卫星通信分析

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卫星通信分析范文第1篇

自从二十世纪七十年代开始，我国的卫星通信就开始得到了应用。早在美国总统之际，就带来了十米天线的卫星通信地球站，通过在上海虹桥机场安装卫星天线，采用卫星来实现电视转播、电报通信和通话。

为了满足国际通信领域的不断需要，在1972年至1972年间，我国当时的邮电部门便是从国外花了很大的资金购买了卫星地球站系统设备，并且在北京以及上海构建卫星地球站，承担当时非常繁重的国际通信业务。

后来到了二十世纪八十年代末期，伴随着卫星通信技术的不断进步，卫星通信基础设备也逐步朝着小型化的趋势发展。因此，甚小天线地面站（Very Small Aperture Terminal， VSAT）应运而生，可以说卫星通信逐步进入到突飞发展的阶段。

VSAT技术可以说是集计算机、电子、通信技术于一体的智能化固态化无人值守地球站。在当今社会中，VSAT技术的不断发展满足用户对于现代通信的不断需求，进而成为当前卫星通信的重要分支。

二、VSAT通信系统的组成

VSAT卫星通信系统主要是由地面以及空间两个部分组成。空间VSAT卫星通信系统的空间部分也就是卫星，一般来说都是采用地球静止轨道通信卫星，而卫星也可以工作在不同的频段中，比如说Ka、ku以及C频段。星上转发器的发射功率应当尽可能的大，进而保证VSAT地面终端的天线尺寸要足够小。

地面VSAT 卫星通信系统的地面部分则是由网络控制、远端站以及中枢站等单元组成，其中远端站是整个卫星通信网络的主体部分，中枢站主要是用来汇集由卫星传来的数据，进而朝着各个远端站分发数据，VSAT卫星网络实际上由多个远端站组成，如果远端站越多的话那么各个站所分担的费用也就越低。就现实情况来说，远端站是直接安装在用户处的，和用户的终端硬件设备进行直接连接。

三、VSAT的分类

根据业务的性质，可以将VSAT网络分为以下三种类型：

（1） 以数据通信为主的网络，这种网络不仅可以提供数据通信，同时还可以提供少量的语音业务；

（2） 以语音通信为主的网络，这种网络大部分是用来提供专用网络话音信号的传输与交换，同时还能够很好的实现交互型的数据业务；

（3） 以电视接收为主的网络，这种网络能够很好的接收图像以及伴音信号，同时还可以很好的作为有线电视的信号源。

四、VSAT 通信系统的特征

结合过去研究可以发现，VSAT能够有如今的发展，在很大程度上和其本身的优点有关。因此本章节主要阐述VSAT通信系统的特征，其主要集中在以下这么几个方面：

VSAT实现了真正意义上的全球通信，覆盖面积广泛，信道容量大，信号的传输不太容易受到气候以及地理环境的影响；

地面基站的基础设施比较单一化，造价成本相对也就较低，重量轻，安全以及操作都比较容易；

VSAT小站可以直接安装在用户所在的汽车、轮船或者楼顶上，这样的话就能够直接的和用户端口进行连接；

组成的网络灵活方便，正是因为网络部件呈现出模块化，这样也就非常容易调整通信网络的结构，容易用在各种用户业务量的变化；

通信的质量优质，可靠性程度高。链路的环节比较少，发生故障的次数低，通信的畅通率较高，因此可以广泛的适用于各种通信业务；

卫星通信分析范文第2篇

关键词：灾情；卫星通信；应用；发展前景

自然灾害的发生机理往往呈现出群发性特点，会由一次灾害变为一系列次生灾害，对环境、经济发展和社会都带来严重的影响。做好减灾工作减少人民群众生命和财产的损失是国家高度重视和关注的问题。从重大灾情的救灾工作经验分析，健全的通信体系保障是有效进行应急救灾工作的前提，卫星通信是建立在航天器与地球之间的无线电通信，不受任何条件和环境限制因此得到了广泛应用。

1 卫星通信特点及原理

卫星通信是微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术，利用人造卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行通信。而在地球站之间利用人造地球卫星进行通信的则称为卫星通信系统，卫星通信的工作原理：从一个地面站发出无线电信号，卫星通信天线接收到这个微弱的信号后会在通信转发器中放大，其功率和变频也会相应的放大，最后放大后的无线电波再由卫星的通信天线重新发送至另一个地面站，进而实现多个地面站的远距离通信。它具有以下优点：通信频带宽，传输内容大；通信距离远，费用与通信距离无关；通信范围大，只要在卫星发射的波束覆盖范围即可通信；不受陆地任何灾害影响；机动灵活，可用于车载、机载等移动通信；同一通信可用于不同方向和不同区域；通信链路稳定可靠，传输质量高；建设速度快。

