臨時、應急通信中衛星通信應用及運行操作中的幾個關注點

+ 桑逾方 中國電信股份有限公司上海應急通信局

胡 燕 中國電信股份有限公司上海分公司總師室

圖1 緊急突發事件處置中的衛星應急通信聯動系統網絡

一、引言

當今社會，隨著日益增多的大型活動、突發的緊急災害事故及社會公共安全事故，使得各級政府部門、各大企事業單位、部門以及各類團體以各種方式制定預案，建立臨時、應急的通信體系以確?，F場信息傳送、指揮調度建立、現場通信保障以及臨時通信能力的建立。例如，大型活動中，活動現場的新聞和視頻實況需要實時向全國乃至全世界播報，而現場高人流使通信設施處于飽和狀態，這些通信設施就需要臨時擴容；重大災害性事件或事故中，需要現場的圖像、視頻監控，同時建立現場臨時指揮部；破壞性的自然災害中，現場信息要實時采集、發送，臨時現場指揮部要實時指揮同時與外部保持高效的通信聯絡等。所有這些情況下，通過衛星通信來建立臨時或應急的通信能力都是預案中的首選，且近年來也發揮著至關重要的作用。

在臨時或應急衛星通信應用中，較多地采用了車載衛星站或便攜式衛星站的方式在現場建立通信傳輸鏈路。在現場，通過一臺或數臺衛星車載站或便攜式衛星站，將現場各類圖像、數據、話音、指揮調度或移動基站的信號傳送到遠端，建立衛星雙向（或單向）鏈路，以實現現場信息傳送、指揮調度建立或現場通信保障等。圖1為突發事件或災害事故中臨時衛星應急通信聯動系統網絡示意圖。

在各類臨時應用中，一般情況下，非固定地球站有經驗的通信技術操作人員能按規定要求進行地球站的載頻上星與運行操作管理，但也有在緊急情況或一些新手單獨作業時，對載頻上星、功率控制及地球站設施運行質量控制等執行規范不嚴謹，造成不必要的轉發器干擾或傳輸鏈路質量不佳的狀況出現。

二、非固定地球站的臨時或應急衛星通信的應用

1、現場電視傳送

自從1964年美國發射“辛科姆（Syncom）”通信衛星，第一次實現向全世界轉播第十八屆東京奧運會現場賽事實況后，衛星電視現場實況轉播一直是各大媒體的現場信息報道的首選。

現在現場電視傳送已遍及世界各大體育賽事、新聞實時傳送、各類娛樂節目傳送、跨國公司衛星會議電視年會、遠程醫療、各種大型活動、產品發布、各類展會乃至災害現場實況或國際動蕩現場戰況等等。

圖2為衛星電視現場實況傳送示意圖。通過車載或便攜式衛星地球站，電視現場實況轉播已完全不受地域或時間的限制，大江南北、世界各地，充分顯示了衛星通信在廣播電視實時傳送中的絕對優勢。

2、為各類應急通信移動基站建立傳輸鏈路

移動通信的快速發展，使得移動電話的擁有量在世界、特別是近年在中國有著極其快速的增長。據工信部2012年5月通信業的指標數據，在中國，2012年5月末固定電話用戶合計為28355.6萬戶，而移動電話用戶數已達104072.4萬戶。

對網絡運營商而言，為確保移動通信的暢通，應急的網絡通信覆蓋或容量的保障已成為通信運行中的重要組成部分。移動通信網基站車承擔著滿足應急（臨時）通信和疏忙等任務。

利用衛星通信可實現快速、及時建立傳輸，使基站入網運行。將地面傳輸與衛星通信傳輸相結合，解決急迫、臨時、短期需求，使用衛星鏈路是最好、最便捷的手段。目前衛星鏈路作為移動基站車接入大網傳輸已非常廣泛地應用于臨時應急支撐、搶修、救災現場以及無現成傳輸鏈路、又需要開通或擴展移動通信覆蓋或容量的應用。

隨著指揮調度系統的不斷完善，數字集群應急基站車在各大城市的各類大型活動或應急事件中已越來越多地應用，在臨時或緊急情況下，通過衛星通信建立傳輸鏈路聯網運行也已成為常規手段。

