發(fā)布時間：2022-04-25 05:02:25
開篇：寫作不僅是一種記錄，更是一種創(chuàng)造，它讓我們能夠捕捉那些稍縱即逝的靈感，將它們永久地定格在紙上。下面是小編精心整理的1篇衛(wèi)星通信系統(tǒng)論文，希望這些內容能成為您創(chuàng)作過程中的良師益友，陪伴您不斷探索和進步。
互補濾波器
陀螺和加速度計這兩種傳感器輸出特性不同：陀螺的高動態(tài)適應能力強，但是受到漂移誤差的影響，低頻段表現(xiàn)欠佳；加速度計在靜止狀態(tài)下準確率高，而當載體動態(tài)特性較大時由于機動加速的干擾導致測量誤差較大。因此需選取合適的姿態(tài)估計算法充分利用這兩種傳感器的優(yōu)點，融合出比單個傳感器更可靠、更準確的姿態(tài)信息錯誤！未找到引用源。。而互補濾波器正符合上述需求，以yθ表示加速度計估計姿態(tài)值，yω表示陀螺測量值，?θ表示濾波器估計姿態(tài)值，C(s)表示調節(jié)系數(shù)，則互補濾波器的基本結構如圖2所示將圖2的基本結構進行離散化處理并加入坐標變換模塊，可得到互補濾波器姿態(tài)估計算法：3軸陀螺輸出ω根據式（1）乘以C和采樣間隔ΔT，得到載體姿態(tài)角的變化量，將其與上一時刻估計姿態(tài)?k相加，即得到載體估計姿態(tài)1?k+。將加速度計估計姿態(tài)k減去?k得到姿態(tài)修正量Δ。修正量Δ一方面乘以比例調節(jié)系數(shù)Pk，對k+1進行直接校正，另一方面通過?1C轉換至慣性系對陀螺的漂移存儲?kb進行校正。姿態(tài)估計算法的結構如圖3所示。
加速度計輸出校正
載體在運動時所受到的機動加速度，會在加速度計的輸出中與重力加速度一并表現(xiàn)出來。此時若仍用式（3）計算姿態(tài)角，得到的k會與實際姿態(tài)不符，這必然會導致姿態(tài)估計算法的精度變差。如果可以得到機動加速度的估計值，用以校正加速度計輸出，就可以得到精確的k，進而得到精確的估計姿態(tài)。
1機動加速度補償
機動加速度的補償關鍵在于線加速度和向心加速度的求解。單基線GPS的輸出信息中包含載體的速率信息，將載體速率進行微分，就可以得到載體所受到的線加速度；利用載體速率信息和z軸陀螺輸出，可以對向心加速度進行補償。可得校正后的x軸和y軸加速度：
2側滑角補償
式（6）是在假設GPS測得的航向vψ與載體的航向角ψ一致時得到的，而在實際的行車過程中，當車體轉彎時，vψ與載體航向ψ之間會產生一個夾角，該夾角稱為側滑角(sideslip)sψ，若載體的速率為v，加速度為dv/dt，則側滑角sψ的示意圖如圖4所示。由于側滑角sψ的存在，使得線加速度和向心加速度在載體的x軸與y軸都有影響，這樣就導致利用式（6）進行的補償在轉彎時并不準確，因此應在轉彎時加入側滑角補償。設sψ在轉彎過程中的變化率為d/dsψt，根據圖4可得加入側滑角補償?shù)募铀俣扔嬢敵鲂Ｕ磉_式：
GPS遮擋問題的解決
本文中所采用的單基線GPS需要兩個天線同時收到6顆以上相同衛(wèi)星的信號，才能得到滿足精度要求的載體航向。實際應用中，載體路過橋梁、涵洞、隧道甚至樹林時，都有可能導致GPS信息嚴重衰減甚至完全消失。為了解決GPS遮擋的問題提高算法適應性，根據GPS收星情況對算法進行了改進：當GPS收星數(shù)N≥6時，正常利用GPS信息對加速度計輸出進行校正；當GPS收星數(shù)N<6時，在算法中加入開來降低載體機動對姿態(tài)估計的影響，當滿足開關判斷準則時，僅利用陀螺的信息對載體姿態(tài)進行遞推，由于陀螺漂移誤差的變化很慢，在一定時間內是可以保證估計精度的。利用上述方法，能夠使算法在GPS信息出現(xiàn)短暫遮擋時正常工作。
實驗分析
本文選用星網宇達公司的微機械IMU產品XW-IMU5220，包含3個正交放置的陀螺以及3個加速度計，和單基線GPS產品XW-ADU3601。將型號為XW-ADU7612的AHRS(姿態(tài)精度滿足±0.2°)與IMU固聯(lián)并一同安裝在載體上，作為驗證算法的基準。安裝方法如圖5所示。傳感器直接估計出的姿態(tài)如圖7所示。從圖7中可見：陀螺估計的姿態(tài)會隨著漂移誤差的積累不斷偏離真實姿態(tài)，而加速度估計姿態(tài)一直存在干擾噪聲，并且一度出現(xiàn)近10°的誤差，這顯利用互補濾波器進行姿態(tài)估計的結果如圖8所示。將圖8與圖7相比較可見，利用互補濾波器對姿態(tài)進行估計可得到比兩種傳感器單獨估計都要好的精度，但是估計的效果仍然有較大誤差（約5°）。為了驗證式（6）的補償效果以及第4節(jié)中的分析內容，圖9所示為利用式（6）進行補償后的姿態(tài)估計結果與側滑角。從圖9中可見，經過機動加速度補償后，進一步提高了姿態(tài)算法的估計精度，最大誤差已經達到2°以內，但是在載體有轉彎運動時誤差有明顯的躍變。由于/2sψ<π，從式（7）可知xA對sψ是正相關關系，因而俯仰角對sψ是負相關關系。而yA與sψ的關系取決于sψ的大小、dv/dt以及vω的大小，這正與圖9中的關系圖相一致。在姿態(tài)估計算法中加入側滑角補償后的估計誤差如圖10所示。從圖10可見：通過加入側滑角補償，姿態(tài)估計算法不僅能夠消除載體加速運動和轉彎運動對估計的影響，還能去除側滑角的影響，使姿態(tài)估計誤差控制在±0.5°以內，滿足“動中通”的指向精度要求。為了驗證LCAE算法在GPS信號出現(xiàn)短暫遮擋的情況下的效果，選取另一組單基線GPS不能全程鎖定的實驗數(shù)據進行驗證，實驗路段包括高架橋遮擋和高層建筑物遮擋等情況。實驗路況照片和單基線GPS收星數(shù)如圖11所示本文LCAE算法姿態(tài)角估計誤差和開關卡爾曼方法的誤差比較如圖12所示。在圖12中：開關卡爾曼方法俯仰角估計誤差均值為?0.22°，標準差為0.190，橫滾角估計誤差均值為?0.07°，標準差為0.303；本文LCAE算法俯仰角估計誤差均值為?0.05°，標準差為0.115，橫滾角估計誤差均值為?0.05°，標準差為0.136。在單基線GPS收星數(shù)較少的情況下，開關卡爾曼算法最大誤差絕對值達到1.287°，而本文算法在單基線GPS收星數(shù)較少的情況下，能夠達到±1°的精度，仍然滿足動中通的指向精度要求。
結論
本文提出了一個應用單基線GPS/IMU的LCAE算法。該算法以互補濾波器為基本結構，分別提取出陀螺的高頻測量信息和加速度計的低頻測量信息并重新組合。針對加速度計輸出受載體機動加速度干擾的問題，借助于單基線GPS的信息，通過機動加速度補償和側滑角補償完成了對加速度計輸出的校正；針對校正過程容易GPS信號遮擋影響問題，加入了判斷開關提高了算法對GPS信號的適應能力。實驗結果表明，設計的LCAE算法能夠較好地去除載體運動對姿態(tài)估計的影響，使系統(tǒng)的精度保持在±0.5°以內；在GPS信號不能完全鎖定的情況下，算法的估計精度優(yōu)于開關卡爾曼方法，可達±1°，滿足了動中通系統(tǒng)的指向精度要求。
作者：田方浩姚敏立周淑華伍宗偉單位：第二炮工程大學403教研室第二炮工程大學有線通信教研室
摘 要：分析了將移動IP技術應用于星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)的優(yōu)勢及直接使用的缺陷，指出引入相關擴展技術的必要性。然后對蜂窩IP技術進行了簡單介紹，指出了將該技術應運到無星際鏈路的星座通信系統(tǒng)中的可行性。根據蜂窩IP的特點，采用以信關站為中心結點的方式對衛(wèi)星網絡結構進行了改造，并對系統(tǒng)的切換、路由和位置管理進行了分析。最后對使用了蜂窩IP的衛(wèi)星網絡的性能進行了分析。
關鍵詞：移動IP;蜂窩IP;星座衛(wèi)星通信系統(tǒng);切換;路由;位置管理
移動通信與Internet技術的融合催生了移動IP技術的產生。移動IP技術主要解決通信終端或節(jié)點移動接入因特網的問題，自其出現(xiàn)以來，就得到了迅速發(fā)展，并且引起了人們的普遍關注，目前已經成為下一代基于全IP的移動通信網的主要技術。衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為下一代移動通信網絡的一部分，其采用IP技術與地面網絡的互連互通是大勢所趨，同時由于衛(wèi)星系統(tǒng)天然的用戶移動性特點，應用移動IP技術也將是未來系統(tǒng)的重要選項[1]。
然而，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，由于衛(wèi)星一直處于高速運動狀態(tài)，其服務覆蓋區(qū)也一直處于變化當中，因此，即使用戶處于靜止狀態(tài)也面臨著頻繁的與衛(wèi)星的切換。基于上述原因，如果在系統(tǒng)中直接使用移動IP協(xié)議則必然存在由于切換而帶來的頻繁的路由更新，從而導致路由信息占用大量系統(tǒng)帶寬資源，同時也加大了對衛(wèi)星星上處理能力的要求。此外，移動IP的三角路由缺陷還可能導致系統(tǒng)時延的進一步增加和信令開銷的進一步加大。因此，對移動IP協(xié)議進行適當修改，增加對用戶微觀移動性的考慮，如在系統(tǒng)中引入微移動IP技術，可以更好地適應衛(wèi)星系統(tǒng)特點。本文將討論把移動IP的擴展技術――蜂窩IP應用到無星際鏈路星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)的可行性以及相關性能分析。
1 蜂窩IP技術簡介
蜂窩IP（Cellular IP）[2―4]是微移動IP協(xié)議的一種，他支持尋呼、被動連接和快速切換等業(yè)務。該協(xié)議將整個網絡劃分成若干個蜂窩，每個蜂窩含有數(shù)個基站但只存在一個網關。當用戶在一個蜂窩內移動時，盡管他有可能在多個基站間切換，但只要他不移動到另一個蜂窩中，就不需要向家（HA）發(fā)送注冊信息。在Cellular網絡中，基站周期性的發(fā)射信標信號，移動主機利用這些信標信號來確定最近的基站。移動用戶發(fā)出的所有分組，不根據目的IP地址進行選路，而是從基站向網關以逐跳方式沿最短路徑轉發(fā)。移動主機的上行分組觸發(fā)和更新著的多個映射構成一個鏈，該鏈實際上構成了用于轉發(fā)下行分組的反向路徑。當移動主機發(fā)生移動時，映射構成的鏈路通過更新映射關系來指向新的位置。
Cellular IP支持尋呼業(yè)務。當移動主機處于活動狀態(tài)時，網絡必須逐個基站跟蹤其位置，以保證分組可以傳送到移動主機。因此，移動主機必須在每次切換后馬上通知網絡其新的位置，網絡必須保證其對移動主機的精確位置跟蹤。然而在現(xiàn)實中，相當多的用戶在相當長的時間內是處于不工作狀態(tài)的，如果采用對活動用戶的跟蹤方式，將勢必占用大量網絡資源，為此，蜂窩IP引入了尋呼功能。其優(yōu)秀構造是在蜂窩節(jié)點引入兩套緩存機制即路由緩存和尋呼緩存，對活動主機使用路由緩存，對空閑主機使用尋呼緩存。系統(tǒng)將網絡劃分成不同的尋呼區(qū)域，每個尋呼區(qū)域由相當數(shù)量的相鄰的小區(qū)組成（認為每個小區(qū)有一個基站），并且有惟一的標識。基站在周期性的發(fā)送的信標信號中加入尋呼區(qū)域的標識，以使移動主機能夠確定自己移動到哪個尋呼區(qū)域。Cellular IP網絡允許空閑主機在一個尋呼區(qū)域內移動時，并不需要在每個小區(qū)的邊界發(fā)送位置更新包。移動用戶只需要在移動到不同尋呼區(qū)時或者是在尋呼更新時刻到達時發(fā)送更新包。
