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衛(wèi)星通信技術(shù)則是由使用圍繞地球的同步/非同步的通信衛(wèi)星來做一個中間站進行一種遠距離通信的實現(xiàn)方式。它本質(zhì)上是由微波通信以及航天技術(shù)之上發(fā)展新穎的無線通信的技術(shù),而衛(wèi)星通信技術(shù)自身采用的無線電頻率為微波頻段。從而產(chǎn)生的衛(wèi)星通信技術(shù),它的主要特點就是傳輸?shù)木嚯x遠,且頻率高。也因為衛(wèi)星通信頻帶寬,且頻率高,變化范圍大的重要優(yōu)點,衛(wèi)星通信技術(shù)在我國的軍事建設(shè)和經(jīng)濟發(fā)展等方面都具有深遠的意義。
我國的現(xiàn)今衛(wèi)星通信技術(shù)的發(fā)展在擴展新的頻段,加強先可用的頻段的利用率以及現(xiàn)在公用干線的通信網(wǎng)都應(yīng)該一步步轉(zhuǎn)向跟隨寬帶化的發(fā)展趨勢,能夠準確地利用衛(wèi)星通信技術(shù)來建立我國的衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)以及數(shù)字化通信網(wǎng)絡(luò)。所以對于衛(wèi)星通信網(wǎng)技術(shù)而言應(yīng)該逐漸的走向小型化的、智能化的未來方向。從目前我國的計算機科技的水平來看,假設(shè)把設(shè)備功能全部換由軟件來進行操作實現(xiàn),那么由于軟件的特點也就是需要按照一條條的指令來運行,就算我們采用多處理器的方式來進行協(xié)助共同運算,也沒有辦法真正保障高頻率情況下的處理能夠及時有效,也使得軟件無線電技術(shù)在衛(wèi)星通信領(lǐng)域中的使用范圍明顯受到限制?;谝陨显?,以下設(shè)計想法是為了能夠讓軟件無線電技術(shù)能真正應(yīng)用在衛(wèi)星通信方面。
首先我們所有的設(shè)備都需要經(jīng)過模塊化處理,各個模塊分開保證控制功能,以及各個模塊之間的高速數(shù)據(jù)的交換問題。而信道設(shè)備以及接口設(shè)備的內(nèi)部結(jié)構(gòu)信道設(shè)備包括調(diào)制解調(diào)器、信道的編譯碼器和置亂器等,在總的CPU的控制之下,信道設(shè)備的具體參數(shù)值可以做到由軟件來進行定義處理。而將無線射頻的設(shè)備、信道設(shè)備和接口設(shè)計在衛(wèi)星通信技術(shù)中也是十分關(guān)鍵的存在。再來考慮到了衛(wèi)星通信技術(shù)有著多址方式,業(yè)務(wù)類型廣以及其頻率高且變化區(qū)域廣等各種優(yōu)點,在信道設(shè)備和接口設(shè)備的設(shè)計選用模塊化的設(shè)計構(gòu)思。各個模塊應(yīng)該能夠各自擁有能定義自身功能的各個軟件接口,而選用的軟件接口更應(yīng)保證標準化以方便各個不同供應(yīng)商的生產(chǎn)。然后在各個模塊的具體設(shè)計上面,也要根據(jù)具體運算量大小,選擇不同的軟件接口功能。再來根據(jù)具體的各類應(yīng)用環(huán)境,更加靈活地修改和使用數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu),并且保證以軟件協(xié)同硬件兩相結(jié)合的方式實現(xiàn)。最后就是設(shè)備功能和系統(tǒng)功能的定義要靠網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)來最終實現(xiàn)。
伴隨著因特網(wǎng)大面積普及及現(xiàn)在移動網(wǎng)絡(luò)的迅猛發(fā)展,衛(wèi)星通信技術(shù)絕對會在未來迎來更進一步的發(fā)展機會?,F(xiàn)在我國逐漸采用自主研發(fā)的通信衛(wèi)星為主體,來建立完善的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。軟件無線電技術(shù)作為一個可利用在衛(wèi)星通信方面的技術(shù)來說,也一定會伴隨衛(wèi)星通信的腳步,成為加速我國科技發(fā)展的重要技術(shù)。
2結(jié)語
關(guān)鍵詞:衛(wèi)星通信;海上石油衛(wèi)星;VSAT;自動跟蹤
0 引言
20世紀90年代初,從中海油開始建立第一個衛(wèi)星端站至今,已經(jīng)有超過20年的衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用。目前,已經(jīng)形成了以湛江、天津、深圳、上海這4個中心站點為核心的網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò),且已經(jīng)具備了鏈路相互備份功能。
1 衛(wèi)星通信在中海油的發(fā)展
1.1 TES衛(wèi)星系統(tǒng)
TES(TelephonyEarthStation)是基于衛(wèi)星的全數(shù)字話音和數(shù)據(jù)通信的網(wǎng)狀網(wǎng),它在多個地球站之間提供網(wǎng)狀連接,支持系統(tǒng)內(nèi)任意地點遠端站之間的電話、同步、異步數(shù)據(jù)通信,TES系統(tǒng)在中海油的應(yīng)用主要用于話音與數(shù)據(jù)傳輸。運用的是C波段衛(wèi)星的頻分多址方式FDMA實現(xiàn)與地面站間的通信,使用四相相移鍵控QPSK或二相相移鍵控BPSK調(diào)制方式,信道編碼采用編碼效率為1/2或3/4的前向糾錯FEC。TES是中海油海上平臺初期使用的一種主要的衛(wèi)星通信方式,主要承載的業(yè)務(wù)為話音業(yè)務(wù),所使用的衛(wèi)星資源前期以亞洲3號衛(wèi)星為主,后來轉(zhuǎn)至鑫諾1號衛(wèi)星。
1.2 VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)
VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)的地面部分由中樞站、遠端站和網(wǎng)絡(luò)控制單元組成,中樞站的作用是匯集衛(wèi)星來的數(shù)據(jù)然后向各個遠端站分發(fā)數(shù)據(jù),遠端站是衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的主體,VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)就是由許多的遠端站組成的,一般遠端站直接安裝于用戶處,與用戶的終端設(shè)備連接。VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)是中海油海上平臺主要的衛(wèi)星通信應(yīng)用方式。此系統(tǒng)的特點是天線口徑小、靈活性強、可靠性高、使用方便及小站可直接裝在用戶端等特點,利用VSAT用戶數(shù)據(jù)終端搭配復(fù)用器使用,可同時承載話音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)主要配合Netperformer系列復(fù)用器使用,Netperformer系列復(fù)用器使用了信元中繼cellrelay技術(shù),將語音流和數(shù)據(jù)流分割為特定的信元cells,然后將不同業(yè)務(wù)類型的信元cells復(fù)用到單一的物理或邏輯鏈接上,根據(jù)對時延的敏感程度不同對業(yè)務(wù)進行分類,并賦予不同的傳輸優(yōu)先級,能有效保證話音業(yè)務(wù)質(zhì)量,為中海油的海上平臺及移動船舶提供穩(wěn)定的話音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。目前中海油主要使用的是中星10號的衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器來承載衛(wèi)星話音及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。
1.3 STARWIRE衛(wèi)星網(wǎng)管系統(tǒng)
STARWIRE系統(tǒng)在網(wǎng)管NCS的支持下可提供PAMA,DAMA等業(yè)務(wù),使用了先進的PCMA載波疊加專利技術(shù),能有效地節(jié)省衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬。主要由NCS網(wǎng)管系統(tǒng)、ST用戶終端、衛(wèi)星三部分組成。STARWIRE衛(wèi)星網(wǎng)管系統(tǒng)是第三代按需分配的衛(wèi)星通信系統(tǒng),終端設(shè)備內(nèi)置路由功能,直接支持先進的IP網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)業(yè)務(wù)。NCS網(wǎng)管通過控制信道監(jiān)控ST的工作,ST之間通過控制信道FOW/ROW建立業(yè)務(wù)信道。中海油下屬的4個中心站點通過STARWIRE網(wǎng)管系統(tǒng)能夠有效管理所屬轄區(qū)內(nèi)的衛(wèi)星小站。相對于早期衛(wèi)星通信技術(shù)應(yīng)用,NCS系統(tǒng)能夠更加有效地對小站進行管理,節(jié)省衛(wèi)星資源帶寬。
1.4 SKYEDGEⅡ衛(wèi)星網(wǎng)管系統(tǒng)
SKYEDGEⅡ衛(wèi)星網(wǎng)管系統(tǒng)是一個雙向衛(wèi)星通信系統(tǒng),由兩個方向的傳輸構(gòu)成:入境基于DVB-RCS標準,采用MF-TDMA技術(shù)對資源進行預(yù)約分配減少數(shù)據(jù)碰撞;出境基于DVB-S2標準,支持CCM及ACM工作模式,可用于單播和組播數(shù)據(jù)、VoIP、ABIS等業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)。系統(tǒng)主要由衛(wèi)星主站、衛(wèi)星/轉(zhuǎn)發(fā)器、遠端站三部分組成。SKYEDGEⅡ支持三種基本網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)星型、網(wǎng)狀、多星狀。SKYEDGEⅡ衛(wèi)星網(wǎng)管系統(tǒng)是目前中海油主要使用的衛(wèi)星通信系統(tǒng),利用此網(wǎng)管系統(tǒng),將中海油的4個海上衛(wèi)星中心站進行整合,形成了統(tǒng)一的大網(wǎng)管系統(tǒng),對各中心站點進行鏈路互備,形成一個完整的多功能衛(wèi)星網(wǎng)管系統(tǒng)。
2 衛(wèi)星通信技術(shù)在中海油的應(yīng)用形式
2.1 海事衛(wèi)星A/C/F站的應(yīng)用
海事衛(wèi)星共有4顆衛(wèi)星覆蓋全球海洋,它們分別是大西洋西區(qū)、大西洋東區(qū)、印度洋區(qū)、太平洋區(qū)。海事衛(wèi)星A站于2007年底正式停止運營,中海油海上船舶與移動式鉆井平臺目前以C站、F站為主要的應(yīng)用。
2.2 固定天線式的衛(wèi)星通信應(yīng)用
固定天線式衛(wèi)星通信主要應(yīng)用在中海油海上固定式采油平臺、自升式鉆井平臺以及陸地端站上,是一種常規(guī)的衛(wèi)星通信應(yīng)用。固定式采油平臺及自升式鉆井平臺主要以3.7米C波段的衛(wèi)星天線為主,Ku波段衛(wèi)星天線為輔。衛(wèi)星中心站使用的是大口徑衛(wèi)星天線來承載衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)。固定天線式在中海油是最早的衛(wèi)星通信應(yīng)用,也是中海油目前最成熟的衛(wèi)星通信應(yīng)用,中海油內(nèi)曾使用直徑為12米的衛(wèi)星天線作為衛(wèi)星的主站使用。
2.3 半自動跟蹤天線式的衛(wèi)星通信應(yīng)用
半自動跟蹤天線主要應(yīng)用于中海油自升式鉆井平臺,天線以C波段的半自動跟蹤天線為主。由于工作環(huán)境需求,自升式鉆井平臺需要經(jīng)常更換鉆井位置,期間鉆井平臺需要拖航至新的目的地,使用固定式衛(wèi)星天線則需要經(jīng)常性地對天線的方位及俯仰進行調(diào)整,且拖航期間無法使用。采用半自動跟蹤天線可以在拖航期間自動尋星,主要缺點是無法360度旋轉(zhuǎn),實現(xiàn)不了全自動跟蹤,有時需要人工進行干預(yù)。
2.4 自動跟蹤天線式的衛(wèi)星通信應(yīng)用
自動跟蹤天線C波段主要以美國的SEATEL的97型全自動跟蹤天線以及西安通信技術(shù)有限公司的全自動跟蹤天線為主;Ku波段主要以SEATEL的4006自動跟蹤天線以及國內(nèi)的一些動中通天線為主。中海油海上半潛式鉆井平臺一般以C波段的自動跟蹤為主要的衛(wèi)星通信,南海9號鉆井平臺所使用的自動跟蹤天線衛(wèi)星系統(tǒng)經(jīng)過測試能夠提供4Mb/s以上的鏈路帶寬。Ku波段的自動跟蹤天線主要應(yīng)用與海上的移動船舶,包括拖輪及勘探船,這些移動船舶受限于天線的安裝場地要求,而且對鏈路帶寬要求不大,Ku波段的自動跟蹤天線的應(yīng)用非常適合在這類環(huán)境使用。
3 結(jié)語
衛(wèi)星通信技術(shù)在中海油海上平臺及移動船舶上有著超過20年的應(yīng)用,從早期的TES小站的話音應(yīng)用,到現(xiàn)在的多功能SKYEDGEⅡ網(wǎng)管系統(tǒng)的多業(yè)務(wù)綜合應(yīng)用,中海油在衛(wèi)星通信應(yīng)用方面已經(jīng)覆蓋了C、L、Ku等波段。隨著中海油向深海發(fā)展,衛(wèi)星通信技術(shù)將在中海油海上勘探、開發(fā)、生產(chǎn)方面發(fā)揮著重要的作用。
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作者簡介:董恩奇(1994―),男,黑龍江雙城人,沈陽理工大學(xué)學(xué)生。
關(guān)鍵詞:衛(wèi)星通信;現(xiàn)狀與趨勢;關(guān)鍵技術(shù)
中圖分類號: TN927+.2 文獻標識碼: A 文章編號:
衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站的兩個或多個地球站相互之間的無線電通信,是微波中繼通信技術(shù)和航天技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物。衛(wèi)星通信的特點是通信距離遠,覆蓋面積廣,不受地理條件限制,且可以大容量傳輸,建設(shè)周期短,可靠性高等。自1960年第一顆衛(wèi)星發(fā)射成功以來,衛(wèi)星通信發(fā)展特別迅猛。目前,衛(wèi)星通信的使用范圍己遍及全球,僅國際衛(wèi)星通信組織就擁有數(shù)十萬條話路。而隨著通信行業(yè)的不斷發(fā)展,衛(wèi)星高速數(shù)傳系統(tǒng)成為了衛(wèi)星通信發(fā)展的趨勢。
1衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀
1.1衛(wèi)星通信的基本概念
衛(wèi)星通信從表現(xiàn)形式來看,它既是一個提供移動業(yè)務(wù)的衛(wèi)星通信系統(tǒng),又是一個采用衛(wèi)星作中繼站的移動通信系統(tǒng),所利用的衛(wèi)星既可以是GSO衛(wèi)星,也可以是NGSO衛(wèi)星,如中等高度地球軌道MEO、低高度地球軌道LEO和高橢圓軌道HEO衛(wèi)星等。
雖然世界上地而通信網(wǎng)絡(luò)已趨于完善,但受地理條件和經(jīng)濟因素的限制,地而蜂窩系統(tǒng)不可能達到全球無縫覆蓋。以我國為例,在偏遠地區(qū),地而網(wǎng)絡(luò)的廣泛覆蓋仍然遙遙無期;在沿海島嶼眾多的地方,建設(shè)地而網(wǎng)絡(luò)非常困難;在發(fā)達地區(qū)的某些偏遠地方同樣沒有地而蜂窩網(wǎng)的覆蓋;野外勘探,飛機,遠洋運輸船只,遠離城市的旅游探險者,以及緊急搜索、救援人員等都需要一種不受地域、天氣限制的移動通信手段;西部地區(qū)疆域廣闊,但多為荒漠和戈壁,人煙稀少,衛(wèi)星通信將顯示出獨具的優(yōu)勢;尤其是發(fā)生重大毀滅性自然災(zāi)害的地區(qū),地而網(wǎng)絡(luò)多數(shù)會遭到破壞,而衛(wèi)星通信可能是惟一幸存的通信手段。所以,衛(wèi)星通信是一種大有可為的通信方式,具有廣闊的應(yīng)用前景。
