衛星通信系統精選(九篇)

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第1篇：衛星通信系統范文

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可靠性很高的通信系統。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,電磁波的精確度也會有所下降,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最大尷尬。

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精確同步。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最大化,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、可靠性和傳輸速率。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。

第2篇：衛星通信系統范文

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°以內區域的全面覆蓋。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，最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。下行傳輸速率最高可達50Mbps，上行傳輸速率最高可達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的大量視頻業務的需求，完全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，已不能完全適應和滿足行業發展的需求。

3結語

第3篇：衛星通信系統范文

【關鍵詞】低軌衛星;通信系統;切換方案

1.低軌衛星通信系統信關站內用戶切換

低軌衛星通信系統信關站內用戶切換過程主要為：移動用戶接收系統信號-判斷信號內容并 發出需求報告-依照優先級對切換需求報告進行排序，執行切換過程-將消息給予目的衛星，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，向用戶發送切換信息-用戶接收信息實施切換，目的衛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 低軌衛星通信系統信關站內用戶切換流程圖

該流程中信關站及衛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（取值為衛星A id）、DST-Sat（取值為衛星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值相同時系統信關站內同一衛星波束見間發生切換。系統各項信息格式在該格式上依照具體環境適當調整，其具體格式內容基本相同，切換完成后進行信息清除。

低軌衛星通信系統切換過程中一旦發生信號異常，系統非常容易出現切換問題，造成切換終止，如信關站發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接收到拒絕信號（HANDOVER-REQUIRED-REJECT）等。出現上述異常問題后信關站常通過自身需求適時選取對應執行方案，其具體包括：

（1）重新進行切換，執行切換過程;

（2）從切換需求報告（HANDOVER-REQUIRED）出發重新選取目的衛星，選取對應目的衛星體系重建切換，執行切換過程;

（3）等待信關站發送下一切換需求報告（HANDOVER-REQUIRED）。

2.低軌衛星通信系統跨信關站用戶切換

低軌衛星通信系統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-從衛星A向其他衛星發送切換需求報告-依照優先級進行排序，發送切換請求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 低軌衛星通信系統跨信關站用戶切換流程圖

該系統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取值轉變為2，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，在呼叫完成后需要對各項信息內容進行及時清除，否者系統正常切換將受到影響。

低軌衛星通信系統跨信關站用戶切換過程中當信關站切換發生異常、信關站向外發射信號發生異常、移動用戶切換出現異常等均可以造成跨信關站用戶切換出現問題，導致執行過程出現障礙。在上述異常狀況下信關站A可以依照具體環境選取對應執行方案，其具體包括：

（1）進行衛星B切換，重新執行切換過程;

（2）從切換需求報告（HANDOVER-REQUIRED）出發重新選取目的衛星，選取對應目的衛星體系重建切換，執行切換過程;

（3）等待衛星A發送下一切換需求報告（HANDOVER-REQUIRED）。

3.低軌衛星通信系統的切換選擇分析

在對低軌衛星通信系統的切換進行選擇的過程中要把握好系統切換性能，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據信息進行方案調整，有效提升了系統選取效益。

本次研究中的低軌衛星通信系統切換主要通過衛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，形成對應目標衛星選取策略，確保用戶能夠接收到最優的衛星信號信息。除此之外，信號準則內容也是影響低軌衛星通信系統的切換的關鍵。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星，通過該選取方式降低系統切換次數，從本質上提升低軌衛星通信系統的切換效益。

4.總結

低軌衛星通信系統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、衛星及接入點之間的關系形成最優信號轉換通道，從本質上提升了衛星服務效益。在今后研究過程中研究人員要拓展低軌衛星通信系統信關站內、跨信關站切換內容，要對上述結構進行充分挖掘，從而實現衛星通信研究效益的全面提升。

參考文獻

[1]劉嚴靜，茍定勇，吳詩其.低軌衛星移動通信系統饋電鏈路切換方案[J].電子科技大學學報，2007，02：164-166+175.