處于空閑狀態(tài)的移動用戶發(fā)送分組數(shù)據的過程與處于活動狀態(tài)的用戶基本相同，分組沿最短路徑以逐跳方式路由到網關，以此觸發(fā)或更新映射鏈，同時該鏈也作為轉發(fā)下行分組的反向路徑。
移動主機接收突發(fā)分組數(shù)據的過程稍顯復雜。當IP包到達一個蜂窩網絡節(jié)點，首先查尋該節(jié)點的路由緩存是否可用，如可用則向下轉發(fā)，一旦發(fā)現(xiàn)該節(jié)點不存在移動用戶的路由信息或者路由信息已經過時不可用，則使用尋呼緩存來路由該包。由于尋呼緩存并不在每一個網絡節(jié)點上都存在，如果該節(jié)點無尋呼緩存，則將該數(shù)據包轉發(fā)給所有的下行鄰居。如果數(shù)據包到達的節(jié)點的尋呼緩存中沒有到達目地節(jié)點的映射，則將該包丟棄。
2 應用蜂窩IP技術的衛(wèi)星通信系統(tǒng)網絡結構
蜂窩IP技術在星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)中有天然的適應性[5―7]。星座系統(tǒng)由數(shù)個衛(wèi)星對地面進行不間斷覆蓋，每顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū)即可以理解為一個蜂窩區(qū)域，整個地球即被分成數(shù)個蜂窩域。然而，若以一個衛(wèi)星覆蓋區(qū)作為一個蜂窩，由于衛(wèi)星的運動，其地面覆蓋區(qū)也一直處于運動之中，此時必然引起頻繁的切換和較大的路由信令開銷。又由于在不存在星際鏈路的衛(wèi)星系統(tǒng)中，任何用戶間（包括網內網外）的通信都需要地面信關站的轉發(fā)，因此，設定以一個地面信關站的實時覆蓋區(qū)作為一個蜂窩。地面信關站的實時覆蓋區(qū)即為在滿足最小仰角的情況下，該區(qū)域的任何點在任何時刻都與該信關站至少共視一顆衛(wèi)星。圖1仿真了最小仰角30°時北京信關站（經度116.5°，緯度39.9°，圖中黑色五角星處）的實時覆蓋區(qū)，圖2在圖1的基礎上增加了烏魯木齊信關站（經度87.5°，緯度43.9°）的實時覆蓋區(qū)。仿真使用的空間段為類Globalstar星座，共有48顆星分成8個軌道，每軌道6顆星呈Walker星座分布。為便于地面站觀測，將軌道高度設為1 414 km（周期為113 min，此時為回歸軌道）。同時為簡化衛(wèi)星星體結構，衛(wèi)星無星際鏈路，只是單純的轉發(fā)信號，為彎管式轉發(fā)器。
由圖2可知，在不同仰角的情況下，只要適當設置關口站并通過地面網使各個關口站互連，就可實現(xiàn)全球的無縫覆蓋。在該系統(tǒng)中，以信關站實時覆蓋區(qū)作為一個蜂窩，同時將信關站作為該蜂窩域的網關，他負責為整個域內的移動用戶提供登記、注冊、位置管理和資費管理等服務。信關站也作為該區(qū)域內的家（HA）或者外地（FA），用戶在本區(qū)域內移動時，即使在多顆衛(wèi)星間切換，也不需要向家（HA）登記，而一旦漫游到另一個信關站覆蓋區(qū)，則用戶通過衛(wèi)星將注冊信息發(fā)送到外區(qū)信關站（此時作為FA），外區(qū)信關站然后通過地面網絡向該用戶的家（HA）登記。根據Cellular IP分布式數(shù)據庫原理，系統(tǒng)各信關站分別存儲該域內的用戶位置信息，并且要求其存在路由和尋呼兩套緩存機制。
在該系統(tǒng)中，衛(wèi)星只是發(fā)揮類似地面網基站的功能，他負責為覆蓋區(qū)內的用戶提供無線接入服務。為了減少系統(tǒng)信令開銷，衛(wèi)星雖然不具備星上處理能力，但仍然要求其帶有一定的緩存機制，即要求其存在路由緩存而不需要存在尋呼緩存。
整個系統(tǒng)網絡結構框圖如圖3所示，信關站與衛(wèi)星通過星地鏈路相連，而信關站之間則通過地面網絡互連。為了進一步減小系統(tǒng)信令開銷，根據Cellular IP的基本原理，對活動主機要求逐個衛(wèi)星連續(xù)跟蹤，即一旦與衛(wèi)星切換，則立即通知該信關站，因此將一個信關站實時覆蓋區(qū)作為對活動主機的一個路由服務域，如圖3實線所示，所有信關站間都進行路由緩存信息的交流。而對于空閑的移動用戶，跟蹤粒度相對較松，根據衛(wèi)星通信系統(tǒng)特點，可以適當擴大尋呼區(qū)域，即將幾個相鄰信關站實時覆蓋區(qū)當作一個尋呼區(qū)域，在實際操作中，可根據國界或地理區(qū)域的限制將數(shù)個信關站實時覆蓋區(qū)作為一個尋呼區(qū)，并把其中一個信關站尋呼緩存當作總尋呼路由緩存，而只把其他信關站的緩存作為分尋呼緩存，如圖3虛線所示，將三個信關站作為一個尋呼區(qū)域，尋呼緩存信息只在本尋呼區(qū)域內的信關站間交流，具體工作過程將在下面說明。
3 星座通信系統(tǒng)切換、位置管理和路由方案
3.1 切換管理
在該衛(wèi)星通信系統(tǒng)中有三種切換發(fā)生，分別是衛(wèi)星與地面信關站的切換、用戶與覆蓋衛(wèi)星的切換、用戶到不同信關站覆蓋區(qū)的切換。由圖1、圖2可知，在最小仰角為30°時，信關站實時覆蓋區(qū)區(qū)域已相當縮小，在考慮高速寬帶業(yè)務時，可能需要更高的仰角，因此其覆蓋區(qū)將進一步變小，進而導致移動用戶（特別是對飛機等在大范圍移動的用戶）在不同信關站間的切換將經常發(fā)生。根據蜂窩IP的概念，這種切換實際上是在相鄰蜂窩小區(qū)間進行，其切換準則只需采用與地面移動通信系統(tǒng)相類似的協(xié)議。對于衛(wèi)星與地面站的切換，由于地面信關站往往具有很強的實時處理和運算能力，并且由于衛(wèi)星星歷在相當精度內具有可預測性，因此這種切換可以由地面站單向控制，具體采用何種切換準則需要和用戶與衛(wèi)星間的切換準則進行綜合考慮。一旦切換發(fā)生后，信關站應立即讓所屬衛(wèi)星停止發(fā)送含有以前的蜂窩區(qū)域標識及尋呼區(qū)域標識的信標信號，轉而發(fā)送帶有新的標識的信標信號。
任一時刻用戶可能接收到屬于不同信關站的多個衛(wèi)星轉發(fā)的信標信號，由于蜂窩IP被動連接和快速切換的要求，用戶首先要甄別自己在哪個信關站的實時覆蓋區(qū)內，此時用戶可根據最強最多的標識信號自主判決。當知道自己所屬位置區(qū)后，用戶根據信標信號中的標識信息，只對含有自己所屬信關站標識信號的信標信號進行比較處理。考慮到移動用戶機的體積、重量要求，其計算能力將受到限制，因此對于他采用簡單的信號最強準則進行切換，即用戶一旦檢測到比當前信號強的信標信號則馬上切換到該衛(wèi)星，上行分組從而通過該衛(wèi)星轉發(fā)到信關站，衛(wèi)星及信關站在轉發(fā)過程中記錄或更新新的路由，同時將老路由刪除，并以此反向路徑轉發(fā)下行分組。
3.2 位置管理與路由方案
使用蜂窩IP技術的星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)，其位置管理與路由方案與在地面系統(tǒng)中類似，也分為活動和空閑兩種控制管理機制。在用戶活動狀態(tài)時，當有數(shù)據發(fā)送時，用戶發(fā)出的上行分組數(shù)據先通過衛(wèi)星路由到覆蓋區(qū)地面站，然后根據IP地址轉發(fā)至目的地，衛(wèi)星及地面信關站也據此分組保存用戶位置信息及路由信息，同時將其反向鏈路作為下行分組的轉發(fā)路徑；當需要接收數(shù)據時，數(shù)據包先發(fā)送到信關站，然后查詢本地路由緩存，若存在用戶路由信息，則向指定衛(wèi)星轉發(fā)，然后路由到用戶，若不存在，則丟棄該包。在用戶空閑狀態(tài)時，當有數(shù)據要發(fā)送時，其上行分組通過信標信號最強的衛(wèi)星轉發(fā)至覆蓋區(qū)信關站，此時，用戶路由及位置信息已經更新（或者建立），用戶由空閑轉為活動；當有分組轉發(fā)至該用戶時，IP數(shù)據包先轉發(fā)至含有主尋呼緩存的信關站，查詢主尋呼緩存，根據查詢結果轉發(fā)分組，若屬于本信關站覆蓋區(qū)，則通過所屬衛(wèi)星廣播，用戶接收到分組后被激活，若不屬于本信關站覆蓋區(qū)，則向與其同屬一個尋呼域的含有分尋呼緩存的信關站轉發(fā)，用戶收到分組后也被激活。
用戶處于活動狀態(tài)時，每切換到一新的衛(wèi)星覆蓋區(qū)，則發(fā)送路由更新包；處于空閑狀態(tài)時，則只到尋呼超期時刻或漫游到另一尋呼區(qū)域時才發(fā)送尋呼更新包。衛(wèi)星及地面信關站的緩存均設定超期更新時間，一旦過時，則緩存就設定為不可用狀態(tài)。同時，為了貫徹尋呼區(qū)域的概念，屬于同一尋呼域的含有分尋呼緩存的信關站應當向含有主尋呼緩存的信關站交流信息。為了移動用戶機的正常工作，衛(wèi)星周期性發(fā)送的信標信號中除了應包括信關站實時覆蓋區(qū)位置信息，還應該包含尋呼域信息。
4 性能分析
相對于普通的星座通信系統(tǒng)，引入IP概念后可以極大程度上滿足未來寬帶業(yè)務高速數(shù)據業(yè)務的發(fā)展要求，也便于與下一代地面網的兼容，同時根據IP特點，通過適當設置IP報頭，可以將系統(tǒng)控制與數(shù)據傳輸綜合考慮，簡化現(xiàn)有網絡。
衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用蜂窩IP技術相對于直接使用移動IP技術主要有以下優(yōu)點：
(1) 以信關站實時覆蓋區(qū)來劃分和區(qū)別蜂窩，其蜂窩要比普通地面系統(tǒng)或者單顆衛(wèi)星覆蓋區(qū)大的多，因此可以減少用戶在不同蜂窩間切換的概率；
(2) Cellular IP支持尋呼業(yè)務，無論是從業(yè)務需求或是減少信令方面考慮，都是非常必要并且實用的；
(3) Cellular IP將大量的路由、查詢功能放到了地面信關站，在衛(wèi)星只是加上了簡單的路由緩存機制，極大地簡化了并且降低了對衛(wèi)星的要求，增加了系統(tǒng)的可靠性；
(4) 信關站覆蓋區(qū)和尋呼區(qū)域的概念，一定程度上可以以一國國土范圍為界，充分考慮到了各國的信息安全和主權，便于世界各國間的合作。
5 結語