1.2國內(nèi)外發(fā)展概況
至今我國尚無自建的民用衛(wèi)星通信系統(tǒng),國際上日前可以使用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要包括:
1)對地靜止軌道(GSO)衛(wèi)星通信系統(tǒng)
提供全球覆蓋的衛(wèi)星通信系統(tǒng)有國際海事衛(wèi)星(Inmai sat系統(tǒng);提供區(qū)域覆蓋的衛(wèi)星通信系統(tǒng)有北美移動衛(wèi)星(MSAT)系統(tǒng)、亞洲蜂窩衛(wèi)星(ACeS)系統(tǒng)、瑟拉亞衛(wèi)星(Thuraya)系統(tǒng);提供國內(nèi)覆蓋的衛(wèi)星通信系統(tǒng)有日本衛(wèi)星(N-S TAR)系統(tǒng)和澳大利亞衛(wèi)星(Optus)系統(tǒng)等。其中波束覆蓋我國的系統(tǒng)有Inmai sat和ACeS。
國際海事衛(wèi)星(Inmarsat)系統(tǒng)是由國際海事組織經(jīng)營的全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)。自1982年開始經(jīng)營以來,全球使用該系統(tǒng)的國家已超過160個,用戶從初期的900多個海上用戶已發(fā)展到今天包括陸地和航空在內(nèi)的29萬多個用戶。為了滿足不斷增長業(yè)務(wù)的需要,已開始發(fā)射第四代海事衛(wèi)星。第四代衛(wèi)星為1個全球波束、19個寬波束和 228個點波束。提供用戶終端的衛(wèi)星等效全向輻射功率強度為67dBW(點波束),其IP業(yè)務(wù)最高速率可達432kbit/s,可應(yīng)用于互聯(lián)網(wǎng)、移動多媒體、電視會議等多種業(yè)務(wù)。
2)非靜止軌道(NGSO)衛(wèi)星通信系統(tǒng)
提出的方案很多,真正發(fā)射組網(wǎng)進行運營的只有3個:銥(liidium)、全球星(Globalstar)和軌道通信(Orbcomm)系統(tǒng)。
銥系統(tǒng)是由美國Motorola公司提出的世界上第一個低軌道全球衛(wèi)星通信系統(tǒng),其基本目標是向攜帶有手持式移動電話的銥用戶提供全球個人通信能力。銥系統(tǒng)衛(wèi)星星座由66顆低軌道衛(wèi)星組成,軌道高度780km。銥衛(wèi)星采用星上處理和交換技術(shù)、多波束天線、星際鏈路等新技術(shù),提供話音、數(shù)據(jù)、傳真和尋呼等業(yè)務(wù),用戶終端有單模手機、雙模手機和尋呼機。耗資59億美元開發(fā)的銥系統(tǒng)于 1998年11月開始商業(yè)運營,1999年8月13日中請破產(chǎn)保護。2000年12月新銥星公司成立,用2100萬美元購買了投資近50億美元的銥星公司,2001年3月重新開始提供全球通信服務(wù)。目前有超過12萬用戶,并目_以每月新增2 0003 000個用戶的速度在增長,在2003年上半年實現(xiàn)收支平衡。在1997年5月到2002年6月期間共發(fā)射了95顆衛(wèi)星,其中11顆失效,4顆隕落,66顆工作,14顆在軌備份,能夠連續(xù)工作到2014年而無需發(fā)送額外的衛(wèi)星。
2衛(wèi)星通信的關(guān)鍵技術(shù)
(1)星載多波束天線技術(shù)
采用多波束天線是解決大覆蓋范圍和高天線增益之間矛盾的惟一手段,如銥系統(tǒng)采用48波束天線,全球星系統(tǒng)采用16波束天線。多波束天線是影響我國衛(wèi)星通信發(fā)展的核心關(guān)鍵技術(shù)。一方而,其重量、功耗直接影響衛(wèi)星平臺的設(shè)計指標; 另一方而,天線增益對系統(tǒng)所能達到的通信性能起著至關(guān)重要的作用。目前,國內(nèi)已有多波束天線的設(shè)計能力,對星用T/R組件也有研制經(jīng)驗,與國外N7。進水平的差距主要在于星載工藝問題,如何降低
功耗和重量是研究的重點。
(2)星上處理和交換技術(shù)
具有星際鏈路、星上處理和交換能力是對現(xiàn)代衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本要求。對于星際鏈路,核心是解決天線的捕獲、跟蹤和瞄準問題;對于星上處理,目前國內(nèi)已有星上解調(diào)、解擴和解跳的較成熟技術(shù),主要問題在于可靠性、重量和功耗等。雖然國內(nèi)已經(jīng)完成了具有小規(guī)模星上處理與交換功能的樣機研制,但受星載器件水平的限制,在星上實現(xiàn)具有綜合業(yè)務(wù)交換功能和動態(tài)拓撲條件下移動路由功能的交換機仍是一項需要重點攻關(guān)的關(guān)鍵技術(shù)。
(3)移動性管理技術(shù)
移動性管理是移動通信系統(tǒng)必須要解決的問題,它包括位置管理和切換管理兩方而。雖然地而已有成熟的移動性管理技術(shù),但在NGSO衛(wèi)星通信系統(tǒng)中,作為交換節(jié)點的通信衛(wèi)星相對地而作高速移動,導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)拓撲是變化的,即使用戶不移動,切換也是頻繁發(fā)生的,并目_用戶終端、衛(wèi)星和信關(guān)站之間沒有固定的連接關(guān)系。因此,對于星上處理和交換能力、系統(tǒng)容量等都很有限的衛(wèi)星通信系統(tǒng),必須采用適當(dāng)?shù)囊苿有怨芾聿呗?,以便在盡量降低移動性管理開銷、星載交換機處理負擔(dān)和路由更新開銷的條件下保證用戶信息能夠經(jīng)過星際鏈路選路到目的地,并目_在通信過程中實現(xiàn)衛(wèi)星之間正確無誤地切換。
(4)終端小型化
終端的體積、重量主要由天線、射頻模塊和電池等決定。從通信技術(shù)來說,實現(xiàn)天線和射頻模塊的小型化是解決終端小型化的關(guān)鍵技術(shù)。適應(yīng)各類移動臺結(jié)構(gòu)要求的天線、高穩(wěn)定度的頻率源(考慮到系統(tǒng)通常傳輸?shù)退俾市盘?、載波間隔小、多普勒頻移的影響等,此要求尤為突出)、高效率的功率放大器等都是需要進一步研究的。
射頻模塊小型化主要涉及到收發(fā)模塊和雙工器。其構(gòu)成與地而蜂窩系統(tǒng)手機的構(gòu)成大體相同,而后者技術(shù)已十分成熟,可從中得到借鑒?,F(xiàn)有接收和發(fā)射電路都已做得很小和很低功耗,工作于UHF和L/S頻段,每個有源器件尺寸在數(shù)平方毫米至十幾平方毫米之間;在無源器件中,值得關(guān)注的是工作于雙頻段的雙工器,它可通過聲表而波 (SAW)器件或低溫共燒陶瓷}LTCC)工藝來實現(xiàn)。其中,利用LTCC工藝制作的雙頻段雙工器,在900MHz頻段,隔離度達28dB,插損1.7dB;在1 770MHz隔離度和插損分別為19dB和1.8dB。
1.1國外標準與衛(wèi)星通信應(yīng)用相關(guān)的國外標準化組織主要是國際電信聯(lián)盟(ITU)和歐洲電信標準化協(xié)會(ETSI)。
1.1.1ITU標準無線電頻率是衛(wèi)星通信應(yīng)用的基礎(chǔ),ITU是國際三大標準化組織之一,主要致力于全球范圍內(nèi)無線電頻率的管理和協(xié)調(diào)。ITU制定的標準分為以《無線電規(guī)則》為主的規(guī)則體系和以“建議書”為主的技術(shù)建議書體系。a)《無線電規(guī)則》是由ITU各成員國根據(jù)其《組織法》和《公約》等共同建立的一套國際通用的、管理各種無線電業(yè)務(wù)的契約性法規(guī)。其法規(guī)規(guī)定了各類無線電業(yè)務(wù)的頻段劃分及其在全球范圍內(nèi)的分配情況(其中與衛(wèi)星通信相關(guān)的有衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)(BSS)、衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)(FSS)及衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)(MSS)),同時還規(guī)定了各國使用無線電頻率必須遵守的程序和規(guī)則?!稛o線電規(guī)則》是ITU管理無線電通信、協(xié)調(diào)各國在無線電管理活動中的相互關(guān)系,規(guī)范其權(quán)利和義務(wù)最重要的規(guī)范性文件。b)“建議書”是ITU確定通信系統(tǒng)工作運行和互通方法的標準,是全球各國間頻率爭執(zhí)協(xié)調(diào)過程中的產(chǎn)物,也是對頻率使用經(jīng)驗的固化和積累。它由ITU各成員國批準,雖然不強制執(zhí)行,但由于這些建議書由全球主管部門、運營商和產(chǎn)業(yè)界的權(quán)威機構(gòu)編制而成,享有很高的聲譽,因此在全球范圍內(nèi)得到普遍的遵守和實施。目前,ITU已了4000余份建議書。
1.1.2ETSI標準ETSI是由歐盟委員會批準建立的歐洲地區(qū)性電信標準化組織,旨在通過標準確保歐洲各電信網(wǎng)間互通,促進歐洲電信基礎(chǔ)設(shè)施的融合。ETSI制定的標準不僅被歐共體作為歐洲法規(guī)被要求執(zhí)行,而且在全球其他地區(qū)也得到了廣泛認可,被推廣執(zhí)行。ETSI制定的與衛(wèi)星通信應(yīng)用相關(guān)的標準共327項,主要分為三大類:協(xié)議標準、地球站標準、電磁兼容標準。a)協(xié)議標準包括以下幾方面。DVB(DigitalVideoBroadcast,數(shù)字視頻廣播)標準是一套完整的、適用于不同媒介的數(shù)字電視系統(tǒng)標準。其中關(guān)于衛(wèi)星廣播通信的分支為DVB-S[1],它是目前全球范圍使用最普遍的衛(wèi)星廣播電視協(xié)議。隨著技術(shù)的發(fā)展,ETSI在DVB-S的基礎(chǔ)上制定了用于衛(wèi)星交互通信的DVB-RCS[2]和用于衛(wèi)星移動廣播通信的DVB-SH[3]。DVB-RCS目前已得到了廣泛應(yīng)用,而DVB-SH還屬于新興應(yīng)用領(lǐng)域。與DVB-SH類似的標準還有ETSI制定的SDR(SatelliteDigitalRadio,衛(wèi)星數(shù)字通信)和S-MIM(S-bandMobileInteractiveMultimedia,S頻段移動交互多媒體)。其中,SDR與DVB-SH原理類似,都是針對廣播通信,只是在工作頻段、調(diào)制方式、編碼形式等方面存在一定差異。S-MIM則是對DVB-SH的擴展,它在DVB-SH基礎(chǔ)上增加了回傳鏈路以滿互通信的需要,同時S-MIM還增加了與地面IP網(wǎng)絡(luò)的接口,使得其應(yīng)用更為廣泛。目前,美國全球通信公司的ICOG1衛(wèi)星采用了DVB-SH,美國1WorldSpace公司的Afristar和Asiastar兩顆衛(wèi)星采用了SDR,歐洲通信衛(wèi)星公司的EutelsatW2A衛(wèi)星采用了S-MIM。關(guān)于衛(wèi)星寬帶通信的標準有BSM(BroadbandSatelliteMultimedia,寬帶衛(wèi)星多媒體)[4]和RSM(RegenerativeSatelliteMesh,再生衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò))。其中,BSM是一套基于IP協(xié)議、針對整個衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)的標準;RSM則是針對星座組網(wǎng)的標準,分為RSM-A和RSM-B。RSM-A是ETSI和TIA基于美國休斯公司開發(fā)的Ka頻段衛(wèi)星通信系統(tǒng)(SPACEWAY)聯(lián)合制定的,RSM-B是在DVB-RCS的基礎(chǔ)上提出的,也已在歐洲寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)中得到了應(yīng)用。GMR(GEO-MobileRadio,地球同步軌道移動通信)標準是一套完善的、基于GEO衛(wèi)星的衛(wèi)星移動電話系統(tǒng)標準,分為兩個系列:GMR-1和GMR-2。GMR-1和GMR-2在用戶鏈路及饋線鏈路頻段、雙工方式、多址方式等方面相同,但在載波間隔、信息速率、調(diào)制方式等方面存在差異。隨著地面移動通信系統(tǒng)由2G向2.5G再向3G的發(fā)展,GMR-1也隨之了對應(yīng)的標準GMR-1Releasel、GMR-1Release2(GMPRS)、GMR-1Release3(GMR-13G),而GMR-2并沒有進行更新,仍然是基于GSM(GlobalSystemforMobile,全球移動通信系統(tǒng))。目前,GMR-1和GMR-2都得到廣泛的商業(yè)應(yīng)用,Thuraya、TerreStar、SkyTerra等衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用了GMR-1,而INMARSAT、ACeS等衛(wèi)星通信系統(tǒng)則采用了GMR-2。b)地球站標準。ETSI關(guān)于地球站的標準較多,涵蓋了工作在不同頻段的地球站和不同類型的地球站。這些標準既有對地球站系統(tǒng)組成的規(guī)定,也有對地球站功能性能的規(guī)定;既有對地球站總體的規(guī)定,也有對天線、低噪放模塊等關(guān)鍵設(shè)備的規(guī)定;既有對地球站技術(shù)要求的規(guī)定,也有對地球站測試方法的規(guī)定;既有對關(guān)鍵技術(shù)的要求,也有對實施指南的建議。c)電磁兼容標準。電磁兼容是衛(wèi)星通信中必須考慮的重要環(huán)節(jié),ETSI有專門的技術(shù)委員會(ERM)負責(zé)相關(guān)標準的制定,ERM制定了大量與地球站相關(guān)的電磁兼容性標準。這些標準涉及工作在不同頻段、采用了不同實現(xiàn)形式、應(yīng)用于不同領(lǐng)域的各類地球站及其組成設(shè)備,從設(shè)備級和系統(tǒng)級的角度,對電磁兼容性的測試環(huán)境、測試方法及發(fā)射功率限值要求等方面進行了規(guī)定。其內(nèi)容除電磁干擾的規(guī)定外,還有電磁耐受的規(guī)定,主要是檢測產(chǎn)品在各種電磁干擾環(huán)境下能否正常工作。
1.2國內(nèi)標準國內(nèi)與衛(wèi)星通信應(yīng)用相關(guān)的標準包括了國家標準、國家軍用標準及相關(guān)行業(yè)標準。國家標準化管理委員會中設(shè)有TC79(無線電干擾)、TC239(廣播電影電視)、TC246(電磁兼容)、TC425(宇航技術(shù)及其應(yīng)用)和TC485(通信)等多個與衛(wèi)星通信應(yīng)用相關(guān)的全國專業(yè)標準化技術(shù)委員會。國內(nèi)與衛(wèi)星通信應(yīng)用相關(guān)的標準共113項,這些標準大部分都制定于上世紀80年代和90年代,主要分為6類:基礎(chǔ)標準、頻譜標準、協(xié)議標準、地球站標準、電磁兼容標準和衛(wèi)星入網(wǎng)標準。a)基礎(chǔ)標準的數(shù)量較少,主要是對廣播電視系統(tǒng)中涉及的衛(wèi)星廣播術(shù)語、衛(wèi)星通信涉及的各類設(shè)備的命名方式作了規(guī)定。b)頻率標準大部分都是采標于ITU標準,并在ITU標準的基礎(chǔ)上結(jié)合我國的國情對頻率的規(guī)劃和共用、星地傳輸鏈路中大氣損耗和降雨衰減的計算方法等內(nèi)容作了規(guī)定。c)協(xié)議標準集中在廣電領(lǐng)域,主要對衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)和數(shù)字衛(wèi)星新聞采集系統(tǒng)的調(diào)制方式、信道編碼等內(nèi)容作了規(guī)定。d)地球站標準包括了地球站系統(tǒng)及其關(guān)鍵設(shè)備,可分為產(chǎn)品規(guī)范和測量方法標準。其中,產(chǎn)品規(guī)范主要對各類型地球站及其關(guān)鍵設(shè)備的業(yè)務(wù)能力、系統(tǒng)組成、性能指標等技術(shù)要求作了規(guī)定;測量方法標準則對地球站系統(tǒng)及其關(guān)鍵設(shè)備技術(shù)指標的測試方法作了規(guī)定。e)電磁兼容標準主要對干擾源、干擾允許值、具體的測試方法等作了規(guī)定。f)衛(wèi)星入網(wǎng)標準主要對C頻段和Ku頻段通信衛(wèi)星應(yīng)滿足技術(shù)要求(如接口匹配、頻率干擾、時鐘同步等)作了規(guī)定。
