移动卫星

关键词： 冠名 转眼 协同 运营

移动卫星（精选十篇）

移动卫星 篇1

近年来,随着移动IP[1]技术的迅速发展,单个节点的移动通信已经不再是问题,但诸如飞机、火车、轮船这样的大型移动平台可能会携带一个或多个LAN,在其移动过程中,也会改变到地面骨干网(如Internet)的接入,这种情况下要保持用户的通信不中断,则需要解决一个网络移动性问题。网络移动(Network Mobility,NEMO)[2,3]是指一个移动网络(如一个LAN)能够改变到一个IP骨干网的连接点。另一方面,由于卫星通信能够向地球上的所有区域提供交互性宽带通信能力,能够向用其他通信手段不能获得经济的服务的用户提供接入服务,因此,利用卫星移动通信网来实现对移动因特网用户的宽带大范围覆盖是一种自然的,也是比较现实的解决方案[4]。

1 问题的提出

在该方案中,首先要考虑的是解决网络移动的问题,由于移动IP协议主要用于解决单个移动结点(MN)的移动,对于一个或几个LAN的整体移动,并没有明确规定为需要支持,因而必须对现有的移动IP协议进行改进以实现网络移动。另一方面,如图1所示,由于网络移动和卫星移动都会导致改变到地面固定IP网的接入点,再加上FA与MR不在一个网段上,为此,不仅在HA与FA之间需要采用类似移动IP的隧道技术,在FA与MR之间也需要采用隧道技术,这样,在HA与MR之间就存在双重隧道,必须分析由此对隧道封装协议及传输性能产生的影响。最后,考虑到卫星移动信道的高误码率、频繁切换及时延特性和网络移动的特点,还要对二者结合后所产生的影响进行分析,并给出相应的改进意见。图中,CN为通信结点;HA为家乡代理;FA为外部代理;MR为移动路由器;MNN为移动网络节点。

2网络移动下的移动IP实现

通常认为移动网络有2种形式,一种网络的拓扑是变化的,即有移动节点或移动子网进出移动网络;另一种网络拓扑是相对固定的,即所有节点的网络前缀相同,没有节点进出网络,但无论哪种形式,都必须包含至少一个移动路由器。

本文所讨论的网络移动主要考虑第2种形式的IPv4网络,那么对于这种拓扑形式的移动网络,如何通过改进现有的移动IP协议来支持网络移动呢,主要体现在以下2个方面。

(1) 用于实现移动IP功能实体的内容要有所改变

与单个节点的移动不同,在网络移动中,移动IP主要由移动路由器、HA及FA 3个功能实体来实现,移动网络中的节点不再参与移动IP协议的执行,无论在家乡网络还是外地网络,它只需使用固定IP协议参与通信,移动IP的实现过程对它来说是完全透明的。

在网络移动中,引入了一个新的功能实体——移动路由器(Moblie Router,MR),它可以定义为在移动过程中能够改变网络接入点的路由器,和普通路由器一样具有多个转发端口,每个移动网络中至少包含有一个MR。通常一个移动路由器必须完成以下功能:

① 具有普通路由器的功能,能够动态更新路由,转发数据包; ② 执行单个节点的移动IP协议; ③ 具有数据包解封功能,如果使用反向隧道,还需要具备封装功能。

(2) 双重隧道的引入需要对HA进行功能增强

在单个节点的移动IP实现中,由于只需要解决FA与移动节点不在一个网段的问题,因而一次HA->FA的隧道封装即可将数据包正确转发给移动节点。而在网络移动中,因为只有移动路由器参与移动IP的执行,移动节点并不参与注册过程,所以FA并不包含移动节点的注册信息,也就不知道移动节点当前的直接可达路由,因而需要将移动路由器作为移动节点的外部代理在HA处进行注册,这样发往移动节点的数据包被HA截获后会首先进行HA->MR的封装,再进行HA->FA的封装,那么在FA解封装之后,即可根据注册信息将数据包转发给移动路由器,由移动路由器去除HA->MR封装后交给移动节点。显然,完成这个过程需要对原有移动IP中的HA进行功能扩展。

