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衛星通信系統論文:衛星通信系統發展以及關鍵技術分析
在通信進入了高速傳播、大容量寬帶和多媒體個性化的移動時代,衛星通信成為了無線通信中最特殊的通信方式之一。但是建立在無線電微波通信系統基礎上的衛星通信系統依然存在著一些技術上的開發問題和應用難點,需要在通信技術上找到關鍵的突破點。
1衛星通信系統的基本概念
衛星通信系統是一種把衛星作為信號中繼站來接受和轉發多個地面站之間微波信號的通信系統。一個完整的衛星通信系統是由衛星端、地面端和用戶端這三個部分組成的。在地球上空作業的衛星端在微波通信的傳遞過程中起的是中轉站的作用。包含了星載設備和衛星母體的衛星星體在空中接收地面站的電磁波,放大之后再發送到另一個地面站。設立在地表之上的多個地面站是連接衛星系統和地面公眾網的固定接口和傳送點,由地面衛星控制中心、跟蹤站、遙測站和指令站等部門構成。人們連接網絡的用戶端通過地面站傳送出入衛星系統的微波信號,形成龐雜而寬泛的通信鏈接。衛星通信系統的覆蓋范圍很廣,在衛星信號覆蓋區域內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。衛星通信的電磁波主要在大氣層以外的區域傳播,微波傳遞的性質較為穩定。所以衛星通信的工作頻帶寬,通信質量好。即使部分在大氣層內部傳播的電波會受到天氣的影響,也仍然是一種信號穩定性和通訊性很高的通信系統。但是,運行在高空軌道上的衛星在同時進行雙向傳輸時,傳遞速率會延遲到秒級,電磁波的度也會有所下降,用于語音通話時會出現明顯的中斷現象。衛星在高空上的位置是按照預定軌跡運行的,因此,衛星始終處于一種運動狀態,然而衛星通信系統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相當復雜,不易操縱和操作。
2衛星通信系統的發展現狀
2.1成本和需求之間的矛盾
現代的大眾通信集中體現為寬帶互聯網和移動通信。衛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的性價比優勢。在移動的長途通信費大幅下降的情況下,衛星長途通信的轉發器費用卻沒有任何變化,大大提高了衛星通信系統的運行成本。這種成本高需求低的矛盾是衛星通信系統面臨的較大尷尬。
2.2寬帶IP的傳輸和實現問題
中國當前的寬帶IP衛星系統基本上都采用的是ATM的傳輸技術。這種技術的性能支持衛星通信系統相關的指標要求,實現起來卻很困難。在衛星ATM需要分層實現的說法上有兩種不同的觀點就是否改變現有衛星協議結構的問題展開著激烈的爭論。含有ATM交換機的子網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數據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傳遞方式已經滿足不了衛星通信日益增長的用戶需求。雖然隨后又研發出了分組交換技術,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據的影響。
3衛星通信系統的關鍵技術
3.1數據壓縮技術
數據壓縮不僅可以節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。數據壓縮技術在處理數據的專業領域里已經發展得相當成熟了。不管是靜態的數據壓縮還是動態的數據壓縮都可以為衛星通信系統在時間、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
衛星通信系統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同步和時間驅動同步這兩類。在衛星的多媒體通信中,可以選用緩沖法、反饋法或者時間戳法來實現多媒體準信息的同步。目前開發出來的同步技術有建立在近似同步時鐘基礎上的“多業務流同步協議”和以時間因果同步為特色,支持分布式協議的“多信息流會話協議”。
3.3智能衛星天線系統
要成功傳輸多媒體信息,對通信系統的帶寬要求是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星ATM網絡產生較為嚴重的突發錯誤。為了完成多波束覆蓋的范圍較大化,研究智能高性能天線的技術開發和具體應用是十分必要的。例如,衛星通信系統可以在平時采用多波束快速跳變系統,在需要完成跟蹤和同頻復用的低軌道系統中采用蜂窩式天線,在星上和同步軌道系統中采用相控陣列天線。
3.4衛星激光通信技術
衛星通信對傳輸速率的要求很高,就目前來說,衛星通信系統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星密度重量和體積大小的同時增大衛星的通信量,提高衛星通信的保密性、性和傳輸速率。而且衛星通信的激光傳輸之間是不會相互干擾和影響的,是衛星通信在未來的主要發展趨勢。
4結束語
和其它通信系統相比,衛星通信系統多具有的特點和優勢是不可比擬的。但同時也存在著一些缺陷和不足。發展至今,衛星通信的成本問題、寬帶IP問題和數據速率問題是最主要也是最緊要的問題難點。要想解決這些問題和難點,就要完善和開發衛星通信系統的關鍵技術,實現衛星通信質量和效率的有效提高。
衛星通信系統論文:衛星通信系統的OFDM同步技術及應用
【摘要】本文介紹了寬帶衛星通信，對OFDM系統的原理進行了分析，通過仿真分析等方法，重點闡述了有關寬帶衛星通信系統中的OFDM同步技術應用效果方面的問題，證實了技術應用的有效性。
【關鍵詞】寬帶衛星通信系統；OFDM同步技術；應用
前言
寬帶衛星通信系統，是通信系統的重要組成部分，而OFDM技術，則是確保寬帶衛星通信系統功能能夠有效實現的基礎。將該技術應用到系統中，對于系統通信質量與信息傳輸速率的提高具有重要價值。
1、寬帶衛星通信概述
1.1寬帶衛星通信簡介
寬帶衛星通信又稱寬帶數據衛星通信，或無線多媒體通信，屬于以衛星為中轉站，為數據及信息的傳輸與接收提供平臺的一種通信技術[1]。在寬帶微信通信的實現過程中，地球站同樣發揮著重要作用，其天線尺寸必須能夠達到要求，且需要具備覆蓋范圍廣、靈活性強等特點[2]。相對于其他通信方法而言，衛星通信具有可用頻譜資源少的特點，為確保寬帶能夠有效建設，必須提高頻率，以滿足建設要求[3]。Ka頻段具有干擾小的特點，且設備占據面積小，易設置，重量輕，將其應用到衛星通信系統中，能夠有效減輕系統設備的重量，縮小其尺寸，與其他頻段相比，具有較高的優越性。將Ku頻段與數字壓縮技術相結合，應用到衛星通信過程中，同樣能夠達到提高通信效率的目的，但Ku頻段的應用存在一定的劣勢，即相對擁擠，因此不建議使用。
1.2寬帶衛星通信面臨的問題
雨衰、Qos、信道條件差，是寬帶衛星通信面臨的三大主要問題，具體如下：①衛星通信所面臨的環境相對復雜，由于信息以及數據需要在空間中傳播，因此受云雨等天氣的影響，通常會產生較大的損耗，進而影響通信質量。目前，寬帶衛星通信系統已經將Ka頻段應用到了通信過程中，該頻段頻率在18~30GHz之間，受頻段頻率范圍的影響，Ka頻段具有對雨衰敏感、受雨衰影響大的特點，容易對通信質量的提高產生阻礙，采用相應技術解決上述問題十分必要。②Qos問題：在電信網絡中，Qos屬于通信標準的一種，一般包括寬帶、主觀質量等多方面內容。為獲取期望的Qos，對其進行監督與控制十分必要，應從協商、定義、資源預留等方向入手，首先實現對Qos的測量，進而對相應數據進行整理和歸納，最終達到動態控制的目的。③通信條件差的問題，在寬帶衛星通信過程中顯著存在，主要體現在延遲大、差錯率高等方面，極大的阻礙了通信質量的提高。OFDM屬于正交多載波傳輸方式的一種，具有較高的頻譜利用率，能夠有效克服ISI，抑制信道衰落，從理論上講，將該技術應用到寬帶衛星通信系統中，能夠使通信效果得到有效改善。
2、OFDM系統原理
2.1OFDM符號調制及解調
OFDM的原理在于將單路串行的數據進行劃分，使其成為多路并行的數據形式，在此基礎上，對其加以調制，使其能夠在頻譜相同的不同子載波上完成傳輸過程。在此過程中，需要保障不同子載波具有兩兩相交的特點。在OFDM系統下，調制過程相對簡單，只需采用一種數字調制方法，便可支持全部數據傳輸完成。
2.2循環前綴
OFDM具有對抗多徑時延擴展的功能，為避免前后兩個OFDM符號之間發生ISI問題，可通過在其中加入保護間隔的方法實現對各個符號的保護。保護間隔的長度一般為L，L需保障能夠大于較大時延擴展，只有這樣，才能夠有效避免信號與信號之間互相干擾的問題發生。可以采用空符號代表保護間隔，但該種方法通常會對正交情況產生影響。采用循環前綴的方法，將周期擴展插入到OFDM符號與符號之間，能夠有效解決上述問題，使OFDM的對抗多徑時延擴展功能更好的實現。
2.3收發機系統
收發機系統的工作流程如下：①接受信號。②對信號進行電磁轉換。③將傳輸過程中的循環前綴刪除。④對信號串聯與并聯的形式進行轉換。⑤對信號進行處理。⑥轉換信號串并聯形式。⑦解調，得到信息接收比特流。
2.4同步誤差分析
應從頻率偏移、符號定時偏差、采樣時鐘頻率偏移三方面，對同步誤差進行分析。以頻率偏移為例，其所造成的同步誤差如下：頻率偏移一半在發射機與接收機之間發生，多由子載波件的整數倍偏移以及小數倍偏移而構成。前者不會導致ICI發生，而后者則會引發ICI。將子載波間隔控制在2%以內，能夠避免上述問題發生。
3、寬帶衛星通信系統中的OFDM同步技術
3.1同步算法
同步算法主要包括Schmidl&Cox算法、利用PN序列前導符的算法等多種。3.1.1Schmidl&Cox算法Schmidl&Cox算法主要包括小數頻偏估計算法、整數頻偏估計算法、定時估計算法三種。以小數頻偏估計算法為例，該算法在每一幀OFDM符號前，均加入了同步頭，同步頭的訓練符號數量一般為2個，兩者均需要加入循環前綴，分別用于對不同的頻偏范圍進行評估，最終實現對通信情況的計算。3.1.2利用PN序列前導符的算法利用PN序列前導符的算法主要包括定時改進算法與頻偏估計算法兩種，以定時改進算法為例：在AWGN信道中，設置固定的子載波總數，在固定的循環前綴下完成仿真，將其與不同子載波總數及前綴的情況進行對比，可以發現，兩者的性能各不相同，當子載波總數較小的時候，PN序列的長度必定會變短，進而影響算法性能，必須對這一問題加以重視。
3.2仿真
3.2.1幀檢測采用延時和相關方法，進行幀頭檢測，對訓練符號syml的結構進行了設置，后開始檢測。檢測后得出結論，當門限值在0.3~0.4之間時，幀檢測的性能能夠達到好，當信噪比≥5dB時，檢測成功率能夠達到。如處于多徑衰落信道環境，受多經時延問題的影響，幀檢測的成功率會有所下降。3.2.2符號精定時考慮幀頭捕獲算法得到的幀頭，定位會落入相關函數的附近，因此需對符號精定時進行計算。仿真后發現，受循環前綴的影響，提前檢測基本不會影響解調過程，但如檢測滯后，則會導致ISI或ICI發生，可提前5~8個樣值，提高符號精定時效果。3.2.3偏差估計小數偏差可采用時閾相同的4段m序列方法完成估計過程，4段序列均為64樣值長。通過仿真可以發現，在不同信噪比下，不同仿真算法對偏差估計的性能也不同，當信噪比在10dB時，Schmidl&Cox算法中的整數頻偏估計算法性能。3.2.4相位跟蹤頻偏估計會存在殘留頻偏誤差，受其影響，系統性能容易下降，為解決上述問題，必須對載波的相位進行跟蹤。可采用導頻子載波完成相位的跟蹤過程，進而實現對載波頻偏的補償。3.2.5整體同步方案將循環前綴長度設置為32，子載波數設置為128，頻率偏差控制在0.3×156250=468.75kH的基礎上，對整體同步情況進行仿真，結果表明，在同步方案下，誤碼率性能與理想情況下的性能十分接近，表明同步情況較好。
