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卫星通信的优缺点范文1
关键词：海洋石油；海陆；通信
中图分类号：TN91 文献标识码：A 文章编号：1674－6708(2010)29－0233－02
随着现代社会的发展，人类对能源的依赖日趋加强。能源公司在开采陆地油气的同时，也将钻采设备开到了海上。海上油气的钻探、生产和运输的过程中，与陆地的通信是必然的。海陆通信链路为信息的有效传递提供了保证。下面针对海洋石油常用的几种通信方式，分析一下各种通信方式的适用环境及优缺点。
1、光纤通信
目前，海底光缆在海洋石油平台已经得到广泛应用，用于传输海陆及各海上平台之间的生产及办公数据。海洋石油行业海底光缆大多数应用模式是复合海底动地电缆内部这样既可以依托海底动地电缆增加光缆强度，同时也可以节省单独铺设海底光缆的高昂费用。光缆的成本很低，对海底动地电缆的成本影响微乎其微。但光纤通信的优势很大。
1)通信容量大、传输距离远。目前海洋石油所用光纤基本为百兆光纤，这样的传输速率对于海洋石油的数据传输已经绰绰有余了。一根光纤的潜在带宽可达20THz。光纤的损耗极低，光纤比目前任何传输媒质的损耗都低。在无中继传输的情况下传输距离可达几十、甚至上百公里；
2)信号串扰小、保密性能；
3)抗电磁干扰、传输质量佳，电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰；
4)光纤尺寸小、重量轻、适应性强、寿命长；
5)成本低，光缆的成本相比电缆要低很多。
光纤虽有上述诸多优点，但在海洋石油这种特殊环境下，各种外界因索对于光纤通信的影响也不容忽视，这些因素严重影响了光纤通信的海洋石油行业的普及程度。
1)单独敷设光缆成本较高。目前海洋石油的海底光缆多与动力电缆复合，单独敷设海底光缆的案例很少，因为单独敷设光缆不但要考虑光缆的防腐保护、配重(防止密度低出现漂浮)等问题，而且考虑海底地貌，海底挖、填缆沟及光缆敷设的船舶及机具费用是相当昂贵的。
2)易受外力破坏。除了潮汐因素对光缆的冲击影响外，近几年特别是在渤海等水深较浅的海域和近海海域，过往船舶抛锚及船体挂断海底光缆的情况时有发生。这种情况在水深较深的南海深海基本不会发生。
3)维修困难。海底光缆一旦被挂断，破损地点的诊断比较困难，且海底光缆的修复要借助船舶及潜水员将光缆从海底捞起，进行修复，在进行保护、配重等，重新沉人海底。
光纤通信以其优点受到海洋石油行业的欢迎，人们也在研究各项措施，减少外界因素对光纤通信的影响。
2、卫星通信
卫星通信以其传输距离远、覆盖面广、不受地理条件限制、稳定性好、通信频带宽和业务丰富等优势，在海洋石油通信中得到广泛应用。目前海洋石油每个油田群基本都配备一个或几个与陆地通信的地面卫星站，好多海洋石油的移动船舶上除了配备海事卫星外也配备了Ku波段的自动跟踪卫星系统。卫星通信在当今海洋石油行业已经成为主要的海陆通信手段，平台及船舶上的话音、数据信息通过卫星信道实现与陆地的互通。卫星通信的在海洋石油行业的优点有以下几方面：
1)传输距离远，基本可实现全球覆盖。适合海洋石油深海作业及移动船舶作业的特点。
2)不受地域限制，建站即可进行通信。海洋石油行业由于工作地点处在海上。使用无线通信比有线通信更具灵活性，可根据需要建立、拆除链路，其建设难度相比敷设海底电缆要小很多。
3)稳定性好，带宽高，业务丰富。由于使用高频传输，人为干扰相对较少，且可以根据需要调整带宽，目前海油平台的语音、邮件、互联网均可通过卫星传输。
卫星通信目前已是海陆通信的最主要链路，但卫星通信也有他的劣势：
1)链路租金较高。使用卫星链路要向卫星公司缴纳使用租金，相对电缆传输的一次建设终身免费的情况，卫星链路的租金是一笔不小的支出，系统的运营成本是使用即发生的。目前每个海洋石油平台鉴于费用原因向卫星公司租用的带宽基本是512k－2M不等。
2)干扰相对较多。卫星属无线传输，存在来自各方面的干扰，有地球站设备的杂波干扰、电磁干扰、互调干扰、交叉极化干扰等
3)受自然因素影响。除了来自各方面的干扰外，当雨雪天气还会出现雨衰，影响系统工作。每年春分和秋分前后，卫星地球站天线在对准卫星的同时也对准太阳，太阳产生的强大的电磁波干扰系统工作，即日凌。
3微波通信
点对点的微波通信从九十开始在海洋石油行业已经得到广泛应用。微波通信目前在海上已经形成了微波网，用于填补海洋石油平台卫星带宽较窄的现状。微波通信有优势也有缺点，但优势大约缺点，因此得到了海洋石油行业的认可，首先说一下微波通信的优势：
1)具有卫星通信建设、拆除链路灵活的特点。微波建站非常灵活且建站成本很低，即使在陆地建立微波链路有时比建立光纤链路的成本都要低，加上海上没有任何高大建筑遮挡，更为微波应用提供了良好的条件。
2)具备光纤通信的大带宽及一次建设终身免费的特点。微波通信一般使用4MH200－900MHz或5.8GI-Iz的免费频段，即使申请频率也只需要很少的费用即可，链路建成后即可免费使用，不会有任何租金等费用发生。
微波通信由于点对点的无线通信原理限制也有一定的局限性，如下：
1)传输距离较短。由于是点对点通信微波通信的传输距离基本为视距，因此决定了其传输距离有一定局限，海上点对点距离的传输极限基本为20km，而海陆微波如将陆地一端天线挂高升高
(架设于高山或高塔上)可以达到40km。但微波联网可解决距离局限。
2)干扰严重。由于是免费频段，使用者较多，因此互相干扰现象频繁发生，但微波可以调整参数，避开干扰。
3)受自然因素影响较大。除了受天气影响外，平静海洋的镜面反射也会对微波产生影响。
卫星通信的优缺点范文2
论文摘要：水情自动测报系统通信方式的选择对于水利工程有着非常主要的作用。文章介绍了我国当前经常使用的通信方式，探讨了不同流域地区水情自动测报系统通信系统的选择，并说明了其使用效果。
