馮瑞馨

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淺談衛(wèi)星通信技術(shù)在電力應(yīng)急通信中的應(yīng)用

馮瑞馨

北京航天控制儀器研究所，北京 100094

就衛(wèi)星通信技術(shù)于電力應(yīng)急通信中的應(yīng)用進(jìn)行全面探討，著重分析了地區(qū)調(diào)度與遠(yuǎn)端變電站的話音服務(wù)應(yīng)用、雙向數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用、實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控應(yīng)用，進(jìn)而對(duì)TDM/Aloha TAMA技術(shù)、MF-TDMA技術(shù)、SCPC/DAMA技術(shù)作了詳細(xì)的論述。

衛(wèi)星通信技術(shù)；電力應(yīng)急通信；應(yīng)用

由于傳統(tǒng)衛(wèi)星通信在傳輸時(shí)延以及傳輸速率方面都表現(xiàn)不佳；再加上地面建站時(shí)間長(zhǎng)等因素限制；傳統(tǒng)的衛(wèi)星在隨著光纖以及載波通信的出現(xiàn)漸漸退出電力通信領(lǐng)域。并隨著其新技術(shù)的研發(fā)；在性能方面實(shí)現(xiàn)了很大的轉(zhuǎn)型。

1 在電力應(yīng)急通信中衛(wèi)星通信技術(shù)的應(yīng)用

1.1 地區(qū)調(diào)度與遠(yuǎn)端變電站的話音服務(wù)應(yīng)用

傳統(tǒng)衛(wèi)星通信具有某種程度的延時(shí)的缺點(diǎn)，因此，在電力系統(tǒng)中，通常將衛(wèi)星專網(wǎng)通信作為語音通話的一種輔助手段。電力系統(tǒng)的獨(dú)特性質(zhì)導(dǎo)致遠(yuǎn)端變電站跟地區(qū)調(diào)度之間要通過語音進(jìn)行聯(lián)系，而VSAT衛(wèi)星通信則能夠給用戶提供專線語音，從而實(shí)現(xiàn)語音聯(lián)系。[1]

1.2 雙向數(shù)據(jù)傳輸應(yīng)用

在電力系統(tǒng)中，應(yīng)用VSAT衛(wèi)星通信主要是為了是實(shí)現(xiàn)雙向數(shù)據(jù)傳輸，通常為調(diào)度以及配電自動(dòng)化以及MIS、電能管理服務(wù)。

在電力系統(tǒng)中利用VSAT進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸具有速率低、能實(shí)現(xiàn)持續(xù)傳輸，加之其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)為星型，雙向指令傳輸時(shí)延小等優(yōu)點(diǎn)。[2]

1.3 實(shí)時(shí)視頻監(jiān)控應(yīng)用

VSAT通信系統(tǒng)衛(wèi)星能夠運(yùn)用系統(tǒng)的IP地址控制方式引導(dǎo)MPEG-II或是H1320多源方式進(jìn)行單元化的模塊控制（MCU），建立起衛(wèi)星圖像傳輸和實(shí)時(shí)通信能力，在一個(gè)公司內(nèi)部，如果招開網(wǎng)絡(luò)電視電話會(huì)議以及進(jìn)行對(duì)變電站的遙控控制的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)跟蹤。

2 衛(wèi)星通信傳輸技術(shù)分析

2.1 TDM/Aloha TAMA技術(shù)

TDM/Aloha TAMAZ類似于美國(guó)的GPS定位衛(wèi)星系統(tǒng)，通過多顆衛(wèi)星對(duì)地球?qū)嵤┬盘?hào)全覆蓋，其核心的控制技術(shù)是系統(tǒng)地面基站利用TMD載波對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行廣播，衛(wèi)星在能夠接受載波的范圍內(nèi)接收，在接收到的很多種信息中進(jìn)行過濾，選擇正確的信息轉(zhuǎn)發(fā)，使得系統(tǒng)能夠產(chǎn)生出境的信道；在地面基站接收然后進(jìn)入境內(nèi)的方向，在通過Aloha機(jī)制使得載波以令牌環(huán)網(wǎng)的方式進(jìn)行TDMA載波轉(zhuǎn)送，再有新的入境信道出現(xiàn)，通過這種方式創(chuàng)建的信道的可靠性通過碰撞的方式重新發(fā)射信息來實(shí)現(xiàn)，其主要特點(diǎn)概括如下：