卫星通信的缺点：在地球高纬地区静止卫星通信效果不好，尤其在两极地区处于盲区；通信卫星使用寿命短；10GHz以上频带会受降雨雪的影响；保密性差；卫星的发射和控制技术比较复杂；在春分和秋分前后数日内，因太阳干扰过强，每天有几分钟的中断。

2 卫星通信在重大灾情中的应用

2.1 应急通信在重大灾情中的重要作用

我国从建国初期就发生过许多自然灾害，综合每次处理大型灾害经验可得知，畅通的通信手段是救灾中最关键的一个环节，如果缺失这一环节，就失去了一个可靠的通信信息系统，不能及时将灾害现场信息实时传送出去，从而影响救援力度。一般突发公共事件分为自然类和社会类两种，前者如地震、飓风、重大火灾等，后者则是国与国自之间的突发性军事冲突。我国在2008年连续爆发了湖南雪灾、汶川大地震、拉萨动乱等重多地域范围广阔的灾难，总结各类灾难的救援经验教训，人们开始逐渐重视完善应急通信体系，完善各种应急预案，组建应急通信队伍，定期进行演练，从而使其在重大灾情救援中发挥积极的作用。

2.2 卫星通信在地震灾情中的应用

通常在发生重大自然灾害时，首先遭到破坏的就是地面基础设施，如电力系统、通信系统及交通系统，导致受灾地区通信全面中断。对其进行抢修会因道路中断而无法顺利进行，外界无法接收到受灾地区的信号，从而救灾指挥部因了解不到详细灾情，不能有效的组织救援工作。目前国际上在应急救灾工作中，大多数国家会选择应用卫星通信技术，如美国等西方国家利用空间平台的优势建立了卫星通信网络系统，在地震救灾中应用比较广泛的卫星通信技术有海事卫星电话、应急卫星通信车、VSAT卫星通信网。

VAST卫星通信设备具有体积小、成本低等特点，在进行网络组织时，传播信息量大，便于联系其他网络。尤其在地震救灾中，可以采取空投的方式向灾区投放VAST设备及配套电池，第一时间满足抗震救灾工作的紧急通讯，为灾区信息外传提供了准确的途径。海事卫星电话可以保证在第一时间帮助灾区传播信息，一般在灾难初期都会使用卫星移动电话，保证救灾人员的派遣以及人员安全。应急通信卫星车具备灵活、快速的开通传输信道，与移动基站车配合，迅速开通灾区的基站，有力支援救灾工作。

2008年5月12日14时27分，四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县发生里氏8.0级地震，地震波及大半个中国及亚洲多个国家和地区，灾区地面通信完全中断，一时间灾区成为信息孤岛，严重影响救灾工作。卫星通信成为了唯一有效的应急通信手段，国家相关救灾部门和各大通信运营企业紧急调动各种卫星通信设备，据相关统计得知，投入地震救灾卫星设备和基站共1200多套。值得一提的是，我公司第一批救灾小分队，不畏艰难，随应急通信卫星车、应急基站车，日夜兼程赶赴灾区进行支援。到达灾区后，根据总部的要求，与友邻分公司的设备进行配合，通过加电测试、参数调整，第一时间开通了卫星通信的传输信道，随即开通了移动基站车。有了手机信号，灾区就不再是信息孤岛，有力的支援了抗震救灾工作，也为灾民的信息沟通提供了帮助。此外，通过空投VSAT通信设备，第一时间抢通通信网络，也为灾区的信息能及时传递起到了关键作用。