水情自动测报系统是集通信、遥测和 计算 机等先进技术于一体，用来实现水文数据自动采集、传输、处理和预报的 现代 化自动实时数据采集处理系统。我国洪水灾害频繁，给国家和人民生命财产造成了重大损失。自20世纪70年代开始建设的水情自动测报系统，为提高水文预报的精度、增加洪水有效预见期、及时准确地为防汛和水利水电调度提供 科学 的依据，对充分发挥水利水电工程的防洪减灾作用，合理开发水资源具有十分重要的意义。
一、常用通信方式
（一）短波通信
短波是指波长在10～100m，频率在3～30mhz的无线电波。短波通信包括通过电离层反射的天波传播模式和沿地面传播的地波模式2种传输模式。其中地波传播模式中的地波信号随着传输距离增长衰减很快，只适合通信距离短，中间障碍物少的地形。而水情自动测报系统一般位于多山或需要长距离通信的地区，因此一般选择天波模式。
采用短波方式的典型系统有甘肃碧口水电厂水情自测报系统和广西麻石水电厂水情自动测报系统。这2个系统由于流域地形复杂，如果采用超短波则需要建设多级中继，投资成本加大，维护困难，因此选择了短波与超短波混合组网方式。碧口水情自动测报系统规模为1:8，其中6个遥测站为短波组网。麻石水电厂水情自动测报系统规模为1:16，其中只有坝上和坝下采用有线方式传输信号，其余均为短波方式传输信号。
（二）超短波通信
超短波是指波长在1～10m，频率30～300mhz的无线电波。超短波通信方式是在水情自动测报系统中运用最为广泛的一种通信方式，因为其技术成熟、故障处理简单、运行成本低，在对系统进行通信方式选择时备受重视。
采用超短波方式的典型系统，如新疆伊犁恰甫其海水库水情自动测报系统，规模为15:2:2，对六角尖中继的依赖性很大，六角尖站承担系统内凤阳山中继和其他测站的信号转发功能，如果出现故障，则在中心站将无法收到任何测站数据。因此，在这种情况下，必须考虑采用双中继、热备用或冷备用等方式提高系统的可靠性。
目前，全国有90%以上的水情自动测报系统采用超短波方式，这种通信方式在流域面积不大、流域地形较好的地区是一种比较有优势的组网方式。
（三）有线通信
目前采用有线通信方式组网的水情自动测报系统，基本上是利用电信部门提供的公用电话网（pstn）。
采用有线方式的典型的系统如浙江珊溪水利枢纽和三峡水利枢纽水情自动测报系统，珊溪系统组网规模为12：3（12个遥测站、3个中心站），系统中心站与测站之间采用星形结构，可使遥测站单独出现故障时不会影响其他测站通信。3个中心站之间采用链接形式，保证所有中心站内数据的唯一性。三峡水利枢纽水情自动测报共81个遥测站，其中56个遥测站选用pstn作为系统主要通信方式，实现pstn/inmarsat双信道。平时正常工作采用pstn方式传输数据，在pstn无法传递数据时，测站自动启动海事卫星（inmarsat）实现数据传输。
（四）卫星通信
卫星通信是20世纪90年代后期开始广泛使用在水情自动测报系统的一种通信方式，频率范围在300～300ghz。卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电波，在2个或多个地面站之间进行的通信。目前运用在水情自动测报系统中的卫星主要inmarsat、vsat卫星系统和我国自行研制的北斗通信卫星。卫星通信最理想的工作频率在4/6ghz波段附近，该频段带宽较大，工作频率较高，天线尺寸也较小，有利于成熟的微波中继通信技术。
1．vsat卫星系统。vsat卫星通信技术是20世纪80年代兴起的，我国主要是采用亚洲2号通信卫星收集水情信息。
在我国使用vsat通信方式的系统并不多，典型系统如广西柳州市水情测报系统和西藏尼洋河水情测报系统，其中柳州市水情测报系统为混合组网，系统规模为2:10:62（2个中心站、5个卫星中继站、5个超短波中继站、32个卫星遥测站、30个超短波遥测站）；西藏尼洋河水情自动测报系统规模为3:9（3个中心站、9个卫星遥测站），中心站采用 计算 机局域网方式联网。
2．海事卫星。海事卫星（inmarsat）属于全球性系统，建设初期主要服务目的是海事遇难救险。随着inmarsat—c投入使用后，水利部门也开始逐步采用该卫星提供的服务。inmarsat—c系统由4颗工作卫星和7颗备用卫星组成，可靠性非常高。
目前许多已建的或将建的系统基本上采用inmarsat—c卫星。典型的系统如贵州乌江流域水情自动测报系统和吉林云峰水电厂水情自动测报系统，其中贵州乌江流域水情自动测报系统共有49个卫星遥测站，4个中心站，中心站之间采用vsat卫星组成局域网。云峰水电厂水情自动测报系统规模为1:12（1个中心站、12个遥测站）。
3．北斗卫星通信。北斗卫星系统是我国自行研制、自主经营专为我国服务的卫星导航系统，由2颗工作卫星和1颗备用卫星组成，属于区域性系统，2002年1月开始运行。
利用该卫星的典型系统有陕南水利雨量监测速报系统和重庆江口水情测报系统。其中陕南水利雨量监测速报系统包括67个雨量站、14个中心站，特点是采用并行工作体制，将雨量数据同时发往14个中心站进行处理，减少中间环节，充分利用系统资源。重庆江口水情测报系统由17个雨量站、6个水位站和1个中心站组成。
（五）移动通信
1．短信息方式（sms）。短信息业务是gsm系统为用户提供的一种使用手机或gsm模块接收和发送文本消息的服务。每条短信息最多包含160字母或70个汉字。
使用该方式的典型系统如浙江省防汛水情自动测报系统和江西万安水电厂水情自动测报系统，其中浙江省水利厅在全省建立上百个基于gms短消息的水情遥测站，通过gms 网络 建成全省统一的防汛水情自动测报系统。江西万安水电厂在条件合适的位置建立gms短消息遥测站，规模不大，但是具有一定的 参考 价值，因为该系统集超短波、卫星和gms短消息为一体进行混合组网，系统规模较大（1:4:55）。