（1）在這種通信模式里，各個(gè)端點(diǎn)均會(huì)有帶寬需求，用來承載由于入境通信產(chǎn)生的時(shí)間間隙，不管是不是存在數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求，都應(yīng)該保證某種程度的發(fā)送功率，使得信道復(fù)用效率降低。此外衛(wèi)星端初始最開始接入網(wǎng)絡(luò)或者斷網(wǎng)后重新進(jìn)行都需要很長(zhǎng)的時(shí)間建立數(shù)據(jù)鏈接，如果在大規(guī)模的進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，數(shù)據(jù)信號(hào)進(jìn)行碰撞的次數(shù)明顯增加，降低通信效率，致使通信信號(hào)明顯變?nèi)?，通信質(zhì)量惡化，所以在遇到這類問題時(shí)，數(shù)據(jù)的傳輸會(huì)以碰撞分組傳輸，短信息傳輸和接入令牌信道等低速模式，并入其他的小規(guī)模網(wǎng)絡(luò)。

（2）這種類型的通信系統(tǒng)的架構(gòu)是星型架構(gòu)，由龐大的中心站作為星型網(wǎng)絡(luò)的中心，然后各個(gè)小站接受該中心站發(fā)出的載波信號(hào)，各個(gè)端點(diǎn)站則利用中心站來進(jìn)行信息傳輸。然而這種衛(wèi)星通信系統(tǒng)的卻具有成本高昂以及帶寬占用大等缺點(diǎn)。

2.2 MF-TDMA技術(shù)

MD-TDMA是基于時(shí)分多址演變而來的，它的工作原理是通過把原有系統(tǒng)中高速載波進(jìn)行細(xì)分之后，形成小載波，網(wǎng)絡(luò)中的各個(gè)端點(diǎn)則能夠根據(jù)實(shí)際通信情況，來選擇有針對(duì)性地選擇小載波進(jìn)行通信，通過這種技術(shù)進(jìn)行信息傳輸主要有以下的特點(diǎn)。

（1）系統(tǒng)能夠支持跳速及跳頻。這種技術(shù)允許在網(wǎng)絡(luò)中公用速率以及頻率各不相同的載波進(jìn)行信息的收發(fā)，使得網(wǎng)絡(luò)的靈活性更強(qiáng)。還可以按照收發(fā)數(shù)據(jù)量的大小來選用不同的天線設(shè)備。通過這種方式克服了速率載波一定的TDMA技術(shù)的不足。

（2）其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)式由全網(wǎng)狀、單跳、星型以及混合型公用平臺(tái)。MF-TDMA技術(shù)能夠滿足全網(wǎng)狀業(yè)務(wù)的應(yīng)用，也能配置成支持星狀應(yīng)用。但對(duì)于樹狀應(yīng)用，由于純TDMA產(chǎn)品本身體制的特點(diǎn)，它的額外開銷要比FDMA的SCPC/DAMA體制的產(chǎn)品大，所以有效通信效率相對(duì)SCPC/DAMA也較低。

（3）由于應(yīng)用了BOD算法，能夠根據(jù)業(yè)務(wù)流量的需求情況，進(jìn)行全自動(dòng)地將網(wǎng)絡(luò)帶寬在全網(wǎng)范圍內(nèi)的各個(gè)站點(diǎn)間分配，無論是出境，還是入境都能夠?qū)崿F(xiàn)按需分配的功能。在傳統(tǒng)的TDMA中，由于交換信息使用線路，在自動(dòng)化上只能完成鏈路的自動(dòng)拆建。帶寬分配只跟鏈路相關(guān)，鏈路建立完成之后不再能夠改變其帶寬分配，造成了資源浪費(fèi)。而在新系統(tǒng)中，室內(nèi)的單元除了是一個(gè)TDMA的調(diào)制解調(diào)器之外，還能夠?qū)崿F(xiàn)交換功能，能夠?qū)崿F(xiàn)實(shí)時(shí)調(diào)整通信帶寬，最大限度地提高系統(tǒng)的資源利用率。