3、各類重大活動或災害及事故現場需要通過衛星通信來建立現場通信

近年來中國各地災害頻發、災害面廣、災害損失嚴重；同時在當今社會日益增多的大型活動、突發的緊急的災害事故及社會公共安全事故中，應急通信成為必不可少的需求保障。各類現場應急的通信手段中，衛星通信成為最重要的參與者。

圖3 某移動通信車車載Ku頻段衛星傳輸系統

4、各類應急演練所需的遠端現場通信建立

為保障城市、社會、行業、通信等各方面的運行與運作的安全，各政府部門、各大型企業包括通信行業都在常態運作管理方案外，建立了應急預案，并配套落實了應急預案演練機制。為實現應急預案演練現場應急通信保障，在通信運營商中，以衛星通信保障作為主要的手段之一?，F在越來越多的行業和大型企業也采用了衛星直達通信或衛星傳輸的方式，與遠端現場建立指令交換、視頻互動、數據交互等。

5、各類現場活動互動、展示、演示所需的傳輸鏈路建立

跨域的企業年會，遠程醫療手術、專家醫學交流活動互動，乃至企業為展示產品將野外展示現場實況傳送給某活動中心，等等，衛星通信是重要的選擇手段之一。且以點到點、點到多點的靈活方式，實現著視頻、話音、數據的實時互動。

三、非固定地球站在衛星通信傳輸運行操作中的幾個技術關注點

鑒于非固定地球站大多是臨時到某地點使用，建站時在相關衛星組織的指定衛星做過入網測試，性能指標得以驗證。但由于每次在使用時所在的地理位置、收發信頻率、傳輸速率、傳送業務的調制解調方式、設備參數設置、對端地球站天線大小以及操作人員等的變化，針對每次業務的相關衛星公司許可和衛星鏈路運行質量測試（根據實際情況，選擇全程的或簡略驗證測試）是必不可少的。

臨時或應急衛星通信設施與系統一般是以小型的便攜式或車載式衛星地球站應用為主。其設施系統包含衛星天線系統、收發信設備、上下行系統設備、相應的調制解調/編解碼設備及相關的接口設備。圖3是某移動通信車車載Ku頻段衛星傳輸系統的案例。

圖4. 天線工作俯仰角要求

臨時或應急衛星地球站在運行操作時的技術關注點如下。

1、站址的選擇

由于臨時應用的非固定地球站地點的不確定性，對工作點的周邊環境要給予高度的關注。要考慮的問題主要有以下兩個方面。

（1）天線對準所使用的衛星軌道的視界

地球站所在地必須有足夠大的，位于地平線仰角（山棱角）之上的天線仰角，以保證指定的通信衛星落于天線可視范圍內。根據中華人民共和國通信行業標準《國內衛星通信地球站工程設計規范》中6.1.2條規定：在靜止衛星軌道可用弧段內的工作仰角β與地平線仰角α的夾角不宜小于10°，不然會使天線的噪聲溫度增加。

如果設站點位于城市建筑之間的空地中，則要求設站地點在對星俯仰方向應該沒有遮擋物（如建筑物、高壓線、鐵塔、樹木等）。無遮擋對俯仰上的基本要求：對星俯仰與遮擋物之間夾角≥20°，對方位上的基本要求：對星方位±30°內無遮擋。

（2）周圍有無干擾源要求

干擾可能來源于射頻干擾，鄰近衛星通信系統或鄰近微波中繼系統的干擾，地面雷達干擾，電弧放電現象干擾等等。為了避免干擾，需關注地區發射功率允許值。

2、通信系統的性能掌控

當一個地球站已經作好準備在某衛星系統中進行入網工作時，它必須通過非常仔細的控制、調整設置過程步驟——即衛星通信系統操作測試。這些測試包括：對站內設備的站內測試；衛星自環測試；衛星入網驗證測試。這些測試是為了保證：

（1）地球站入網驗證測試已被成功地完成，即其結果滿足衛星組織規定的特性指標要求，并且地球站已被相關衛星組織運行部門接收、批準進入衛星通信系統運行；

（2）地球站在所允許的頻率、功率和極化上發射載頻；

（3）所有的業務參數都設置得恰如其分；

（4）所有的操作通信和控制設施都具有正常的功能；

（5）有經驗的，有能力勝任的地球站工技人員和具有恰當可用的、功能適當的測試儀器是通信系統性能掌控的主要因素。

3、頻率申請與上星的許可

（1）衛星資源（頻率）申請

一般情況下由需求部門提前(至少1天)向相關衛星組織運行管理部門或在指定組織中使用的衛星資源管理員提出申請，明確移動地球站所在地點、天線入網編號及技術指標參數、收發信系統技術指標、使用的業務種類、調制方式等，并根據要求填寫相應的衛星頻段資源使用申請表。

