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衛星通信系統范文1
1 VSAT衛星通信系統概述
1.1 VSAT衛星通信系統的網絡構成及連接方式
VSAT衛星通信系統主要包括三部分。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射功率。主站在VSAT衛星通信系統中具有比較重要的作用，可以對整個通信系統的運行過程進行監控和管理；第二，是通信衛星。通信衛星其實就是中轉站，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衛星通信系統主要是通過軟件對系統工作過程進行控制。VSAT衛星通信系統支持多種連接方式，可以根據用戶的要求選擇連接的方式。VSAT衛星通信系統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據傳輸的方式。第一種是異步字符透明傳輸。其中包括雙向數據傳輸和單向數據傳輸兩種方式。數字廣播行業中使用的是單向數據傳輸方式，如果是字符型終端則應采用雙向數據傳輸的方式；第二種是同步位透明傳輸。其中也包括雙向數據傳輸和單向數據傳輸兩種方式。在開展點多點廣播業務時可以采用單向數據傳輸的方式。其次，介紹點對多點連接。點對多點連接包括兩種形式，一種是同一小站不同的數據端口和主站同一端口連接在一起。另一種是不同小站數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衛星通信系統的特點
相比于一般的通信系統來說，VSAT衛星通信系統具有下述特點。第一，VSAT衛星通信的容量比較大，成本比較低；第二，VSAT衛星通信系統中衛星的體積不斷增大，轉發器的數量不斷增多；第三，隨著VSAT衛星通信技術的不斷發展，出現了微型地球通信網，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，對使用環境條件的要求比較低；第五，VSAT衛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衛星通信的質量比較高，很少會出現信息傳輸錯誤的現象。
2 VSAT衛星通信存在的問題
（1）投資者對VSAT衛星通信系統了解不全面。早在上世紀80年代就出現了VSAT衛星通信技術，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衛星通信系統的投資，但并沒有了解清楚VSAT衛星通信系統，只是認為VSAT衛星通信技術屬于高新技術，投資的回報率會比較高。當發現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衛星通信業務，但卻對VSAT公司進行了很多的限制，從而影響了VSAT公司的發展；（3）沒有形成行業管理特色。VSAT衛星通信行業發展的速度比較快，在其快速發展的過程中相關的制度規定卻還不完善。再加上VSAT衛星通信行業本身涉及到的業務比較多，管理比較復雜，從而使得很多VSAT公司不知道該如何管理，沒有形成行業管理特色，進而影響了管理的效果。
3 VSAT衛星通信的應用
目前，隨著相關技術的不斷發展，VSAT衛星通信技術在不斷完善，在各行各業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衛星通信技術。本文將以某煙草全國衛星通信專用網為例，介紹一下VSAT衛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，對于全國煙草市場的發展具有重要的影響。建立全國衛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頻段轉發器。在全國衛星通信專用網中使用了兩種類型的數據傳輸網。一種是雙向數據傳輸網，主要是用于中心控制站和小站之間的數據通信。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據，則需要經過TDM信道。如果是從小站向中心控制站傳輸數據，則需要經過TDMA信道。
衛星通信系統范文2
【關鍵詞】 衛星通信 MF-TDMA 信道 時隙
一、引言