1.3國內(nèi)外標準的差異分析國外在制定衛(wèi)星通信應(yīng)用相關(guān)標準時并沒有建立標準體系進行系統(tǒng)規(guī)劃,而是按照不同的專業(yè)領(lǐng)域成立了多個工作組,由各工作組根據(jù)各自專業(yè)領(lǐng)域的實際需要,針對存在的具體問題制定標準。因此,它們的標準很貼近實際應(yīng)用,但標準的系統(tǒng)性以及標準之間的協(xié)調(diào)性略顯缺失。此外,國外標準與工程實踐聯(lián)系緊密,很多標準都有工程背景,并做到了與工程研制同步更新(有的標準中甚至為暫時不成熟的章節(jié)預(yù)留了空白頁,以便于實時更新),因此具有很高的權(quán)威性和時效性。歐美各國普遍都采用了這些標準開展衛(wèi)星通信應(yīng)用活動。相比于國外,我國的衛(wèi)星通信應(yīng)用相關(guān)標準較少,且現(xiàn)有標準由于制定時間較長,實效性較差。我國參與衛(wèi)星通信應(yīng)用相關(guān)標準制定的行業(yè)較多,標準類型多樣,包括國家標準(GB)、通信行業(yè)標準(YD)、航天行業(yè)標準(QJ)、電子行業(yè)標準(SJ)、電力行業(yè)標準(DL)、廣電行業(yè)標準(GY)以及民用航空行業(yè)標準(MH)等。這些標準大部分由用戶制定,這與行業(yè)特點以及我國的行政分工密切相關(guān)。通信衛(wèi)星屬于定制產(chǎn)品,不同用戶有不同的需求,因此各用戶根據(jù)自身需求制定了相關(guān)標準,包括星地傳輸協(xié)議、地球站技術(shù)要求、衛(wèi)星入網(wǎng)要求等。另外,我國的衛(wèi)星通信應(yīng)用相關(guān)標準有很大一部分都采標于ITU的“建議書”,如GY/T197-2003《數(shù)字衛(wèi)星新聞采集通用技術(shù)規(guī)范》等。對于ETSI標準,我國也在參考使用,如衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)的星地傳輸協(xié)議就是建立在DVB-S的基礎(chǔ)上,但是并沒有采標制定為我國的標準。
2衛(wèi)星通信應(yīng)用標準體系框架
通過上面對衛(wèi)星通信應(yīng)用產(chǎn)業(yè)鏈及國內(nèi)外相關(guān)標準的簡介與分析可以看出,國外的衛(wèi)星通信應(yīng)用發(fā)展已經(jīng)很成熟,擁有多個全球和區(qū)域衛(wèi)星通信系統(tǒng),在3個業(yè)務(wù)領(lǐng)域(BSS、FSS、MSS)都成功開展了商業(yè)應(yīng)用,而我國的衛(wèi)星通信應(yīng)用還只有C頻段和Ku頻段(即BSS和FSS規(guī)劃的部分頻段)。同時,國外在相關(guān)標準化工作方面也領(lǐng)先于我國,ITU和ETSI的標準制修訂工作與衛(wèi)星通信系統(tǒng)建設(shè)工作同步,現(xiàn)有標準已不僅基本覆蓋了衛(wèi)星通信應(yīng)用的各領(lǐng)域,也反映了目前的實際情況。相比而言,我國的現(xiàn)有標準在覆蓋面和時效性等方面都存在一定的差距。筆者在綜合國內(nèi)外現(xiàn)有標準規(guī)劃的基礎(chǔ)上,考慮與國際接軌,并結(jié)合我國衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展及我國的管理特點,提出了我國衛(wèi)星通信應(yīng)用標準體系的初步構(gòu)想,標準體系框架如圖2所示。該體系框架頂層分為五大類:基礎(chǔ)標準、星地接口標準、關(guān)鍵設(shè)備標準、地球站標準以及運營管理標準。a)基礎(chǔ)標準分為術(shù)語標準和電磁兼容性標準。術(shù)語標準包括了衛(wèi)星通信應(yīng)用涉及的各領(lǐng)域術(shù)語和定義,與國際接軌,以統(tǒng)一行業(yè)內(nèi)對相關(guān)概念和指標認識;電磁兼容標準包括了對地球站系統(tǒng)及其關(guān)鍵設(shè)備的電磁干擾要求和電磁敏感度要求,以指導(dǎo)地球站系統(tǒng)及其關(guān)鍵設(shè)備的電磁兼容性設(shè)計、測試及驗收。b)星地接口標準分為頻譜標準和協(xié)議標準。頻譜標準包括頻率的管理、申報、干擾協(xié)調(diào)等內(nèi)容,以規(guī)范和指導(dǎo)3個頻段(BSS、FSS、MSS)的使用;協(xié)議標準包括衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)、衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)、衛(wèi)星移動電話系統(tǒng)等多種衛(wèi)星通信系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)、物理層協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議等內(nèi)容,以指導(dǎo)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設(shè)計和地面應(yīng)用終端的研制。c)關(guān)鍵設(shè)備標準分為天線標準、天線跟蹤伺服設(shè)備標準、上變頻功率放大器標準、低噪聲下變頻放大器標準及調(diào)制解調(diào)器標準。這五部分標準覆蓋各類設(shè)備的主要產(chǎn)品規(guī)格,包括相關(guān)產(chǎn)品的技術(shù)要求、測試方法等內(nèi)容,以規(guī)范和指導(dǎo)關(guān)鍵設(shè)備的采購與驗收。d)地球站標準分為固定地球站標準、移動地球站標準及便捷式地球站標準。這三部分標準涵蓋各種類型、各種形式的地球站,包括設(shè)計指南、測試方法、試驗方法等內(nèi)容,以規(guī)范和指導(dǎo)地球站系統(tǒng)的設(shè)計、測試、試驗及驗收。e)運營管理標準分為衛(wèi)星入網(wǎng)標準和地球站入網(wǎng)標準。這兩部分標準分別包括衛(wèi)星和地球站入網(wǎng)應(yīng)該滿足的技術(shù)要求,以規(guī)范和指導(dǎo)衛(wèi)星與地球站的入網(wǎng)審核。
3展望與建議
無線局域網(wǎng)(WIFI)是目前應(yīng)用最為普及的一種短程無線傳輸技術(shù)。隨著地面移動互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的迅速發(fā)展,WIFI憑借自身的優(yōu)勢逐漸得到了廣泛的認知與認可,甚至演變成為一種熱潮,無論是企業(yè)商務(wù)還是家庭生活娛樂都體現(xiàn)出了對WIFI與日俱增的需求。也正因為如此,WIFI技術(shù)顯示出了極大的應(yīng)用價值和良好的市場前景。當(dāng)前,全球支持WIFI的終端設(shè)備越來越多,但是能訪問互聯(lián)網(wǎng)的人口不足60%。盡管智能手機和平板電腦等終端設(shè)備的價格不斷下降,但是獲取互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)仍有許多限制,必須在地面不斷增加新的WIFI熱點,以擴大WIFI網(wǎng)絡(luò)的覆蓋區(qū)域和接入能力。考慮到地面WIFI無線網(wǎng)絡(luò)覆蓋區(qū)域小、布局受限、安全性低以及成本高等問題,近年來有人提出將衛(wèi)星通信與WIFI技術(shù)結(jié)合應(yīng)用,充分發(fā)揮兩種技術(shù)的優(yōu)勢,利用通信衛(wèi)星實現(xiàn)WIFI信號的廣域覆蓋,使WIFI更廣域、更靈活地服務(wù)于更多用戶。根據(jù)WIFI技術(shù)在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的使用位置,可以將衛(wèi)星WIFI系統(tǒng)分為兩大類:第一類是WIFI衛(wèi)星,即利用空間段衛(wèi)星直接播發(fā)WIFI信號,終端或用戶可以直接接入衛(wèi)星,享受WIFI服務(wù);第二類是衛(wèi)星WIFI,即以衛(wèi)星為遠距離中繼傳輸?shù)氖侄位蛲ǖ溃ㄟ^在地面段衛(wèi)星終端接收數(shù)據(jù)、WIFI基站發(fā)射的方式,進行熱點覆蓋提供WIFI服務(wù)。對于第一類技術(shù)體制,美國在2014年初提出的“外聯(lián)網(wǎng)”(Outernet)計劃是典型的代表,該計劃使用WIFI頻段,擬在2015年發(fā)射數(shù)百顆立方體衛(wèi)星,這些衛(wèi)星面向地球持續(xù)輻射WIFI信號覆蓋世界各地,從而免費為全球所有支持WIFI的終端提供無線互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)。2015年1月14日,一網(wǎng)公司(OneWeb)宣布計劃投資15億~20億美元,在距離地球約1200km高的軌道上建設(shè)一個由648顆小衛(wèi)星組成的星座,向地球發(fā)送互聯(lián)網(wǎng)信號,預(yù)計2018年投入運行,該星座可提供更快速、范圍更廣的互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。美國太空探索技術(shù)公司(SpaceX)也宣布,將耗時5年時間投資至少100億美元建設(shè)一個由4000顆衛(wèi)星組成的全球衛(wèi)星星座,提供互聯(lián)網(wǎng)接入服務(wù)。這種技術(shù)概念初看非常具有吸引力,但是仔細分析后發(fā)現(xiàn)其存在諸多技術(shù)難點。首先,WIFI標準設(shè)計初衷是適用短距離、相對靜止?fàn)顟B(tài)下的室內(nèi)高速無線通信。如果在低軌衛(wèi)星和普通手機終端之間直接進行星地通信,受限于手機終端的接收靈敏度和立方體衛(wèi)星的體積功耗,遠遠無法滿足WIFI標準所支持的最低通信速率要求。另外,星地距離帶來的長時延,低軌衛(wèi)星高速運動帶來的多普勒頻偏和頻繁切換,都是現(xiàn)有WIFI技術(shù)所無法支持的。因此,在不改變現(xiàn)有WIFI協(xié)議的條件下,該類體制技術(shù)不具備可行性。衛(wèi)星與WIFI結(jié)合目前只能采用第二類技術(shù)體制,即衛(wèi)星WIFI寬帶通信系統(tǒng)。通過一套衛(wèi)星通信終端和WIFI基站,形成服務(wù)區(qū)內(nèi)的WIFI信號覆蓋,支持覆蓋區(qū)域內(nèi)所有的手機、筆記本、臺式機等具有標準WIFI接口終端的寬帶接入,可實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)電話、寬帶上網(wǎng)、視頻、數(shù)據(jù)傳輸?shù)染C合業(yè)務(wù)服務(wù)。
2國內(nèi)外應(yīng)用現(xiàn)狀
在國外,衛(wèi)星WIFI應(yīng)用主要體現(xiàn)在高鐵和民航飛機領(lǐng)域。歐洲于2007年率先在“歐洲之星”高速鐵路上采用了衛(wèi)星寬帶接入互聯(lián)網(wǎng);日本的新干線于2009年通過衛(wèi)星實現(xiàn)互聯(lián)網(wǎng)無線接入;美國高速鐵路起步較晚,但從2008年起美國列車的互聯(lián)網(wǎng)接入均采用了衛(wèi)星技術(shù)。衛(wèi)星WIFI應(yīng)用于民用航空領(lǐng)域主要有Gogo公司和衛(wèi)訊公司(VIASAT)。Gogo公司是目前全球航空寬帶連接市場最大的服務(wù)提供商,目前,該公司已經(jīng)為全球超過2000架商用飛機和超過6000架公務(wù)飛機提供空中上網(wǎng)服務(wù)。Gogo公司合作伙伴包括12家大型航空公司,例如墨西哥航空、美國航空、加拿大航空、阿拉斯加航空、日本航空、聯(lián)合航空、越南航空、維珍銀河等航空公司。Gogo公司可提供2種服務(wù)模式:一站式解決方案和特定航線服務(wù)。其所采用的技術(shù)手段包括衛(wèi)星、地面基站以及混合式方案。衛(wèi)訊公司主要利用自己的Ka頻段大容量寬帶通信衛(wèi)星給航空、海事等用戶提供寬帶連接服務(wù),旗艦服務(wù)名為Yonder。衛(wèi)訊公司的產(chǎn)品與服務(wù)支持全球各類飛機。在商用飛機方面,包括加拿大飛機與列車制造商龐巴迪公司生產(chǎn)的Global5000/XRS/6000等、波音公司的商用噴氣式飛機;在政府飛機方面,包括C-130、KingAir300以及部分軍用直升機。VMT-1500是其為商用噴氣式飛機提供的典型終端,整套終端質(zhì)量15.9kg,反射器天線口徑30cm,已安裝在500多架飛機上。對于國內(nèi)市場,衛(wèi)星WIFI應(yīng)用僅僅在民航客機上做過鏈路試驗。2014年7月23日,東航通過通信衛(wèi)星實現(xiàn)了32Mbit/s的網(wǎng)絡(luò)接入速率試驗,能夠滿足機上200名乘客上網(wǎng)需求,實現(xiàn)網(wǎng)頁瀏覽、話音聊天和空中購物,或滿足40~50名乘客實現(xiàn)視頻連線、在線視頻播放。中國首個空中互聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟在2014年第十屆珠海航展上成立,包括中國銀聯(lián)、新浪、京東、優(yōu)酷土豆等企業(yè),這意味著即使你在空中飛行,也可以隨時購物、下單和支付。船舶寬帶接入目前正在應(yīng)用推廣,而高鐵寬帶接入應(yīng)用市場為空白。隨著國家寬帶戰(zhàn)略的實施,我國衛(wèi)星WIFI應(yīng)用將迎來巨大的發(fā)展機遇。
3國內(nèi)市場需求分析