3 卫星通信的发展前景分析

卫星通信未来会朝着数字化、网络化和信息化的趋势发展，数字卫星会成为主流，具有星上处理和交换功能的卫星网会替代传统的弯管式卫星网。卫星技术会向高频段、大功率和大容量发展。由于数字技术的应用，可将通信、电视、声音广播、数据广播等功能集卫星于一体。空间光通信主要指是星际链路（ISL）和高数据率空间至地面的链路，用于几十Mbps甚至达Gbps的数据中继。宽带卫星系统还会将计算机网络与地面电话网融为一体，如果实现全数字化通信、电视会形成一种广义上的网络，其发展既要符合国情，又要有高起点，所谓高起点是采用国际上最先进的数字卫星技术以及最先进的信道压缩技术。除此之外，卫星通信系统还具有机动灵活、传播能力强及区域连接等潜在优势，是全球移动通信不可缺少的重要组成部分。如GEO-FSS卫星通信系统会大力开展BVSAT业务，通过以IP为基础的宽带多媒体传输系统解决“最后一公里”的有效途径，当前BVSAT的产品较多且使用效果好，甚至有些产品已经逐渐向移动业务MSS发展，从而会在车载、船载等移动通信方面得到广泛应用。卫星的数字电视/视频广播DVB会结合高速因特网形成DVB/IP业务，不仅符合现代社会潮流发展趋势，也会成为宽带卫星系统中的高效传输平台。因此，在面对卫星通信发展方面，应抓住机遇，面对挑战，不断改进和完善卫星通信投资环境，主动掌握和运用现代传播手段，积极推进卫星通信的发展。

4 结束语

总而言之，在重大灾害出现后往往受影响最为严重的就是公众通信网络，灾区通信出现故障，不能第一时间将灾区信息传给外界，耽误最佳救援时间。卫星通信覆盖范围广，受地面灾害影响小，从而在应急通信中卫星通信扮演者重要的角色，为灾区开展有针对性的救灾活动创造条件，在实现物资调度、紧急指挥等方面，均发挥了重要的作用。

参考文献

[1]李宝奇.卫星通信是突发灾害时快捷、有效的通信保障手段―卫星通信在中国联通“汶川”抗震救灾中应用介绍[C].//2008中国科协防灾减灾论坛论文集，2008：465-474.

[2]赵希，岳勇.卫星通讯在我国灾害应急体系中的应用需求分析[J].中国科技纵横，2011（4）：20.

卫星通信分析范文第3篇

【关键词】卫星通信网络；远程教学；同步卫星

随着卫星通信技术的广泛应用，卫星通信网络已经成为继互联网之后又一在社会上得到广泛应用的通信网络。由于卫星通信具有远距离通信的特点，目前卫星通信网络已经应用到远程教学方面如图1，使原有的点对点的教学模式变成了不受距离限制、一点对多点的教学模式，大大降低了教学的时间和空间成本。通过教学资源的远程传递，实现教学资源的优化配置，通过用户端的反馈，实现教学的交流互动，提高教学效果。

1.卫星通信网络教学的特点分析

1.1 覆盖范围广

同步卫星位于距离地球万公里的上空，在中国境内，1颗同步卫星即可覆盖整个中国，即使是在世界范围内，除南、北极意外的区域，仅需要3颗卫星即可实现全球覆盖，在世界的任何地方都可以接收到卫星传输的教学内容，因此，卫星通信网络远程教学不受地区、距离限制，真正实现了远程教学。

1.2 卫星通信技术日趋成熟

目前，卫星通信技术还在不断的提高和完善，现有的Ku频段卫星通信日渐拥挤，人们在向更高频率、更宽带宽的Ka频段发展，相应技术也将更加成熟和完善。通过卫星通信网络先进的组网技术和传播方式，可以简便快捷的实现教学内容的远距离通播传送，使偏远山区、边关海岛的人们可以同样享受到优质的教育资源。

1.3 卫星通信网络组网便捷、简单

利用卫星通信网络进行远程教学组网简单，只需考虑主站和远端站即可，由于技术成熟，设备造价低廉、不必耗费大量资金铺设和维护有线电缆，也不用考虑地理位置的远近等因素，无论学校在何地都可以进行远程教学，降低教学成本。此外，卫星远程教学网络采用多址通信技术，网络内的用户可以同时接收到授课内容，大大提高了教学的时效性。

1.4 网络安全性高

卫星通信网远程教学的保密性能好，网络完全性高。如果教学内容涉及单位部门的秘密事项，可在网络两端增加保密机，实现对教学内容的加解密处理，保证信息传递的安全性。

2.卫星通信网络远程教学的作用

2.1 一种有效的补充教学形式

传统教学的特点是点对点的集中授课，这种教学形式是目前普遍采用的教学方法。然而偏远山区、边疆大漠、边防海岛由于地理条件的限制，传统的教学形式往往不能实现，这也为卫星通信网络远程教学提供了必要条件，作为传统教学形式的补充，卫星通信网络不受距离和地理位置的限制，解决了这些地区享受不到优质教育资源的问题。