衛星通信系統的多址方式有頻分多址（FDMA） 、時分多址（TDMA）和碼分多址（CDMA）等，隨著技術的發展，各種不同的多址方式相互結合，形成混合多址調制方式，其中最具有代表性的是跳頻時分多址MF-TDMA （Multi-Frequency Time-Division Multiple Address） [1]，此系統很好的將FDMA和TDMA合二為一，從頻域和時域二維空間對衛星資源進行分配，首先采用FDMA方式將信道分割成頻率不同的若干路載波，然后再在每一路載波上使用TDMA的方式分割成若干時隙，以便用戶可以在指定的時隙內使用指定的載波頻率進行數據的傳送，這就為組網通信帶來了極大的便利，很容易組建星狀網和網狀網，實現一點對多點或多點對多點的組網通信，可廣泛應用于軍事、氣象、電信、教育、人防、交通、廣電等行業。
二、系統組成
MF-TDMA衛星通信系統由主站（含備份主站）和分布在各地的若干遠端站構成，他們之間通過不同的載波和時隙實現業務、控制等信息的交互。
2.1主站
主要設備包括衛星天線、ODU、TDMA 主控終端、網管。主站負責發送TDMA 時鐘參考信號和幀計劃，是全網的時鐘參考基準和衛星資源分配中心。網管負責整個衛星通信系統運行的集中控制管理，主要完成網絡管理、資源分配、流量統計等功能。實際組網應用中可根據實際情況配置兩臺TDMA主控終端，互為備份，以提高整個衛星通信系統的可靠性。
2.2備份主站
設備配置與主站相同，主要作用是在主站出現故障時承擔主站的工作，主備站之間實行自動切換，且在切換過程中系統仍能正常工作。
2.3遠端站
遠端站主要設備包括衛星天線、ODU、TDMA 業務終端。遠端站以主站為參考，按照主站下發的幀計劃在所分配的時隙內傳送突發信息。當然遠端站也可配置幀計劃產生單元，以便于當主站和備份主站雙雙發生故障時，能將該遠端站配置為主站，以增強系統的抗毀性。
三、組網工作原理
MF-TDMA衛星通信系統擴大了衛星信道的應用規模，支持同一時刻處理多路載波，支持多路載波間的頻率跳變，支持載波速率變化。
在多個載波信道中，有一個稱為主載波信道，這個主載波信道由參考突發時隙、測距時隙、申請時隙和數據時隙構成。一個遠端站開機進入運行狀態后，首先接收主載波信道，解析參考突發，獲取幀計劃；然后通過測距時隙，進行測距，完成主站與遠端站之間的時鐘同步；同步后，當時間到達該站突發時隙時傳送突發信息。
各站接入的話音、數據、視頻綜合業務等首先要進行分段、打包處理，處理后獲得的分組加入目的站址、數據保護等信息，然后通過申請時隙向主站發送業務時隙請求，主站收到請求后，從時隙池中選擇空閑時隙分配給該站，并按照時隙分配表在指定載波和時隙位置上發送。在遠端站接收端，進行解調和過濾，若目的站址不是本站則丟棄，若是則進行解封裝處理。
MF-TDMA衛星通信系統組網時每個載波可根據站型能力配置載波速率，對業務量大的站點配用高速載波、對業務量小的站點配用低速載波。通過載波跳變頻、變速率，不僅提高了系統網絡的容量，而且信道分配更加靈活，可實現不同大小站型、多種業務類型的遠端站靈活組網。但隨著業務量的增多，現有衛星資源就顯得捉襟見肘，那么如何來提高現有衛星的資源利用率呢？這時信道資源分配就顯得更加重要。
四、MF-TDMA信道分配研究
MF-TDMA 系統的衛星信道資源是根據業務量的大小動態申請、分配的，具有突發性。傳統的“FIFO”傳輸策略將不同類型的業務混雜在一起分享帶寬資源，對實時性要求不高的文件傳輸業務影響不大，但對實時性要求極高的話音和視頻等流類型業務來說影響會相當明顯，如出現因帶寬受限導致的話音或視頻傳輸抖動、斷續等現象。因此，業務在MF-TDMA衛星網絡中傳輸使用時，必須設計合理的QoS保證機制，實行合理的信道分配算法。
4.1時隙申請與分配
當遠端站與主站時鐘同步后，則開始進行業務數據的突發傳輸。在信道分配集中控制方式下，信道的時隙分配由中心站完成。主站根據遠端站的能力及申請的時隙數、服務質量保證等在載波組內為其分配載波和時隙信道。遠端站再通過解析分配結果獲得時隙的使用權限，在分配的時隙內進行發送突發數據。時隙分配表中包含著每個時隙的使用規劃，由若干個分配單元組成，每個分配單元描述了一個時隙的類型和使用者[2]。
具體時隙申請和分配具體過程為：
1）每個遠端站根據其業務的特性向主站發送申請信息；
2）主站的時隙分配表生成單元根據收到的每個遠端站申請信息進行時隙分配表生成計算，得到時隙分配表后通過參考突發下發至全網各遠端站；
3） 每個遠端站接收到參考突發后，對時隙分配表進行解析，獲得本地球站的數據時隙分配情況；
4）在分配的數據時隙內，各遠端站發送業務數據。
由實際工程經驗可知，幀中的數據時隙有四種使用方式：預分配使用方式、保證使用方式、按需分配使用方式和自由使用方式[3]：
1）預分配使用方式：指把載波上的某些時隙指定分配給某站發送業務，類型可以是實時的也可以是非實時的，為“不占用也滿足”的分配方案，主要用于隨時需要帶寬保證的業務。
