中国交通通信中心文/杨凤英金燕
海洋是人类生存和可持续发展的战略资源基地，开发和利用海洋，对于促进我国经济发展，提高我国综合国力具有重大战略意义。我国拥有18000km的大陆海岸线和众多的岛屿，在我国所有的运输方式中，水路运输量逐年递增。其次，根据我国幅员辽阔、地理环境多样、人口分布不均的特点，导致我国是灾害频发、灾害面广、灾害损失严重的国家，随着国民经济的快速发展，生产规模的持续扩大和社会财富的不断增长，灾害造成的损失也在逐年上升，对社会安全构成了严重威胁。因此，社会公共安全己成为国家重要的安全战略，社会公共安全正引发应急通信的变革。党的十六届四中全会明确提出：“要建立健全社会预警体系，形成统一指挥、功能齐全、反应灵敏、运转高效的应急机制，提高保障公共安全和处置突发事件的能力”的要求以及2006年1月24日《国家通信保障应急预案》的公布。应急通信保障是指当通信网设施遭受迫害、性能降低、异常高话务量或特殊通信保障任务情况下，使用应急通信方式恢复本地通信能力。
|
国务院公布了一系列事故灾难类突发公共事件专项应急预案，其中就包括国家海上搜救应急预案和国家通信保障应急预案。建立交通安全应急通信系统是对海上搜救应急预案实施的基础保障，是对国家通信保障应急预案的补充完善，通过交通安全应急通信系统的建设，可为交通部门负责的公路和海上交通安全、抢险救灾、处置应急事件等提供快捷有效的通信链路。在海上和陆上基础通信设施被破坏的情况下，推荐使用VSAT卫星通信网与地面通信网相结合的组网方式，建立交通安全应急通信系统。交通安全应急通信系统的建设主要以VSAT卫星通信系统为主，在辅以其它通信方式(如水上VHF安全通信、InmarsatA、B/M、C和F标准岸站和陆上搜救协调通信网等全球海上遇险安全通信系统(GMDSS))。因各安全通信系统建立的侧重不同，通过VSAT卫星通信网的建立，将各个分散的安全通信系统有机的结合在一起，形成覆盖面广、互为补充、功能齐全、安全可靠的交通安全应急通信系统(系统如图1所示)。下面主要介绍一下VSAT卫星通信网络在交通安全应急通信系统中的应用。
1VSAT卫星通信网络的优点
VSAT(小口径卫星终端站)卫星通信系统通常指天线口径为2.5m左右的小型卫星终端站，VSAT系统可工作在C波段或Ku波段。VSAT卫星通信网的主要优点如下。
(1)地面站设备简单，体积小，重量轻，造价低，安装与操作简单。VSAT小站可直接安装在用户所在的楼顶、轮船或汽车上等，可直接与用户终端接口；
(2)组网灵活方便。由于网络部件模块化，便于调整网络结构，易于适应用户业务量的变化；
(3)通信质量好，可靠性高。链路环节少，故障率低，通信畅通率高，适于多种业务和数据率，且易于向ISDN过渡；
(4)直接面向用户，特别适用于用户分散、稀路由和业务量小的专用通信网。
VSAT网络主要包括数据、图像、计算机联网和数字话音的综合数字业务，其中包括实时交互性数字业务。利用VSAT用户数据终端可直接和计算机联网，完成数据传递、文件交换、图像传输等通信任务，可实现远距离通信。
2工作频段选择
目前，VSAT卫星通信网使用的频段主要有C波段和Ku波段。根据交通安全应急通信系统应用的需要，VSAT卫星通信网工作频段的选择应主要从以下几方面考虑：(1)与地面其它通信系统间的干扰；(2)卫星转发器资源和现有通信技术和设备；(3)通信业务需求；(4)天线接收系统噪声；(5)电波传输损耗；(6)天线口径和高工放的使用等。
C波段电波传输条件好，降雨影响小，路径可靠性较高，但它与地面微波通信频率相同，存在干扰，使其功率通量密度不能太小，造成天线尺寸较大。
Ku波段不存在微波干扰，天线尺寸小，数据传输速率高，但降雨对它传播损耗影响大。
VSAT卫星通信工作频段首选是通信质量较好且天线尺寸小Ku波段。但考虑交通安全应急通信是在各种极端天气和日常通信中断时的应用，而Ku波段在暴雨情况下，上行或下行链路瞬间雨衰量可超过20dB，C波段最大雨衰量一般不超过1dB。因此，交通安全应急通信的工作频段选择C波段和Ku波段两种通信方式，即在我国海上采用C波段，在内陆采用Ku波段。
3交通安全应急通信中VSAT卫星通信网的组成
根据VSAT系统传输业务种类，其网络结构可分为星状网、网状网和混合型网。网状网不需要主站，各小站之间可以任意建立通信链路，并且是以信道为基础、以话音通信为主的系统。但该网硬件设备和系统软件技术复杂，系统成本较高。交通安全应急通信是在原有通信系统遭破坏或发生紧急情况下，保证通信畅通，主要以移动的车载站和船载站为主，小站硬件设备不可能过于复杂。因此，选择点到多点双向通信的星形网作为交通安全应急通信系统中VSAT卫星通信系统的网络结构。
VSAT通信网由主站(亦称中心站)、卫星转发器和许多远端VSAT小站组成(网络结构如图2所示)。星状网是以传输数据业务为主，以数据包的分组交换为基础。具有网络结构简单，成本低，硬件设备简单等特点。
3.1主站(中心站)
主站是VSAT网的核心，使用大型天线，Ku波段为3.5～8m，C波段为7～13m。由高功率放大器、低噪声放大器、上/下变频器、Modem以及数据接口设备等组成。通常与主计算机配置在一起。为了对全网进行监测、控制、管理与维护，在主站设有网络监控与管理中心，对全网运行状态进行监控管理，如VSAT小站及主站本身的工作状况、信道质量、信道分配、统计、计费等。因主站关系到整个VSAT网的运行，通常配有备用设备。
3.2VSAT小站
小站由小口径天线、室外单元和室内单元组成。室内和室外单元通过同轴电缆连接。VSAT小站选择尺寸小的偏馈天线；室外单元包括GaAsFET固态功率放大器、低噪声FET放大器、上/下变频器及其检测电路等，并组装成一个部件设置在天线馈源附近；室内单元包括Modem、Codec和数据接口等。室内和室外单元通常采用固化部件，便于安装与维护，可直接与数据终端连接。
3.3卫星转发器
卫星转发器亦称空间段，交通安全应急通信系统中VSAT的卫星转发器主要使用C波段和Ku波段转发器。
卫星通信传输链路由发射地球站→卫星转发器→接收地球站的传输链路组成(如图3所示)。其中发射地球站→卫星转发器的线路称为上行线路；卫星转发器→接收地球站的线路成为下行线路。
在VSAT网内，有主站通过卫星向远端小站发送数据成为外向传输；小站向主站发送数据称为内向传输。
4VSAT卫星通信网方案设计
交通安全应急通信系统业务要求为话音、视频、数据等，这就要求VSAT网支持数据传输、计算机联网、话音、传真和视频图像等多种业务。主站具有对各种业务进行分组交换的能力，VSAT终端拥有与各种用户数字终端设备相匹配的接口协议规程。