4、結論
寬帶微信通信系統中，應用OFDM同步技術，同步效果較好，表明技術具有較高的應用價值，將其運用到系統當中，能夠使系統的同步狀態更加接近于理想狀態，對于通信效率以及通信質量的提高具有重要意義。
作者：黨玲 單位：大連艦艇學院
衛星通信系統論文:民航TES衛星通信系統功率研究
【摘要】由于民航C波段衛星網的極化隔離度指標下降，各站發射功率超標，衛星轉發器處于長期功率飽和，嚴重影響轉發器工作狀況和壽命，本文研究對民航C波段衛星網的功率調整的方法。及功率調整理論依據。從而改善C波段衛星網工作狀況。
【關鍵詞】民航TES系統；衛星通信；功率調整
1電話調整方案
首先，選擇一路具有ICM卡的CU板直接連接電話機，如無配置請提前準備，并確認電話號碼。準備一根電話線與一部普通電話，將電話通過電話線與CU板“telco”相連。打開所在的TES衛星機箱電源，開啟ODU電源。只開起該CU板所在的機箱，待該CU板上線，并顯示數字“4”后，撥打網控衛星電話（號碼為168（1、2）和166）。然后，由網控進行發射功率比較，指導標定功率。
2發射調制波方案
（1）準備英文版操作系統的電腦筆記本和CU版監控線。（2）具體調整方案。打開cutunet軟件，敲擊showfolde（顯示文件夾）按鈕，選定frequency&power。（頻率和功率）。發射頻點是經過聯絡網絡控制工程師獲得分派的，而后將gainsettings（發射功率）應用默認設置。選擇條目modula-tion&rate。Datarate選擇19.2K。Modulation選擇BPSK。FECrate選擇1/2。選中scrambler&diff.encoder。選中TXenable。選中Qinvert。敲擊OK按鈕直至CU板上呈現“—/E.”交替出現為止，調整若不成功，需多次嘗試。（CU3慢選APPLY后OK.）。
3功率調整
調整功率需要調整地球站點室內和室外設立的衰減器，正常先調整室外ODU，而后微調各機架的室內衰減器。調整室內衰減器：地球站需要對每一組衰減器所屬的機箱進行調整，衰減增大減小功率，衰減減小增大功率。調整室外衰減器：3.1agilisodu上下行衰減值的調動（1）AGILIS監控電纜的制作；（2）AGILISODU監控顯示。3.2efdataODU的上行鏈路和下行鏈路的衰減值調整（1）制作efdataODU監控電纜；（2）設置通信參數；（3）監控顯示。3.3vitacomODU的上行鏈路和下行鏈路的衰減值調整（1）制作vitacomodu監控電纜；（2）啟動超級終端；（3）VITACOM超級終端的通信參數設置。終端仿真：DECVT-100。速率：9600bps。停止位：1。數據位：8。奇偶校驗：無。流量控制：關閉。（4）VITACOMODU監控顯示3.4V2ODU監控界面VSATUUtility———RFM———ConfigureRFM———RFM。
4接收功率調整
調整完發射功率后，需要對地球站的接收電平進行標較。以下方法對地球站接收電平的調整。首先，地面站把機箱的接收中頻電纜連接到頻譜分析儀，在頻譜分析儀上電自檢完成以后，頻譜分析儀參數設置為以下：70.125MHz的中心頻率，跨度SPAN為300kHz，RBW為3kHz，VBW為300Hz，而后調整接收到的信號電平衰減器在近68dBm。
5調整結果功率調整的理論研究
5.1衛星通訊體系中的功率控制原理
衛星通信體系中的功率控制，是在用戶通訊質量被保障的前提下，將發射功率降低，以削減系統干擾，提升系統容量。它是先對接收端的接收信號強度和信噪比等指標進行評價，然后改動發射功率來抵償無線信道中的途徑消耗和衰敗，實現既保障通訊質量，又不會對衛星通信體系中的別的用戶發生分外的影響。衛星通訊體系是一個功率受限體系的典范，用體系功率控制來保障衛星通訊體系正常工作，提升衛星通訊體系通訊容量，節約衛星通訊體系資源。功率控制算法主要從兩個層次分析和研究。全局層次和局部層次。可以將功率控制分成不同的類型。根據功率控制在衛星系統中的鏈路方向不同分為：上行功率控制和下行功率控制。根據功率控制信息的獲取方式分為：開環、閉環、外環。其中閉環又稱為快速內環。開環功率控制是指發射端根據自身測量得到的信息對發射功率進行控制。不需要接收端的反饋。開環功率控制控制在TD-LTE系統中主要用于隨機接入過程。由于系統上下行鏈路在一個載頻上傳送，通過對導頻信號的路徑損耗估計。接收端可以對發送信號的路徑進行估計。相應調整發送功率。開環功率控制的基本原理可描述為：Pnest（dBm）=Ploss（dB）+Pdes（dBm）其中Pnest（dBm）為開環功率控制調整后的終端發射功率。Ploss（dB）為測量得到的鏈路路徑損耗。Pdes（dBm）為基站期望收到的目標功率。開環功率控制不需要反饋信道。算法相對于閉環功率控制反應更靈敏。它可對移動臺發射功率的調整一步到位。即信道衰落多少節補償多少。但是在深衰落的信道環境中，開環會使功率幅度調節過大產生誤調。惡化系統性能。所以開環功率控制在目前的標準中僅在無線鏈路建立時使用。閉環功率控制是指需要發射端根據接收端送來的反饋信息對發射功率進行控制的過程。它分為功率調節和功率判決兩個部分。因此，功率調整的延遲較大。
5.2上行鏈路功率控制
鏈路上行FDMA在云，雨，雪和霧影響的氣候前提下，衛星接納端的信號接納電平具有很大變化，對上行信號的接收有很大影響。功率控制調整，由地球站和網控完成。網絡控制檢驗上行信號的Eb/N0（信噪比），并且用專項使用信元方法及時向各個地球站廣播，網絡控制判斷是否上行信號的接受Eb/N0（信噪比）高出閾值：閾值是一個窗口，確保接受Eb/N0（信噪比）在固定范圍內的上行鏈路信號。如果接收Eb/N0值大于設定的（Eb/N0）max則適當減小其發射功率；如果Eb/N0值不大于設定的（Eb/N0）max則判斷其是否小于（Eb/N0）min，如果Eb/N0值小于設定的（Eb/N0）min，則適當增加其發射功率，如果接收值在（Eb/N0）max和（Eb/N0）min之間就不對其發射功率進行調整。
作者：唐秋紅 單位：民航東北空管局
衛星通信系統論文:衛星通信系統發展及關鍵技術分析
在通信進入了高速傳播、大容量寬帶和多媒體個性化的移動時代，衛星通信成為了無線通信中最特殊的通信方式之一。但是建立在無線電微波通信系統基礎上的衛星通信系統依然存在著一些技術上的開發問題和應用難點，需要在通信技術上找到關鍵的突破點。
1衛星通信系統的基本概念
衛星通信系統是一種把衛星作為信號中繼站來接受和轉發多個地面站之間微波信號的通信系統。一個完整的衛星通信系統是由衛星端、地面端和用戶端這三個部分組成的。在地球上空作業的衛星端在微波通信的傳遞過程中起的是中轉站的作用。包含了星載設備和衛星母體的衛星星體在空中接收地面站的電磁波，放大之后再發送到另一個地面站。設立在地表之上的多個地面站是連接衛星系統和地面公眾網的固定接口和傳送點，由地面衛星控制中心、跟蹤站、遙測站和指令站等部門構成。人們連接網絡的用戶端通過地面站傳送出入衛星系統的微波信號，形成龐雜而寬泛的通信鏈接。衛星通信系統的覆蓋范圍很廣，在衛星信號覆蓋區域內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。衛星通信的電磁波主要在大氣層以外的區域傳播，微波傳遞的性質較為穩定。所以衛星通信的工作頻帶寬，通信質量好。即使部分在大氣層內部傳播的電波會受到天氣的影響，也仍然是一種信號穩定性和通訊性很高的通信系統。但是，運行在高空軌道上的衛星在同時進行雙向傳輸時，傳遞速率會延遲到秒級，電磁波的度也會有所下降，用于語音通話時會出現明顯的中斷現象。衛星在高空上的位置是按照預定軌跡運行的，因此，衛星始終處于一種運動狀態，然而衛星通信系統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相當復雜，不易操縱和操作。
2衛星通信系統的發展現狀
2.1成本和需求之間的矛盾
現代的大眾通信集中體現為寬帶互聯網和移動通信。衛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的性價比優勢。在移動的長途通信費大幅下降的情況下，衛星長途通信的轉發器費用卻沒有任何變化，大大提高了衛星通信系統的運行成本。這種成本高需求低的矛盾是衛星通信系統面臨的較大尷尬。
2.2寬帶IP的傳輸和實現問題
中國當前的寬帶IP衛星系統基本上都采用的是ATM的傳輸技術。這種技術的性能支持衛星通信系統相關的指標要求，實現起來卻很困難。在衛星ATM需要分層實現的說法上有兩種不同的觀點就是否改變現有衛星協議結構的問題展開著激烈的爭論。含有ATM交換機的子網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數據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傳遞方式已經滿足不了衛星通信日益增長的用戶需求。雖然隨后又研發出了分組交換技術，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據的影響。
3衛星通信系統的關鍵技術
3.1數據壓縮技術
數據壓縮不僅可以節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。數據壓縮技術在處理數據的專業領域里已經發展得相當成熟了。不管是靜態的數據壓縮還是動態的數據壓縮都可以為衛星通信系統在時間、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
衛星通信系統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同步和時間驅動同步這兩類。在衛星的多媒體通信中，可以選用緩沖法、反饋法或者時間戳法來實現多媒體準信息的同步。目前開發出來的同步技術有建立在近似同步時鐘基礎上的“多業務流同步協議”和以時間因果同步為特色，支持分布式協議的“多信息流會話協議”。
3.3智能衛星天線系統
要成功傳輸多媒體信息，對通信系統的帶寬要求是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星ATM網絡產生較為嚴重的突發錯誤。為了完成多波束覆蓋的范圍較大化，研究智能高性能天線的技術開發和具體應用是十分必要的。例如，衛星通信系統可以在平時采用多波束快速跳變系統，在需要完成跟蹤和同頻復用的低軌道系統中采用蜂窩式天線，在星上和同步軌道系統中采用相控陣列天線。
3.4衛星激光通信技術
衛星通信對傳輸速率的要求很高，就目前來說，衛星通信系統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星密度重量和體積大小的同時增大衛星的通信量，提高衛星通信的保密性、性和傳輸速率。而且衛星通信的激光傳輸之間是不會相互干擾和影響的，是衛星通信在未來的主要發展趨勢。
4結束語