[2]賀寅，張海勇，任重.低軌衛星通信系統信道分配策略綜述[J].科技信息，2013，35：25+27.

第4篇：衛星通信系統范文

【關鍵詞】便攜式衛星通信；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

便攜式衛星通信控制系統整體結構組成及其中各模塊主要設計和功能如下：

1、測量與信號調理模塊用于測量天線姿態和位置。本系統采用GPS、三軸電子羅HMR3300 和信標機實現天線位置和姿態測量：GPS用于測量通信系統所在地的地理位置，HMR3300用于測量天線的方位、俯仰姿態信息，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均通過串口輸出數據，而信標機的AGC電平模擬信號經過信號調理模塊進行濾波、 放大。

2、天線控制器模塊和電機及驅動模塊相結合，用于實現天線的衛星跟蹤和指向對準。 對于控制器，考慮到系統實時性和快速性要求較高，選用了低功耗和高性能的TMS320F2812 作為系統的主控芯片；為使系統結構緊湊，驅動電機采用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、無線監控模塊用于實現用戶對控制系統的實時監控，向控制系統發送指令，同時接收控制系統發送過來的數據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信息，另一方面可切換為天線遙操作。

二、控制系統工作原理

控制系統所能實現的天線對星性能決定了系統通信質量。為了實現高精度、快速對星， 本系統采用粗精對準相結合的方法，實現衛星信號的快速搜索與高精度指向：系統的衛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；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。

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度、緯度和靜止衛星的在軌經度。靜止衛星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表示靜止衛星，B為地球站A的經線與赤道的交點，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的經度和緯度分別為φ和θ1，靜止衛星經度為φ2，經度差φ=φ1-φ2，以下具體給出地球站天線對準衛星所需的方位角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：一是衛星位于地面站東南方向：方位角=180°-φa；二是衛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：一是衛星位于地面站東北方向：方位角=φa；二是衛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動，反之，則天線向正南偏西轉動。對于俯仰角，同樣計算可得。

（2）基于分區 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， 驅動其又快又好地到達期望的位置。常規的PID控制器采用固定的控制參數，難以兼顧快速性和平穩性的控制要求。為實現天線快速、平穩控制，本系統設計了基于分區 PID 的控制算法，即根據誤差將系統分為若干區，不同的分區采用不同的 PID 控制策略， 引導系統又快又好地到達指令位置。 為簡化控制器設計，對誤差分區時采用對稱分區。具體原理和設計如圖2所示。

O-A 階段：此時偏差很大，系統遠離期望位置，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，但為防止系統上升過快導致較大超調，考慮采用比例控制；C-D階段：此時偏差在一定范圍內，為實現系統平穩控制，采用比例-微分控制；D-E階段：此時偏差較小，為實現系統平穩、準確控制到位，采用PID控制。在天線的搜索過程中，俯仰系統、方位系統均采取分區 PID控制算法。

2、天線跟蹤算法

經過粗對準完成衛星信號的搜索，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，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星的目標位置。處于跟蹤狀態的天線控制系統采用步進跟蹤方法。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現信標接收機輸出的 AGC電平一直大于跟蹤門限電平，則認為天線已經對準衛星，此時天線在這狀態，開始接收衛星信號進行通信。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，則退出穩定狀態，進入衛星跟蹤狀態，如果AGC 電平小于搜索門限電平，則進入衛星搜索狀態。

三、系統控制軟件設計

天線控制系統軟件的任務就是設計實現系統的各模塊功能，本系統的軟件設計分為三大塊：DSP 與天線姿態的初始化、衛星信號的搜索、衛星信號的跟蹤。DSP和天線姿態初始化兩個模塊為系統尋星做準備，在進入衛星信號搜索和跟蹤階段后，系統要不斷地完成與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控。其中天線姿態的初始化和衛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、無線監控、電機控制五部分。

