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浅谈卫星通信在集群网的应用

2/14/2005来源:卫星通信人气:9423

电信科学技术第一研究所高级工程师 唐军
  对于我国卫星通信要写的东西有很多,可以全面写,也可以写一个问题,比方说,卫星通信与地面通信密切相结合问题就有与蜂窝网相结合,与集群网相结合,与寻呼相结合,与因特网相结合等内容可写。在本文中,谈一下卫星通信在集群网中的应用。

  卫星通信应在集群网中发挥作用

  我认为,通过近几年的宣传和讨论,对我国集群通信解决了四大问题,第一个问题,找出了我国模拟通信发展缓慢的原因,第二个问题,认识到我国集群通信(专网)与蜂窝通信(公网)之比严重失调,根据国外经验,专网与公网这比为1∶10,美国20世纪90年代为1∶9,我国已有蜂窝移动通信用户1.7亿多,如果按1∶10计算,集群通信用户应是1700万,事实上,现有用户远少于1700万,相差太大,第三个问题,要发展数字集群通信,第四个问题,新建集群网时,要尽可能考虑建共网,特殊部门可以建专网。

  集群通信共网,可以是政府性(或政治性)的,也可以是商业性(或经营性)的,不管是什么性质的共网,都要有传输网支撑,目前,构成传输网有光纤,微波和卫星。它们各有各的特点,相对于光纤通信和微波通信而言,卫星通信的特点是组网灵活、覆盖面大,建网时不影响地面建设(即不挖沟)、节约投资(相对于光纤)、容量大(相对于微波)。所以,组建共网时(特别是全国性共网),应该选用卫星通信构成传输网,因为卫星不受气候条件、地理环境和时间的限制。归结一句话,卫星通信应在集群网中发挥作用。

  组建大型集群共网是一项大工程,有许多问题要考虑,而从通信角度出发考虑,是选用传输网和集群体制。

  要让卫星通信在集群网发挥作用。那么,传输网应该用卫星通信,卫星通信是久经考验的现代通信方式,国际上卫星通信始于20世纪60年代,我国卫星通信于1972年拉开序幕。卫星通信有多种分类方式,以覆盖面来说,卫星通信分为国际卫星通信,区域卫星通信和国内卫星通信按轨道分,有静止(同步)卫星通信和非同步卫星通信。按应用场合分,有固定卫星通信和移动卫星通信,而移动卫星通信又分为海事卫星移动通信系统;按频率分有C波段卫星通信4/6GHz、Ku波段卫星通信系统(11/12GHz)、Ka波段卫星通信系统(20/30GHz);按地球站大小分,分为地球站A,地球站B等和VSAT站。我认为,作为集群网系统,具体地说,选用VSAT卫星通信系统。

  VSA是英文Very Small Apesture Terminall的缩写,中文译名有“甚小天线地球站”、“甚小口径终端”、“微型卫星数据站”、“微型地球站”等。VSAT是天线小型化,微电子技术、扩频技术、高效话音编码和大功率卫星等各种先进技术的产物。人们在20世纪70年代末和80年代初证实了VSAT技术的可行性。1981年美国赤道公司推出世界上第一套VSAT系统。

  由于VSAT系统天线口径小,成本低,组网灵活,可以构成端对端的独立通信网,也可以与ISDN、蜂窝通信网、集群通信网、寻呼、光纤通信网相结合组成大型的联合通信网。VSAT可以付多种业务(数据、话音、文字传真、电报、电传、静止图象等),因此,VSAT的发展如雨后春笋,使用场所涉及各行各业,诸如,公用事业、交通运输、商业、新闻、金融、电力、公安、武警、军队、法院、石油、证券等。实践证明,VSAT很适用幅员辽阔、地形复杂、地面通信不十分发达的国家,也就是说,VSAT很适用于我国。因此,原邮电部对VSAT系统展示实验。我国第一个VSAT网是中国广播卫星公司(即V-NET网)。其后,引进不少VSAT系统,如原电子部14所(现信息产业部电子14所)引进SPAR公司的VSAT生产线;并且,有国产VSAT系统,比如,原邮电部第一研究所(现信息产业部电信科学技术第一研究所)、清华大学、南京通信工程学院,总参57所等真诚协作,在短时间研制出VSAT系统,不久,推出商业化的国产VSAT系统;目前,我国在研制Ku波段VSAT系统。总之,我国VSAT系统的科研、生应用均取得可喜的成绩。而且,我国已有43家单位获得VSAT通信业务经营许可证。更为重要的是我国有不少部门(如铁路、电力、石油、证券等)已建有全国性VSAT专网,这些部门要建全国性集群共网,不用再购买卫星通信系统,这样,既发挥原有的VSAT网,又节约建集群共网的投资,也就是说,建集群共网选用VSAT系统是完全正确的。