2.2 实现教育资源的优化配置

目前，国内各地区教育资源并不均衡，沿海地区的教学优势明显高于西部山区，很多地区享受不到优质的教育资源，通过卫星通信远程教学可以实现教育资源的科学优化，使所有人员都可以享受到优质的教育资源。此外，卫星通信网络投资小、耗时短、见效快、易建易用、方便快捷。

2.3 提高教学时效性

卫星通信网络远程教学实现了教育资源的远程传递、快捷、准确、及时，使原来点对点的教学模式变成的中心站对多个用户端的教学形式，能够和传统的课堂教学模式一样，实现了教与学的同步，大大提高了教学的时效性。

2.4 促进卫星通信技术发展

卫星通信网络远程教学是科学技术在教育教学中的重要应用，是高新技术与传统方式的有机结合，在改变教学方式的同时也对自设发展起到了很好的促进作用。

3.结束语

利用卫星通信网络进行远程教学是教学发展的需要，是教育资源的优势互补、优化配置。随着卫星通信资源的充分运用，卫星通信网络远程教学必将成为一个全新的教学模式而被人们广泛的接受。

参考文献

[1]晏坚,王涛.卫星远程教育在中国的发展[J].数字通信世界,2007,5.

[2]李渭.通信卫星的发展与卫星远程教育的新应用[J].中国远程教育,2011,22.

[3]晏坚.中国卫星远程教育的发展[J].卫星应用,2006,2.

卫星通信分析范文第4篇

Abstract： The paper introduces a traffic model of LEO constellation communication system, traffic distribution algorithms based elevation angle and based linear programming and based both together are proposed by the traffic model. Numerical results prove that the mixed traffic distribution algorithm has optimal performance.

关键词： 低轨星座通信系统；业务分布算法；功率受限

Key words： LEO Constellation Communication System；Traffic Distribution Algorithm；power constraints

中图分类号：TP315文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）32-0177-02

0引言

卫星功率是非常重要的无线资源，由于星载太阳能电源可提供的功率有限，因而卫星功率往往是增加系统容量的瓶颈。而星座卫星通信系统用户业务量突发性很强的特点，往往会导致某颗卫星下业务量剧增而突破卫星本身功率限制，而相邻卫星下业务量很少的情况出现。星座卫星通信系统为了提供指定区域的无缝覆盖，相邻卫星总是存在交叠的覆盖区域，位于交叠覆盖区域的通信终端可以选择接入所有可视的卫星进行通信，因而，任何可视的卫星都可以接收交叠覆盖区域的通信业务需求。因此，通过业务的合理分布来规划系统的功率资源就显得很有必要。

1系统业务模型

1.1 位置业务模型低轨星座主要对全球中低纬度地区提供基本通信服务，最低通信仰角10°，可以为热点地区提供近实时的通信服务，考虑到星座系统的基本服务区范围为纬度-43°~42°、经度-180°~180°，将这块地区按经度每隔5°，纬度每隔2.5°分为34×72个网格。每个网格内的业务密度按地区的经济发展加权因子计算：北美洲为0.8，南美洲0.6，非洲为0.4，亚洲为0.7，欧洲0.8，大洋洲0.5，近海地带业务为0.2，远海地带业务和某些沙漠地带业务为0.1。境内业务需求比境外大很多，假设境内与境外业务密度之比大致为3：1，从而得到位置业务模型如图1所示。

1.2 一日业务变化模型24小时内的业务量变化不均，一天之内有巨大的变化。为了描述业务量在一天内的变化，一个数值在0与1之间时间加权因子被提出来。这个模型对于全球各地区相同，如图2所示。地球表面各点的当地时间都是相对GMT参考时钟获得的。在各卫星获得与它可见的网格的当地时间后，每个网格内的业务都乘以相应的时间加权因子。

2业务分布算法

2.1 基于仰角的业务分布算法这种算法依据地面网格与卫星的可见概率给卫星相应点波束分配业务，可见概率被定义为地面网格与卫星仰角的单调递增函数，随着仰角的越大，地面网格与卫星的可见概率就越大，通信链路质量就越好，地面网格中的业务分配给该卫星的就越多。如果一个卫星的多个点波束同时与地面网格可见，业务等同地分配给相关点波束。

算法中并没有考虑卫星功率受限。在不超过卫星限制功率的情况下，这种算法得到的卫星业务分布应该与实际的大致类似，因为在一般情况下是按照仰角的大小来选择接入卫星的。依据算法 t时刻卫星j的功率P（t，j）为：