四、監控系統軟件設計

監控分系統的主要任務有：①配置無線模塊參數和目標衛星經度；②發送目標衛星的位置數據給下位機控制器， 控制器則根據此數據和 GPS接收機發送的天線當前所在地的經緯度信息計算天線的方位、俯仰角；③與控制系統通信，通過數據和圖形方式顯示下位機發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發送指令給控制器，遠程控制步進電機轉動；⑤復位系統。主要工作流程為：無線模塊配置-用戶輸入目標衛星信息-向下位機發送指令-接受下位機發送過來的天線狀態信息-通過信息發送下一步指令。

五、結束語

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

參考文獻

第5篇：衛星通信系統范文

關鍵詞：海上寬帶衛星 銥星 舒拉亞衛星 衛星通信

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。據統計，現在全球90%的貿易運輸總量由海運業承擔，海運業已經成為一個國家的戰略性產業，是一個國家強盛的重要標志。為了適應我國海上經濟和安全的發展需要，打通和維護海上生命線，維護國家重要的經濟利益，使海洋中的各種船只、平臺、岸站以及海運企業之間保持暢通的通信。衛星通信憑借其相對其他通信方式覆蓋范圍廣、通信距離遠等優勢，成為海運業信息傳輸的主要手段，同時利用海上衛星通信將推動海運業的快速發展。

2 海上衛星通信應用現狀

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

2.1 Inmarsat系統的應用

Inmarsat系統自1982年開始經營以來，現在已經發展到第四代，且其計劃2013年開始發射第五代衛星系統Global Xpress，2014年完成全球覆蓋，第五代系統采用Ka頻段，可提供高達50Mbps的數據傳輸速率，滿足用戶對更高帶寬的需求[4]。目前Inmarsat利用11顆GEO衛星組成的3個星座在全球范圍提供衛星移動通信服務（圖1），其中最新的是其3顆Inmarsat-4衛星。Inmarsat-4衛星采用了一副能產生多波束的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，實現手持式用戶終端電話通信，并使通信數據速率進一步提高，實現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星第四代通信網絡，推出了針對海上用戶的FleetBroadband業務。用戶使用該業務在海上通過一臺筆記本電腦大小的終端就可以實現全球區域寬帶網絡互聯。FleetBroadband基于IP協議，可同時提供兩種業務：持續的話音傳輸和數據傳輸，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，確保在發生緊急情況時，所有配備FleetBroadband的船上正在進行的非優先電話呼叫被中斷，呼叫者將直接被連接到海上救援協調中心（MRCC）。

2.2 Iridium系統的應用

Iridium系統是美國摩托羅拉公司（Motorola）于1987年提出的低軌全球個人衛星移動通信系統，它與現有通信網結合，可實現全球數字化個人通信。1998年11月開始商業運營，2000年3月破產，2001年新的銥衛星公司成立，并重新提供通信服務[6]。該系統全球覆蓋包含兩極地區，星上轉發器采用先進的處理和交換技術和多波束天線技術，且衛星之間具有網狀的星際鏈路，是最先進的低軌衛星通信系統。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、數據和尋呼等業務。

2008年10月，銥系統根據海運市場需求推出了一項具有挑戰性的新業務“OpenPort”（圖2），極大地提高了海上衛星通信帶寬。OpenPort可以提供全球無縫隙移動寬帶語言和數據服務，通過最多同時使用三條電話線路，可實現數據在IP全網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系統的應用

Thuraya系統是一個由總部設在阿聯酋阿布扎比的Thuraya衛星通信公司建立的區域性靜止衛星移動通信系統。Thuraya系統的衛星網絡覆蓋包括歐洲、北非、中非、南非大部、中東、中亞、南亞等110個國家和地區，約涵蓋全球1/3的區域，可以為23億人口提供衛星移動通信服務。Thuraya系統終端整合了衛星、GSM和GPS三種功能，可向用戶提供語音、短信、數據、傳真、GPS定位業務。最近幾年Thuraya業務發展順利。2007年，Thuraya推出衛星/GSM 雙模移動電話Thuraya SG-2520；2008年1月，Thuraya-3衛星升空，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、海上運輸、軍事等。ThurayaMarine提供速率達9.6kbps的語音、短信、數據、傳真、因特網接入、公司局域網接入、電子郵件、應急告警、GPS、氣象數據更新等業務，速率達60kbps的分組數據傳輸，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，就可將船舶位置信息以短信和電子郵件的形式發送給三個預設的聯系人