  众所周知,集群通信是一种具有交换和控制功能的专用移动通信系统,它的特点是共用频率、共用设备、共享覆盖区、共享通信业务,共同负担费用。集群系统的分类也是多样的。按控制方式分有集中控制和分散控制集群,按话音处理方式分有模拟集群系统和数字集群系统等其他分类方法。

  1993年以前,世界上使用的集群系统都是模拟集群系统。1993年以后出现多种数字集群标准。与模拟集群相比,数字集群功能更强,既可以提供话音,还可以提供数据、文字、图像等业务;数字集群具有频谱利用率高,系统容量大、抗干扰能力强、话音质量好、数字加密容易可靠、保密性好等优点,这些优点决定了它是集群通信的发展方向。我国已从世界上多种数字集群通信系统体制中,确定TETRA和iDEN作为我国数字集群通信系统体制。我认为,最好选用TETRA。

  主张选TETRA的理由

  我国要建数字集群,这是大家已达成的共识。而要选用iDEN还是选用TETRA却有不同意见,有意风分歧是客观存在的,也许是好事,通过讨论,会对问题有深刻的了解和认识,从而找到解决的办法。

  经过对iDEN和TETRA的对比分析,并参考一些专家的意见,主张选用TETRA的理由是:

  (1)TETRA已成为国际性标准。TETRA是ETSI于1991年开始研究,1995年正式确定的数字集群标准,在1997年全面推广,已在欧洲、北美、亚洲都建有TETRA网。TETRA已成为国际性标准,为了推动TETRA的发展,成立的TETRA理解备忘录(MOU)已有英、美、德、日等28个国家和地区的78家(目前已超出)厂商加入,“并且及有源源不断的加入者”。就是说,TETRA得到众多厂商的认可与支持。

  (2)TETRA信令公开,已有多家厂商生产。原国家数字集群标准组副组长陆锦华著文说,“TETRA系统标准开放,众多生产商竞争,有利于用户选择产品”。的确如此,已经有Motorola、R/S、Nokia、Marconi等向我国提供产品,形成竞争局面,我们可以选择性能价格优良的系统。而对TETRA信令公开问题,也有文章提出不同意见,认为ETSI并没有对TETRA系统内部的其他接口作规定,对这一点,陆锦华先生说得好,“基础设备(指基站、交换机、控制器、网管等)内部未制订标准,给各个制造商留一定自由度”。而信令公开,也有利于我国推出具有自主知识产权的数字集群系统,已有模拟集群先例为证,我国引进具有公开信令的MPT-1327的模拟集群系统之后,有武汉中原移动通信公司、优能通信科技公司、天立集团吉发通讯有限公司等多家公司推出国产的MPT-1327信令的集群系统,相比之下,iDEN是独家供货而信令不公开。

  (3)借鉴国外的运行经验。TETRA既然已成为国际性标准,有多家厂商提供新产品,就会有不少实用网,事实上,北美洲、欧洲、亚洲都已建TETRA网,有大网、也有中小型网,比方说,有“1996年3月Motorola在美国新泽西州安装于公共TETRA系统”;有比利时政府的共网ASTRID,ASTRID网支持40000个用户,并完全基于IP,网络中的TETRA系统由Nokia提供;有覆盖芬兰全境的TETRA共网VIVRE,VIVRE的用户涉及紧急求援机构,警察、边防、社会保险、海关、军队;有诺基亚提供的获最佳TETRA业务奖的英国海豚电讯的TETRA网络。全球究竟有多少个TETRA网,有多少用户,尚未见正式的统计报告。不过,已建的网的TETRA网的确不少,有报告说,到2000年底全球已有合同超过60个,Motorola已获得33个合同,仅Nokia在欧洲就为“芬兰、比利时、英国、法国、西班牙、德国等国家开通覆盖整个国家或地区的TETRA网络服务”。国外建立的TETRA由多家供应商提供,运行中,有成功经验,有受挫的教训,都是值得借鉴,而从国外的实用中,也可以了解哪一家产品优良,这有利于我国选型。也可以了解哪一家的产品优良,这有利于我国选型。相比之下,iDEN是独家产品价格独家确定。