微移動IP協(xié)議在衛(wèi)星通信網絡中有相當大的應用空間，本文只是從下一代網絡全IP的方向考慮，探討了將Cellular IP技術運用到星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)的可能性，并根據蜂窩IP的相關原理，對無星際鏈路的衛(wèi)星系統(tǒng)網絡結構進行了改造，并且對網絡的切換、路由和位置管理進行了分析。蜂窩IP技術相對于純移動IP技術，應運到衛(wèi)星通信系統(tǒng)中能極大的提高移動性管理的效率、縮短時延，降低丟包率，但由于該技術是為地面網設計，對基站移動的情況未作考慮，因此下一步還需要在系統(tǒng)的切換問題上進行相應改進，同時對其他方面作一些定量分析，以確實該技術在衛(wèi)星網絡中的實用性，這是下一步的工作。
摘 要：由于雨衰是影響衛(wèi)星通信的重要因素,根據武警部隊衛(wèi)星通信網建設的需要,基于ITU-R制定的雨衰計算模型,選取6個典型城市進行雨衰計算,得到雨衰對Ku波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)的影響,分析得出地星路徑仰角越小,海拔越低,降雨率越大,降雨造成的信號衰減越大。
關鍵詞：衛(wèi)星通信；Ku波段；雨致衰減；EIRP
1 引 言
武警衛(wèi)星通信網的建設是適應新時期武警部隊信息化發(fā)展的需要,電波傳播研究表明,對于Ku波段的衛(wèi)星通信系統(tǒng),雨衰是影響通信質量的重要因素。電波由于雨滴吸收和散射而產生衰減,就是降雨衰減,簡稱雨衰。由圖1可以看出電波傳播所受的各種天氣的影響中,降雨衰減是最為重要的。
雨衰的大小與雨滴直徑和電磁波的波長有關,當電磁波波長遠大于雨滴的直徑時,降雨衰減主要是雨滴的吸收衰減,散射衰減則發(fā)生在雨滴直徑較大或者波長較短時。當電磁波的波長和雨滴直徑越接近時衰減越大,特別在10 GHz以上頻段,雨衰的影響會非常明顯,而且衰減值隨頻率和雨強的增加而增大。由于武警衛(wèi)星通信網所用頻率正是Ku波段,因此在通信鏈路的設計中必須考慮降雨對電波傳播的影響,由此來確定國內各地球站的設備,即天線增義和系統(tǒng)功率。通信網的建設必須保證全國范圍內的通信,由于我國幅員遼闊,地理面貌多種多樣,各地的降雨情況有很大的不同,這就要求在研究雨衰時,必須針對不同地區(qū)的降雨情況進行雨衰分析。
2 Ku波段地面-衛(wèi)星通信線路雨致衰減計算
根據武警部隊各總隊所在地區(qū)特點,同時考慮我國的地理形式,選取6個典型城市進行Ku波段的雨衰分析,分別為：海口、昆明、福州、北京、烏魯木齊、哈爾濱。這里計算衛(wèi)星鏈路上的雨衰采用ITU關于斜路徑降雨損耗的計算方法［1］。
3 武警衛(wèi)星通信系統(tǒng)雨致衰減分析
從以上的計算結果中看出雨致衰減受很多方面的影響,對于武警衛(wèi)星通信網的建設,必須綜合考慮經緯度,海拔,降雨率等各個方面的影響,由此可以得到不同地球站EIRP的變化和天線口徑的比較。其中:
下面給出在不考慮其他因素的影響時,降雨率、海拔、仰角與雨衰值之間的關系圖,如圖2~圖4所示。
從計算結果和圖中可以看出對于Ku波段降雨率的影響是所有因素中最為重要的,我國的降雨率有明顯的地區(qū)分別,其中新疆,西藏,青海,甘肅等西北地區(qū)的降雨率,明顯低于海南,廣州,福建等東南沿海城市,這使得武警部隊在這些地區(qū)建站時,天線的口徑可以根據降雨衰減適當增大或減小。比如烏魯木齊的降雨率為5 mm/h,降雨衰減為0.46 dB,海口降雨率則為124 mm/h,降雨衰減為23.23 dB,所以為了克服雨衰,海口天線增益要增大,EIRP值與天線口徑要隨之增大很多,而烏魯木齊則基本不用考慮雨衰的影響。
雨致衰減也會由于海拔高度的不同而不同,例如福州和昆明兩地的仰角相差為2°,但是海拔高度卻相差1 800多米,因此造成的雨衰差值達到11.85 dB,海拔高度越高,雨衰越小。武警衛(wèi)星通信網建站時,特別是設計機動型的車載站,當工作于山地,平原,盆地等具有不同海拔特性的地區(qū)時,EIRP值的設計要足夠大,能較好的抵消雨衰的影響。站點的配置要既能滿足通信質量的要求,又不會造成資源的浪費。
除了以上兩點影響外,衛(wèi)星通信鏈路的雨衰還與地星路徑的仰角有關,仰角不同,雨衰下的斜路徑長度就會不同,使得電波所受到的雨致衰減存在差別,仰角越大,路徑越短,雨衰值越小。武警衛(wèi)星通信網各總隊通信站最大仰角差位于海口和哈爾濱之間,為31.8°,當兩站取相同降雨率(50 mm/h)和海拔高度(112.5 m)時,海口的衰減值為7.59 dB,低于哈爾濱3.5 dB。但是由于海口的降雨率是哈爾濱的兩倍多,使得海口的實際雨衰高于哈爾濱12.14 dB。
4 結 語
本文根據ITU-T規(guī)定的降雨衰減計算模型,選取“鑫諾一號”衛(wèi)星(110.5),采用線極化方式,針對武警衛(wèi)星通信網所用Ku波段,計算了6個典型城市的降雨衰減,得到雨衰對Ku波段衛(wèi)星通信系統(tǒng)的影響,分析了影響雨衰的主要因素,分別給出了地星路徑仰角,降雨率,海拔與雨衰之間的關系圖,分析得出地星路徑仰角越小,海拔越低,降雨率越大,則降雨衰減越大,對于我國的Ku波段武警衛(wèi)星通信系統(tǒng),如何采取必要措施,減少降雨衰減對通信的影響,使得地面站的配置更加合理,既能滿足通信質量的要求,又盡可能的節(jié)省資金,將是對國家和武警部隊都有著重要意義的問題,值得我們進一步深入研究。
作者簡介
周艷秋 女,1984年出生,碩士研究生。研究方向為微波技術與天線。
賈 方 男,1984年出生,碩士研究生。研究方向為無線數(shù)據通信。
李 萍 女,1957年出生,教授,研究生導師。研究方向為微波技術與天線等。
【摘要】文章主要研究了低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的切換方案。本文從低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的信關站內用戶切換及跨信關站用戶切換兩方面出發(fā)，對通信系統(tǒng)切換方案設置、格式內容等進行探究，深入挖掘了通信系統(tǒng)切換的方案內容。與此同時，本文還對切換目標衛(wèi)星的選擇策略進行分析，全面研究了切換選擇策略對系統(tǒng)性能的影響。文章對低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)發(fā)展具有一定的貢獻性作用。
【關鍵詞】低軌衛(wèi)星;通信系統(tǒng);切換方案
1.低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)信關站內用戶切換
低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)信關站內用戶切換過程主要為：移動用戶接收系統(tǒng)信號-判斷信號內容并 發(fā)出需求報告-依照優(yōu)先級對切換需求報告進行排序，執(zhí)行切換過程-將消息給予目的衛(wèi)星，實施無線資源分配-確定無線資源內容，將消息傳回信關站-信關站接收應答，向用戶發(fā)送切換信息-用戶接收信息實施切換，目的衛(wèi)星檢測切換是否正確-驗證用戶消息正確，切換完成，釋放無線資源，清除命令，其具體流程見圖1。
圖1 低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)信關站內用戶切換流程圖
該流程中信關站及衛(wèi)星之間的切換基本信息格式為：TYPE（取值為MM-H）、HO-num（取值為1）、User-id（取值為用戶id）、SRC-Sat（取值為衛(wèi)星A id）、DST-Sat（取值為衛(wèi)星B id）、MSC（取值為信關站id）長度8bit，Sub-TYPE（取值為HANDOVER-REQUIRED）長度16bit。信息報告過程中當SRC-Sat與DST-Sat值相同時系統(tǒng)信關站內同一衛(wèi)星波束見間發(fā)生切換。系統(tǒng)各項信息格式在該格式上依照具體環(huán)境適當調整，其具體格式內容基本相同，切換完成后進行信息清除。
低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)切換過程中一旦發(fā)生信號異常，系統(tǒng)非常容易出現(xiàn)切換問題，造成切換終止，如信關站發(fā)送的切換需求應答信號（HANDOVER-REQUIRED-ACK）接收異常、信關站無法接收到系統(tǒng)接收到拒絕信號（HANDOVER-REQUIRED-REJECT）等。出現(xiàn)上述異常問題后信關站常通過自身需求適時選取對應執(zhí)行方案，其具體包括：
（1）重新進行切換，執(zhí)行切換過程;
（2）從切換需求報告（HANDOVER-REQUIRED）出發(fā)重新選取目的衛(wèi)星，選取對應目的衛(wèi)星體系重建切換，執(zhí)行切換過程;
（3）等待信關站發(fā)送下一切換需求報告（HANDOVER-REQUIRED）。
2.低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)跨信關站用戶切換
低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)跨信關站切換與其他切換之間存在本質上的差異，其信息內容可以在兩個信關站之間交互，可以實現(xiàn)移動應用。跨信關站切換過程主要為：移動用戶接收信號-從衛(wèi)星A向其他衛(wèi)星發(fā)送切換需求報告-依照優(yōu)先級進行排序，發(fā)送切換請求MAP信息-信關站B接收信息，形成切換請求消息-目的衛(wèi)星接收確認消息，分配無線資源-移動用戶接收切換命令，訪問無線資源-結束切換，清除命令，其具體切換見圖2。
圖2 低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)跨信關站用戶切換流程圖
該系統(tǒng)基本切換信息格式與信關站內部信息格式基本一致，其HO-num取值轉變?yōu)?，增加DST-MSC（取值為信關站B id）和，長度為8bit，其他基本無變化。移動用戶呼叫結束前，信關站A一直保持著呼叫控制狀態(tài)，在呼叫完成后需要對各項信息內容進行及時清除，否者系統(tǒng)正常切換將受到影響。
低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)跨信關站用戶切換過程中當信關站切換發(fā)生異常、信關站向外發(fā)射信號發(fā)生異常、移動用戶切換出現(xiàn)異常等均可以造成跨信關站用戶切換出現(xiàn)問題，導致執(zhí)行過程出現(xiàn)障礙。在上述異常狀況下信關站A可以依照具體環(huán)境選取對應執(zhí)行方案，其具體包括：
（1）進行衛(wèi)星B切換，重新執(zhí)行切換過程;
（2）從切換需求報告（HANDOVER-REQUIRED）出發(fā)重新選取目的衛(wèi)星，選取對應目的衛(wèi)星體系重建切換，執(zhí)行切換過程;
（3）等待衛(wèi)星A發(fā)送下一切換需求報告（HANDOVER-REQUIRED）。
3.低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的切換選擇分析