相關衛星組織運行操作管理部門（或指定組織的衛星資源管理員）將根據當前轉發器頻率資源占用情況進行合理分配，提供衛星鏈路預算及收發地球站的收發信指標參數，及時答復申請部門。

衛星資源頻率調度使用原則為：一是對那些具有長期使用需求的用戶，各衛星組織一般按協議要求提供轉發器頻率資源，以后沒有特殊情況不作隨意的調整。二是先申請先得。在一些衛星組織，在指定轉發器中提供臨時的衛星傳輸應用頻段（如電視業務的傳送），如國際衛星組織在相應的衛星上安排了專門的電視臨時業務轉發器，其頻率資源的提供，就按照時間順序，以先申請先得的原則給予安排調度。三是應急業務優先。對一些臨時應用需求，在有空閑的頻段或在指定頻段中應用于各類臨時業務的頻段調度，管理部門會分別以先申請先得以及應急業務優先相結合的原則，來考慮相關衛星傳輸需求的頻段資源分配。

（2）上星許可

上星許可要符合：①兩端地球站設備的站內測試和調整在進入衛星鏈路以前都已完成。發信載頻的極化、正常的EIRP、載頻頻率和能量擴散功能都已按照發信安排信息進行檢查。②載波上星前務必做好分配帶寬內的載頻（底噪）監測工作，無條件監測的非固定地球站可向衛星轉發器運行操作控制中心或相應頻段指定管理的監控地球站提出請求，幫助監測。③上星前要與相關衛星運行操作控制中心（或指定管理頻段的控制地球站）聯系，獲得同意后，方可發射載頻。④使用中如果需要調整帶寬、延長使用時間等，應及時報知衛星轉發器操作控制中心，經同意后方可繼續使用。使用提前結束的請立即通知衛星操作控制中心（或相關頻段管理部門的資源管理員），以便分配給其他用戶使用。⑤現場使用人員應準確記錄載波上，下星時間，填寫相應的頻率資源使用記錄表，并在使用結束后指定工作日內將相關信息報衛星操作管理部門。

4、非固定地球站運行中的衛星通信鏈路質量管控

（1）地球站運行中的發信功率控制與天線指向控制

非固定地球站在載頻發射后，要保證衛星通信鏈路的正常運行，運行操作人員應對通信設備的正常工作、是否有各類告警做好監控以及通過頻譜儀對收發信載頻、衛星上的各類干擾（如交叉極化干擾、不明載頻干擾等）做好監控，保持與對端站的勤務聯系電話的暢通，以確保衛星通信鏈路的正常運行。與此同時，任何地球站在運行中，也要保證本地球站所發出的信號不影響或不干擾所在衛星的本轉發器或其他轉發器甚至其他衛星的正常通信運行。這里所涉及的就是對地球站發信功率與天線指向的管控。

①發信功率的控制

地球站發信功率將直接影響到本衛星通信業務的傳輸質量和對所在衛星轉發器的通信質量影響。

對發信站而言，發信功率過低，將影響接收站的接收載噪比指標，進而影響通信鏈路的誤碼率，因此必須關注發信功率按衛星運行操作中心規定的指標設置發射。當壞天氣對收發信質量的產生影響時，應及時與衛星運行操作中心溝通，在允許的情況下提升發信功率指標，但必須是在受控的狀態，一旦天氣轉好，則應立即恢復到原先設定標準值，以免產生其他不良影響。

由于非固定地球站以較小天線為主，不排除操作人員為保障電路傳輸質量，發射了較高的發信功率，這可能將產生兩個影響：對所在轉發器的功率平衡有影響，最有害的狀況是有可能使轉發器處于飽和狀態工作，進而影響到整個轉發器的通信質量；對反極化轉發器有影響，由于過高的發信功率，如果地球站本身的天線極化隔離度未調整到最佳指標狀態，使發信載頻在反極化轉發器產生非法載頻，進而形成交叉極化干擾，影響他人通信。因此有效的管控發信功率，是保障衛星通信質量的重要組成部分。