和其它通信系統相比，衛星通信系統多具有的特點和優勢是不可比擬的。但同時也存在著一些缺陷和不足。發展至今，衛星通信的成本問題、寬帶IP問題和數據速率問題是最主要也是最緊要的問題難點。要想解決這些問題和難點，就要完善和開發衛星通信系統的關鍵技術，實現衛星通信質量和效率的有效提高。
作者：蔡宗元 單位：大慶鉆探工程公司地質錄井一公司信息中心
衛星通信系統論文:移動衛星通信系統模型設計特點分析
一、OFDM在移動衛星通信中的應用
OFDM技術最早起源于二十世紀50年代中期，在60年代OFDM技術就已經被應用到多種軍事系統中，但受限于當時的器件水平，使得OFDM技術應用受到很大限制。直到70年代，多載波傳輸技術可以通過快速離散傅立葉變換(FFT)來實現，這樣使得系統結構大大簡化，OFDM技術也逐漸開始走向實用化。在二十世紀80年代，FFT技術可以通過大規模集成電路來實現，OFDM技術獲得了突破性進展，開始逐步大規模應用到實際系統中。OFDM作為4G通信的核心技術之一，在移動通信領域得到了廣泛應用，在衛星通信領域近年也逐步開展相關研究。衛星移動通信系統相比地面移動系統，主要有以下幾點特點，一是衛星移動通信系統多采用L或S頻段，L或S頻段的信號具有繞射性，用戶終端也可以做到小型化、低功耗;二是系統支持速率多為幾kbps到幾十kbps的窄帶業務，其中LEO(LowEarthOrbit低地球軌道)衛星移動通信系統都采用自己的通信體制，而部分GEO(GeostationaryEarthOrbit相對地球靜止軌道)衛星移動通信系統則考慮與地面移動通信中的通信體制相兼容，并逐步提供幾百kbps的寬帶接入業務;三是多采用具有星上處理的有效載荷，對用戶上行鏈路信號進行恢復處理，這樣能夠滿足系統性能要求和用戶需求。考慮到衛星移動通信系統與地面無線/移動通信網絡的融合趨勢，如果新一代衛星移動通信系統的發展過程中也采用OFDM技術，即采用與地面下一代移動通信系統相兼容的傳輸體制和空中接口，這將非常有利于衛星移動通信系統與地面無線/移動通信網絡的融合。同時如果在衛星星上采用具有靈活性和適應性的數字信道化技術或者基于OFDM子載波交換的星上交換(OBS，On-boardSwitch)技術，星上處理不依賴于業務傳輸時的通信體制，這樣會進一步加強衛星移動通信系統與地面無線/移動通信網絡之間的融合，同時也能保障地面終端設備的靈活性和業務的可擴展性。因此，基于OFDM的GEO衛星移動通信系統具有很好的研究價值和發展前景。如上所述，OFDM系統通過技術手段的改進，實現不可再生頻譜資源利用率的提高、用戶體驗的提升等，同時符合移動通信的發展方向。
二、基于OFDM的衛星通信系統組成
基于上文所述衛星移動通信系統和地面無線/移動通信系統的發展趨勢、OFDM技術在地面下一代無線/移動通信系統中的核心地位以及OFDM在衛星通信領域的逐步應用，研究基于OFDM的GEO衛星移動通信系統中的系統組成。目前衛星載荷以透明轉發器居多且性較高，下文介紹的是基于透明轉發的組網工作方式，但該種方式難以利用OFDM所帶來的效益，一個簡單的基于透明轉發的系統如圖1所示。系統中衛星到用戶端間業務鏈路采用L或S頻段，以獲得良好的移動通信性能，衛星到網關站間的饋電鏈路可采用Ku或Ka頻段，頻率資源豐富。業務呼叫時，由網關站分配兩方通信頻點的和雙方所需的OFDM正交碼，雙方收到后按頻點和正交碼進行通信。此種方式業務流程簡單，可以認為是MCPC方式的變形，但將高速載波以OFDM的方式進行了分割，獲得了相對較高的頻譜利用率，按照OFDM理論較高效率可達FDM方式的2倍，但實際中由于邊帶信息的傳輸、循環前綴的添加等實際效率將小于理論值。該方式對星上幾乎沒有過高要求，透明轉發器均可使用，系統所有的管理、控制、資源調配均在網關站完成，但在存在通信延時大、星上峰均比過高導致下行鏈路轉發器功率回退等問題，同時為了能夠進行信道估計還需傳輸較多的邊帶信息。該種方法可基于現有衛星系統快速實現，作為OFDM在衛星通信中應用的參考，驗證相關技術的可行性，但依舊屬于傳統電路域的交互，無法動態調整帶寬，實現自適應傳輸，并不是理想的OFDM在衛星的使用方式。基于星上子載波交換方式的轉發器擁有更好的使用特性，具有頻譜利用靈活、交換粒度較小、可擴展性好等特點，但需要較為強大的星上處理功能。系統基于具有多波束、高增益天線的GEO衛星，基于OFDM的移動通信系統可以將每個點波束內的整個傳輸頻帶劃分為多個正交的子載波，每個OFDM子載波都可以單獨使用，若在點波束范圍內星地上下行鏈路中的各傳輸業務與相互正交的各個子載波之間建立起對應關系，則可以實現OFDM子載波的交換。星上系統包括OFDM信號接收和子載波分離子系統、子載波交換子系統和子載波合成子系統三個大的部分。針對具有K個點波束的衛星系統，每個點波束都有其對應的OFDM信號接收和子載波分離子系統以及子載波合成子系統。每個OFDM信號接收和子載波分離子系統把分離得到的各子載波信號以及相應的交換控制參數輸入到子載波交換子系統當中，子載波交換子系統則根據交換控制參數把各個點波束星地上行鏈路的OFDM子載波信號中屬于同一個點波束星地下行鏈路傳輸業務的子載波信號抽取出來，交換到相應的點波束子載波合成子系統中。每個點波束的子載波合成子系統把屬于同一個點波束下行鏈路的各個OFDM子載波信號合成一個為完整的OFDM信號再傳輸到相應的地面終端設備。點波束星地上行鏈路信號在衛星接收中首先經過符號同步得到OFDM符號的起始位置，通過頻偏估計和校正去除由于傳輸過程中多普勒頻移和本地接收頻率不同造成的頻差，去掉循環前綴，經FFT將各個子載波信號抽取出來，同時根據導頻符號進行信道估計和信道預測，估計得到的信道狀態信息用于各個子載波信號的均衡，通過較大似然檢測得到各個分離的子載波信號。這里通過信道估計和信道預測得到的未來信道狀態信息可以為子載波自適應分配、系統自適應傳輸所使用。點波束星地下行鏈路OFDM信號合成發送時將來自子載波交換模塊的屬于該點波束的業務比特流根據其所分配的調制信息和子載波分配信息進行符號映射和子載波位置映射，然后經N點IFFT進行OFDM調制，加循環前綴后進入點波束星地下行鏈路信道進行發送。這里需要注意的星地下行鏈路的OFDM符號具有高PAPR問題，需要對其進行抑制。星上處理中可根據信道預測的狀況，根據業務需求與業務等級自適應調整載波的分配，實現業務能力的動態調整。基于OFDM的GEO衛星移動通信系統總體方案的功能框圖。系統包括地面部分和星上部分。地面部分包括地面移動終端設備和地面網關站。地面移動終端設備向衛星發送業務呼叫請求，在業務呼叫請求被接納后按照分配的子載波資源信息、調制編碼方式組織傳輸業務，通過星地上行鏈路發送給衛星;接收來自星地下行鏈路的傳輸業務。地面網關站通過收發系統和天線及射頻設備向衛星發送與用戶有關的移動性管理信息，接收和發送衛星移動通信系統與地面其它網絡互聯互通時的數據和控制信息;地面網關站中的用戶數據中心維持近期的用戶數據，包括用戶地理位置和環境信息、地面其它網絡相關信息以及計費相關的信息等;與地面其它網絡相關的業務收發由業務控制系統、交換分系統和網絡互聯單元來完成;網關站管理中心負責整個網關站的運行管理。這里需要注意，地面網關站負責移動性管理方面備份功能，移動性管理通過星上來完成，這樣可以減小由于信息傳輸帶來的時延，更方便星上對業務呼叫請求的接納控制以及為地面終端設備和傳輸業務進行自適應分配OFDM子載波資源。基于上述衛星網管設計，相比現有衛星通信中常見的FDMA\TDMA\CDMA，將OFDM技術應用到衛星移動通信系統中具有以下幾點優勢:1.OFDM技術具有良好的頻譜效率和抗多徑能力OFDM理論上可較高提供2倍于傳統多址接入方式的頻譜利用率，對頻譜資源十分有限的中低頻段移動衛星通信系統有巨大的吸引力。對提升通信速率有很大幫助。在衛星通信系統設計中，通常在較高仰角使用條件下，可認為多徑分量較少。但在沙漠、大洋使用環境或較低仰角條件下，多徑效應依然是不可忽略的因素之一。OFDM提供了良好的抵抗多徑的能力，采用OFDM傳輸技術時，高速串行數據被并行分配到各個子載波上進行傳輸，子載波的數據速率降低，可以有效提高抗無線信道多徑效應的能力。2.OFDM技術對業務帶寬具有很好的可擴展性支持，可支持非對稱的高速業務OFDM系統中信號的帶寬由其所使用的子載波數量來決定，系統可以很容易地通過使用不同數量的子信道來實現上行和下行鏈路中不同的傳輸速率，實現良好的寬帶業務，同時對轉發器中某些收到干擾的通信頻點可以有效規避。3.衛星使用環境下多普勒頻移遠小于地面無線/移動通信系統OFDM技術區分各個子信道的方法是利用各個子載波之間嚴格的正交性，對頻偏比較敏感。而無線信道的傳輸過程中很容易受到各種干擾而使得這種正交性遭到破壞。實際證明，僅僅1%的頻偏就會使信噪比下降30dB。衛星環境下相比地面移動系統，地球站仰角較高時，GEO衛星移動通信系統中的較大多普勒頻移的影響要小遠于地面無線/移動通信系統，有利于在衛星系統中該技術的實現。4.有利于衛星通信系統與下一代地面無線/移動通信系統的融合OFDM同樣作為4G技術的核心，通過在衛星通信中的應用，在今后的發展中十分有利于與下一代地面無線/移動通信系統的融合，包括偏遠地區、海面、山區、森林以及南北極在內的各類地面用戶終端可直接接入衛星系統中，真正實現全球無縫覆蓋，符合現代通信發展的趨勢。
三、OFDM衛星通信系統性能分析
OFDM系統由于采用了正交多載波技術，不可避免的存在技術難點，下文針對較為突出的兩點進行簡單分析:1.功率峰值與均值比(PAPR)大與單載波系統相比，由于OFDM信號是由多個獨立的經過調制的子載波信號相加而成的，這樣的合成信號就有可能產生比較大的峰值功率，也就會帶來較大的峰值均值功率比，簡稱峰均值比。對于包含N個子信道的OFDM系統來說，當N個子信道都以相同的相位求和時，所得到的峰值功率就是均值功率的N倍。當然這是一種非常極端的情況，通常OFDM系統內的峰均值不會達到這樣高的程度。高峰均值比會增大對射頻放大器的要求，導致射頻信號放大器的功率效率降低，這對于功率資源嚴格受限的衛星通信系統十分關鍵，因此對OFDM衛星移動通信系統，必須要抑制OFDM信號的峰均比。抑制方法通常包括有損的信號畸變類和無損的編碼類、信號變換類:無損抑制對信息序列在頻域對數據的進行處理，這類方法不會對OFDM信號本身造成物理損傷，不影響信息傳輸的質量。采用基于部分傳輸序列的方式工作時，發送端需以額外邊帶信息的方式將線性變換的方法告知接收端，帶來了系統資源的浪費，并隨著序列分塊數目和旋轉相位因子取值空間的增加，計算量呈指數的形式增加。采用編碼類方式工作時，可通過分組編碼、格雷互補序列和Reed-Muller碼等，在信息比特進行編碼過程中，選擇生成低峰均比OFDM信號的編碼圖案進行傳輸，但是編碼和譯碼過程相對比較復雜，當OFDM子載波數目較多時，編碼和選擇編碼序列的計算量和時延較大。有損抑制主要包括信號畸變類方法，是對合成后的時域OFDM信號進行處理，該方法處理時延較小，簡便易行，依據不同的信號峰值門限或壓縮擴展特性可以達到較好的峰均比抑制性能，但是處理過程中由于對信號本身的非線性變換使得OFDM信號受到了物理損傷，影響了端到端信息傳輸的質量。實際使用中可以多種方式相結合使用，可先采用無損方式的進行預處理，然后針對處理后信號中超限的部分進行信號畸變類措施以達到合理的峰均比值，將硬件復雜度與系統傳輸質量做到平衡。2.信道估計與預測問題OFDM衛星移動通信系統將點波束范圍內的整個頻帶劃分為多個正交的子載波，由于衛星移動信道的多徑效應造成頻率選擇性衰落，多普勒頻移效應會造成時間選擇性衰落，從發射天線到接收天線間無線信道的頻率響應經過傳輸信道的衰落已經發生了變化，需要對信道進行估計與跟蹤;同時傳輸過程中各子載波處于不同的信道狀態，依據未來的信道狀態信息進行自適應傳輸可以大大提高系統的資源利用效率和系統的吞吐量，就需要對信道進行預測。OFDM系統中的信道估計方法可以劃分為兩類:一是盲信道估計方法，該方法計算復雜度高，收斂速度慢，很難滿足通信中的突發需求，且在時變信道下獲得的信道狀態信息并不;二是基于導頻信號的信道估計方法，實際應用中基于導頻信號的方法估計、速度快，適合于星上處理。基于導頻信號的信道估計方法首先要在發送端OFDM信號中合適的子載波位置插入導頻信號，在接收端利用導頻信號估計計算出導頻位置處的信道狀態信息，然后采用插值濾波等方法估計得到各個子載波位置處的信道狀態信息。但也由于導頻信號的插入降低了系統頻譜利用率。一般來說，信道的多徑時延擴展和多普勒頻移越大，信道狀態信息的估計所需要的導頻數目越多，相應的系統頻譜利用率也會降低。因此基于導頻信道的信道估計方法要求在信道估計精度和系統頻譜利用率之間進行折衷。如系統需采用自適應傳輸或上下行鏈路分配子載波資源策略更合理，還需采用信道預測的手段。現有地面系統中一般所采用的長期信道預測方法采用線性回歸預測器，能夠預測地面無線信道10ms之內的信道狀態信息，但衛星信道相比地面系統具有的長延時特性，一般單跳延時在270ms，端到端延時在540ms量級，地面系統中的手段顯然不適用，不能沿用地面系統中的方法。