在對低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的切換進行選擇的過程中要把握好系統(tǒng)切換性能，要依照最終性能選取合理切換方式，從而保證切換效益的最大化。當前衛(wèi)星準則較為簡單，在切換選取的過程中沒有對無線信號傳播條件進行全方面考慮，整體切換效果并不顯著。本次研究過程中對無線信號傳播條件進行分析，依照用戶端及地球信關站之間的數(shù)據信息進行方案調整，有效提升了系統(tǒng)選取效益。
本次研究中的低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)切換主要通過衛(wèi)星波束的高速移動完成，移動狀況相對簡單。在方案選取過程中要把握好該特性對方案信號質量進行調整，形成對應目標衛(wèi)星選取策略，確保用戶能夠接收到最優(yōu)的衛(wèi)星信號信息。除此之外，信號準則內容也是影響低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的切換的關鍵。當在最強信號準則下，用戶自身高速移動會受到一定影響，切換次數(shù)將上升，因此，選取時要把握好方案切換狀況，依照該指標選取對應目標衛(wèi)星，通過該選取方式降低系統(tǒng)切換次數(shù)，從本質上提升低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的切換效益。
4.總結
低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)的切換直接影響著移動終端之間的無線通訊質量，對人們生活水平的提升具有至關重要的作用。該切換可以通過調整信關站、衛(wèi)星及接入點之間的關系形成最優(yōu)信號轉換通道，從本質上提升了衛(wèi)星服務效益。在今后研究過程中研究人員要拓展低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)信關站內、跨信關站切換內容，要對上述結構進行充分挖掘，從而實現(xiàn)衛(wèi)星通信研究效益的全面提升。
【摘要】 近些年，隨著防空防災系統(tǒng)的不斷發(fā)展和完善，人防應急通信系統(tǒng)逐漸引起了國內外廣大學者們的重視，它在各大領域中的地位也有了顯著的提高。為了在各類人防應急事件時能更好的進行協(xié)調統(tǒng)一調度，對人身安全和公共或私有財產安全進行更好的保護，各國都相繼建立了自己的人防應急系統(tǒng)。本文主要針對人防應急通信統(tǒng)中衛(wèi)星通信的應用進行了較為全面的分析，并且針對人防應急通信中衛(wèi)星通信系統(tǒng)的使用應注意的問題，進行了相應的闡述。
【關鍵字】 星通信系統(tǒng) 人防應急通信 應用
引言：衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有覆蓋面廣、長距離通信、可靠性強等優(yōu)點，衛(wèi)星通信不會輕易被地面的復雜通信狀況所干擾；通信系統(tǒng)相較于其他通信系統(tǒng)而言更加靈活，局限性較小；并且衛(wèi)星通信具有寬頻帶，大容量等優(yōu)勢，所以在人防應急系統(tǒng)中較為常見[1]。
一、人防應急通信
人防應急通信就是在發(fā)生自然災害或人為突發(fā)狀況，如火災、洪澇災害、大面積塌方、戰(zhàn)爭等情況時，利用不同的通信手段，建立合理的緊急救援通信網絡，以確保救助、救援工作能夠順利及時的開展。人防應急系統(tǒng)是一種多通信手段并存的興新技術，還涉及很多人員分配，技術配合等問題。與此同時，由于應急通信系統(tǒng)所處的環(huán)境的不確定性，救援隊時常對人防應急通新系統(tǒng)提出很多特殊的要求，以便在技術層面對通信系統(tǒng)提供更多的保障。人防應急通信系統(tǒng)示意圖如下所示[2]。
二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹
1、衛(wèi)星地面站。在進行高空衛(wèi)星通信的同時，人防應急通信系統(tǒng)可以在地面布置衛(wèi)星地面站，如短波電臺等，衛(wèi)星地面站可以用于各種自然災害、戰(zhàn)爭破壞下不同地形地勢中救災的指令轉達、資源分配和調度等使用，同時也可以應用到點對點通信系統(tǒng)中，如民眾通信。這種通信系統(tǒng)具有很強的可移動性，實時性等優(yōu)點，但是系統(tǒng)的安裝成本較高，并且一旦部署完畢很難拆除更改，所以具有一定的局限性。
2、衛(wèi)星電話。衛(wèi)星電話是一種較為穩(wěn)定的人防應急系統(tǒng)中常用的通信手段，它具有一定的穩(wěn)定性，靈活性，可以進行實時的指令傳達，但是存在終端設備限制等問題，無法大面積使用。
3、其他設備。較為常見的人防應急通信系統(tǒng)設備還有地面通信應急車、衛(wèi)星通信便攜站等，這些設備在一定程度上確保了人防應急通新系y的完備性、可操作性、可靠性、機動性[3]。
三、衛(wèi)星通信系統(tǒng)在人防應急通信中的應用
在人防應急通信系統(tǒng)中對衛(wèi)星通信就提出了如下要求：靈活性、穩(wěn)定性、大容量，高速率傳輸?shù)取Ｒ话愕膫鬏斔俾室鬄椋?Mbps-24Mbps，圖像分辨率一般要求為352×288以上。衛(wèi)星通信系統(tǒng)也應具備“總體部署、統(tǒng)一協(xié)調、應急通信為主、各個通信技術并存”的理念。
1、 在軍事突發(fā)事件中的應用。在軍事突發(fā)狀況下，主要的技術局限性體現(xiàn)在戰(zhàn)地的危險性、破壞性、反偵察性等。在這類人防應急狀況下對衛(wèi)星通信的要求較高，首先衛(wèi)星通信應具有較好的隱身性能，這就對衛(wèi)星的性能指標，如方向圖、增益等提出了較高的要求。此時可利用無人機、直升機等平臺進行衛(wèi)星通信系統(tǒng)的搭建。其次該系統(tǒng)需要具備較強的靈活性，可靠性等，可利用裝甲車這個平臺進行戰(zhàn)地部署。
2、在公共安全突發(fā)事件中的應用。在一些地質災害中，由于這些自然災害的突發(fā)性、不確定性，對此類人防應急狀況，通信系統(tǒng)就提出了靈活性、機動性等要求。此類災害是突然發(fā)生的，而且災害的類型無法預知，所以針對此類災害建立的系統(tǒng)可以進行底層基礎設施的搭建，并提供較多的兼容性接口，以便能夠實時適應各種新型技術手段，以及各種類型的突發(fā)狀況。
四、在人防應急通信中使用衛(wèi)星通信系統(tǒng)中應注意的問題
因為對人防應急通信系統(tǒng)有較高的要求，所以本文選取了衛(wèi)星通信的技術手段，但是衛(wèi)星通信對環(huán)境要求以及經濟要求較高，所以在建立衛(wèi)星通信系統(tǒng)時要注意相應的可靠性和穩(wěn)定性，兼容性等，又來避免不必要的拆除和修改，以更好的適應各種環(huán)境、各個時期的不同技術要求。
五、結論
衛(wèi)星通信具有實時性、遠距離性、寬頻帶等優(yōu)點，所以衛(wèi)星通信系統(tǒng)在人防應急通信系統(tǒng)中有較為廣泛的應用。
摘 要：小衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有研發(fā)費用少，重量輕，性能穩(wěn)定，信號覆蓋范圍廣以及不受地域條件限制等優(yōu)點，能夠對當前大型同步軌道的衛(wèi)星通信進行補充作用，在全球范圍內得到廣泛應用的同時也受到了眾多研究機構的重視，因此對小衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術進行研究同時具有實踐意義和理論意義。
關鍵詞：小衛(wèi)星；通信系統(tǒng)；作用；研究；意義
衛(wèi)星通信技術在軍事、政治、工業(yè)、生活等方面均具發(fā)揮著重要作用，而相比之下，小衛(wèi)星則更具有大型同步衛(wèi)星所無法實現(xiàn)的眾多優(yōu)勢而受到國內外研究學者的重視，同時，衛(wèi)星向小型化趨勢發(fā)展也是全球衛(wèi)星產業(yè)的主要發(fā)展方向。我國從21世紀初期開始著手小衛(wèi)星的相關研制和發(fā)射工作。
1 小衛(wèi)星的技術優(yōu)勢
第一，荷載較少小衛(wèi)星在每次的任務中一般僅需要裝載一種特殊設備，進而很好地避免了大型衛(wèi)星中出現(xiàn)的荷載間復雜配比問題。
第二，研制時間短、費用低小衛(wèi)星的研制一般只需經過一到兩年，同時相關的研究經費也相比大型衛(wèi)星明顯降低，因此更具有經濟性，更體現(xiàn)其實踐意義。
第三，重量輕小衛(wèi)星的重量一般較小，就當前國際情況來看，最微型的小衛(wèi)星的質量僅有幾百克，體積也很小，因此功能密度大，模塊可多次利用。
第四，信號覆蓋范圍廣，由于小衛(wèi)星具有較強的組網能力，因此能夠形成精度較高，功能強大而且信號覆蓋范圍廣的星座系統(tǒng)，進而易于補網和星座功能穩(wěn)定的優(yōu)勢。
第五，減緩頻率壓力小衛(wèi)星的星座中包括多顆衛(wèi)星，可以頻率復用，因此具有減小空間任務所具有的頻率壓力。
2 小衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要技術簡介
衛(wèi)星在通信中起著中轉作用，即將地球站傳送來的信號經過變頻和放大轉送到另一端的地球站，地球站是衛(wèi)星與地面信息系統(tǒng)的鏈接點，用戶通過地球站途徑進入衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，形成鏈接的電路信號鏈；為了確保系統(tǒng)的運行正常，衛(wèi)星通信系統(tǒng)必須和地面的監(jiān)測管理系統(tǒng)和測控系統(tǒng)想鏈接，測控系統(tǒng)能夠對通信衛(wèi)星運行的軌道進行檢測和控制，以保證地面檢測系統(tǒng)能夠對衛(wèi)星所傳送的通信信息進行有效的監(jiān)控，保證系統(tǒng)安全與穩(wěn)定的運行。小衛(wèi)星通信的關鍵技術主要有通信系統(tǒng)的鏈路預算以及接收機參數(shù)估計技術和同步技術等，其中鏈路預算技術是設計小衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要計算方法和參考依據，精確的鏈路預算能夠確保通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。近年來，通信系統(tǒng)接收技術和相應的算法逐漸由信號模擬技術向數(shù)字化轉變；由于衛(wèi)星通信整體碼速率有所提升因此對接收機的信息處理速度以及算法的復雜度、同步速度和穩(wěn)定性也提出了更高的要求；信息傳輸量的大幅增加使得遙測領域中逐漸采用比特傳輸速率更高的調制方式；由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)在數(shù)字通信過程中的發(fā)射機和接收機的晶振不同，以及移動平臺引起的多普勒效應，造成發(fā)射機和接收機之問會產生相位和頻率的偏移，這種多普勒頻移一般較高，即便在頻偏較大時，接受同步技術也應能夠正常工作，即捕獲帶寬較大。