2）保證使用方式：指某站配置了保證時隙，系統必須給以分配保證，為“需要必滿足”的分配方案。不同于預分配方式自始至終占用部分時隙，對于具有保證使用時隙的遠端站，當業務所占帶寬沒有達到相應的保證量時，剩余的時隙可以分配給其它站使用，而一旦本站需要，系統將會對此站的業務予以優先滿足。保證使用方式適用于那些帶寬變化比較大，實時性要求不高，而且需要一定帶寬保證的業務（如IP數據業務）。
3）按需分配使用方式：指按照帶寬的申請量進行時隙的動態分配。
4）自由使用方式：主要為突發性的非實時業務所提供的時隙使用方式。
時隙分配要考慮時隙利用率、業務服務質量、時隙分配的公平性等，采用“實時業務時隙位置相對固定，非實時業務時隙重分配”的原則進行計算。
4.2跳頻工作方式
跳頻工作方式只要包括：發跳收不跳MF-TDMA、收跳發不跳MF-TDMA和收發都跳MF-TDMA三種組網系統，敘述如下：
1）發跳收不跳MF-TDMA組網系統
目前的MF-TDMA衛星通信系統大都采用發跳收不跳方式，發送載波的時隙可以在不同頻點上跳變，接收載波固定在不同的頻點上。設計時將所有遠端站進行分組，一組由多個站構成，并為每個組分配一個固定的接收載波，稱為值守載波。各站間進行通信時，接收站在值守信道上接收其它站發送給自己的信息，發送站將突發信號發送到接收站值守載波上，并根據所處的值守載波不同而在不同的載波上逐時隙跳變發送信號。
2）收跳發不跳MF-TDMA組網系統
組網設計時同樣將所有地球站進行分組，并為每組站分配一個固定的發送載波。與其他站通信時，發送方在自己固定載波的指定時隙位置發送，接收方根據發送方的載波不同而逐時隙跳變接收。
多類站型混合組網通信時，大口徑站配置的固定發送載波最高速率取決于所發送的小口徑站的接收能力，而小口徑站配置的載波最高速率則取決于小口徑站本身的自發自收能力。與發跳收不跳組網方式相比，收跳發不跳系統大口徑站的最高發送載波速率高于發跳收不跳系統大口徑站的最高接收載波速率，而小口徑站的發送和接收載波最高速率相同。因此從多類站型混合組網的系統容量方面比較，收跳發不跳MF-TDMA系統優于發跳收不跳MF-TDMA系統。
3）收發都跳MF-TDMA組網系統
此系統各站發送和接收突發信號都可根據所處載波的不同而跳變。不同于發跳收不跳和收跳發不跳系統，各站間不再進行分組。站間分配載波和時隙基于雙方收發能力進行，即根據其不對稱傳輸能力而分配不同載波上的時隙。因此，多類站型混合組網時，載波速率的配置取決于大口徑站本身收發能力和小口徑站本身收發能力。收發都跳MF-TDMA系統的多類站型組網能力優于收跳發不跳MF-TDMA系統和發跳收不跳MF-TDMA系統。
3種組網系統實現方式在支持多類站型混合組網的能力方面，收發都跳系統MF-TDMA最強，發跳收不跳MFTDMA系統最弱。在實際的應用過程中，發跳收不跳MFTDMA系統能夠構建基于分組交換的網絡，而收發都跳MFTDMA系統和收跳發不跳MF-TDMA系統只能構建基于時隙的電路交換網絡。另外，在技術實現復雜度方面，發跳收不跳MF-TDMA系統最為簡單?；诟髯缘木C合優勢和實際的應用需求，發跳收不跳MF-TDMA 系統得到了廣泛應用并成了發展主流，但是如何彌補其支持多類站型混合組網能力的不足還值得研究，目前相關研究人員提出了一種雙值守載波MF-TDMA解決方案來解決此問題，我們將在以后的應用中去檢驗。
五、結束語
隨著各行各業信息化建設進程的加快，對中高速靈活組網衛星通信的需求越來越迫切。目前，MF-TDMA網是唯一支持中高速綜合業務組網，也支持小系統獨立組網應用的網絡體系。
要想使 MF-TDMA系統能夠發揮最大作用，實際使用時必須對其進行深入研究和規劃，在保障任務需求和服務質量的前提下，給出幀效率較高、轉發器資源利用率較高和站型配置合理的系統方案。相比其它體制衛星通信系統，MFTDMA 衛星通信系統的應用前景將非常廣闊。
參 考 文 獻
[1]郝學坤，孫晨華，李文鐸.MF―TDMA衛星通信系統技術體制研究[J].無線電通信技術.2006，32（5）.P1-3.
衛星通信系統范文3
【關鍵詞】衛星通信 射頻設備 監控系統設計
隨著信息化建設的不斷發展，衛星通信在遠海保障等領域應用越來越廣泛，衛星通信的地位也越來越重要。衛星通信系統一般由室內設備和室外單元組成，室外單元一般安裝在室外射頻方倉內，由于衛星通信頻率較高，射頻方倉要求緊隨衛星天線建設，由于場地的限制，衛星天線和衛星室內設備之間往往有一定的距離。衛星業務主要由室內設備擔負，值班人員大部分時間都在室內機房，距離射頻方倉有一定的距離，隨著衛星業務量的增加，傳統的定時巡看方式已無法滿足業務需求，存在諸多不定因素，使得通信不間斷的傳輸得不到可靠保障，因此設計和實現具有射頻設備監控和報警功能的系統，對及時發現和排除設備故障，保障衛星系統的正常摘 要運行具有重要意義。
