卫星通信系统精选(九篇)

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第1篇：卫星通信系统范文

1卫星通信系统的基本概念

卫星通信系统是一种把卫星作为信号中继站来接受和转发多个地面站之间微波信号的通信系统。一个完整的卫星通信系统是由卫星端、地面端和用户端这三个部分组成的。在地球上空作业的卫星端在微波通信的传递过程中起的是中转站的作用。包含了星载设备和卫星母体的卫星星体在空中接收地面站的电磁波,放大之后再发送到另一个地面站。设立在地表之上的多个地面站是连接卫星系统和地面公众网的固定接口和传送点,由地面卫星控制中心、跟踪站、遥测站和指令站等部门构成。人们连接网络的用户端通过地面站传送出入卫星系统的微波信号,形成庞杂而宽泛的通信链接。卫星通信系统的覆盖范围很广,在卫星信号覆盖区域内的任意地点都能够顺利进行通信,不会因为距离的变化而影响通讯信号的好坏。卫星通信的电磁波主要在大气层以外的区域传播,微波传递的性质较为稳定。所以卫星通信的工作频带宽,通信质量好。即使部分在大气层内部传播的电波会受到天气的影响,也仍然是一种信号稳定性和通讯可靠性很高的通信系统。但是,运行在高空轨道上的卫星在同时进行双向传输时,传递速率会延迟到秒级,电磁波的精确度也会有所下降,用于语音通话时会出现明显的中断现象。卫星在高空上的位置是按照预定轨迹运行的,因此,卫星始终处于一种运动状态,然而卫星通信系统中的线路连接都是无线链路,管理微波接收和微波传递的控制系统相当复杂,不易操纵和操作。

2卫星通信系统的发展现状

2.1成本和需求之间的矛盾

现代的大众通信集中体现为宽带互联网和移动通信。卫星通信在宽带领域中不及光纤宽带便利迅捷,在移动领域中也没有地面蜂窝移动系统的性价比优势。在移动的长途通信费大幅下降的情况下,卫星长途通信的转发器费用却没有任何变化,大大提高了卫星通信系统的运行成本。这种成本高需求低的矛盾是卫星通信系统面临的最大尴尬。

2.2宽带IP的传输和实现问题

中国当前的宽带IP卫星系统基本上都采用的是ATM的传输技术。这种技术的性能支持卫星通信系统相关的指标要求,实现起来却很困难。在卫星ATM需要分层实现的说法上有两种不同的观点就是否改变现有卫星协议结构的问题展开着激烈的争论。含有ATM交换机的子网移动性管理因为过于复杂,至今也还没有找到解决的方案。

2.3数据传递的速度和效率问题

信息时代最需要的就是传递信息的快捷方式。建立在频分复用和码分复用技术基础上的传统传递方式已经满足不了卫星通信日益增长的用户需求。虽然随后又研发出了分组交换技术,但长距离传输延时的问题还需要更加有效的技术和措施来降低传输延时对实时数据的影响。

3卫星通信系统的关键技术

3.1数据压缩技术

数据压缩不仅可以节约传输时间和存储空间,还能提高通信的便捷性和频带的利用率。数据压缩技术在处理数据的专业领域里已经发展得相当成熟了。不管是静态的数据压缩还是动态的数据压缩都可以为卫星通信系统在时间、频带和能量上带来相对较高的传输效率。例如ISO对静态图像压缩编码的标准和CCOTT的H.26标准,以及MPEG62设计中的同步交互性和多媒体等技术都成为广泛应用于多媒体压缩的公认标准。

3.2多媒体准信息同步技术

卫星通信系统传输中所使用的多媒体准信息同步技术大致可以分为连续同步和时间驱动同步这两类。在卫星的多媒体通信中,可以选用缓冲法、反馈法或者时间戳法来实现多媒体准信息的精确同步。目前开发出来的同步技术有建立在近似同步时钟基础上的“多业务流同步协议”和以时间因果同步为特色,支持分布式协议的“多信息流会话协议”。

3.3智能卫星天线系统

要成功传输多媒体信息,对通信系统的带宽要求是2500MHz及以上。降雨等天气因素和地面吸收电磁波等客观的影响因素都会导致卫星ATM网络产生较为严重的突发错误。为了完成多波束覆盖的范围最大化,研究智能高性能天线的技术开发和具体应用是十分必要的。例如,卫星通信系统可以在平时采用多波束快速跳变系统,在需要完成跟踪和同频复用的低轨道系统中采用蜂窝式天线,在星上和同步轨道系统中采用相控阵列天线。

3.4卫星激光通信技术

卫星通信对传输速率的要求很高,就目前来说,卫星通信系统的载波都是电磁性的微波。但微波天线能够接受和传递的微波数量是有限的,这就需要激光通信的辅助甚至替换。激光通信技术可以在减轻卫星密度重量和体积大小的同时增大卫星的通信量,提高卫星通信的保密性、可靠性和传输速率。而且卫星通信的激光传输之间是不会相互干扰和影响的,是卫星通信在未来的主要发展趋势。

第2篇：卫星通信系统范文

INMARSAT第五代海事卫星通信系统采用Ka频段，为全球范围内的海事、陆地和航空用户提供超高速移动宽带通信服务，系统由四部分组成：空间段、关口站、卫星终端和地面接续站。

1.1空间段

按照设计规划，第五代海事卫星空间段包括3颗主用静止轨道卫星及1颗备用卫星，主用卫星分别是印度洋卫星，太平洋卫星和大西洋卫星，目前印度洋卫星已于2013年12月8日成功入轨，大西洋卫星已于2015年2月1日成功发射，太平洋卫星原计划2015年4月或5月发射，目前因故推迟，择机发射。第四颗备用星将于2016年第二季制造完成并交付，2016年底投入运行。GlobalXpress卫星采用采用波音公司成熟的702HP卫星平台，将在地球同步轨道运行，可实现对全球南、北纬78°以内区域的全面覆盖。该卫星采用全球转发器技术，高性能弯管设计，包括前向和反向转发器，通过转发器将业务落地到SAS站，由其分发业务。每颗卫星设计有89个KA转发器，额定功率15KW，其中72个为激活的信道，累计带宽5GHz。每颗星下设计有6个可移动的高容量波束（HCO），这一灵活设计使得GlobalXpress可以满足长期热点和突发事件的需求。GlobalXpress卫星的设计依照VSAT模式，上行和下行在同一波束内，可以将高容量波束（HCO）设置为关口站波束服务其他HCO波束，交叉链接容许高容量波束（HCO）到关口站（SAS）的通信。在实际使用中，全球波束下用户终端可达上行带宽29.5-30.0GHz，下行带宽19.7-20.2GHz；在大容量波束下用户终端可达上行带宽29.0-29.5GHz，下行带宽19-19.7GHz。

1.2关口站

关口站是卫星和陆地侧网络通信的关键节点，负责处理用户终端的业务申请交换和分配用户资源容量，为用户提供电路交换和分组交换业务。目前第五代海事卫星全球共设立主备兼顾的6个地面站关口站，分别部署在欧洲、美洲和亚洲。每颗主用卫星对应的洋区下设有主备两个关口站。其中位于希腊的Nemea关口站和意大利的Fucino关口站将承担印度洋卫星的业务，位于美国的LinoLakes和加拿大的Win-nipeg将负责大西洋卫星的业务接续，位于新西兰的War-kworth和Auckland负责太平洋卫星的业务。这六个关口站由3个分别部署在纽约、悉尼和阿姆斯特丹的网络协调中心（MMP）接入海事卫星全球网络。全球MMP之间采用专线互联呈环状网络，且各MMP分别与所在区域关口站之间采用专线互联。Ka频段卫星通信链路面临着非常严重的雨衰问题，GlobalXpress作为Ka频段的卫星通信业务，即使采用了先进的调制编码技术，随着雨水密度的增加，数据下载速率将会显著下降。GlobalXpress选择在每个洋区下距离数百英里的两个地方建立地面关口站，使得主备关口站物理分离，遇到极端天气影响或故障时刻自动切换，最大限度地消除了地面关口站业务中断的可能性。