3 小衛(wèi)星通信系統(tǒng)關鍵技術簡介
3.1 鏈路預算技術
鏈路預算，即對一通信系統(tǒng)中發(fā)射設備，傳送信道以及接收設備的通信鏈路的變化情況進行的全面核算，是對小衛(wèi)星通信系統(tǒng)性能的評價，具體而言是從發(fā)射端的信源起始，通過編碼、調制、變頻等多項操作，將信號通過天線發(fā)射出去，再由信道進行傳輸，最后到達接收天線處由接收機進行信息處理，解調所需信息。其重要性在于：
第一，可確定系統(tǒng)工作是否滿足系統(tǒng)實際需要。
第二，通過計算鏈路余量檢查系統(tǒng)能否滿足設計要求。
第三，驗證在部分設備具有硬件限制的情況下鏈路其他部分能否進行彌補。對于模擬電路來說，該性能指標是基帶信道的信噪比；對于數(shù)字電路來說，其性能指標是基帶信道上測得的誤碼率；衛(wèi)星鏈路分為兩種信號路徑：由地面站到衛(wèi)星的上行鏈路和從衛(wèi)星到地面站的下行鏈路，其中上行鏈路的信號發(fā)射過程包括編碼調頻上變頻放大功率等操作，信號從天線傳送到小衛(wèi)星的接收端，而下行鏈路則包括低噪聲放大下變頻解調解碼等操作，是地面站對接收信號的處理操作。與通信系統(tǒng)鏈路預算有關的數(shù)據因素有天線特性，傳輸距離最大值，信號發(fā)射/接受功率，熱噪聲，信噪比以及接收系統(tǒng)的質量。
3.2 同步算法
無論是接受哪種形式的調制信號，接收機同發(fā)射機都必須保持同步，對于數(shù)字調頻技術而言，有載波同步和碼元同步兩種基本同步模式，前者是對載波頻率以及相位進行估計，后者則是對定時抽樣時鐘進行估計。由于發(fā)射信號在衛(wèi)星通信的傳輸過程中必然存在一定延遲，因此產生了載波相位的偏移，同時由于其在傳播過程中受到噪聲干擾和多普勒效應影響，還會產生頻率偏移，因此同步技術是數(shù)字通信中的關鍵技術，研究調制信號的載波同步和碼元同步技術能夠保障衛(wèi)星通信系統(tǒng)可靠、有效、快速的運行。由于載波同步算法利用的是判決反饋環(huán)路的模型，是在時鐘已同步的基礎之上才能進行，因此載波同步應位于碼元同步滯后才可工作。以先碼元同步再載波同步的模式為例，模擬信號被天線接收后，由ADC轉換為數(shù)字信號，再將頻帶信號通過下變頻轉變?yōu)榛鶐盘枺笸ㄟ^碼元同步和載波同步對有載波偏差以及時鐘偏差的信號進行估計，最后解調輸出，碼元同步位于載波同步前，以碼元時間為基本數(shù)據處理周期，對相關硬件的要求較低，同步性能較好。
3.3 型號參數(shù)
估計衛(wèi)星通信信號的參數(shù)估計是重要的非合作通信接收技術，因為對信號的頻率和調制方法等重要數(shù)據進行檢查和估測是保證解調準確和達到監(jiān)視、截獲信息的目的的重要方法，以便為偵察系統(tǒng)的工作打好基礎。小衛(wèi)星通信系統(tǒng)的常用解調方式有BPSK解調、QPSK解調、CPM解調、SOQPSK解調等。一般情況下，欲通過衛(wèi)星通信捕捉信號，接收系統(tǒng)的帶寬需遠大于信號帶寬，應使用寬帶接收機。
4 結語
小衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有的多重優(yōu)勢使其在當今世界范圍內的衛(wèi)星通信領域得到廣泛的應用，吸引了眾多研究學者，本文針對其中的幾項關鍵性技術進行了簡單說明。衛(wèi)星通信的作用范圍廣，涉及的技術種類眾多而且較為復雜，需要我們不斷進行深入研究和實踐，進而推進衛(wèi)星通信向小型化方向發(fā)展。
作者簡介：王富德（1994―），男，遼寧鞍山人，沈陽理工大學學生。
沈叢ǎ1995―），男，江蘇張家港人，沈陽理工大學學生。
姚佩航（1997―），男，遼寧大連人，沈陽理工大學學生。
摘 要
由于MF-TDMA（多頻時多分址）技術在支持綜合業(yè)務的傳輸方面以及衛(wèi)星通信靈活組網方面都有一個比較明顯的優(yōu)勢，適合大多數(shù)不同規(guī)模的衛(wèi)星通信網絡。但是，多頻時多分址技術也有其自身的局限性，工作模式屬于突發(fā)模式，在資源的分配方面也存在一定的滯后性，因此在實際的工作應用過程中，必須對其網絡工作的方式和系統(tǒng)的參數(shù)進行一個合理的設計，以提高多頻時多分址衛(wèi)星通信網絡技術的使用效率。本文主要就MF-TDMA的工作模式進行了分析，并對其參數(shù)的選擇進行了初步的設計。
【關鍵詞】MF-TDMA 衛(wèi)星通信 技術體制 分析研究
MF-TDMA技術是由90年代的單載波TDMA技術的基礎上又經過一些列的發(fā)展革新而來的一種新型的寬帶VSAT網，它對FDMA和TDMA進行了一個整合，吸取了兩者的優(yōu)點，并且借鑒了FDMA的設計理念，將TDMA技術體制進行了一個改善，解決了其龐大的缺點，讓用戶們的使用更加方便。系統(tǒng)的擴展能力很強，可以根據實際情況以及實際客戶的需求自動的增加載波寬帶和載波的數(shù)量，網絡管理也可以對衛(wèi)星的實時資源有一個動態(tài)的分配，提高IP數(shù)據業(yè)務資源的利用效率。
1 FMT調制解調技術
濾波多音調制技術也就是FMT調制解調技術，顧名思義它是一種多載波的傳輸技術，實際上它是與正交頻分復用系統(tǒng)類似的多載波傳輸技術，其的基本原理就是發(fā)送端低通濾波器實現(xiàn)對每個子信道的頻帶進行一個嚴格的限制而達到的多載波的調制技術，其使用的低通濾波器必須是嚴格帶限的。FMT與OFDM都是多載波的正交調制技術，但是二者還有所區(qū)別，OFDM的各個子載波的頻道都處于一個重疊正交的狀態(tài)，而FMT由于有嚴格帶限的各個子信道而使得其相鄰的子載波波頻互相不重疊。
2 典型的網絡結構
2.1 獨立的網狀和星狀組網模式
MF-TDMA的衛(wèi)星通信體制可以構建多種類型的網絡結構。對于獨立的網狀和星狀組圖模式來說，其主要是依靠MF-TDMA衛(wèi)星通信體制通過主載波和業(yè)務載波等的通信載波來支持的。在獨立的網狀組圖網模式時，網內的各個站可以在主載波上接收廣播的參考幀，并且還可以將申請信息發(fā)射出去，進行一個自主測距管理，然后經過主載波和業(yè)務載波兩者實現(xiàn)一個相互之間的通信。在獨立的星狀組網模式下，網內的各個業(yè)務站要首先接受主站發(fā)射的廣播載波參考幀，然后進一步的通過業(yè)務載波發(fā)射申請信息并實現(xiàn)分站與主站之間的一個通信，各個業(yè)務站之間也可以實現(xiàn)一個雙跳通信，不過這個所謂的雙跳通信是由主站來完成的，而測距管理則由主站在經過計算之后通過對業(yè)務站加以指導完成。
2.2 多點廣播與通信融合網
MF-TDMA衛(wèi)星通信技術不僅僅可以支持業(yè)務載波等通信載波的配置，除此之外還可以支持單獨配置的廣播載波。網內的各個站點可以將網狀組網通信和廣播載波發(fā)送廣播信息的任務同時進行，比如，在進行網狀組通信的同時可以進行視頻、信令以及相關數(shù)據的傳送與傳輸，網內工作的最大特點就是支持廣播業(yè)務與通信業(yè)務共用一個網進行傳輸。
3 MF-TDMA體制的優(yōu)勢所在
3.1 系統(tǒng)靈活和廣播能力較強
在現(xiàn)代通信衛(wèi)星的發(fā)展過程中，對通信節(jié)點之間的組網能力有一個重要的要求，要求其有足夠靈活，能夠及時應對變化。到目前為止我國的MF-TDMA綜合業(yè)務網已經可以比較靈活的形成星狀網以及網狀網了，并且，其發(fā)展已經相當成熟，在其同一個網內還可以靈活自如的形成不同的網絡。比如，在同一個網內，可以將電話業(yè)務配置成為網狀網，而將數(shù)據業(yè)務配置成為星狀網，并且，還可以根據不同的實際情況，針對不同的業(yè)務部門的情況配置不同的虛擬子網，將數(shù)據廣播和數(shù)據共享更加完美的實現(xiàn)出來。總而言之，MF-TDMA的一個顯著的特點就是可以靈活的進行網絡的重新配置，并且，MF-TDMA還可以將接有不同任務的不同的幾個站進行一個對接，還可以對其的工作狀態(tài)和實時的網絡狀況進行一個監(jiān)控，系統(tǒng)呼叫轉換的時間也大大的減短了。
3.2 業(yè)務支持能力強
在之前，對于稀路由的，端到端的話音或者是相對來說數(shù)據較為低俗的業(yè)務來說，大多都是采用SCPC/DAMA系統(tǒng)構成星狀網進行轉接，也有是通過小站業(yè)務經主站來完成轉接的任務的。但是隨著用戶業(yè)務多樣性的變化，通信網絡也不得不使用多樣性的服務來滿足客戶多樣性的要求，尤其是針對于IP的業(yè)務，與普通的電話基于CALL-BY-CALL的模式不同，本端的IP數(shù)據需要在同一個時刻去到不同的目的地，這就是為什么采用MF-TDMA這一份體制來構成平時的IP網絡了。
3.3 支持視頻會議
對于MF-TDMA來說，其還有一個十分重要的應用就是其支持任一點對視頻會議的功能，在新的MF-TDMA系統(tǒng)中，每一個站內發(fā)出的時隙，以及時隙所包含的信元，都可以經過合理配置，從而實現(xiàn)一方面指向目的地，另一方面進行廣播應用，進行全網或者是分組用戶通收，從而呈現(xiàn)所需要的視頻會議。
4 MF-TDMA體制的應用設計
4.1 進行多類站型疊層組網的應用
所謂的提高多類地球站混合組網通信容量實際上就是通過采用一些雙值守載波以及地球站分類和自動適配的技術實現(xiàn)的，通過這些技術的應用使得小口徑地球站間可以使用低速度的載波、大口徑地球站間可以使用高速度的載波，并且還實現(xiàn)了大小地球站間可以使用中速率的載波進行成企鵝狀的組網通信，這些不同速度的載波的應用可以將地球站之間收發(fā)信號的能力充分的利用起來，從而加大多類地球站混合組網的通信容量。
4.2 應用規(guī)劃
MF-TDMA系統(tǒng)的工作主要是依靠衛(wèi)星透明轉發(fā)器的工作，其參數(shù)配置的靈活性較強。因此，對于相同的通信網建設或者是任務保障來說，其可行的配置方案會存在很多種不同的方案，但是，需要注意的是在不同種類的配置方案中，其對應方案幀的效率也不盡相同，這就決定了其對于通信衛(wèi)星的占有也不完全相同。使用的規(guī)劃就是要達到一個在保證任務需求和服務質量的前提下，要找出幀效率最高，并且轉發(fā)器資源的利用效率相對來說較高的系統(tǒng)配置方案，需要注意的是，在最終的確定階段還應當結合地面站型的配置情況，來最終確定配置方案。總之，應當注意到以下的幾點，任務的需求、地球站的類型、相關的氣象信息等。綜合考慮，確定最佳的配置方案十分重要。
5 總結
總而言之，MF-TDMA技術的發(fā)展經過了不斷的融合與創(chuàng)新，其獨有的靈活性為多樣性的需求帶來了便利，視頻會議功能也是其特色，其的發(fā)展有了一定的進步，但是依舊存在一些不足需要去改進，其關于網絡衛(wèi)星資源的配置更是需要經過綜合考慮各種因素，才能最終確定一個最佳的配置方案，這也是MF-TDMA技術在今后發(fā)展的主要方向，