1 系統總體結構
高頻段的衛星通信系統射頻設備一般安裝在距離業務機房較遠的射頻方倉內，射頻設備大都預留了監測接口，可遠程實現終端與設備的信息交互?；诖嗽O計衛星通信系統射頻監控系統，系統框圖如圖1所示。監控和處理設備是本系統的核心，通過軟件方式控制數據采集設備采集設備參數，并通過數據采集設備實現設備的遠程控制，并控制報警系統進行故障報警；數據采集設備通過設備監控接口實現各設備參數和狀態信息的實時采集；報警系統實現設備故障報警功能。
目前衛星射頻設備遙控口為網絡接口，但接口協議為UART協議，因而本系統選取232/422協議的Nport5650串口服務器作為數據采集設備，由于業務機房距離射頻機房較遠，將串口服務器配置成485接口，各設備和服務器之間通過網線互聯。監控和處理設備選用具有網絡接口的普通電腦。
2 技術實現
電腦終端作為監控和處理設備，在軟件控制下向串口服務器各端口進行命令輸出，串口服務器再將各命令發送至各端口對應的設備，對設備告警信息進行采集、參數狀態查詢、參數設置。設備執行完命令，通過原路由發送相應參數至終端，在終端界面完成相應的顯示。
2.1 串口服務器配置
配置主機地址為串口服務器初始化地址網段，然后安裝NPort Search Utility，通過掃描，識別并配置串口服務器，進入串口服務器配置界面，配置通信方式為real com mode模式，速率為9600bit/s，編碼方式采用8位數據位，1位停止位，并將串口服務器各端口映射到主機，設置各端口號，完成串口服務器配置。
2.2 軟件實現
2.2.1 多線程通信控制
串口服務器具有八個端口，每個端口對應一類設備，每個設備需要狀態信息采集、參數查詢、設置多項線程等代碼，反復調試、合理安排各命令優先級，避免沖突，使各命令有序進行。
2.2.2 緩沖區優化
每個串口發送接收多線程命令，每個線程發送結束后會將命令緩存到緩沖區，因此，針對緩沖區進行了優化清理，防止死鎖。
2.2.3 參數查詢功能
參數查詢的原理是設備接收查詢命令，并進行判別，并根據報文內容給予串口服務器終端相應的回執。主要完成報文封裝和解析功能。
2.2.4 告警信息采集
軟件告警信息采集以查詢命令為依托，對設備狀態進行關鍵字判別，獲取告警信息，在相應的告警指示燈上以紅、綠分別顯示告警狀態和設備狀態正常，在告警情況下，通過音響進行音頻輸出，在人工干預下，可停止聲音告警。每個模塊告警狀態設置循環查詢功能，循環時間為每秒鐘一次。
2.2.5參數設置
參數設置報文格式參數體中加載文本輸入內容或選擇開關等功能，對設備進行控制設置，實現遠端本控/遠控選擇、參數更改等功能。
2.3 人機交互
軟件設有登陸界面，設置用戶名和密碼，用戶輸入用戶名和密碼，輸入數據與數據庫進行對比，回答正確后軟件自動登錄至監控主界面，回答錯誤無法登陸監控界面。其登錄界面如圖2所示。
監控主界面采用名稱化可按控件分布，索引菜單設置系統、窗口、幫助三項，可實現軟件關閉、窗體分布、使用幫助等功能。點擊各設備打開二級界面，可對設備狀態進行查詢，并設有告警指示燈，當各設備正常時，指示燈為綠色，告警時，指示燈為紅色，并通過音響進行聲音告警，軟件主界面如圖3所示。
3 應用舉例
本文設計的監控系統應用于7.3米Ku頻段衛星天線系統中，使用過程中發現天線接收信號衰減過大，通過該監控設備對天線控制系統進行監控，每秒鐘采集一次參數信息，并將信息自動保存到TXT文本中。監測24小時，并將監控數據用matlab進行分析，分析結果如圖4所示。
從圖4可以看出天線控制器對星不準，正常天線俯仰角轉動步長為0.02度，天線控制器在24小時內俯仰角3次由40度跳轉到52度，約十分鐘后再跳回原角度，天線大幅度轉動，導致天線無法對準衛星，接收電平低。定位此設備故障后，通過更換了控制模塊，設備恢復正常。
4 結束語
針對衛星通信系統射頻方倉距離業務機房較遠，值勤人員不方便管理的缺點，本文設計了一種衛星通信系統室外設備監控系統，該系統在軟件控制下能夠實現衛星射頻各設備的實時監控、參數設置和故障告警，具有較強的實用和推廣價值。
參考文獻
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[2]閆保中，張磊，閆鑫.串口服務器在數據采集系統的應用[J].應用科技，2008（12）.
[3]羅晶波，李稚萱.基于串口服務器的便攜式衛星通信地球站監控系統的實現[J]. 電信工程技術與標準化，2007（04）.
[4]張建平，曾小玲.基于單片機和串口服務器的遠程數據采集系統[J].機械管理開發，2010（2）.