（4）由于利用TDMA幀進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸在幀同步上的要求相對(duì)較高，而TDMA幀的數(shù)據(jù)包格式又依賴于IP包格式來實(shí)現(xiàn)尋址，所以在TDMA幀的封裝上需要進(jìn)行雙重封裝，給系統(tǒng)帶來了負(fù)擔(dān)。

（5）有部分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)中結(jié)合了固定幀以及突發(fā)包，降低了帶寬的使用效率，延長(zhǎng)了響應(yīng)時(shí)間。

（6）要保證TDMA幀的效率，需要給予TDMA載波的速率一定的限制。

（7）對(duì)全網(wǎng)都發(fā)送TDMA載波大小一致，對(duì)于一些要求不高的端點(diǎn)站而言，造成了成本浪費(fèi)。

（8）如果用戶不是全年一直租用衛(wèi)星帶寬，而是按實(shí)際使用時(shí)間與衛(wèi)星公司進(jìn)行核算，使用該系統(tǒng)就顯得不靈活，因?yàn)榧词褂脩糸L(zhǎng)時(shí)間沒有業(yè)務(wù)，全網(wǎng)系統(tǒng)也要靠信令保持對(duì)所有站的在線監(jiān)視與控制。

2.3 SCPC/DAMA技術(shù)

在對(duì)原來的FDMA技術(shù)進(jìn)行改造后的SCPC/DAMA，可以使得每個(gè)信道上按照占用需求進(jìn)行載波方式上對(duì)2個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的通信。在該系統(tǒng)中，設(shè)置有專門對(duì)系統(tǒng)中信道的建立與釋放的信令廣播信道。遠(yuǎn)端站點(diǎn)支持對(duì)DAMA按照需要進(jìn)行分配來對(duì)信息回傳，可以借助于SCPC方式對(duì)任意兩點(diǎn)進(jìn)行通信處理。這種方式也具有一些特點(diǎn)：第一，SCPC/DAMA體制采用的是頻分多址的處理方式，比TDMA通信的效率高很多；第二，SCPC/MADA體制的系統(tǒng)可以借助于DAMA按照需求進(jìn)行反向回傳分配，使得衛(wèi)星帶寬可以節(jié)約和提高對(duì)空間信道資源的使用率；第三，業(yè)務(wù)信道采用連續(xù)的載波方式，使得載波進(jìn)行中斷后恢復(fù)以及對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行加密更加便利；第四，SCPC體制的中心站建網(wǎng)初期費(fèi)用比較低；第五，根據(jù)系統(tǒng)的設(shè)置對(duì)信道的申請(qǐng)分配自動(dòng)的實(shí)現(xiàn)；第六，適用于星型、多級(jí)星型等網(wǎng)絡(luò)傳輸方式。

3 結(jié)語

綜上所述，上述幾種傳輸技術(shù)中，SCPC/DAMA系統(tǒng)具有較強(qiáng)的擴(kuò)展性和靈活性，因此對(duì)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行建設(shè)時(shí)應(yīng)該主要采用SCPC/DAMA系統(tǒng)。

[1]付重，肖行詮.電力應(yīng)急通信系統(tǒng)應(yīng)用研究[J].電力系統(tǒng)通信，2015，32（5）：111-115.

[2]彭迪櫟，董武，陳波.基于衛(wèi)星的電力應(yīng)急通信網(wǎng)[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2014（3）：229-232.

Application of Satellite Communication Technology in Electric Power Emergency Communication

Feng Ruixin

Beijing Aerospace Control Instrument Research Institute，Beijing 100094

Article on satellite communication technology in electric power emergency communication application were analyzed to explore and implement the analysis of regional dispatching and remote substation of voice service application，bidirectional data transmission applications，real-time video monitoring applications，then give the detail of the TDM/Aloha Tama，MF-TDMA technology，SCPC/DAMA technology.

Satellite communication technology；electric power emergency communication；application

TN927.2；TN915.853

A

1009-6434(2016)6-0200-02