P（t，j）=PE（t，i，j）（1）

其中，

E（t，i，j）=，M（t）10，M（t）=0（2）

式中：P为1 Erlang业务量所需的卫星功率，E（t，i，j）为t时刻地面网格k分配给第j个卫星波束i的业务，S（t，j）指t时刻卫星j的覆盖区域，M（t）为t时刻网格k可见的卫星数，M（t）为t时刻网格k可见卫星j的波束数，V（t，j）为t时刻网格k与卫星j的可见概率，以下所指相同。

因此，系统能够接纳的总的业务量为：

E（t）=E（t，i，j）（3）

2.2 基于线性规划的业务分布算法对于基于仰角的业务分布算法，当卫星覆盖区域业务比较繁忙时，所需的卫星功率就会突破卫星本身的功率界限。为了避免此类情况发生，与该卫星有交叠覆盖区域相邻卫星应该承担一部分过载的业务量，基于这种考虑不妨采用线性规划的方法在卫星功率受限的情况下最优化系统的业务分布。目标函数和约束条件如下：

目标函数为：

max E（t）=E（t，i，j）（4）

约束条件为：

P（t，j）PE（t，i，j）Pmax，j（5）

E（t，i，j）E（t）（6）

2.3 混合形式的业务分布算法将以上两种算法进行有机结合，可以得到一种混合形式的业务分布算法，思路如下：

（1）首先对所有的卫星采用基于仰角的业务分布算法，如果有卫星的业务需求超过本身的功率限制，那么对这些卫星覆盖的网格再采用基于线性规划的业务分布算法进行业务规划。因而，每个区域的业务需求是根据可视概率大小分配给各个卫星，除非卫星功率突破限制要求分流转移。

（2）权重因子α被引入到基于线性规划的业务分布算法的目标函数中，来设置业务分布时的一种优先权。

其目标函数和约束条件如下：

目标函数为：

max E（t）=α（t，j）E（t，i，j）（7）

约束条件为：

P（t，j）=PE（t，i，j）Pmax， j∈Φ（8）

E（t，i，j）E（t）（9）

其中

={（k，i，j）（k，i）∈S（t，j），M（t）2，j∈Φ}（10）

Φ={jP0（t，j）P}（11）

α（t，j）=（12）

此种算法给出了每个网格k的最优解E（t，i，j）来最大化目标函数（7），不过，当一个网格k与两个或更多卫星可见，这些卫星的功率又都没有超出限制时，采用线性规划算法分布业务，对应最优解E（t，i，j）就会有多个。因而，算法中引入了权重因子α（见式12），使靠近卫星覆盖区域中心的业务需求有更高的优先权，这样可以减轻阴影效应影响和缩短传播损耗路程。

3数值计算及结果分析

采用不同的业务分布算法，得到业务分布情况不同。由于基于仰角的业务分布算法不考虑功率限制，使得覆盖繁忙地区的Sat27所需的功率超过了1000W；采用基于线性规划的分布算法将业务分流给相邻卫星，可以有效解决功率超限问题，但它有一个很大的缺陷，即业务调整的盲目性：一些没必要调整的业务也得到了调整，反而带来不好的后果。如Sat37和38业务很多转移给了Sat15和16，而Sat37和38的功率并没有超限，使得原来依照仰角大小的自然分布得到了破坏，而仰角大小与通信质量密切相关，这样调整得不偿失。这也正说明了将两种算法相结合得到的混合算法的有效性，图3、4给出了采用混合的分布算法计算得到的结果，它只对功率超限的Sat27的业务进行了调整，转移给了相邻Sat26、Sat34和Sat35。而其他卫星的业务保持不变，这样既考虑了功率限制，又照顾到了仰角的大小。与其他两种业务分布算法相比，它的性能最优。

参考文献：

卫星通信分析范文第5篇

关键词：微机保护；通信系统；串行通信；以太网

1 引言

变电站自动化技术经过10多年的发展已经达到很高的水平，在我国城乡电网改造与建设中不仅中低压变电站采用了自动化技术实现无人值班，而且在220 kV及以上的超高压变电站建设中也大量采用自动化新技术，从而大大提高了电网建设的现代化水平，增强了输配电和电网调度的可能性，降低了变电站建设的总造价。随着计算机技术、网络技术的迅猛发展，以太网技术在工业领域得到了广泛应用[1，2]。以太网具有良好的开发性、稳定性、易维护性、传输速度快、价格低廉、易于实现与上层管理信息网络的无缝连接，而且为不同厂商的产品提供了一个统一的接口，便于实现互联和互操作[3，4]。因而，在微机保护中可采用以太网构建通信系统，同时，为了兼顾传统的通信模式，设计中仍然保留了串行通信接口。本文以串行通信与以太网通信相结合的通信系统为出发点，就相关问题进行阐述。