四、結束語
地面移動通信的快速發展帶來了衛星通信系統通過OFDM技術的使用可以有效提高頻譜的使用效率，也有利于今后的網絡融合，但需要面對并克服一些技術問題。本文基于透明轉發與基于子載波交換兩類衛星轉發器給出兩種網絡結構類型，并以此為參考闡述了在實施中所帶來的效益和所需面對的問題，并進行了簡單分析，可作為后續工程實施的參考。
作者：夏融 董云剛 陳濤
衛星通信系統論文:海事衛星通信系統架構研究
1第五代海事衛星通信系統技術架構
INMARSAT第五代海事衛星通信系統采用Ka頻段，為全球范圍內的海事、陸地和航空用戶提供超高速移動寬帶通信服務，系統由四部分組成：空間段、關口站、衛星終端和地面接續站。
1.1空間段
按照設計規劃，第五代海事衛星空間段包括3顆主用靜止軌道衛星及1顆備用衛星，主用衛星分別是印度洋衛星，太平洋衛星和大西洋衛星，目前印度洋衛星已于2013年12月8日成功入軌，大西洋衛星已于2015年2月1日成功發射，太平洋衛星原計劃2015年4月或5月發射，目前因故推遲，擇機發射。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衛星采用采用波音公司成熟的702HP衛星平臺，將在地球同步軌道運行，可實現對全球南、北緯78°以內區域的覆蓋。該衛星采用全球轉發器技術，高性能彎管設計，包括前向和反向轉發器，通過轉發器將業務落地到SAS站，由其分發業務。每顆衛星設計有89個KA轉發器，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事件的需求。GlobalXpress衛星的設計依照VSAT模式，上行和下行在同一波束內，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
關口站是衛星和陸地側網絡通信的關鍵節點，負責處理用戶終端的業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務。目前第五代海事衛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。每顆主用衛星對應的洋區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星的業務，位于美國的LinoLakes和加拿大的Win-nipeg將負責大西洋衛星的業務接續，位于新西蘭的War-kworth和Auckland負責太平洋衛星的業務。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絡協調中心（MMP）接入海事衛星全球網絡。全球MMP之間采用專線互聯呈環狀網絡，且各MMP分別與所在區域關口站之間采用專線互聯。Ka頻段衛星通信鏈路面臨著非常嚴重的雨衰問題，GlobalXpress作為Ka頻段的衛星通信業務，即使采用了先進的調制編碼技術，隨著雨水密度的增加，數據下載速率將會顯著下降。GlobalXpress選擇在每個洋區下距離數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，較大限度地消除了地面關口站業務中斷的可能性。
1.3地面接續站
地面接續站（POP）是海事衛星網絡在全球的延伸。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，地面接續站與所在國家的電信運行商互聯網連接，提供本地的便捷網絡接入，另外，還能通過專線接入相關企業內網，提供更好的鏈路質量。一個第五代海事衛星GX系統的地面接續站包括強制路由子系統、數據通信子系統和業務應用子系統等，其功能如下：強制路由子系統：通過衛星關口站內部的位置服務器、強制路由模塊與北京陸地接續系統之間建立的通用路由封裝隧道，實現強制路由轉發，實現海事衛星業務與我國陸地公共數據網絡的有效接續。數據通信子系統：實現國際移動衛星組織規定的認證功能，包括五代星終端到北京陸地接續系統的注冊、資源分配、數據通信建立等。業務應用子系統：主要為用戶提供VOIP、預付費節點、視頻會議、FTP、傳真、郵件等業務應用。運行支撐系統（OSS）：包括網元管理模塊、專業網管模塊、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站網元設備的運行維護管理。業務支撐系統（BSS）并實現相應的功能，包括客戶關系子系統、賬務處理子系統、業務管理子系統、網上營業廳自助服務子系統、統計分析子系統及其綜合結算子系統等。
1.4衛星終端
INMARSAT五代星系統采用了頻道更寬的Ka波段，衛星終端更小、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，而且終端的數據傳輸速率大幅提高。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，如視頻監控、視頻會議等，為行業用戶衛星通信的應用廣度及深度拓展提供更大的空間。INMARSAT五代星系統主要實現標準IP業務以及基于IP的流媒體業務等。支持的應用主要有：電話、傳真、短信、語音郵箱、連接互聯網的數據傳輸、連接專用網的數據傳輸和視頻傳輸等。下行傳輸速率較高可達50Mbps，上行傳輸速率較高可達5Mbps。
2第五代海事衛星通信系統性能研究
2.1五代星系統與四代星系統互為補充
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展，Inmarsat衛星通信系統作為陸地網絡通信技術的延伸和補充，需要與陸地網絡保持一致，以滿足國內外以及各行業對視頻業務的需求。INMARSAT從四代星系統發展到五代星系統，屬于移動衛星通信領域的重大技術革新。INMARSAT四代星系統支持的帶寬與目前傳統電信運營商的3G網絡帶寬處于同一水平，滿足行業用戶對話音及數據傳輸的基本需求。INMAR-SAT五代星系統支持的帶寬將與電信運營商正在建設的4G網絡帶寬相當，一方面可以應對海上突發事件，為遇險船舶提供實時、有效、高質量的視頻圖像，保障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的大量視頻業務的需求，支持行業用戶的視頻監控、視頻會議等應用，為行業用戶衛星通信的應用廣度及深度拓展更大的空間。由于INMARSAT四代星系統基于L波段，通信質量不受惡劣氣候的影響，因此基于Ka波段的INMARSAT五代星系統業務，在受到雨雪天氣影響的情況下，業務將切換至四代星系統承載，待五代星系統信號恢復后，業務將自動再切換至五代星系統承載。負責進行業務切換的設備是網絡切換控制器（NetworkSer-viceDevice，NSD）。就像3G和4G移動通信業務互為補充一樣，未來INMAR-SAT五代星系統業務也將與INMARSAT四代星系統業務并網運營10年以上的時間，兩代衛星系統各自的明確定位及相互補充，將給行業用戶帶來更多的業務選擇。
2.2五代星系統與VSAT系統性能比較
VSAT通信業務是指利用衛星轉發器，通過VSAT通信系統中心站的管理和控制，在國內實現VSAT中心站與終端用戶之間以及VSAT終端用戶之間的語音、數據、視頻圖像等傳送業務，屬于按照增值電信業務管理的第二類基礎電信業務。我國VSAT衛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逐步放開，目前國內VSAT市場用戶以行業用戶為主，主要分布的行業包括教育、金融、能源、交通、電信、新聞媒體、水利氣象、地質物探、軍隊公安及大型企業。VSAT衛星通信系統較Inmarsat三代星和四代星系統相比主要具有高帶寬的優勢，在國內作為國家有線通信網的備用和補充，常被應用于海上或者偏遠山區、林區等陸地通信不暢的地區。但由于其點波束的覆蓋有限，在通信過程中經常出現盲區。特別是在交通行業，在應對我國深遠海應急通信保障中凸顯能力不足，已不能適應和滿足行業發展的需求。
3結語
GX業務在覆蓋范圍、帶寬水平及吞吐能力等方面的優勢特點，對產業上游的地面網絡系統及終端設備廠家提出了更高的要求，國內相關企業在配合GX業務推廣的同時，可從中借鑒先進的技術產品開發經驗，提高自身的研發水平；產業下游的行業用戶在得到GX業務更佳服務體驗的同時，將提升本行業衛星通信技術應用及信息化建設的水平。海事衛星通信技術的逐代演進，船岸通信技術網絡化、船岸通信方式與陸地網絡一體化成為必然趨勢。
作者：陳銳 邵珍珍 陳侃 柳曉月 李振 單位：中國交通通信信息中心
衛星通信系統論文:衛星通信系統資源動態分配研究
1多波束衛星通信信道的基本概述
多波束衛星通信信道往往具有一定的空間傳播特性，其具體表現為電離層吸收損耗、大氣吸收損耗、自由空間傳播損耗、云霧損耗以及降雨損耗等方面。其中信號傳播過程中受影響嚴重的多來源于降雨，因此對多波束衛星通信信道分析過程中需構建ITU-R雨衰模型，并通過降雨衰減進行仿真分析與計算，以此獲取不同片段下降雨雨水量的相關數據，進而實現資源的動態分配。另外，多波束衛星通信信道在進行電磁波傳輸過程中，也會出現信號受傳輸路徑與媒介影響發生變化的情況，此過程稱之為信道衰落。可將其具體分為多徑衰落與陰影衰落兩方面。其中多徑衰落主要指在電磁波形成散射、反射等情況下，天線接收到的信號將由不同路徑下的信號共同組成，而陰影衰落具體指在障礙物影響下，電磁波傳播中因陰影的產生出現損耗的情況。在分析空間傳播特性與信道衰落的基礎上構建多波束信道波形與多徑萊斯信道[2]。
2多波束衛星通信系統動態分配的方式分析
2.1常見的資源分配方式
多波束衛星通信系統進行資源分配主要集中在功率資源以及子載波資源兩方面。而實現分配的方式主要包括固定分配與動態分配兩種方式。在固定分配方式中，各波束中的資源會進行預先分配，而且資源的使用僅局限在波束內用戶中。這種固定分配方式的優勢在于實施較為簡單，不需選擇信道，但其信道資源浪費情況比較嚴重。在動態分配方式中，波束用戶可使用所有信道資源，而且還將信道增益信息融入其中，使信道的利用率及信道資源的靈活分配得以保障。特別在通信業務的未來逐漸呈多樣性特征，且無線信道在具有時變特性影響下，動態分配方式更能滿足其發展需求。