1.3地面接续站

地面接续站（POP）是海事卫星网络在全球的延伸。IN-MARSAT的商用合作伙伴可以建设自己的POP站，通过专线将POP站与INMARSAT全球网络各大洲的汇接中心（MMP）连接，进而接入各个地面关口站。同时在另一个方向，地面接续站与所在国家的电信运行商互联网连接，提供本地的便捷网络接入，另外，还能通过专线接入相关企业内网，提供更好的链路质量。一个第五代海事卫星GX系统的地面接续站包括强制路由子系统、数据通信子系统和业务应用子系统等，其功能如下：强制路由子系统：通过卫星关口站内部的位置服务器、强制路由模块与北京陆地接续系统之间建立的通用路由封装隧道，实现强制路由转发，实现海事卫星业务与我国陆地公共数据网络的有效接续。数据通信子系统：实现国际移动卫星组织规定的认证功能，包括五代星终端到北京陆地接续系统的注册、资源分配、数据通信建立等。业务应用子系统：主要为用户提供VOIP、预付费节点、视频会议、FTP、传真、邮件等业务应用。运行支撑系统（OSS）：包括网元管理模块、专业网管模块、信息汇聚模块、运维支持模块和运维分析模块，以满足对五代星北京陆地接续站网元设备的运行维护管理。业务支撑系统（BSS）并实现相应的功能，包括客户关系子系统、账务处理子系统、业务管理子系统、网上营业厅自助服务子系统、统计分析子系统及其综合结算子系统等。

1.4卫星终端

INMARSAT五代星系统采用了频道更宽的Ka波段，卫星终端更小、更先进、更标准化，天线口径可小至20cm，从而大大减小终端设备的体积和重量，而且终端的数据传输速率大幅提高。海用终端分为60厘米口径和1米口径固定通信平台，在恶劣天气下，可以实现与海上宽带FBB互为备份。航空终端需在通用飞机机身安装天线，口径约50厘米，商务机机尾安装天线约30厘米。陆用终端口径从60厘米米至2.4米天线不等。INMARSAT五代星系统支持的终端接入带宽与移动通信电信运营商正在建设的4G网络相当，可满足用户对宽带视频等多媒体应用的需求，如视频监控、视频会议等，为行业用户卫星通信的应用广度及深度拓展提供更大的空间。INMARSAT五代星系统主要实现标准IP业务以及基于IP的流媒体业务等。支持的应用主要有：电话、传真、短信、语音邮箱、连接互联网的数据传输、连接专用网的数据传输和视频传输等。下行传输速率最高可达50Mbps，上行传输速率最高可达5Mbps。

2第五代海事卫星通信系统性能研究

2.1五代星系统与四代星系统互为补充

随着3G移动通信技术的不断完善以及4G移动通信技术的飞速发展，Inmarsat卫星通信系统作为陆地网络通信技术的延伸和补充，需要与陆地网络保持一致，以满足国内外以及各行业对视频业务的需求。INMARSAT从四代星系统发展到五代星系统，属于移动卫星通信领域的重大技术革新。INMARSAT四代星系统支持的带宽与目前传统电信运营商的3G网络带宽处于同一水平，满足行业用户对话音及数据传输的基本需求。INMAR-SAT五代星系统支持的带宽将与电信运营商正在建设的4G网络带宽相当，一方面可以应对海上突发事件，为遇险船舶提供实时、有效、高质量的视频图像，保证海上航行安全以及搜救工作的顺利进行提供更完善的通信保障；另一方面，还可以满足由多媒体应用引发的大量视频业务的需求，完全支持行业用户的视频监控、视频会议等应用，为行业用户卫星通信的应用广度及深度拓展更大的空间。由于INMARSAT四代星系统基于L波段，通信质量不受恶劣气候的影响，因此基于Ka波段的INMARSAT五代星系统业务，在受到雨雪天气影响的情况下，业务将切换至四代星系统承载，待五代星系统信号恢复后，业务将自动再切换至五代星系统承载。负责进行业务切换的设备是网络切换控制器（NetworkSer-viceDevice，NSD）。就像3G和4G移动通信业务互为补充一样，未来INMAR-SAT五代星系统业务也将与INMARSAT四代星系统业务并网运营10年以上的时间，两代卫星系统各自的明确定位及相互补充，将给行业用户带来更多的业务选择。

2.2五代星系统与VSAT系统性能比较

VSAT通信业务是指利用卫星转发器，通过VSAT通信系统中心站的管理和控制，在国内实现VSAT中心站与终端用户之间以及VSAT终端用户之间的语音、数据、视频图像等传送业务，属于按照增值电信业务管理的第二类基础电信业务。我国VSAT卫星通信技术起步于上世纪80年代末，至今已有二十多年。随着电信市场向民营企业逐步放开，目前国内VSAT市场用户以行业用户为主，主要分布的行业包括教育、金融、能源、交通、电信、新闻媒体、水利气象、地质物探、军队公安及大型企业。VSAT卫星通信系统较Inmarsat三代星和四代星系统相比主要具有高带宽的优势，在国内作为国家有线通信网的备用和补充，常被应用于海上或者偏远山区、林区等陆地通信不畅的地区。但由于其点波束的覆盖有限，在通信过程中经常出现盲区。特别是在交通行业，在应对我国深远海应急通信保障中凸显能力不足，已不能完全适应和满足行业发展的需求。

3结语

第3篇：卫星通信系统范文

【关键词】低轨卫星;通信系统;切换方案

1.低轨卫星通信系统信关站内用户切换

低轨卫星通信系统信关站内用户切换过程主要为：移动用户接收系统信号-判断信号内容并 发出需求报告-依照优先级对切换需求报告进行排序，执行切换过程-将消息给予目的卫星，实施无线资源分配-确定无线资源内容，将消息传回信关站-信关站接收应答，向用户发送切换信息-用户接收信息实施切换，目的卫星检测切换是否正确-验证用户消息正确，切换完成，释放无线资源，清除命令，其具体流程见图1。

图1 低轨卫星通信系统信关站内用户切换流程图

该流程中信关站及卫星之间的切换基本信息格式为：TYPE（取值为MM-H）、HO-num（取值为1）、User-id（取值为用户id）、SRC-Sat（取值为卫星A id）、DST-Sat（取值为卫星B id）、MSC（取值为信关站id）长度8bit，Sub-TYPE（取值为HANDOVER-REQUIRED）长度16bit。信息报告过程中当SRC-Sat与DST-Sat值相同时系统信关站内同一卫星波束见间发生切换。系统各项信息格式在该格式上依照具体环境适当调整，其具体格式内容基本相同，切换完成后进行信息清除。

低轨卫星通信系统切换过程中一旦发生信号异常，系统非常容易出现切换问题，造成切换终止，如信关站发送的切换需求应答信号（HANDOVER-REQUIRED-ACK）接收异常、信关站无法接收到系统接收到拒绝信号（HANDOVER-REQUIRED-REJECT）等。出现上述异常问题后信关站常通过自身需求适时选取对应执行方案，其具体包括：

