衛(wèi)星通信系統(tǒng)精選(九篇)

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第1篇：衛(wèi)星通信系統(tǒng)范文

1衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本概念

衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一種把衛(wèi)星作為信號中繼站來接受和轉(zhuǎn)發(fā)多個地面站之間微波信號的通信系統(tǒng)。一個完整的衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由衛(wèi)星端、地面端和用戶端這三個部分組成的。在地球上空作業(yè)的衛(wèi)星端在微波通信的傳遞過程中起的是中轉(zhuǎn)站的作用。包含了星載設備和衛(wèi)星母體的衛(wèi)星星體在空中接收地面站的電磁波,放大之后再發(fā)送到另一個地面站。設立在地表之上的多個地面站是連接衛(wèi)星系統(tǒng)和地面公眾網(wǎng)的固定接口和傳送點,由地面衛(wèi)星控制中心、跟蹤站、遙測站和指令站等部門構成。人們連接網(wǎng)絡的用戶端通過地面站傳送出入衛(wèi)星系統(tǒng)的微波信號,形成龐雜而寬泛的通信鏈接。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的覆蓋范圍很廣,在衛(wèi)星信號覆蓋區(qū)域內(nèi)的任意地點都能夠順利進行通信,不會因為距離的變化而影響通訊信號的好壞。衛(wèi)星通信的電磁波主要在大氣層以外的區(qū)域傳播,微波傳遞的性質(zhì)較為穩(wěn)定。所以衛(wèi)星通信的工作頻帶寬,通信質(zhì)量好。即使部分在大氣層內(nèi)部傳播的電波會受到天氣的影響,也仍然是一種信號穩(wěn)定性和通訊可靠性很高的通信系統(tǒng)。但是,運行在高空軌道上的衛(wèi)星在同時進行雙向傳輸時,傳遞速率會延遲到秒級,電磁波的精確度也會有所下降,用于語音通話時會出現(xiàn)明顯的中斷現(xiàn)象。衛(wèi)星在高空上的位置是按照預定軌跡運行的,因此,衛(wèi)星始終處于一種運動狀態(tài),然而衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的線路連接都是無線鏈路,管理微波接收和微波傳遞的控制系統(tǒng)相當復雜,不易操縱和操作。

2衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀

2.1成本和需求之間的矛盾

現(xiàn)代的大眾通信集中體現(xiàn)為寬帶互聯(lián)網(wǎng)和移動通信。衛(wèi)星通信在寬帶領域中不及光纖寬帶便利迅捷,在移動領域中也沒有地面蜂窩移動系統(tǒng)的性價比優(yōu)勢。在移動的長途通信費大幅下降的情況下,衛(wèi)星長途通信的轉(zhuǎn)發(fā)器費用卻沒有任何變化,大大提高了衛(wèi)星通信系統(tǒng)的運行成本。這種成本高需求低的矛盾是衛(wèi)星通信系統(tǒng)面臨的最大尷尬。

2.2寬帶IP的傳輸和實現(xiàn)問題

中國當前的寬帶IP衛(wèi)星系統(tǒng)基本上都采用的是ATM的傳輸技術。這種技術的性能支持衛(wèi)星通信系統(tǒng)相關的指標要求,實現(xiàn)起來卻很困難。在衛(wèi)星ATM需要分層實現(xiàn)的說法上有兩種不同的觀點就是否改變現(xiàn)有衛(wèi)星協(xié)議結構的問題展開著激烈的爭論。含有ATM交換機的子網(wǎng)移動性管理因為過于復雜,至今也還沒有找到解決的方案。

2.3數(shù)據(jù)傳遞的速度和效率問題

信息時代最需要的就是傳遞信息的快捷方式。建立在頻分復用和碼分復用技術基礎上的傳統(tǒng)傳遞方式已經(jīng)滿足不了衛(wèi)星通信日益增長的用戶需求。雖然隨后又研發(fā)出了分組交換技術,但長距離傳輸延時的問題還需要更加有效的技術和措施來降低傳輸延時對實時數(shù)據(jù)的影響。

3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的關鍵技術

3.1數(shù)據(jù)壓縮技術

數(shù)據(jù)壓縮不僅可以節(jié)約傳輸時間和存儲空間,還能提高通信的便捷性和頻帶的利用率。數(shù)據(jù)壓縮技術在處理數(shù)據(jù)的專業(yè)領域里已經(jīng)發(fā)展得相當成熟了。不管是靜態(tài)的數(shù)據(jù)壓縮還是動態(tài)的數(shù)據(jù)壓縮都可以為衛(wèi)星通信系統(tǒng)在時間、頻帶和能量上帶來相對較高的傳輸效率。例如ISO對靜態(tài)圖像壓縮編碼的標準和CCOTT的H.26標準,以及MPEG62設計中的同步交互性和多媒體等技術都成為廣泛應用于多媒體壓縮的公認標準。

3.2多媒體準信息同步技術

衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸中所使用的多媒體準信息同步技術大致可以分為連續(xù)同步和時間驅(qū)動同步這兩類。在衛(wèi)星的多媒體通信中,可以選用緩沖法、反饋法或者時間戳法來實現(xiàn)多媒體準信息的精確同步。目前開發(fā)出來的同步技術有建立在近似同步時鐘基礎上的“多業(yè)務流同步協(xié)議”和以時間因果同步為特色,支持分布式協(xié)議的“多信息流會話協(xié)議”。

3.3智能衛(wèi)星天線系統(tǒng)

要成功傳輸多媒體信息,對通信系統(tǒng)的帶寬要求是2500MHz及以上。降雨等天氣因素和地面吸收電磁波等客觀的影響因素都會導致衛(wèi)星ATM網(wǎng)絡產(chǎn)生較為嚴重的突發(fā)錯誤。為了完成多波束覆蓋的范圍最大化,研究智能高性能天線的技術開發(fā)和具體應用是十分必要的。例如,衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以在平時采用多波束快速跳變系統(tǒng),在需要完成跟蹤和同頻復用的低軌道系統(tǒng)中采用蜂窩式天線,在星上和同步軌道系統(tǒng)中采用相控陣列天線。

3.4衛(wèi)星激光通信技術

衛(wèi)星通信對傳輸速率的要求很高,就目前來說,衛(wèi)星通信系統(tǒng)的載波都是電磁性的微波。但微波天線能夠接受和傳遞的微波數(shù)量是有限的,這就需要激光通信的輔助甚至替換。激光通信技術可以在減輕衛(wèi)星密度重量和體積大小的同時增大衛(wèi)星的通信量,提高衛(wèi)星通信的保密性、可靠性和傳輸速率。而且衛(wèi)星通信的激光傳輸之間是不會相互干擾和影響的,是衛(wèi)星通信在未來的主要發(fā)展趨勢。

第2篇：衛(wèi)星通信系統(tǒng)范文

INMARSAT第五代海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用Ka頻段，為全球范圍內(nèi)的海事、陸地和航空用戶提供超高速移動寬帶通信服務，系統(tǒng)由四部分組成：空間段、關口站、衛(wèi)星終端和地面接續(xù)站。

1.1空間段

按照設計規(guī)劃，第五代海事衛(wèi)星空間段包括3顆主用靜止軌道衛(wèi)星及1顆備用衛(wèi)星，主用衛(wèi)星分別是印度洋衛(wèi)星，太平洋衛(wèi)星和大西洋衛(wèi)星，目前印度洋衛(wèi)星已于2013年12月8日成功入軌，大西洋衛(wèi)星已于2015年2月1日成功發(fā)射，太平洋衛(wèi)星原計劃2015年4月或5月發(fā)射，目前因故推遲，擇機發(fā)射。第四顆備用星將于2016年第二季制造完成并交付，2016年底投入運行。GlobalXpress衛(wèi)星采用采用波音公司成熟的702HP衛(wèi)星平臺，將在地球同步軌道運行，可實現(xiàn)對全球南、北緯78°以內(nèi)區(qū)域的全面覆蓋。該衛(wèi)星采用全球轉(zhuǎn)發(fā)器技術，高性能彎管設計，包括前向和反向轉(zhuǎn)發(fā)器，通過轉(zhuǎn)發(fā)器將業(yè)務落地到SAS站，由其分發(fā)業(yè)務。每顆衛(wèi)星設計有89個KA轉(zhuǎn)發(fā)器，額定功率15KW，其中72個為激活的信道，累計帶寬5GHz。每顆星下設計有6個可移動的高容量波束（HCO），這一靈活設計使得GlobalXpress可以滿足長期熱點和突發(fā)事件的需求。GlobalXpress衛(wèi)星的設計依照VSAT模式，上行和下行在同一波束內(nèi)，可以將高容量波束（HCO）設置為關口站波束服務其他HCO波束，交叉鏈接容許高容量波束（HCO）到關口站（SAS）的通信。在實際使用中，全球波束下用戶終端可達上行帶寬29.5-30.0GHz，下行帶寬19.7-20.2GHz；在大容量波束下用戶終端可達上行帶寬29.0-29.5GHz，下行帶寬19-19.7GHz。

