卫星通信在水利行业的应用与发展

丁力

摘 要：本文主要综述了卫星通信的发展历史、现状和未来的发展趋势，分析了卫星宽带技术和激光卫星技术的发展，结合水利行业的需求，阐述了卫星通信在水利行业中的应用和发展。

关键词：水利；卫星通信；现状；趋势；卫星宽带；激光卫星

卫星通信是利用通信卫星作为中继实现地球站之间以及航天器与地球站之间的无线电通信，可以分为卫星固定通信、卫星移动通信、卫星直接广播和卫星中继通信等。由于卫星通信具有覆盖面大、频带宽、容量大、适用于多种业务、性能稳定可靠、机动灵活、不受地理条件限制以及成本与通信距离无关等优点，在水利系统适用于以下几方面：骨干传输系统的保护路由；边远地点水文采集点的接入传输；应急状态下的现场与中枢节点通信传输；临时和季节性水文采集点接入传输。

1 卫星通信发展的历史与现状

英国科幻作家克拉克首次在1945年5月的《无线电世界》杂志上提出利用位于与地球转速一致的轨道上的人造系统实现全球通信，从此成为提出卫星通信概念的第一人。

1957年10月，前苏联Sp utnik -1人造卫星发射成功。

1960年8月，美国国家宇航局（NASA）发射了“回声-1”卫星。

1963年7月，美国发射了第一颗对地静止卫星“辛康-2”。

1964年8月，国际通信卫星组织成立，同年美国发射了第三颗卫星“新康姆”，并利用该颗卫星向美国转播了在日本东京举行的奥运会实况。

1965年，苏联和美国分别发射了“闪电-1”和“国际通信卫星-1”。

1971年11月，苏联牵头成立了第二个国际通信卫星组织IN-TERSPUTNIK。

1972年，加拿大发射了“兄弟-1”卫星；1974年，美国发射了“西星-1”等。

随着卫星通信技术的逐渐成熟，卫星通信取得了巨大发展。

我国卫星通信的发展起始于20世纪70年代，截至2005年底，我国已建成卫星广播地球站80余座，卫星通信公用网和专用网100多个，连接国际、国内的卫星通信话路达27万余条；卫星移动通信方面，我国作为国际海事卫星组织成员已建成覆盖全球的海事卫星通信网络，已经跨入了国际移动卫星通信的先进行业，全国共有卫星广播电视上行站34座，卫星电视广播接收站超过20万座。

2 几种卫星通信系统在水利行业的应用与发展

2.1 Inmarsat

卫星通信系统———国际海事卫星通信。Inmarsat卫星通信系统适合移动语音通信，适合水情遥测站和中心站之间的双向水文数据通信任务：借用系统管理与信号通道，按数据包数计费，L波段气象条件可用度高、设备简单、成本低，通信容量低、通信时延长。

2.2 VSAT

卫星通信系统。VSAT卫星通信系统通信带宽高、组网灵活，适用于话音、数据、图像通信。卫星通信设备与终端接入集成度高，方便使用，有车载动中通、快速通、便携站可以应用。

2.3 北斗卫星通信系统——中国导航卫星

北斗卫星通信系统以导航定位应用为主，有终端上行通道，在定位信息传送通道中附加短信息数据功能。适合边远水文采集站接入通信。北斗一代卫星总容量有限，二代卫星正在研究试验中。

3 卫星通信技术的发展趋势

3.1 卫星宽带技术的发展趋势

随着高清电视传输、直播数字电影、Internet的接入以及窄带业务向宽带业务发展、单独组网向多网互联发展等需求的不断增加，卫星宽带已经成为卫星通信发展的一个主要方向。目前卫星宽带的主流技术主要有TCP/IP协议、DVB标准、CA（条件接收）和StreamingMedia（流媒体）等。

3.2 激光卫星通信技术的发展趋势

激光卫星通信是通过激光进行数据传输，具有设备功耗低、体积小、重量轻、发送/接收天线直径小以及扩散率低等特点，主要用于卫星之间、卫星与地球站或飞行器之间的通信。

3.3 水利卫星系统的发展趋势

2010年水利部着手建设新一代水利卫星通信系统（Ku波段与C波段相结合）投入运行。新一代水利卫星通信平台拥有27.2MHz卫星资源，其中，Ku波段有22.2MHz，采用亚洲5号卫星；C波段有5MHz，采用亚太6号卫星，带宽资源有所增加，而且增加了抗雨衰能力强的C波段资源，初步建成了一个由水利部卫星主站和500多个卫星小站组成，可实现语音、数据、图像传输的防汛卫星通信网，承担水雨情数据采集、防汛异地会商、应急抢险、云图和遥感数据广播等重要防汛通信任务。