3 海運業發展對海上衛星通信的需求

海運業正處于快速發展階段，對高速數據業務的需求越來越強烈，海運業的不斷發展，必將促使海上衛星通信技術的飛速發展。

3.1 信息技術的飛速發展的需求

近年來IT消費市場以驚人的速度蓬勃發展，越來越多的消費者開始青睞智能手機、掌上電腦等IT產品。而這種變化無疑對IT和通信產業是具有重大意義的。因為這種變化不僅改變了人們對服務質量的需求，而且對業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和服務安全上能夠領先一步。海運產業也不例外。現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絡游戲，和家人視頻聊天，使用智能手機在船上上網沖浪等。這些需求使得海運企業不得不考慮一些實際問題，比如通信費用，網絡安全等。二是云計算技術的興起。雖然目前云計算技術在海上衛星通信系統上的應用還停留在理論階段，但是隨著海上衛星通信數據傳輸速率的不斷提高，在船舶上實現云計算、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 企業追求利潤的方式的需求

運輸業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，而海運企業為了節省支出費用，總會預先支付好幾年的衛星通信費用，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，同時也會對海上衛星通信的發展起到積極的推動作用。比如2008年底的全球金融危機中，許多產業都受到很大的沖擊，海運產業也不例外，這就引起了海運企業資金周轉困難。由于通信費用在整個海運業的費用支出中占1%～2%，在這種情況下，許多海運企業不得不尋求更為有效的盈利模式。

3.3 海運業自動化程度的提高的需求

隨著國際海運業欣欣向榮的發展，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務也逐漸地轉移到陸地上進行。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量的貨物，同時要裝載多少貨物等等，現在現有的海上衛星通信已經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，船舶信息網絡系統也愈發顯得重要，這就對海上衛星通信網絡的可靠性和有效性提出了更高的要求。

4 海上衛星通信發展趨勢

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

第二，海上衛星通信網將和地面蜂窩移動通信網進一步融合。由于船員對多媒體業務需求的不斷增加，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、發短信或者上網沖浪。但是衛星通信的一個致命缺點就是遇有遮擋就形成信號盲區，并且現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使用衛星通信服務。但是只要在船上建立一個微型蜂窩基站，在各主要艙內建立無線熱點，使用有線連接船上基站和艙內各無線熱點，使用已有的衛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星和地面蜂窩網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，海上衛星通信將與衛星定位服務相結合。長久以來，船員和貨物安全一直是海運業第一要務。近幾年海盜問題已經成為影響全球海運業的最大安全隱患，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星通信系統與衛星定位系統之間的結合，目前已有多個海上衛星通信終端支持基于GPS的衛星定位服務（比如ThurayaMarine），同時我國的“北斗”衛星導航定位系統也具備了向我國海域地區提供服務的條件，預計2012年可為亞太地區用戶提供服務，因此把“北斗”系統與海上衛星通信系統結合對我國具有重要的戰略意義。

5 結語

以信息技術為主導的第三次產業革命對社會的發展產生了深遠的影響，海運業作為國家的戰略性產業，如同其它產業一樣，也正經受著深刻的發展變化。海運業的不斷發展變化對海上衛星通信提出了更多的要求，為了不斷滿足海運業的發展變化，海上衛星通信走向數據寬帶化、費用低廉化、使用簡便化、終端小型化已經成為一種必然趨勢。我國海上衛星通信起步較晚，目前還處于低水平階段，因此借鑒國外發展經驗和教訓，努力發展我國自主知識產權的全球海上寬帶衛星通信系統是我國衛星通信事業的一項重要任務。

參考文獻

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

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

[3]李煒.海事衛星通信市場增長率超過100%，衛星與網絡.