（1）重新进行切换，执行切换过程;

（2）从切换需求报告（HANDOVER-REQUIRED）出发重新选取目的卫星，选取对应目的卫星体系重建切换，执行切换过程;

（3）等待信关站发送下一切换需求报告（HANDOVER-REQUIRED）。

2.低轨卫星通信系统跨信关站用户切换

低轨卫星通信系统跨信关站切换与其他切换之间存在本质上的差异，其信息内容可以在两个信关站之间交互，可以实现移动应用。跨信关站切换过程主要为：移动用户接收信号-从卫星A向其他卫星发送切换需求报告-依照优先级进行排序，发送切换请求MAP信息-信关站B接收信息，形成切换请求消息-目的卫星接收确认消息，分配无线资源-移动用户接收切换命令，访问无线资源-结束切换，清除命令，其具体切换见图2。

图2 低轨卫星通信系统跨信关站用户切换流程图

该系统基本切换信息格式与信关站内部信息格式基本一致，其HO-num取值转变为2，增加DST-MSC（取值为信关站B id）和，长度为8bit，其他基本无变化。移动用户呼叫结束前，信关站A一直保持着呼叫控制状态，在呼叫完成后需要对各项信息内容进行及时清除，否者系统正常切换将受到影响。

低轨卫星通信系统跨信关站用户切换过程中当信关站切换发生异常、信关站向外发射信号发生异常、移动用户切换出现异常等均可以造成跨信关站用户切换出现问题，导致执行过程出现障碍。在上述异常状况下信关站A可以依照具体环境选取对应执行方案，其具体包括：

（1）进行卫星B切换，重新执行切换过程;

（2）从切换需求报告（HANDOVER-REQUIRED）出发重新选取目的卫星，选取对应目的卫星体系重建切换，执行切换过程;

（3）等待卫星A发送下一切换需求报告（HANDOVER-REQUIRED）。

3.低轨卫星通信系统的切换选择分析

在对低轨卫星通信系统的切换进行选择的过程中要把握好系统切换性能，要依照最终性能选取合理切换方式，从而保证切换效益的最大化。当前卫星准则较为简单，在切换选取的过程中没有对无线信号传播条件进行全方面考虑，整体切换效果并不显著。本次研究过程中对无线信号传播条件进行分析，依照用户端及地球信关站之间的数据信息进行方案调整，有效提升了系统选取效益。

本次研究中的低轨卫星通信系统切换主要通过卫星波束的高速移动完成，移动状况相对简单。在方案选取过程中要把握好该特性对方案信号质量进行调整，形成对应目标卫星选取策略，确保用户能够接收到最优的卫星信号信息。除此之外，信号准则内容也是影响低轨卫星通信系统的切换的关键。当在最强信号准则下，用户自身高速移动会受到一定影响，切换次数将上升，因此，选取时要把握好方案切换状况，依照该指标选取对应目标卫星，通过该选取方式降低系统切换次数，从本质上提升低轨卫星通信系统的切换效益。

4.总结

低轨卫星通信系统的切换直接影响着移动终端之间的无线通讯质量，对人们生活水平的提升具有至关重要的作用。该切换可以通过调整信关站、卫星及接入点之间的关系形成最优信号转换通道，从本质上提升了卫星服务效益。在今后研究过程中研究人员要拓展低轨卫星通信系统信关站内、跨信关站切换内容，要对上述结构进行充分挖掘，从而实现卫星通信研究效益的全面提升。

参考文献

[1]刘严静，苟定勇，吴诗其.低轨卫星移动通信系统馈电链路切换方案[J].电子科技大学学报，2007，02：164-166+175.

[2]贺寅，张海勇，任重.低轨卫星通信系统信道分配策略综述[J].科技信息，2013，35：25+27.

第4篇：卫星通信系统范文

【关键词】便携式卫星通信；天线；信号；设计

【中图分类号】 P185.18【文献标识码】 A【文章编号】1672-5158（2013）07-0013-02

一、总体结构设计

便携式卫星通信控制系统整体结构组成及其中各模块主要设计和功能如下：

1、测量与信号调理模块用于测量天线姿态和位置。本系统采用GPS、三轴电子罗HMR3300 和信标机实现天线位置和姿态测量：GPS用于测量通信系统所在地的地理位置，HMR3300用于测量天线的方位、俯仰姿态信息，信标机则通过输出A G C电平检测天线的对星精度；G P S和HMR3300均通过串口输出数据，而信标机的AGC电平模拟信号经过信号调理模块进行滤波、 放大。

2、天线控制器模块和电机及驱动模块相结合，用于实现天线的卫星跟踪和指向对准。 对于控制器，考虑到系统实时性和快速性要求较高，选用了低功耗和高性能的TMS320F2812 作为系统的主控芯片；为使系统结构紧凑，驱动电机采用MT57STH52-3008A混合步进电机。

3、液晶显示模块用于实时显示天线的方位、俯仰指向和信标接收机输出的电平值等信息。

4、无线监控模块用于实现用户对控制系统的实时监控，向控制系统发送指令，同时接收控制系统发送过来的数据并将其显示在上位机上，一方面便于用户掌握天线的实时状态信息，另一方面可切换为天线遥操作。

二、控制系统工作原理

控制系统所能实现的天线对星性能决定了系统通信质量。为了实现高精度、快速对星， 本系统采用粗精对准相结合的方法，实现卫星信号的快速搜索与高精度指向：系统的卫星信号搜索是一个粗对准的过程，通过程序跟踪的方法实现；天线的高精度指向是一个精对准的过程，通过步进跟踪的方法实现。

1、天线搜索与控制

（1）方位角、俯仰角计算。天线对星指向角的计算需同时知道地球站所在地的经度、纬度和静止卫星的在轨经度。静止卫星S与地球站A之间的几何关系如图1所示。图中，A 表示地球站，S表示静止卫星，B为地球站A的经线与赤道的交点，O与S的连线在地球表面上的交点C称为星下点，地球表面上通过A点和C点的弧线AC称为方位线，AN为AC的切线，AM为AB的切线，面OAS为方位面，D为切线AM与赤道平面的交点，E为切线AN与赤道平面的交点。地球站与静止卫星的连线称为直视线，直视线在地面上的投影，即地球站与星下点间的弧线称为地球站对静止卫星的方位线，方位线与直视线确定的平面称为方位面。方位角是指地球站所在经线的正南方向按顺时针方向与方位面所构成的夹角，用∠MAN 表示，俯仰角是指地球站的方位线与直视线的夹角。

设地球站A的经度和纬度分别为φ和θ1，静止卫星经度为φ2，经度差φ=φ1-φ2，以下具体给出地球站天线对准卫星所需的方位角φa和俯仰角φe的推导过程。对于方位角，由图可得：

AD=ODsinθ1 ①

tanφa=DE/AD ②

tanφ=DE/OD ③

由以上三式可以得出天线方位角：

tanφa=tanφ/sinθ1 ④

由于利用上式求出的方位角是以正南方向为基准求得的，故实际的方位角可用下述方法求出：

方法一：地面站位于北半球：一是卫星位于地面站东南方向：方位角=180°-φa；二是卫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：一是卫星位于地面站东北方向：方位角=φa；二是卫星位于地面站西北方向：方位角=360°-φa。