作者單位
1.中國電子科技集團公司第五十四研究所 河北省石家莊市 050081
2.中國人民解放軍91917部隊 北京市 102100
摘 要 小衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有研發(fā)費用少，重量輕，性能穩(wěn)定，信號覆蓋范圍廣以及不受地域條件限制等優(yōu)點，能夠對當前大型同步軌道的衛(wèi)星通信進行補充作用，在全球范圍內得到廣泛應用的同時也受到了眾多研究機構的重視，因此對小衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術進行研究同時具有實踐意義和理論意義。
【關鍵詞】小衛(wèi)星 通信系統(tǒng) 作用 研究 意義
衛(wèi)星通信技術在軍事、政治、工業(yè)、生活等方面均具發(fā)揮著重要作用，而相比之下，小衛(wèi)星則更具有大型同步衛(wèi)星所無法實現(xiàn)的眾多優(yōu)勢而受到國內外研究學者的重視，同時，衛(wèi)星向小型化趨勢發(fā)展也是全球衛(wèi)星產業(yè)的主要發(fā)展方向。我國從本世紀初期開始著手小衛(wèi)星的相關研制和發(fā)射工作。
1 小衛(wèi)星的技術優(yōu)勢
1.1 荷載較少
小衛(wèi)星在每次的的任務中一般僅需要裝載一種特殊設備，進而很好地避免了大型衛(wèi)星中出現(xiàn)的荷載間復雜配比問題。
1.2 研制時間短、費用低
小衛(wèi)星的研制一般只需經過一到兩年，同時相關的研究經費也相比大型衛(wèi)星明顯降低，因此更具有經濟性，更體現(xiàn)其實踐意義。
1.3 重量輕
小衛(wèi)星的重量一般較小，就當前國際情況來看，最微型的小衛(wèi)星的質量僅有幾百克，體積也很小，因此功能密度大，模塊可多次利用。
1.4 信號覆蓋范圍廣
由于小衛(wèi)星具有較強的組網能力，因此能夠形成精度較高，功能強大而且信號覆蓋范圍廣的星座系統(tǒng)，進而具有易于補網和星座功能穩(wěn)定的優(yōu)勢。
1.5 減緩頻率壓力
小衛(wèi)星的星座中包括多顆衛(wèi)星，可以頻率復用，因此具有減小空間任務所具有的頻率壓力。
2 小衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要技術簡介
衛(wèi)星在通信中起著中轉作用，即將地球站傳送來的信號經過變頻和放大轉送到另一端的地球站，地球站是衛(wèi)星與地面信息系統(tǒng)的鏈接點，用戶通過地球站途徑進入衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，形成鏈接的電路信號鏈；為了確保系統(tǒng)的運行正常，衛(wèi)星通信系統(tǒng)必須和地面的監(jiān)測管理系統(tǒng)和測控系統(tǒng)想鏈接，測控系統(tǒng)能夠對通信衛(wèi)星運行的軌道進行檢測和控制，以保證地面檢測系統(tǒng)能夠對衛(wèi)星所傳送的通信信息進行有效的監(jiān)控，保證系統(tǒng)安全與穩(wěn)定的運行。
小衛(wèi)星通信的關鍵技術主要有通信系統(tǒng)的鏈路預算以及接收機參數(shù)估計技術和同步技術等，其中鏈路預算技術是設計小衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要計算方法和參考依據，精確的鏈路預算能夠確保通信系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。近年來，通信系統(tǒng)接收技術和相應的算法逐漸由信號模擬技術向數(shù)字化轉變；由于衛(wèi)星通信整體碼速率有所提升因此對接收機的信息處理速度以及算法的復雜度、同步速度和穩(wěn)定性也提出了更高的要求；信息傳輸量的大幅增加使得遙測領域中逐漸采用比特傳輸速率更高的調制方式；由于衛(wèi)星通信系統(tǒng)在數(shù)字通信過程中的發(fā)射機和接收機的晶振不同，以及移動平臺引起的多普勒效應，造成發(fā)射機和接收機之問會產生相位和頻率的偏移，這種多普勒頻移一般較高，即便在頻偏較大時，接受同步技術也應能夠正常工作，即捕獲帶寬較大。
3 小衛(wèi)星通信系統(tǒng)關鍵技術簡介
3.1 鏈路預算技術
Link Budget（鏈路預算），即對一通信系統(tǒng)中發(fā)射設備，傳送信道以及接收設備的通信鏈路的變化情況進行的全面核算，是對小衛(wèi)星通信系統(tǒng)性能的評價，具體而言是從發(fā)射端的信源起始，通過編碼、調制、變頻等多項操作，將信號通過天線發(fā)射出去，再由信道進行傳輸，最后到達接收天線處由接收機進行信息處理，解調所需信息。其重要性在于：
（1）可確定系統(tǒng)工作是否滿足系統(tǒng)實際需要；
（2）通過計算鏈路余量檢查系統(tǒng)能否滿足設計要求；
（3）驗證在部分設備具有硬件限制的情況下鏈路其他部分能否進行彌補。
對于模擬電路來說，該性能指標是基帶信道的信噪比；對于數(shù)字電路來說，其性能指標是基帶信道上測得的誤碼率；衛(wèi)星鏈路分為兩種信號路徑：由地面站到衛(wèi)星的上行鏈路和從衛(wèi)星到地面站的下行鏈路，其中上行鏈路的信號發(fā)射過程包括編碼調頻上變頻放大功率等操作，信號從天線傳送到小衛(wèi)星的接收端，而下行鏈路則包括低噪聲放大下變頻解調解碼等操作，是地面站對接收信號的處理操作。與通信系統(tǒng)鏈路預算有關的數(shù)據因素有天線特性，傳輸距離最大值，信號發(fā)射/接受功率，熱噪聲，信噪比以及接收系統(tǒng)的質量。
3.2 同步算法
無論是接受哪種形式的調制信號，接收機同發(fā)射機都必須保持同步，對于數(shù)字調頻技術而言，有載波同步和碼元同步兩種基本同步模式，前者是對載波頻率以及相位進行估計，后者則是對定時抽樣時鐘進行估計。由于發(fā)射信號在衛(wèi)星通信的傳輸過程中必然存在一定延遲，因此產生了載波相位的偏移，同時由于其在傳播過程中受到噪聲干擾和多普勒效應影響，還會產生頻率偏移，因此同步技術是數(shù)字通信中的關鍵技術，研究調制信號的載波同步和碼元同步技術能夠保障衛(wèi)星通信系統(tǒng)可靠、有效、快速的運行。由于載波同步算法利用的是判決反饋環(huán)路的模型，是在時鐘已同步的基礎之上才能進行，因此載波同步應位于碼元同步滯后才可工作。下面以先碼元同步再載波同步的模式為例，如圖1所示，模擬信號被天線接收后，由ADC（analog-to-digital converter，模數(shù)轉換器）轉換為數(shù)字信號，再將頻帶信號通過下變頻轉變?yōu)榛鶐盘枺笸ㄟ^碼元同步和載波同步對有載波偏差以及時鐘偏差的信號進行估計，最后解調輸出，碼元同步位于載波同步前，以碼元時間為基本數(shù)據處理周期，對相關硬件的要求較低，同步性能較好。
3.3 型號參數(shù)盲估計
衛(wèi)星通信信號的參數(shù)估計是重要的非合作通信接收技術，因為對信號的頻率和調制方法等重要數(shù)據進行檢查和估測是保證解調準確和達到監(jiān)視、截獲信息的目的的重要方法，以便為偵察系統(tǒng)的工作打好基礎。小衛(wèi)星通信系統(tǒng)的常用解調方式有BPSK解調，QPSK解調，CPM解調，SOQPSK解調等。一般情況下，欲通過衛(wèi)星通信捕捉信號，接收系統(tǒng)的帶寬需遠大于信號帶寬，解應使用寬帶接收機。
4 結語
小衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有的多重優(yōu)勢使其在當今世界范圍內的衛(wèi)星通信領域得到廣泛的應用，吸引了眾多研究學者，本文針對其中的幾項關鍵性技術進行了簡單說明。衛(wèi)星通信的作用范圍廣，涉及的技術種類眾多而且較為復雜，需要我們不斷進行深入研究和實踐，進而推進衛(wèi)星通信向小型化方向發(fā)展。
作者單位
河北諾亞人力資源開發(fā)有限公司 河北省石家莊市 050000
摘要：通信傳輸?shù)姆绞街饕袃煞N，分別為衛(wèi)星通信和光纖通信。隨著光纖技術的不斷發(fā)展，光纖通信方式在實踐中應用的范圍越來越廣。很多人都認為衛(wèi)星通信方式將退出歷史舞臺。但一種新型的衛(wèi)星通信技術出現(xiàn)了，即VSAT衛(wèi)星通信。相比于傳統(tǒng)的衛(wèi)星通信方式，VSAT衛(wèi)星通信改變了傳統(tǒng)的點對點的傳輸方式，實現(xiàn)了點對多點的傳輸。近年來，隨著相關技術的不斷發(fā)展，VSAT衛(wèi)星通信技術在實踐中應用的范圍越來越廣。本文將結合我國通信行業(yè)的實際情況，分析和研究VSAT衛(wèi)星通信技術的應用。
關鍵詞：VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng) 網絡構成 應用
1 VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述
1.1 VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)的網絡構成及連接方式
VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要包括三部分。第一，是主站。主站就是指樞紐站。主站中包括天線、VSAT主站終端設備、網絡控制中心等。其中，天線使用的是圈套口徑的天線，這樣可以有效減少發(fā)射功率。主站在VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)中具有比較重要的作用，可以對整個通信系統(tǒng)的運行過程進行監(jiān)控和管理；第二，是通信衛(wèi)星。通信衛(wèi)星其實就是中轉站，可以對地球傳輸過來的信號進行處理，并將其傳回到地球上；第三，是小站。小站包括兩部分，一部分是安裝在戶外，通常是安裝在建筑物的頂層。另一部分要安裝在室內。戶內的設備和戶外的設備是連接在一起的，大多是通過電纜相連。VSAT小站具有語音功能，可以進行通話。這樣，電話網上的用戶就可以通過小站和主控站進行通話。
VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要是通過軟件對系統(tǒng)工作過程進行控制。VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)支持多種連接方式，可以根據用戶的要求選擇連接的方式。VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)的連接方式可以歸納為兩種，分別為點多點連接和點對多點連接。首先，介紹點對點連接。點對點連接是通過空間信道完成的。在實踐過程中，采用點對點的連接方式可以選擇下述幾種數(shù)據傳輸?shù)姆绞健５谝环N是異步字符透明傳輸。其中包括雙向數(shù)據傳輸和單向數(shù)據傳輸兩種方式。數(shù)字廣播行業(yè)中使用的是單向數(shù)據傳輸方式，如果是字符型終端則應采用雙向數(shù)據傳輸?shù)姆绞剑坏诙N是同步位透明傳輸。其中也包括雙向數(shù)據傳輸和單向數(shù)據傳輸兩種方式。在開展點多點廣播業(yè)務時可以采用單向數(shù)據傳輸?shù)姆绞健Ｆ浯危榻B點對多點連接。點對多點連接包括兩種形式，一種是同一小站不同的數(shù)據端口和主站同一端口連接在一起。另一種是不同小站數(shù)據端口和主站同一端口連接在一起。異步字符廣播式、同步位透明廣播方式等均屬于點對多點的連接方式。