  (4)TETRA支持多种通信方式。TETRA支持话音加数据(V+D)方式,分组数据优化方式(PDO)和直接模式(DMO)。(V+D)方式同时支持话音,数据和图像的通信数据传输速率为7.2,14.4和19.2KB/S(保护型电路模式数据传输)或4.89.614.419.2KB/S,净数据速率为28.8KB/S;DMO方式是指移动台可以脱网进行直接通信,特别要指出的是直接模式(或称脱网直通)DMO中“无线用户可以不经过网络基础设施而使用不受基站和交换机控制的无线频率,直接用移动台进行相互之间的通信”。DMO工作方式在战争或自然灾害时期能确保移动台之间的通信联络,就是在正常时期,遇到通信盲区(或覆盖范围外)、无基站山区或基站出故障等情况,移动台之间仍可进行通信。所以,直接模式DMO还是TETRA一个重要特征,而iDEN就没有直接模式。

  (5)TETRA有极强的调度功能。信息产业部电子七所原所长李进良文中说,“TETRA有多种指挥调度功能,如动态重组、多种优先级配置方案;可以按需选配,既可配置最基本的调度业务,也能配置为适应公共安全多种需求的复杂系统”。TETRA具有模拟集群的全部呼叫功能(全呼、组呼、选呼、呼叫优先)。用TETRA内虚拟网技术可建立各种专调度网,TETRA还具有与各种类型的外部网络(公用电话网、各种数据网等)互联功能。

  (6)TETRA组网灵活。TETRA组网灵活表现在三方面,那就是:可以组成共用调度集群通信网PAMR(简称共网),也可以组成专用集群通信网(PMR);可以组成小网、中网、大网,小网由一个交换机和一个基站组成,如R/S的TETRA单基站系统DSS-500,而大网的交换机数以百计,基站数以千计,小网可以平滑地过渡到大网;可以用TETRA内部虚拟网技术建立各种专用调度网。而“TETRA网络基础设施没有iDEN那么复杂”。

  (7)加密方式多样又灵活。TETRA能满足不同用户(普通用户、商业用户、秘密用户、机密用户等)不同要求进行加密。TETRA系统除公共密钥加密外,还有终端设备与基站之间的无线通信加密(俗称空中接口加密),空中接口加密标法有TEA1、TEA2、TEA3和TEA4,“以适应不同地区和不同部门的需要”;也有端到端加密,而且,“在端到端加密中,用户保持自己特有的密钥,系统只是为用户提供透明的通信线和标准接口,并不参与加密过程”。iDEN不是具备空中接口加密和端对端加密。

  (8)TETRA采用多种频率。TETRA采用的频率有380-400MHz、410-430MHz、450-470MHz、800-900MHz。欧洲使用380-400MHz和410-430MHz,亚洲(如新加坡、马来西亚等)采用800MHz或450MHz。我国民用800MHz,而军队和公检法等特殊部门用350MHz(351-358MHz,361-368MHz,372-379MHz,382-389MHz),频道同380MHz,而R/S公司、Motorola公司、Nokia公司、Marcorni公司等能向我国提供800MHzTETRA系统。

  (9)IFR提供完整的TETRA测试设备。对于TETRA测试,IFR推出世界第一台TETRA测试仪2968,2968用于TETRA终端和基站测试,也支持对TETRA信号的直接测量。2968模拟TETRA移动台,基站、直接传输型的环境,测试在线信道发射机(突发和连续功率测量、失量调制精度及误差测量等),也可产生测试所需的T1信号,以测量接收机性能。而且,IFR(对)TETRA测试,除了2968外,还有2050T和2310。2050T是数字和矢量信号发生器,具有高的矢量精度,Rayligh&Rician衰落等特点,邻道功率≤70dBc,同时扔有2050系列的全部功能。2310用于测试TETRA基站、终端和直接电台模式,能精确测TETRA发射机、TETRA信号的频谱、邻道功率等。有了IFR推出的完整的TETRA测试仪器,我们可以验收产品、维护网络,对集群网的开通和运行,有了TETRA测试仪,减少不少麻烦。