具体方法是:为HA添加触发标志位和永久绑定注册信息表。HA通过注册更新报文周期性检查MR位置,设定标志位。当移动网络在家乡网时,标志位不被触发,永久绑定注册表不被激活,正常路由;而当MR在外地网络时,激活标志位,为了完成双重隧道的添加,HA同时维护2个注册信息列表,一个是MR的注册信息列表,包含动态更新的MR的绑定转交地址,一个是移动网络节点的永久注册信息列表,即不管是否发生了网络切换,只要没回到家乡网络,网内所有节点的转交地址始终为MR的地址不变。

3网络移动对隧道封装协议的影响

在基于卫星移动通信的网络移动中,实现地面网节点与移动网络节点的通信需要双重隧道技术的支持,即发往移动节点的数据包需要经过两次封装,这无疑会对原有的隧道封装协议产生一定的影响,具体表现如下:

① 协议的效率降低,对于隧道封装协议来讲,其封装报头所占的比重越小,在信道中传输占用的信道带宽就越小,协议效率就越高,反之就越低。由于二次封装的采用,封装报头在数据包中的比重加大,协议的效率明显降低;

② 协议原有的健壮性可能会下降,原来支持的功能可能会失效:在隧道入口对经过IPinIP封装或最小封装的数据包进行二次封装时,其封装方法与第一次封装时完全一样,只是其原有的防递归机制会失效,因为IPinIP封装是通过数据包的入口地址与出口地址来判定封装的,当数据包的源地址与隧道的入口地址相同时,就判定发生了递归封装,由于发往移动网络节点的数据包2次封装的源地址均为HA的地址,按照这个原则,就不会对数据包进行二次封装,也就无法建立通信,因而需要对二次封装的条件进行调整。另外,对采用最小封装的数据包进行二次封装后,由于其原始包的TTL域仍然没有被修改,因而到达移动节点的概率又减小了;

③ 隧道对数据包分片的概率增大,数据包丢包概率加大:经过了二次封装的数据包,由于其报头开销增大了(例如,对一个经过二次GRE封装的数据包,其网络层报头的总开销最低也要48字节),继而报文的总长度加大了,因此在隧道传输的过程中被分片的概率就会加大,如果隧道入口或原始数据包的DF比特置1,则对于IPinIP封装或最小封装来说,需要增加额外的信令信息(ICMP报文)来通知原始数据包的发送节点,调整发送数据包的MTU,而对于GRE封装的数据包来说丢失的概率就加大了。另外,由于数据包的长度加大了,在信道的误比特率不变的情况下,丢包概率增加了,这对卫星信道表现得尤为明显。

4卫星移动通信与网络移动结合产生的影响

卫星移动通信与网络移动结合后,产生的影响主要包括2方面。

(1) 卫星移动通信对移动IP协议的影响

卫星移动信道的误码率(BER)相对地面信道来比要高许多(卫星移动信道的平均BER大约为10-6数量级),并且,信道传播中的各种随机因素(如雨衰、多径衰落和切换等)还会造成信道的突发错误,所有这些因素都会造成数据包在卫星信道上的丢失概率增加。考虑这种情况下,如果移动路由器发送给关口地球站FA的注册更新报文丢失了,那么在HA及FA之间原有的注册连接就会失效,由于关口站的覆盖区域很广,移动路由器发送的注册更新报文的频率要比在地面网中低,这样在下一个更新报文到达前,有可能发生暂时的通信中断。

(2) 网络移动降低了卫星信道利用率

使用移动IP的单个节点或移动网络,在通信的过程中,需要大量的信令消息(代理广告消息,注册消息等等)以维持连接的不中断,因而会占用一定的卫星信道带宽。另外,发送给移动网络节点的数据包需要经过双重隧道封装才能够到达目的地址,即使在FA处进行了解封的情况下,在卫星信道仍然包含一层HA->MR的隧道封装,这些额外的报头开销也在一定程度上降低了卫星信道的利用率。

5改进策略

结合前文的分析,基于卫星移动通信的网络移动所遇到的主要问题可以归结为:由于双重隧道的引入和卫星移动信道自身的特性,导致了丢包概率的增加,降低了信道利用率。解决上述问题的实质也就是寻找降低开销、提高信道利用率的方法,可以从2方面着手:

(1) 降低注册开销

像飞机、轮船这类的大型移动平台,为了导航的需要,一般都配有GPS定位装置,如果把HA及所有FA(关口站)的位置信息,存储到这些移动平台上,在它移动的过程中,就可以根据自己当前的位置、所存储关口站的位置信息及其他诸关口站覆盖区域、移动平台速度等信息量预先判断出切换的发生。由于所研究的是拓扑固定的移动网络,可以只在发生切换前提前进行注册,而其他时候不进行注册更新,这样就可以大大减少不必要的信令开销,节省了带宽,提高了信道利用率,同时也解决了切换的平滑过渡问题。

(2) 报头压缩

报头压缩的原理主要是采用一定的规则对运输层、网络层甚至应用层报头中的冗余字段进行压缩,通常,在采用报头压缩协议后,可以将40字节的TCP/IP报头压缩至最少3字节,28字节的UDP/IP报头最少压缩至1字节。目前几种主流的报头压缩协议主要有VJHC协议、IPHC协议、CRTP协议及ROHC协议等。

在基于卫星移动通信的网络移动中,当移动网络漫游到外地时,CN与移动网络节点(MNN)是利用隧道进行通信的,这时,由于封装报头的引入,报头开销的影响加大,一定程度上降低了卫星信道利用率。考虑到卫星信道的带宽资源比较宝贵,因此有必要引入报头压缩技术,通过去除协议报头中的冗余部分进而提高信道的利用率。将报头压缩引入后,会带来以下几方面好处:

① 卫星移动信道的误比特率一般较大,在10-6～10-5左右,它和丢包率是按以下公式进行换算的,假设丢包率为Pd,误比特率为Pb,数据包长度为l个字节,则:

Pd=1-(1-Pb)8l。 (1)

从公式中可以看出,当数据包长度愈长时,丢包概率愈大,因此采用报头压缩可以减小信道的丢包率。图2给出了一个UDP报文采用报头压缩前后丢包率的变化,其中横坐标Nr表示除报头外的报文长度,uc和c分别表示压缩前后;

② 数据包长度愈长,在信道中碰撞的概率就愈大,被分片的概率也越大,采用报头压缩可以减小数据包的碰撞和分片概率,从而减小丢包概率;

③ 采用报头压缩后,使得信道中传输的冗余开销减小提高了信道利用率,当然前面两点所提到的对丢包率的影响,实质上也是反映在信道利用率上的。

6结束语

随着信息技术的不断发展,人们对信息获取方式的要求也不断提高,希望在乘坐火车、飞机等工具出门旅行时也能够实时地获得浏览信息、收发邮件等Internet服务,基于卫星移动通信的网络移动为人们提供了一种较好的解决方案。本文以该方案为研究背景,对基于卫星移动通信的网络移动面临的相关问题进行了分析,并初步给出了改进策略。

摘要：随着信息网络技术的快速发展,人们不再满足于使用固定终端或单个移动终端连接到互联网络上,而是希望移动网络以一种相对稳定和可靠的形式,从Internet上运动地获取信息,而采用卫星移动通信网来向这些移动平台提供对地面网络连接的延伸是一种比较经济、可行的解决方案。以该方案为研究背景,探讨了网络移动条件下的移动IP实现方法,分析了卫星移动通信与网络移动结合所产生的问题以及网络移动对隧道封装协议的影响,并就上述问题初步给出了改进策略。

关键词：网络移动,卫星移动通信,隧道,移动IP

参考文献

[1]RFC2002,IP Mobility Support[S].

[2]draft-ietf-nemo-requirements-03,Network Mobility Support Terminology[S].

[3]draft-ietf-nemo-requirements-04,Network Mobility Support Goals and Requirements[S].

[4]张更新,李江华.基于卫星移动通信的网络移动性研究[J].电信快报,2005(3):14-17.