1.2 SAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點
相比于一般的通信系統(tǒng)來說，VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)具有下述特點。第一，VSAT衛(wèi)星通信的容量比較大，成本比較低；第二，VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)中衛(wèi)星的體積不斷增大，轉發(fā)器的數(shù)量不斷增多；第三，隨著VSAT衛(wèi)星通信技術的不斷發(fā)展，出現(xiàn)了微型地球通信網，可以滿足更多用戶的使用需求；第四，VSAT衛(wèi)星通信技術在使用的過程中不會受到地形、地物的影響，對使用環(huán)境條件的要求比較低；第五，VSAT衛(wèi)星通信設備安裝過程比較簡單，1到2天就可以開通一個VSAT小站；第六，VSAT衛(wèi)星通信的質量比較高，很少會出現(xiàn)信息傳輸錯誤的現(xiàn)象。
2 VSAT衛(wèi)星通信存在的問題
（1）投資者對VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)了解不全面。早在上世紀80年代就出現(xiàn)了VSAT衛(wèi)星通信技術，但直到90年代也沒有人進行相關方面的投資。后來，一些投資者進行了VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)的投資，但并沒有了解清楚VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)，只是認為VSAT衛(wèi)星通信技術屬于高新技術，投資的回報率會比較高。當發(fā)現(xiàn)在短時間內難以取得回報時，很多投資者都撤資了；（2）缺少有利的市場經濟條件。目前，我國雖然已經開放了VSAT衛(wèi)星通信業(yè)務，但卻對VSAT公司進行了很多的限制，從而影響了VSAT公司的發(fā)展；（3）沒有形成行業(yè)管理特色。VSAT衛(wèi)星通信行業(yè)發(fā)展的速度比較快，在其快速發(fā)展的過程中相關的制度規(guī)定卻還不完善。再加上VSAT衛(wèi)星通信行業(yè)本身涉及到的業(yè)務比較多，管理比較復雜，從而使得很多VSAT公司不知道該如何管理，沒有形成行業(yè)管理特色，進而影響了管理的效果。
3 VSAT衛(wèi)星通信的應用
目前，隨著相關技術的不斷發(fā)展，VSAT衛(wèi)星通信技術在不斷完善，在各行各業(yè)中都具有較為廣泛的應用。例如，在金融、證券、地質、交通、物流等領域中都會涉及到VSAT衛(wèi)星通信技術。本文將以某煙草全國衛(wèi)星通信專用網為例，介紹一下VSAT衛(wèi)星通信技術的具體應用過程。
某省是我國煙草生產的重點地區(qū)，對于全國煙草市場的發(fā)展具有重要的影響。建立全國衛(wèi)星通信專用網可以更好地追蹤卷煙生產銷售的信息。全國衛(wèi)星通信專用網中主要包括兩部分。一部分是地面段。其中主要包括中心控制站和VSAT小站。中心控制站有一個。VSAT小站有2214個，在全國各個連鎖店。另一部是空間段。其中主要是Ku頻段轉發(fā)器。在全國衛(wèi)星通信專用網中使用了兩種類型的數(shù)據傳輸網。一種是雙向數(shù)據傳輸網，主要是用于中心控制站和小站之間的數(shù)據通信。另一種是電話網，主要是為了滿足電話通信的需求。電話通信網采用的是SCPC/DAMA制式，數(shù)據通信網采用的是TDM/TDMA制式。如果是從中心控制站向小站傳輸數(shù)據，則需要經過TDM信道。如果是從小站向中心控制站傳輸數(shù)據，則需要經過TDMA信道。
4 結語
總之，VSAT衛(wèi)星通信技術作為一種新型的衛(wèi)星通信技術，在各行各業(yè)中具有廣泛的應用。未來，隨著相關技術的不斷發(fā)展，VSAT衛(wèi)星通信技術的應用范圍將變得越來越廣，通信效果會越來越好。
[摘 要]本文從寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的概念入手，簡單介紹了寬帶通信衛(wèi)星星座系統(tǒng)，有靜止軌道、中低軌道以及靜止軌道和非靜止軌道衛(wèi)星的混合。然后闡述了現(xiàn)代寬帶衛(wèi)星所面臨的問題，比如說：延時太長和時延抖動、功率的管理繁忙等。接著深入探討了寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術，即衛(wèi)星ATM網絡、星上處理技術、星間鏈路、波束成形技術等。
[關鍵詞]寬帶衛(wèi)星 通信系統(tǒng) 關鍵技術
隨著經濟的快速發(fā)展，科學技術也火力全開的發(fā)展著，因此，技術研發(fā)和人們日常生活對通信技術的要求也變得越來越高。因為很多通信的項目，都需要質量的保證，因此，對衛(wèi)星通信的系統(tǒng)的依賴便越來越強。近年來，寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于自身重量輕，信號覆蓋面積廣，性能穩(wěn)定，以及研制和發(fā)射費用都較低的獨特優(yōu)勢，在全世界內得到了廣泛的研究和應用，逐漸成為現(xiàn)代信息傳播的重要手段。為促進衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展，對其關鍵技術的探討也是必不可少的。
1 寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)
1.1概念
衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)，俗稱衛(wèi)星寬帶或衛(wèi)星上網，就是衛(wèi)星通信與互聯(lián)網相結合的產物，具體來說指的是通過衛(wèi)星進行語音、數(shù)據、圖像和視像的處理和傳送。通過同步軌道衛(wèi)星、非靜止軌道衛(wèi)星或兩者的混合衛(wèi)星群系統(tǒng)提供多媒體交互式業(yè)務和廣播業(yè)務。常見的寬帶衛(wèi)星業(yè)務基本是使用Ku頻段和C頻段，但Ku頻段的應用已經非常擁擠，故計劃中的寬帶衛(wèi)星通信網基本是采用Ka頻段。
1.2 寬帶通信衛(wèi)星星座系統(tǒng)
由于軌道低，每一顆衛(wèi)星所能覆蓋的通信范圍相對較小，如果要使全球都能被覆蓋上通信信號，那么需要把幾十顆衛(wèi)星按照一定的形狀進行編隊，從而組建成一個全球系統(tǒng)，形成衛(wèi)星星座。目前國際上已發(fā)射或者是即將發(fā)射的系統(tǒng)有十幾個，這些系統(tǒng)采用的技術手段也是多種多樣。
1.2.1靜止軌道
在赤道的平面上運行的衛(wèi)星一般是靜止軌道的通信衛(wèi)星星座系統(tǒng)，因為它實現(xiàn)覆蓋全球的功能只需要使用三顆衛(wèi)星，目前已經存在的是美國的ASTROLINK系統(tǒng)、日本的WINDS系統(tǒng)、歐洲的EUROSKYWAY系統(tǒng)等。但就實際情況而言，因為衛(wèi)星的軌道高度相對較高，傳播路徑的損耗較大，使得傳播的信號會有一段較長時間的延遲，大概是250-280ms，而且音頻和視頻的傳輸質量也不太令人滿意。
1.2.2中低軌道
可以在任意兩個用戶之間建立實時通訊、完成實時交互式的業(yè)務，是中軌道和低軌道通信衛(wèi)星系統(tǒng)能滿足的，因為他們的傳播信號延時情況只有110-130ms、20-23ms。而且系統(tǒng)中的衛(wèi)星都是可以進行批量化生產，形成規(guī)模經濟，從而降低每一顆衛(wèi)星的造價和發(fā)射費用。但不足之處是這些系統(tǒng)中的衛(wèi)星會帶來一個較為復雜和系統(tǒng)控制和網絡管理問題；除此之外，中軌道和低軌道的衛(wèi)星通信系統(tǒng)需要很多數(shù)量的衛(wèi)星，才能完成覆蓋全球的功能。比如說：美國的TELEDESIC衛(wèi)星系統(tǒng)最初使用了840顆衛(wèi)星，歐洲的SKYBRIDGE由最初的64顆增加到80顆。
1.2.3靜止軌道和非靜止軌道衛(wèi)星的混合
靜止軌道的衛(wèi)星在語音和交互式視頻業(yè)務方面，因為延時的長度太長而不如非靜止的衛(wèi)星，但就使用的衛(wèi)星數(shù)量和發(fā)射費用而言，靜止軌道又比非靜止的衛(wèi)星造價更低。因此，如果建立靜止軌道和非靜止軌道衛(wèi)星的混合星座系統(tǒng)，可以更廣范圍的進行覆蓋，更短延時的進行信號傳播，比較適合一些組播和廣播等項目，比如說，美國的CYBERSTAR和歐洲的SKYBRIDGE就組成了一個混合系統(tǒng)，形成戰(zhàn)略聯(lián)盟進而輕松的開拓衛(wèi)星市場的相關業(yè)務。
2 現(xiàn)代寬帶衛(wèi)星所面臨的問題
2.1 延時太長和時延抖動
傳輸過程的時延、星上交換和處理的時延、上下行鏈路傳播的時延等基本構成了寬帶衛(wèi)星系統(tǒng)在傳輸信號和數(shù)據時所經歷的各種時延，這些時延的長度也就組成了總時延的長度。因為靜止衛(wèi)星系統(tǒng)一般情況下是固定的，相對于地面而言，所以在信號傳播的過程中基本上沒有切換，因此擁有相對固定的時延。非靜止衛(wèi)星系統(tǒng)雖然時延比靜止系統(tǒng)短小，但因為其會隨著衛(wèi)星的移動、切換等狀態(tài)而發(fā)生變化，出現(xiàn)一些細小的時延。
2.2 功率的管理繁忙
C頻段是經常會發(fā)生擁擠現(xiàn)象的一個頻段，主要是因為運作大型業(yè)務的通信衛(wèi)星常常運行在4-6GHz的C頻段，擁擠發(fā)生后又會導致信號的堵塞、時延的加長，造成信號傳播的不暢。為了改善這一現(xiàn)象，運營商多開始使用11-14GHz的Ku頻段，一般是采用兩者結合的方式進行保守的發(fā)展。一旦Ku頻段也發(fā)生擁擠現(xiàn)象時，則運營商會繼續(xù)投入到全Ka頻段的通信競爭中。
3 寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術
3.1 衛(wèi)星ATM網絡