2 硬件构成

2.1 串行通信接口

装置中，考虑到需要处理的数据较多，数字算法的计算量大，因此在保护CPU的选择上采用的是TI公司的新一代高性能32位浮点DSP芯片TMS320VC33。由于在VC33的内部结构中没有集成通用异步接收发送器（UART），所以当保护系统与厂站局域网、远方调度进行数据通信，并要求有较高的实时性时，就必须扩展异步通用芯片，以求得到较高的通信速度。本装置采用的通用异步接收发送器芯片是TI公司的TL16C752，它具有低功耗、高速度的特点，最大数据传输速率可达1.5Mb/s，且接收器与发送器相互独立，可进行DMA操作，控制灵活方便。同时还具有回读功能，可以在线诊断，它提供了两组增强型的独立UART接口，具有16字节的发送和接收FIFO、MODEM控制接口和通信状态寄存器。它与DSP芯片的结构示意图如图1所示。

在装置中设置了两个串行通信口，其中串口1固定为RS-232，在实际应用中用来实现串口打印实时数据和各种参数，串口2可以通过跳线选择为RS-232或RS-485模式，用来组网通信。装置中的CPLD芯片主要是用来产生片选、读写等控制逻辑，它采用的是XILINX公司生产的XC95144；加入光隔则提高了通信的抗干扰能力；电平转换芯片MAX232ACSE与MAX490ESA的作用是使信号电平（TTL电平）转换为RS-232或RS-485电平，或进行二者之间的逆转换。

2.2 以太网接口

在装置中选择RTL8019AS作为以太网控制芯片。选择好DSP芯片和网络芯片之后，要以TMS320VC33和RTL8019AS构建以太网，关键在于DSP 处理器与网卡控制芯片之间的接口设计。下面就讨论TMS320VC33芯片与RTL8019AS芯片之间如何进行连接，从而实现有效的数据通信。

在TMS320VC33和RTL8019AS之间通过XILINX公司生产的CPLD芯片XC95144进行连接，硬件结构的示意图如图2所示，其中XC95144在接口电路中起逻辑转换的作用，存储芯片AM29F400B75EC用来存储网卡芯片初始化等信息。

基于DSP与RTL8019AS组成的以太网，DSP主处理器与网卡之间的接口主要实现的功能有[5-7]：

(1) 主处理器通过接口电路对网卡芯片进行控制，包括对网卡的逻辑控制、读写控制、复位等;

(2) 主处理器与网卡之间的数据交换，DSP通过接口电路对网卡接收数据进行读取，将需要发送的数据写入网卡缓存。

3 通信功能的软件实现

3.1 串行通信的软件设计

3.1.1 UART的驱动程序设计

对于通用异步接收发送器（UART）TL16C752的驱动程序设计，就是对与DSP芯片通信相关的内部寄存器进行操作，下面就简要介绍一下相关的寄存器的情况与设置。

3.1.1.1 线路控制寄存器（LCR）

线路控制寄存器(LCR) 存放串口传送的二进制位串数据格式，LCR 是一个8位的寄存器，各位的定义如下：d0d1是字长选择位，若d0d1=00，传送的字长为5 位; d0d1=1 时字长为6；d0d1=0时字长为7；d0d1=11 时字长为8。d2位是停止位选择，d2=0 时停止位为1位；d2=1时停止位为1.5位。d3=0 时校验有效；d3=1 时检验无效。d4是校验类型位， d4=0 时进行奇校验；d4=1 时进行偶校验。d7位(DLAB) 是锁定波特率发生器位， d7=1 时访问波特率因子寄存器; d7=0 时访问其他寄存器。

在本系统中，使d0d1=11，选择的8位字长；d2=0，选择1位停止位；d3=0，校验有效；d4=1，选择进行偶校验。

3.1.1.2 波特率因子寄存器（DLL&DLH）

两个8位的波特率因子寄存器构成一个16位的波特率因子寄存器。在TL16C752的内部具有波特率发生器， 产生发送数据的时钟信号。波特率因子可以通过下列算式求出:

波特率因子=基准时钟频率/ (16×波特率)