[4]盧珊珊，馮少棟，張更新.海事衛星通信的發展應用現狀初析[J].數字通信世界2009，（3）.

第6篇：衛星通信系統范文

傳統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，幾乎能夠實現全球范圍的快速通信。但常規衛星通信設備也具有一定局限性，只能在靜止條件下通信。而動中通系統則克服了傳統衛星通信設備的不足，實現了移動載體衛星通信。本文將針對用于移動載體衛星通信的動中通系統若干關鍵問題展開研究。

【關鍵詞】

衛星通信；動中通系統；關鍵問題

由于傳統衛星通信設備必須靜止對準目標衛星才能通信，所以應用中具有一定局限性。為了克服這一缺陷，經過不斷研究研發了動中通系統。動中通系統實現了移動載體衛星通信，將其安裝在移動載體上，便能夠在載體移動過程中穩定追蹤目標衛星，保持不間斷衛星通信。動中通系統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星進行無阻礙通信。雖然動中通系統剛剛興起不久，且處于發展階段，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，對于促進移動通信發展進步具有重要意義。

1移動載體衛星通信

簡單來說衛星通信就是地球上的無線電通信站之間利用衛星作為中繼進行的通信。衛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，衛星電波覆蓋范圍內任意兩點都可以進行暢通的通信[1]。移動載體衛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星通信，與傳統衛星通信相比，增加了移動載體。移動載體衛星通信與傳統移動通信技術相比，不僅能夠實現全球覆蓋，且網絡安全高，線路穩定性強，通信成本低，能夠滿足特殊地域環境通信需求，可用于語音通信、數據通信、軍事通信，既可進行國內通信，也可以進行國際通信。現如今移動載體衛星通信已廣泛應用于安全通信、搶險求災通信、專用調度通信等領域。

2動中通系統

動中通系統是近些年新興的通信系統，是移動中衛星地面站通信系統的簡稱，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據等窄帶信息，使用的頻率是L、S頻段[2]。目前主流動中通系統為了滿足用戶動態通信要求，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，飛機、汽車、輪船、火車的移動載體便能夠實現在高速移動中實時跟蹤目標衛星，不間斷進行圖像、數據、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。動中通系統突破了傳統衛星通信技術限制，它的誕生是通信領域的一次重大突發，很好的解決了移動載體在運動中的衛星通信問題，目前已廣泛應用軍民兩大領域。

3用于移動載體衛星通信的動中通系統若干關鍵問題

移動載體衛星通信的動中通系統由衛星通信系統和衛星自動追蹤系統兩大部分組成。衛星自動追蹤系統主要負責保證衛星發射天線在載體運動時對衛星的準確指向。其主要設備包括：天線座、伺服系統、數據處理系統、載體測量系統。天線座采用卸載和儲力方式減小天線傳動時的負載慣量，保證系統整體穩定性和可靠性，避免載體移動對系統造成的負面影響。伺服系統采用位置環或速度環控制方式，減小伺服跟蹤系統的動態滯后誤差，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]。數據處理系統主要負責對誤差信號和載體動態信息進行處理，通過專用數學計算平臺，解算天線控制信號。載體測量系統能夠通過捷聯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、線速度等數據，保障數據準確性。

