縣人防指揮車(chē)采用便攜式手動(dòng)尋星天線(xiàn)配合尋星儀。衛(wèi)星調(diào)制解調(diào)設(shè)備能夠較快的與衛(wèi)星握手成功，平均通電后握手成功時(shí)間小于3分鐘，連接十分快速高效。在使用4W和8W的功放頭時(shí)（BUC），最高分別可以實(shí)現(xiàn)2M、4M左右的帶寬通信，可以實(shí)現(xiàn)756KBPS—2M左右碼率的H.264標(biāo)清視頻信號(hào)與省、市、區(qū)縣（市）多級(jí)人防指揮中心實(shí)現(xiàn)視頻會(huì)議互聯(lián)。

2 衛(wèi)星通信應(yīng)用中存在問(wèn)題及未來(lái)展望

2.1 通信延時(shí)較長(zhǎng)、無(wú)“動(dòng)中通”通信能力

實(shí)際使用中，兩個(gè)人防衛(wèi)星終端節(jié)點(diǎn)通信的平均延時(shí)在2400ms左右。這個(gè)延時(shí)可能相對(duì)較長(zhǎng)。原因也十分清楚，杭州市人防所有衛(wèi)星設(shè)備都采用的是TDMA時(shí)分多址聯(lián)接的方式進(jìn)行通信制式。衛(wèi)星通信結(jié)構(gòu)上采用的是星型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錂C(jī)構(gòu)，并且采用“雙跳”通信方式，也就是衛(wèi)星用戶(hù)端VAST站與衛(wèi)星所有的通信數(shù)據(jù)都必須先經(jīng)過(guò)衛(wèi)星服務(wù)運(yùn)行商的中心站進(jìn)行二次轉(zhuǎn)發(fā)。

星型結(jié)構(gòu)應(yīng)用較早，簡(jiǎn)單且故障率低，但是因?yàn)椴捎昧恕半p跳”結(jié)構(gòu)，所以通信的延時(shí)比“單跳”的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)增大了近一倍。

在實(shí)際使用中，衛(wèi)星設(shè)備必須是在停止?fàn)顟B(tài)下才能完成衛(wèi)星通信。不能在行進(jìn)間進(jìn)行實(shí)時(shí)的互聯(lián)。這是因?yàn)椴捎玫氖荰DMA時(shí)分多址聯(lián)接的方式進(jìn)行衛(wèi)星通信制式，衛(wèi)星天線(xiàn)位置一旦移動(dòng)，會(huì)與衛(wèi)星失去握手聯(lián)絡(luò)，即使重新對(duì)星成功，但可能需耗時(shí)1分鐘以上，同時(shí)畫(huà)面也會(huì)卡頓1分鐘以上，所以并沒(méi)有實(shí)用性。所以目前杭州人防的衛(wèi)星通信設(shè)備只能較好的支持“靜中通”的工作方式。也就是只能在固定或者停止?fàn)顟B(tài)下進(jìn)行衛(wèi)星通信應(yīng)用。為了解決這一不足，補(bǔ)充增加使用“單跳”的衛(wèi)星通信方式以及FDMA頻分復(fù)用衛(wèi)星制式設(shè)備的使用將會(huì)使這一問(wèn)題得到有效的解決。

2.2 雨衰

在杭州市人防參與的多次杭州市防汛應(yīng)急演習(xí)中，其中重要環(huán)節(jié)利用便攜式衛(wèi)星設(shè)備將區(qū)、縣（市）現(xiàn)場(chǎng)防汛視頻傳輸至杭州防汛指揮中心，在衛(wèi)星通道連接正常之后，視頻傳輸正常穩(wěn)定；但是如果其來(lái)的一陣暴雨可能就導(dǎo)致畫(huà)面異常中斷，性噪比降至5db以下,正常值為12-14db;導(dǎo)致衛(wèi)星通信中斷無(wú)法繼續(xù)使用。所以我們不得不關(guān)注這個(gè)問(wèn)題的存在。

