衛星通信在水利行業的應用與發展

丁力

摘 要：本文主要綜述了衛星通信的發展歷史、現狀和未來的發展趨勢，分析了衛星寬帶技術和激光衛星技術的發展，結合水利行業的需求，闡述了衛星通信在水利行業中的應用和發展。

關鍵詞：水利；衛星通信；現狀；趨勢；衛星寬帶；激光衛星

衛星通信是利用通信衛星作為中繼實現地球站之間以及航天器與地球站之間的無線電通信，可以分為衛星固定通信、衛星移動通信、衛星直接廣播和衛星中繼通信等。由于衛星通信具有覆蓋面大、頻帶寬、容量大、適用于多種業務、性能穩定可靠、機動靈活、不受地理條件限制以及成本與通信距離無關等優點，在水利系統適用于以下幾方面：骨干傳輸系統的保護路由；邊遠地點水文采集點的接入傳輸；應急狀態下的現場與中樞節點通信傳輸；臨時和季節性水文采集點接入傳輸。

1 衛星通信發展的歷史與現狀

英國科幻作家克拉克首次在1945年5月的《無線電世界》雜志上提出利用位于與地球轉速一致的軌道上的人造系統實現全球通信，從此成為提出衛星通信概念的第一人。

1957年10月，前蘇聯Sp utnik -1人造衛星發射成功。

1960年8月，美國國家宇航局（NASA）發射了“回聲-1”衛星。

1963年7月，美國發射了第一顆對地靜止衛星“辛康-2”。

1964年8月，國際通信衛星組織成立，同年美國發射了第三顆衛星“新康姆”，并利用該顆衛星向美國轉播了在日本東京舉行的奧運會實況。

1965年，蘇聯和美國分別發射了“閃電-1”和“國際通信衛星-1”。

1971年11月，蘇聯牽頭成立了第二個國際通信衛星組織IN-TERSPUTNIK。

1972年，加拿大發射了“兄弟-1”衛星；1974年，美國發射了“西星-1”等。

隨著衛星通信技術的逐漸成熟，衛星通信取得了巨大發展。

我國衛星通信的發展起始于20世紀70年代，截至2005年底，我國已建成衛星廣播地球站80余座，衛星通信公用網和專用網100多個，連接國際、國內的衛星通信話路達27萬余條；衛星移動通信方面，我國作為國際海事衛星組織成員已建成覆蓋全球的海事衛星通信網絡，已經跨入了國際移動衛星通信的先進行業，全國共有衛星廣播電視上行站34座，衛星電視廣播接收站超過20萬座。

2 幾種衛星通信系統在水利行業的應用與發展

2.1 Inmarsat

衛星通信系統———國際海事衛星通信。Inmarsat衛星通信系統適合移動語音通信，適合水情遙測站和中心站之間的雙向水文數據通信任務：借用系統管理與信號通道，按數據包數計費，L波段氣象條件可用度高、設備簡單、成本低，通信容量低、通信時延長。

2.2 VSAT

衛星通信系統。VSAT衛星通信系統通信帶寬高、組網靈活，適用于話音、數據、圖像通信。衛星通信設備與終端接入集成度高，方便使用，有車載動中通、快速通、便攜站可以應用。

2.3 北斗衛星通信系統——中國導航衛星

北斗衛星通信系統以導航定位應用為主，有終端上行通道，在定位信息傳送通道中附加短信息數據功能。適合邊遠水文采集站接入通信。北斗一代衛星總容量有限，二代衛星正在研究試驗中。

3 衛星通信技術的發展趨勢

3.1 衛星寬帶技術的發展趨勢

隨著高清電視傳輸、直播數字電影、Internet的接入以及窄帶業務向寬帶業務發展、單獨組網向多網互聯發展等需求的不斷增加，衛星寬帶已經成為衛星通信發展的一個主要方向。目前衛星寬帶的主流技術主要有TCP/IP協議、DVB標準、CA（條件接收）和StreamingMedia（流媒體）等。

3.2 激光衛星通信技術的發展趨勢

激光衛星通信是通過激光進行數據傳輸，具有設備功耗低、體積小、重量輕、發送/接收天線直徑小以及擴散率低等特點，主要用于衛星之間、衛星與地球站或飛行器之間的通信。

3.3 水利衛星系統的發展趨勢

2010年水利部著手建設新一代水利衛星通信系統（Ku波段與C波段相結合）投入運行。新一代水利衛星通信平臺擁有27.2MHz衛星資源，其中，Ku波段有22.2MHz，采用亞洲5號衛星；C波段有5MHz，采用亞太6號衛星，帶寬資源有所增加，而且增加了抗雨衰能力強的C波段資源，初步建成了一個由水利部衛星主站和500多個衛星小站組成，可實現語音、數據、圖像傳輸的防汛衛星通信網，承擔水雨情數據采集、防汛異地會商、應急搶險、云圖和遙感數據廣播等重要防汛通信任務。