高鐵應(yīng)用領(lǐng)域2013年,全國鐵路累計發(fā)送旅客20.75億人次,其中動車組運送旅客8億人次,動車組的年旅客輸送量以40%的速度增長,未來將超過鐵路旅客發(fā)送量的50%。據(jù)調(diào)查,高鐵人群以高話語權(quán)、高素質(zhì)、高收入的“三高”人群為主,在高鐵人群里,企事業(yè)單位和公司中高層管理人員所占比重高達33.5%,他們大都擁有良好的職業(yè),在企業(yè)中有較高的話語權(quán)。高鐵乘客出行目的調(diào)查結(jié)果顯示,60%以上的乘客以公務(wù)/商務(wù)出差為目的,再加上乘客大多數(shù)是政府及企事業(yè)單位的中高層管理者,導(dǎo)致乘客經(jīng)常需要在移動中處理公務(wù),引發(fā)出上網(wǎng)等寬帶通信需求。到2017年,中國的智能手機保有量將增長到7.01億部,平板電腦的數(shù)量將突破4.2億臺,將極大地促進無線WIFI的應(yīng)用需求。以中青年社會精英階層為主體的高鐵乘客,也是引領(lǐng)時尚的消費者,“處處尋WIFI”、“無處不WIFI”,對高鐵移動WIFI有極強的需求。據(jù)調(diào)查,目前高鐵列車上有近50%的旅客在旅程中使用智能手機和平板電腦進行各種活動以消磨時間,近75%的旅客有WIFI上網(wǎng)的消費需求。高鐵商旅人群平均每月手機話費約300元,其中每月手機話費400元以上者占25%,這部分人群是通信服務(wù)的VIP客戶,其通信消費能力強,消費積極,因此在高鐵上提供高品質(zhì)的網(wǎng)絡(luò)接入和多媒體娛樂服務(wù)將會有很好的市場效果。據(jù)2014年度“中國衛(wèi)星應(yīng)用大會”相關(guān)報告預(yù)測,2015年底,全國鐵路動車組列車開行數(shù)量將達到1500對。到2017年,全國高速鐵路網(wǎng)列車數(shù)量將達到1940列,預(yù)計寬帶需求58Gbit/s。如果采用傳統(tǒng)地面移動網(wǎng)絡(luò)解決,則面臨列車高速移動帶來的多普勒頻移等技術(shù)問題以及鐵路沿線高密度布基站等工程實施代價問題,衛(wèi)星WIFI寬帶通信系統(tǒng)將成為解決這些問題的有效途徑。根據(jù)國內(nèi)目前高速鐵路的消費能力來看,以低收費的方式導(dǎo)入市場,衛(wèi)星寬帶WIFI服務(wù)仍是極具客戶吸引力的。以我國高鐵的運量來看,其流量收入及相關(guān)潛在的市場價值不可估量?!耙粠б宦贰焙Q髴?yīng)用2013年9月,提出“一帶一路”戰(zhàn)略構(gòu)想,旨在建立發(fā)源于我國,貫通中亞、東南亞、南亞、西亞乃至歐洲部分區(qū)域,東牽亞太經(jīng)濟圈,西系歐洲經(jīng)濟圈。為響應(yīng)該戰(zhàn)略,2014年我國投入運營的中星-11衛(wèi)星的海洋波束正式為“海上絲綢之路經(jīng)濟帶”服務(wù),旨在為我國船舶及海上設(shè)施提供衛(wèi)星通信服務(wù),建立海上信息高速公路,為涉海行業(yè)提供信息化服務(wù),我國大部分遠洋船舶均可享受到通信衛(wèi)星系統(tǒng)帶來的福利。另外,我國即將開始研制的新一代大容量通信衛(wèi)星—東方紅-5首發(fā)星的應(yīng)用也將在我國“一帶一路”戰(zhàn)略中有所作為,這些都為寬帶WIFI衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)用并服務(wù)于“一帶一路”海上信息保障提供了條件。該領(lǐng)域市場主要是大中型漁政、海監(jiān)、漁船和遠洋運輸船舶。目前,這類船舶所使用的通信設(shè)備主要有短波、超短波、“北斗”、海事以及甚小口徑終端(VSAT)等,開展的業(yè)務(wù)主要包括話音通信、“北斗”定位和短信,以及窄帶數(shù)據(jù)傳輸?shù)葌鹘y(tǒng)業(yè)務(wù)。隨著國家“海上絲綢之路”戰(zhàn)略逐步推進,互聯(lián)互通需求迫切,海上電子商務(wù)、移動互聯(lián)網(wǎng)、船舶物聯(lián)網(wǎng)信息回傳等應(yīng)用將越來越普及,必將促使各類航運船舶安裝衛(wèi)星WIFI系統(tǒng)。應(yīng)用海上衛(wèi)星寬帶WIFI系統(tǒng),可以方便在船上開展遠程監(jiān)控、視頻會議、遠程維修、遠程醫(yī)療等工作,同時還可以使用IP電話、接入互聯(lián)網(wǎng),船員可免費與家人、朋友通電話并在網(wǎng)上沖浪;安裝在船舶上的主機監(jiān)控系統(tǒng),可以實時獲取船舶數(shù)據(jù),通過衛(wèi)星傳輸,坐在陸地辦公室的人員可直接獲取主機數(shù)據(jù)、油耗數(shù)據(jù)、設(shè)備健康信息等,經(jīng)數(shù)據(jù)分析得出可靠的船舶運營決策,提高運營效率和效益;海上隨時可能出現(xiàn)各類事故,系統(tǒng)可將船上的實時畫面?zhèn)鬏斨陵懙?,第一時間形成海路一體聯(lián)動機制,妥善處理各類突發(fā)事件;長時間從事遠??菰锓ξ兜墓ぷ?,使員工工作激情下降,通過衛(wèi)星WIFI接入互聯(lián)網(wǎng)可使所有船員享受網(wǎng)上沖浪,提高工作效率。民航應(yīng)用領(lǐng)域我國幅員遼闊,不同地區(qū)的經(jīng)濟社會發(fā)展程度不同,使用民航需求的地區(qū)也存在明顯差異,航空運輸是滿足人們快速旅行和高速物流的需求。現(xiàn)有高頻和甚高頻通信系統(tǒng)在民用航空導(dǎo)航、交通空管、飛行運控等航空飛行運管信息傳輸方面遠遠不能滿足需求。另外,隨著移動互聯(lián)網(wǎng)和個人智能通信的廣泛普及使用,客艙寬帶通信也是潛在的應(yīng)用領(lǐng)域。而衛(wèi)星通信與WIFI等其他技術(shù)和系統(tǒng)結(jié)合,可以為航空公司提供非常豐富的航空信息服務(wù)。2015年,我國民航客運量4.5億人次,預(yù)計2020年達到7億人次。據(jù)民航局統(tǒng)計結(jié)果表明,民航客運乘客包括商務(wù)、旅游和探親等類型,其中,中高端商務(wù)人士占到50%以上,這些乘客對于旅途中互聯(lián)網(wǎng)接入業(yè)務(wù)具有強烈需求。衛(wèi)星WIFI寬帶通信的速率可達數(shù)十兆比特每秒,能為航空運管提供話音和寬帶數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù),也可為客艙旅客提供互聯(lián)網(wǎng)和實時電視等服務(wù)。2012年7月,國務(wù)院了《國務(wù)院關(guān)于促進民航業(yè)發(fā)展的若干意見》;2013年5月,工業(yè)和信息化部了《國家民用航空工業(yè)中長期發(fā)展規(guī)劃(2013-2020)》,民航局了《航空公司運行控制衛(wèi)星通信實施方案》,這些政策規(guī)劃的實施都將加快推動衛(wèi)星通信在航空領(lǐng)域的應(yīng)用。對于通用航空市場,據(jù)民航局預(yù)測,預(yù)計未來5~10年,我國需要各類通用航空飛機10000~12000架,通用航空飛機數(shù)量的年均增長率將達到30%,通用航空將帶動萬億市場規(guī)模。隨著我國經(jīng)濟飛速發(fā)展,公務(wù)飛行、商用飛行、空中游覽、私人飛機等正受到越來越多人的青睞。衛(wèi)星WIFI寬帶系統(tǒng)在通用航空領(lǐng)域也將迎來發(fā)展機遇。
4結(jié)論
進入21世紀的頭幾年,全球衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)由于受全球經(jīng)濟回升乏力,美歐日等發(fā)達國家電信業(yè)滑坡,互聯(lián)網(wǎng)泡沫經(jīng)濟破滅和"銥星"公司破產(chǎn)等不利環(huán)境的影響,增長速度開始由高速轉(zhuǎn)為低速,但衛(wèi)星應(yīng)用在整個信息產(chǎn)業(yè)中,仍然是少數(shù)幾個能夠盈利的產(chǎn)業(yè)之一。
從最近幾年衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展態(tài)勢可以看出:
(1)從1996至今,全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的總收入每年平均增長13%。其中衛(wèi)星服務(wù)業(yè)增速最快,它在全球衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)總收入中所占比例已從1996年的42%上升到2002年的61%。衛(wèi)星制造業(yè)與衛(wèi)星服務(wù)業(yè)二者收入比例大約為1∶6。
(2)美國衛(wèi)星制造業(yè)曾經(jīng)是開拓面向大眾消費者衛(wèi)星服務(wù)業(yè)(衛(wèi)視直播和衛(wèi)星移動電話)的先驅(qū),但近年來已逐步淡出大眾消費者的衛(wèi)星服務(wù)業(yè),面向政府、軍方和工商企業(yè)的市場成為其主攻方向。
美國休斯、勞拉和洛克希德?馬丁三大衛(wèi)星制造公司以及歐洲的阿爾卡特公司在上世紀90年代都曾經(jīng)是衛(wèi)星服務(wù)業(yè)(衛(wèi)視直播、衛(wèi)星寬帶和衛(wèi)星移動電話)的先驅(qū),其中休斯公司在衛(wèi)視直播中取得成功,其它涉足衛(wèi)星移動電話和天基互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)業(yè)的公司都以失敗告終。迄今這些衛(wèi)星制造巨頭都已轉(zhuǎn)變戰(zhàn)略:逐步淡出或退出為大眾消費者服務(wù)的衛(wèi)星服務(wù)業(yè),專心致力于自己的主業(yè);多數(shù)公司以參股方式介入衛(wèi)星服務(wù)業(yè),作為副業(yè)繼續(xù)經(jīng)營轉(zhuǎn)發(fā)器租賃為主的衛(wèi)星通信運營服務(wù)業(yè)。
衛(wèi)星制造業(yè)退出服務(wù)業(yè)的主要原因:一是制造業(yè)與服務(wù)業(yè)隔行如隔山,從事工程技術(shù)與制造的公司,無論是經(jīng)營理念、企業(yè)文化和組織人才結(jié)構(gòu)都不太適合衛(wèi)星服務(wù)業(yè);二是為政府和企業(yè)服務(wù)與為大眾消費者服務(wù),完全是不同的市場競爭,衛(wèi)星制造業(yè)不熟悉也不善于與其傳統(tǒng)的地面競爭對手競爭;三是衛(wèi)星服務(wù)業(yè)仍然是高投入、高風(fēng)險,回報周期較長的風(fēng)險事業(yè),稍有不慎,良好的商機就可能轉(zhuǎn)換為巨大風(fēng)險。
(3)作為以市場為導(dǎo)向的衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)-衛(wèi)星服務(wù)業(yè)和地面設(shè)備制造業(yè),雖然過去幾年在整個衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)收入中所占比例逐年上升,但2002年這兩個行業(yè)收入所占比例都首次出現(xiàn)增速降低(占82%)的現(xiàn)象。其主要原因是全球經(jīng)濟不景氣和地面競爭對手的激烈競爭。2002年衛(wèi)星服務(wù)業(yè)收入僅比上一年增長7%,轉(zhuǎn)發(fā)器容量嚴重過剩,利用率只有60%左右;而地面設(shè)備制造業(yè)收入僅比上一年增長8%,均低于它們的年均增長速度。但它在整個衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)乃至全球電信產(chǎn)業(yè)中仍然是少數(shù)幾個保持盈利的行業(yè),多數(shù)公司處于健康運作狀態(tài),前景比較樂觀。
(4)衛(wèi)星運營服務(wù)業(yè)之間的兼購與重組接連發(fā)生,產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)不斷優(yōu)化。最具代表性的案例是:澳大利亞新聞公司兼購休斯電子公司,歐洲SES收購美國Americom公司。
衛(wèi)星服務(wù)業(yè)的發(fā)展帶動了衛(wèi)星地面設(shè)備制造業(yè)的快速發(fā)展。2003年全球衛(wèi)星服務(wù)業(yè)營業(yè)收入為559億美元,地面設(shè)備制造業(yè)收入達到221億美元,衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)年收入占整個衛(wèi)星產(chǎn)業(yè)的85%。
(5)衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)繼續(xù)強勁發(fā)展,年均增長26%,年收入達100億美元。導(dǎo)航與通信的匯聚和融合促成應(yīng)用領(lǐng)域向經(jīng)濟和社會乃至個人消費品不斷延伸和滲透,新產(chǎn)品和新服務(wù)不斷涌現(xiàn)。
(6)商業(yè)衛(wèi)星遙感、導(dǎo)航和通信出現(xiàn)軍民商結(jié)合,平戰(zhàn)結(jié)合,寓軍于民,寓軍于商趨勢,民商衛(wèi)星系統(tǒng)的安全與防護受到重視。
衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)
衛(wèi)星通信在美歐日等發(fā)達國家實現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化和商業(yè)化,并在全球形成新興產(chǎn)業(yè),成為衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的主導(dǎo)。從全球衛(wèi)星應(yīng)用產(chǎn)業(yè)年營業(yè)收入統(tǒng)計分析可以看出,衛(wèi)星通信業(yè)的收入約占90%,衛(wèi)星導(dǎo)航和衛(wèi)星遙感約占10%。
目前全球運營商用衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的公司約有40多家,在軌工作的靜止軌道C、Ku、Ka和L頻段通信衛(wèi)星有200多顆,其中從57°E~183°E的亞太地區(qū)上空共有97顆。在中低軌道運行的L頻段全球移動通信衛(wèi)星約有150顆(包括銥星和全球星)。
上述350多顆衛(wèi)星主要擔(dān)負語音、視頻和數(shù)據(jù)通信廣播三大業(yè)務(wù)。這三大業(yè)務(wù)又可以分為衛(wèi)星固定通信、衛(wèi)星電視直播/衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播、衛(wèi)星移動通信和衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)/寬帶數(shù)據(jù)接入四大市場。
表1列出了2003年全球經(jīng)營靜止軌道商用通信轉(zhuǎn)發(fā)器租賃業(yè)務(wù)排名前24位公司的營業(yè)收入(約78億美元)和在軌衛(wèi)星數(shù)量(191顆)。表1所列收入不包括美國直接面向大眾消費市場的衛(wèi)視直播、數(shù)字音頻廣播和衛(wèi)星移動電話業(yè)務(wù)。
表2分別列出了美洲、歐洲、亞太、中東和非洲地區(qū)未來衛(wèi)星通信需求的熱點業(yè)務(wù)。
在美國由于當(dāng)前反恐和維護國土安全的需求迫切,應(yīng)急衛(wèi)星移動通信被列為首位,衛(wèi)視直播正在向高清晰電視直播發(fā)展。隨著等離子屏幕電視機售價最近在美國已降低到高端背投式彩電的水平,Cablevision公司2003年發(fā)射了專用于高清晰電視直播衛(wèi)星,DirecTV公司最近宣布訂購3顆Ka頻段衛(wèi)星并改變3顆Ka頻段寬帶衛(wèi)星的用途用于高清電視直播業(yè)務(wù),預(yù)示著美國各大公司開始搶占高清衛(wèi)視直播市場;衛(wèi)星寬帶業(yè)務(wù)市場經(jīng)過前兩年的觀望和停滯之后,在美國政府和軍方強大需求推動下已開始啟動,但前景仍然不太樂觀;衛(wèi)星數(shù)字音頻廣播業(yè)務(wù)異軍突起,成為美國新的熱點市場。
據(jù)美國電信產(chǎn)業(yè)協(xié)會(TIA)2004年2月26日的一項市場調(diào)查和預(yù)測報告顯示:到2003年底,美國共有寬帶用戶2850萬戶。預(yù)計到2007年有線(cable)、DSL、衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)/寬帶和陸基無線寬帶用戶將達到4700萬戶,其中衛(wèi)星寬帶用戶200萬戶。
歐盟和歐洲各國政府也非常重視發(fā)展衛(wèi)星寬帶和數(shù)字影院或電子影院業(yè)務(wù)。日本正在開拓適合本國國情、具有創(chuàng)新應(yīng)用的移動多媒體廣播衛(wèi)星(MBSAT)和準天頂衛(wèi)星系統(tǒng)。泰國即將發(fā)射的iPSTAR衛(wèi)星是天基寬帶多媒體業(yè)務(wù)的創(chuàng)新應(yīng)用。亞太地區(qū)是未來衛(wèi)星電視、衛(wèi)星寬帶、衛(wèi)星遠程教育、遠程醫(yī)療和農(nóng)村電話的熱點市場。其中中國和印度是美歐公司渴望已久的巨大市場。
綜上所述,衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)經(jīng)過上世紀90年代的迅猛發(fā)展到最近幾年的低迷之后,從2003年起已在全球出現(xiàn)復(fù)蘇,進入新一輪理性而又穩(wěn)定的發(fā)展階段。
未來10~15年內(nèi),全球衛(wèi)星通信產(chǎn)業(yè)的發(fā)展將出現(xiàn)以下幾種趨勢:
(1)衛(wèi)星通信與陸基電信均為不可或缺的基礎(chǔ)設(shè)施。二者日趨融合,相互補充,在競爭與合作中發(fā)揮各自優(yōu)勢。衛(wèi)星通信將在補充與延伸中尋求更大的發(fā)展空間。
(2)衛(wèi)視直播業(yè)務(wù)仍然是衛(wèi)星服務(wù)業(yè)發(fā)展的主要驅(qū)動力,全球共有衛(wèi)視直播用戶約6000萬戶,衛(wèi)視頻道12000個,其中高清衛(wèi)視頻道約100個。發(fā)達國家正在向高清晰衛(wèi)星電視直播方向開拓新市場,數(shù)字衛(wèi)星音頻廣播業(yè)務(wù)在美國得到快速發(fā)展,成為新的亮點。
