卫星集群应急通信系统

摘要：卫星通信以其独特的特点，在许多场合中具有重要的应用价值。在指挥调度、应急救灾等场合中一般使用地面集群通信，但是其信号覆盖范围有限，集群通信组网受频率资源限制比较大。将具有覆盖面积大、受地理条件限制小以及通信频带宽等特点的卫星通信系统与地面集群通信系统结合组网，形成天地一体化的通信网络。
关键词：应急通信；卫星通信；集群通信；网络

0 引言
    在应急场合由于公共网络系统可能受到极大的破坏而无法正常工作，通常使用地面集群通信系统作为专用的应急指挥系统，这也是目前应急通信领域中一个成熟的现实方案。但是，如果在应急场合破坏范围比较大，超出了地面集群通信系统的信号覆盖范围，这时候不管是从应急救援角度还是从通信信号接收质量角度，地面集群通信受到了限制。为此，可以考虑将覆盖范围大，能实现全方位通信的卫星通信网与地面集群通信网结合组网，形成一个天地一体化的通信网络，满足特定需求。

1 卫星通信简述
    卫星移动通信是以大气作为传输介质的，它与地面的任何通信方式都不同。特别是随着移动通信的迅速发展，卫星移动通信吸取了传统卫星通信和移动通信的长处，为个人通信的实现提供了重要的方式。一般卫星通信系统由地球站、用户以及卫星组成通信网，如图1所示。

    卫星通信系统具有很多特点，例如：
    (1)通信距离远，具有全球覆盖能力，能满足立体化的、全方位的多址通信需求，从而实现真正意义上的全球通信和个人通信。
    (2)系统容量大，可提供多种通信业务，从而使通信业务向多样化和综合化方向发展，满足用户多方面的需求。
    (3)在使用静止轨道的同时也可以使用中、低轨道卫星，使业务性能更优良，但在星座设计和技术上更为复杂。
    (4)覆盖面积大、受地理条件限制小、通信频带宽。
    (5)信号传输质量高，通信线路稳定可靠。
    卫星通信在我国经过40多年的发展，目前已经具有相当成熟的卫星通信解决方案，它成为个人通信的一种重要手段。

2 地面集群通信系统简述
    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。
    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。其采用先进的数字技术、数字信令方式、语音数字编码技术、先进的调制解调技术、数字集群系统集多功能于一体，在技术上和系统容量上满足大型共网的建设要求，能提供指挥调度、电话互联、数据传输、短消息收发等多种业务。图2所示为地面集群通信系统，系统中的用户必须在集群通信系统的信号覆盖范围之内，实现调度室与用户或者用户与用户之间的通信。

3 集群通信系统与卫星通信系统互联一体
    在众多的地面通信网中，集群通信网是其中最典型也是最常用的一个专／公用通信系统之一。地面通信网和空中网优势瓦补可以组合形成一张天地一体化的通信网络，实现任何时间任何地点与任何人的个人通信。集群通信网和卫星通信网组网从通信角度来看，是属于选用传输网和集群体制，构造安全保障性能更高的应急通信体系。集群通信在应急救灾中具有重要的应用价值，将集群通信系统与卫星通信系统互联，形成具有广泛应用面的指挥救急通信系统。图3所示为地面集群通信系统与卫星通信系统互联一体通信网，在该网络中，卫星充当了传输链路的中间环节，调度室与用户或者用户与用户之间的通信通过卫星转发来实现。该系统将卫星链路作为地面集群通信系统的传输链路，
扩展了地面集群通信系统的信号覆盖范围，在应急通信中具有特定的意义。

    卫星通信网与地面集群通信网的接口通常放在卫星地球站，站内安装彼此接口对接的装置。在卫星通信系统与集群通信系统互联中，由于他们共同使用支持No．7信令系统，给互联带来了很大的方便，通过No．7信令系统有关共路信号来完成交换连接和拆线任务，实现卫星通信网和集群通信网络连接。通常该接口模块具有电平转换、同步、告警检测和接入以及信道测试功能。
    地球站与地面通信网接口是数字信号，此时地面通信网系统与卫星通信系统的时钟不同步，通常采用跳帧法和码速调整法等方法来克服这种时钟频差。跳帧法是指在地球站的发射端设有缓冲存储器和控制器，首先由地面通信线路送来的数字信号逐一存放在发射端缓冲器中，在卫星系统时钟的控制下读出，并送入卫星系统。码速调整法是指在信号中插入(或扣除)一定比例的不含信息的脉冲，调控脉冲比例来调节地面通信网系统和卫星通信系统时钟之间的频差。

    要让卫星通信在集群网发挥作用，在信息传输网中就使用卫星通信。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、节约投资(相对于光纤)、容量大(相对于微波)。所以，组建共网时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。一般来说集群系统采用混合入网方式。集群系统接入卫星通信系统如图4所示，通过双向中继线与卫星通信网接口，接入卫星通信网端局的选组级，完成与卫星通信网话音线路的连接。另外，集群系统通过No．7信令传输链路完成与卫星通信网的信令联络，所有呼出／呼入的控制、接续等信息，都由No．7信令在卫星通信和集群通信系统之间传递。集群通信系统控制器(TSC)将收到的No．7信令译码，通过控制交换矩阵和有／无线转接器来完成有／无线之间的连接。另外TSC通过在控制信道上发布MPT1327信令来控制移动台的操作，完成各种功能。

4 结语
    通信网络在日常生活中扮演着越来越重要的角色，人们对通信网络的功能要求也越来越高，本文利用卫星通信覆盖范围大的特点，结合集群通信系统的优点，将二者结合组网，实现大覆盖范围的应急通信系统，在抢险救灾、指挥调度等场合有着特殊的应用价值。