4 水利衛星通信新系統技術路線

4.1 采用先進的通信制式

經過10多年的快速發展，以及IP應用普及的拉動，衛星通信技術進入了新一輪的升級換代，DVB-S2以其更高的頻帶利用率、可靠性和接近香農極限的編碼方式及其系統性能引起了廣泛的推廣與應用。DVB-S2可提供多種具有更高頻帶利用率的調制方式，如8PSK、16APSK、32APSK。DVB-S2采用了功能更強大的前向糾錯系統，有效地降低了系統解調的門限。DVB-S2頻譜成形中的升余弦滾降系數要比其它方式小，可以獲得更高的頻譜利用率。基于以上優點，DVB-S2的雙向傳輸系統在衛星通信系統內得到廣泛應用，成為衛星通信發展的主流。系統通過一個平臺，可以滿足基于IP包傳輸的應用需求。如寬帶接入、Internet接入、數據流媒體、視頻會議、遠程教育、文件分發、多點廣播以及VPN網絡等業務的需求。

4.2 網絡結構

目前水利衛星通信網業務主要為數據業務、話音和視頻業務。話音通信和數據采集業務小站數量多，但數據量小；視頻業務小站數量少，但數據量大，帶寬占用多，而且往往是小站到各流域或省廳管理機構（小站）的視頻通信。為了便于業務管理，充分利用帶寬資源，綜合考慮水利部門的信息傳輸特點，采用基于DVB-S2的星型/網狀混合組網的方式，其中星型網主要用于傳輸話音、數據業務，網狀網主要用于流域機構、省水利廳和重點水利工程單位傳輸寬帶視頻實時業務。

4.3 語音、數據和圖像統一IP

隨著水利行業的IP數據網絡的完善及IP集合通信技術的成熟，在統一的IP網絡上實現語音、視頻、數據已經成為不可逆轉的趨勢。隨著IP網絡控制技術和QoS技術的發展，逐漸成為一個多業務承載網絡：由于信源編解碼技術的成熟，VoIP、IPTV等基于IP的綜合應用已在各個行業實施，各種通信手段的傳輸通道統一到了IP網上。以前的各種異構網逐步融合到了IP中，以IP集合通信的形態已服務于廣大水利單位。新建的衛星系統支持IP業務的相關協議，將各種業務融合到IP上。

4.4 同時支持寬帶和窄帶業務

水利傳輸業務有水情數據采集、IP數據廣播、應急搶險視頻通信、“兩小”預警通信、水情綜合業務數據瀏覽、工情圖像傳輸和語音等。每種業務的特點和對通信信道帶寬的要求是不相同的。新系統同時支持各種帶寬要求差別較大的業務。

4.5 減少強降雨區雨衰影響

由于防汛期正是大降雨時期，在此期間反而通信可靠性要求更高，考慮到一小部分地區由于暴雨頻繁，造成通信中斷或應急手段沒法彌補，在這種情形下，新建的系統要采用相應的技術手段來解決這些地區的雨衰問題。

4.6 常規通信和應急通信信道統一管理

在發生災情的情形下，應急通信往往需要傳輸視頻圖象，這種通信優先級別高，占用帶寬大，而且是臨時或短時期占用。這樣網狀網的終端和常規的星狀網終端可以在一個網管下工作，共用一個帶寬池，就全網而言，可以做到最大優化衛星帶寬資源利用率。

4.7 充分利用衛星廣播特點通信

衛星與其它通信手段的最大區別是廣播功能。氣象云圖數據、衛星遙感數據、水情信息發布數據等，這些業務的數據優先級別高、實時性要求也高，而且信息量也大，如果用地面線路來實現，不僅線路租用費非常昂貴，而且實時性和速率很難保證用戶要求，水利衛星廣播業務對新建系統提出了更高的要求。

4.8 主站功能強、小站簡單和便宜

水利衛星通信系統的建設指導思想是主站功能強、小站簡單和便宜。

由于水利行業內的通信技術人員配備少，力量薄弱，如果小站復雜了不宜維護和安裝，小站價格太貴，也不能成規模，邊際效益不夠。一個強的衛星通信系統，是強在主站上，其系統能力也是由主站決定，比如主站大的天線，大的高功放，強大的網管，高的傳輸效率等。

4.9 充分利用水利通信專網

水利部部機關與7個流域機構、31個省（區、市）水利廳（局）和4個在京直屬單位已建立了2M的光纖專網互聯。新建的衛星通信系統將保證與水利專網及公網的實現互聯互通，以保護現有投資的最大化利用。

5 結束語

本文主要綜述了衛星通信的發展歷史、現狀和未來的發展趨勢，闡述了衛星通信在水利行業中的應用和發展。在未來，衛星通信在通信世界中將會扮演更加重要的角色，水利行業也應加快衛星通信發展建設，在防汛抗旱、水資源管理等工作中發揮重要的作用。

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