2.2自適應資源分配的基本原理分析
自適應資源分配過程中主要對子載波與功率進行分配。在分配子載波過程中，需對用戶通信數據源以及子載波信道的實際狀況進行分析，確保子載波的數量以及資源的分配能夠實現化。由于用戶信道信息在多波束衛星通信系統中各有不同，因此實際向用戶分配時還需對用戶間信道特征作出具體分析。另外，在分配功率過程中，主要將子載波分配為基礎，將數據傳輸的速率在總功率限制下實現較大化，其實質在于從高斯信道中進行較大信道容量的獲取。通常要求在通信服務質量得以保障的情況下，為使SINR最小化且避免信號受其他因素干擾，應對用戶發射信號，功率逐漸減少。
2.3速率自適應算法存在的問題與改進策略分析
速率自適應的提出主要針對誤碼率限制以及總功率限制的情況下，以用戶信息狀態為依據，進行功率的動態分配與調整，從而使信道容量實現較大化。目前所采用的方式主要為優化目標函數、容量較大化算法、最小容量較大化算法以及基于比例數據傳輸速率限制的容量較大化算法等。但實際計算過程中，容量較大化的方式很可能產生子載波與功率分配不均的情況，最小容量較大化的方式又忽視了數據傳輸速率方面用戶所表現的不同，而基于比例數據傳輸速率限制的容量較大化算法所涉及的功率分配計算又較為困難。對此現狀需構建系統模型，在優化目標函數的基礎上，進行功率自適應分配與仿真分析，并綜合考慮載波與功率的聯合分配，使資源分配方式更加合理[3]。
3結語
衛星通信系統實行資源動態分配是未來解決有限頻譜資源難題的重要途徑。但實際應用過程中，需對多波束衛星移動通信系統的原理與相關技術進行分析，選擇滿足動態分配方式的具體算法，這樣才可充分發揮其應有的作用。
作者：楊澄雄 徐智超 單位：中國衛星海上測控部
衛星通信系統論文:消防部隊衛星通信系統建設問題及措施
摘要：我國的消防部隊衛星通信系統以統一管理和規劃的方式為主，網絡覆蓋各大小總隊和支隊，能夠對突發事故和災害進行有效的指揮，為消防工作提供的技術支持。為了讓衛星通信系統的作用得到充分的發揮，本文對消防部隊衛星通信系統建設應注意問題進行了研究，主要分析了消防部隊衛星通信系統的概況，闡述了消防部隊衛星通信系統建設中的注意問題，總結了衛星通信系統建設的價值。
關鍵詞：消防部隊；衛星通信系統；問題
一、消防部隊衛星通信系統概況
（一）VSAT衛星系統的基本情況
根據我國的消防衛星通信系統總體要求中的規定，當前全國的消防衛星通信系統均為VSAT衛星系統，其具有統一的管理中心，對全國各地加入了通信系統的消防部隊進行統一的調度和管理。該衛星通信系統的全國通信網是全國同一頻率進行通信的網絡，該通信網由多個地球站共同構成。另外，消防衛星通信系統的設計要綜合考慮各種應用的需求，從而實現各種不同的組網模式，如網狀單跳網絡、星狀網絡。將省作為一個整體來看，消防衛星系統則包括省總隊分中心站、移動站、部局中心站三個內容，而移動站中又分為便攜站、靜中通和動中通，一般來說，省總隊分中心站和部局中心站主要用于收集信息。省公安消防部隊在進行衛星通信系統的建設時，通常更強調移動站的應用，因此本文所討論的建設問題主要圍繞移動站的建設所展開。
（二）公安消防移動衛星系統分類
公安消防移動衛星系統分為靜中通、動中通和便攜站。及時，靜中通。靜中通由衛星通信設備、靜中通天線以及業務終端設備等構成，是一種能夠進行移動的衛星通信地球站，雖然具有操作便捷、成本不高等優勢，但其機動性能并不好，因此常用于消防支隊或中隊；第二，動中通。由衛星通信設備、動中通天線、業務終端設備等構成，其優勢類似于靜中通，但是機動性能更好，能夠實現任何狀況的衛星業務，但成本偏高，因此適用于條件較好的消防支隊和總隊；第三，便攜站。便攜站的載體為一種便于攜帶的箱體，主要由衛星通信設備、便攜式衛星天線、供電設備以及終端設備等構成，是一種能夠進行移動的衛星通信地球站。便攜站的操作方式簡單便捷、成本不高、易攜帶，具有明顯的優勢，但由于其受到氣候影響，機動性能較差，常用于縣區的消防部隊。
二、消防部隊衛星通信系統建設注意問題
（一）動中通衛星通信系統的表現
1.消防通信車
消防通信車的作用在于在最短時間內到達事故現場，然后經由通信車將現場的數據、語音、圖像、視頻等傳輸到指揮中心，讓指揮中心的負責人迅速的了解到現場的實際情況，便于做出的應急對策。消防通信車的信號收集和傳輸是最為關鍵的問題，因此要充分考慮到車輛在道路中的暢通性以及信息的收集能力，通常在較小的事故中應用較多。所以往往采用機動性能較高的車作為底盤，然后安裝動中通天線，其等效口徑在80cm以上，形成消防信號的采集車系統。
2.消防指揮車
消防指揮車的作用是在應對突發事故時，將指揮人員送到事故現場附近，進行現場事故處理的指揮，為了方便指揮車與指揮中心的視訊效果，消防指揮車中還包括單兵圖傳、集群電臺、公網通信等系統。另外指揮車還能夠將事故現場的數據采集并傳輸到指揮中心，常常用于對大型的事故的現場處理。一般來說，消防指揮車強調車輛的指揮效果，因此往往采用口徑較大的靜中通天線或者動中通天線構成指揮系統。
3.消防綜合保障車
消防綜合保障車不僅能夠進行信息和數據的收集，而且能夠進行現場的指揮工作，兼顧消防指揮車和通信車的功能。通常用于小型或者中型事故的處理，消防綜合保障車的設置更加注重指揮效果和通信效果的綜合性，因此一般采用90cm左右的動中通天線構成消防通信系統。
（二）確定動中通衛星通信系統的建設對象
1.完整模式
動中通衛星通信系統的完整模式為消防通信車+消防指揮車，也就是常說的大車加小車的模式。完成系統建設后，如果發生重大的自然災害和突發事件，則需要領導前往進行現場指揮，消防指揮車恰好能夠發揮其作用，便于領導利用消防指揮車進行現場的指揮工作。而一般性的事故則常利用消防通信車，在最短時間內抵達事故現場，進行相關的信息收集，從而為指揮中心的指揮工作提供依據。
2.實用模式
消防綜合保障車作為一種實用的衛星通信模式，能夠將指揮人員送到事故現場進行指揮的同時，也能夠進行相關信息的采集并傳輸至指揮中心，為事故現場的指揮工作提供條件。需要注意的是消防綜合保障車的功能有限，僅僅能夠確保少部分人的現場指揮工作，其道路的通過性與消防通信車相比而言較差，但由于消防綜合保障車具有通信車和指揮車的雙重功能，因此應用也較為廣泛。
（三）消防部隊衛星通信系統的建設單位選擇
1.衛星天線供貨商
一般供貨商都有相應的產品或者產品，其商家需要具備專業的通信技術，能夠提供售前的技術支持、售后的服務等，若車載站的建設以衛星天線的供貨商為主導，則需要廠家配合完成車改的設計以及改裝的具體工作，后續的故障維修也應該有該廠商負責。
2.終端設備集成商
終端設備的集成商的技術人員專業性強，熟悉當前的衛星通信系統的操作，對于衛星通信系統的售前技術提供、系統的故障探測以及售后服務等較為熟悉，因此若車載站的建設以終端設備集成商為主導，則衛星天線的安裝調試等需要與廠家相配合，且系統的售后服務也應該由廠家來負責。
三、結語
綜上所述，由于消防衛星通信系統具有較大優勢，因此廣泛應用于各消防部隊中，消防部隊衛星通信系統必須具有完善的業務通信功能、較好的實用性能，才能夠更好的處理突發事件。其應用能夠有效的減少人們的經濟損失，維護人們的生命安全，有利于構建和諧社會，因此要加強對消防部隊衛星通信系統的建設，從而為廣大群眾提供品質的服務。
作者：劉夢茜 單位：鄭州市消防支隊
衛星通信系統論文:小衛星通信系統的技術
【摘要】
小衛星通信系統具有研發費用少，重量輕，性能穩定，信號覆蓋范圍廣以及不受地域條件限制等優點，能夠對當前大型同步軌道的衛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，因此對小衛星通信系統的技術進行研究同時具有實踐意義和理論意義。
【關鍵詞】
小衛星；通信系統；作用；研究；意義
衛星通信技術在軍事、政治、工業、生活等方面均具發揮著重要作用，而相比之下，小衛星則更具有大型同步衛星所無法實現的眾多優勢而受到國內外研究學者的重視，同時，衛星向小型化趨勢發展也是全球衛星產業的主要發展方向。我國從本世紀初期開始著手小衛星的相關研制和發射工作。
1小衛星的技術優勢
1.1荷載較少小衛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星中出現的荷載間復雜配比問題。
1.2研制時間短、費用低小衛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星明顯降低，因此更具有經濟性，更體現其實踐意義。
1.3重量輕小衛星的重量一般較小，就當前國際情況來看，最微型的小衛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，進而具有易于補網和星座功能穩定的優勢。1.5減緩頻率壓力小衛星的星座中包括多顆衛星，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小衛星通信系統主要技術簡介
衛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，地球站是衛星與地面信息系統的鏈接點，用戶通過地球站途徑進入衛星通信系統中，形成鏈接的電路信號鏈；為了確保系統的運行正常，衛星通信系統必須和地面的監測管理系統和測控系統想鏈接,測控系統能夠對通信衛星運行的軌道進行檢測和控制，以保障地面檢測系統能夠對衛星所傳送的通信信息進行有效的監控，保障系統安全與穩定的運行。小衛星通信的關鍵技術主要有通信系統的鏈路預算以及接收機參數估計技術和同步技術等，其中鏈路預算技術是設計小衛星通信系統的主要計算方法和參考依據，的鏈路預算能夠確保通信系統的穩定運行。近年來，通信系統接收技術和相應的算法逐漸由信號模擬技術向數字化轉變；由于衛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；由于衛星通信系統在數字通信過程中的發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小衛星通信系統關鍵技術簡介
3.1鏈路預算技術
（鏈路預算），即對一通信系統中發射設備，傳送信道以及接收設備的通信鏈路的變化情況進行的核算，是對小衛星通信系統性能的評價，具體而言是從發射端的信源起始，通過編碼、調制、變頻等多項操作，將信號通過天線發射出去，再由信道進行傳輸，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）可確定系統工作是否滿足系統實際需要；
（2）通過計算鏈路余量檢查系統能否滿足設計要求；
（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；對于數字電路來說，其性能指標是基帶信道上測得的誤碼率；衛星鏈路分為兩種信號路徑：由地面站到衛星的上行鏈路和從衛星到地面站的下行鏈路，其中上行鏈路的信號發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。與通信系統鏈路預算有關的數據因素有天線特性，傳輸距離較大值，信號發射/接受功率，熱噪聲，信噪比以及接收系統的質量。
3.2同步算法