2．gprs方式。gprs是gsm系统网络中以分组技术为基础的传输系统，它能为用户提供高达160kbit/s的数据速率，目前基于gprs的水情自动测报系统并不多，但是应用前景比较好。
使用该系统的典型系统有厦门市水文自动测报系统和广州市三防遥测系统。其中厦门市水文自动测报系统由1个中心站、3个水位雨量站、2个水位站、18个雨量站组成，采用自报和中心站召测2种工作方式。广州市三防遥测系统控制全广州7435km范围内的水文遥测任务，采用gprs方式实时传输水情信息。
二、结语
综上所述，水情自动测报系统可用的通信方式较多，每一种通信方式各有其优缺点，在工程实际运用时，应充分利用各通信方式的优势，扬长避短。同时，可根据需要设置短波通信作为关键水文站点的备用应急通信手段。对于中小型系统，可根据流域特点、地形条件，对上述各种通信方式进行综合比较后选择确定。
参考 文献
[1]崔玉兰，郭治清．我国水文自动测报系统建设评价[j]．水文，2002，（1）．
卫星通信的优缺点范文3
电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设，已经初具规模，通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展，无线通信系统的特性发生巨大的变化。鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架，且抗自然灾害能力较强，同时具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点，非常适合弥补目前通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点，并分析其在电力系统的应用前景。
二、无线技术介绍
（一）无线通信技术的概念
目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。
（二）无线通信技术的发展现状
无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术，即基于IEEE802.15的无线个域网（WPAN）、基于IEEE802.11的无线局域网（WLAN）、基于IEEE802.16的无线城域网（WMAN）及基于IEEE802.20的无线广域网（WWAN）。
总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5GHz无线接入（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。
1.主流无线通信技术
从技术发展的趋势可以看出，以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术。
2.其他无线通信技术
除了上述主流的无线通信技术外，目前已存在的无线通信技术还包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距离通信技术及LMDS、MMDS、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。
（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0～1m之间，传输速率最快可达16Mbps，通信介质为波长900纳米左右的近红外线。
（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。
（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射频识别，俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签、解读器和天线三个基本要素组成。
（4）UWB：UltraWideband，即超宽带技术。UWB通信又被称为是无载波的基带通信，几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此可以减小系统的复杂性，降低成本。
三、无线技术优劣分析
（一）WLAN技术分析
Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管Wi-Fi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，Wi-Fi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。
（二）WiMax技术分析
WiMax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接入服务。
（三）WMN技术分析
WMN是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，WMN这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。随着其他技术的不断更新完善，WMN更好地与之相融合、互补，从而能够扬长避短，发挥出各自的优势。
（四）3G技术分析
3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看，目前，3G在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。
（五）LMDS技术分析