4 水利卫星通信新系统技术路线

4.1 采用先进的通信制式

经过10多年的快速发展，以及IP应用普及的拉动，卫星通信技术进入了新一轮的升级换代，DVB-S2以其更高的频带利用率、可靠性和接近香农极限的编码方式及其系统性能引起了广泛的推广与应用。DVB-S2可提供多种具有更高频带利用率的调制方式，如8PSK、16APSK、32APSK。DVB-S2采用了功能更强大的前向纠错系统，有效地降低了系统解调的门限。DVB-S2频谱成形中的升余弦滚降系数要比其它方式小，可以获得更高的频谱利用率。基于以上优点，DVB-S2的双向传输系统在卫星通信系统内得到广泛应用，成为卫星通信发展的主流。系统通过一个平台，可以满足基于IP包传输的应用需求。如宽带接入、Internet接入、数据流媒体、视频会议、远程教育、文件分发、多点广播以及VPN网络等业务的需求。

4.2 网络结构

目前水利卫星通信网业务主要为数据业务、话音和视频业务。话音通信和数据采集业务小站数量多，但数据量小；视频业务小站数量少，但数据量大，带宽占用多，而且往往是小站到各流域或省厅管理机构（小站）的视频通信。为了便于业务管理，充分利用带宽资源，综合考虑水利部门的信息传输特点，采用基于DVB-S2的星型/网状混合组网的方式，其中星型网主要用于传输话音、数据业务，网状网主要用于流域机构、省水利厅和重点水利工程单位传输宽带视频实时业务。

4.3 语音、数据和图像统一IP

随着水利行业的IP数据网络的完善及IP集合通信技术的成熟，在统一的IP网络上实现语音、视频、数据已经成为不可逆转的趋势。随着IP网络控制技术和QoS技术的发展，逐渐成为一个多业务承载网络：由于信源编解码技术的成熟，VoIP、IPTV等基于IP的综合应用已在各个行业实施，各种通信手段的传输通道统一到了IP网上。以前的各种异构网逐步融合到了IP中，以IP集合通信的形态已服务于广大水利单位。新建的卫星系统支持IP业务的相关协议，将各种业务融合到IP上。

4.4 同时支持宽带和窄带业务

水利传输业务有水情数据采集、IP数据广播、应急抢险视频通信、“两小”预警通信、水情综合业务数据浏览、工情图像传输和语音等。每种业务的特点和对通信信道带宽的要求是不相同的。新系统同时支持各种带宽要求差别较大的业务。

4.5 减少强降雨区雨衰影响

由于防汛期正是大降雨时期，在此期间反而通信可靠性要求更高，考虑到一小部分地区由于暴雨频繁，造成通信中断或应急手段没法弥补，在这种情形下，新建的系统要采用相应的技术手段来解决这些地区的雨衰问题。

4.6 常规通信和应急通信信道统一管理

在发生灾情的情形下，应急通信往往需要传输视频图象，这种通信优先级别高，占用带宽大，而且是临时或短时期占用。这样网状网的终端和常规的星状网终端可以在一个网管下工作，共用一个带宽池，就全网而言，可以做到最大优化卫星带宽资源利用率。

4.7 充分利用卫星广播特点通信

卫星与其它通信手段的最大区别是广播功能。气象云图数据、卫星遥感数据、水情信息发布数据等，这些业务的数据优先级别高、实时性要求也高，而且信息量也大，如果用地面线路来实现，不仅线路租用费非常昂贵，而且实时性和速率很难保证用户要求，水利卫星广播业务对新建系统提出了更高的要求。

4.8 主站功能强、小站简单和便宜

水利卫星通信系统的建设指导思想是主站功能强、小站简单和便宜。

由于水利行业内的通信技术人员配备少，力量薄弱，如果小站复杂了不宜维护和安装，小站价格太贵，也不能成规模，边际效益不够。一个强的卫星通信系统，是强在主站上，其系统能力也是由主站决定，比如主站大的天线，大的高功放，强大的网管，高的传输效率等。

4.9 充分利用水利通信专网

水利部部机关与7个流域机构、31个省（区、市）水利厅（局）和4个在京直属单位已建立了2M的光纤专网互联。新建的卫星通信系统将保证与水利专网及公网的实现互联互通，以保护现有投资的最大化利用。

5 结束语

本文主要综述了卫星通信的发展历史、现状和未来的发展趋势，阐述了卫星通信在水利行业中的应用和发展。在未来，卫星通信在通信世界中将会扮演更加重要的角色，水利行业也应加快卫星通信发展建设，在防汛抗旱、水资源管理等工作中发挥重要的作用。

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