如果计算出的方位角是正值，则天线向正南偏东转动，反之，则天线向正南偏西转动。对于俯仰角，同样计算可得。

（2）基于分区 PID 的天线控制算法。

得到方位角和俯仰角度后， 需要对电机进行控制， 驱动其又快又好地到达期望的位置。常规的PID控制器采用固定的控制参数，难以兼顾快速性和平稳性的控制要求。为实现天线快速、平稳控制，本系统设计了基于分区 PID 的控制算法，即根据误差将系统分为若干区，不同的分区采用不同的 PID 控制策略， 引导系统又快又好地到达指令位置。 为简化控制器设计，对误差分区时采用对称分区。具体原理和设计如图2所示。

O-A 阶段：此时偏差很大，系统远离期望位置，考虑采用控制器输出的最大值进行控制 ， 即Bang -bang控制；A -C阶段：此时偏差较大，但为防止系统上升过快导致较大超调，考虑采用比例控制；C-D阶段：此时偏差在一定范围内，为实现系统平稳控制，采用比例-微分控制；D-E阶段：此时偏差较小，为实现系统平稳、准确控制到位，采用PID控制。在天线的搜索过程中，俯仰系统、方位系统均采取分区 PID控制算法。

2、天线跟踪算法

经过粗对准完成卫星信号的搜索，天线进入能收到信号的范围，但是收到的信号强度较弱，距离信号最强指向还有一定的角度偏差。为了使信号接收效果达到最佳，需进入跟踪状态，即进一步做天线指向的精对准。在这一阶段，需在利用信标接收机的输出电平AGC的大小变化进行步进跟踪，最终找到信号最强的位置作为对准卫星的目标位置。处于跟踪状态的天线控制系统采用步进跟踪方法。方位和俯仰电机按照俯仰向上～方位向左～俯仰向下～方位向右的顺序转动一圈，在此过程中，电机每走一步，就比较此时信标接收机输出的AGC 电平与之前一次输出的AGC电平的大小，如果AGC电平变大， 则电机在同方向继续走一步， 反之，则改变跟踪方向，使另一方向的电机走一步。如果在跟踪几圈后发现信标接收机输出的 AGC电平一直大于跟踪门限电平，则认为天线已经对准卫星，此时天线在这状态，开始接收卫星信号进行通信。在通信过程的同时不间断地采样 AGC 电平，若由于外界干扰等因素导致AGC电平值又重新小于跟踪门限电平，则退出稳定状态，进入卫星跟踪状态，如果AGC 电平小于搜索门限电平，则进入卫星搜索状态。

三、系统控制软件设计

天线控制系统软件的任务就是设计实现系统的各模块功能，本系统的软件设计分为三大块：DSP 与天线姿态的初始化、卫星信号的搜索、卫星信号的跟踪。DSP和天线姿态初始化两个模块为系统寻星做准备，在进入卫星信号搜索和跟踪阶段后，系统要不断地完成与HMR3300、GPS的通信和采样信标接收机AGC电平，并将这些信息通过LCD显示或和通过无线模块传输给上位机实时监控。其中天线姿态的初始化和卫星信号的搜索与跟踪均包含信号采集处理、串口通信、液晶显示、无线监控、电机控制五部分。

四、监控系统软件设计

监控分系统的主要任务有：①配置无线模块参数和目标卫星经度；②发送目标卫星的位置数据给下位机控制器， 控制器则根据此数据和 GPS接收机发送的天线当前所在地的经纬度信息计算天线的方位、俯仰角；③与控制系统通信，通过数据和图形方式显示下位机发送过来的天线的理论方位、俯仰角以及当前方位、俯仰指向，并通过方位、俯仰指向的波形来实时显示控制效果；④发送指令给控制器，远程控制步进电机转动；⑤复位系统。主要工作流程为：无线模块配置-用户输入目标卫星信息-向下位机发送指令-接受下位机发送过来的天线状态信息-通过信息发送下一步指令。

五、结束语

总的来说，便携式卫星通信控制系统，能够较好地完成天线对目标卫星的自动搜索与跟踪，确保天线高精度指向，从而让卫星通信得以实现。

参考文献

第5篇：卫星通信系统范文

关键词：海上宽带卫星 铱星 舒拉亚卫星 卫星通信

中图分类号：TM927 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2013）05-0031-03

1 引言

大国之路始于海洋，地球上70%的面积是海洋，我国也有超过300万平方公里的海域。据统计，现在全球90%的贸易运输总量由海运业承担，海运业已经成为一个国家的战略性产业，是一个国家强盛的重要标志。为了适应我国海上经济和安全的发展需要，打通和维护海上生命线，维护国家重要的经济利益，使海洋中的各种船只、平台、岸站以及海运企业之间保持畅通的通信。卫星通信凭借其相对其他通信方式覆盖范围广、通信距离远等优势，成为海运业信息传输的主要手段，同时利用海上卫星通信将推动海运业的快速发展。

2 海上卫星通信应用现状

Inmarsat（国际海事卫星组织）成立于1979年7月，并于1982年建立了第一代国际海事卫星通信系统，成立后一直走在海上卫星服务行业最前沿，是全球业务发展最好，技术最先进的移动卫星通信和信息系统。它利用同步卫星向航海和海上工业提供遇险和安全通信服务及电话、电传、数据和传真[2][5]。

2.1 Inmarsat系统的应用

Inmarsat系统自1982年开始经营以来，现在已经发展到第四代，且其计划2013年开始发射第五代卫星系统Global Xpress，2014年完成全球覆盖，第五代系统采用Ka频段，可提供高达50Mbps的数据传输速率，满足用户对更高带宽的需求[4]。目前Inmarsat利用11颗GEO卫星组成的3个星座在全球范围提供卫星移动通信服务（图1），其中最新的是其3颗Inmarsat-4卫星。Inmarsat-4卫星采用了一副能产生多波束的9m直径的L频段大天线和一台具有信道选择和波束成形功能的透明弯管式数字信号处理器，共有200个点波束、19个宽波束和1个全球波束，其点波束提供用户终端的卫星等效全向辐射功率强度高达67dBW。它的应用将使用户终端进一步小型化，实现手持式用户终端电话通信，并使通信数据速率进一步提高，实现432kbps高清晰视频直播移动通信。

2007年，Inmarsat依托耗资16亿美元打造的海事卫星第四代通信网络，推出了针对海上用户的FleetBroadband业务。用户使用该业务在海上通过一台笔记本电脑大小的终端就可以实现全球区域宽带网络互联。FleetBroadband基于IP协议，可同时提供两种业务：持续的话音传输和数据传输，其传输速率最高可达432kbps。2011年9月最新的FleetBroadband增强服务包括语音呼救服务和多语音服务。语音呼救服务可自由使用，确保在发生紧急情况时，所有配备FleetBroadband的船上正在进行的非优先电话呼叫被中断，呼叫者将直接被连接到海上救援协调中心（MRCC）。

2.2 Iridium系统的应用

Iridium系统是美国摩托罗拉公司（Motorola）于1987年提出的低轨全球个人卫星移动通信系统，它与现有通信网结合，可实现全球数字化个人通信。1998年11月开始商业运营，2000年3月破产，2001年新的铱卫星公司成立，并重新提供通信服务[6]。该系统全球覆盖包含两极地区，星上转发器采用先进的处理和交换技术和多波束天线技术，且卫星之间具有网状的星际链路，是最先进的低轨卫星通信系统。其星际链路和馈线链路为Ka频段，用户链路为L频段。它能够向用户提供电话、传真、数据和寻呼等业务。