在本系统中，我们采用的基准时钟频率为1.8432MHZ，先将LCR中的d7置1以便访问波特率因子寄存器，再将波特率因子寄存器写为16，将波特率设为9600。接着将LCR中的d7写回0，以便访问其它寄存器。

3.1.1.3 FIFO控制寄存器（FCR）

这个寄存器用来设置FIFO的允许/禁止、清除FIFO、设置接收FIFO的触发级别和选择DMA模式。先将FIFO的d0写1，以使能接收与发送FIFO；将它的d0d1全写1，用于复位接收与发送FIFO；将d6d7两位写1，设置接收器FIFO中断的触发标准为60characters。

3.1.2 通信的软件设计

除了发送接收程序段在定时器中断中执行以保证稳定的通讯速率外，保护软件通讯模块的大部分工作在主程序初始化后的死循环中进行。使用了串口芯片的FIFO功能以提高通讯的速度。

在约定的监控系统与保护系统之间采用主从方式进行通讯，因而保护系统总是被动接收指令，即始终为从动站。保护系统的通讯模块在完成初始化工作后随即进入接收状态。当通讯接口收到完整的链路规约数据单元（LPDU）时将对其进行校错，出错丢弃这个数据单元。保护系统收到的LPDU有3种类型：第一种是2级数据请求帧，保护系统将以测量值LPDU作为回答；第二种是1级数据请求帧，此时先判断FCB是否变化，有变化则以新的ASDU形成LPDU并填充发送缓冲区，否则重发上一个LPDU；第三种是命令帧或下传数据帧。在这里我们将2级数据与1级数据同时召唤，使用户进程得以简化。当保护系统完成监控命令或准备好应答数据时，将形成发送数据包的若干个ASDU等待传送，然后发送规定格式的命令确认帧以通知监控系统接收命令执行结果或反馈数据。另外，有启动事件或故障事件发生时，保护系统会将上传LPDU的ACD位置位，以通知监控系统建立启动/故障数据传输过程。保护系统的程序流程图如图3所示。

3.2 以太网通信的软件设计

通过对DSP编程， 来实现RTL8019AS初始化、发送数据、接受数据，嵌入式TCP/IP协议等功能，在处理数据步骤之前，还需要对网络控制器进行必要的检测、复位和初始化。网络接口通过2个DMA操作来完成数据的接收和发送。本地DMA完成RTL8019A S与其内部FIFO队列之间的数据传送，远程DMA 完成RTL8019AS与CPU之间的数据传送。

3.2.1 RTL8019AS的初始化

要进行网络通信就必须对网络控制芯片初始化，初始化比较烦琐，但是它有着非常重要的地位，往往决定着网络通信的一些重要参数。为了使RTL8019AS启动并处于准备接收或准备发送数据的状态，必须对相关的寄存器进行初始化。这些寄存器主要包括指令寄存器CR，数据结构寄存器DCR，远程字节数寄存器RBCR，页面开始寄存器PSTART，页面停止寄存器PSTOP，中断状态寄存器ISR，中断屏蔽寄存器IMR，实际地址寄存器PAR0-5，多点地址寄存器MAR0-7，当前页面寄存器CURR，传输配置寄存器TCR，接收结构寄存器RCR等。

3.2.2 数据的收发

通过对地址及数据口的读写来完成以太网帧的接收与发送。要接收或发送数据包就必须读写网络控制卡RTL8019AS内部的16KB的RAM，必须通过DMA进行读和写，网络接口通过2个DMA操作来完成数据的接收和发送。即本地DMA完成RTL8019A S与其内部FIFO队列之间的数据传送，远程DMA 完成RTL8019AS与CPU之间的数据传送。

3.2.2.1 数据包的发送

数据包的接收大体包括三个步骤：数据包的封装，通过远程DMA将数据包送到数据发送缓存区，通过RTL8019AS的本地DMA将数据送入FIFO进行发送。下面讲述发送的具体操作：

(1)数据包在发送前按规定的格式封装好，在封装时我们采用的是一个标准的IEEE802.3以太网物理传输帧格式，它的基本封装格式如表1所示。

(2)把按以太网帧格式封装好的数据包通过远程DMA写入RTL8019AS的数据发送缓存区。具体操作是首先主机设置好远端DMA开始地址(RSAR0，1)和远端DMA数据字节数(RBCR0，1)，并在CR中设置为“写数据”，就可以从远端DMA口寄存器里把数据写入芯片RAM。