1.2關口站

關口站是衛(wèi)星和陸地側網(wǎng)絡通信的關鍵節(jié)點，負責處理用戶終端的業(yè)務申請交換和分配用戶資源容量，為用戶提供電路交換和分組交換業(yè)務。目前第五代海事衛(wèi)星全球共設立主備兼顧的6個地面站關口站，分別部署在歐洲、美洲和亞洲。每顆主用衛(wèi)星對應的洋區(qū)下設有主備兩個關口站。其中位于希臘的Nemea關口站和意大利的Fucino關口站將承擔印度洋衛(wèi)星的業(yè)務，位于美國的LinoLakes和加拿大的Win-nipeg將負責大西洋衛(wèi)星的業(yè)務接續(xù)，位于新西蘭的War-kworth和Auckland負責太平洋衛(wèi)星的業(yè)務。這六個關口站由3個分別部署在紐約、悉尼和阿姆斯特丹的網(wǎng)絡協(xié)調(diào)中心（MMP）接入海事衛(wèi)星全球網(wǎng)絡。全球MMP之間采用專線互聯(lián)呈環(huán)狀網(wǎng)絡，且各MMP分別與所在區(qū)域關口站之間采用專線互聯(lián)。Ka頻段衛(wèi)星通信鏈路面臨著非常嚴重的雨衰問題，GlobalXpress作為Ka頻段的衛(wèi)星通信業(yè)務，即使采用了先進的調(diào)制編碼技術，隨著雨水密度的增加，數(shù)據(jù)下載速率將會顯著下降。GlobalXpress選擇在每個洋區(qū)下距離數(shù)百英里的兩個地方建立地面關口站，使得主備關口站物理分離，遇到極端天氣影響或故障時刻自動切換，最大限度地消除了地面關口站業(yè)務中斷的可能性。

1.3地面接續(xù)站

地面接續(xù)站（POP）是海事衛(wèi)星網(wǎng)絡在全球的延伸。IN-MARSAT的商用合作伙伴可以建設自己的POP站，通過專線將POP站與INMARSAT全球網(wǎng)絡各大洲的匯接中心（MMP）連接，進而接入各個地面關口站。同時在另一個方向，地面接續(xù)站與所在國家的電信運行商互聯(lián)網(wǎng)連接，提供本地的便捷網(wǎng)絡接入，另外，還能通過專線接入相關企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，提供更好的鏈路質(zhì)量。一個第五代海事衛(wèi)星GX系統(tǒng)的地面接續(xù)站包括強制路由子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)和業(yè)務應用子系統(tǒng)等，其功能如下：強制路由子系統(tǒng)：通過衛(wèi)星關口站內(nèi)部的位置服務器、強制路由模塊與北京陸地接續(xù)系統(tǒng)之間建立的通用路由封裝隧道，實現(xiàn)強制路由轉(zhuǎn)發(fā)，實現(xiàn)海事衛(wèi)星業(yè)務與我國陸地公共數(shù)據(jù)網(wǎng)絡的有效接續(xù)。數(shù)據(jù)通信子系統(tǒng)：實現(xiàn)國際移動衛(wèi)星組織規(guī)定的認證功能，包括五代星終端到北京陸地接續(xù)系統(tǒng)的注冊、資源分配、數(shù)據(jù)通信建立等。業(yè)務應用子系統(tǒng)：主要為用戶提供VOIP、預付費節(jié)點、視頻會議、FTP、傳真、郵件等業(yè)務應用。運行支撐系統(tǒng)（OSS）：包括網(wǎng)元管理模塊、專業(yè)網(wǎng)管模塊、信息匯聚模塊、運維支持模塊和運維分析模塊，以滿足對五代星北京陸地接續(xù)站網(wǎng)元設備的運行維護管理。業(yè)務支撐系統(tǒng)（BSS）并實現(xiàn)相應的功能，包括客戶關系子系統(tǒng)、賬務處理子系統(tǒng)、業(yè)務管理子系統(tǒng)、網(wǎng)上營業(yè)廳自助服務子系統(tǒng)、統(tǒng)計分析子系統(tǒng)及其綜合結算子系統(tǒng)等。

1.4衛(wèi)星終端

INMARSAT五代星系統(tǒng)采用了頻道更寬的Ka波段，衛(wèi)星終端更小、更先進、更標準化，天線口徑可小至20cm，從而大大減小終端設備的體積和重量，而且終端的數(shù)據(jù)傳輸速率大幅提高。海用終端分為60厘米口徑和1米口徑固定通信平臺，在惡劣天氣下，可以實現(xiàn)與海上寬帶FBB互為備份。航空終端需在通用飛機機身安裝天線，口徑約50厘米，商務機機尾安裝天線約30厘米。陸用終端口徑從60厘米米至2.4米天線不等。INMARSAT五代星系統(tǒng)支持的終端接入帶寬與移動通信電信運營商正在建設的4G網(wǎng)絡相當，可滿足用戶對寬帶視頻等多媒體應用的需求，如視頻監(jiān)控、視頻會議等，為行業(yè)用戶衛(wèi)星通信的應用廣度及深度拓展提供更大的空間。INMARSAT五代星系統(tǒng)主要實現(xiàn)標準IP業(yè)務以及基于IP的流媒體業(yè)務等。支持的應用主要有：電話、傳真、短信、語音郵箱、連接互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、連接專用網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸和視頻傳輸?shù)?。下行傳輸速率最高可達50Mbps，上行傳輸速率最高可達5Mbps。

2第五代海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)性能研究

2.1五代星系統(tǒng)與四代星系統(tǒng)互為補充

隨著3G移動通信技術的不斷完善以及4G移動通信技術的飛速發(fā)展，Inmarsat衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為陸地網(wǎng)絡通信技術的延伸和補充，需要與陸地網(wǎng)絡保持一致，以滿足國內(nèi)外以及各行業(yè)對視頻業(yè)務的需求。INMARSAT從四代星系統(tǒng)發(fā)展到五代星系統(tǒng)，屬于移動衛(wèi)星通信領域的重大技術革新。INMARSAT四代星系統(tǒng)支持的帶寬與目前傳統(tǒng)電信運營商的3G網(wǎng)絡帶寬處于同一水平，滿足行業(yè)用戶對話音及數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕拘枨?。INMAR-SAT五代星系統(tǒng)支持的帶寬將與電信運營商正在建設的4G網(wǎng)絡帶寬相當，一方面可以應對海上突發(fā)事件，為遇險船舶提供實時、有效、高質(zhì)量的視頻圖像，保證海上航行安全以及搜救工作的順利進行提供更完善的通信保障；另一方面，還可以滿足由多媒體應用引發(fā)的大量視頻業(yè)務的需求，完全支持行業(yè)用戶的視頻監(jiān)控、視頻會議等應用，為行業(yè)用戶衛(wèi)星通信的應用廣度及深度拓展更大的空間。由于INMARSAT四代星系統(tǒng)基于L波段，通信質(zhì)量不受惡劣氣候的影響，因此基于Ka波段的INMARSAT五代星系統(tǒng)業(yè)務，在受到雨雪天氣影響的情況下，業(yè)務將切換至四代星系統(tǒng)承載，待五代星系統(tǒng)信號恢復后，業(yè)務將自動再切換至五代星系統(tǒng)承載。負責進行業(yè)務切換的設備是網(wǎng)絡切換控制器（NetworkSer-viceDevice，NSD）。就像3G和4G移動通信業(yè)務互為補充一樣，未來INMAR-SAT五代星系統(tǒng)業(yè)務也將與INMARSAT四代星系統(tǒng)業(yè)務并網(wǎng)運營10年以上的時間，兩代衛(wèi)星系統(tǒng)各自的明確定位及相互補充，將給行業(yè)用戶帶來更多的業(yè)務選擇。

2.2五代星系統(tǒng)與VSAT系統(tǒng)性能比較

VSAT通信業(yè)務是指利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，通過VSAT通信系統(tǒng)中心站的管理和控制，在國內(nèi)實現(xiàn)VSAT中心站與終端用戶之間以及VSAT終端用戶之間的語音、數(shù)據(jù)、視頻圖像等傳送業(yè)務，屬于按照增值電信業(yè)務管理的第二類基礎電信業(yè)務。我國VSAT衛(wèi)星通信技術起步于上世紀80年代末，至今已有二十多年。隨著電信市場向民營企業(yè)逐步放開，目前國內(nèi)VSAT市場用戶以行業(yè)用戶為主，主要分布的行業(yè)包括教育、金融、能源、交通、電信、新聞媒體、水利氣象、地質(zhì)物探、軍隊公安及大型企業(yè)。VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)較Inmarsat三代星和四代星系統(tǒng)相比主要具有高帶寬的優(yōu)勢，在國內(nèi)作為國家有線通信網(wǎng)的備用和補充，常被應用于海上或者偏遠山區(qū)、林區(qū)等陸地通信不暢的地區(qū)。但由于其點波束的覆蓋有限，在通信過程中經(jīng)常出現(xiàn)盲區(qū)。特別是在交通行業(yè)，在應對我國深遠海應急通信保障中凸顯能力不足，已不能完全適應和滿足行業(yè)發(fā)展的需求。

3結語

第3篇：衛(wèi)星通信系統(tǒng)范文

【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(nèi)用戶切換

低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)信關站內(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(nèi)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(diào)整，其具體格式內(nèi)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(zhì)上的差異，其信息內(nèi)容可以在兩個信關站之間交互，可以實現(xiàn)移動應用?？缧抨P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(nèi)部信息格式基本一致，其HO-num取值轉(zhuǎn)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(nèi)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(jù)信息進行方案調(diào)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(zhì)量進行調(diào)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(nèi)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(zhì)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(zhì)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(diào)整信關站、衛(wèi)星及接入點之間的關系形成最優(yōu)信號轉(zhuǎn)換通道，從本質(zhì)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(nèi)、跨信關站切換內(nèi)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。