2008年10月，铱系统根据海运市场需求推出了一项具有挑战性的新业务“OpenPort”（图2），极大地提高了海上卫星通信带宽。OpenPort可以提供全球无缝隙移动宽带语言和数据服务，通过最多同时使用三条电话线路，可实现数据在IP全网高速链路中一直保持128kbps的高速传输。OpenPort通信主机中包含三个RJ11电话插孔，最多可支持三方同步语音通话。

2.3 Thuraya系统的应用

Thuraya系统是一个由总部设在阿联酋阿布扎比的Thuraya卫星通信公司建立的区域性静止卫星移动通信系统。Thuraya系统的卫星网络覆盖包括欧洲、北非、中非、南非大部、中东、中亚、南亚等110个国家和地区，约涵盖全球1/3的区域，可以为23亿人口提供卫星移动通信服务。Thuraya系统终端整合了卫星、GSM和GPS三种功能，可向用户提供语音、短信、数据、传真、GPS定位业务。最近几年Thuraya业务发展顺利。2007年，Thuraya推出卫星/GSM 双模移动电话Thuraya SG-2520；2008年1月，Thuraya-3卫星升空，进一展步扩了在亚洲和澳大利亚的覆盖（图3）。

2008年夏天，Thuraya推出了一项名为“ThurayaMarine”的新业务，能为各种小型和中型水面船只，如渔船、货船、客轮和游艇等提供高性能无缝隙通信，用于捕鱼、海洋研究、海洋导航、救援、港口作业、海上运输、军事等。ThurayaMarine提供速率达9.6kbps的语音、短信、数据、传真、因特网接入、公司局域网接入、电子邮件、应急告警、GPS、气象数据更新等业务，速率达60kbps的分组数据传输，并支持“永久在线”。另外ThurayaMarine在固定机座和无线终端上分别设计了一个在紧急情况下使用的红色遇难求救按钮，如果遇有紧急情况，只需一键触发，就可将船舶位置信息以短信和电子邮件的形式发送给三个预设的联系人

3 海运业发展对海上卫星通信的需求

海运业正处于快速发展阶段，对高速数据业务的需求越来越强烈，海运业的不断发展，必将促使海上卫星通信技术的飞速发展。

3.1 信息技术的飞速发展的需求

近年来IT消费市场以惊人的速度蓬勃发展，越来越多的消费者开始青睐智能手机、掌上电脑等IT产品。而这种变化无疑对IT和通信产业是具有重大意义的。因为这种变化不仅改变了人们对服务质量的需求，而且对业务类型的要求也越来越多样化，同时还要求IT和通信运营商在技术开发和服务安全上能够领先一步。海运产业也不例外。现在许多船员也期望能够像在岸上一样很轻松地使用计算机玩大型网络游戏，和家人视频聊天，使用智能手机在船上上网冲浪等。这些需求使得海运企业不得不考虑一些实际问题，比如通信费用，网络安全等。二是云计算技术的兴起。虽然目前云计算技术在海上卫星通信系统上的应用还停留在理论阶段，但是随着海上卫星通信数据传输速率的不断提高，在船舶上实现云计算、云存储已不是一个梦，在不远的将来，船上的生活将和陆地上一样丰富多彩。

3.2 企业追求利润的方式的需求

运输业中最令人头痛的问题无疑就是不断上涨的油料费用。近些年来，一些发达国家物价不断上涨，通货膨胀严重，促使国际油价不断攀升，而海运企业为了节省支出费用，总会预先支付好几年的卫星通信费用，从长远来看，这种支付方式可以显著地降低资本支出和运营成本，同时也会对海上卫星通信的发展起到积极的推动作用。比如2008年底的全球金融危机中，许多产业都受到很大的冲击，海运产业也不例外，这就引起了海运企业资金周转困难。由于通信费用在整个海运业的费用支出中占1%～2%，在这种情况下，许多海运企业不得不寻求更为有效的盈利模式。

3.3 海运业自动化程度的提高的需求

随着国际海运业欣欣向荣的发展，船舶的装载量不断扩大，配员不断减少，船舶的安全管理、航运管理、装卸管理等船队管理业务也逐渐地转移到陆地上进行。对于可预计的各种船舶信息自动化管理，比如下一个港口要卸载多少品种多少数量的货物，同时要装载多少货物等等，现在现有的海上卫星通信已经逐渐满足不了这种需求。另一方面，由于船舶的自动化程度越来越高，远程控制的使用逐渐盛行，船舶信息网络系统也愈发显得重要，这就对海上卫星通信网络的可靠性和有效性提出了更高的要求。

4 海上卫星通信发展趋势

第一，海运高端市场对卫星带宽的需求越来越强烈。随着Internet的飞速发展，海运用户对多媒体业务的需求量将会超过话音业务，船员也期望能够在船舶上收看高清网络电视、玩大型网络游戏、与家人进行视频聊天等。目前Ka频段宽带卫星通信技术已经成熟，且在陆地上得到了一定的应用，但是用于海运业的历史尚短，2010年8月，Inmarsat国际移动卫星组织宣布，与美国波音公司签署合同，购买3颗89固定点波束的Ka频段卫星。该组织计划于2014年启用Ka频段系统，并将其命名为Global Xpress，此系统将可为海运业提供50Mbps的传输速率。

第二，海上卫星通信网将和地面蜂窝移动通信网进一步融合。由于船员对多媒体业务需求的不断增加，他们希望能在船上任何地方通过自己的一部智能手机打电话、发短信或者上网冲浪。但是卫星通信的一个致命缺点就是遇有遮挡就形成信号盲区，并且现在的船舶出于安全的考虑，各舱都使用金属相互隔断，从而导致无法在舱内使用卫星通信服务。但是只要在船上建立一个微型蜂窝基站，在各主要舱内建立无线热点，使用有线连接船上基站和舱内各无线热点，使用已有的卫星链路替代地面上基站到基站之间的有线连接，未来各种智能手机将可在卫星和地面蜂窝网络中无缝地自由切换，船员们将会享受到和地面蜂窝移动通信一样的服务。

第三，海上卫星通信将与卫星定位服务相结合。长久以来，船员和货物安全一直是海运业第一要务。近几年海盗问题已经成为影响全球海运业的最大安全隐患，而要解决这个问题，就必须及时得到遇险船只的具置，提高海上救援效率，正是这种需求促进了海上卫星通信系统与卫星定位系统之间的结合，目前已有多个海上卫星通信终端支持基于GPS的卫星定位服务（比如ThurayaMarine），同时我国的“北斗”卫星导航定位系统也具备了向我国海域地区提供服务的条件，预计2012年可为亚太地区用户提供服务，因此把“北斗”系统与海上卫星通信系统结合对我国具有重要的战略意义。

5 结语

以信息技术为主导的第三次产业革命对社会的发展产生了深远的影响，海运业作为国家的战略性产业，如同其它产业一样，也正经受着深刻的发展变化。海运业的不断发展变化对海上卫星通信提出了更多的要求，为了不断满足海运业的发展变化，海上卫星通信走向数据宽带化、费用低廉化、使用简便化、终端小型化已经成为一种必然趋势。我国海上卫星通信起步较晚，目前还处于低水平阶段，因此借鉴国外发展经验和教训，努力发展我国自主知识产权的全球海上宽带卫星通信系统是我国卫星通信事业的一项重要任务。

参考文献

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

[2]徐烽，陈鹏.国外卫星移动通信新进展与发展趋势[J].电讯技术2011，（6）.

[3]李炜.海事卫星通信市场增长率超过100%，卫星与网络.

[4]卢珊珊，冯少栋，张更新.海事卫星通信的发展应用现状初析[J].数字通信世界2009，（3）.