衛星通信系統主要設備包括：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、調制器、解調器等等。主要功能是負責使信號上行傳輸到衛星，并由轉發器下行傳送到地面衛星接收裝置。傳統衛星通信載體移動過程中其姿態和地理位置發生變化，便會引起原對準衛星天線發生偏離，造成通信中斷。想要實現移動中進行不間斷衛星通信，必須解決天線穩定問題，使天線不受移動影響，始終對準衛星。動中通系統中的衛星自動追蹤系統就能夠有效解決這個問題，它在初中靜態情況下由GPS、經緯儀、捷聯慣導系統測量載置的經緯度和水平初始角，根據測量經緯度及載體地理位置與載體姿態，自動確定水平基準天線仰角，并在水平仰角不變的情況下，轉動方位，自動對準衛星，獲得信號極大值。若載體處于移動狀態，載體測量系統便會測量出載體姿態變化數據交由數學計算平臺進行精確解算，通過伺服調整極化角、俯仰角、方位角，衛星自動追蹤系統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定范圍內，使衛星發射信號能夠在載體移動中進行不間斷通信。移動載體衛星通信的動中通系統的優點是：自主、自主跟蹤衛星，抗干擾性能好、線路穩定、能夠實現點對點移動通信、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

移動載體衛星通信的動中通系統信號傳輸過程中，質量高，效果強，信號穩定，能夠降低大范圍、復雜情況的移動通信需求，有效節約了通信人力物力，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衛星的“動中通”系統設計與關鍵技術研究[D].南京理工大學，2011，11（14）：132~136.

第7篇：衛星通信系統范文

【關鍵詞】衛星通信；自動跟蹤；MSP430單片機

0.概述

衛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境影響而成為應急通信的主要手段。近年來，車載衛星通信成為油氣田應急指揮系統中的重要通信方式之一，它可以在現場迅速展開天線，并快速自動尋星，提供迅速、有效的即時通信，保障了油氣田生產過程中突發事件時的應對能力。現在，車載衛星通信系統作為一種小型化的能實現自動尋星和跟蹤鎖定的衛星通信系統，主要呈現出業務臨時的特點，這就面臨著如何快速，準確的找準衛星的問題。本文以基于MSP430的車載GPS終端與電子羅盤相結合為例，闡述車載衛星系統尋星及跟蹤鎖定功能的實現。

1.基本原理

本系統的核心為天線快速跟蹤平臺，能實現自動對星，跟蹤鎖定衛星信號。該平臺將天線伺服控制系統和機械傳動系統整合在一起，通過高靈敏度的傳感器感知系統的方位，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動的補償角度。

2.硬件部分

天線控制系統框架圖

天線伺服控制系統核心采用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 個寄存器和常數發生器使MSP430 微控制器能達到最高的代碼效率，在8MHZ 的晶體驅動下，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的時間內激活到活躍的工作方式。片內的A/D 轉換器有較高的轉換速率，最高可達200kbps。為了能夠快速準確的采集數據，采用美國KVH 公司生產的C100 電子羅盤，它采用磁通門技術，航向精度可達到0.5°以內，通過其數字接口，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據。利用G-503 GPS 獲取天線系統所在地的經緯度。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，傾斜儀數據，電子羅盤數據的信號通道的切換。通過信標接收機來識別衛星信標信號。

3.軟件部分

系統加電開機后，首先進行主控單元MSP430F149 的初始化，包括端口，模數轉換，時鐘，定時器，串口等的初始化。初始化完成后，讀入傾斜儀數據，并進行判斷。一般情況下，天線最初都處于收藏狀態，傾斜儀的讀數為負，天線的俯仰需要上抬，使天線俯仰轉動軸平行于水平面，天線的方位軸線垂直于水平面。此時主控電路會讀入GPS 和電子羅盤數據（AL）。GPS 所得到的系統所在地的經緯度為（θL，ΦL）， 衛星的經度用 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°內進行搜索，俯仰方向會在上下5°內進行搜索。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。接下來天線根據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。我們可以認為天線已經對準了衛星。如果天線在搜索狀態時沒有找到衛星，會重新回到理論位置，進行新的搜索，如此循環，直到最后鎖定衛星。