本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接入技术，其工作频率在20GHZ以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去，在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号，在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下，实现数据双向对称高带宽无线传输。
（六）MMDS技术分析
MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200MHz。其次，MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调制QAM调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，MMDS没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。
（七）集群通信技术分析
数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也有很大改善。数字集群移动通信系统可提供多业务服务，也就是说除数字语音信号外，还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号，因此极大地提高了集群网的服务功能。
（八）点对点微波通信技术分析
微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比，微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二，微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比，其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三，目前的微波产品对未来的发展是有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传输系统将升级到全IP的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。
（九）卫星通信技术分析
利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，经济又可靠。
但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台，其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金，而且通信资源为卫星通信公司所有，受其带宽的限制，使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此，作为日常生产、生活使用是极为不经济的；而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。
四、无线技术综合比较
目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。
首先，从标准化程度上看，本报告所涉及的技术中，仅仅WMN技术没有成熟的标准体系，LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准，只是没有统一的国际标准，其余的技术均已经完成标准化工作，并且都进行了试验网建设和商业网建设。
从频率上看，Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段，WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。
从覆盖范围上看，Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术，仅覆盖35m～100m；WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术，覆盖范围在1km～54km不等，而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术，通常用于通信主干组网建设。
从传输速率上看，点对点微波和卫星通信属于干线传输技术，不同的情况速率变化较大，而其余的技术均为接入技术，仅仅是3G技术接入速率最小，仅为384k，而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。
从调制技术上看，其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM，其余的技术均未采用OFDM调制技术。
从天线技术上看，仅仅3G和WiMax技术采用了MIMO技术，而其他技术均未采用MIMO技术；从传输环境上看，仅仅WiMax技术和3G技术支持非视距传输，其余技术均要求视距传输环境；从网络安全和QoS机制上看，WiMax技术和3G技术在这方面做得比较优秀、完善，其余的均存在较大的问题。
卫星通信的优缺点范文4
电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设，已经初具规模，通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展，无线通信系统的特性发生巨大的变化。鉴于采用无线通信网不依赖于电网网架，且抗自然灾害能力较强，同时具有带宽大、传输距离远、非视距传输等优点，非常适合弥补目前通信方式的单一化、覆盖面不全的缺陷。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点，并分析其在电力系统的应用前景。