第6篇：卫星通信系统范文

传统移动通信方式需依赖基站提供的基站信号才能通信，若基站在特殊情况下遭到损毁，便无法正常工作进行通信，且基站信号覆盖范围有限，一些特殊地区无法正常通信，因此不能满足人类畅通无阻通信的愿望。而卫星通信则不受地理条件限制，且通信速度快、适应性、信号覆盖广，几乎能够实现全球范围的快速通信。但常规卫星通信设备也具有一定局限性，只能在静止条件下通信。而动中通系统则克服了传统卫星通信设备的不足，实现了移动载体卫星通信。本文将针对用于移动载体卫星通信的动中通系统若干关键问题展开研究。

【关键词】

卫星通信；动中通系统；关键问题

由于传统卫星通信设备必须静止对准目标卫星才能通信，所以应用中具有一定局限性。为了克服这一缺陷，经过不断研究研发了动中通系统。动中通系统实现了移动载体卫星通信，将其安装在移动载体上，便能够在载体移动过程中稳定追踪目标卫星，保持不间断卫星通信。动中通系统的应用进一步消除了通信过程对基站的依赖，可以更方便的利用卫星进行无阻碍通信。虽然动中通系统刚刚兴起不久，且处于发展阶段，却已具有较强的性能，能够很好的解决移动载体通信问题。研究动中通系统，对于促进移动通信发展进步具有重要意义。

1移动载体卫星通信

简单来说卫星通信就是地球上的无线电通信站之间利用卫星作为中继进行的通信。卫星通信不受到地理条件限制，不受自然灾害影响，通信可靠性高，通信范围大，卫星电波覆盖范围内任意两点都可以进行畅通的通信[1]。移动载体卫星通信是指移动用户之间或移动用户与固定用户之间进行的卫星通信，与传统卫星通信相比，增加了移动载体。移动载体卫星通信与传统移动通信技术相比，不仅能够实现全球覆盖，且网络安全高，线路稳定性强，通信成本低，能够满足特殊地域环境通信需求，可用于语音通信、数据通信、军事通信，既可进行国内通信，也可以进行国际通信。现如今移动载体卫星通信已广泛应用于安全通信、抢险求灾通信、专用调度通信等领域。

2动中通系统

动中通系统是近些年新兴的通信系统，是移动中卫星地面站通信系统的简称，大体可分为FSS和MSS两大类。FSS的特点是传输带宽大，传输速度高，使用的频率是C、Ku、Ka频段。MSS的特点是传输带宽小，传输速率低，可移动通信传输语言数据等窄带信息，使用的频率是L、S频段[2]。目前主流动中通系统为了满足用户动态通信要求，基本固定使用Ku频段进行移动通信信息传输。利用动中通系统，飞机、汽车、轮船、火车的移动载体便能够实现在高速移动中实时跟踪目标卫星，不间断进行图像、数据、语音移动通信，可满足移动条件下多媒体通信需求和各种军事通信、应急通信。动中通系统突破了传统卫星通信技术限制，它的诞生是通信领域的一次重大突发，很好的解决了移动载体在运动中的卫星通信问题，目前已广泛应用军民两大领域。

3用于移动载体卫星通信的动中通系统若干关键问题

移动载体卫星通信的动中通系统由卫星通信系统和卫星自动追踪系统两大部分组成。卫星自动追踪系统主要负责保证卫星发射天线在载体运动时对卫星的准确指向。其主要设备包括：天线座、伺服系统、数据处理系统、载体测量系统。天线座采用卸载和储力方式减小天线传动时的负载惯量，保证系统整体稳定性和可靠性，避免载体移动对系统造成的负面影响。伺服系统采用位置环或速度环控制方式，减小伺服跟踪系统的动态滞后误差，提高模拟硬件电路响应速度，降低通信延迟，提高通信速度[3]。数据处理系统主要负责对误差信号和载体动态信息进行处理，通过专用数学计算平台，解算天线控制信号。载体测量系统能够通过捷联惯导测量组合测量出载体的变化量，使其反应在天线跟踪上，对物体精准定位，实时输出移动载体的角速度、线加速度、线速度等数据，保障数据准确性。

卫星通信系统主要设备包括：双工器、降噪声放大器、编码器、解码器、高功率放大器、上变频器、下变频器、调制器、解调器等等。主要功能是负责使信号上行传输到卫星，并由转发器下行传送到地面卫星接收装置。传统卫星通信载体移动过程中其姿态和地理位置发生变化，便会引起原对准卫星天线发生偏离，造成通信中断。想要实现移动中进行不间断卫星通信，必须解决天线稳定问题，使天线不受移动影响，始终对准卫星。动中通系统中的卫星自动追踪系统就能够有效解决这个问题，它在初中静态情况下由GPS、经纬仪、捷联惯导系统测量载置的经纬度和水平初始角，根据测量经纬度及载体地理位置与载体姿态，自动确定水平基准天线仰角，并在水平仰角不变的情况下，转动方位，自动对准卫星，获得信号极大值。若载体处于移动状态，载体测量系统便会测量出载体姿态变化数据交由数学计算平台进行精确解算，通过伺服调整极化角、俯仰角、方位角，卫星自动追踪系统便可自动变化天线误差角，保障载体移动过程中天线依然在规定范围内，使卫星发射信号能够在载体移动中进行不间断通信。移动载体卫星通信的动中通系统的优点是：自主、自主跟踪卫星，抗干扰性能好、线路稳定、能够实现点对点移动通信、点对多点移动通信、点对主站移动通信，具有较强的机动性和灵活性，传播效率高，速度快，成本低。

4结束语

移动载体卫星通信的动中通系统信号传输过程中，质量高，效果强，信号稳定，能够降低大范围、复杂情况的移动通信需求，有效节约了通信人力物力，减小了电磁辐射污染。

参考文献

[1]邱建彪.卫星移动通信中地面移动载体天线终端的研究与设计[D].电子科技大学，2012，13（11）：119~124.

[2]朱军.基于GEO卫星的“动中通”系统设计与关键技术研究[D].南京理工大学，2011，11（14）：132~136.

第7篇：卫星通信系统范文

【关键词】卫星通信；自动跟踪；MSP430单片机

0.概述

卫星通信作为当今通信传输领域的三大支柱之一，以其传输距离远，覆盖范围大，通信方式灵活多样，以及不受地理和自然环境影响而成为应急通信的主要手段。近年来，车载卫星通信成为油气田应急指挥系统中的重要通信方式之一，它可以在现场迅速展开天线，并快速自动寻星，提供迅速、有效的即时通信，保障了油气田生产过程中突发事件时的应对能力。现在，车载卫星通信系统作为一种小型化的能实现自动寻星和跟踪锁定的卫星通信系统，主要呈现出业务临时的特点，这就面临着如何快速，准确的找准卫星的问题。本文以基于MSP430的车载GPS终端与电子罗盘相结合为例，阐述车载卫星系统寻星及跟踪锁定功能的实现。

1.基本原理

本系统的核心为天线快速跟踪平台，能实现自动对星，跟踪锁定卫星信号。该平台将天线伺服控制系统和机械传动系统整合在一起，通过高灵敏度的传感器感知系统的方位，俯仰和极化角度值，并通过坐标变换和耦合分解计算出天线转动的补偿角度。