(3)衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)正走出困境,市場定位轉(zhuǎn)向政府或軍方市場,以及地面蜂窩網(wǎng)覆蓋不到的農(nóng)村市場。目前最有發(fā)展前途的衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)是:應(yīng)急移動通信、農(nóng)村電話、遠程民航高速互聯(lián)網(wǎng)/寬帶接入業(yè)務(wù)。
(4)衛(wèi)星寬帶多媒體業(yè)務(wù)、數(shù)字影院/電子影院業(yè)務(wù)將成為未來10年發(fā)展的新商機,但這些業(yè)務(wù)仍將是陸基電信網(wǎng)的補充和延伸。
(5)VSAT及其增值業(yè)務(wù)在工商企業(yè)、教育、衛(wèi)生和金融行業(yè)不斷滲透,成本不斷下降,經(jīng)濟社會效益日益顯現(xiàn),在發(fā)達國家和發(fā)展中國家仍有較大的發(fā)展空間。
(6)未來需求熱點仍是面向政府、工商企業(yè)和農(nóng)村市場。
根據(jù)Futron公司對未來10年衛(wèi)星固定通信市場的宏觀需求預(yù)測,全球衛(wèi)星和運載火箭制造商的生產(chǎn)能力及其發(fā)射服務(wù)能力嚴重過剩,每年商用通信衛(wèi)星的平均需求量按低、中、高三種預(yù)測值分別為8顆、12顆和15顆。但如果按前述1∶9的比例計算,實際上相當(dāng)于上世紀90年代初的72顆、108顆和135顆衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器容量。
由此可以看出,無論是現(xiàn)在還是未來,制約衛(wèi)星通信市場發(fā)展的瓶頸已不是天上衛(wèi)星資源不足,而是如何在補充和延伸的狹縫小市場中尋找衛(wèi)星固定通信的商機。
根據(jù)表2中所列的熱點需求可以看出,全球不同地區(qū)雖有不同的優(yōu)先排序,但商用工商企業(yè)話音和數(shù)據(jù)通信、衛(wèi)星電視分配、衛(wèi)星寬帶、遠程教育培訓(xùn)、遠程醫(yī)療和農(nóng)村電話等業(yè)務(wù)卻是共同熱點,充分體現(xiàn)了衛(wèi)星固定通信在補充與延伸陸基電信中的優(yōu)勢。這些業(yè)務(wù)市場雖然不大,而且主要面向政府公共事業(yè)和工商企業(yè),但對中小風(fēng)險企業(yè)和航天公司卻提供了有利商機。
研究分析國外企業(yè)開拓衛(wèi)星通信市場的成功經(jīng)驗,以下幾點值得借鑒:
(1)天地網(wǎng)融合與集成,發(fā)揮整體優(yōu)勢。
(2)為特定用戶量身定制,提供端到端服務(wù)的一攬子解決方案。
(3)加強市場分析,搞好市場定位,重點開拓如下熱點市場:
面向工商企業(yè),開拓VSAT語音/數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)和互聯(lián)網(wǎng)/寬帶接入投送業(yè)務(wù)。
面向政府及公共事業(yè)市場,提供應(yīng)急/救災(zāi)通信和互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入業(yè)務(wù)。
面向農(nóng)村邊遠地區(qū),提供農(nóng)村電話、遠程教育和遠程醫(yī)療服務(wù)。
面向軍方市場,提供非加密的寬帶多媒體和高清晰度電視傳輸業(yè)務(wù),以及大批量軍用地面通信終端的研制與生產(chǎn)。
衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)
目前國外已經(jīng)建成的軍民兩用全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)只有美國的GPS和俄羅斯的Glonass。歐洲伽利略導(dǎo)航衛(wèi)星系統(tǒng)是一個以民用為主、兼顧軍用,能與GPS兼容的民營全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng),預(yù)計2010年投入運營。
衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)正在發(fā)展成為如同電信、電力、交通、天然氣管線一樣重要的國家基礎(chǔ)設(shè)施。GPS是當(dāng)前技術(shù)最成熟、應(yīng)用最廣泛的衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)。GPS應(yīng)用的普及和歐洲伽利略系統(tǒng)的出現(xiàn),使全球衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展經(jīng)歷了如下四大變化。
從以軍為主轉(zhuǎn)為軍民兩用乃至民用為主,目前軍用和民用GPS接收機及其組合產(chǎn)品的銷量比例為1∶20,而且這一比例正在擴大。
從少數(shù)部門轉(zhuǎn)向海陸空的幾乎所有經(jīng)濟部門,正在向個人日常生活娛樂消費發(fā)展。
從少數(shù)發(fā)達國家形成的產(chǎn)業(yè)演變成國際性高技術(shù)產(chǎn)業(yè)。
從比較單一的導(dǎo)航定位應(yīng)用轉(zhuǎn)向?qū)Ш脚c通信和遙感相互融合與集成,滲透力極強的交叉綜合產(chǎn)業(yè)。
以GPS為主導(dǎo)的衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)已成為繼互聯(lián)網(wǎng)和蜂窩通信之后世界上發(fā)展最快、滲透力最強的信息產(chǎn)業(yè)之一,成為國際上最有發(fā)展?jié)摿Φ臒o線產(chǎn)業(yè)之一。
衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)之所以能得到快速發(fā)展,其強大的生命力在于它能與其它電子產(chǎn)品和通信系統(tǒng)相互融合與集成,演化出層出不窮的新產(chǎn)品和新服務(wù),從而極大地提高傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)力。
近年來GPS接收機技術(shù)的發(fā)展方向是低功耗、小型化和芯片組的日用化,以及系統(tǒng)功能的透明化(嵌入式)和集成化,為集成服務(wù)商提供價格低廉、界面友好的組合產(chǎn)品創(chuàng)造了良好條件。
(1)發(fā)展現(xiàn)狀
由于受全球經(jīng)濟不景氣和信息產(chǎn)業(yè)滑坡的影響,近年來衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展勢頭受到抑制,但仍以26%的年均增長率高速發(fā)展,預(yù)計未來幾年這種高速度將會繼續(xù)保持下去。表3列出了2000~2006年全球衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)按細分市場的生產(chǎn)銷售值預(yù)測。
近幾年,全球衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)出現(xiàn)了如下幾種發(fā)展態(tài)勢:
應(yīng)用領(lǐng)域快速延伸市場向深度和廣度發(fā)展
在市場發(fā)展方面,最重要的進展是導(dǎo)航產(chǎn)品能力的整體強化;銷售渠道的拓展,使市場效益明顯提高;戰(zhàn)略伙伴關(guān)系代替了虛擬集成;新用戶、新應(yīng)用創(chuàng)造了新的前所未有的市場空間。
據(jù)權(quán)威人士估算,2001年衛(wèi)星導(dǎo)航接收機的芯片組在全球銷量約為800~900萬套,2002年為1200~1500萬套,2003年可能達到3000~5000萬套。在今后的3~4年內(nèi)年銷量有可能越過一億套的大關(guān)。其主要需求推動力是導(dǎo)航與移動電話相融合的市場(如E911和E112應(yīng)用)在迅速擴展。另一驅(qū)動力來自于接收機芯片組的持續(xù)降價。2000年GPS接收機芯片組價格已降到40美元/套,批量供貨為25美元/套,Motolora生產(chǎn)的GPS單芯片接收機模塊價格為15美元/套,Qualcomm公司生產(chǎn)的與CDMA手機配套的GPS功能模塊只需5~10美元/套,而且它們的體積和功耗都較小,適合于嵌入手機。
車輛導(dǎo)航與監(jiān)控的融合推動了車輛信息系統(tǒng)的篷勃發(fā)展
美國的OnStar系統(tǒng)是把車輛導(dǎo)航與監(jiān)控這兩種衛(wèi)星定位功能融合在一起形成所謂汽車信息系統(tǒng)(Telematics)的典型應(yīng)用。2001年其安裝數(shù)量達百萬臺之多。它將汽車內(nèi)相關(guān)電子設(shè)備與傳感器連成一體,除具有導(dǎo)航、定位和安全功能外,更重要的是實現(xiàn)了汽車與外部世界的通信,將無線數(shù)據(jù)與語音服務(wù)和衛(wèi)星導(dǎo)航技術(shù)結(jié)合起來,提供專門的位置服務(wù)(車輛導(dǎo)航、跟蹤和急救服務(wù))。由于有服務(wù)中心的配合,可以大大減輕車載終端的壓力(如電子地圖容量與內(nèi)容更新),同時可以提供更為周到全面與專門化的和公益性的信息服務(wù)。車輛信息系統(tǒng)代表了車輛應(yīng)用系統(tǒng)的重要發(fā)展方向,勢必在未來數(shù)年內(nèi)出現(xiàn)蓬勃發(fā)展。
導(dǎo)航與通信技術(shù)的融合孕育出巨大的商機
導(dǎo)航與通信相互融合的最典型代表是在蜂窩手機中融入導(dǎo)航定位功能。美國FCC為滿足E911的需求,1996年條例明文規(guī)定,要求移動電話報警必須同時傳送位置信息,不然不予受理。同時強制規(guī)定從2001年10月開始逐年增加生產(chǎn)帶定位功能的手機比例,到2005年底其比例要達到100%。這項條例實行初期,手機定位主要依托蜂窩網(wǎng)絡(luò)本身,至1998年又頒布第二道法令,指出可以兼用GPS衛(wèi)星定位技術(shù),使定位精度從125m提高到50m。隨之出現(xiàn)了A-GPS(Asisted GPS)技術(shù),即用通信網(wǎng)絡(luò)輔助GPS實現(xiàn)惡劣環(huán)境(包括室內(nèi))條件下的快速定位,該定位技術(shù)可用于不同環(huán)境(室內(nèi)外、城市與鄉(xiāng)間)、不同通信網(wǎng)絡(luò)與級別(TDMA、CDMA,與2G、2.5G、3G),且初始投入(網(wǎng)絡(luò)改造)費用與工作量小,主要工作在手機上,每臺手機增加GPS功能的成本為5~15美元。2001年底Qualcomm率先推出了基于CDMA通信網(wǎng)絡(luò)的GPSQne,數(shù)月間在日美韓售量超過百萬臺。
(2)趨勢分析
隨著全球數(shù)字化的發(fā)展,產(chǎn)生了“數(shù)字地球”、“網(wǎng)絡(luò)GPS”等新概念。GPS作為一種能夠定位和授時的傳感器,被廣泛地應(yīng)用到一切需要位置、速度和時間信息的領(lǐng)域,而正是這種需求,將會使衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)業(yè)的發(fā)展越來越快,產(chǎn)業(yè)規(guī)模越來越大。
據(jù)預(yù)測,2008年以前美國GPS的產(chǎn)品仍將壟斷全球市場。如果歐洲伽利略衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)能在2008年投入運營,GPS的壟斷地位將被打破。據(jù)最近美歐雙方歷經(jīng)2年多艱苦談判達成的協(xié)議,美國第三代GPS將與歐洲伽利略系統(tǒng)采用相同的民用信號結(jié)構(gòu)。這意味著美歐民用導(dǎo)航接收機將采用相同標準,并實現(xiàn)全面兼容。屆時,全球用戶將能同時從兩大衛(wèi)星系統(tǒng)捕獲更多衛(wèi)星信息,民用導(dǎo)航精度優(yōu)于10m。這對全球衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展無疑是利好消息。中國加盟伽利略計劃,更會促進未來我國衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。
未來10~15年全球衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢是:
① 市場規(guī)模迅猛擴展
衛(wèi)星導(dǎo)航產(chǎn)業(yè)主要包括導(dǎo)航接收機產(chǎn)品和導(dǎo)航信息服務(wù)兩大領(lǐng)域,隨著衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用向交通、通信和國民經(jīng)濟其它領(lǐng)域的不斷滲透、延伸和擴展,各種高端和低端產(chǎn)品的需求將會迅猛增加。各種車載終端產(chǎn)品將逐漸成為公交、出租、警務(wù)、長途客貨車、個人轎車和火車的必備設(shè)備或標準配置,處于市場主體地位,而其它測繪型、船載和機載型產(chǎn)品以及授時類產(chǎn)品將逐步退居非常次要位置,但各自的市場規(guī)模都會越來越大。以手機為主的個人消費產(chǎn)品一旦嵌入導(dǎo)航組件,成為通信與導(dǎo)航定位和應(yīng)急救援相結(jié)合的產(chǎn)品,導(dǎo)航接收機產(chǎn)品的主體市場將會從由車載終端產(chǎn)品轉(zhuǎn)向個人消費品市場(包括個人休閑、娛樂用品)。
導(dǎo)航與通信的相互集成與融合,帶來的更大商機是信息服務(wù)業(yè)的蓬勃發(fā)展。導(dǎo)航定位授時信息和地理信息,將成為與氣象和交通信息以及各種新聞、娛樂、體育信息同樣重要的日常生活必需品?;ヂ?lián)網(wǎng)、移動通信網(wǎng)和導(dǎo)航綜合信息服務(wù)中心將聯(lián)成一體,提供各種增值服務(wù)。
② 導(dǎo)航產(chǎn)品和服務(wù)市場逐漸細分,搞好市場定位至關(guān)重要
衛(wèi)星導(dǎo)航應(yīng)用產(chǎn)品與技術(shù)服務(wù)的專業(yè)方向已逐漸細分,各自根據(jù)自身特點確定服務(wù)方向,初步出現(xiàn)了市場定位上的差異;產(chǎn)品方面,車載、船載、機載和個人消費產(chǎn)品各有不同供應(yīng)商。服務(wù)方面GIS數(shù)據(jù)供應(yīng)商和地圖供應(yīng)商提供位置相關(guān)數(shù)據(jù)和數(shù)字地圖服務(wù);服務(wù)運營商以各種應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)為基礎(chǔ)提供基于位置的相關(guān)信息的綜合服務(wù);產(chǎn)品供應(yīng)商和服務(wù)系統(tǒng)集成商提品、技術(shù)和系統(tǒng)集成服務(wù)。作為一個新興產(chǎn)業(yè),價值鏈出現(xiàn)層次分明的分化與完善,標志著這個產(chǎn)業(yè)正走向成熟。
在眾多的應(yīng)用中,其中應(yīng)用發(fā)展?jié)摿ψ畲蟮挠袃蓚€方向:一是以車載導(dǎo)航為核心的移動目標監(jiān)控、導(dǎo)航管理與服務(wù)市場,二是以個性化移動信息終端為核心的移動導(dǎo)航產(chǎn)品市場。
③ 移動目標監(jiān)控、管理與服務(wù)的發(fā)展
在歐美日,移動目標監(jiān)控管理系統(tǒng)已經(jīng)開始進入物流領(lǐng)域。由于政府、企業(yè)的信息化管理水平不斷提高,以及個性化信息服務(wù)需求的增長,一些大型企業(yè)已經(jīng)從單一功能的移動目標監(jiān)控、報警管理轉(zhuǎn)向功能更加豐富、面向市場更加廣闊的基于位置的管理與服務(wù)。許多為大型物流企業(yè)服務(wù)的移動目標監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)與企業(yè)內(nèi)部其它管理數(shù)據(jù)庫(如倉儲、貨源)結(jié)合,形成統(tǒng)一的基于位置的職能管理平臺。