二、无线技术介绍
（一）无线通信技术的概念
目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。
（二）无线通信技术的发展现状
无线通信技术按照传输距离大致可以分为以下四种技术，即基于IEEE802.15的无线个域网（WPAN）、基于IEEE802.11的无线局域网（WLAN）、基于IEEE802.16的无线城域网（WMAN）及基于IEEE802.20的无线广域网（WWAN）。
总的来说，长距离无线接入技术的代表为：GSM、GPRS、3G；短距离无线接入技术的代表则包括：WLAN、UWB等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5GHz无线接入（MMDS）、本地多点分配业务（LMDS）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的WPAN、基于802.11的WLAN、基于802.16e的WiMAX、基于802.20的WWAN。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3G、LMDS、WiMAX；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。
1.主流无线通信技术
从技术发展的趋势可以看出，以OFDM+MIMO为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有：B3G、WiMAX、WiFi、WMN等4种技术。
2.其他无线通信技术
除了上述主流的无线通信技术外，目前已存在的无线通信技术还包括：IrDA、Bluetooth、RFID、UWB、集群通信等短距离通信技术及LMDS、MMDS、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。
（1）IrDA：InfraredDataAssociation，是点对点的数据传输协议，通信距离一般在0～1m之间，传输速率最快可达16Mbps，通信介质为波长900纳米左右的近红外线。
（2）Bluetooth：Bluetooth工作在全球开放的2.4GHzISM频段，使用跳频频谱扩展技术，通信介质为2.402GHz到2.480GHz的电磁波。
（3）RFID：RadioFrequencyIdentification，即射频识别，俗称电子标签。它是一种非接触式的自动识别技术，通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据。RFID由标签、解读器和天线三个基本要素组成。
（4）UWB：UltraWideband，即超宽带技术。UWB通信又被称为是无载波的基带通信，几乎是全数字通信系统，所需要的射频和微波器件很少，因此可以减小系统的复杂性，降低成本。
三、无线技术优劣分析
（一）WLAN技术分析
Wi-Fi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管Wi-Fi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，Wi-Fi采用的是射频（RF）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。
（二）WiMax技术分析
WiMax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。WiMax由于其技术的先进性和超远的传输距离，一直被业界看好，是未来移动技术的发展方向，并提供优良的最后一公里网络接入服务。
（三）WMN技术分析
WMN是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，WMN这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。随着其他技术的不断更新完善，WMN更好地与之相融合、互补，从而能够扬长避短，发挥出各自的优势。
（四）3G技术分析
3G于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3G网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看，目前，3G在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3G的网络。3G技术已经进入可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3G网络。
（五）LMDS技术分析
本地多点分布业务系统LMDS是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接入技术，其工作频率在20GHZ以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。
其主要工作原理是通过扇区或基站设备将ATM骨干网基带信息调制为射频信号发射出去，在其覆盖区域内的许多用户端设备接收并将射频信号还原为ATM基带信号，在无需为每个用户专门铺设光纤或铜缆情况下，实现数据双向对称高带宽无线传输。
（六）MMDS技术分析
MMDS的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200MHz。其次，MMDS对传输路径要求非常严格。由于MMDS采用的调制技术主要是相移键控PSK（包括BPSK、DQPSK、QPSK等）和正交幅度调制QAM调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，MMDS没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。