作者簡介
楊吉祥（1974-），男，浙江省人?，F為91917部隊處長、工程師。主要研究方向為通信裝備管理和工程建設。
衛星通信系統范文4
【關鍵字】 星通信系統 人防應急通信 應用
引言：衛星通信系統具有覆蓋面廣、長距離通信、可靠性強等優點，衛星通信不會輕易被地面的復雜通信狀況所干擾；通信系統相較于其他通信系統而言更加靈活，局限性較??；并且衛星通信具有寬頻帶，大容量等優勢，所以在人防應急系統中較為常見[1]。
一、人防應急通信
人防應急通信就是在發生自然災害或人為突發狀況，如火災、洪澇災害、大面積塌方、戰爭等情況時，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，由于應急通信系統所處的環境的不確定性，救援隊時常對人防應急通新系統提出很多特殊的要求，以便在技術層面對通信系統提供更多的保障。人防應急通信系統示意圖如下所示[2]。
二、衛星通信系統介紹
1、衛星地面站。在進行高空衛星通信的同時，人防應急通信系統可以在地面布置衛星地面站，如短波電臺等，衛星地面站可以用于各種自然災害、戰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中，如民眾通信。這種通信系統具有很強的可移動性，實時性等優點，但是系統的安裝成本較高，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、衛星電話。衛星電話是一種較為穩定的人防應急系統中常用的通信手段，它具有一定的穩定性，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設備還有地面通信應急車、衛星通信便攜站等，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、衛星通信系統在人防應急通信中的應用
在人防應急通信系統中對衛星通信就提出了如下要求：靈活性、穩定性、大容量，高速率傳輸等。一般的傳輸速率要求為：4Mbps-24Mbps，圖像分辨率一般要求為352×288以上。衛星通信系統也應具備“總體部署、統一協調、應急通信為主、各個通信技術并存”的理念。
1、 在軍事突發事件中的應用。在軍事突發狀況下，主要的技術局限性體現在戰地的危險性、破壞性、反偵察性等。在這類人防應急狀況下對衛星通信的要求較高，首先衛星通信應具有較好的隱身性能，這就對衛星的性能指標，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星通信系統的搭建。其次該系統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地部署。
2、在公共安全突發事件中的應用。在一些地質災害中，由于這些自然災害的突發性、不確定性，對此類人防應急狀況，通信系統就提出了靈活性、機動性等要求。此類災害是突然發生的，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狀況。
四、在人防應急通信中使用衛星通信系統中應注意的問題
因為對人防應急通信系統有較高的要求，所以本文選取了衛星通信的技術手段，但是衛星通信對環境要求以及經濟要求較高，所以在建立衛星通信系統時要注意相應的可靠性和穩定性，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境、各個時期的不同技術要求。
五、結論
衛星通信具有實時性、遠距離性、寬頻帶等優點，所以衛星通信系統在人防應急通信系統中有較為廣泛的應用。
參 考 文 獻
[1]余建國.SVC衛星應急通信保障系統探析[J].中國減災，2012，（9）：54-55.
衛星通信系統范文5
關鍵詞：衛星通信 信道編碼
中圖分類號：V271 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）06（b）-0023-02
隨著國內民用航空系統的發展，衛星通信成為其不可缺少的一部分，中國民航局在《航空承運人運行中心（AOC）政策與標準》中規定，衛星通信是無線電語音通信的主要通信方式。衛星通信在世界上絕大多數地區內可用于空中交通服務（ATS）、航務管理、航空公司行政管理通信和航空旅客通信等。民用航空衛星通信系統以衛星為中繼站，將機上語音及數據信息轉發到地面航空網絡。民用航空一般使用銥星系統和海事衛星系統傳輸語音及數據信息。由于衛星運行軌道距離地面幾百、幾千、甚至上萬公里，因此覆蓋范圍遠大于一般的微波通信系統。在衛星通信中，受到自由空間損耗、噪聲、多徑、多普勒頻移等影響，信號會出現較大的畸變，在功率受限的情況下，需要采用較強糾錯能力的信道編碼方法來實現，將信號誤碼率降低。