移動目標監(jiān)控管理系統(tǒng)更廣闊的市場在于面向公眾的服務(wù)領(lǐng)域?;谖恢玫男畔⒎?wù)(Location Based Service)無疑將是未來衛(wèi)星導(dǎo)航定位技術(shù)最廣闊、最具潛力和最引人注目的發(fā)展方向之一。一些類似Telematics概念的系統(tǒng)雛形,為汽車擁有者提供物流監(jiān)控、導(dǎo)航服務(wù)、報警尋車等服務(wù),并考慮了娛樂、交通信息提供、信息定制、移動辦公等應(yīng)用框架。
④ 移動目標導(dǎo)航產(chǎn)品的發(fā)展
隨著衛(wèi)星導(dǎo)航設(shè)備的小型化和芯片化,各種嵌入式衛(wèi)星導(dǎo)航電子產(chǎn)品將進入日常生活。其代表性產(chǎn)品主要有如下幾類。
車載自主導(dǎo)航產(chǎn)品
車載自主導(dǎo)航系統(tǒng)或汽車信息系統(tǒng)是衛(wèi)星導(dǎo)航定位產(chǎn)品最大的應(yīng)用領(lǐng)域之一。美國、歐洲和日本的車載導(dǎo)航儀產(chǎn)品已經(jīng)日益走向成熟,形成了規(guī)?;氖袌鲂枨蟆?/p>
導(dǎo)航通信組合產(chǎn)品
集成了衛(wèi)星定位設(shè)備與移動通信組件的移動監(jiān)控終端產(chǎn)品是一類特殊的應(yīng)用產(chǎn)品,是移動目標監(jiān)控系統(tǒng)的關(guān)鍵部分。根據(jù)應(yīng)用場合的不同,也具有不同的設(shè)計形式。既有用于集裝箱等貨物跟蹤的隱蔽式安裝產(chǎn)品,也有集成了語音通信、數(shù)據(jù)報告、報警、遙控等功能的綜合車載平臺。
大眾消費產(chǎn)品
如果說車載導(dǎo)航儀與移動監(jiān)控終端還屬于應(yīng)用方向比較單一的產(chǎn)品,那么各種生活消費類電子產(chǎn)品卻可以用“百花齊放”來形容。
信息終端不僅僅是個性化應(yīng)用的獨立設(shè)備,也是未來隨身信息服務(wù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)與載體??梢灶A(yù)期將會向著衛(wèi)星定位、Pocket-PC、嵌入式導(dǎo)航系統(tǒng)等綜合集成的方向發(fā)展。同時,適應(yīng)車輛導(dǎo)航、貨物跟蹤、個性化信息服務(wù)、安全產(chǎn)品等不同領(lǐng)域的需求,將出現(xiàn)各種不同組合、不同形態(tài)的產(chǎn)品系列,以滿足市場需求。
衛(wèi)星遙感
(1)民用遙感衛(wèi)星的發(fā)展仍以政府投資為主,政府部門和軍事部門仍是衛(wèi)星遙感的主要用戶;
(2)在美國,商用遙感衛(wèi)星在政府和軍方市場的強大支持下,近年來得到較快成長。2004年美國總統(tǒng)布什的衛(wèi)星遙感政策極大地刺激了商用衛(wèi)星遙感的發(fā)展;
(3)近年來衛(wèi)星遙感的重要發(fā)展趨勢之一是寓軍于民,寓軍于商,軍民結(jié)合,平戰(zhàn)結(jié)合。許多國家,尤其是美國,已經(jīng)將商用遙感衛(wèi)星系統(tǒng)列為軍事情報和地理信息/制圖的重要信息資源,民用和商用遙感衛(wèi)星系統(tǒng)無論在和平時期或是在戰(zhàn)爭時期都將發(fā)揮重要作用,衛(wèi)星遙感系統(tǒng)已成為國家信息基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分。
【關(guān)鍵字】 突發(fā)事件 應(yīng)急通信 媒體
近年來,地震等重大突發(fā)事件【1】時有發(fā)生,我國應(yīng)急通信保障水平和應(yīng)急響應(yīng)能力在實戰(zhàn)中不斷得到提升,取得了不小的成果。
面對突發(fā)事件,從國家到地方,都需要進行快速響應(yīng)。突發(fā)事件具有不確定且發(fā)生突然的特點,包括自然災(zāi)害、社會安全事件、事故災(zāi)難等,對社會和人民群眾造成很大的危害。突發(fā)事件發(fā)生后,需要馬上啟動應(yīng)急預(yù)案以應(yīng)對,盡量去減少事故造成的損失。公安、消防、武警、醫(yī)療、電信、電力和新聞媒體都有自己的應(yīng)急體系,在第一時間啟動應(yīng)急預(yù)案。
一、新聞媒體在重大自然災(zāi)害報道中的應(yīng)急通信現(xiàn)狀
在近年的突發(fā)事件中,重大自然災(zāi)害的破壞性最強,如地震、洪災(zāi)、泥石流等,造成生命和財產(chǎn)損失嚴重,影響面大。災(zāi)害發(fā)生后,新聞媒體需要盡快向外界災(zāi)區(qū)情況,正確引導(dǎo)輿論,讓公眾了解真實的事件。
通常情況下,重大自然災(zāi)害的發(fā)生會造成電力和通信等公共設(shè)施的損毀,無法讓災(zāi)區(qū)與外界保持聯(lián)系。事件發(fā)生后,新聞媒體需要先派遣少數(shù)記者第一時間趕赴現(xiàn)場,隨后再安排后續(xù)報道團隊。目前,能夠呈現(xiàn)給受眾的新聞形式仍然是音視頻、圖片和文字,記者需根據(jù)攜帶的通信設(shè)備情況進行發(fā)稿。如果災(zāi)區(qū)通信網(wǎng)絡(luò)沒有完全損毀,很多身在災(zāi)區(qū)現(xiàn)場的群眾可能會通過微博或微信等新媒體方式自己所了解到的情況,比新聞媒體更快信息,當(dāng)然也會存在信息不準確或十分片面的不足之處。
針對新聞媒體行業(yè),能夠提供應(yīng)急通信保障的設(shè)備種類很多,主流設(shè)備主要有記者單兵使用的海事衛(wèi)星便攜站、海事衛(wèi)星電話、3G/4G背包、手持智能終端設(shè)備和北斗通信手機等,也有適合團隊使用的衛(wèi)星應(yīng)急通信車、集群等指揮調(diào)度系統(tǒng)。航空飛行器最近幾年在很多災(zāi)情報道中發(fā)揮了很大的作用,在人員無法到達的地區(qū)拍攝圖片和視頻,立體呈現(xiàn)事件現(xiàn)場。
應(yīng)急通信的關(guān)鍵字是“急”,面對突然發(fā)生的事件需要做到急而不亂,根據(jù)預(yù)先制定好的應(yīng)急預(yù)案來實施具體工作,包括人員安排,裝備配備和報道計劃。災(zāi)情發(fā)生后,記者在到達新聞現(xiàn)場后一般先通過應(yīng)急電話向后方指揮部反映現(xiàn)場情況,然后再利用海事衛(wèi)星終端或其他單兵應(yīng)急通信裝備發(fā)圖片和文字稿,網(wǎng)絡(luò)帶寬允許的情況下發(fā)視頻稿。我國的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在應(yīng)急通信領(lǐng)域發(fā)揮了很關(guān)鍵的作用,利用GIS地理信息系統(tǒng),后方指揮部可以了解記者所處的具置,對人員安全定位也起到保障作用。記者可以利用北斗通信機的短報文功能發(fā)簡單文字稿,滿足基本發(fā)稿需求。
有了單兵記者的前方發(fā)稿,對災(zāi)情和人員傷亡情況有了初步了解,后方指揮部再安排后續(xù)新聞報道團隊進入災(zāi)區(qū),組建前方發(fā)稿中心。通常情況下,前方發(fā)稿中心分兩步實施,前期主要通過衛(wèi)星車【2】實現(xiàn)移動發(fā)稿中心和指揮中心,待設(shè)備和物資等全部到位后,在當(dāng)?shù)剡x擇合適的場所再搭建正式的報道指揮中心。可見,衛(wèi)星通信車在應(yīng)急報道中起著至關(guān)重要的作用。利用衛(wèi)星通信車的高度集成和可移動性,能夠滿足文字、圖片、音視頻同時發(fā)稿,根據(jù)車輛安裝設(shè)備的種類和功能,能夠?qū)崿F(xiàn)幾乎在正常網(wǎng)絡(luò)通信環(huán)境下的所有功能。當(dāng)然,衛(wèi)星通信車與后方聯(lián)絡(luò)的骨干通道是衛(wèi)星鏈路,其帶寬受制于基礎(chǔ)設(shè)施條件和使用時的天氣狀況,絕大多數(shù)情況下能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)高速互聯(lián)互通,滿足報道團隊的發(fā)稿需求。
對重大自然災(zāi)害的應(yīng)急響應(yīng)需要聯(lián)動機制,各行業(yè)要互相配合,一切為災(zāi)區(qū)服務(wù)。災(zāi)情發(fā)生后,電力、通信等部門會迅速啟動應(yīng)急預(yù)案,盡快恢復(fù)災(zāi)區(qū)的電力和通信系統(tǒng)。當(dāng)通信能力恢復(fù)到一定水平后,新聞媒體可以借助運營商提供的通信網(wǎng)絡(luò)進行發(fā)稿,逐漸從應(yīng)急通信轉(zhuǎn)向常規(guī)通信手段。
可見,在重大自然災(zāi)害的應(yīng)急報道中,新聞媒體的通信方式是一個從單一到整體,從窄帶到寬帶,從應(yīng)急到常規(guī)的過程。
二、新聞媒體在應(yīng)急通信中需要考慮的問題
首先,應(yīng)急通信雖然能夠?qū)崿F(xiàn)快速組網(wǎng),但也有其不足之處。應(yīng)急通信設(shè)備大多為無線通信設(shè)備,衛(wèi)星通信車、衛(wèi)星便攜終端、海事衛(wèi)星小站、微波傳輸設(shè)備、3G/4G微微基站、WIFI傳輸設(shè)備等,這些無線通信都離不開寶貴的頻率資源。衛(wèi)星通信需要固定的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源,在重大自然災(zāi)害發(fā)生后,各行業(yè)的應(yīng)急通信設(shè)備都會在災(zāi)區(qū)使用,有限的轉(zhuǎn)發(fā)器資源需要合理利用,避免出現(xiàn)干擾或其他影響轉(zhuǎn)發(fā)器正常使用的問題。很多微波傳輸設(shè)備都使用免費的ISM 2.4GHz或5.8GHz頻段,在較小的區(qū)域大量使用時容易引起干擾,造成網(wǎng)速下降或其他問題,導(dǎo)致記者無法正常發(fā)稿。還有一些無線通信設(shè)備使用私有的頻率資源,頻率資源沒有使用許可,在使用過程中也容易對其他通信系統(tǒng)造成影響。干擾問題是無線通信設(shè)備面臨的最大挑戰(zhàn)。如何有效、合理地使用應(yīng)急通信設(shè)備,需要在使用場所有一個整體的部署,需要有統(tǒng)一的指揮和協(xié)調(diào)部門進行落實。各單位使用的應(yīng)急通信設(shè)備基本相似,同類型設(shè)備工作頻段也都比較一致。因此,需要使用什么設(shè)備,設(shè)備工作在什么頻段都應(yīng)該上報,這樣才能保證設(shè)備正常工作,即使有干擾問題出現(xiàn)也好進行定位,及時排查,確保通信正常。
其次,應(yīng)急通信保障水平需要人力和物力的合理安排。重大災(zāi)害發(fā)生后,應(yīng)急通信不僅需要有力的通信裝備,更需要能夠熟練使用這些設(shè)備的專業(yè)人員。應(yīng)急隊伍建設(shè)是保障應(yīng)急通信能力的基礎(chǔ),通信設(shè)備的使用離不開人工操作,應(yīng)急隊伍需要在平時多進行模擬演練,提高隊伍的單兵突破能力和團隊協(xié)作水平。應(yīng)急隊伍的成員需要具備多方面的專業(yè)知識,除熟練使用各種通信設(shè)備外,還需具有良好的心理素質(zhì),從容應(yīng)對突況,同時還要學(xué)習(xí)簡單的野外生存技能,這樣才可能應(yīng)對無法預(yù)知的突發(fā)事件。
新聞媒體在應(yīng)急通信方面還需要付出很多努力。根據(jù)新聞報道形式側(cè)重點不同,電視臺、廣播電臺、平面媒體、網(wǎng)絡(luò)媒體的發(fā)稿類型也有區(qū)別,對應(yīng)急通信網(wǎng)絡(luò)帶寬也有不同的要求。隨著技術(shù)的發(fā)展,小型化、標準化和多功能化是應(yīng)急通信設(shè)備的一個重點發(fā)展方向,數(shù)據(jù)全部IP化是主要發(fā)展趨勢。模塊化也是應(yīng)急通信設(shè)備發(fā)展的思路,個體可以供單兵記者單獨使用,組合后形成功能更加強大的系統(tǒng)。目前很多廠商已經(jīng)研發(fā)出集WIFI、4G、衛(wèi)星通信為一體的小型化發(fā)稿終端,以適應(yīng)不同的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境,隨著今后4G到5G的升級和智能穿戴設(shè)備的發(fā)展,相信會有更好的通信裝備應(yīng)用而生。此外,部分應(yīng)急通信設(shè)備在高海拔和高寒地區(qū)也會出現(xiàn)無法正常使用的現(xiàn)象,應(yīng)急設(shè)備的生產(chǎn)廠商也要不斷研發(fā)新產(chǎn)品,以適應(yīng)復(fù)雜的外部環(huán)境。
應(yīng)急通信是一項很大的課題,各行業(yè)都需要在其中找好自己的定位。媒體行業(yè)在競爭的同時也要保持協(xié)同工作,在應(yīng)對重大自然災(zāi)害的新聞報道中,有時需要資源共享,合理安排人力物力,應(yīng)急通信設(shè)備共享,一切努力都是為了一個共同的目標――讓外界第一時間了解最真實的新聞現(xiàn)場。
參 考 文 獻
關(guān)鍵詞:無線 電網(wǎng)通信 技術(shù)分析
1 引言
電力通信網(wǎng)絡(luò)是為了保證電力系統(tǒng)的安全與穩(wěn)定運行應(yīng)運而生的。它同電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定控制系統(tǒng)、調(diào)度自動化系統(tǒng)被人們合稱為電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的三大支柱。我國的電力通信網(wǎng)經(jīng)過幾十年風(fēng)風(fēng)雨雨的建設(shè),已經(jīng)初具規(guī)模,通過衛(wèi)星、微波、載波、光纜等多種通信手段構(gòu)建并成為立體交叉通信網(wǎng)。隨著無線通信技術(shù)的發(fā)展,無線通信系統(tǒng)的特性發(fā)生巨大的變化。鑒于采用無線通信網(wǎng)不依賴于電網(wǎng)網(wǎng)架,且抗自然災(zāi)害能力較強,同時具有帶寬大、傳輸距離遠、非視距傳輸?shù)葍?yōu)點,非常適合彌補目前通信方式的單一化、覆蓋面不全的缺陷。本文簡單介紹一下無線通信傳輸體制的應(yīng)用特點和優(yōu)缺點,并分析其在電力系統(tǒng)的應(yīng)用前景。
2 無線技術(shù)的介紹
2.1 無線通信技術(shù)的概念
目前,無線通信及其應(yīng)用已成為當(dāng)今信息科學(xué)技術(shù)最活躍的研究領(lǐng)域之一。其一般由無線基站、無線終端及應(yīng)用服務(wù)器等組成。
2.2 無線通信技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀
無線通信技術(shù)按照傳輸距離大致可以分為以下四種技術(shù),即基于IEEE802.15的無線個域網(wǎng)(WPAN)、基于IEEE802.11的無線局域網(wǎng)(WLAN)、基于IEEE802.16的無線城域網(wǎng)(WMAN)及基于IEEE802.20的無線廣域網(wǎng)(WWAN)。
總的來說,長距離無線接入技術(shù)的代表為:GSM、GPRS、3G;短距離無線接入技術(shù)的代表則包括:WLAN、UWB等。按照移動性又可以分為移動接入和固定接入。其中固定無線接入技術(shù)主要有:3.5GHz無線接入(MMDS)、本地多點分配業(yè)務(wù)(LMDS)、802.16d;移動無線接入技術(shù)主要包括:基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照帶寬則又可分為窄帶無線接入和寬帶無線接入。其中寬帶無線接入技術(shù)的代表有3G、LMDS、WiMAX;窄帶無線接入技術(shù)的代表有第一代和第二代蜂窩移動通信系統(tǒng)。
2.2.1 主流無線通信技術(shù)
從近些年技術(shù)發(fā)展的趨勢可以看出,以O(shè)FDM+MIMO為核心的無線通信技術(shù)將成為未來無線通信發(fā)展的主流方向。而目前基于該技術(shù)的無線通信技術(shù)主要有:B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4種技術(shù)。
2.2.2 其他無線通信技術(shù)
除了上述主流的無線通信技術(shù)外,目前已存在的無線通信技術(shù)還包括:IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距離通信技術(shù)及LMDS、MMDS、點對點微波、衛(wèi)星通信等長距離通信技術(shù)。