②天線指向控制

地球站天線對衛星的指向保持是保證衛星通信質量的主要運行操作控制點。

當所工作的衛星是處于軌道穩定位置（即衛星在壽命期內，衛星姿態處于較好控制狀態），則小型地球站的運行操作人員可以將天線控制系統調整于較長間隔的自動跟蹤狀態，甚至設置在Standby狀態，但要經常性地做好接收信標（或信號）的場強監測，以確保天線對衛星處于最佳指向狀態。

當衛星處于壽命末期，在傾斜軌道運行時，則要保持地球站天線控制系統處于較短周期的自動跟蹤狀態，并做經常性的接收信標（或信號）的場強監測，以防止天線跟蹤指向偏離工作衛星，產生信號質量下降乃至中斷，而影響通信傳輸。

③地球站天線指向的控制

不論是針對穩定軌道還是傾斜軌道的衛星，在遇到不良氣候、日凌天象等狀況，都要給予高度的關注，以免產生跟蹤偏離性中斷，甚至由于跟蹤錯誤而產生干擾、影響其他衛星的狀況出現。

（2）暴雨與大雪影響的管控

衛星通信使用的頻率范圍是選在微波波段。在對空間傳輸的微波信號，將受到各種空間噪聲和傳輸損耗及干擾影響。其中雨衰是日常通信中常見的微波傳輸衰落現象。降雨衰減與信號的頻率、極化方式、經過降雨區域的有效路徑長度、降雨量大小有關，是因雨滴的散射和吸收引起的。根據“微波窗”中大氣吸收損耗的概念，大氣吸收存在兩個吸收峰值點，其中第一個峰值點在22.3GHz頻率處，主要是由水蒸氣(H2O)諧振吸收引起的。因此在C、Ku與Ka頻段的雨衰影響排列中，雨衰對C頻段衛星通信的影響小于Ku和Ka頻段；Ku頻段在暴雨、濃云、密霧的壞天氣情況下，接受系統的C/T值下降很大，影響很大；Ka頻段則在大雨中通信傳輸雨衰在三者中受影響最大。

在臨時、應急衛星通信中，較多地使用了Ku頻段的非固定衛星站，部分使用了C頻段衛星站，因此在受暴雨影響中的地球站運行要關注地球站（特別是Ku站）的接收信號電平（可以用頻譜儀監測載噪比或如果有信標接收機的，則同時監測信標電平）、接收解調器中的Eb/N0或BER，如信號電平衰落較大，則在雨區的地球站應在衛星操控中心的指導下適量增加發信功率、或要求對端的發信站適量增加發信功率，一旦暴雨過后，則應該立即恢復原始設定的功率電平，以免影響轉發器的功率平衡或產生其他干擾影響。

大雪對地球站的傳輸質量也會產生很大的影響。除在大雪中，對空間的射頻電磁波產生傳輸衰減外，較長時間的大雪飄落，在天線的饋源口及盆面形成覆蓋。當大雪覆蓋較厚時，由于電磁波在盆面的傳輸介質發生了變化，會影響天線收發電磁波傳輸路徑，如果天線處于自動跟蹤狀態，還會造成天線指向的偏離。對于非固定地球站來說，一般未配置天線的加熱溶雪裝置，故在必要時，必須采用人工除雪的方式來解決天線積雪對天線收發信號的影響。人工除雪方式有用高壓水槍沖洗方式或人工鏟除方式等。采用人工除雪時要注意人員和設備的安全：注意人工操作中，不可使工作人員直接處于天線射頻輻射波束中，必要時，需關閉高功放停止載頻發射來保障人員安全；使用高壓水槍時，要注意不要讓高壓水沖壞天線、饋源等相關器件，特別是不要正對饋源薄膜口沖，而造成薄膜損壞，進而產生饋源進水而使地球站無法正常工作。

（3）臺風影響的管控

夏秋季節的臺風對路徑所在地的地球站正常工作有很大的影響，暴雨會帶來嚴重雨衰，狂風則會造成室外裝置、設備（如天線等）的損壞。因此根據臺風的風力級數，做好保護性操作是非常重要的。