無論是接受哪種形式的調制信號，接收機同發射機都必須保持同步，對于數字調頻技術而言，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。由于發射信號在衛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星通信系統、有效、快速的運行。由于載波同步算法利用的是判決反饋環路的模型，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-digitalconverter，模數轉換器）轉換為數字信號，再將頻帶信號通過下變頻轉變為基帶信號，之后通過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，解調輸出，碼元同步位于載波同步前，以碼元時間為基本數據處理周期，對相關硬件的要求較低，同步性能較好。
3.3型號參數盲
估計衛星通信信號的參數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據進行檢查和估測是保障解調和達到監視、截獲信息的目的的重要方法，以便為偵察系統的工作打好基礎。小衛星通信系統的常用解調方式有BPSK解調，QPSK解調，CPM解調，SOQPSK解調等。一般情況下，欲通過衛星通信捕捉信號，接收系統的帶寬需遠大于信號帶寬，解應使用寬帶接收機。
4結語
小衛星通信系統具有的多重優勢使其在當今世界范圍內的衛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，進而推進衛星通信向小型化方向發展。
作者：亢超 單位：河北諾亞人力資源開發有限公司
衛星通信系統論文:衛星通信系統跨層帶寬分配研究
作為通信領域的主要構成部分，衛星通信系統近年來逐漸傾向于高頻率、高速率以及大帶寬等特征，以寬帶多媒體通信網絡作為系統設計主要目標。但因其自身仍以Ku頻段為主提供系統容量，很難使用用戶的業務需要，要求做好跨層帶寬分配工作，并將更多多媒體通信技術引入其中，使衛星通信系統適用性更強。因此，對跨層技術與多媒體通信技術在系統中的設計與應用分析具有十分重要的意義。
1跨層技術的相關概述
關于跨層技術，根據以往學者研究，其在寬帶衛星標準中主要體現在：及時，返向信道協議，其將系統中的多址接入方式、物理層定義、交互式模型以及管理模塊等進行明確。第二，衛星網絡標準，該標準中更傾向于將MAC/SLC層定義、物理層定義等融入其中，并考慮在鏈接控制、衛星鏈路控制等方面制定標準協議。第三，跨層技術內容，主要包括QoS結構、TCP加強技術等。事實上，跨層技術在通信系統中側重于Qos結構、MAC層以及物理層等方面，通過設計完善有利于通信系統整體容量提升，而且在抵抗雨衰方面的能力得以提高。
2跨層系統模型的設計
2.1跨層系統模型的設計在衛星通信系統中，其存在較為明顯信道條件差、系統時延大等特征，無法符合QoS要求與交互式業務需求，需要通過跨層設計使系統整體性能得以優化。模型構建中首先需從應用層設計著手，一般應用層是用戶業務屬性的具體表現，若底層網絡協議較為單一，其將難以滿足用戶業務需求。因此，將跨層技術應用其中，主要需結合業務時延、QoS要求、數據速率特征等相關要求，確保相應網絡協議得以優化。其次，從傳輸層設計角度，其主要用于連接端與端，相關的如吞吐量、擁塞窗口以及往返時間等都可作為設計的重要參數。以其中擁塞窗口為例，一旦系統因無線信道條件過差而發生數據丟失情況，此時系統傳輸效率將受到影響，對此便需明確擁塞窗口的相關參數。再次，網絡層的設計，該部分設計的目的主要在于做好IP數據包尋址、路由選擇等控制，將跨層技術的引入其中可保障數據包的發送更為便捷，如應用層、網絡層間，跨層技術的應用主要表現在利用應用層相關QoS信息、業務優先級等使網絡層路由策略被合理優化，這樣數據包的轉發可自動進行尋址。，數據鏈路層，該部分功能側重于合理分配時隙資源，將跨層技術引入其中，主要使鏈路傳輸的性得以保障。例如，對于不同應用層業務，在數據幀處理過程中應注意對不同時延要求、性要求進行采取不同的跨層設計方式，如數據幀要求具有較高的性，應注重通過ARQ層跨層設計使該問題得以解決，而對于數據幀具有低時延要求問題，要求進行優先處理。除此之外，模型設計過程中還需考慮到物理層設計內容，其功能在于數據傳輸過程中，能夠使數據控制在相應的誤碼率范圍。將跨層技術引入其中，如編譯碼技術，其便是對應用層、物理層進行跨層設計的重要方式。
2.2跨層帶寬分配設計在帶寬分配設計中，首先需進行分配框架的構建，主要以應用層、傳輸層、網絡層、MAC層、物理層為主。其中應用層框架內，QoS相關參數主要表現在響應時間、優先級等方面；傳輸層中的QoS參數以時延為主；網絡層參數包括帶寬要求、丟包率以及時延等；物理層側重于符號速率以及誤碼率；而MAC層注重對預留寬帶、可持續速率等參數進行分析。其次，需做好分配約束條件的設計。以MF-TDMA接入方式為例，其是現代大多通信系統中常用的多址接入方式，其在約束條件上主要表現為：對于不同衛星終端避免應用同一時隙資源、帶寬分配中避免存在時間重疊問題、帶寬分配上限以一個載波容量為主。
3多媒體通信技術的應用
單純依托于跨層設計，衛星通信系統在通信功能上將無法得到較大程度的發揮，需將多媒體通信技術引入其中，這樣在系統應用下用戶之間可實時交換信息。具體技術應用主要表現在H.264/AVC標準的制定、視頻誤碼控制以及去塊濾波器等方面。其中在標準制定中，率對數字視頻引入相應的編解碼標準，即H.264，其又可叫做AVC，利用其對系統進行解碼，可使解碼效率得以提高，而從壓縮圖像方面看，該標準在保持較高數據壓縮率的同時不會過多占用網絡帶寬，能夠較大程度的節約帶寬資源。在誤碼控制方面，以視頻信號為例，系統傳輸信號過程中往往存在中斷、延遲等問題，容易出現丟包或誤碼現象，所以需引入誤碼掩碼技術，可通過有效的解碼形式對接收端信息進行分析，若存在數據丟失情況可直接進行恢復。另外，去塊濾波器方面，其作用在于將解碼塊效應進行解決，通常解碼完成后很可能存在虛假邊界現象，特別引入H.264/AVC，這種現象更為明顯，所以需通過去塊濾波器使視頻質量得到提升。
4結語
跨層技術與多媒體通信技術的應用是提高衛星通信系統整體性能的重要途徑。實際應用過程中應正視跨層技術的基本內涵，做好跨層模型的設計，同時還需考慮將去塊濾波器、誤碼掩碼技術以及H.264標準引入其中，使體統應用能力得以提升，更好地為其所在行業領域服務。
作者：孟祥輝 單位：國家新聞出版廣電總局無線局五四二臺
衛星通信系統論文:數字衛星通信系統性能研究
隨著人們需求的不斷增加，C頻段與Ku頻段中的業務也越來越多，更高頻段衛星通信系統的使用已經迫在眉睫，因此，Ka頻段衛星通信系統應運而生，以滿足當前日益提升的應用需求。Ka頻段衛星通信有被普遍成為寬帶交互衛星與多媒體衛星，具有容量大、寬帶大、尺寸小、束波窄、抗擾強、衛星多等多方面優勢，是未來發展的必然趨勢。
1Ka頻段衛星通信系統特點
Ka頻段衛星是當前比較先進的衛星系統，能夠對DVB/IP進行支持，從而實現衛星電視與高速網絡之間的相互結合，為用戶提出更加直接的寬帶與窄帶業務，具有很多應用優勢。但與此同時，Ka頻段衛星通信系統也有一些不足之處，因為頻率相對較高，會造成其降雨衰減較大，與傳統的C頻段與Ku頻段相比，Ka頻段會受到更大的噪聲、去極化以及雨衰等因素的影響，且對相關器件與工藝的要求也相對較高。在運用Ka頻段衛星進行通信的過程中，大氣層中含有的水汽、氧氣等因素會使得衛星信號產生正常耗損以外的衰減，如果這些問題產生作用，就會對信號的幅度、極化等方面造成變化，進而使信號的錯誤率提升，影響信號質量。運用Ka頻段進行衛星通信的過程中，需要解決以下3方面的問題：（1）解決信號雨衰；（2）研制相應的星上處理器；（3）確保數據不發生過度延遲。而在降雨環境下，雨衰與信道編碼會對Ka頻段衛星信號系統的性能產生影響。
2降雨環境下雨衰對系統的影響
2.1雨衰影響在降雨環境下，電波如果通過降雨區域，會被雨區中的水滴散射與吸收，從而使電波產生衰減。在這個過程中，雨滴的大小與波長會在很大程度上對雨衰值產生影響，而降雨率則是影響雨滴大小的主要因素。因影響雨滴模型的因素較多，世界各地各不相同，因此，雨衰值在估算過程中也會受到很多因素的制約，工作內容十分復雜。相較于C頻段，Ku與Ka頻段中的雨衰主要會對衛星電視廣播產生很大程度上的影響。根據實際調查，Ka頻段在很短的時間內，其衰減數值非常高，這種衰減會造成廣播線路暫時性的中斷，所以，在對Ka頻段進行設計的過程中，需要對雨衰影響進行優先考慮。
2.2雨衰特性從Ka頻段中雨衰預測與雨衰等值等相關數據中，可以分析出我國雨衰的相關特性，具體有以下3個主要方面。
2.2.1降雨強度影響降雨的強度是對雨衰值產生影響的最主要因素，我國幅員遼闊，氣候多樣，每一個氣候區中的降雨強度都有所不同，因此，雨衰值根據地域的不同，有著鮮明的地域分布，由此可見，降雨強度對雨衰值的作用不容忽視。
2.2.2地球站天線仰角影響在地球站中，其天線的仰角在很大程度上左右著電波斜路徑長度，決定天線仰角的因素主要有衛星位置與地球站位置兩方面。對雨衰來說，衛星仰角的影響主要體現在以下2方面：（1）如果地球站海拔高度大體相同，則仰角與斜路徑長度呈現反比例關系，即仰角越大，斜路徑長度越短，從而導致雨衰減小；仰角越大，斜路徑長度越長，雨衰增大。（2）如果地球站經緯度大體相同，則仰角與斜路徑長度呈現正比例關系，即仰角越大，斜路徑長度越長，雨衰增大；仰角越小，斜路徑長度越短，雨衰減小。
2.2.3頻率影響該影響主要出現在ITU-R預報模式中，在該模式下，頻率與雨衰值呈現正比例關系。其原因在于頻率的不斷增高使其與雨滴的大小愈加接近，在很大程度上提升了雨滴吸收與散射電磁波的程度，從而使降雨衰減增大。
2.3補償方法當前，主要的雨衰減補償方法有以下幾種：（1）位置分集。雨衰較大的地區主要存在于天線仰角低或降雨較多的地方，而空間分集是相對有效的補償方法。這種方法通過在特定位置設置地球站的方式，將雨衰較大的地區切換到雨衰較小的地球站完成通信。（2）頻率分集。由上文可知，頻率與雨衰值呈現正比例關系，而頻率分集便是利用這一特點進行數據傳輸的，運用高波段實現絕大多數業務的傳輸，低頻段則進行輔助傳輸，解決受雨衰影響且在一定門限之上的鏈路。（3）UPC。該方式主要通過上層鏈路的雨衰情況對地球站發生電平進行有針對性的調整，從而降低降雨所消耗的電波信號，確保衛星轉發器所接收到的信號與晴天時大致相同[3]。從當前情況來看，UPC是現階段最為經濟的抗雨衰方式。（4）自適應編碼。在該系統中，信號發射裝置主要由信道編碼器與速率調節器兩部分構成，需要注意的是，這2部分都是可調的。通過該技術，能夠在很大程度上改善Ka頻段衛星通信系統在降雨環境下所產生的鏈路性能惡化。
3降雨環境下信道編碼對系統的影響
在Ka頻段進行數字信號傳輸的過程中，會因為信道傳輸不好或雨衰等因素的影響，使其受到的信號發生錯誤。為了提升其通信性，較大程度上降低信道中產生的干擾和噪聲，需要以一定的規律為基礎，在將要發送的信息中適當的加入一些監督碼元，在接收過程中，可以通過這些監督碼元之間存在的規律，對信號傳輸中的差錯進行及時有效的發現與糾正，從而達到提升信息傳輸的性的目的。對于數字通信系統來說，其編碼技術主要有信源與信道兩種編碼技術，其中，前者能夠提升信息傳輸過程中的有效性，而后者能夠提升信息傳輸過程中的性。信道編碼有被稱為差錯控制編碼，能夠通過一定規律，在一定程度上提升信號冗余度，從而讓信號具備一些錯誤檢測與糾正能力。當前主要的信道編碼技術有以下3種。