1)IrDA:Infrared Data Association,是點對點的數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,通信距離一般在0~1m之間,傳輸速率最快可達16Mbps,通信介質(zhì)為波長900納米左右的近紅外線。
2)Bluetooth:Bluetooth工作在全球開放的2.4GHzISM頻段,使用跳頻頻譜擴展技術(shù),通信介質(zhì)為2.402GHz到2.480GHz的電磁波。
3)RFID:Radio Frequency Identification,即射頻識別,俗稱標簽。它是一種非接觸式的自動識別技術(shù),通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。RFID由標簽、解讀器和天線三個基本要素組成。
4)UWB:Ultra Wideband,即超寬帶技術(shù)。UWB通信又被稱為是無載波的基帶通信,幾乎是全數(shù)字通信系統(tǒng),所需要的射頻和微波器件很少,因此可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜性,降低。
3 無線技術(shù)的優(yōu)劣分析
3.1 WLAN技術(shù)分析
Wi-Fi的技術(shù)和產(chǎn)品已經(jīng)相當(dāng)成熟,而且大批量生產(chǎn)。該技術(shù)適用于無線局域網(wǎng),作為有線網(wǎng)絡(luò)的延伸,對于特殊地點寬帶應(yīng)用,盡管Wi-Fi技術(shù)應(yīng)用非常廣泛,但是它依然在安全性上存在一定的安全隱患,Wi-Fi采用的是射頻(RF)技術(shù),通過空氣發(fā)送和接收數(shù)據(jù)。由于無線網(wǎng)絡(luò)使用無線電波傳輸數(shù)據(jù)信號,所以非常容易受到來自外界的攻擊,黑客可以比較輕易地在電波的覆蓋范圍內(nèi)盜取數(shù)據(jù)甚至進入未受保護的公司內(nèi)部局域網(wǎng)。
3.2 WiMax技術(shù)分析
WiMax是一個先進的技術(shù),推出相對較晚,存在頻率復(fù)用性小、利用率低的問題,但由于最近才完成標準化,該技術(shù)的大規(guī)模推廣還需要實踐考驗。從應(yīng)用前景看,該技術(shù)可以在較大范圍內(nèi)滿足上網(wǎng)要求,覆蓋可以包括室外和室內(nèi),可以進行大面積的信號覆蓋,甚至只要少數(shù)基站就可以實現(xiàn)全城覆蓋。WiMax由于其技術(shù)的先進性和超遠的傳輸距離,一直被業(yè)界看好,是未來移動技術(shù)的發(fā)展方向,并提供優(yōu)良的最后一公里網(wǎng)絡(luò)接入服務(wù)。
3.3 WMN技術(shù)分析
WMN是正在研究中的技術(shù),在研究中不斷地在不同方面結(jié)合各種技術(shù)的特點進行融合,而且暫時沒有一個成熟的產(chǎn)品系列來支持該技術(shù)的大規(guī)模應(yīng)用。從應(yīng)用前景看,WMN 這一新興網(wǎng)絡(luò)不僅在無線寬帶接入中有著廣闊的應(yīng)用空間,在其他方面如結(jié)合數(shù)據(jù)、圖像采集模塊可以對目標對象進行監(jiān)控或數(shù)據(jù)采集,并廣泛應(yīng)用到檢測、、等領(lǐng)域。隨著其他技術(shù)的不斷更新完善,WMN 更好地與之相融合、互補,從而能夠揚長避短,發(fā)揮出各自的優(yōu)勢。
3.4 3G技術(shù)分析
3G于1996年提出標準,2000年完成包括上層協(xié)議在內(nèi)的完整標準的制訂工作。3G網(wǎng)絡(luò)部署已具備相當(dāng)?shù)膶嵺`經(jīng)驗,有一成套建網(wǎng)的理論,包括對網(wǎng)絡(luò)的鏈路預(yù)算、模型預(yù)算以及仿真等。從商用前景看,目前,3G在部分地區(qū)已得到大規(guī)模的商業(yè)應(yīng)用,比如歐洲很多國家、日本、韓國等都已經(jīng)建設(shè)了3G的網(wǎng)絡(luò)。3G技術(shù)已經(jīng)進入可以實用的階段,還有很多國家和地區(qū)正在建設(shè)或?qū)⒁ㄔO(shè)3G網(wǎng)絡(luò)。
3.5 LMDS技術(shù)分析
本地多點分布業(yè)務(wù)系統(tǒng)LMDS是一種提供點對多點的固定寬帶無線接入技術(shù),其工作頻率在20GHZ以上,利用毫米波傳輸,可在一定的范圍內(nèi)提供數(shù)字雙工語音、數(shù)據(jù)、因特網(wǎng)和視頻業(yè)務(wù),是一種非常好的寬帶固定無線接入解決方案。在最優(yōu)情況下,距離可達8公里;但是由于受降雨的原因,距離通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通過扇區(qū)或基站設(shè)備將ATM骨干網(wǎng)基帶信息調(diào)制為射頻信號發(fā)射出去,在其覆蓋區(qū)域內(nèi)的許多用戶端設(shè)備接收并將射頻信號還原為ATM基帶信號,在無需為每個用戶專門鋪設(shè)光纖或銅纜情況下,實現(xiàn)數(shù)據(jù)雙向?qū)ΨQ高帶寬無線傳輸。
3.6 MMDS技術(shù)分析
MMDS的主要缺點是有阻塞問題且信號質(zhì)量易受天氣變化的影響,可用頻帶亦不夠?qū)?,最多不超過200MHz。其次,MMDS對傳輸路徑要求非常嚴格。由于MMDS采用的調(diào)制技術(shù)主要是相移鍵控PSK(包括BPSK、DQPSK、QPSK等)和正交幅度調(diào)制QAM調(diào)制技術(shù),無法做到非視距傳輸,在目前復(fù)雜的城市環(huán)境下難以推廣應(yīng)用。另外,MMDS沒有統(tǒng)一的國際標準,各廠家的設(shè)備存在兼容性問題。
3.7 集群通信技術(shù)分析
數(shù)字集群系統(tǒng)具有很多優(yōu)點,它的頻譜利用率有很大提高,可進一步提高集群系統(tǒng)的用戶容量;它提高了信號抗信道衰落的能力,使無線傳輸質(zhì)量變好;由于使用了發(fā)展成熟的數(shù)字加密理論和實用技術(shù),所以對數(shù)字系統(tǒng)來說,保密性也有很大改善。
數(shù)字集群移動通信系統(tǒng)可提供多業(yè)務(wù)服務(wù),也就是說除數(shù)字語音信號外,還可以傳輸用戶數(shù)字、圖像信息等。由于網(wǎng)內(nèi)傳輸?shù)氖墙y(tǒng)一的數(shù)字信號,因此極大地提高了集群網(wǎng)的服務(wù)功能。
3.8 點對點微波技術(shù)分析
微波傳輸?shù)膬?yōu)勢主要體現(xiàn)在以下幾個方面:第一,可以降低運營商的運營。與租用線路相比,微波系統(tǒng)的只要一年左右即可收回。第二,微波傳輸系統(tǒng)部署簡潔快速。與傳統(tǒng)的傳輸手段相比,其快速部署的優(yōu)勢可以更快地滿足新業(yè)務(wù)發(fā)展的需要。第三,目前的微波產(chǎn)品對未來的發(fā)展是有保障的,對于運營商的新業(yè)務(wù)和新需求都可以給予很好的支撐。未來,微波傳輸系統(tǒng)將升級到全IP的平臺之上,可以全面支持運營商未來的發(fā)展。
3.9 衛(wèi)星通信技術(shù)分析
利用衛(wèi)星在有些不很密集的地區(qū)來配合陸地通信。在這些地區(qū)散布著范圍較廣但不密集的用戶,可以利用衛(wèi)星作為用戶連至固定有線網(wǎng)的接入設(shè)施。在陸地通信網(wǎng)已經(jīng)構(gòu)成寬帶多媒體通信網(wǎng)的下,利用衛(wèi)星建成寬帶衛(wèi)星接入系統(tǒng)是比較好而切合實際的方案,又可靠。
但是衛(wèi)星通信畢竟是采用衛(wèi)星作為通信平臺,其地面站的建設(shè)、通信信道租用費用都需要花費大量資金,而且通信資源為衛(wèi)星通信公司所有,受其帶寬的限制,使得大量數(shù)據(jù)的傳輸需要付出非常大的代價。因此,作為日常生產(chǎn)、生活使用是極為不經(jīng)濟的;而將衛(wèi)星通信作為應(yīng)急通信、作戰(zhàn)通信、海外通信等則比較適合。
4 無線技術(shù)的綜合比較
目前無線通信領(lǐng)域各種技術(shù)的互補性日趨鮮明。這主要表現(xiàn)在不同的接入技術(shù)具有不同的覆蓋范圍、不同的適用區(qū)域、不同的技術(shù)特點、不同的接入速率。3G可解決廣域無縫覆蓋和強漫游的移動性需求,WLAN可解決中距離的較高速數(shù)據(jù)接入,而UWB可實現(xiàn)近距離的超高速無線接入。
首先,從標準化程度上看,本報告所涉及的技術(shù)中,僅僅WMN技術(shù)沒有成熟的標準體系,LMDS、MMDS、集群通信均有多種標準,只是沒有統(tǒng)一的國際標準,其余的技術(shù)均已經(jīng)完成標準化工作,并且都進行了試驗網(wǎng)建設(shè)和商業(yè)網(wǎng)建設(shè)。
從頻率上看,Wi-Fi技術(shù)、WMN均使用的是開放頻段,WiMax技術(shù)、3G技術(shù)等其他技術(shù)使用的是授權(quán)頻段。
從覆蓋范圍上看,Wi-Fi技術(shù)、WMN技術(shù)屬于局域網(wǎng)無線接入技術(shù),僅覆蓋35m~100m;WiMax技術(shù)、3G技術(shù)、LMDS技術(shù)、MMDS技術(shù)、集群通信屬于城域網(wǎng)接入技術(shù),覆蓋范圍在1km~54km不等,而衛(wèi)星通信、點對點微波則屬于廣域網(wǎng)技術(shù),通常用于通信主干組網(wǎng)建設(shè)。
從傳輸速率上看,點對點微波和衛(wèi)星通信屬于干線傳輸技術(shù),不同的情況速率變化較大,而其余的技術(shù)均為接入技術(shù),僅僅是3G技術(shù)接入速率最小,僅為384k,而其余技術(shù)均為幾十M甚至上百M的速率。
從調(diào)制技術(shù)上看,其中WiFi技術(shù)、WiMax技術(shù)、WMN、3G技術(shù)均采用最新的調(diào)制技術(shù)OFDM,其余的技術(shù)均未采用OFDM調(diào)制技術(shù)。
從天線技術(shù)上看,僅僅3G和WiMax技術(shù)采用了MIMO技術(shù),而其他技術(shù)均未采用MIMO技術(shù);從傳輸環(huán)境上看,僅僅WiMax技術(shù)和3G技術(shù)支持非視距傳輸,其余技術(shù)均要求視距傳輸環(huán)境;從網(wǎng)絡(luò)安全和QoS機制上看,WiMax技術(shù)和3G技術(shù)在這方面做得比較優(yōu)秀、完善,其余的均存在較大的問題。
【關(guān)鍵詞】云技術(shù)網(wǎng)絡(luò)平臺新能源開發(fā)利用無線傳輸技術(shù)系統(tǒng)三者互為系統(tǒng)平臺的全立體交互式綜合應(yīng)用
一、云技術(shù)
云計算(cloud computing),分布式計算技術(shù)的一種,其最基本的概念,是透過網(wǎng)絡(luò)將龐大的計算處理程序自動分拆成無數(shù)個較小的子程序,再交由多部服務(wù)器所組成的龐大系統(tǒng)經(jīng)搜尋、計算分析之后將處理結(jié)果回傳給用戶。透過這項技術(shù),網(wǎng)絡(luò)服務(wù)提供者可以在數(shù)秒之內(nèi),達成處理數(shù)以千萬計甚至上億計的信息,達到和“超級計算機”同樣強大效能的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)。
“云計算(Cloud technology)”是一個很時尚的概念,它既不是一種技術(shù),也不是一種理論,而是一種商業(yè)模式的體現(xiàn)方式。準確說,云計算僅描述了一類棘手的問題,因為現(xiàn)在這個階段,“計算與數(shù)據(jù)”蹺蹺板的平衡已發(fā)生變化,即已經(jīng)到“移動計算要比移動數(shù)據(jù)要便宜的多(Moving computation is cheaper than moving data)”。《著云臺》的分析師團隊結(jié)合云發(fā)展理論總結(jié)認為,基于云計算商業(yè)模式應(yīng)用于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、信息技術(shù)、整合技術(shù)、管理平臺技術(shù)、應(yīng)用技術(shù)等的總稱,可以組成資源池,按需所用,靈活便利。
二、新能源
新能源有廣義和狹義之分。廣義的新能源泛指能夠?qū)崿F(xiàn)溫室氣體減排的得的可利用能源,外延涵蓋了高效利用能源、資源綜合利用、可再生能源、代替能源、核能、節(jié)能等。狹義的新能源指除常規(guī)性能源和大型水利發(fā)電之外的風(fēng)能、太陽能、生物能、地?zé)崮?、海洋能、小水電和核能等能源的總成?,F(xiàn)階段對風(fēng)能、海洋能、小水電和核能的利用主要集中在電能的轉(zhuǎn)換上,而對太陽能、生物能、地?zé)崮艿睦贸藢⑵滢D(zhuǎn)換為電能外,還應(yīng)用于向熱能和燃氣的轉(zhuǎn)換上??傮w來講,新能源的利用主要是圍繞發(fā)電展開的。新能源的共同特點是比較干凈,除核裂變?nèi)剂贤?,幾乎是永遠用不完的。由于煤、油、氣常規(guī)能源具有污染環(huán)境和不可再生的缺點,因此,人類越來越重視新能源的開發(fā)和利用。
三、無線傳輸技術(shù)
無線傳輸技術(shù)按技術(shù)領(lǐng)域大致分為:無線能量(電能)傳輸技術(shù)、無線通信(數(shù)據(jù))傳輸技術(shù)。
無線能量(電能)傳輸方式及技術(shù)原理:無線電力傳輸是一種傳輸電力的新技術(shù),它將電力通過電磁耦合、射頻微波、激光等載體進行傳輸。這種技術(shù)解除了對于導(dǎo)線的依賴,從而得到更加方便和廣闊的應(yīng)用。
無線電力傳輸?shù)幕驹恚?/p>
①電磁感應(yīng)―――短程傳輸。電磁感應(yīng)現(xiàn)象是電磁學(xué)中最重大的發(fā)現(xiàn)之一,它顯示了電、磁現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化。電磁感應(yīng)是電磁學(xué)中的基本原理,變壓器就是利用電磁感應(yīng)的基本原理進行工作的。利用電磁感應(yīng)進行短程電力傳輸?shù)幕驹頌?,發(fā)射線圈L1和接收線圈L2之間利用磁耦合來傳遞能量。若線圈L1中通已交變電流,該電流將在周圍介質(zhì)中形成一個交變磁場,線圈L2中產(chǎn)生的感應(yīng)電勢可供電給移動設(shè)備或者給電池充電。
②電磁耦合共振―――中程傳輸。中程無線電力傳輸方式是以電磁波“射頻”或者非輻射性諧振“磁耦合”等形式將電能進行傳輸。它基于電磁共振耦合原理,利用非輻射磁場實現(xiàn)電力高效傳輸。在電子學(xué)的理論中,當(dāng)交變電流通過導(dǎo)體,導(dǎo)體的周圍會形成交變的電磁場,稱為電磁波。在電磁波的頻率低于100khz時,電磁波就會被地表吸收,不能形成有效的傳輸,當(dāng)電磁波頻率高于100khz時,電磁波便可以在空氣中傳播,并且經(jīng)大氣層外緣的電離層反射,形成較遠距離傳輸能力,人們把具有較遠距離傳輸能力的高頻電磁波稱為射頻(即:RF)。將電信息源(模擬或者數(shù)字)用高頻電流進行調(diào)制(調(diào)幅或者調(diào)頻),形成射頻信號后,經(jīng)過天線發(fā)射到空中;較遠的距離將射頻信號接收后需要進行反調(diào)制,再還原成電信息源,這一過程稱為無線傳輸。中程傳輸是利用電磁波損失小的天線技術(shù),并借助二極管、非接觸IC卡、無線電子標簽等等,實現(xiàn)效率較高的無線電力傳輸。
③微波/激光―――遠程傳輸。理論上講,無線電波的波長越短,其定向性越好彌散就越小。所以可以利用微波或激光形式來實現(xiàn)電能的遠程傳輸,這對于新能源的開發(fā)利用解決未來能源短缺問題也有著重要意義。1968年美國工程師彼得格拉提出了空間太陽能發(fā)電(Space Solar Power,SSP)的概念,其構(gòu)想是在地球外層空間建立太陽能發(fā)電基地通過微波將電能送回地球。