參考文獻

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第4篇：衛(wèi)星通信系統(tǒng)范文

【關鍵詞】便攜式衛(wèi)星通信；天線；信號；設計

【中圖分類號】 P185.18【文獻標識碼】 A【文章編號】1672-5158（2013）07-0013-02

一、總體結構設計

便攜式衛(wèi)星通信控制系統(tǒng)整體結構組成及其中各模塊主要設計和功能如下：

1、測量與信號調(diào)理模塊用于測量天線姿態(tài)和位置。本系統(tǒng)采用GPS、三軸電子羅HMR3300 和信標機實現(xiàn)天線位置和姿態(tài)測量：GPS用于測量通信系統(tǒng)所在地的地理位置，HMR3300用于測量天線的方位、俯仰姿態(tài)信息，信標機則通過輸出A G C電平檢測天線的對星精度；G P S和HMR3300均通過串口輸出數(shù)據(jù)，而信標機的AGC電平模擬信號經(jīng)過信號調(diào)理模塊進行濾波、 放大。

2、天線控制器模塊和電機及驅(qū)動模塊相結合，用于實現(xiàn)天線的衛(wèi)星跟蹤和指向?qū)省?對于控制器，考慮到系統(tǒng)實時性和快速性要求較高，選用了低功耗和高性能的TMS320F2812 作為系統(tǒng)的主控芯片；為使系統(tǒng)結構緊湊，驅(qū)動電機采用MT57STH52-3008A混合步進電機。

3、液晶顯示模塊用于實時顯示天線的方位、俯仰指向和信標接收機輸出的電平值等信息。

4、無線監(jiān)控模塊用于實現(xiàn)用戶對控制系統(tǒng)的實時監(jiān)控，向控制系統(tǒng)發(fā)送指令，同時接收控制系統(tǒng)發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并將其顯示在上位機上，一方面便于用戶掌握天線的實時狀態(tài)信息，另一方面可切換為天線遙操作。

二、控制系統(tǒng)工作原理

控制系統(tǒng)所能實現(xiàn)的天線對星性能決定了系統(tǒng)通信質(zhì)量。為了實現(xiàn)高精度、快速對星， 本系統(tǒng)采用粗精對準相結合的方法，實現(xiàn)衛(wèi)星信號的快速搜索與高精度指向：系統(tǒng)的衛(wèi)星信號搜索是一個粗對準的過程，通過程序跟蹤的方法實現(xiàn)；天線的高精度指向是一個精對準的過程，通過步進跟蹤的方法實現(xiàn)。

1、天線搜索與控制

（1）方位角、俯仰角計算。天線對星指向角的計算需同時知道地球站所在地的經(jīng)度、緯度和靜止衛(wèi)星的在軌經(jīng)度。靜止衛(wèi)星S與地球站A之間的幾何關系如圖1所示。圖中，A 表示地球站，S表示靜止衛(wèi)星，B為地球站A的經(jīng)線與赤道的交點，O與S的連線在地球表面上的交點C稱為星下點，地球表面上通過A點和C點的弧線AC稱為方位線，AN為AC的切線，AM為AB的切線，面OAS為方位面，D為切線AM與赤道平面的交點，E為切線AN與赤道平面的交點。地球站與靜止衛(wèi)星的連線稱為直視線，直視線在地面上的投影，即地球站與星下點間的弧線稱為地球站對靜止衛(wèi)星的方位線，方位線與直視線確定的平面稱為方位面。方位角是指地球站所在經(jīng)線的正南方向按順時針方向與方位面所構成的夾角，用∠MAN 表示，俯仰角是指地球站的方位線與直視線的夾角。

設地球站A的經(jīng)度和緯度分別為φ和θ1，靜止衛(wèi)星經(jīng)度為φ2，經(jīng)度差φ=φ1-φ2，以下具體給出地球站天線對準衛(wèi)星所需的方位角φa和俯仰角φe的推導過程。對于方位角，由圖可得：

AD=ODsinθ1 ①

tanφa=DE/AD ②

tanφ=DE/OD ③

由以上三式可以得出天線方位角：

tanφa=tanφ/sinθ1 ④

由于利用上式求出的方位角是以正南方向為基準求得的，故實際的方位角可用下述方法求出：

方法一：地面站位于北半球：一是衛(wèi)星位于地面站東南方向：方位角=180°-φa；二是衛(wèi)星位于地面站西南方向：方位角=180°+φa。

方法二：地面站位于南半球：一是衛(wèi)星位于地面站東北方向：方位角=φa；二是衛(wèi)星位于地面站西北方向：方位角=360°-φa。

如果計算出的方位角是正值，則天線向正南偏東轉(zhuǎn)動，反之，則天線向正南偏西轉(zhuǎn)動。對于俯仰角，同樣計算可得。

（2）基于分區(qū) PID 的天線控制算法。

得到方位角和俯仰角度后， 需要對電機進行控制， 驅(qū)動其又快又好地到達期望的位置。常規(guī)的PID控制器采用固定的控制參數(shù)，難以兼顧快速性和平穩(wěn)性的控制要求。為實現(xiàn)天線快速、平穩(wěn)控制，本系統(tǒng)設計了基于分區(qū) PID 的控制算法，即根據(jù)誤差將系統(tǒng)分為若干區(qū)，不同的分區(qū)采用不同的 PID 控制策略， 引導系統(tǒng)又快又好地到達指令位置。 為簡化控制器設計，對誤差分區(qū)時采用對稱分區(qū)。具體原理和設計如圖2所示。

O-A 階段：此時偏差很大，系統(tǒng)遠離期望位置，考慮采用控制器輸出的最大值進行控制 ， 即Bang -bang控制；A -C階段：此時偏差較大，但為防止系統(tǒng)上升過快導致較大超調(diào)，考慮采用比例控制；C-D階段：此時偏差在一定范圍內(nèi)，為實現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)控制，采用比例-微分控制；D-E階段：此時偏差較小，為實現(xiàn)系統(tǒng)平穩(wěn)、準確控制到位，采用PID控制。在天線的搜索過程中，俯仰系統(tǒng)、方位系統(tǒng)均采取分區(qū) PID控制算法。

2、天線跟蹤算法

經(jīng)過粗對準完成衛(wèi)星信號的搜索，天線進入能收到信號的范圍，但是收到的信號強度較弱，距離信號最強指向還有一定的角度偏差。為了使信號接收效果達到最佳，需進入跟蹤狀態(tài)，即進一步做天線指向的精對準。在這一階段，需在利用信標接收機的輸出電平AGC的大小變化進行步進跟蹤，最終找到信號最強的位置作為對準衛(wèi)星的目標位置。處于跟蹤狀態(tài)的天線控制系統(tǒng)采用步進跟蹤方法。方位和俯仰電機按照俯仰向上～方位向左～俯仰向下～方位向右的順序轉(zhuǎn)動一圈，在此過程中，電機每走一步，就比較此時信標接收機輸出的AGC 電平與之前一次輸出的AGC電平的大小，如果AGC電平變大， 則電機在同方向繼續(xù)走一步， 反之，則改變跟蹤方向，使另一方向的電機走一步。如果在跟蹤幾圈后發(fā)現(xiàn)信標接收機輸出的 AGC電平一直大于跟蹤門限電平，則認為天線已經(jīng)對準衛(wèi)星，此時天線在這狀態(tài)，開始接收衛(wèi)星信號進行通信。在通信過程的同時不間斷地采樣 AGC 電平，若由于外界干擾等因素導致AGC電平值又重新小于跟蹤門限電平，則退出穩(wěn)定狀態(tài)，進入衛(wèi)星跟蹤狀態(tài)，如果AGC 電平小于搜索門限電平，則進入衛(wèi)星搜索狀態(tài)。

三、系統(tǒng)控制軟件設計

天線控制系統(tǒng)軟件的任務就是設計實現(xiàn)系統(tǒng)的各模塊功能，本系統(tǒng)的軟件設計分為三大塊：DSP 與天線姿態(tài)的初始化、衛(wèi)星信號的搜索、衛(wèi)星信號的跟蹤。DSP和天線姿態(tài)初始化兩個模塊為系統(tǒng)尋星做準備，在進入衛(wèi)星信號搜索和跟蹤階段后，系統(tǒng)要不斷地完成與HMR3300、GPS的通信和采樣信標接收機AGC電平，并將這些信息通過LCD顯示或和通過無線模塊傳輸給上位機實時監(jiān)控。其中天線姿態(tài)的初始化和衛(wèi)星信號的搜索與跟蹤均包含信號采集處理、串口通信、液晶顯示、無線監(jiān)控、電機控制五部分。

四、監(jiān)控系統(tǒng)軟件設計

監(jiān)控分系統(tǒng)的主要任務有：①配置無線模塊參數(shù)和目標衛(wèi)星經(jīng)度；②發(fā)送目標衛(wèi)星的位置數(shù)據(jù)給下位機控制器， 控制器則根據(jù)此數(shù)據(jù)和 GPS接收機發(fā)送的天線當前所在地的經(jīng)緯度信息計算天線的方位、俯仰角；③與控制系統(tǒng)通信，通過數(shù)據(jù)和圖形方式顯示下位機發(fā)送過來的天線的理論方位、俯仰角以及當前方位、俯仰指向，并通過方位、俯仰指向的波形來實時顯示控制效果；④發(fā)送指令給控制器，遠程控制步進電機轉(zhuǎn)動；⑤復位系統(tǒng)。主要工作流程為：無線模塊配置-用戶輸入目標衛(wèi)星信息-向下位機發(fā)送指令-接受下位機發(fā)送過來的天線狀態(tài)信息-通過信息發(fā)送下一步指令。