（七）集群通信技术分析
数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也有很大改善。
数字集群移动通信系统可提供多业务服务，也就是说除数字语音信号外，还可以传输用户数字、图像信息等。由于网内传输的是统一的数字信号，因此极大地提高了集群网的服务功能。
（八）点对点微波通信技术分析
微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比，微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二，微波传输系统部署简洁快速。与传统的传输手段相比，其快速部署的优势可以更快地满足新业务发展的需要。第三，目前的微波产品对未来的发展是有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传输系统将升级到全IP的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。
（九）卫星通信技术分析
利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，经济又可靠。
但是卫星通信毕竟是采用卫星作为通信平台，其地面站的建设、通信信道租用费用都需要花费大量资金，而且通信资源为卫星通信公司所有，受其带宽的限制，使得大量数据的传输需要付出非常大的代价。因此，作为日常生产、生活使用是极为不经济的；而将卫星通信作为应急通信、作战通信、海外通信等则比较适合。
四、无线技术综合比较
目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3G可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，WLAN可解决中距离的较高速数据接入，而UWB可实现近距离的超高速无线接入。
首先，从标准化程度上看，本报告所涉及的技术中，仅仅WMN技术没有成熟的标准体系，LMDS、MMDS、集群通信均有多种标准，只是没有统一的国际标准，其余的技术均已经完成标准化工作，并且都进行了试验网建设和商业网建设。
从频率上看，Wi-Fi技术、WMN均使用的是开放频段，WiMax技术、3G技术等其他技术使用的是授权频段。
从覆盖范围上看，Wi-Fi技术、WMN技术属于局域网无线接入技术，仅覆盖35m～100m；WiMax技术、3G技术、LMDS技术、MMDS技术、集群通信属于城域网接入技术，覆盖范围在1km～54km不等，而卫星通信、点对点微波则属于广域网技术，通常用于通信主干组网建设。
从传输速率上看，点对点微波和卫星通信属于干线传输技术，不同的情况速率变化较大，而其余的技术均为接入技术，仅仅是3G技术接入速率最小，仅为384k，而其余技术均为几十M甚至上百M的速率。
从调制技术上看，其中WiFi技术、WiMax技术、WMN、3G技术均采用最新的调制技术OFDM，其余的技术均未采用OFDM调制技术。
从天线技术上看，仅仅3G和WiMax技术采用了MIMO技术，而其他技术均未采用MIMO技术；从传输环境上看，仅仅WiMax技术和3G技术支持非视距传输，其余技术均要求视距传输环境；从网络安全和QoS机制上看，WiMax技术和3G技术在这方面做得比较优秀、完善，其余的均存在较大的问题。
卫星通信的优缺点范文5
一、概述
电力通信网是为了保证电力系统的安全稳定运行应运而生的。它同电力系统的安全稳定控制系统、调度自动化系统被人们合称为电力系统安全稳定运行的三大支柱。我国的电力通信网经过几十年风风雨雨的建设，已经初具规模，通过卫星、微波、载波、光缆等多种通信手段构建而成为立体交叉通信网。随着无线通信技术的发展，无线通信系统的特性发生巨大的变化。本文简单介绍一下无线通信传输体制的应用特点和优缺点，并分析其在电力系统的应用前景。
二、无线技术介绍
（一）无线通信技术的概念
目前，无线通信及其应用已成为当今信息科学技术最活跃的研究领域之一。其一般由无线基站、无线终端及应用管理服务器等组成。
（二）无线通信技术的发展现状
总的来说，长距离无线接入技术的代表为：gsm、gprs、3g；短距离无线接入技术的代表则包括：wlan、uwb等。按照移动性又可以分为移动接入和固定接入。其中固定无线接入技术主要有：3.5ghz无线接入（mmds）、本地多点分配业务（lmds）、802.16d；移动无线接入技术主要包括：基于802.15的wpan、基于802.11的wlan、基于802.16e的wimax、基于802.20的wwan。按照带宽则又可分为窄带无线接入和宽带无线接入。其中宽带无线接入技术的代表有3g、lmds、wimax；窄带无线接入技术的代表有第一代和第二代蜂窝移动通信系统。
1.主流无线通信技术
从技术发展的趋势可以看出，以ofdm+mimo为核心的无线通信技术将成为未来无线通信发展的主流方向。而目前基于该技术的无线通信技术主要有：b3g、wimax、wifi、wmn等4种技术。
2.其他无线通信技术
除了上述主流的无线通信技术外，目前已存在的无线通信技术还包括：irda、bluetooth、rfid、uwb、集群通信等短距离通信技术及lmds、mmds、点对点微波、卫星通信等长距离通信技术。
三、无线技术优劣分析
（一）wlan技术分析