一般來說，非固定站的抗風能力是小于固定站的，機務員要熟悉所使用的非固定站（車載站或便攜站）的出廠指標中抗風能力――允許的工作風力和天線收藏風力。在收到臺風預警信息后，受影響區域內的地球站管理部門要及時做好對端地球站及衛星運行操控中心的預先告知，如果有明確用戶對象的話，還需通知用戶，告知地球站會因臺風而中斷業務。為保證設施的安全，在持續達到指定的風力以上，必須收藏天線；當強臺風來臨之際，必須要考慮將非固定站挪移到適當的避風處（便攜站須放入固定建筑物內），人員進入固定的避風、避險建筑物內（非萬不得已，切忌在衛星車內躲避臺風），確保人員和通信設施的安全。

待臺風影響減弱，可以達到非固定站運行的許可狀況后，工作人員應盡快檢查室外設施的狀況，確保無損、一切正常后，恢復正常衛星通信，并將相關的臺風影響程度，通信中斷時間報告給對端地球站、衛星運行操控中心、用戶及本單位管理部門。

（4）日凌干擾

日凌干擾對衛星通信是不可避免的天象。每年的春分、秋分的前后幾天中，當衛星處于地球與太陽之間的連線上，這時，對準衛星的地球站也同時對準了太陽，強大的太陽噪聲會使衛星信號因遠遠小于太陽噪聲而產生衛星通信中斷。這種現象就是日凌中斷。日凌中斷每年在春分或秋分前后各發生一次，每次約延續6天。每天日凌中斷的最長時間與地球的天線口徑、工作頻率等有關。

對地球站技術操作人員來說，需事先與衛星運行操作控制中心做好溝通，獲得日凌干擾時間信息，以免在運行中對衛星通信中斷產生誤判斷而造成誤操作，形成不必要的長時間通信中斷。在日凌干擾期間，一定要將地球站天線控制系統設置在非自動跟蹤狀態（特別是以步進跟蹤等方式的狀況下，程序跟蹤除外），最好是Standby狀態，以免地球站偏離相應衛星指向（在過去的衛星通信開展早期，在國際上也有些國際站操作人員經驗不足，未關注日凌干擾的影響，使天線一直以自動跟蹤的方式，以至造成天線跟隨太陽噪聲電平指向而運行偏離工作衛星，產生較長時間的衛星通信中斷現象）。

（5）大氣閃爍（俗稱大氣波導干擾）的情況處理

衛星通信中的電磁波在空間傳輸中，需穿越大氣層。由于組成大氣的空氣物質不是單一的無線電反射指數，它是隨著其內部物質的位置和時間而變化的，空氣混合物在不同的溫度和濕度下會產生騷動，同時在大氣層中還有各種隨機的粒子（如雨、冰、濕氣等）。微波信號沿著斜的途徑傳過大氣時，會引起幅度和相位的變化。這種現象有時會產生下列影響：來自衛星的信號電平迅速地上下波動，目前的記錄中，在2—3小時中，500MHZ帶寬內可有12DB左右的變化。這種現象可能只影響一個地球站，而在200km以外的鄰站就沒有影響。這就是俗稱的大氣波導干擾現象。

發生這種現象，會影響地球站的跟蹤，因此需要做保護性的操作。在這種大氣閃爍巨烈情況下，強烈地建議這些站使用程序跟蹤方式或對于工作于定位穩定度較好衛星的地球站，不需要進行經常性的指向跟蹤，則可采用將天線置于Standby 的跟蹤狀態，防止天線偏離指定衛星，造成通信中斷且可能產生臨星干擾現象。

四、結束語

聚焦客戶，聚焦需求，固定地球站、車載站、便攜站能力與電信地面大網通信能力有機綜合使用，固定應用與應急（機動）通信應用將持續相輔相成，交互融合，發揮更大的通信效能。

“隨著衛星通信技術與設備的新發展，以及對衛星通信新應用新需求的多方關注，非固定站應用新的發展正在不斷升溫?！?/p>

1、工信部：2012年5月通信業主要指標完成情況（二）工信部官方網站/政務信息/統計分析/通信業 2012.6.25.

2、《數字衛星通信》上海高級專家協會電子電訊專業委員會編 儲鐘圻主編 機械工業出版社