五、結束語

總的來說，便攜式衛(wèi)星通信控制系統(tǒng)，能夠較好地完成天線對目標衛(wèi)星的自動搜索與跟蹤，確保天線高精度指向，從而讓衛(wèi)星通信得以實現(xiàn)。

參考文獻

第5篇：衛(wèi)星通信系統(tǒng)范文

關鍵詞：海上寬帶衛(wèi)星 銥星 舒拉亞衛(wèi)星 衛(wèi)星通信

中圖分類號：TM927 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2013）05-0031-03

1 引言

大國之路始于海洋，地球上70%的面積是海洋，我國也有超過300萬平方公里的海域。據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)在全球90%的貿(mào)易運輸總量由海運業(yè)承擔，海運業(yè)已經(jīng)成為一個國家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，是一個國家強盛的重要標志。為了適應我國海上經(jīng)濟和安全的發(fā)展需要，打通和維護海上生命線，維護國家重要的經(jīng)濟利益，使海洋中的各種船只、平臺、岸站以及海運企業(yè)之間保持暢通的通信。衛(wèi)星通信憑借其相對其他通信方式覆蓋范圍廣、通信距離遠等優(yōu)勢，成為海運業(yè)信息傳輸?shù)闹饕侄?，同時利用海上衛(wèi)星通信將推動海運業(yè)的快速發(fā)展。

2 海上衛(wèi)星通信應用現(xiàn)狀

Inmarsat（國際海事衛(wèi)星組織）成立于1979年7月，并于1982年建立了第一代國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)，成立后一直走在海上衛(wèi)星服務行業(yè)最前沿，是全球業(yè)務發(fā)展最好，技術最先進的移動衛(wèi)星通信和信息系統(tǒng)。它利用同步衛(wèi)星向航海和海上工業(yè)提供遇險和安全通信服務及電話、電傳、數(shù)據(jù)和傳真[2][5]。

2.1 Inmarsat系統(tǒng)的應用

Inmarsat系統(tǒng)自1982年開始經(jīng)營以來，現(xiàn)在已經(jīng)發(fā)展到第四代，且其計劃2013年開始發(fā)射第五代衛(wèi)星系統(tǒng)Global Xpress，2014年完成全球覆蓋，第五代系統(tǒng)采用Ka頻段，可提供高達50Mbps的數(shù)據(jù)傳輸速率，滿足用戶對更高帶寬的需求[4]。目前Inmarsat利用11顆GEO衛(wèi)星組成的3個星座在全球范圍提供衛(wèi)星移動通信服務（圖1），其中最新的是其3顆Inmarsat-4衛(wèi)星。Inmarsat-4衛(wèi)星采用了一副能產(chǎn)生多波束的9m直徑的L頻段大天線和一臺具有信道選擇和波束成形功能的透明彎管式數(shù)字信號處理器，共有200個點波束、19個寬波束和1個全球波束，其點波束提供用戶終端的衛(wèi)星等效全向輻射功率強度高達67dBW。它的應用將使用戶終端進一步小型化，實現(xiàn)手持式用戶終端電話通信，并使通信數(shù)據(jù)速率進一步提高，實現(xiàn)432kbps高清晰視頻直播移動通信。

2007年，Inmarsat依托耗資16億美元打造的海事衛(wèi)星第四代通信網(wǎng)絡，推出了針對海上用戶的FleetBroadband業(yè)務。用戶使用該業(yè)務在海上通過一臺筆記本電腦大小的終端就可以實現(xiàn)全球區(qū)域?qū)拵ЬW(wǎng)絡互聯(lián)。FleetBroadband基于IP協(xié)議，可同時提供兩種業(yè)務：持續(xù)的話音傳輸和數(shù)據(jù)傳輸，其傳輸速率最高可達432kbps。2011年9月最新的FleetBroadband增強服務包括語音呼救服務和多語音服務。語音呼救服務可自由使用，確保在發(fā)生緊急情況時，所有配備FleetBroadband的船上正在進行的非優(yōu)先電話呼叫被中斷，呼叫者將直接被連接到海上救援協(xié)調(diào)中心（MRCC）。

2.2 Iridium系統(tǒng)的應用

Iridium系統(tǒng)是美國摩托羅拉公司（Motorola）于1987年提出的低軌全球個人衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，它與現(xiàn)有通信網(wǎng)結合，可實現(xiàn)全球數(shù)字化個人通信。1998年11月開始商業(yè)運營，2000年3月破產(chǎn)，2001年新的銥衛(wèi)星公司成立，并重新提供通信服務[6]。該系統(tǒng)全球覆蓋包含兩極地區(qū)，星上轉(zhuǎn)發(fā)器采用先進的處理和交換技術和多波束天線技術，且衛(wèi)星之間具有網(wǎng)狀的星際鏈路，是最先進的低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)。其星際鏈路和饋線鏈路為Ka頻段，用戶鏈路為L頻段。它能夠向用戶提供電話、傳真、數(shù)據(jù)和尋呼等業(yè)務。

2008年10月，銥系統(tǒng)根據(jù)海運市場需求推出了一項具有挑戰(zhàn)性的新業(yè)務“OpenPort”（圖2），極大地提高了海上衛(wèi)星通信帶寬。OpenPort可以提供全球無縫隙移動寬帶語言和數(shù)據(jù)服務，通過最多同時使用三條電話線路，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)在IP全網(wǎng)高速鏈路中一直保持128kbps的高速傳輸。OpenPort通信主機中包含三個RJ11電話插孔，最多可支持三方同步語音通話。

2.3 Thuraya系統(tǒng)的應用

Thuraya系統(tǒng)是一個由總部設在阿聯(lián)酋阿布扎比的Thuraya衛(wèi)星通信公司建立的區(qū)域性靜止衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。Thuraya系統(tǒng)的衛(wèi)星網(wǎng)絡覆蓋包括歐洲、北非、中非、南非大部、中東、中亞、南亞等110個國家和地區(qū)，約涵蓋全球1/3的區(qū)域，可以為23億人口提供衛(wèi)星移動通信服務。Thuraya系統(tǒng)終端整合了衛(wèi)星、GSM和GPS三種功能，可向用戶提供語音、短信、數(shù)據(jù)、傳真、GPS定位業(yè)務。最近幾年Thuraya業(yè)務發(fā)展順利。2007年，Thuraya推出衛(wèi)星/GSM 雙模移動電話Thuraya SG-2520；2008年1月，Thuraya-3衛(wèi)星升空，進一展步擴了在亞洲和澳大利亞的覆蓋（圖3）。

2008年夏天，Thuraya推出了一項名為“ThurayaMarine”的新業(yè)務，能為各種小型和中型水面船只，如漁船、貨船、客輪和游艇等提供高性能無縫隙通信，用于捕魚、海洋研究、海洋導航、救援、港口作業(yè)、海上運輸、軍事等。ThurayaMarine提供速率達9.6kbps的語音、短信、數(shù)據(jù)、傳真、因特網(wǎng)接入、公司局域網(wǎng)接入、電子郵件、應急告警、GPS、氣象數(shù)據(jù)更新等業(yè)務，速率達60kbps的分組數(shù)據(jù)傳輸，并支持“永久在線”。另外ThurayaMarine在固定機座和無線終端上分別設計了一個在緊急情況下使用的紅色遇難求救按鈕，如果遇有緊急情況，只需一鍵觸發(fā)，就可將船舶位置信息以短信和電子郵件的形式發(fā)送給三個預設的聯(lián)系人

3 海運業(yè)發(fā)展對海上衛(wèi)星通信的需求

海運業(yè)正處于快速發(fā)展階段，對高速數(shù)據(jù)業(yè)務的需求越來越強烈，海運業(yè)的不斷發(fā)展，必將促使海上衛(wèi)星通信技術的飛速發(fā)展。

3.1 信息技術的飛速發(fā)展的需求

近年來IT消費市場以驚人的速度蓬勃發(fā)展，越來越多的消費者開始青睞智能手機、掌上電腦等IT產(chǎn)品。而這種變化無疑對IT和通信產(chǎn)業(yè)是具有重大意義的。因為這種變化不僅改變了人們對服務質(zhì)量的需求，而且對業(yè)務類型的要求也越來越多樣化，同時還要求IT和通信運營商在技術開發(fā)和服務安全上能夠領先一步。海運產(chǎn)業(yè)也不例外。現(xiàn)在許多船員也期望能夠像在岸上一樣很輕松地使用計算機玩大型網(wǎng)絡游戲，和家人視頻聊天，使用智能手機在船上上網(wǎng)沖浪等。這些需求使得海運企業(yè)不得不考慮一些實際問題，比如通信費用，網(wǎng)絡安全等。二是云計算技術的興起。雖然目前云計算技術在海上衛(wèi)星通信系統(tǒng)上的應用還停留在理論階段，但是隨著海上衛(wèi)星通信數(shù)據(jù)傳輸速率的不斷提高，在船舶上實現(xiàn)云計算、云存儲已不是一個夢，在不遠的將來，船上的生活將和陸地上一樣豐富多彩。

