衛星通信遠程教育研究論文

衛星通信遠程教育研究論文

　　1遠程教育的內涵及其在我國的發展歷史

　　遠程教育是指通過不同途徑和手段將一方的優質教育資源傳送給另一方或另外多方的教育方式。遠程教育在中國的發展大概可以分為以下三個過程：1）函授教育，使用郵寄書本材料的方式進行，這有著較大的局限性；2）廣播電視教育，采用電臺、錄像等方式傳播信息；3）現代遠程教育，它擁有面對面、函授、廣電教育的優勢，同時依靠網絡技術和多媒體技術，把文字、聲音、圖像等融合在一起形成了第三代遠程教育。但是，第三代遠程教育實際應用效果卻不好，因為很多因素影響其效果，如地面網帶寬、路由的增加、交換的限制。為了解決以上出現的問題，人們在遠程教育中引入了衛星通信技術。

　　2目前遠程教育中采取的衛星通信技術以及存在的問題

　　20世紀90年代以來，衛星通信的迅猛發展推動了遠程教育的長足發展。

　　2.1目前遠程教育中采取VSAT衛星通信技術

　　VSAT含義是甚小口徑衛星通信站，VSAT除了具有一般衛星通信的優點外，還有以下兩個主要特點：一是地球站通信設備結構緊湊牢固，全固態化，尺寸小、功耗低，安裝方便。二是組網方式靈活、多樣。因此VSAT廣泛應用于新聞、氣象、民航、人防、銀行、石油、地震和軍事等部門以及邊遠地區通信，所以VSAT適用于遠程教育。

　　2.2傳統的衛星通信遠程教育實際應用中暴露的問題

　�。�1）衛星使用代價昂貴，多點教學，成本才能和地面網費用接近，如果教學點達不到收益平衡點，衛星通信就得不償失了。（2）單向向學生傳輸教學內容，教師和學生無法溝通，有了疑問無法得到解答，教學接收程度也得不到衡量，無法保證教學質量。基于這種情況，采取衛星通信與地面網相融合的技術，既可以保留傳統衛星通信的優勢，又可以解決其不足之處。

　　3基于衛星通信與地面網融合技術的遠程教育研究

　　3.1衛星通信與地面網融合技術

　　衛星通信與地面網融合技術屬于衛星回傳通信技術，衛星回傳通信技術是一項比較新的技術，目前還沒有全面普及，其主要特點是能夠實現教師端和學生端的互動，將基于DVB－S標準的VSAT衛星通信系統和地面網絡相結合，形成閉環通信模式。

　　3.2基于衛星通信與地面網融合技術的遠程教育

　　在衛星通信與地面網融合技術的遠程教育應用模式中，將課件和教室視音頻直播的內容通過互聯網發送到衛星主站，再通過衛星主站上行至衛星，由衛星轉發至各個教學點，然后把收到的課件或者視頻音頻等通過教學系統展現在學生面前�；�于衛星通信與地面網融合技術的遠程教育彌補了視音頻傳輸受限和衛星使用資費較高的缺點，符合實際應用中上行數據量少、下行數據量多的需求，這種方式既避免了傳統遠程教育中傳輸載體———地面網的劣勢，也減少了傳統衛星通信遠程教育中衛星帶寬的占用，具有較高的實用性和先進性。

　　4基于衛星通信與地面網融合技術的遠程教育的相關理論計算

　　基于衛星通信與地面網融合技術的遠程教育的實現需要依據所在地區的地理、氣候以及衛星通信的能力，因此我們需要對通信鏈路的能力進行設計，通過相關計算，驗證選用的衛星、設備、帶寬的可行性與合理性。整體設計應保證系統余量多出1—2dB，并且系統功帶平衡，即盡量做到系統占用的轉發器功率/轉發器整體功率=系統占用轉發器帶寬/轉發器整體帶寬。如果在功帶平衡時系統余量過大或為負數，可以改變上述的相關條件，進行系統優化。具體設計有以下幾點：

　　4.1確定載波帶寬

　　載波帶寬是由以下幾點決定的：信息速率、FEC糾錯率、編碼率以及調制方式。根據下列公式可求出符號速率。符號速率=（信息速率/FEC糾錯率/編碼率）*調制因子其中報頭需要計入信息速率。前向糾錯(FEC)編碼率通常為1/2、2/3、3/4、5/6和7/8，編碼率常用188/204。BPSK、QPSK、8PSK和16QAM的調制因子分別為1、1/2、1/3和1/4。在鏈路計算中，計算C/T、C/N和Eb/N0之間的關系將使用到載波噪聲帶寬，占星帶寬能夠決定工作頻率，并用來計算輸出、輸入回退。