wi-fi的技术和产品已经相当成熟，而且大批量生产。该技术适用于无线局域网，作为有线网络的延伸，对于特殊地点宽带应用，尽管本文由收集整理wi-fi技术应用非常广泛，但是它依然在安全性上存在一定的安全隐患，wi-fi采用的是射频（rf）技术，通过空气发送和接收数据。由于无线网络使用无线电波传输数据信号，所以非常容易受到来自外界的攻击，黑客可以比较轻易地在电波的覆盖范围内盗取数据甚至进入未受保护的公司内部局域网。
（二）wimax技术分析
wimax是一个先进的技术，推出相对较晚，存在频率复用性小、利用率低的问题，但由于最近才完成标准化，该技术的大规模推广还需要实践考验。从应用前景看，该技术可以在较大范围内满足上网要求，覆盖可以包括室外和室内，可以进行大面积的信号覆盖，甚至只要少数基站就可以实现全城覆盖。
（三）wmn技术分析
wmn是正在研究中的技术，在研究中不断地在不同方面结合各种技术的特点进行融合，而且暂时没有一个成熟的产品系列来支持该技术的大规模应用。从应用前景看，wmn?这一新兴网络不仅在无线宽带接入中有着广阔的应用空间，在其他方面如结合数据、图像采集模块可以对目标对象进行监控或数据采集，并广泛应用到环境检测、工业、交通等领域。随着其他技术的不断更新完善，wmn?更好地与之相融合、互补，从而能够扬长避短，发挥出各自的优势。
（四）3g技术分析
3g于1996年提出标准，2000年完成包括上层协议在内的完整标准的制订工作。3g网络部署已具备相当的实践经验，有一成套建网的理论，包括对网络的链路预算、传播模型预算以及计算机仿真等。从商用前景看，目前，3g在部分地区已得到大规模的商业应用，比如欧洲很多国家、日本、韩国等都已经建设了3g的网络。3g技术已经进入可以实用的阶段，还有很多国家和地区正在建设或将要建设3g网络。? ?（五）lmds技术分析
本地多点分布业务系统lmds是一种提供点对多点通信的固定宽带无线接入技术，其工作频率在20ghz以上，利用毫米波传输，可在一定的范围内提供数字双工语音、数据、因特网和视频业务，是一种非常好的宽带固定无线接入解决方案。在最优情况下，距离可达8公里；但是由于受降雨的原因，距离通常限于1.5公里。
（六）mmds技术分析
mmds的主要缺点是有阻塞问题且信号质量易受天气变化的影响，可用频带亦不够宽，最多不超过200mhz。其次，mmds对传输路径要求非常严格。由于mmds采用的调制技术主要是相移键控psk（包括bpsk、dqpsk、qpsk等）和正交幅度调制qam调制技术，无法做到非视距传输，在目前复杂的城市环境下难以推广应用。另外，mmds没有统一的国际标准，各厂家的设备存在兼容性问题。
（七）集群通信技术分析
数字集群系统具有很多优点，它的频谱利用率有很大提高，可进一步提高集群系统的用户容量；它提高了信号抗信道衰落的能力，使无线传输质量变好；由于使用了发展成熟的数字加密理论和实用技术，所以对数字系统来说，保密性也有很大改善。
（八）点对点微波通信技术分析
微波传输的优势主要体现在以下几个方面：第一，可以降低运营商的运营成本。与租用线路相比，微波系统的投资只要一年左右即可收回。第二，微波传输系统部署简洁快速。第三，目前的微波产品对未来的发展是有保障的，对于运营商的新业务和新需求都可以给予很好的支撑。未来，微波传输系统将升级到全ip的平台之上，可以全面支持运营商未来的发展。
（九）卫星通信技术分析
利用卫星在有些人口不很密集的地区来配合陆地通信。在这些地区散布着范围较广但不密集的用户，可以利用卫星作为用户连至固定有线网的接入设施。在陆地通信网已经构成宽带多媒体通信网的环境下，利用卫星建成宽带卫星接入系统是比较好而切合实际的方案，经济又可靠。
四、无线技术综合比较
目前无线通信领域各种技术的互补性日趋鲜明。这主要表现在不同的接入技术具有不同的覆盖范围、不同的适用区域、不同的技术特点、不同的接入速率。3g可解决广域无缝覆盖和强漫游的移动性需求，wlan可解决中距离的较高速数据接入，而uwb可实现近距离的超高速无线接入。
五、无线技术的应用及展望
卫星通信的优缺点范文6
关键词：扩频应答机 抗单粒子翻转 SRAM型FPGA 回读重配置
中图分类号：TN927 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2015）04-0140-02
1 前言
星载扩频应答机，在航天测控系统中承担重要的卫星通信和测量功能，用以完成卫星遥控、遥测、测距、测速等具体任务。相对于传统应答机技术，星载扩频应答机由于在测量精度、抗干扰、抗截获方面具有突出的技术优势而获得了广泛应用，但也有基带算法复杂、运算量大的问题。因而，产品设计方案一般采用300～600万门的SRAM型FPGA器件来完成复杂算法任务。
在空间辐射环境中，空间高能粒子入射而引起SRAM型FPGA单粒子翻转，影响星载产品工作。单粒子翻转若发生在逻辑功能区，可能导致星载产品功能中断；如果翻转发生在RAM单元，可能导致数据传输错误或者丢失[1]。因此，本文研究分析了目前主流抗单粒子翻转技术，提出了星载扩频应答机针对SRAM型FPGA的回读监控设计方案及工作流程，最后探讨了后续单粒子防护可改进方面。
2 主流抗单粒子翻转技术
我国空间应用的SRAM型FPGA，主要集中在Xilinx公司的Virtex和Virtex-II系列，广泛应用于各类星载产品中。随着SRAM型FPGA在轨使用数量的增加，FPGA容易发生单粒子翻转的问题日益凸显出来，我国宇航研究人员主要提出了如下四种抗单粒子翻转方法：ASIC芯片设计、三模冗余（TMR）设计、采用反熔丝型FPGA和回读重配置。
2.1 ASIC芯片设计
ASIC芯片设计的抗单粒子翻转，是针对SEU产生的机理，将SRAM型FPGA具体通过ASIC芯片来设计实现，并在ASIC芯片的研制过程中采用底层抗单粒子加固设计和芯片工艺，提高芯片抗SEU能力。该方案可简化硬件电路和降低功耗，但芯片设计开发周期长、成本高和定型后无法灵活更改设计，是该方案所面临的难题。
2.2 三模冗余（TMR）设计