  (10)TETRA在不断升级。TETRA标准不但信会公开,而且在不断升级。TETRA版本1标准适合PMR/PAMR领域,是一个成熟的标准。而ETS1在进行TETRA版本2的研究与起草。新版本使TETRA增加数据速率(与3G数据速率相比拟);能有效地接入内部网和因特网,应用于实时视频、数字地图、快速影像传输等,使TETRA与CMTS(3G)间能互通和漫游;能扩展基站覆盖面积为120-200公里。并且,新版本与版本1兼容。据报道,2003年完成新版本。

  (11)TETRA有多种标准接口。TETRA有多种接口确保同外部设备和系统的连接,TETRA标准规定的标准接口有空中接口、数字集群系统间的接口、终端设备接口、与其他公网和专网的接口、网络接口、有线台接口。而空中接口又分为集群方式空中接口和直接方式空中接口。集群方式空中接口是指移动台与基站之间的空中接口,经这种接口可在网络基础设施控制下实现移动台与移动台之间,移动台与PSTN、ISDN、PDN用户之间的通信。而直接方式空中接口是实现移动台与移动台之间的通信。

  (12)选用TETRA有利于发展民族数字集群通信系统。TETRA信会公开有利于民族数字集群通信的研制与发展。模拟集群通信中,我国引进不少集群系统,只是解决组网问题,而引进MPT-1327信会的集群系统之后,有多家推出国产模拟集群系统就是最好的说明。何况对于数字集群,我国中原移动移动通信工程公司从1996年,对国际上的数字集群体制进行“跟踪、消化、吸收、分析并优选欧洲的公开标准TETRA体制作为我国数字集群国家标准的参考”,并进行立项和项目实施,哈工大通信研究所多年来,考察TETRA、iDEN和FHMA等系统,最终选择TETRA“进行实验系统的研制工作”。北京市万格新技术公司致力于研究MPT-1327/1343信会的集群通信,其产品已于公安系统,万格已选TETRA信令标准开发数字集群系统,还有一些单位选TETRA标准研发自己的系统,这些说明,TETRA对我国推出国产的数字集群很重要,我国一些大学、科研、生产等单位选择TETRA是经过认真考察、分析和比较的,为此已经用了不少经费和人力,我们选用了TETRA标准,对选用TETRA开发国产数字集群的单位是有益的,或者说,是一种支持,支持他们尽快地推出国产的数字集群系统。

  (13)选用TETRA有利于国家通信安全。鑫诺卫星信号被严重干扰是李洪志之流犯下的罪行,也不是李洪志之流独立行为,而是国外反华势力和台湾一小撮人对我国大陆发展持敌视的表现,反华势力向台湾出售先进军火已为世人所知,我们爱好友谊与和平,但也不能太大意。“鑫诺”事件提醒我们,建设通信设施更要考虑安全,在建设数字集群网选择设备时也如此,选择多国家多厂商供货的TETRA比独家好。

  (14)选择TETRA不会影响贸易伙伴。选用TETRA首先要为民族利益、国家利益、集团利益着想,但也不要影响贸易伙伴关系。众所周知,我国与Motorola是多年贸易伙伴,Motorola对我国的数字短波通信、移动通信、微波通信和模拟集群通信等作出很大贡献,而iDEN是Motorola的产品,而且是世界上最早推出的数字集群系统,我们不选用iDEN,是否会影响贸易伙伴关系,我认为,不会影响贸易伙伴关系。Motorola的TETRA已为世人知道和接受,在世界上,已有不少地方用Motorola的TETRA建网,Motorola能提供iDEN和TETRA,我们选用TETRA,不选用iDEN,只是选Motorola的另一种产品,事实上,我国已建设或签订的TETRA合同中,Motorola占多数,如广州地铁,九广地铁、上海公安、湖北全通等。总之,“综合比较快速反应、指挥调度、加密与安全性、脱网直通、话音质量、高速环境适用性、建网灵活性与投资、标准公开性及未来升级、多制造商供货与经济性等方面,TETRA技术体制作为数字集群指挥调度网具有明显优势。”

  必须指出,卫星通信用于数字集群网是一项大工程,在建网之前要经过认真调查、分析、论证、解决好数字集群这一新技术与市场定位问题。同时,信息产业部与公安部对清理和整顿卫星通信地球站的文件要认真理解和执行。

摘自《通信世界报》