3.2 企業(yè)追求利潤的方式的需求

運輸業(yè)中最令人頭痛的問題無疑就是不斷上漲的油料費用。近些年來，一些發(fā)達國家物價不斷上漲，通貨膨脹嚴重，促使國際油價不斷攀升，而海運企業(yè)為了節(jié)省支出費用，總會預先支付好幾年的衛(wèi)星通信費用，從長遠來看，這種支付方式可以顯著地降低資本支出和運營成本，同時也會對海上衛(wèi)星通信的發(fā)展起到積極的推動作用。比如2008年底的全球金融危機中，許多產(chǎn)業(yè)都受到很大的沖擊，海運產(chǎn)業(yè)也不例外，這就引起了海運企業(yè)資金周轉(zhuǎn)困難。由于通信費用在整個海運業(yè)的費用支出中占1%～2%，在這種情況下，許多海運企業(yè)不得不尋求更為有效的盈利模式。

3.3 海運業(yè)自動化程度的提高的需求

隨著國際海運業(yè)欣欣向榮的發(fā)展，船舶的裝載量不斷擴大，配員不斷減少，船舶的安全管理、航運管理、裝卸管理等船隊管理業(yè)務也逐漸地轉(zhuǎn)移到陸地上進行。對于可預計的各種船舶信息自動化管理，比如下一個港口要卸載多少品種多少數(shù)量的貨物，同時要裝載多少貨物等等，現(xiàn)在現(xiàn)有的海上衛(wèi)星通信已經(jīng)逐漸滿足不了這種需求。另一方面，由于船舶的自動化程度越來越高，遠程控制的使用逐漸盛行，船舶信息網(wǎng)絡系統(tǒng)也愈發(fā)顯得重要，這就對海上衛(wèi)星通信網(wǎng)絡的可靠性和有效性提出了更高的要求。

4 海上衛(wèi)星通信發(fā)展趨勢

第一，海運高端市場對衛(wèi)星帶寬的需求越來越強烈。隨著Internet的飛速發(fā)展，海運用戶對多媒體業(yè)務的需求量將會超過話音業(yè)務，船員也期望能夠在船舶上收看高清網(wǎng)絡電視、玩大型網(wǎng)絡游戲、與家人進行視頻聊天等。目前Ka頻段寬帶衛(wèi)星通信技術已經(jīng)成熟，且在陸地上得到了一定的應用，但是用于海運業(yè)的歷史尚短，2010年8月，Inmarsat國際移動衛(wèi)星組織宣布，與美國波音公司簽署合同，購買3顆89固定點波束的Ka頻段衛(wèi)星。該組織計劃于2014年啟用Ka頻段系統(tǒng)，并將其命名為Global Xpress，此系統(tǒng)將可為海運業(yè)提供50Mbps的傳輸速率。

第二，海上衛(wèi)星通信網(wǎng)將和地面蜂窩移動通信網(wǎng)進一步融合。由于船員對多媒體業(yè)務需求的不斷增加，他們希望能在船上任何地方通過自己的一部智能手機打電話、發(fā)短信或者上網(wǎng)沖浪。但是衛(wèi)星通信的一個致命缺點就是遇有遮擋就形成信號盲區(qū)，并且現(xiàn)在的船舶出于安全的考慮，各艙都使用金屬相互隔斷，從而導致無法在艙內(nèi)使用衛(wèi)星通信服務。但是只要在船上建立一個微型蜂窩基站，在各主要艙內(nèi)建立無線熱點，使用有線連接船上基站和艙內(nèi)各無線熱點，使用已有的衛(wèi)星鏈路替代地面上基站到基站之間的有線連接，未來各種智能手機將可在衛(wèi)星和地面蜂窩網(wǎng)絡中無縫地自由切換，船員們將會享受到和地面蜂窩移動通信一樣的服務。

第三，海上衛(wèi)星通信將與衛(wèi)星定位服務相結合。長久以來，船員和貨物安全一直是海運業(yè)第一要務。近幾年海盜問題已經(jīng)成為影響全球海運業(yè)的最大安全隱患，而要解決這個問題，就必須及時得到遇險船只的具置，提高海上救援效率，正是這種需求促進了海上衛(wèi)星通信系統(tǒng)與衛(wèi)星定位系統(tǒng)之間的結合，目前已有多個海上衛(wèi)星通信終端支持基于GPS的衛(wèi)星定位服務（比如ThurayaMarine），同時我國的“北斗”衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)也具備了向我國海域地區(qū)提供服務的條件，預計2012年可為亞太地區(qū)用戶提供服務，因此把“北斗”系統(tǒng)與海上衛(wèi)星通信系統(tǒng)結合對我國具有重要的戰(zhàn)略意義。

5 結語

以信息技術為主導的第三次產(chǎn)業(yè)革命對社會的發(fā)展產(chǎn)生了深遠的影響，海運業(yè)作為國家的戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)，如同其它產(chǎn)業(yè)一樣，也正經(jīng)受著深刻的發(fā)展變化。海運業(yè)的不斷發(fā)展變化對海上衛(wèi)星通信提出了更多的要求，為了不斷滿足海運業(yè)的發(fā)展變化，海上衛(wèi)星通信走向數(shù)據(jù)寬帶化、費用低廉化、使用簡便化、終端小型化已經(jīng)成為一種必然趨勢。我國海上衛(wèi)星通信起步較晚，目前還處于低水平階段，因此借鑒國外發(fā)展經(jīng)驗和教訓，努力發(fā)展我國自主知識產(chǎn)權的全球海上寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)是我國衛(wèi)星通信事業(yè)的一項重要任務。

參考文獻

[1]Shipping’s evolving SATCOM Needs， SatMagazine-November 2011

[2]徐烽，陳鵬.國外衛(wèi)星移動通信新進展與發(fā)展趨勢[J].電訊技術2011，（6）.

[3]李煒.海事衛(wèi)星通信市場增長率超過100%，衛(wèi)星與網(wǎng)絡.

[4]盧珊珊，馮少棟，張更新.海事衛(wèi)星通信的發(fā)展應用現(xiàn)狀初析[J].數(shù)字通信世界2009，（3）.

第6篇：衛(wèi)星通信系統(tǒng)范文

傳統(tǒng)移動通信方式需依賴基站提供的基站信號才能通信，若基站在特殊情況下遭到損毀，便無法正常工作進行通信，且基站信號覆蓋范圍有限，一些特殊地區(qū)無法正常通信，因此不能滿足人類暢通無阻通信的愿望。而衛(wèi)星通信則不受地理條件限制，且通信速度快、適應性、信號覆蓋廣，幾乎能夠?qū)崿F(xiàn)全球范圍的快速通信。但常規(guī)衛(wèi)星通信設備也具有一定局限性，只能在靜止條件下通信。而動中通系統(tǒng)則克服了傳統(tǒng)衛(wèi)星通信設備的不足，實現(xiàn)了移動載體衛(wèi)星通信。本文將針對用于移動載體衛(wèi)星通信的動中通系統(tǒng)若干關鍵問題展開研究。

【關鍵詞】

衛(wèi)星通信；動中通系統(tǒng)；關鍵問題

由于傳統(tǒng)衛(wèi)星通信設備必須靜止對準目標衛(wèi)星才能通信，所以應用中具有一定局限性。為了克服這一缺陷，經(jīng)過不斷研究研發(fā)了動中通系統(tǒng)。動中通系統(tǒng)實現(xiàn)了移動載體衛(wèi)星通信，將其安裝在移動載體上，便能夠在載體移動過程中穩(wěn)定追蹤目標衛(wèi)星，保持不間斷衛(wèi)星通信。動中通系統(tǒng)的應用進一步消除了通信過程對基站的依賴，可以更方便的利用衛(wèi)星進行無阻礙通信。雖然動中通系統(tǒng)剛剛興起不久，且處于發(fā)展階段，卻已具有較強的性能，能夠很好的解決移動載體通信問題。研究動中通系統(tǒng)，對于促進移動通信發(fā)展進步具有重要意義。

1移動載體衛(wèi)星通信

簡單來說衛(wèi)星通信就是地球上的無線電通信站之間利用衛(wèi)星作為中繼進行的通信。衛(wèi)星通信不受到地理條件限制，不受自然災害影響，通信可靠性高，通信范圍大，衛(wèi)星電波覆蓋范圍內(nèi)任意兩點都可以進行暢通的通信[1]。移動載體衛(wèi)星通信是指移動用戶之間或移動用戶與固定用戶之間進行的衛(wèi)星通信，與傳統(tǒng)衛(wèi)星通信相比，增加了移動載體。移動載體衛(wèi)星通信與傳統(tǒng)移動通信技術相比，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)全球覆蓋，且網(wǎng)絡安全高，線路穩(wěn)定性強，通信成本低，能夠滿足特殊地域環(huán)境通信需求，可用于語音通信、數(shù)據(jù)通信、軍事通信，既可進行國內(nèi)通信，也可以進行國際通信。現(xiàn)如今移動載體衛(wèi)星通信已廣泛應用于安全通信、搶險求災通信、專用調(diào)度通信等領域。

2動中通系統(tǒng)