3.1檢錯重發接收端在接收信號的過程中，一旦檢測出信號碼元中存在錯誤碼，就會對發送端發出信號，讓其重新發送，直到接收為止。而對出錯碼的檢測，主要指的是已經明確在所有的接收碼元中，存在若干個錯誤碼元，但其具體位置無法確定。需要注意的是，運用這種方法需要具有雙向信道，接收端與發送端都能夠得到消息。
3.2向前糾錯信號接收端不僅需要及時發現接收信碼中的錯誤碼，還需要對錯誤碼進行及時糾正。在二進制系統中，一旦確定了錯誤碼的位置，就可以對其進行糾正。該方法與檢錯重發法不同，不需要具備反向信道，也避免了重復發送所造成的時間延誤，具有很好的實時性。但其缺點在于設備相對復雜。
3.3反饋校驗在接收到信號以后，還要將信碼重新返回發送端進行校驗，比較源信碼，如果在這個過程中發現差異，則需要重新發送。該方法無論從原理方面看，還是從設備方面看，都相對簡單，但與檢錯重發法一樣，都需要具有雙向信道。由于該方法每一個信碼都需要進行2次傳送，因此與向前糾錯法相比，傳輸效率相對較低。無論哪一種信道上，都會不同程度上存在各種各樣的干擾，這些干擾會使信號在傳輸中出現誤碼，進而影響數字衛星通信系統的性能，想要對這些誤碼進行檢測與糾正，就需要運用信道編碼。在Ka頻段信道中，不僅存在加性干擾，還存在乘性干擾，前者是通過白噪聲引起的，后者是通過衰落引起的。白噪聲會使傳輸信號產生隨機性錯誤，衰落會使傳輸信號產生突發性錯誤。所以在Ka頻段系統中，通過信道編碼對傳輸信號進行差錯控制是很有必要的。
4結語
隨著衛星通信技術的廣泛應用，衛星通信信道也越來越擁擠，Ka頻段是一種頻率較高的頻段，是衛星通信系統未來發展過程中的必經之路。雨衰與信道編碼都會在一定程度上對Ka頻段衛星通信系統性能產生影響，值得進行更加深入的研究。
作者：孟祥輝 單位：國家新聞出版廣電總局無線局五四二臺
衛星通信系統論文:衛星通信系統軌道研究
1概述
衛星運行的軌跡和趨勢稱為衛星運行軌道，其軌道近似于橢圓或者圓形，地球就處于橢圓的一個焦點或圓心上。衛星軌道類型是根據其需要完成的任務決定的，同時衛星軌道的特性也決定了其任務特性。
2按軌道形狀分類
可分為圓形軌道和橢圓軌道。圓形軌道上的衛星圍繞地球勻速運動，通信衛星最常用該軌道；橢圓軌道在近地點運行速度快，在遠地點運行速度慢，可利用在遠地點速度慢這一特點來滿足特定區域，特別是調整軌道參數滿足地球高緯度區域的通信需要。
3按軌道高度分類
可分為中軌（MEO）、低軌（LEO）和高軌（HEO）。中軌衛星通信系統軌道高度為8000～20000km，兼有低軌和高軌系統的折中性能，中軌衛星組成的星座能實現全球覆蓋，信號傳播衰減、延時和系統復雜度等均介于低軌和高軌系統之間。低軌衛星通信系統軌道高度為700～2000km，衛星對地球的覆蓋范圍很小，可用于特種通信或由多顆衛星組成星座，衛星之間由星際鏈路連接，實現全球的無縫覆蓋通信。例如，銥星系統是軌道高度為780km，由66顆衛星（另13顆備份）組成的星座通信系統。低軌系統具有信號傳播衰減小、延時短、可實現全球覆蓋的優點，不過實現的技術復雜，運行維護成本高。此外，隨著軌道的降低，大氣阻力成為影響衛星軌道參數的重要因素。一般來講，當衛星軌道高度低于700km時，大氣阻力對軌道參數的影響比較嚴重，修正軌道參數會影響衛星的壽命。當軌道高度高于1000km時，大氣阻力的影響可以忽略。高軌衛星通信系統軌道高度在35786km的地球同步軌道（GSO），衛星位于最常用的赤道平面。高軌系統單顆衛星覆蓋范圍大，傳播信道穩定，理論上3顆衛星便可覆蓋兩極之外的所有地區。但高軌系統傳播信號衰減大、延時長，只有一個軌道平面，因而容納的衛星數量有限。目前運營中的IntelSat、InmarSat、Thuraya等系統都是高軌系統。大橢圓軌道可為高緯度地區提供高仰角通信，對地理上處于高緯度的地區是很好的選擇。
4按軌道傾角分類
可分為赤道軌道、極軌道和傾斜軌道。赤道軌道的傾角為0o，當軌道高度為35786km時，衛星運行速度與地球的自轉速度相同，從地球看上去，衛星處于“靜止”狀態，這也是通常所講的靜止軌道。當衛星軌道傾角與赤道成90o時，衛星穿越兩極，因此也叫極軌道。當衛星軌道傾角不是0o或90o時，稱為傾斜軌道。不過，一般而言，通信衛星都是采用順行軌道。
5按星下點軌跡分類
如果在衛星和地心之間做一條連線，該連線與地面的交點就叫做星下點，在這些星下點連接起來就是星下點軌跡。由于在衛星圍繞地球轉動的同時，地球本身也在自轉，所以衛星繞地球運行的星下點軌跡不一定每一圈都是重復的。將星下點軌跡在M個恒星日繞地球N圈后重復的軌道叫做回歸/準回歸軌道（這里M、N是整數），其余的軌道叫做非回歸軌道。M=1叫回歸軌道；M＞1叫準回歸軌道。軌道類型之間一般還會有混合交叉，所以分類只是對衛星軌道觀察角度的不同。
6對比分析
篇幅所限，現僅就按軌道高度分類的衛星通信系統，給出如下分析：
6.1低軌（LEO）傳輸延時和功耗都較小，但每顆星的覆蓋范圍也較小，典型系統如銥星系統。支持多跳衛星通信，鏈路損耗較小，因而對衛星及其用戶終端的要求不高，微型或者小型衛星和用戶終端就方便使用。低軌的代價是構成全球系統的衛星數量高達數十顆，如銥星系統有66顆衛星、Teledisc有288顆衛星、Globalstar有48顆衛星。由于低軌衛星運行速度比較快，對于某一特定的終端用戶來說，從地平線升起至落到地平線之下衛星暴露在視野中的時間短，載波和衛星之間的切換比較頻繁，因此，低軌系統組成和控制技術復雜、運營風險大、建設成本高。
6.2中軌（MEO）傳輸延時要大于低軌衛星，但覆蓋范圍也更大。中軌系統是同步衛星系統和低軌系統的折衷，兼有兩者優點，又克服兩者不足，仍可采用簡單的小型衛星。若均采用星際鏈路傳輸信號，遠距離通信時，中軌系統在星際鏈路上的延時會比低軌系統的低。而且由于中軌系統軌道比低軌系統軌道高很多，單顆衛星覆蓋的范圍遠高于低軌系統，當軌道高度達到10000km時，單顆衛星可覆蓋23.5%地球表面，因而只需要少數幾顆衛星就可以達到全球覆蓋。十幾顆衛星就能提供對全球絕大部分地區的雙重覆蓋，系統的性可以通過分集接收系統實現，系統成本也要低于低軌系統。因此，中軌系統在建立全球覆蓋方面是較為優越的方案。不過如果地面終端需要寬帶業務，此系統實現上會有一定困難，低軌系統寬帶業務方面較中軌系統優越。
6.3高軌（HEO）即地球同步靜止軌道。3顆高軌道衛星就基本可以實現全球覆蓋。傳統的同步衛星通信系統在技術上最為成熟，但是，同步衛星的缺點是較長的傳播延時和較大的鏈路損耗，在進行移動衛星通信業務方面存在缺陷。首先，同步衛星軌道高，鏈路上損耗大，對用戶終端的接收性能要求高。該系統難于應用移動終端通過衛星進行通信，這時只有采用L波段天線，而這就要求衛星有效載荷提高，因此不方便通過小衛星實現。其次，由于通信鏈路距離長、傳輸延時大，通常單跳傳播存在數百毫秒的延遲，經過星上語音處理后延遲更大，當進行雙跳通信時，延時有時候達到數秒，語音通信用戶此時將難以接受。通過星上交換處理能有效解決該問題，不過會增加星群架構復雜程度、系統運營成本和風險。經由以上分析可知，衛星通信用戶可根據上述不同的軌道特性和實際使用需求選取合適的衛星通信系統進行通信。
作者：郭丞 單位：中國商用飛機有限責任公司上海飛機設計研究院
衛星通信系統論文:組播技術對衛星通信系統的影響
近年來，隨著通信技術的不斷發展，IP網絡業務在衛星通信領域應用越來越廣泛。在IP網絡業務中，很多是高帶寬的應用,這就需要采用IPMulticast（組播、多播或多路廣播技術）技術來解決帶寬的急劇消耗和網絡擁擠的問題。在我國已經建成或正在建設的衛星通信網中，IP業務都是采用點對點的單播或全網廣播。隨著衛星通信網和地面IP網絡的融合、接入，組播方式的作用日益突出，已成為衛星通信正在研究的重要內容之一。本文對IP組播作了綜合的介紹，結合筆者的研究，詳細描述了衛星通信中IP組播的多種實現方式。
1基于衛星通信系統的IP組播模型
衛星通信和傳統的地面IP有線網絡通信相比較，具有很多優點。衛星通信中可以應用單播、廣播、組播傳輸IP網絡信息。使用單播（Unicast）傳輸時，在發送者和接收者之間需要單獨的一對全雙工衛星通信信道。如果有大量主機同時希望獲得數據包的同一份拷貝時，則需要使用多路全雙工的衛星通信信道來完成，這就需要增加硬件和帶寬等珍貴的資源。使用廣播（Broadcast）傳輸時，只能在IP子網內廣播數據包，所有在子網內部的主機都將收到這些數據包。廣播意味著網絡向子網主機都投遞一份數據包，不論這些主機是否樂于接收該數據包。
廣播的使用范圍非常小，只在本地子網內有效，因為路由器會封鎖廣播通信，也就是廣播不能跨越不同的網段傳輸，現實中不跨越網段的傳輸模式應用很少。在目前流行的單向信息流量較大（業務信息）而反方向信息流量小（主要是路由協議和管理信息）的多種IP組播業務中，單播和廣播存在的缺陷根本不能實現這些需求，而組播則可以滿足需求。衛星通信信道為全雙工的通道，對于信息量大的方向，可以使用高帶寬、高速率的資源，而信息量小的方向使用低帶寬、低速率的資源。
衛星通信中典型的IP組播傳輸模型如圖1所示。關鍵設備寬帶調制解調器實現信息的調制和解調功能；IP加速器對空間傳輸鏈路上的IP報文進行加速，提高了網絡吞吐量；保密機實現IP報文的加密和解密；路由器實現不同網絡在IP網絡層的互聯互通。由于寬帶信道、IP加速器、IP加密機都工作在TCP/IP協議族的物理層或數據鏈路層，在IP業務傳輸過程中只做比特流的透明傳輸或者簡單的差錯控制，不具備IP報文的具體尋路工作，因此，可以將圖1的模型簡化為圖2的模型。在衛星組播發送站和接收站中接入不同的IP組播業務終端，通過路由器生成的多播路由表來尋路，實現多種業務的組播傳輸。各衛星地球站使用支持組播功能的路由器（以Cisco2801系列為例）作為接入點。
2衛星通信中IP組播的規劃
根據圖1進行通信資源的規劃，建立好衛星通信傳輸鏈路。根據圖2進行IP地址的規劃。研究工作以音視頻業務組播為例（其他組播業務與之雷同），其傳輸方案為：音視頻信號通過IP編碼器接入衛星組播發送站，以IP組播報文的形式途徑衛星通信鏈路傳輸，衛星組播接收站1和2同步接收組播報文，經過IP解碼器還原出音頻信號。
2.1通信資源規劃配置衛星組播發送站的衛星通道1和2的寬帶調制解調器發送帶寬2Mb/s，接收帶寬8kb/s；配置衛星組播接收站1和2的衛星通道的寬帶調制解調器發送帶寬8kb/s，接收帶寬2Mb/s。建立衛星發送站的衛星通道1和衛星接收站1衛星通道的通信傳輸鏈路；建立衛星發送站的衛星通道2和衛星接收站2衛星通道的通信傳輸鏈路。
2.2IP地址的規劃（1）衛星發送站。路由器A網絡互聯口F0/0IP地址為192.168.1.1/24，本地互聯口FA0/1的IP地址為192.168.11.1/24。音視頻編碼器IP地址為192.168.11.2/24，默認網關為路由器A的FA0/1口IP地址。（2）衛星接收站1。路由器B網絡互聯口F0/0IP地址為192.168.1.2/24，本地互聯口FA0/1的IP地址為192.168.21.1/24。音視頻編碼器IP地址為192.168.21.2/24，默認網關為路由器B的FA0/1口IP地址。（3）衛星接收站2。路由器C網絡互聯口F0/0IP地址為192.168.1.3/24，本地互聯口FA0/1的IP地址為192.168.31.1/24。音視頻編碼器IP地址為192.168.31.2/24，默認網關為路由器C的FA0/1口IP地址。（4）組播套接字。組播需要用組播套接字進行通信傳輸，組播套接字是組地址和端口號的組合序列，規劃衛星地球站之間使用組播地址224.10.10.10，端口號2009進行IP組播傳輸（可以使用任意的合法組播地址和端口號），在衛星發送站或接收站各音視頻編碼/解碼器中配置組播套接字。