1 現狀
銥星系統為低軌衛星系統，衛星運行軌道高度為733米到785米，66顆衛星組成星座，覆蓋了地區包括南北兩極的全部區域，可支持的數據速率為4.8kbps（語音）和2.4kbps（數據），傳輸時延大于2.6ms。使用碼率r=3/4，約束長度為7的卷積碼作為前向糾錯碼。銥星系統軌道高度低，路徑衰減小，傳輸時延短，便于減小衛星和終端的體積，成本低。
海事衛星系統是一種高軌衛星系統，也是一種地球同步軌道衛星，衛星軌道高度大約為35700km。海事衛星系統使用卷積碼編碼，維特比譯碼。
早期的民航衛星通信系統主要用于前艙語音通信，保證前艙及時地與地面建立通信。隨著民用航空的發展，人們對于后艙使用衛星通信業務的要求也越來越迫切，而后艙通信的關鍵是大量數據同時傳輸，卷積碼的糾錯性能已經不能滿足新一代的衛星通信系統。對于要求越來越高的衛星通信系統，高的傳信率和低的誤碼率成為了衡量系統好壞的一個標準。新興的Turbo碼和LDPC碼是衛星通信系統中較為理想的信道編碼方法。
2 數字衛星通信系統
數字衛星通信系統模型如圖1所示，u是信道編碼器的輸入，對u加入冗余校驗位，按照某些編碼規則編碼后，編碼器輸出。衛星信道充足的帶寬允許系統以較低的碼速率傳輸數據，數據之間的符號干擾可以忽略，信道引入的加性噪聲和干擾可以用高斯白噪聲來模擬，并且這種噪聲在符號之間是相互獨立的。所以衛星信道基本上是加性高斯白噪聲信道（AWGN）。
3 Turbo碼
最初的Turbo碼是由Berrou提出，編碼結構中將兩個系統遞歸卷積碼（RSC碼）通過交織器并行連接，一個信息比特產生兩個對應的校驗位信息，這兩個RSC嗎的編碼器結構相同。它的譯碼采用迭代譯碼方案，兩個分量碼輪流調用軟輸入軟輸出（SISO）譯碼器，進行迭代譯碼。Berrou和Glavieux經過大量實驗驗證，采用隨機交織器的Turbo碼，信息序列長度為65535比特，通過18次迭代譯碼，在信噪比Eb/N0為0.7dB時，碼率1/2的Turbo碼能達到AWGN信道上誤比特率（BER）小于等于10-5，從而證明Turbo碼是一種逼近容量限的碼。
Turbo碼編碼通過一個交織器將兩個分量碼編碼器并行級聯。交織器將信息比特重新置位，使得相同信息序列內的輸入比特按照不同的方式排序。
假設信息位位數為k=1，定義輸入信息序列長度為N，信息序列為，其中。輸入信息一方面輸入分量碼1的編碼器進行卷積編碼，同時輸入信息進入交織器交織后，產生相同長度但比特位信息不同的序列。然后將輸入到分量碼2的進行編碼，從而得到了和這兩個不同的校驗序列。假設分量編碼器1采用碼率1/2系統遞歸卷積碼（RSC碼），同時分量編碼器2也采用這種分量碼，那么在不使用刪余技術時整個Turbo編碼器的碼率就是1/3。整體碼字由系統比特序列和校驗比特序列和構成。這就是說時間i的編碼輸出為，其中。
為了提高Turbo碼的效率，減少校驗位，我們可以使用高碼率的分量碼，還可以對兩個校驗序列進行有規律的刪余，接收端再將接受到的比特序列與信息序列復用起來，復用后的傳輸序列會輸入到數據調制器。舉例如下，為了將Turbo碼的碼率提升至1/2，可以按照如下的刪余矩陣對兩個校驗序列進行刪余
其中矩陣P第t行的0，表示將刪掉校驗位中的第t比特校驗信息。那么如上所示的P矩陣表示刪去校驗序列中的偶數比特信息和中的奇數比特信息。要獲得更高碼率的Turbo碼，可以參考文獻[3]，獲得更多的刪余Turbo碼性能分析和刪余矩陣。經過刪余后，在i時刻Turbo碼編碼器的輸出為，其中由和交替組成。
Turbo碼采用分量碼迭代譯碼，將兩個分量譯碼器dec1和dec2串行連接進行譯碼，其中分量譯碼器的輸入輸出均為軟信息，而且譯碼過程中對應的交織器與編碼中所使用的交織器類型相同。第一個譯碼器dec1對分量碼1進行MAP譯碼，然后輸出關于信息序列中每一比特的后驗概率值，并從這個后驗概率信息中分離出外信息，通過交織器后，輸入到dec2；第二個譯碼器dec2將dec1輸出的外信息作為dec1的先驗信息，對分量碼2進行MAP譯碼，輸出針對交織后信息序列中的每一比特后驗概率值，最后從這個后驗概率值中分離出外信息值，對其解交織后輸入dec1，進行下一次譯碼。經過這樣的多次迭代，從dec1或dec2輸出的外信息數值會趨于穩定，后驗概率比將逼近于最大似然譯碼，即以迭代譯碼的局部最優解來近似得到最大似然譯碼的全局最優譯碼結果。
4 LDPC碼
R.G.Gallager提出的LDPC（低密度校驗碼）采用隨機方法構造校驗矩陣，在迭代譯碼算法下，LDPC碼也能逼近信道容量。