動中通系統(tǒng)是近些年新興的通信系統(tǒng)，是移動中衛(wèi)星地面站通信系統(tǒng)的簡稱，大體可分為FSS和MSS兩大類。FSS的特點是傳輸帶寬大，傳輸速度高，使用的頻率是C、Ku、Ka頻段。MSS的特點是傳輸帶寬小，傳輸速率低，可移動通信傳輸語言數(shù)據(jù)等窄帶信息，使用的頻率是L、S頻段[2]。目前主流動中通系統(tǒng)為了滿足用戶動態(tài)通信要求，基本固定使用Ku頻段進行移動通信信息傳輸。利用動中通系統(tǒng)，飛機、汽車、輪船、火車的移動載體便能夠?qū)崿F(xiàn)在高速移動中實時跟蹤目標衛(wèi)星，不間斷進行圖像、數(shù)據(jù)、語音移動通信，可滿足移動條件下多媒體通信需求和各種軍事通信、應急通信。動中通系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)衛(wèi)星通信技術限制，它的誕生是通信領域的一次重大突發(fā)，很好的解決了移動載體在運動中的衛(wèi)星通信問題，目前已廣泛應用軍民兩大領域。

3用于移動載體衛(wèi)星通信的動中通系統(tǒng)若干關鍵問題

移動載體衛(wèi)星通信的動中通系統(tǒng)由衛(wèi)星通信系統(tǒng)和衛(wèi)星自動追蹤系統(tǒng)兩大部分組成。衛(wèi)星自動追蹤系統(tǒng)主要負責保證衛(wèi)星發(fā)射天線在載體運動時對衛(wèi)星的準確指向。其主要設備包括：天線座、伺服系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、載體測量系統(tǒng)。天線座采用卸載和儲力方式減小天線傳動時的負載慣量，保證系統(tǒng)整體穩(wěn)定性和可靠性，避免載體移動對系統(tǒng)造成的負面影響。伺服系統(tǒng)采用位置環(huán)或速度環(huán)控制方式，減小伺服跟蹤系統(tǒng)的動態(tài)滯后誤差，提高模擬硬件電路響應速度，降低通信延遲，提高通信速度[3]。數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)主要負責對誤差信號和載體動態(tài)信息進行處理，通過專用數(shù)學計算平臺，解算天線控制信號。載體測量系統(tǒng)能夠通過捷聯(lián)慣導測量組合測量出載體的變化量，使其反應在天線跟蹤上，對物體精準定位，實時輸出移動載體的角速度、線加速度、線速度等數(shù)據(jù)，保障數(shù)據(jù)準確性。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要設備包括：雙工器、降噪聲放大器、編碼器、解碼器、高功率放大器、上變頻器、下變頻器、調(diào)制器、解調(diào)器等等。主要功能是負責使信號上行傳輸?shù)叫l(wèi)星，并由轉(zhuǎn)發(fā)器下行傳送到地面衛(wèi)星接收裝置。傳統(tǒng)衛(wèi)星通信載體移動過程中其姿態(tài)和地理位置發(fā)生變化，便會引起原對準衛(wèi)星天線發(fā)生偏離，造成通信中斷。想要實現(xiàn)移動中進行不間斷衛(wèi)星通信，必須解決天線穩(wěn)定問題，使天線不受移動影響，始終對準衛(wèi)星。動中通系統(tǒng)中的衛(wèi)星自動追蹤系統(tǒng)就能夠有效解決這個問題，它在初中靜態(tài)情況下由GPS、經(jīng)緯儀、捷聯(lián)慣導系統(tǒng)測量載置的經(jīng)緯度和水平初始角，根據(jù)測量經(jīng)緯度及載體地理位置與載體姿態(tài)，自動確定水平基準天線仰角，并在水平仰角不變的情況下，轉(zhuǎn)動方位，自動對準衛(wèi)星，獲得信號極大值。若載體處于移動狀態(tài)，載體測量系統(tǒng)便會測量出載體姿態(tài)變化數(shù)據(jù)交由數(shù)學計算平臺進行精確解算，通過伺服調(diào)整極化角、俯仰角、方位角，衛(wèi)星自動追蹤系統(tǒng)便可自動變化天線誤差角，保障載體移動過程中天線依然在規(guī)定范圍內(nèi)，使衛(wèi)星發(fā)射信號能夠在載體移動中進行不間斷通信。移動載體衛(wèi)星通信的動中通系統(tǒng)的優(yōu)點是：自主、自主跟蹤衛(wèi)星，抗干擾性能好、線路穩(wěn)定、能夠?qū)崿F(xiàn)點對點移動通信、點對多點移動通信、點對主站移動通信，具有較強的機動性和靈活性，傳播效率高，速度快，成本低。

4結束語

移動載體衛(wèi)星通信的動中通系統(tǒng)信號傳輸過程中，質(zhì)量高，效果強，信號穩(wěn)定，能夠降低大范圍、復雜情況的移動通信需求，有效節(jié)約了通信人力物力，減小了電磁輻射污染。

參考文獻

[1]邱建彪.衛(wèi)星移動通信中地面移動載體天線終端的研究與設計[D].電子科技大學，2012，13（11）：119~124.

[2]朱軍.基于GEO衛(wèi)星的“動中通”系統(tǒng)設計與關鍵技術研究[D].南京理工大學，2011，11（14）：132~136.

第7篇：衛(wèi)星通信系統(tǒng)范文

【關鍵詞】衛(wèi)星通信；自動跟蹤；MSP430單片機

0.概述

衛(wèi)星通信作為當今通信傳輸領域的三大支柱之一，以其傳輸距離遠，覆蓋范圍大，通信方式靈活多樣，以及不受地理和自然環(huán)境影響而成為應急通信的主要手段。近年來，車載衛(wèi)星通信成為油氣田應急指揮系統(tǒng)中的重要通信方式之一，它可以在現(xiàn)場迅速展開天線，并快速自動尋星，提供迅速、有效的即時通信，保障了油氣田生產(chǎn)過程中突發(fā)事件時的應對能力?，F(xiàn)在，車載衛(wèi)星通信系統(tǒng)作為一種小型化的能實現(xiàn)自動尋星和跟蹤鎖定的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，主要呈現(xiàn)出業(yè)務臨時的特點，這就面臨著如何快速，準確的找準衛(wèi)星的問題。本文以基于MSP430的車載GPS終端與電子羅盤相結合為例，闡述車載衛(wèi)星系統(tǒng)尋星及跟蹤鎖定功能的實現(xiàn)。

1.基本原理

本系統(tǒng)的核心為天線快速跟蹤平臺，能實現(xiàn)自動對星，跟蹤鎖定衛(wèi)星信號。該平臺將天線伺服控制系統(tǒng)和機械傳動系統(tǒng)整合在一起，通過高靈敏度的傳感器感知系統(tǒng)的方位，俯仰和極化角度值，并通過坐標變換和耦合分解計算出天線轉(zhuǎn)動的補償角度。

2.硬件部分

天線控制系統(tǒng)框架圖

天線伺服控制系統(tǒng)核心采用T I 公司的MSP430F149 單片機。該單片機是一種超低功耗的混合信號控制器，具有16 位的RISC結構，CPU 中的16 個寄存器和常數(shù)發(fā)生器使MSP430 微控制器能達到最高的代碼效率，在8MHZ 的晶體驅(qū)動下，指令周期為125us。靈活的時鐘源可以使期間達到最低的功率消耗；數(shù)字控制的振蕩器（DCO）可使元件從低功耗模式迅速喚醒，在少于6us的時間內(nèi)激活到活躍的工作方式。片內(nèi)的A/D 轉(zhuǎn)換器有較高的轉(zhuǎn)換速率，最高可達200kbps。為了能夠快速準確的采集數(shù)據(jù)，采用美國KVH 公司生產(chǎn)的C100 電子羅盤，它采用磁通門技術，航向精度可達到0.5°以內(nèi)，通過其數(shù)字接口，可提供地球磁場X、Y 軸的水平分量，通過電子羅盤，來采集天線起始方位數(shù)據(jù)。利用G-503 GPS 獲取天線系統(tǒng)所在地的經(jīng)緯度。利用AT-201-SC傾角儀測量天線的傾斜角度，傾角儀通過硅微機械傳感器測量以水平面微參面的雙軸傾角變化，輸出傳感器相對于水平面的傾斜和俯仰角度。極化的調(diào)整使用的是直流電機，通過采集極化電位器的電平值，來得到相應的極化角度。方位和俯仰通過步進電機進行驅(qū)動，通過減速齒輪和齒輪帶帶動天線運動。通過MAX202EWE 和F16V8 組成的片選電路進行GPS，傾斜儀數(shù)據(jù)，電子羅盤數(shù)據(jù)的信號通道的切換。通過信標接收機來識別衛(wèi)星信標信號。

3.軟件部分

系統(tǒng)加電開機后，首先進行主控單元MSP430F149 的初始化，包括端口，模數(shù)轉(zhuǎn)換，時鐘，定時器，串口等的初始化。初始化完成后，讀入傾斜儀數(shù)據(jù)，并進行判斷。一般情況下，天線最初都處于收藏狀態(tài)，傾斜儀的讀數(shù)為負，天線的俯仰需要上抬，使天線俯仰轉(zhuǎn)動軸平行于水平面，天線的方位軸線垂直于水平面。此時主控電路會讀入GPS 和電子羅盤數(shù)據(jù)（AL）。GPS 所得到的系統(tǒng)所在地的經(jīng)緯度為（θL，ΦL）， 衛(wèi)星的經(jīng)度用 表示。通過以下的公式計算出天線所在地的理論方位角（θs），俯仰角（Az）和天線饋源的極化角度值（Pol）：