4.結語

本文給出了車載衛星定位系統的硬件與軟件的整體實現方式。經試驗證明，本套系統具有很好的性能指標。能夠快速準確的找準衛星，具有很好跟蹤性能。

【參考文獻】

第8篇：衛星通信系統范文

關鍵詞:短消息業務;衛星通信;網絡管理;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,衛星通信業務已在各行業廣泛應用,但其僅限于話音、數據等傳統業務。為了拓展衛星通信的業務領域,使其在未來應用中發揮更大效益,本文結合短消息業務技術和衛星通信網絡管理技術各自的優點,依托于現有衛星通信系統平臺,提出了衛星通信網短消息業務的概念以及短消息系統的體系結構。

1 短消息系統結構

衛星通信網短消息系統主要由短消息系統服務器和用戶終端設備組成。短消息系統服務器僅次于網控中心,是整個系統的核心,負責完成短消息的轉發,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)地球站及短消息業務客戶端(SMSC,ShortMessaging Service Client):收發短消息的終端設備,具有接收、發送、顯示、編輯、保存短消息等功能。

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

3)SMSS:短消息業務服務器(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、轉發、中止等操作。

4)MSW:MSW(Monitor and SWitch)是用于對網控系統進行管理和控制的軟件,對短消息業務來說,它主要負責協調SMSS與網控中心其他進程間的關系,以及對網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)是網控系統內處理通信業務的軟件。NCP對業務資源的控制主要以數據庫表文件的形式體現,SMSS不直接與NCP通信。

6)KDC:密鑰分發中心(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:數據庫管理系統,用于保存各類短消息隊列,以及全網配置和狀態信息、運行記錄、操作日志等。

短消息發送流程為:對于地球站發送的短消息,通過衛星信道傳送至網控中心,網控中心的ACS收取后把短消息轉換為數據包交給短消息業務服務器SMSS;對于客戶端發送的短消息,通過專用計算機網絡直接交付SMSS。SMSS對所收到的短消息先進行格式轉換以及存儲于數據庫;然后對等待轉發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轉發給接收方地球站。

2 系統關鍵設計

2.1 傳輸信道的選擇

衛星通信網的信道一般可分為兩類:業務信道和控制信道。短消息采用何種信道傳輸是實現短消息系統的最關鍵問題,決定了短消息系統的實際應用性能。

短消息采用存儲轉發模式,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(地球站到網控中心)采用ALOHA方式,下行(網控中心到地球站)采用TDM廣播方式。短消息一次傳輸就構成一次通信,適合數目較多的小數據量信息同時傳輸。

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,我們還設計了回執和群發兩種短消息增值服務。

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

圖2中各階段分別為:

1)發送方向SMSS發送短消息;

2)SMSS收到短消息后,向發送方發送“短消息錄入應答信令”;

3)SMSS向接收方轉發短消息;

4)接收方收到短消息后,向SMSS發送“短消息下載應答信令”;

5)SMSS收到“短消息下載應答信令”后,向發送方發送短消息。

所謂短消息群發是指用戶發送一條短消息,其接收對象是一個用戶群。群發過程如下:主發方的地球站發送一條攜帶組號的短消息到網控中心,網控中心的SMSS除對該短消息進行正常審核之外,還需對主發方的權限是否能向目標組群發短消息進行審核,設定權限的目的是為了防止衛星網絡內群發短消息的泛濫。若該短消息通過審核鑒定,SMSS就把其攜帶的組號轉換為組地址,再廣播下發給所有地球站,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 系統的實現

3.1 短消息業務服務器

由于短消息業務服務器SMSS需要處理衛星通信系統中所有短消息,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十個線程。這些線程分別實現不同層次的功能,大體可分為三類:

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

2)管理控制類:負責對SMSS自身的管理和控制,以及執行MSW發來的各種命令。

3)通信類:承擔與網控其他進程之間的通信工作,例如SMSS與ACS、MSW的數據通信。

隊列:在SMSS內部設置了多個緩沖隊列,隊列中存放短消息數據和管理控制信息,各線程通過操作這些隊列完成業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據結構,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