基于ATM技術發(fā)展的復雜的星上交換、星上處理、星上路由等技術可以直接將信息從上行鏈路傳遞到指定的下行鏈路點波束上，這種方式能夠在一定程度上減短信號傳播的時間。多頻時多分址接入技術、時分復用技術的采用，對于在Ka頻段工作的靜止軌道系統(tǒng)而言，能夠在不同地區(qū)、但在同一點波束內的用戶接入其中，從而實現(xiàn)語音、視頻和數(shù)據的傳播，實現(xiàn)用戶之間的資源共享。
3.2 星上處理技術
衛(wèi)星、用戶站和網絡主控制站組成了一個傳統(tǒng)意義上的彎管模式衛(wèi)星系統(tǒng)。在這個系統(tǒng)內的用戶必須建立TDMA同步和時隙同步。當結成同步狀態(tài)后，用戶把關于目的地、吞吐量等請求發(fā)送至網絡主控制站，然后主控制站開始檢查衛(wèi)星的相關資源，比如說：頻道是否可用、發(fā)射功率是否在標準范圍內等。當這些檢查都通過以后，主控制站即接受連接的請求并為客戶分配信道，然后進行數(shù)據的傳輸。
3.3 星間鏈路
衛(wèi)星之間的通信鏈路就是星間鏈路，即是指在空間內建立一個通信子網，利用衛(wèi)星之間的可靠性和高容量性進行通信，盡可能的節(jié)約地面的資源。星間鏈路既可以存在于同一軌道的衛(wèi)星之間，也可以存在于異軌道中，且都會產生一部分傳播時延。非靜止衛(wèi)星系統(tǒng)會因為衛(wèi)星的移動狀態(tài)和自適應路由技術而不間斷的改變星間鏈路，而靜止衛(wèi)星系統(tǒng)中的星間鏈路時延是不會改變的。
3.4 波束成形技術
通信天線是寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)中常用的天線，主要包括全球波束、區(qū)域波束、點波束天線等。全球波束天線的半功率角寬度恰好覆蓋衛(wèi)星對地球的整個視區(qū)。而區(qū)域波束和點波束天線則擁有較小的半功率角寬度，能夠集中的滿足某一特殊地區(qū)的通信要求。
4 結語
對于寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的研究已經進入第四代了，這種結合了IP、ATM和相關的衛(wèi)星技術的通信網絡具有眾多的優(yōu)點：高利用率的帶寬、覆蓋地面廣等。但在實際的運用過程中，人們要求的通信質量問題還存在一定的缺陷，因此在這一方面還需要有關研究人員深入探索，積極研發(fā)，發(fā)展更高級的衛(wèi)星通信網絡，提高通信系統(tǒng)的使用質量。
摘要：隨著通信領域的發(fā)展，衛(wèi)星通信系統(tǒng)以覆蓋面廣、受地理環(huán)境影響小等優(yōu)點受到現(xiàn)代信息交換的青睞。在空間通信技術不斷進步的過程中，業(yè)務需求量大增，無線資源的有限性與業(yè)務需求的無線增長之間矛盾越來越大，為了緩解這二者之間的矛盾，在進行衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設計時，重點的內容就是提升多媒體傳輸?shù)馁|量及速度，基于此，文章在Qos的基礎上，對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的關鍵技術進行了研究。
關鍵詞：QoS；衛(wèi)星通信技術；關鍵技術
現(xiàn)今，網絡在人們的生活中已經成為了不可替代的角色，通信、娛樂、購物等都依賴于網絡進行，這導致傳統(tǒng)的地面互聯(lián)網覆蓋無法很好地滿足人們不斷變化的需求。衛(wèi)星所具備的覆蓋面是非常廣的，在利用衛(wèi)星的基礎上構建了衛(wèi)星通信系統(tǒng)，以便于滿足人們的需求。衛(wèi)星通信系統(tǒng)在進行數(shù)據傳輸時，速度是非常快的，但是隨著業(yè)務量及人們對質量要求的提升，衛(wèi)星通信系統(tǒng)需要利用相應的關鍵技術來保證QoS。
1 衛(wèi)星通信系統(tǒng)OoS要求
所謂QoS，是指在一個或多個對象的集體行為上的一套質量需求的集合。在對數(shù)據傳輸?shù)乃俣群涂煽啃赃M行描述時，應用的就是服務質量參數(shù)，比如吞吐量、傳輸延遲、錯誤率等。有限性是網絡資源一個顯著的特征，這促使用戶在使用網絡資源時，存在一定的競爭性，由此就產生了服務質量，對于服務質量的外在體現(xiàn)，最為明顯的就是網絡業(yè)務，當網絡業(yè)務比較多時，說明服務質量比較高。服務質量需要進行提升，有效的手段就是提升網絡資源的利用效率。衛(wèi)星通信網絡在提供服務時，包含保證性服務和盡最大努力性服務兩種，所謂保證性服務，是指用戶在使用網絡時，網絡能夠提供QoS保證，通常會通過確保QoS度量來實現(xiàn)保證；而盡最大努力性服務，QoS保證參數(shù)并不是一定要由網絡明確的提供。
對于衛(wèi)星通信系統(tǒng)來說，在進行OoS指標衡量時，所用到的參數(shù)包含時延、時延抖動、帶寬、丟包率、可靠性。發(fā)送方將數(shù)據包發(fā)出之后，一段時間之后接收方才能接到，傳輸過程中花費的時間就是時延，當時延越大時，接收方接收到數(shù)據包的時間就越長，這對QoS的影響是比較大的；發(fā)送方和接收方在進行數(shù)據包的傳輸時，當時延產生變化時，就形成了抖動，當存在抖動時，就會影響收發(fā)緩存器的選擇，進而導致重發(fā)等問題的發(fā)生，對傳輸?shù)耐ㄍ嘎试斐蓢乐氐挠绊懀话l(fā)送方和接收方數(shù)據包的傳輸會具備一定的傳輸速率，持續(xù)的最大傳輸速率就是帶寬，網絡基本設備會對帶寬產生一定的限制，同時，在同一條路徑上，當共享的數(shù)據包越多時，帶寬所受到的影響越大；數(shù)據包傳輸?shù)倪^程中會產生丟包的現(xiàn)象，丟失的數(shù)據包與發(fā)送數(shù)據包總量之間的比值就是丟包率；衛(wèi)星通信系統(tǒng)受到天氣因素的影響非常小，因此，其可靠性并不會受到降雨等環(huán)境因素的影響，不過，系統(tǒng)的工作頻帶、功率電平等都會對可靠性產生影響，進而影響到衛(wèi)星通信系統(tǒng)的QoS保證。
2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)協(xié)議體系結構
在當前的互聯(lián)網中，采用的協(xié)議標準為TCP/IP協(xié)議，因此，衛(wèi)星通信系統(tǒng)在進行協(xié)議體系結構的構建時，也應該以TCP/IP協(xié)議結構為基礎，同時，結合自身的特點，科學的進行修改和擴充。具體說來，協(xié)議體系結構包含5個層次：應用層，主要的功能是進行各種業(yè)務的處理；傳輸層，主要的功能是進行控制，控制的對象有流量、擁塞等，保證數(shù)據包的正常傳輸；網絡層，制定相應的路由策略；物理層，主要的功能是進行功率控制、定向天線等。在整個數(shù)據傳輸?shù)倪^程中，通過各個層功能的發(fā)揮，促進數(shù)據包傳輸?shù)膶崿F(xiàn)，在傳輸?shù)倪^程中，每個層都需要進行QoS保證，以便于保證QoS的質量，促進衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展。
3 基于QoS保證的衛(wèi)星通信系統(tǒng)關鍵技術
3.1 物理層傳輸技術
隨著通信技術的發(fā)展，人們在進行數(shù)據傳輸時，逐漸提升了傳輸速度的要求。用戶在利用衛(wèi)星通信系統(tǒng)進行數(shù)據傳輸時，傳輸速度多由Ku波段和C波段來完成，不過隨著人們要求的提升，這兩個波段的傳輸速度已經無法滿足要求，基于此，就需要在進行數(shù)據傳輸時，采用更高的波段。對此，衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用了信道編解碼技術，即使在信道條件比較差時，所具備的傳輸速度依然比較高，由此一來，各種多媒體業(yè)務的QoS要求就能夠很好地被滿足。對于不同的寬帶多媒體業(yè)務來說，其對傳輸質量的要求也是不相同的，為了很好地滿足各種類型多媒體的要求，在進信道編碼時，采用的為差錯控制編碼，這種編碼的速度可以進行變化。
3.2 數(shù)據鏈路層接入技術
對于多媒體業(yè)務來說，其服務質量的保證需要通過無線通信系統(tǒng)的帶寬來保證。對于數(shù)據鏈路層來說，QoS保證的基本條件是將帶寬的利用效率提升，在進行帶寬利用效率提升時，應用了無線資源管理技術，這便是一項關鍵的技術。在信道運行的過程中，天氣對其產生的影響是比較大的，而無線資源管理策略的制定與信道運行有著一定的關聯(lián)性，因此，在選擇技術時，必須要充分地考慮天氣的因素，從而有效地避免無線資源管理策略的制定受到影響，這樣一來，在開展各項多媒體業(yè)務時，擁塞現(xiàn)象發(fā)生的可能性將會顯著降低，最大限度地避免了數(shù)據傳輸過程中丟包現(xiàn)象的發(fā)生，降低了丟包率。用戶在接入衛(wèi)星通信網絡中時，會具有一定的時延，為了將時延減小，同時，有效地提升系統(tǒng)容量，就需要利用高效的接入算法。
3.3 網絡層路由技術
在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，含有星間鏈路，當衛(wèi)星間的連接處于相同的軌道上時，呈現(xiàn)出來的是靜態(tài)的，而當處于不同的軌道上時，呈現(xiàn)出來的就是動態(tài)的，由此一來，衛(wèi)星間的鏈路狀態(tài)信息就會不斷的變化。另外，衛(wèi)星處于太空環(huán)境中，衛(wèi)星鏈路受到背景噪聲的影響，具備非常高的錯碼率，而且具備的時延也是非常大的，進而導致星上所具備的處理能力和存儲能力都比較差，為了避免這些問題的存在，在網絡層應用了路由技術，在適用衛(wèi)星網絡的基礎上，制定完善的路由算法和路由協(xié)議。
3.4 移動性管理
衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的星地鏈路會發(fā)生切換，在切換的過程中，原有的接入點衛(wèi)星不再起作用，系統(tǒng)需要重新地選擇新的接入點衛(wèi)星，同時，還需要重新計算網絡拓撲以及網絡路由。對于星地鏈路的切換來說，當切換策略比較科學時，就可以以非常快的速度將暫時中斷的通信恢復，相反，當策略的科學性比較差時，恢復就會比較慢。基于此，就需要對切換策略進行有效的管理，一般以移動性管理為主，這樣一來，在進行切換時，系統(tǒng)所受到的影響就會比較少，從而有效地實現(xiàn)了QoS保證。
4 結語
對于人們不斷提升的網絡質量要求來說，衛(wèi)星通信系統(tǒng)在運行的過程中需要保證QoS。當前，衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用的協(xié)議標準為TCP/IP協(xié)議，在此基礎上，結合衛(wèi)星的特點進行改進，同時，通過相應關鍵技術的應用，有效地滿足了QoS的要求，并且提升了資源的利用效率，促進了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展。