Az=tan-1 （1）

EL=tan-1

（2）

通過和可以判斷出天線的走步方向及走步的角度值。當天線走到理論方位后，天線會上抬到理論俯仰角。然后會把饋源轉(zhuǎn)到理論極化角。由于理論值和實際值存在著一定的誤差，所以在天線走到理論位置后，方位要在理論方位正負15°內(nèi)進行搜索，俯仰方向會在上下5°內(nèi)進行搜索。當接收的信標信號的agc電平與背景噪聲的差值大于門限值的時候，天線便進入跟蹤狀態(tài)。接下來天線根據(jù)信號電平的變化進行螺旋式搜索，軌跡由大變小，直到信標信號agc 電平最大，此時天線便進入鎖定狀態(tài)。我們可以認為天線已經(jīng)對準了衛(wèi)星。如果天線在搜索狀態(tài)時沒有找到衛(wèi)星，會重新回到理論位置，進行新的搜索，如此循環(huán)，直到最后鎖定衛(wèi)星。

4.結語

本文給出了車載衛(wèi)星定位系統(tǒng)的硬件與軟件的整體實現(xiàn)方式。經(jīng)試驗證明，本套系統(tǒng)具有很好的性能指標。能夠快速準確的找準衛(wèi)星，具有很好跟蹤性能。

【參考文獻】

第8篇：衛(wèi)星通信系統(tǒng)范文

關鍵詞:短消息業(yè)務;衛(wèi)星通信;網(wǎng)絡管理;多線程

中圖分類號:TP393文獻標識碼:A文章編號:1009-3044(2010)18-4952-02

Design and Implement of Short Message System in Satellite Communication Network

GUO Chen-guang, MEMG Xian-qi, LI Chun-zhi

(Department of Communication, PLA 65066, Dalian 116100, China)

Abstract: Short message service in satellite communication network is a new service.This paper sets up the model of short message service in satellite communication network,and discusses some key problems that need solve of the model in application.It also realizes the kernel device,Short Message Service Server(SMSS).

Key words:short message service; satellite communication; netword manage; muliti thread

當前,衛(wèi)星通信業(yè)務已在各行業(yè)廣泛應用,但其僅限于話音、數(shù)據(jù)等傳統(tǒng)業(yè)務。為了拓展衛(wèi)星通信的業(yè)務領域,使其在未來應用中發(fā)揮更大效益,本文結合短消息業(yè)務技術和衛(wèi)星通信網(wǎng)絡管理技術各自的優(yōu)點,依托于現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)平臺,提出了衛(wèi)星通信網(wǎng)短消息業(yè)務的概念以及短消息系統(tǒng)的體系結構。

1 短消息系統(tǒng)結構

衛(wèi)星通信網(wǎng)短消息系統(tǒng)主要由短消息系統(tǒng)服務器和用戶終端設備組成。短消息系統(tǒng)服務器僅次于網(wǎng)控中心,是整個系統(tǒng)的核心,負責完成短消息的轉(zhuǎn)發(fā),并且提供查詢、客戶端配置等功能。用戶終端設備可以是地球站,也可以是裝有短消息系統(tǒng)客戶端軟件的計算機。

圖1中各設備功能說明如下:

1)地球站及短消息業(yè)務客戶端(SMSC,ShortMessaging Service Client):收發(fā)短消息的終端設備,具有接收、發(fā)送、顯示、編輯、保存短消息等功能。

2)ACS:接入控制服務器(Access Control Server),是網(wǎng)控中心處理機與衛(wèi)星室外單元的接口軟件,負責網(wǎng)控中心與地球站間的數(shù)據(jù)鏈路層通信。

3)SMSS:短消息業(yè)務服務器(Short Messaging Server),是短消息處理的核心設備,負責對短消息進行判斷、審核、轉(zhuǎn)發(fā)、中止等操作。

4)MSW:MSW(Monitor and SWitch)是用于對網(wǎng)控系統(tǒng)進行管理和控制的軟件,對短消息業(yè)務來說,它主要負責協(xié)調(diào)SMSS與網(wǎng)控中心其他進程間的關系,以及對網(wǎng)絡資源進行管理和控制,其工作方式為雙機熱備份。

5)NCP:NCP(Network Control Process)是網(wǎng)控系統(tǒng)內(nèi)處理通信業(yè)務的軟件。NCP對業(yè)務資源的控制主要以數(shù)據(jù)庫表文件的形式體現(xiàn),SMSS不直接與NCP通信。

6)KDC:密鑰分發(fā)中心(Key Distribution Center)負責對ACS與地球站間通信所用的密鑰進行管理。

7)DBMS:數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng),用于保存各類短消息隊列,以及全網(wǎng)配置和狀態(tài)信息、運行記錄、操作日志等。

短消息發(fā)送流程為:對于地球站發(fā)送的短消息,通過衛(wèi)星信道傳送至網(wǎng)控中心,網(wǎng)控中心的ACS收取后把短消息轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)包交給短消息業(yè)務服務器SMSS;對于客戶端發(fā)送的短消息,通過專用計算機網(wǎng)絡直接交付SMSS。SMSS對所收到的短消息先進行格式轉(zhuǎn)換以及存儲于數(shù)據(jù)庫;然后對等待轉(zhuǎn)發(fā)的短消息進行審核判斷,如果通過審核,SMSS就將此條短消息交給ACS轉(zhuǎn)發(fā)給接收方地球站。

2 系統(tǒng)關鍵設計

2.1 傳輸信道的選擇

衛(wèi)星通信網(wǎng)的信道一般可分為兩類:業(yè)務信道和控制信道。短消息采用何種信道傳輸是實現(xiàn)短消息系統(tǒng)的最關鍵問題,決定了短消息系統(tǒng)的實際應用性能。

短消息采用存儲轉(zhuǎn)發(fā)模式,無連接方式傳輸,無需繁雜的連接建立和拆除工作。短消息幀上行(地球站到網(wǎng)控中心)采用ALOHA方式,下行(網(wǎng)控中心到地球站)采用TDM廣播方式。短消息一次傳輸就構成一次通信,適合數(shù)目較多的小數(shù)據(jù)量信息同時傳輸。

2.2 增值服務功能

為提高短消息的應用價值并彌補其固有的缺陷,我們還設計了回執(zhí)和群發(fā)兩種短消息增值服務。

所謂短消息回執(zhí)是對短消息發(fā)送狀況的反饋通知,用于告知發(fā)送方其所發(fā)短消息是否成功到達。

圖2中各階段分別為:

1)發(fā)送方向SMSS發(fā)送短消息;

2)SMSS收到短消息后,向發(fā)送方發(fā)送“短消息錄入應答信令”;

3)SMSS向接收方轉(zhuǎn)發(fā)短消息;

4)接收方收到短消息后,向SMSS發(fā)送“短消息下載應答信令”;

5)SMSS收到“短消息下載應答信令”后,向發(fā)送方發(fā)送短消息。

所謂短消息群發(fā)是指用戶發(fā)送一條短消息,其接收對象是一個用戶群。群發(fā)過程如下:主發(fā)方的地球站發(fā)送一條攜帶組號的短消息到網(wǎng)控中心,網(wǎng)控中心的SMSS除對該短消息進行正常審核之外,還需對主發(fā)方的權限是否能向目標組群發(fā)短消息進行審核,設定權限的目的是為了防止衛(wèi)星網(wǎng)絡內(nèi)群發(fā)短消息的泛濫。若該短消息通過審核鑒定,SMSS就把其攜帶的組號轉(zhuǎn)換為組地址,再廣播下發(fā)給所有地球站,但只有屬于目標組的站才把收到的短消息提交給操作員。

3 系統(tǒng)的實現(xiàn)

3.1 短消息業(yè)務服務器

由于短消息業(yè)務服務器SMSS需要處理衛(wèi)星通信系統(tǒng)中所有短消息,因此其實時性要求較高。對于實時性要求較高的服務器,其設計應遵循實時服務器的設計模式,即單進程多線程的模式。

線程:SMSS進程按功能模塊劃分為數(shù)十個線程。這些線程分別實現(xiàn)不同層次的功能,大體可分為三類:

1)業(yè)務處理類:承擔短消息處理工作,負責對每條短消息的收發(fā)雙方的權限進行審核,對于通過審核的短消息進行轉(zhuǎn)發(fā)以及中止發(fā)送等各種操作。

2)管理控制類:負責對SMSS自身的管理和控制,以及執(zhí)行MSW發(fā)來的各種命令。

3)通信類:承擔與網(wǎng)控其他進程之間的通信工作,例如SMSS與ACS、MSW的數(shù)據(jù)通信。

隊列:在SMSS內(nèi)部設置了多個緩沖隊列,隊列中存放短消息數(shù)據(jù)和管理控制信息,各線程通過操作這些隊列完成業(yè)務處理和管理控制任務。

部件控制塊:部件控制塊存放公共數(shù)據(jù)結構,包括TDM鏈表、全局變量表等。通過部件控制塊,各線程可對相關屬性值進行操作。

3.2 性能測試

上述短消息系統(tǒng)已經(jīng)在模擬衛(wèi)星通信環(huán)境中投入實際運行。SMSS是一個實用的多線程服務性程序,利用單進程多線程而不是多進程是因為線程之間通信和同步較易實現(xiàn),并且開銷小,能夠提高系統(tǒng)運行效率。測試結果表明,短消息系統(tǒng)在流量正常時運行良好。當出現(xiàn)突發(fā)性的流量增長時,可通過限制短消息的發(fā)送速率,避免出現(xiàn)擁塞現(xiàn)象。

4 結束語

短消息系統(tǒng)具有很好的通用性,可高效地實現(xiàn)各種衛(wèi)星通信網(wǎng)中的短消息傳輸與控制,無論對民用網(wǎng)絡還是軍事衛(wèi)星通信網(wǎng)都有很高的實用價值。

參考文獻:

[1] ETSI GSM 3.40,Digital Cellular Telecommunication System(Phase2+) Technical Realisation of the Short Message Service Point-to-Point[S].V.4.13,1996.