(3)启动本地DMA将缓存区内的数据发送出去。即待发送的数据包存入芯片RAM后，给出发送缓冲区首地址和数据包长度(写入TPSR、TBCR0，1)，然后启动发送命令(CR=0x3E)即可实现8019AS发送功能。8019AS芯片会自动按以太网协议完成发送并将结果写入状态寄存器。

3.2.2.2 数据包的接收

以太网数据包的接收过程和数据包的发送过程刚好相反。首先是将网络上的电信号变成数据存入芯片的接收缓存中，然后主机设置好远端DMA开始地址(RSAR0，1)和远端DMA数据字节数(RBCR0，1)，并在CR中设置“写数据”，从远端DMA口寄存器里把数据从芯片RAM读到系统RAM中。接收缓冲区构成一个循环FIFO队列，PSTART、PSTOP两个寄存器限定了循环队列的开始和结束页，这两个寄存器的设置是在以太网控制芯片的初始化中完成的。CURR为写入指针，受芯片控制，BNRY为读出指针，由主机程序控制，根据表达式“CURR=BNRY+1?”可以判断是否收到新的数据包，新收到的数据包按表2的格式存于以CURR指出的地址为首址的RAM中。当CURR=BNRY时芯片停止接收数据包。

3.2.3 嵌入式TCP/IP协议选择

TCP/IP协议实质上是一系列协议的总称，TCP/IP协议是一组不同层次上的多个协议的组合，包含十几个协议标准[8]。本文介绍的以太网接口是专门为继电保护而设计的，不要求实现所有的TCP/IP协议，所以选择的嵌入式TCP/IP是对TCP/IP协议族进行选择并简化而形成的协议集合。本设计实现的协议如图4所示，通常分为四层（物理层除外）。

(1)链路层中实现了ARP（地址解析）协议。它主要是将32位的IP地址动态地映射为48位的以太网地址，从而保证网络的正确传输。另外，在设计中把IP地址存储于本地存储器中，不必从其他服务器得到IP地址，这样就无需实现RARP（逆地址解析）协议。

(2)在网络层中主要实现了IP（网际）协议和ICMP（网络控制报文）协议。IP协议是TCP/IP 协议簇中最核心的协议，它提供无连接的数据报传送服务，所有上层协议都要以IP数据包格式传输。ICMP协议负责传递差错报文以及其它需要注意的信息，在设计中只实现了对回显请求（类型代码为0）报文的处理，从IP层收到ICMP包后，判断其类型代码段是否为0，如果是，将类型字段与代码字段设置为00（回显应答），计算检验和，再交给IP层发送；如果不是，则予以丢弃。从而实现了对ping功能的支持。

(3)在运输层实现了UDP（用户数据报）协议。运输层中包括两种不同的协议：TCP（传输控制协议）和UDP（用户数据报协议）。TCP是一种面向连接的、可靠的传输层协议，但其时延难以把握，不利于实时数据的传输；UDP协议是一种不面向连接的协议，它只是简单地把数据报从一台主机发送到另一台主机，但并不保证该数据报能到达另一端，可靠性必须由应用层来提供，但其有实时性强的特点，能在同一时间将信息传递给所有节点。因此，在微机保护装置中考虑快速性的要求，选择了UDP协议。

(4)应用层主要指用户进程，在保护装置中采用的是国际电工委员会新制定的IEC61850标准，它可以用来实现面向对象和设备的无缝联接通信。

4 结束语

本文介绍了微机保护的一种通信系统，该通信系统采用以太网通信与串行通信相结合的方式构成。文章设计了通信系统的硬件结构、编写了驱动程序与功能软件。设计的通信系统不仅可以满足以太网组网的要求，也可以兼容传统的串行通信要求，将大大地促进电厂和变电站综合自动化的进程。

参考文献：

[1] 习伟.新型高压线路保护装置的管理与通讯系统的研究[D].华中科技大学硕士学位论文，2003.

[2] 李正天.新型发电机保护装置及其通信系统的研究[D].华中科技大学硕士学位论文，2005.

[3] 吴在军，胡敏强，杜炎森.嵌入式以太网在变电站通信系统中的应用[J].电网技术，2003，27(1):71-75.

[4] 杨刚，杨仁刚，郭喜庆.嵌入式以太网在变电站自动化系统智能化电气设备的实现[J].电力系统自动化，2004，28(3):74-77.

[5] 卢虎.基于DSP的以太网技术及其实现[D].西北工业大学硕士学位论文，2003.

[6] 郭胜江，陈朝阳.一种基于DSP的可插拔式以太网接口的设计与实现[J].电子工程师，2004，33(3):41-44.