卫星应急通信特点及体制分析研究

李志伟，李合金

（中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081）

近年来，在我国经济飞速发展的过程中，自然灾害和极端天气造成的影响也越来越大，对灾害发生稳定、便捷的应急通信需求也越来越迫切。随着科技的不断进步，我国通信技术发展速度变得越来越快，卫星通信技术的应用越来越受到重视，利用卫星通信技术在恶劣条件下的顽存性，解决通信的孤岛，已经成为应急通信领域最优选的方案。

1 卫星应急通信概述

1.1 卫星应急通信概念

应急通信是指在出现自然或人为的突发事件（如地震、台风、海啸甚至暴乱等情况导致运营商网络通信中断）发生后，提供一种暂时的、快速响应的特殊通信方式。卫星应急通信是在以上突发事件发生时，通过卫星组建通信网络，实现点对点或者点对多点通信的手段。

1.2 卫星应急通信优点

相较于其他通信方式而言，卫星通信具有全天候、广覆盖、抗毁性强的优点。进行应急救援时，首先要求反应能力十分迅速，通过卫星通信进行相关的应急救援活动，可以有效地解决这一难点。发生灾情后，迅速的反应可及时的为指挥部提供灾情相关信息，根据实际情况，制定合适的救援策略，降低财产损失，避免不必要的人员伤亡，有效的提升救援效率。同时也可以及时的发布预警信息，在灾情发生之前，组织相关的人员撤离，一旦发生灾情，可以更加高效的开展和完成救援工作。

1.3 卫星应急通信应用场景及特点分析

不同于常规卫星公网通信应用，卫星应急通信在应用场景和需求上有着自身的特点，在通信时间、地点、突发通信容量上有着严苛的要求，而卫星公网通信要满足大容量用户的常规需求，并发性要求较高，因此要从应急通信的场景出发，对体制和关键技术进行设计与部署，才能在最大程度上满足应急通信需求。

1.3.1 通信地点、时间不确定

卫星应急通信具有随机性、偶发性的特点。在各种突发事件中，考虑到基本没有互联网和运营商网络或者网络遭到破坏的情况，卫星应急通信应与其他网络进行彻底的物理隔离；同时考虑到地形地势等因素，卫星应急通信应满足便携和机动性的要求。

1.3.2 突发数据容量大、环境适应性强

卫星应急通信发生时往往对外突发数据容量较大，以话音和高清视频等实时性业务为主，系统一旦工作，基本长时间处于高负荷的工作状态，因此要求卫星通信具备高速数传的能力，同时通信设备要稳定、可靠，能在各种环境下稳定的工作，在通信保障的鲁棒性方面要做到更强。

1.3.3 要求操作简单、部署时间短

卫星应急通信时间紧任务重。发生灾情后，较快的完成部署工作、更快速的反应能力，可以及时的为指挥部门提供与灾情有关的信息，根据实际情况，制定合适的救援策略，降低财产损失，避免不必要的人员伤亡。简单操作，快速构建起灵活易用的通信就是应急通信的生命线。

2 应急卫星通信的体制分析

2.1 FDMA/DAMA 体制

FDMA/DAMA 体制的系统，实现方案和操作维护都相对简单。FDMA，即频分多址，在地面段上，针对每路业务每个VSAT 地面站的都需单独配备一路业务信道，每路信道都在独立的频点发送自己的载波信号。

在FDMA/DAMA 系统中，转发器频率资源归全部站点共用，信道载波采用按需分配（DAMA），即当某地面站有业务（话音、数据、图像等）请求时，通过网管信道自动向网络管理中心发送业务申请，待卫星资源分配后，由该地面站单独占用该频率的卫星载波。当系统空闲时，站点相应的业务载波是关闭的，有业务需求时就自动申请资源发射载波；网管中心通过前向低速TDM 信道和返向低速突发ALOHA 信道完成对各个站点的管理，从而可以节约卫星转发器带宽资源。DAMA 方式的应用，使FDMA 通信体制提高了信道利用率，随着高阶调制解调方式、高性能编译码、带宽按需动态调整等技术的应用，进一步增强了FDMA/DAMA 卫星通信系统在带宽管理和信息传输的效率。

此外，FDMA/DAMA 系统现已支持全IP 业务的接入控制，同时可以将IP 增强、IP 接入控制、QoS 保证、IP 压缩等功能的实现与卫星调制解调器的一体化设计相结合，在终端的小型化、便携性方面，进一步降低终端的功耗，提升终端的可靠性。

2.2 TDMA/MF-TDMA 体制

TDMA 即时分多址，是指所有站型设备承载的业务都共用同一卫星载波，工作在相同的频率、数据速率和编译码方式，但在时域上各站的载波发射是按时隙划分的，即各站是在不同的时隙上分别发送短暂、高速或低速的突发信号，不会重叠。

改进的MF-TDMA（多载波跳频时分多址）是一种采用频分和时分相结合的二维多址方式。MF-TDMA 体制适用于网状网和星状网，各站点TDMA 信道载波工作在同一频点。工作在同一MF-TDMA 的网络中的站点，可以采用不同的数据速率，甚至是不同的码率。

但是MF-TDMA 也有自身的局限性，对全网的同步时钟和信号功率匹配要求很高，一旦退网重新入网的流程复杂耗时也较长。而且一些新技术的应用限制比较大，比如高阶调制解调技术、传输性能更优的编译码，导致传输效率和容量提升较难。再者由于现场环境等其他因素导致通信中断，较长的恢复时间，会给应急救援带来很大的不确定性。

2.3 体制对比分析

经过前面两节的分析，总结FDMA/DAMA 和TDMA/MF-TDMA 这两种卫星通信体制的特点，如表1所示。该表在组网能力、信道分配特点、支持业务种类和适合业务类型等多个方面对两种体制进行了全面对比。

表1 体制特点对比

3 结束语

通过深入分析应急通信在卫星通信领域中应用需求，从技术体制等角度对当前的FDMA/DAMA、TDMA/MF-TDMA 进行了深入对比分析，得出在目前的卫星应急通信应用中，FDMA/DAMA 体制在灵活性、大容量性、突发性、健壮性、保密安全性等多方面更适合该场景的应用需求。随着科技的不断进步，不同体制间取长补短，体制融合也成为了一种趋势。