[2] ETSI GSM 3.40,Digital Cellular Telecommunication System(Phase2+) Technical Realisation of the Short Message Service Cell Broadcast(SMSCB)[S].V.5.2.0,1996.

第9篇：衛(wèi)星通信系統(tǒng)范文

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.

關鍵詞： 低軌星座通信系統(tǒng)；業(yè)務分布算法；功率受限

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

中圖分類號：TP315文獻標識碼：A文章編號：1006-4311（2010）32-0177-02

0引言

衛(wèi)星功率是非常重要的無線資源，由于星載太陽能電源可提供的功率有限，因而衛(wèi)星功率往往是增加系統(tǒng)容量的瓶頸。而星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶業(yè)務量突發(fā)性很強的特點，往往會導致某顆衛(wèi)星下業(yè)務量劇增而突破衛(wèi)星本身功率限制，而相鄰衛(wèi)星下業(yè)務量很少的情況出現(xiàn)。星座衛(wèi)星通信系統(tǒng)為了提供指定區(qū)域的無縫覆蓋，相鄰衛(wèi)星總是存在交疊的覆蓋區(qū)域，位于交疊覆蓋區(qū)域的通信終端可以選擇接入所有可視的衛(wèi)星進行通信，因而，任何可視的衛(wèi)星都可以接收交疊覆蓋區(qū)域的通信業(yè)務需求。因此，通過業(yè)務的合理分布來規(guī)劃系統(tǒng)的功率資源就顯得很有必要。

1系統(tǒng)業(yè)務模型

1.1 位置業(yè)務模型低軌星座主要對全球中低緯度地區(qū)提供基本通信服務，最低通信仰角10°，可以為熱點地區(qū)提供近實時的通信服務，考慮到星座系統(tǒng)的基本服務區(qū)范圍為緯度-43°~42°、經(jīng)度-180°~180°，將這塊地區(qū)按經(jīng)度每隔5°，緯度每隔2.5°分為34×72個網(wǎng)格。每個網(wǎng)格內(nèi)的業(yè)務密度按地區(qū)的經(jīng)濟發(fā)展加權因子計算：北美洲為0.8，南美洲0.6，非洲為0.4，亞洲為0.7，歐洲0.8，大洋洲0.5，近海地帶業(yè)務為0.2，遠海地帶業(yè)務和某些沙漠地帶業(yè)務為0.1。境內(nèi)業(yè)務需求比境外大很多，假設境內(nèi)與境外業(yè)務密度之比大致為3：1，從而得到位置業(yè)務模型如圖1所示。

1.2 一日業(yè)務變化模型24小時內(nèi)的業(yè)務量變化不均，一天之內(nèi)有巨大的變化。為了描述業(yè)務量在一天內(nèi)的變化，一個數(shù)值在0與1之間時間加權因子被提出來。這個模型對于全球各地區(qū)相同，如圖2所示。地球表面各點的當?shù)貢r間都是相對GMT參考時鐘獲得的。在各衛(wèi)星獲得與它可見的網(wǎng)格的當?shù)貢r間后，每個網(wǎng)格內(nèi)的業(yè)務都乘以相應的時間加權因子。

2業(yè)務分布算法

2.1 基于仰角的業(yè)務分布算法這種算法依據(jù)地面網(wǎng)格與衛(wèi)星的可見概率給衛(wèi)星相應點波束分配業(yè)務，可見概率被定義為地面網(wǎng)格與衛(wèi)星仰角的單調(diào)遞增函數(shù)，隨著仰角的越大，地面網(wǎng)格與衛(wèi)星的可見概率就越大，通信鏈路質(zhì)量就越好，地面網(wǎng)格中的業(yè)務分配給該衛(wèi)星的就越多。如果一個衛(wèi)星的多個點波束同時與地面網(wǎng)格可見，業(yè)務等同地分配給相關點波束。

算法中并沒有考慮衛(wèi)星功率受限。在不超過衛(wèi)星限制功率的情況下，這種算法得到的衛(wèi)星業(yè)務分布應該與實際的大致類似，因為在一般情況下是按照仰角的大小來選擇接入衛(wèi)星的。依據(jù)算法 t時刻衛(wèi)星j的功率P（t，j）為：

P（t，j）=PE（t，i，j）（1）

其中，

E（t，i，j）=，M（t）10，M（t）=0（2）

式中：P為1 Erlang業(yè)務量所需的衛(wèi)星功率，E（t，i，j）為t時刻地面網(wǎng)格k分配給第j個衛(wèi)星波束i的業(yè)務，S（t，j）指t時刻衛(wèi)星j的覆蓋區(qū)域，M（t）為t時刻網(wǎng)格k可見的衛(wèi)星數(shù)，M（t）為t時刻網(wǎng)格k可見衛(wèi)星j的波束數(shù)，V（t，j）為t時刻網(wǎng)格k與衛(wèi)星j的可見概率，以下所指相同。

因此，系統(tǒng)能夠接納的總的業(yè)務量為：

E（t）=E（t，i，j）（3）

2.2 基于線性規(guī)劃的業(yè)務分布算法對于基于仰角的業(yè)務分布算法，當衛(wèi)星覆蓋區(qū)域業(yè)務比較繁忙時，所需的衛(wèi)星功率就會突破衛(wèi)星本身的功率界限。為了避免此類情況發(fā)生，與該衛(wèi)星有交疊覆蓋區(qū)域相鄰衛(wèi)星應該承擔一部分過載的業(yè)務量，基于這種考慮不妨采用線性規(guī)劃的方法在衛(wèi)星功率受限的情況下最優(yōu)化系統(tǒng)的業(yè)務分布。目標函數(shù)和約束條件如下：

目標函數(shù)為：

max E（t）=E（t，i，j）（4）

約束條件為：

P（t，j）PE（t，i，j）Pmax，j（5）

E（t，i，j）E（t）（6）

2.3 混合形式的業(yè)務分布算法將以上兩種算法進行有機結合，可以得到一種混合形式的業(yè)務分布算法，思路如下：

（1）首先對所有的衛(wèi)星采用基于仰角的業(yè)務分布算法，如果有衛(wèi)星的業(yè)務需求超過本身的功率限制，那么對這些衛(wèi)星覆蓋的網(wǎng)格再采用基于線性規(guī)劃的業(yè)務分布算法進行業(yè)務規(guī)劃。因而，每個區(qū)域的業(yè)務需求是根據(jù)可視概率大小分配給各個衛(wèi)星，除非衛(wèi)星功率突破限制要求分流轉(zhuǎn)移。

（2）權重因子α被引入到基于線性規(guī)劃的業(yè)務分布算法的目標函數(shù)中，來設置業(yè)務分布時的一種優(yōu)先權。

其目標函數(shù)和約束條件如下：

目標函數(shù)為：

max E（t）=α（t，j）E（t，i，j）（7）

約束條件為：

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）

此種算法給出了每個網(wǎng)格k的最優(yōu)解E（t，i，j）來最大化目標函數(shù)（7），不過，當一個網(wǎng)格k與兩個或更多衛(wèi)星可見，這些衛(wèi)星的功率又都沒有超出限制時，采用線性規(guī)劃算法分布業(yè)務，對應最優(yōu)解E（t，i，j）就會有多個。因而，算法中引入了權重因子α（見式12），使靠近衛(wèi)星覆蓋區(qū)域中心的業(yè)務需求有更高的優(yōu)先權，這樣可以減輕陰影效應影響和縮短傳播損耗路程。

3數(shù)值計算及結果分析

采用不同的業(yè)務分布算法，得到業(yè)務分布情況不同。由于基于仰角的業(yè)務分布算法不考慮功率限制，使得覆蓋繁忙地區(qū)的Sat27所需的功率超過了1000W；采用基于線性規(guī)劃的分布算法將業(yè)務分流給相鄰衛(wèi)星，可以有效解決功率超限問題，但它有一個很大的缺陷，即業(yè)務調(diào)整的盲目性：一些沒必要調(diào)整的業(yè)務也得到了調(diào)整，反而帶來不好的后果。如Sat37和38業(yè)務很多轉(zhuǎn)移給了Sat15和16，而Sat37和38的功率并沒有超限，使得原來依照仰角大小的自然分布得到了破壞，而仰角大小與通信質(zhì)量密切相關，這樣調(diào)整得不償失。這也正說明了將兩種算法相結合得到的混合算法的有效性，圖3、4給出了采用混合的分布算法計算得到的結果，它只對功率超限的Sat27的業(yè)務進行了調(diào)整，轉(zhuǎn)移給了相鄰Sat26、Sat34和Sat35。而其他衛(wèi)星的業(yè)務保持不變，這樣既考慮了功率限制，又照顧到了仰角的大小。與其他兩種業(yè)務分布算法相比，它的性能最優(yōu)。

參考文獻：