3衛星通信中IP組播的實現
衛星通信中IP組播可以通過多種方式來實現，筆者根據實際的研究結果詳細介紹3種模式，包括動態路由協議（RIP，OSPF，BGP）+PIM協議模式、RP（靜態、動態）模式和混合模式。
3.1動態路由協議+PIM協議模式動態路由協議是指運行同一種路由協議的路由器之間動態相互交互信息，形成路由表的過程，包括內部路由協議（典型的有RIP，OSPF）和外部路由協議（典型的有BGP）。PIM使用PIM-SDM（SDM是SM和DM兩種方式的結合體），任何一種動態路由協議配合PIM協議可以實現組播。
3.1.1RIP+PIM模式路由器配置RIP動態路由協議，組播發送端配置互聯網段和業務終端網段，組播接收端配置互聯網段，而業務終端網段可選配（可配置也可不配置），本實現方式全部配置，路由器各接口配置PIM模式。
3.1.2OSPF+PIM模式路由器配置OSPF動態路由協議。組播發送端配置互聯網段和業務終端網段；組播接收端配置互聯網段，而業務終端網段可選配。本實現方式全部配置。將互聯網段劃分到域序號0中，IP終端網段分別劃分到域序號1，2，3中，路由器各接口配置PIM模式。
3.1.3BGP+PIM模式路由器配置BGP動態路由。組播發送端互聯網段的鄰居需要配置，同時配置業務終端網段；組播接收端配置互聯網段的鄰居，而業務終端網段可選配。本實現方式全部配置。將路由器A，B，C分別劃分到域100，200，300中，路由器各接口配置PIM模式。
3.2RP模式所有的組播業務信息先發送到帶RP功能的路由器，然后再根據策略發送到相應的路由器。RP模式包括手工配置的靜態選定RP和自動選擇的動態發現RP。動態發現RP有包括Auto-RP和PIMV2BSR兩種方式。
3.2.1靜態選定RP。靜態RP需要在所有的路由器上進行配置。所有的路由器配置的RP必須是一致的，是同一臺路由器。通常將組播發送方路由器配置為靜態RP。
3.2.2動態發現RP相對于靜態選定RP模式，動態發現RP模式配置更加簡便。只需要在組播發送方路由器上全局配置，組接收路由器不需要作任何的全局配置，雙方通過信息傳遞發現RP。動態發現RP又分為Auto-RP和PIMV2BSR兩種方式。（1）Auto-RP方式。Auto-RP是Cisco的私有解決方案。需要配置候選RP（C-RP,candidate-rp）和動態影射MA（MappingAgents）。C-RP會利用管理組地址發送一個自己是RP的通告，MA監聽判決，然后向所有的路由器發送RP的地址。（2）PIMV2BSR。PIMV2BSR是PIM自帶的一種RP選舉機制。在域內BSR選定后，向所有設備發送自己是BSR的通告，RP向BSR發送注冊信息，BSR將此信息發送給所有的路由器，所有路由器都使用這些信息，根據自己的算法計算出誰是RP。
3.2.3混合模式對于以上兩種應用模式，使用的都是域內PIM組播路由協議。而在域間則是使用組播源發現協議（MSDP）。MSDP通過各PIM域的RP之間建立MSDP對等關系，使它們能在域間轉發信源有效信息。共享組播信息源。此時既需要在本域內路由器各個網絡接口配置PIM協議，又需要在域之間配置MSDP協議。將路由器A，B，C分別劃分到域100，200，300中。首先配置BGP路由協議。通過不同的配置方法，上面所描述的三種模式都可以在衛星通信中實現IP組播傳輸。在三種模式中，采用動態路由協議和PIM協議實現IP組播的模式應用最為廣泛。因為在衛星通信中，需要配置動態路由協議來實現不同物理網絡IP單播業務的傳輸。因此只需要增加相應的PIM配置就可以實現IP組播業務的傳輸。而且組播業務和單播業務不會互相影響，它們可以同時進行傳輸。
3.2.4后序在完成上述的研究后，筆者還進行了下列研究：多個音視頻組播同時發送和接收。多個網絡數據組播同時發送和接收。單個音視頻組播和單個網絡數據組播同時混合發送和接收。多個音視頻組播和多個網絡數據組播同時混合發送和接收。這些研究都取得了成功，對今后組播業務在衛星通信領域中的應用具有相當大的參考價值。
4結束語
本文提出了基于衛星通信的IP組播模型，并給出了該模型下實現組播的條件、組播的地址分配、Internet組管理協議、組播轉發、組播路由協議，該模型在衛星通信系統下能較好地實現IP業務的互聯互通。隨著衛星通信網與地面有線IP網絡的逐漸融合，本文所提的IP組播模型將在衛星通信領域中的應用得越來越廣泛，具有較強的應用性和推廣型。
作者：楊飛 陳濤 李晴飛 包少彬 單位：南京熊貓電子股份有限公司
衛星通信系統論文:船載衛星通信系統探究
1傳統PID算法在船載衛星通信系統中的應用
數字式PID算法有兩種類型，分別為增量型PID算法和位置型PID算法。在本系統中采用的是位置型PID算法。入口參數為角度誤差量，即系統運行時理論角度值與碼盤反饋的角度差值送給e(k)。傳統PID算法雖然原理比較簡單，控制較為靈活，但在實際的應用中還是存在一些問題的。如在系統啟動時，短時間內有很大的偏差，會引起積分飽和，造成較大的超調；而微分環節的引入會使系統對于干擾變得特別敏感，造成系統的不穩定。下面針對這些問題提出幾種改進方法。
2PID算法中積分項的改進
在PID函數實際應用過程中，為了克服積分飽和現象，通常可以采用積分分離、積分限幅和不積分的克服方法。積分分離的實現方法是在偏差值不大時對積分項累加，而在偏差值較大時不對該值累加，這樣可以防止偏差大時過大的PID輸出控制量，避免了積分飽和現象[6]。積分限幅的基本方法是當積分項累計到某個較大的值時，不再繼續對積分值進行累加，保持該積分值不變，下一次的積分值取上一次的積分值，直至出現符號相反的入口值時才繼續對積分項進行累加[7]。由此可見，采用不積分方法后，積分環節的輸出量在及時個周期會迅速的增大，但此后其增長速度不斷減慢，會趨向一個有限值，然而積分是趨向無窮大的。因此積分容易出現積分飽和現象，從而導致其特性變差[8]。
3PID算法中微分項的改進
微分項的引入會導致系統對干擾擾動特別敏感。原因在于當e(k)為階躍函數時，微分項的輸出僅在一開始起作用，對于時間控制比較長的情況，它的超前控制作用會變得很小[9]。在此提出的改進方法就是采用不微分的方法。由此可見，采用不微分方法之后，微分環節的輸出量在及時個采樣周期內的脈沖高度會降低，然后按(0)dkau的規律逐漸衰減。因此不微分能有效克服傳統PID算法對擾動敏感的不足，從而具有較為理想的控制特性[10]。綜上所述，具有不微分、不積分的PID控制器如圖4所示。
4結論
將不積分、不微分的PID算法應用到實際的船載衛星通信系統中，當電機正轉和反轉時分別測量出具體數據。以實測出的數據做為輸入量，將控制量u(k)和誤差e(k)用Origin軟件進行繪圖，得到下面的圖形[11]。從圖5和圖6可以看出，運用PID算法控制的電機在經過一開始短暫的閉環控制后，控制量保持平穩，誤差幾乎為0，達到了我們的要求[12]。
5結束語
本文探討了PID算法在船載衛星通信系統中的應用，并提出了積分限幅、積分分離、不積分和不微分的改進方法，避免了系統啟動時因不穩定而引起的積分飽和問題，具有較大的抗干擾性，從而使電機更加穩定的運轉。[13]通過編制計算機程序，將實測數據作為程序輸入量，并用Origin軟件進行繪圖，進行相關的分析、討論。結果表明該算法運行穩定，效果明顯[14]。
作者：萬冰 單位：南京郵電大學 通信與信息工程學院
衛星通信系統論文:衛星通信系統跨層帶寬分配探討
1衛星通信系統跨層體系的主要模型
1.1系統模型分析（1）應用跨層模型：該模型主要從用戶業務出發對各項跨層協議內容進行調整。應用跨層模型將用戶業務內容作為設計核心，將衛星通信系統跨層體系中的Qos要求、業務延時要求等進行轉化，實現了業務服務協議的完善，提升了系統業務效益。（2）傳輸跨層模型：該模型主要從連接控制著手對傳輸層的各項結構進行調整。傳輸跨層模型中對RTT、RTO、擁塞窗口和吞吐量進行了對應計算，依照結算結果實施上述參數設置，降低了傳輸層可能出現的數據擁堵現象。與此同時，傳輸跨層模型還將原系統中的擁塞丟包處理方式轉變，利用網絡層和鏈路層對數據通道進行優化，提升了傳輸層協議吞吐量，這對衛星通信系統寬帶傳輸效益的改善具有至關重要的意義。（3）網絡跨層模型：該模型主要從網絡IP數據包出發，對數據信息內容進行調整。網絡跨層模型完成了路由器和尋址的優化，規定了數據傳輸的優先級，依照該優先級對路由策略進行調整，改善了路由數據傳輸質量。（4）鏈路跨層模型：該模型依照系統功能結構對數據鏈路進行重新設計，將各項控制鏈路和傳輸鏈路結構轉變，實現了不同QoS需求區別處理，尤其是數據的優先級處理。鏈路跨層模型針對RTT和ARQ中存在的問題構建鏈路傳輸控制結構，實現了FEC和ARQ數據保障，有效改善了信道條件較差時的寬帶延時。（5）物理跨層模型：該模型參數主要包括信道、功率、編碼、誤碼率等，可以實現數據內容的調整，降低物理層數據誤碼發生的可能性。
1.2基于ISO/OSI模型的跨層框架分析基于ISO/OSI模型的跨層框架對跨層模型進行了多方位整合，依照上述內容進行節點建設，實現了物理層、數據鏈路層、網絡層、傳輸層和應用層的高效統一，從本質上提升了各層之間的信息傳遞效果。基于ISO/OSI模型的跨層框架結構接口設計時與系統工作狀況一致，應用層延遲和優先級約束數據鏈路層隊列管理，影響接口傳遞信息效益，形成跨隊列管理結構。該接口將系統劃分為三個功能板塊，即MAC層管理板塊、網絡層管理板塊和PEP模型板塊，具體結構見圖1.
2基于跨層的衛星通信系統寬帶分配框架
本次衛星通信系統寬帶分配框架的構建主要從MAC層出發，針對該層資源管理內容進行跨層寬帶分配設置。隨著衛星通信系統IP業務的不斷豐富和提升，寬帶系統要求不斷提升，數據規范效益已經得到本質上的改善。在該環境下，跨層帶寬分配框架構建時要依照規范內容對不同層的QoS參數進行把握，依照系統需求和分配計算結果對參數進行適當調整，保障參數與系統指標協調一致。除此之外，跨層帶寬分配框架構建時還要把握好五層系統結構，依照上述五項層次內容實現QoS參數的提取，形成高效的MAC分配模塊。該結構中的QoS參數主要包括：優先級、時延、相應時間、丟包率、誤碼率等。框架結構設置完成后要實施對應MF-TDMA帶寬分配約束。該分配方式運用時要首先對衛星通信業務進行分析，依照業務需求對分配約束過程和方法進行合理設計。確定基本分配約束體系后要將MF-TDMA帶寬分配方式進行調整，保障方式內容能夠順利接入載波信道中，實現信道資源的高效共享。該過程要對衛星中單進行嚴格控制，避免事件重疊，要適當調整終端載波，保障MF-TDMA運用時系統載波一致。
3總結
衛星通信系統跨層帶寬分配直接影響著寬帶傳輸效益，影響著寬帶應用質量，已經成為當前衛星通信系統研究的焦點。在對該跨層寬帶分配體系進行分析時人員要加大對跨層設計和跨層模型的挖掘力度，依照該內容對寬帶分配協議進行合理構建，實現分配框架結構的完善和提升。要依照該內容對寬帶分配設置進行轉變，優化寬帶分配約束機制，從本質上加速衛星通信系統寬帶發展進程。
作者：張昊哲蘇向辰陽單位：中國洛陽電子裝備試驗中心