根據雙向遞歸快速編碼算法設計實現LDPC碼的編碼器。準循環雙對角LDPC碼，它同時具有準循環和雙對角兩種結構特性。作為一種準循環LDPC碼，它的校驗矩陣由多個大小相等的子矩陣構成，每個子矩陣為全零方陣或單位陣向右循環移位的置換矩陣。
LDPC碼可采用多種方式譯碼，即大數邏輯譯碼（MLG），比特翻轉（BF）譯碼，加權的比特翻轉譯碼，后驗概率（APP）譯碼，以及和積算法譯碼。和積算法在這五種譯碼算法中顯示出最好的誤碼率性能，它的譯碼算法是基于置信度傳播的迭代譯碼。類似于Turbo碼的迭代譯碼過程，下一次迭代的輸入是上一次譯碼輸出時計算出的碼符號可靠度量度。譯碼過程會迭代進行，直到滿足算法中要求的停止條件。最后，根據計算出的碼符號的可靠度量度，做出硬判決。
LDPC碼在各種信道條件下，都比相同的目前已知的編碼方式有更好的性能。對于長碼，LDPC碼的性能要超過Turbo碼。
5 性能仿真
我們在AWGN信道上的信息傳輸模型為：
其中，服從高斯分布N（0，1），是與編碼序列對的調制信息。若采用BPSK調制，則信道上傳輸的離散發送符號為
通過信道的傳輸、接收端相干解調，那接收機的匹配濾波器在i時刻的輸出采樣值為。
給出信息序列長度120，1/3和1/2碼率的Turbo碼短幀長仿真結果，見圖4。采用分量碼為（1，15/13）系統遞歸卷積碼，分量碼的結尾處理方式為截斷和歸零。調制方式為BPSK，信道為AWGN信道，譯碼算法為Log-Map算法，迭代8次。本文的交織器采用QPP交織器。
同時，圖2給出了（1280，2560）碼長的LDPC碼性能仿真，其中包含兩個LDPC碼（分塊數分別為8×16和16×32）。采用歸一化最小和譯碼，其中歸一化修正因子α取值為0.75，信道模型為AWGN信道，調制方式為BPSK調制，無量化迭代50次，每個點均統計800個錯誤幀。
6 結語
Turbo碼近似于隨機碼，有較強的糾突發錯誤的能力，因此，被認為是應用于衛星ATM網絡較理想的信道編碼方式。而對于長碼，與LDPC碼對此，Turbo碼存在錯誤平層，所以長碼傾向于LDPC碼，以提高系統性能。
參考文獻
[1] 王新梅，肖國鎮.糾錯碼-原理與方法[M].西安：西安電子科技大學出版社，1991.
衛星通信系統范文6
論文摘要：低軌道（LEO）衛星移動通信系統是衛星距離地面500～1500km，運行周期2～4小時的衛星通信系統。銥系統、全球星系統及系統是地軌道衛星移動通信系統發展最快的范例。LEO衛星移動通信系統具有廣闊的發展前景
1 LEO衛星移動通信系統的特點
低軌（LEO）衛星移動通信系統與中軌（MEO）和靜止軌道（GEO）衛星移動通信系統比較，具有以下特點：
1.1 由于具有更小的信號衰減和更低的傳播時延，低軌衛星通信系統更有利于實現個人全球通信。LEO系統的路徑傳輸損耗通常比GEO低幾十分貝，所需發射功率是GEO的1/200-1/2000，傳播時延僅為GEO的1/7~1/50，這對于實現終端手持化和達到話音通信所需要的延時要求是十分有利的。
1.2 蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術的發展為LEO衛星移動通信提供了技術保障。
1.3 由于地面移動終端對衛星的仰角較大，天線波束不易受到地面反射的影響，可避免多徑衰落。
1.4 它在若干個軌道平面上布置多個衛星，由星間通信鏈路將多個軌道平面上的衛星聯接起來。整個星座如同結構上連成一體的大型平臺，在地球表面形成蜂窩狀服務小區，服務區用戶至少被一個衛星覆蓋，用戶可隨時接入系統。
1.5 由于衛星的高速運動和衛星數目多，也帶來了多普勒頻移嚴重和星間切換控制復雜等問題。但不管怎樣，低軌衛星移動通信系統的上述特點對于支持實現個人通信是有巨大吸引力的。
2 LEO衛星通信系統用戶切換的一般過程
低軌衛星移動通信系統中，由于衛星的高速運動，使得它的波束覆蓋區也跟著移動，而波束覆蓋區的移動速度遠大于用戶的運動速度，因此，在LEO衛星移動通信系統中，切換主要是由于衛星波束移動引起的。
對于衛星移動通信系統中的呼叫切換，通常經歷這樣一個過程：
2.1 用戶周期測量當前使用波束和鄰近波束的導頻信號或廣播信道的信號強度的變化，以便確定它是否正在穿越相鄰波束之間的邊界或者處于相鄰波束的重疊區內。
2.2 若用戶進入相鄰波束的重疊區，達到切換觸發的條件，將開始啟動切換過程。用戶中止利用當前波束進行通信，等待分配信道利用新波束進行通信。
2.3 切換過程開始后，需要在新到達波束中為該用戶按照一定的信道分配算法進行信道分配，并在原先波束中釋放使用的信道；如果采用了波束內切換或信道重安排，則原先波束還須按照呼叫結束后的信道重安排算法進行波束內的信道優化分配，進行必要的波束內分配。分配完成后，將數據流從舊鏈路轉移到新鏈路上來，完成切換。