無線通信(數(shù)據(jù))傳輸方式及技術(shù)原理:無線通信(Wireless communication)是利用電磁波信號在自由空間中傳播的特性進行信息交換的一種通信方式。無線通信技術(shù)自身有很多優(yōu)點,成本較低,無線通信技術(shù)不必建立物理線路,更不用大量的人力去鋪設(shè)電纜,而且無線通信技術(shù)不受工業(yè)環(huán)境的限制,對抗環(huán)境的變化能力較強,故障診斷也較為容易,相對于傳統(tǒng)的有線通信的設(shè)置與維修,無線網(wǎng)絡(luò)的維修可以通過遠程診斷完成,更加便捷;擴展性強,當(dāng)網(wǎng)絡(luò)需要擴展時,無線通信不需要擴展布線;靈活性強,無線網(wǎng)絡(luò)不受環(huán)境、地形等限制,而且在使用環(huán)境發(fā)生變化時,無線網(wǎng)絡(luò)只需要做很少的調(diào)整,就能適應(yīng)新環(huán)境的要求。
(1)常用的遠距離無線通信技術(shù)
目前偏遠地區(qū)廣泛應(yīng)用的無線通訊技術(shù)主要有GPRS/CDMA、數(shù)傳電臺、擴頻微波、無線網(wǎng)橋及衛(wèi)星通信、短波通信技術(shù)等。它主要使用在較為偏遠或不宜鋪設(shè)線路的地區(qū),如:煤礦、海上、有污染或環(huán)境較為惡劣地區(qū)等。
①GPRS/CDMA無線通信技術(shù):GPRS (通用無線分組業(yè)務(wù))是由中國移動開發(fā)運營的一種基于GSM通信系統(tǒng)的無線分組交換技術(shù),是介于第二代和第三代之間的技術(shù),通常稱為2.5G。它是利用“包交換”概念發(fā)展的一種無線傳輸方式。包交換就將數(shù)據(jù)封裝成許多獨立的包,再將這些包一個一個傳送出去,形式上有點類似寄包裹,其優(yōu)勢在于有資料需要傳送時才會占用頻寬,而且是以資料量計價,有效的提高網(wǎng)絡(luò)的利用率。GPRS網(wǎng)絡(luò)同時支持電路型數(shù)據(jù)和分組交換數(shù)據(jù),從而GPRS網(wǎng)絡(luò)能夠方便的和因特網(wǎng)互相連接,相比原來的GSM網(wǎng)絡(luò)的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式,GPRS的分組交換技術(shù)具有實時在線、按量計費、高速傳輸?shù)葍?yōu)點。CDMA是碼分多址的英文縮寫(Code Division Multiple Access),是由中國電信運行的一種基于碼分技術(shù)和多址技術(shù)的新的無線通信系統(tǒng),其原理基于擴頻技術(shù)。其最早是由于軍事上對高質(zhì)量無線通訊技術(shù)的需要而開發(fā)設(shè)計。CDMA在數(shù)據(jù)傳送過程中,將數(shù)據(jù)用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼進行調(diào)制,使數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展,然后經(jīng)載波調(diào)制將數(shù)據(jù)發(fā)送出去。接收端使用完全相同的偽隨機碼,進行相反過程的處理,把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號從而進行解擴,以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。其特點是抗干擾能力強、抗衰落能力強、信號隱蔽性強、抗截獲的能力強、可以多用戶同時接收發(fā)送。
②數(shù)傳電臺通信。數(shù)傳電臺是數(shù)字式無線數(shù)據(jù)傳輸電臺的簡稱。它是采用數(shù)字信號處理、數(shù)字調(diào)制解調(diào)、具有前向糾錯、均衡軟判決等功能的一種無線數(shù)據(jù)傳輸電臺。數(shù)傳電臺的工作頻率大多使用220~240 MHz或400~470 MHz頻段,具有數(shù)話兼容、數(shù)據(jù)傳輸實時性好、專用數(shù)據(jù)傳輸通道、一次投資、沒有運行使用費、適用于惡劣環(huán)境、穩(wěn)定性好等優(yōu)點。數(shù)傳電臺的有效覆蓋半徑約有幾十公里,可以覆蓋一個城市或一定的區(qū)域。數(shù)傳電臺通常提供標準的RS-232數(shù)據(jù)接口,可直接與計算機、數(shù)據(jù)采集器、RTU、PLC、數(shù)據(jù)終端、GPS接收機、數(shù)碼相機等連接。傳輸速率從9600到19200 bps,誤碼低于10-6(-110 dBm時),可工作于單工、半雙工、時分雙工TDD、全雙工方式。無線數(shù)傳電臺是通信行業(yè)發(fā)展較早的通信方式,也是比較成熟的一項無線通信技術(shù),已經(jīng)在各行業(yè)取得廣泛的應(yīng)用,在航空航天、鐵路、電力、石油、氣象、地震等各個行業(yè)均有應(yīng)用,在遙控、遙測、搖信、遙感等SCADA領(lǐng)域也取得了長足的進步和發(fā)展。
③擴頻微波通信。擴頻通信,即擴展頻譜通信技術(shù)(Spread Spectrum Communication)是指其傳輸信息所用信號的帶寬遠大于信息本身帶寬的一種通信技術(shù)。最早始用于軍事通信。它傳輸?shù)幕驹硎菍⑺鶄鬏數(shù)男畔⒂脗坞S機碼序列(擴頻碼)進行調(diào)制,偽隨機碼的速率遠大于傳送信息的速率,這時發(fā)送信號所占據(jù)帶寬遠大于信息本身所需的帶寬實現(xiàn)了頻譜擴展,同時發(fā)射到空間的無線電功率譜密度也有大幅度的降低。在接收端則采用相同的擴頻碼進行相關(guān)解調(diào)并恢復(fù)信息數(shù)據(jù)。其主要特點是:抗噪聲能力極強;抗干擾能力極強;抗衰落能力強;抗多徑干擾能力強;易于多媒體通信組網(wǎng);具有良好的安全通信能力;不干擾同類的其他系統(tǒng)等,同時具有傳輸距離遠、覆蓋面廣等特點,特別適合野外聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。
④無線網(wǎng)橋。無線網(wǎng)橋是無線射頻技術(shù)和傳統(tǒng)的有線網(wǎng)橋技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。無線網(wǎng)橋是為使用無線(微波)進行遠距離數(shù)據(jù)傳輸?shù)狞c對點網(wǎng)間互聯(lián)而設(shè)計。它是一種在鏈路層實現(xiàn)LAN互聯(lián)的存儲轉(zhuǎn)發(fā)設(shè)備,可用于固定數(shù)字設(shè)備與其他固定數(shù)字設(shè)備之間的遠距離(可達50km)、高速(可達百兆bps)無線組網(wǎng)。擴頻微波和無線網(wǎng)橋技術(shù)都可以用來傳輸對帶寬要求相當(dāng)高的視頻監(jiān)控等大數(shù)據(jù)量信號傳輸業(yè)務(wù)。
⑤衛(wèi)星通信。衛(wèi)星通信(satellite communication)是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站來轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號,從而實現(xiàn)在多個地面站之間進行通信的一種技術(shù),它是地面微波通信的繼承和發(fā)展。衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常由二部分組成,分別是衛(wèi)星端、地面端。衛(wèi)星端在空中,主要用于將地面站發(fā)送的信號放大再轉(zhuǎn)發(fā)給其它地面站。地面站主要用于對衛(wèi)星的控制、跟蹤以及實現(xiàn)地面通信系統(tǒng)接入衛(wèi)星通信系統(tǒng)。衛(wèi)星可分為同步衛(wèi)星和非同步衛(wèi)星,同步衛(wèi)星在空中的運行方向和周期與地球的自轉(zhuǎn)方向及周期相同,從地面的任何位置看,該衛(wèi)星都是“靜止”不動的;非同步衛(wèi)星的運行周期大于或小于地球的運行周期,其軌道高度、傾角、形狀都可根據(jù)需要調(diào)整。衛(wèi)星通信的的特點是:覆蓋范圍廣、工作頻帶寬、通信質(zhì)量好、不受地理條件限制、成本與通信距離無關(guān)等,其主要用在國際通信、國內(nèi)通信、軍事通信、移動通信和廣播電視等領(lǐng)域,衛(wèi)星通信的主要缺點是通信具有一定的延遲,比如打衛(wèi)星電話時,不能立即聽到對方回話,主要原因是衛(wèi)星通信的傳輸距離較長,無線電波在空中傳輸是有一定延遲的。
⑥短波通信。按照國際無線電咨詢委員會的劃分,短波是指波長l00m~l0m,頻率為3MHz~30MHz的電磁波。短波通信是指利用短波進行的無線電通信,又稱高頻(HF)通信。短波通信可分為地波傳播和天波傳播。地波傳播的衰耗隨工作頻率的升高而遞增,在同樣的地面條件下,頻率越高,衰耗越大。利用地波只適用于近距離通信,其工作頻率一般選在5MHz以下。地波傳播受天氣影響小,比較穩(wěn)定,信道參數(shù)基本不隨時間變化,故信道可視為恒參信道。天波傳播是無線電波經(jīng)電離層反射來進行遠距離通信的方式,傾斜投射的電磁波經(jīng)電離層反射后,可以傳到幾千千米外的地面。天波的傳播損耗比地波小得多,經(jīng)地面與電離層之間多次反射之后,可以達到極遠的地方,因此,利用天波可以進行環(huán)球通信。天波傳播因受電離層變化和多徑傳播的嚴重影響極不穩(wěn)定,其信道參數(shù)隨時間而急劇變化,因此稱為變參信道。短波通信的特點是:建設(shè)維護費用低、周期短、設(shè)備簡單、電路調(diào)度容易、抗毀能力強、頻段窄,通信容量小、天波信道信號傳輸穩(wěn)定性差等。長期以來,廣泛用于政府、軍事、外交、氣象、商業(yè)等部門,用以傳送電報、電話、傳真、低速數(shù)據(jù)和圖像、語音廣播等信息。
(2)常見短距離無線通信技術(shù)
短距離無線通信技術(shù)是指通信雙方通過無線電波傳輸數(shù)據(jù),并且傳輸距離在較近的范圍內(nèi),其應(yīng)用范圍非常廣泛。近年來,應(yīng)用較為廣泛及具有較好發(fā)展前景的短距離無線通信標準有:Zig-Bee、藍牙(Bluetooth)、無線寬帶(Wi-Fi)、超寬帶(UWB)和近場通信(NFC)。
①Zig-Bee。Zig-bee是基于IEEE802.15.4標準而建立的一種短距離、低功耗的無線通信技術(shù)。Zig-bee來源于蜜蜂群的通信方式,由于蜜蜂(bee)是靠飛翔和“嗡嗡”(zig)地抖動翅膀的來與同伴確定食物源的方向、位置和距離等信息,從而構(gòu)成了蜂群的通信網(wǎng)絡(luò)。其特點是距離近,其通常傳輸距離是10-100米;低功耗,在低耗電待機模式下,2節(jié)5號干電池可支持1個終端工作6~24個月,甚至更長;其成本,Zig-Bee免協(xié)議費,芯片價格便宜;低速率,Zig-bee通常工作在20~250 kbps的較低速率;短時延,Zig-bee的響應(yīng)速度較快等。主要適用于家庭和樓宇控制、工業(yè)現(xiàn)場自動化控制、農(nóng)業(yè)信息收集與控制、公共場所信息檢測與控制、智能型標簽等領(lǐng)域,可以嵌入各種設(shè)備。
②藍牙(Bluetooth)。藍牙(Bluetooth)是在1998年5月由東芝、愛立信、IBM、Intel和諾基亞等公司共同提出的一種近距離無線數(shù)據(jù)通訊技術(shù)標準。它能夠在10米的半徑范圍內(nèi)實現(xiàn)點對點或一點對多點的無線數(shù)據(jù)和聲音傳輸,其數(shù)據(jù)傳輸帶寬可達1Mbps。通訊介質(zhì)為頻率在2.402GHz到2.480GHz之間的電磁波。藍牙技術(shù)可以廣泛應(yīng)用于局域網(wǎng)絡(luò)中各類數(shù)據(jù)及語音設(shè)備,如PC、撥號網(wǎng)絡(luò)、筆記本電腦、打印機、傳真機、數(shù)碼相機、移動電話和高品質(zhì)耳機等,藍牙的無線通訊方式將上述設(shè)備連成一個微微網(wǎng),多個微微網(wǎng)之間也可以實現(xiàn)互連接,從而實現(xiàn)各類設(shè)備之間隨時隨地進行通信。藍牙技術(shù)被廣泛應(yīng)用于無線辦公環(huán)境、汽車工業(yè)、信息家電、醫(yī)療設(shè)備以及學(xué)校教育和工廠自動控制等領(lǐng)域,藍牙目前存在的主要問題是芯片大小和價格較高;抗干擾能力較弱。
③無線寬帶(Wi-Fi)。Wi-Fi誕生于1999年,它是一種基于802.11協(xié)議的無線局域網(wǎng)接入技術(shù)。Wi-Fi技術(shù)突出的優(yōu)勢在于它有較廣的局域網(wǎng)覆蓋范圍,其覆蓋半徑可達100米左右,相比于藍牙技術(shù),Wi-Fi覆蓋范圍較廣;傳輸速度非??欤鋫鬏斔俣瓤梢赃_到11mbps(802.11b)或者54mbps(802.11a),適合高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)臉I(yè)務(wù);無須布線,可以不受布線條件的限制,非常適合移動辦公用戶的需要。在一些人員密集的地方,比如火車站、汽車站、商場、機場、圖書館、校園等地方設(shè)置“熱點”,可以通過高速線路將因特網(wǎng)接入上述場所。用戶只需要將支持無線網(wǎng)絡(luò)的終端設(shè)備該區(qū)域內(nèi),即可高速接入因特網(wǎng);健康安全,具有WiFi功能的產(chǎn)品發(fā)射功率不超過100毫瓦,實際發(fā)射功率約60~70毫瓦,與手機、手持式對講機等通訊設(shè)備相比,WiFi產(chǎn)品的輻射更小。
④超寬帶(UWB)。UWB(Ultra Wideband)是一種無載波通信技術(shù),利用納秒至微微秒級的非正弦波窄脈沖傳輸數(shù)據(jù),其傳輸距離通常在10m以內(nèi),使用1GHz以上帶寬,通信速度可以達到幾百兆bit/s以上,UWB的工作頻段范圍從3.1GHz到10.6 GHz,最小工作頻寬為500MHz。其主要特點是:傳輸速率高;發(fā)射功率低,功耗??;保密性強;UWB通信采用調(diào)時序列,能夠抗多徑衰落;UWB所需要的射頻和微波器件很少,可以減小系統(tǒng)的復(fù)雜性。由于UWB系統(tǒng)占用的帶寬很高,UWB系統(tǒng)可能會干擾現(xiàn)有其他無線通信系統(tǒng)。UWB主要應(yīng)用在高分辨率、較小范圍、能夠穿透墻壁、地面等障礙物的雷達和圖像系統(tǒng)中。軍事部門利用UWB技術(shù)已經(jīng)開發(fā)出了高分辨率的雷達。據(jù)相關(guān)報道,一些具有特殊功能的UWB收發(fā)器已經(jīng)被開發(fā)出來,用在了能夠看穿地面、墻壁、身體等障礙物的雷達和圖像裝置,這種裝置可以用來檢查樓房、橋梁、道路等工程的混凝土和瀝青結(jié)構(gòu)中的缺陷,以及定位地下電纜及其它管線的故障位置,也可用于疾病診斷。另外,在救援、治安防范、消防及醫(yī)療、醫(yī)學(xué)圖像處理等領(lǐng)域都大有用途。
⑤NFC。NFC(Near Field Communication)是一種新的近距離無線通信技術(shù),由飛利浦、索尼和諾基亞等公司共同開發(fā),其工作頻率為13.56 MHz,由13.56 MHz的射頻識別(RFID)技術(shù)發(fā)展而來,它與目前廣為流行的非接觸智能卡ISO14443所采用的頻率相同,這就為所有的消費類電子產(chǎn)品提供了一種方便的通訊方式。NFC采用幅移鍵控(ASK)調(diào)制方式,其數(shù)據(jù)傳輸速率一般為106 kbit/s、212 kbit/s和424 kbit/s三種。NFC的主要優(yōu)勢是:距離近、帶寬高、能耗低,與非接觸智能卡技術(shù)兼容,其在門禁、公交、手機支付等領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用價值。NFC的應(yīng)用情境基本可以分為以下五類:A、接觸-通過,主要應(yīng)用在會議入場、交通關(guān)卡、門禁控制、和賽事門票等方面;B、接觸-確認/支付,主要應(yīng)用在手機錢包、移動和公交付費等方面;C、接觸-連接,這種應(yīng)用可以實現(xiàn)2個具有NFC功能的設(shè)備實現(xiàn)數(shù)據(jù)的點對點傳輸;D、接觸-瀏覽,用戶可以通過NFC手機了解和使用系統(tǒng)所能提供的功能和服務(wù);E、下載-接觸,通過具有NFC功能的終端設(shè)備,使用GPRS\CDMA網(wǎng)絡(luò)接收或下載相關(guān)信息,用于門禁或支付等功能。
四、三者互為系統(tǒng)的立體式應(yīng)用