這是因?yàn)楫?dāng)電波在傳輸過(guò)程中穿過(guò)降雨區(qū)域時(shí)，雨滴會(huì)對(duì)電波產(chǎn)生吸收和散射造成衰減。衰減的大小與雨滴半徑和波長(zhǎng)的比值有關(guān)，由于C波段波長(zhǎng)一般大于雨滴半徑而KU波段波長(zhǎng)與雨滴大小相近，所以降雨對(duì)C波段影響比較小，而對(duì)KU波段就非常嚴(yán)重。為降低雨衰的影響，在進(jìn)行衛(wèi)星通信時(shí)盡可能選擇能使天線(xiàn)處于高仰角的衛(wèi)星，這樣可以減少降雨時(shí)電波穿越的雨區(qū)距離。但在降雨量大的地區(qū)，如杭州等地，處于高仰角天線(xiàn)的主反射面會(huì)因暴雨而形成積水對(duì)電波造成很大的吸收損耗，會(huì)超出正常的控制范圍，解決的辦法唯有在天線(xiàn)主反射面底部鉆孔加快積水排放。

（1）形成原因：電波穿過(guò)降雨的區(qū)域時(shí)，雨不僅吸收電波能量，而且對(duì)電波產(chǎn)生散射。這種吸收和散射共同形成電波衰減，散射還能導(dǎo)致大范圍無(wú)線(xiàn)電干擾，并對(duì)電波存在去極化效應(yīng)，我們稱(chēng)這些衰減和干擾為雨衰。雨衰產(chǎn)生的衰減呈現(xiàn)非選擇性和緩慢的時(shí)變性，雨衰的大小與雨滴直徑和波長(zhǎng)的比值有關(guān)，當(dāng)電磁波的波長(zhǎng)和雨滴直徑越接近時(shí)衰減越大，對(duì)于10GHz以上的電磁波，雨衰的影響非常明顯，且頻率越高雨衰的影響越大。

（2）應(yīng)對(duì)方法：①增大便攜衛(wèi)星天線(xiàn)BUC功放的發(fā)射功率，②采用高效糾錯(cuò)編碼、站址分集技術(shù)外，還需要采取上行功率控制手段，以便自動(dòng)補(bǔ)償或消除在衛(wèi)星上行鏈路出現(xiàn)的雨、霧、云、雪等對(duì)上行信號(hào)的衰減作用，使轉(zhuǎn)發(fā)器在降雨情況下仍保持飽和或最大功率狀態(tài)。最常用的手段就是在衛(wèi)星上行站加入 UPC（Up- link Power contro）。UPC 系統(tǒng) （UplinkPower Control System） 是專(zhuān)為靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)而設(shè)置的。能夠在衛(wèi)星地面站的上行端提供自動(dòng)的EIRP的調(diào)整，以補(bǔ)償在傳播過(guò)程中由于雨、雪等造成的衰落影響。

2.3 人防衛(wèi)星通信的未來(lái)發(fā)展方向

對(duì)于人防衛(wèi)星通信而言，在未來(lái)的發(fā)展方向應(yīng)該是：（1）通信通道高帶寬化，通信帶寬達(dá)到8M傳輸能力，以確保實(shí)現(xiàn)高清衛(wèi)星視頻會(huì)議的需要。（2）衛(wèi)星通信制式的升級(jí)，逐步由TDMA時(shí)分復(fù)用制式設(shè)備轉(zhuǎn)變?yōu)镕DMA+TDMA復(fù)用制式。以適應(yīng)人防衛(wèi)星動(dòng)中通和靜中通兼顧的使用要求。（3）進(jìn)一步發(fā)展小型化、智能化VSAT專(zhuān)用衛(wèi)星通信網(wǎng)。這些也是未來(lái)幾年杭州市人防衛(wèi)星通信的發(fā)展目標(biāo)和方向，并且針對(duì)性的對(duì)現(xiàn)有的衛(wèi)星系統(tǒng)進(jìn)行升級(jí)更新。

未來(lái)衛(wèi)星通信必然在的無(wú)線(xiàn)通信占據(jù)十分重要的位置，人防衛(wèi)星通信也不例外。人防衛(wèi)星通信必將成為應(yīng)急應(yīng)戰(zhàn)指揮通信的重要力量存在。將來(lái)也必將選擇性能更好，更加穩(wěn)定、安全的衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為衛(wèi)星通信的載體，使用更加快捷、可視化更佳的地面衛(wèi)星站通信設(shè)備，促進(jìn)衛(wèi)星通信手段與其他人防通信手段連接更加緊密，并且能夠?yàn)閷?shí)現(xiàn)人防的“一網(wǎng)四系統(tǒng)”的建設(shè)提供重要支撐力量。

參考文獻(xiàn)

[1]車(chē)晴.Ku波段衛(wèi)星廣播中雨衰現(xiàn)象的研究[J].電波科學(xué)學(xué)報(bào),1999,14(2):196-201.