3 LEO衛星通信系統用戶切換的種類
低軌衛星通信系統用戶切換可分為以下類型：
3.1 同一信關站和衛星的不同波束之間的切換
目標波束和現用波束在同一信關站和同一衛星內，該切換涉及兩個波束的信道分配和修改同一信關站(不采用星上交換)或衛星(采用星上交換)的交換路由表。
3.2 同一信關站不同衛星之間的切換
目標波束與現用波束不在同一顆衛星內、但在同一個信關站范圍內，它涉及兩顆衛星的信道分配；對于采用星上交換的體制，需要改變兩顆衛星星上交換路由表；對于衛星透明轉發的體制，需要修改信關站交換路由表。
3.3 不同信關站同一衛星的波束間的切換
目標波束和現用波束屬于同一顆衛星，但屬于不同的信關站，它涉及兩個信關站之間的切換，包括信道分配、改變地面線路連接、位置更新、記費等，對于采用星上交換的衛星還需要改變其交換路由表。
3.4 不同信關站不同衛星之間的切換
目標波束和先用波束屬于不同的衛星且屬于不同的信關站，它涉及兩個信關站和兩顆衛星之間的切換，信關站涉及信道分配、改變地面線路連接、位置更新、記費等問題，對于采用星上交換的衛星需要改變其交換路由表。
4 LEO衛星通信系統中用戶切換目標衛星的選擇準則
在低軌衛星移動通信系統的切換控制中，切換的目標衛星的選擇策略對切換的最終性能也有著直接的影響。因此，根據系統的需要，設計出適合于本系統的切換目標衛星選擇方案至關重要。目前，低軌衛星移動通信系統中的切換目標衛星選擇策略主要有以下幾種：最近衛星準則、最強信號準則、最長可視時間準則、最多可用信道數準則、覆蓋時間與仰角加權準則及最小跳數切換準則。
其中，最近衛星準則認為距離用戶終端最近（仰角最大）的衛星能夠提供很好的服務質量（QoS），可從純幾何上對其性能進行分析，也稱為最大仰角準則。采用該準則時，用戶終端在任何時候都選擇能夠為其提供最大仰角的衛星。該準則實現簡單，但一般不會在實際系統中采用，因為它既沒有考慮無線信號在空中的傳播條件，也沒有考慮網絡的運行狀況。 轉貼于
最強信號準則是終端在任何時候選擇能夠接收到最強信號的衛星。擁有足夠高的信號強度是無線通信的一個基本條件，可以認為最強信號衛星準則能夠提供較好的服務質量。
最長可視時間準則又稱為最大覆蓋時間準則。按照這個策略，用戶將利用星座系統運行的先驗知識，始終選擇具有最大服務時間的衛星作為其切換的目標衛星。該準則基于對最小化系統的切換請求到達率考慮，延長了切換后呼叫一直被某個衛星服務的時間，從而可獲得較低的被迫中斷概率。
最多可用信道數準則為：用戶選擇具有最多可用信道數的衛星為它提供服務。該準則出于對整個系統信道資源利用率考慮，以使衛星系統中每個衛星所承載的業務量趨于均勻分布，避免因某個衛星節點超負荷而失效，從而影響到整個系統性能。應用這個準則時，不管衛星的具置，新呼叫和切換呼叫會經歷相同的阻塞率或被迫中斷概率，從而可以避免出現某個衛星超載的情況。
最小跳數切換準則則應用于具有星上路由的情況，策略要求用戶在任何時候都選擇能夠為其提供最少跳數路徑的衛星。在具體實現過程中，通信雙方周期性檢測其可見衛星中是否有比當前通信路徑的跳數更少的路徑，如果存在則進行切換，否則繼續使用當前衛星進行通信。當然，如果通信雙方的當前衛星出現低于最小仰角（或信噪比）時，也需要進行切換。假定衛星系統使用準靜態路由算法，路由表項中帶有衛星到衛星的路由跳數，而且其路由信息隨著網絡拓撲變化由系統自動刷新。
5 低軌衛星通信系統用戶切換與路由
在切換時，由于服務衛星的改變，對于采用星上交換和星上路由的衛星通信系統，原有路由也需要被重新建立。重建路由有以下幾種方案：全路由重建，部分路由重建，重路由結合擴展路由，動態概率優化路由，最小跳數路由。
其中全路由重建衛星切換方案：原有路由完全被新路由代替，該方案得到的新路由仍然是最優化路徑，但其處理時延比較大。
部分路由重建衛星切換方案：當切換發生時，原有路由被部分保存，只有變化部分被更新，該方案處理時延比較小，但新生成的路由可能不是最優化路徑。
重路由與擴展路由結合：切換后首先進行路由擴展，再進行路由優化。以降低延時，但信令開銷增大。
動態概率優化路由：全路由重建節約帶寬，但是擴大了信令資源，需要選擇合適的優化概率P，在帶寬和信令資源之間折中。即并不對所有擴展后的路由進行優化，而是以概率P，對一部分路由進行優化，一部分仍保持原擴展路由。
最小跳數路由策略：用戶在任何時候都選擇能夠為其提供最少跳數路徑的衛星。通信雙方周期性檢測其可見衛星中是否有比當前通信路徑的跳數更少的路徑，如果存在則進行切換，否則繼續使用當前衛星進行通信。該策略能夠獲得較低的傳播延時和較小的切換頻率，具有很好的系統性能。
參考文獻
[1] 陳振國，楊鴻文，郭文彬.衛星通信系統與技術.北京：北京郵電大學出版社，2003