　　4.2計算輸出和輸入回退

　　衛星轉發器的功放級一般使用行波管方式(TWTA)或固態方式(SSPA)。這兩種放大器的功率輸出在最大功率輸出點附近不是線性的。一個轉發器通常有多個用戶的多個載波在使用，避免交調干擾是個比較大的問題，而交調干擾是由非線性功率輸出造成的，這就要求衛星的放大器運行在線性區域。此時轉發器的實際輸出功率遠低于其能夠輸出的最大功率，采用TWTA的轉發器運行在線性區域時，輸出功率通常比最大功率低4.5dB，同時TWTA轉發器，輸入回退通常比輸出回退高6dB，對應4.5dB的輸出線性回退，輸入線回退約為10.5dB。鏈路計算中，輸出回退對應衛星的下行載波，輸入回退對應衛星的上行載波。

　　4.3決定用戶使用載波的功率分配

　　衛星轉發器有功率和帶寬兩項資源，最好的應用方式就是做到用戶載波占用的轉發器功率/轉發器整體功率=載波占用轉發器帶寬/轉發器整體帶寬。載波占用轉發器功率的比例為載波輸出回退-轉發器線性回退。當功帶平衡時，見公式。OBOC=OBOXpd+10lg(BWXpd/BWC)OBOC為轉發器輸出回退，OBOXpd為轉發器線性輸出回退，BWXpd和BWC分別為轉發器的總帶寬和用戶租用轉發器帶寬。

　　4.4確定SFD與上行EIRP

　　轉發器的飽和通量密度SFD反映了衛星轉發器的接收靈敏度。靈敏度越高，要求的用戶上行功率就越低。但是一般情況下衛星公司會根據相應地球站所處的區域確定該地區的SFD，一味地降低上行功率，也會相應降低上行載噪比和上行抗干擾能力。上行載波的EIRP的計算公式如下。EIRPE=SFD-載波輸入回退-G0+上行傳輸損耗G0為單位面積的天線增益，此數值有標準值。上行G/T、上行天線發射增益和功放輸出功率可由上行載波的EIRP計算得出。

　　4.5計算上下行C/T

　　上行和下行C/T的計算公式分別為C/TU=EIRPE-LossU+G/TSatC/TD=EIRPS-LossD+G/TE/S公式中的EIRPE和EIRPS分別為載波上行和下行EIRP，LossU和LossD分別為總的上行和下行傳輸衰耗，G/TSat和G/TE/S分別為衛星轉發器和地球站的接收系統品質因數。上式中的數據均為對數形式。鏈路預算的對象也可以是C/N，C/N=C/T-k-BWN公式中的k是波茲曼常數，BWN是載波對應的噪聲帶寬。衛星通信主要有如下的干擾：上行反極化干擾、下行反極化干擾、上行鄰星干擾、下行鄰星干擾。當有多個載波同時工作時下的交調干擾。綜合考慮上行C/N與下行C/N以及各種干擾所產生的C/I，最后求得相關載波鏈路的系統C/N。相關算式為(C/N)Total-1=(C/(N+I))Up-1+(C/(N+I))Dn-1=((C/N)Up-1+(C/I)XpdUp-1+(C/I)AdjUp-1)+((C/N)Dn-1+(C/I)XpdDn-1+(C/I)AdjDn-1+(C/I)IM-1)上式中，(C/(N+I))Up和(C/(N+I))Dn分別為上行載波與噪聲干擾比和下行載波與噪聲干擾比(C/I)XpdUp和(C/I)XpdDn分別為上行載波與反極化干擾比和下行載波與反極化干擾比，(C/I)AdjUp和(C/I)AdjDn分別為上行載波與鄰星干擾比和下行載波與鄰星干擾比，(C/I)IM為下行載波與交調干擾比。載波噪聲比和載波干擾比都為對數形式，在換算為真數后，進行先倒數后相加計算�？梢缘玫较到yC/N，如果需要得到dB值，就需要求對數，得到相應的值。每一個衛星通信系統，都對應著一個最低Eb/N0值，即門限值，該門限值由很多條件共同確定，如不同的調制方式、不同的編碼方式、不同的硬件設備。通過Eb/N0值可以換算得到載波最低C/N值。通過計算得到的系統C/N值減去載波最低C/N值，就是該衛星系統的系統余量。如果不考慮雨衰（下雨對有的衛星信號有較大影響），系統余量通常取1—2dB。余量太低，系統誤碼率將提高，經常會出現信息丟失現象；余量太高，說明建設的設備性能過剩，浪費了一部分投資。

　　5結語

　　隨著信息與網絡的發展以及教育終身化、人才科技化的需求，傳統的課堂教學模式已經不能完全滿足社會對人才的需求，現代遠程教育呈現出強有力的發展勢頭。根據我國國情，與時俱進地發展遠程教育，提高全民文化素質，是實現科教興國戰略、提高綜合國力、保持經濟持續穩定發展的重大舉措。

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