上述短消息系統已經在模擬衛星通信環境中投入實際運行。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,并且開銷小,能夠提高系統運行效率。測試結果表明,短消息系統在流量正常時運行良好。當出現突發性的流量增長時,可通過限制短消息的發送速率,避免出現擁塞現象。

4 結束語

短消息系統具有很好的通用性,可高效地實現各種衛星通信網中的短消息傳輸與控制,無論對民用網絡還是軍事衛星通信網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：衛星通信系統范文

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；業務分布算法；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，因而衛星功率往往是增加系統容量的瓶頸。而星座衛星通信系統用戶業務量突發性很強的特點，往往會導致某顆衛星下業務量劇增而突破衛星本身功率限制，而相鄰衛星下業務量很少的情況出現。星座衛星通信系統為了提供指定區域的無縫覆蓋，相鄰衛星總是存在交疊的覆蓋區域，位于交疊覆蓋區域的通信終端可以選擇接入所有可視的衛星進行通信，因而，任何可視的衛星都可以接收交疊覆蓋區域的通信業務需求。因此，通過業務的合理分布來規劃系統的功率資源就顯得很有必要。

1系統業務模型

1.1 位置業務模型低軌星座主要對全球中低緯度地區提供基本通信服務，最低通信仰角10°，可以為熱點地區提供近實時的通信服務，考慮到星座系統的基本服務區范圍為緯度-43°~42°、經度-180°~180°，將這塊地區按經度每隔5°，緯度每隔2.5°分為34×72個網格。每個網格內的業務密度按地區的經濟發展加權因子計算：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，近海地帶業務為0.2，遠海地帶業務和某些沙漠地帶業務為0.1。境內業務需求比境外大很多，假設境內與境外業務密度之比大致為3：1，從而得到位置業務模型如圖1所示。

1.2 一日業務變化模型24小時內的業務量變化不均，一天之內有巨大的變化。為了描述業務量在一天內的變化，一個數值在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相同，如圖2所示。地球表面各點的當地時間都是相對GMT參考時鐘獲得的。在各衛星獲得與它可見的網格的當地時間后，每個網格內的業務都乘以相應的時間加權因子。

2業務分布算法

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

算法中并沒有考慮衛星功率受限。在不超過衛星限制功率的情況下，這種算法得到的衛星業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星的。依據算法 t時刻衛星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業務量所需的衛星功率，E（t，i，j）為t時刻地面網格k分配給第j個衛星波束i的業務，S（t，j）指t時刻衛星j的覆蓋區域，M（t）為t時刻網格k可見的衛星數，M（t）為t時刻網格k可見衛星j的波束數，V（t，j）為t時刻網格k與衛星j的可見概率，以下所指相同。

因此，系統能夠接納的總的業務量為：

E（t）=E（t，i，j）（3）

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

目標函數為：

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務分布算法，思路如下：

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

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

其目標函數和約束條件如下：

目標函數為：

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格k的最優解E（t，i，j）來最大化目標函數（7），不過，當一個網格k與兩個或更多衛星可見，這些衛星的功率又都沒有超出限制時，采用線性規劃算法分布業務，對應最優解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），使靠近衛星覆蓋區域中心的業務需求有更高的優先權，這樣可以減輕陰影效應影響和縮短傳播損耗路程。

3數值計算及結果分析

采用不同的業務分布算法，得到業務分布情況不同。由于基于仰角的業務分布算法不考慮功率限制，使得覆蓋繁忙地區的Sat27所需的功率超過了1000W；采用基于線性規劃的分布算法將業務分流給相鄰衛星，可以有效解決功率超限問題，但它有一個很大的缺陷，即業務調整的盲目性：一些沒必要調整的業務也得到了調整，反而帶來不好的后果。如Sat37和38業務很多轉移給了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量密切相關，這樣調整得不償失。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的業務進行了調整，轉移給了相鄰Sat26、Sat34和Sat35。而其他衛星的業務保持不變，這樣既考慮了功率限制，又照顧到了仰角的大小。與其他兩種業務分布算法相比，它的性能最優。

參考文獻：