三模冗余也叫三取二，是一种通过软硬件资源冗余配置来提高设备可靠性的设计技术[2]。硬件三模冗余的基本思想是：输入数据同时送入三个实现相同功能的模块，将各个模块输出的数据送到一个多数表决器，进行三选二多数有效的判定，保证输出数据正确。
该方案的优点在于可靠性高，通过硬件冗余的方式提高可靠性；缺点是需要三倍硬件备份，这样产品的资源、面积和功耗都会大幅增加。以星载扩频应答机为例，目前设计采用一片600万门SRAM型FPGA，资源利用率在75%左右，若采用全三模冗余设计，产品方案难以满足大幅提高的资源和功耗要求。
2.3 采用反熔丝型FPGA
应用反熔丝型FPGA的抗单粒子翻转技术，是由于反熔丝型FPGA对单粒子不敏感，单粒子翻转概率低，因此该技术的核心思想，是采用反熔丝型FPGA替代SRAM性FPGA来实现复杂算法。目前，在星载的综合电子类产品，已广泛采用反熔丝型FPGA，有效提高了产品抗单粒子能力，但星载扩频应答机由于其算法规模庞大，需至少400万门以上反熔丝FPGA才能实现全部功能，目前国内尚无满足宇航应用的400万门以上反熔丝FPGA器件。
2.4 回读重配置
回读重配置技术，是对SRAM型FPGA配置存储器进行单粒子翻转检测。由于SRAM型FPGA的逻辑功能由配置信息决定，配置信息存储在FPGA内部的配置存储器中，所以一旦配置存储器发生单粒子翻转，将引起FPGA逻辑功能异常。
回读重配置，是对SRAM型FPGA的配置信息进行动态回读，发现配置信息出错后，对配置信息进行部分重加载或者重新加载FPGA[3]。通过实时或定时回读判断检测，可以检测配置存储器是否发生单粒子翻转，为SRAM型FPGA提供有力的抗单粒子检测措施。回读重配置的缺点，主要是回读的配置信息无法体现Half-latch、SRL16、LUT RAM和BlockRAM的状态，需在软件设计中避免使用这些模块，加大软件设计难度[4]。
综上所述，四种抗单粒子翻转技术的优缺点比较如下表1所示。从效果来说三模冗余设计最可靠，但资源配置要求最高，适用于硬件资源要求小的设计方案；ASIC芯片设计适用于设计输入要求固定、产品配套数量大的设计方案；反熔丝FPGA设计适用于设计输入要求固定、且软硬件资源要求较小（逻辑门数小于200万门）的产品设计；回读重配置可靠度较高，增加少量的硬件资源就可以实现单粒子检测。通过上述优缺点分析，星载产品需根据产品自身任务特点，合理设计抗单粒子方案。
3 星载扩频应答机的回读监控方案设计
星载扩频应答机，承担卫星遥控、遥测、测距、测速任务，需同时对多路高动态测控信号进行扩频捕获、跟踪处理，此外还需完成多路下行测控信号的发射，设计需要消耗大量硬件资源，采用一片Xilinx公司的Virtex II系列600万门FPGA芯片来实现。根据实际分析，产品设计中采用回读重配置设计，增加回读监控电路，可提高产品抗单粒子翻转能力。
回读监控电路，是回读重配置设计的实现，具体是对SRAM型FPGA配置信息进行回读与CRC校验，将计算得到的CRC校验值与正确配置信息的CRC校验值进行比对，当比对出错时认为发生单粒子翻转，对SRAM型FPGA进行重配置以恢复工作状态。
3.1 回读监控硬件电路
回读监控电路利用反熔丝FPGA （A54SX72A）实时读取SRAM型FPGA配置信息进行CRC校验计算，并与预置正确配置信息的CRC校验值进行比对，从而判断SRAM型FPGA是否发生单粒子翻转。
回读监控硬件框图如图1所示，回读监控功能采用ACTEL公司的反熔丝FPGA芯片A54SX72A实现。上电后，回读监控电路根据遥控指令从SRAM型FPGA中回读配置信息并计算CRC值，与预置PROM配置信息CRC值比对。若比对不一致，输出重配置信号PROG_B，控制SRAM型FPGA从PROM存储芯片中读取配置信息重配置。
3.2 回读监控软件流程
回读监控软件，主要在反熔丝FPGA中实现，完成对SRAM型FPGA的配置信息回读、计算CRC校验值并与预置CRC正确值进行比对，比对不一致则输出重加载信号PROG_B对SRAM型FPGA进行程序重配置。
回读监控软件的工作流程如图2所示，具体如下：
（1）初始化和复位：上电复位或复位指令作用时，反熔丝FPGA对SRAM型FPGA输出重加载信号，对SRAM型FPGA进行初始化。
（2）SRAM型FPGA加载：SRAM型FPGA从PROM存储芯片中加载配置信息。
（3）启动回读：加载成功后启动回读，反熔丝FPGA向SRAM型FPGA写入回读配置字；
（4）读取配置信息：反熔丝FPGA从SRAM型FPGA中回读出配置信息；
（5）计算CRC：将读出的配置信息计算CRC校验值；
（6）CRC比对：将计算得到的CRC校验值与预设值进行比对，比对正确表明未发生单粒子翻转；反之则发生单粒子翻转，对SRAM型FPGA进行程序重配置。
其中CRC校验采用Xilinx公司针对芯片提供的32位CRC校验，初始值设为0，采用8位并行CRC校验模式。
4 结语
本文设计的星载扩频应答机回读监控方案，已经成功应用于某卫星型号扩频应答机，通过卫星全过程地面电联试和地面环境模拟试验验证，并通过一年在轨常加电工作考核。目前该扩频应答机在轨工作功能、性能指标正常，未发生单粒子翻转导致单机功能异常的故障现象。通过产品在轨无故障工作经历，验证了回读监控电路对提高扩频应答机抗单粒子翻转能力的有效性。
在现有抗单粒子设计方案上，当扩频应答机检测到单粒子翻转时，需要对SRAM型FPGA重配置，将产生短时工作中断，需对重配置的时机进行进一步合理研究，以作为设计方案的补充内容。
参考文献
[1]邢克飞，杨俊，王跃科，等.Xilinx SRAM型FPGA抗辐射设计技术研究[J].宇航学报.2007，28（1）：123-129.
[2]李志刚，潘长勇，杨知行.抗单粒子翻转的可重构卫星通信系统[J].宇航学报，2009.30（5）：1752-1756.