2.硬件部分

天线控制系统框架图

天线伺服控制系统核心采用T I 公司的MSP430F149 单片机。该单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，具有16 位的RISC结构，CPU 中的16 个寄存器和常数发生器使MSP430 微控制器能达到最高的代码效率，在8MHZ 的晶体驱动下，指令周期为125us。灵活的时钟源可以使期间达到最低的功率消耗；数字控制的振荡器（DCO）可使元件从低功耗模式迅速唤醒，在少于6us的时间内激活到活跃的工作方式。片内的A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps。为了能够快速准确的采集数据，采用美国KVH 公司生产的C100 电子罗盘，它采用磁通门技术，航向精度可达到0.5°以内，通过其数字接口，可提供地球磁场X、Y 轴的水平分量，通过电子罗盘，来采集天线起始方位数据。利用G-503 GPS 获取天线系统所在地的经纬度。利用AT-201-SC倾角仪测量天线的倾斜角度，倾角仪通过硅微机械传感器测量以水平面微参面的双轴倾角变化，输出传感器相对于水平面的倾斜和俯仰角度。极化的调整使用的是直流电机，通过采集极化电位器的电平值，来得到相应的极化角度。方位和俯仰通过步进电机进行驱动，通过减速齿轮和齿轮带带动天线运动。通过MAX202EWE 和F16V8 组成的片选电路进行GPS，倾斜仪数据，电子罗盘数据的信号通道的切换。通过信标接收机来识别卫星信标信号。

3.软件部分

系统加电开机后，首先进行主控单元MSP430F149 的初始化，包括端口，模数转换，时钟，定时器，串口等的初始化。初始化完成后，读入倾斜仪数据，并进行判断。一般情况下，天线最初都处于收藏状态，倾斜仪的读数为负，天线的俯仰需要上抬，使天线俯仰转动轴平行于水平面，天线的方位轴线垂直于水平面。此时主控电路会读入GPS 和电子罗盘数据（AL）。GPS 所得到的系统所在地的经纬度为（θL，ΦL）， 卫星的经度用 表示。通过以下的公式计算出天线所在地的理论方位角（θs），俯仰角（Az）和天线馈源的极化角度值（Pol）：

Az=tan-1 （1）

EL=tan-1

（2）

通过和可以判断出天线的走步方向及走步的角度值。当天线走到理论方位后，天线会上抬到理论俯仰角。然后会把馈源转到理论极化角。由于理论值和实际值存在着一定的误差，所以在天线走到理论位置后，方位要在理论方位正负15°内进行搜索，俯仰方向会在上下5°内进行搜索。当接收的信标信号的agc电平与背景噪声的差值大于门限值的时候，天线便进入跟踪状态。接下来天线根据信号电平的变化进行螺旋式搜索，轨迹由大变小，直到信标信号agc 电平最大，此时天线便进入锁定状态。我们可以认为天线已经对准了卫星。如果天线在搜索状态时没有找到卫星，会重新回到理论位置，进行新的搜索，如此循环，直到最后锁定卫星。

4.结语

本文给出了车载卫星定位系统的硬件与软件的整体实现方式。经试验证明，本套系统具有很好的性能指标。能够快速准确的找准卫星，具有很好跟踪性能。

【参考文献】

第8篇：卫星通信系统范文

关键词:短消息业务;卫星通信;网络管理;多线程

中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号: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

当前,卫星通信业务已在各行业广泛应用,但其仅限于话音、数据等传统业务。为了拓展卫星通信的业务领域,使其在未来应用中发挥更大效益,本文结合短消息业务技术和卫星通信网络管理技术各自的优点,依托于现有卫星通信系统平台,提出了卫星通信网短消息业务的概念以及短消息系统的体系结构。

1 短消息系统结构

卫星通信网短消息系统主要由短消息系统服务器和用户终端设备组成。短消息系统服务器仅次于网控中心,是整个系统的核心,负责完成短消息的转发,并且提供查询、客户端配置等功能。用户终端设备可以是地球站,也可以是装有短消息系统客户端软件的计算机。

图1中各设备功能说明如下:

1)地球站及短消息业务客户端(SMSC,ShortMessaging Service Client):收发短消息的终端设备,具有接收、发送、显示、编辑、保存短消息等功能。

2)ACS:接入控制服务器(Access Control Server),是网控中心处理机与卫星室外单元的接口软件,负责网控中心与地球站间的数据链路层通信。

3)SMSS:短消息业务服务器(Short Messaging Server),是短消息处理的核心设备,负责对短消息进行判断、审核、转发、中止等操作。

4)MSW:MSW(Monitor and SWitch)是用于对网控系统进行管理和控制的软件,对短消息业务来说,它主要负责协调SMSS与网控中心其他进程间的关系,以及对网络资源进行管理和控制,其工作方式为双机热备份。

5)NCP:NCP(Network Control Process)是网控系统内处理通信业务的软件。NCP对业务资源的控制主要以数据库表文件的形式体现,SMSS不直接与NCP通信。

6)KDC:密钥分发中心(Key Distribution Center)负责对ACS与地球站间通信所用的密钥进行管理。

7)DBMS:数据库管理系统,用于保存各类短消息队列,以及全网配置和状态信息、运行记录、操作日志等。

短消息发送流程为:对于地球站发送的短消息,通过卫星信道传送至网控中心,网控中心的ACS收取后把短消息转换为数据包交给短消息业务服务器SMSS;对于客户端发送的短消息,通过专用计算机网络直接交付SMSS。SMSS对所收到的短消息先进行格式转换以及存储于数据库;然后对等待转发的短消息进行审核判断,如果通过审核,SMSS就将此条短消息交给ACS转发给接收方地球站。

2 系统关键设计

2.1 传输信道的选择

卫星通信网的信道一般可分为两类:业务信道和控制信道。短消息采用何种信道传输是实现短消息系统的最关键问题,决定了短消息系统的实际应用性能。

短消息采用存储转发模式,无连接方式传输,无需繁杂的连接建立和拆除工作。短消息帧上行(地球站到网控中心)采用ALOHA方式,下行(网控中心到地球站)采用TDM广播方式。短消息一次传输就构成一次通信,适合数目较多的小数据量信息同时传输。

2.2 增值服务功能

为提高短消息的应用价值并弥补其固有的缺陷,我们还设计了回执和群发两种短消息增值服务。

所谓短消息回执是对短消息发送状况的反馈通知,用于告知发送方其所发短消息是否成功到达。

图2中各阶段分别为:

1)发送方向SMSS发送短消息;

2)SMSS收到短消息后,向发送方发送“短消息录入应答信令”;

3)SMSS向接收方转发短消息;

4)接收方收到短消息后,向SMSS发送“短消息下载应答信令”;

5)SMSS收到“短消息下载应答信令”后,向发送方发送短消息。

所谓短消息群发是指用户发送一条短消息,其接收对象是一个用户群。群发过程如下:主发方的地球站发送一条携带组号的短消息到网控中心,网控中心的SMSS除对该短消息进行正常审核之外,还需对主发方的权限是否能向目标组群发短消息进行审核,设定权限的目的是为了防止卫星网络内群发短消息的泛滥。若该短消息通过审核鉴定,SMSS就把其携带的组号转换为组地址,再广播下发给所有地球站,但只有属于目标组的站才把收到的短消息提交给操作员。

3 系统的实现

3.1 短消息业务服务器

由于短消息业务服务器SMSS需要处理卫星通信系统中所有短消息,因此其实时性要求较高。对于实时性要求较高的服务器,其设计应遵循实时服务器的设计模式,即单进程多线程的模式。

线程:SMSS进程按功能模块划分为数十个线程。这些线程分别实现不同层次的功能,大体可分为三类:

1)业务处理类:承担短消息处理工作,负责对每条短消息的收发双方的权限进行审核,对于通过审核的短消息进行转发以及中止发送等各种操作。

2)管理控制类:负责对SMSS自身的管理和控制,以及执行MSW发来的各种命令。

3)通信类:承担与网控其他进程之间的通信工作,例如SMSS与ACS、MSW的数据通信。

队列:在SMSS内部设置了多个缓冲队列,队列中存放短消息数据和管理控制信息,各线程通过操作这些队列完成业务处理和管理控制任务。

部件控制块:部件控制块存放公共数据结构,包括TDM链表、全局变量表等。通过部件控制块,各线程可对相关属性值进行操作。

3.2 性能测试

上述短消息系统已经在模拟卫星通信环境中投入实际运行。SMSS是一个实用的多线程服务性程序,利用单进程多线程而不是多进程是因为线程之间通信和同步较易实现,并且开销小,能够提高系统运行效率。测试结果表明,短消息系统在流量正常时运行良好。当出现突发性的流量增长时,可通过限制短消息的发送速率,避免出现拥塞现象。

4 结束语

短消息系统具有很好的通用性,可高效地实现各种卫星通信网中的短消息传输与控制,无论对民用网络还是军事卫星通信网都有很高的实用价值。

参考文献:

[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：卫星通信系统范文

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.

关键词： 低轨星座通信系统；业务分布算法；功率受限

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

中图分类号：TP315文献标识码：A文章编号：1006-4311（2010）32-0177-02

0引言

卫星功率是非常重要的无线资源，由于星载太阳能电源可提供的功率有限，因而卫星功率往往是增加系统容量的瓶颈。而星座卫星通信系统用户业务量突发性很强的特点，往往会导致某颗卫星下业务量剧增而突破卫星本身功率限制，而相邻卫星下业务量很少的情况出现。星座卫星通信系统为了提供指定区域的无缝覆盖，相邻卫星总是存在交叠的覆盖区域，位于交叠覆盖区域的通信终端可以选择接入所有可视的卫星进行通信，因而，任何可视的卫星都可以接收交叠覆盖区域的通信业务需求。因此，通过业务的合理分布来规划系统的功率资源就显得很有必要。

1系统业务模型

1.1 位置业务模型低轨星座主要对全球中低纬度地区提供基本通信服务，最低通信仰角10°，可以为热点地区提供近实时的通信服务，考虑到星座系统的基本服务区范围为纬度-43°~42°、经度-180°~180°，将这块地区按经度每隔5°，纬度每隔2.5°分为34×72个网格。每个网格内的业务密度按地区的经济发展加权因子计算：北美洲为0.8，南美洲0.6，非洲为0.4，亚洲为0.7，欧洲0.8，大洋洲0.5，近海地带业务为0.2，远海地带业务和某些沙漠地带业务为0.1。境内业务需求比境外大很多，假设境内与境外业务密度之比大致为3：1，从而得到位置业务模型如图1所示。

1.2 一日业务变化模型24小时内的业务量变化不均，一天之内有巨大的变化。为了描述业务量在一天内的变化，一个数值在0与1之间时间加权因子被提出来。这个模型对于全球各地区相同，如图2所示。地球表面各点的当地时间都是相对GMT参考时钟获得的。在各卫星获得与它可见的网格的当地时间后，每个网格内的业务都乘以相应的时间加权因子。

2业务分布算法

2.1 基于仰角的业务分布算法这种算法依据地面网格与卫星的可见概率给卫星相应点波束分配业务，可见概率被定义为地面网格与卫星仰角的单调递增函数，随着仰角的越大，地面网格与卫星的可见概率就越大，通信链路质量就越好，地面网格中的业务分配给该卫星的就越多。如果一个卫星的多个点波束同时与地面网格可见，业务等同地分配给相关点波束。

算法中并没有考虑卫星功率受限。在不超过卫星限制功率的情况下，这种算法得到的卫星业务分布应该与实际的大致类似，因为在一般情况下是按照仰角的大小来选择接入卫星的。依据算法 t时刻卫星j的功率P（t，j）为：

P（t，j）=PE（t，i，j）（1）

其中，

E（t，i，j）=，M（t）10，M（t）=0（2）

式中：P为1 Erlang业务量所需的卫星功率，E（t，i，j）为t时刻地面网格k分配给第j个卫星波束i的业务，S（t，j）指t时刻卫星j的覆盖区域，M（t）为t时刻网格k可见的卫星数，M（t）为t时刻网格k可见卫星j的波束数，V（t，j）为t时刻网格k与卫星j的可见概率，以下所指相同。

因此，系统能够接纳的总的业务量为：

E（t）=E（t，i，j）（3）

2.2 基于线性规划的业务分布算法对于基于仰角的业务分布算法，当卫星覆盖区域业务比较繁忙时，所需的卫星功率就会突破卫星本身的功率界限。为了避免此类情况发生，与该卫星有交叠覆盖区域相邻卫星应该承担一部分过载的业务量，基于这种考虑不妨采用线性规划的方法在卫星功率受限的情况下最优化系统的业务分布。目标函数和约束条件如下：

目标函数为：

max E（t）=E（t，i，j）（4）

约束条件为：

P（t，j）PE（t，i，j）Pmax，j（5）

E（t，i，j）E（t）（6）

2.3 混合形式的业务分布算法将以上两种算法进行有机结合，可以得到一种混合形式的业务分布算法，思路如下：

（1）首先对所有的卫星采用基于仰角的业务分布算法，如果有卫星的业务需求超过本身的功率限制，那么对这些卫星覆盖的网格再采用基于线性规划的业务分布算法进行业务规划。因而，每个区域的业务需求是根据可视概率大小分配给各个卫星，除非卫星功率突破限制要求分流转移。

（2）权重因子α被引入到基于线性规划的业务分布算法的目标函数中，来设置业务分布时的一种优先权。

其目标函数和约束条件如下：

目标函数为：

max E（t）=α（t，j）E（t，i，j）（7）

约束条件为：

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）

此种算法给出了每个网格k的最优解E（t，i，j）来最大化目标函数（7），不过，当一个网格k与两个或更多卫星可见，这些卫星的功率又都没有超出限制时，采用线性规划算法分布业务，对应最优解E（t，i，j）就会有多个。因而，算法中引入了权重因子α（见式12），使靠近卫星覆盖区域中心的业务需求有更高的优先权，这样可以减轻阴影效应影响和缩短传播损耗路程。

3数值计算及结果分析

采用不同的业务分布算法，得到业务分布情况不同。由于基于仰角的业务分布算法不考虑功率限制，使得覆盖繁忙地区的Sat27所需的功率超过了1000W；采用基于线性规划的分布算法将业务分流给相邻卫星，可以有效解决功率超限问题，但它有一个很大的缺陷，即业务调整的盲目性：一些没必要调整的业务也得到了调整，反而带来不好的后果。如Sat37和38业务很多转移给了Sat15和16，而Sat37和38的功率并没有超限，使得原来依照仰角大小的自然分布得到了破坏，而仰角大小与通信质量密切相关，这样调整得不偿失。这也正说明了将两种算法相结合得到的混合算法的有效性，图3、4给出了采用混合的分布算法计算得到的结果，它只对功率超限的Sat27的业务进行了调整，转移给了相邻Sat26、Sat34和Sat35。而其他卫星的业务保持不变，这样既考虑了功率限制，又照顾到了仰角的大小。与其他两种业务分布算法相比，它的性能最优。

参考文献：