卫星移动通信系统的论文 篇2

摘要：在卫星移动通信系统中，位置管理性能的优劣直接影响系统的服务质量。位置管理中的位置更新和位置寻呼是其中的关键，低频率的位置区更新以及一次寻呼成功能降低信令开销，节省网络资源，优化网络配置。而基于动态位置区的更新策略，可动态调整位置区的更新时刻，减轻网络负荷。

关键词：位置管理;位置更新;通信论文

1引言

卫星通信与传统的地面蜂窝移动通信相比，其突出的优点是不可取代的。首先，卫星通信系统通过空中卫星作为其中继站，对移动终端的上行信号进行转发，使得通信的覆盖区域大，通信距离远。其次，在卫星通信系统中，只要是在卫星的波束覆盖区域内，所有的地球站以及移动终端都能利用这颗卫星进行机动灵活的相互间的具有多址联接性通信，并且卫星采用的是微波频段，其通信频带宽，通信容量大。最后，卫星通信系统都有一个共同的特点，即通信的成本与距离无关，通信线路稳定，质量好[4]。在卫星通信系统中，由于中、低轨卫星系统路径损耗小，传播时延低，对用户终端的有效全向辐射功率和接收机品质因素的值要求低，可支持手持机直接通过卫星进行通信，因此低轨通信卫星系统是现在研究的热点。移动性管理技术作为卫星移动通信的一项关键技术，关系到整个网络的性能[2]。随着卫星通信技术的发展，通信系统小区容量不断的增加，用户接入的增加使得网络在处理终端移动性的信令开销和数据库的负荷也随着增加，良好的移动性管理策略可以大大的降低系统运行的负荷，显著提高系统的性能。移动性管理(mobility management)是移动通信领域的一个具有挑战性的问题。

2位置管理

移动性管理主要包括：位置管理和切换管理。在移动通信网络系统中，移动终端可以不受固定的点到点的限制而自由的移动，并且移动终端可以在任何时刻、任何地方、随时随地的接入到通信系统中，亦能和网络时刻的建立链接，进行相关的业务功能。移动通信网络系统的.优越性为移动性终端提供了动态服务，系统如何识别移动终端的位置信息，并且为其保证正常的通信，成为移动通信的重要特征，这主要是通过位置管理来实现的。位置管理主要负责跟踪、存储、查找和更新移动终端的位置信息，位置区管理主要包括位置区更新和位置寻呼，位置区更新的目的是为了使得网络能实时的获取终端所在的位置，以便网络要对终端进行寻呼时，可以通过网络数据库获得终端最近一次更新的位置区识别码对终端进行精确快速的呼叫[5~7]。位置管理是满足移动终端可以在移动通信系统覆盖的范围内自由移动，不受任何地域限制的前提。位置管理能够使网络跟踪移动终端的位置，是网络为传递呼叫而定位移动终端确定移动终端当前接入点的过程。而这就需要移动终端按照一定的准则向网络报告其位置信息。这一过程就属于移动终端的位置区更新过程。

3静态位置管理

静态位置管理策略是与地面通信系统一样，将卫星点波束固定的划分为若干的位置区，或者将地球站的覆盖区域固定的划分为若干的位置区，或者是两者的结合。都采用的是两层位置数据库结构，即HLR和VLR。HLR存储了所有网络内注册用户的各种信息，包括位置信息。VLR存储所管辖区域中移动终端的来话、去话呼叫所需检索的信息以及用户签约业务和附加业务的信息。基于静态固定的位置区划分，其位置区更新流程如下：(1)终端开机注册，首先向管辖当前LA的VLR0，发起位置区更新请求。(2)VLR0登记终端的位置信息，并发给HLR。(3)HLR登记终端的当前位置信息。(4)终端跨位置区移动，位置区ID发生改变，终端发起位置区更新请求。(5)VLR1登记终端的位置信息，并发给HLR。(6)HLR记录终端位置信息，并指示VLR0删除终端的位置信息。(7)VLR0删除终端的位置信息，表明终端已不在其管辖的位置区之内。由于低轨卫星绕着地球的高速运转，绕地球一周的时间平均约为114分钟，故使得终端的波束覆盖时间很短，以卫星波束划分位置区的方法会造成频繁的位置区更新，这样会使得信令开销大大增加，而以固定的地球站划分的位置区则容易因终端于两个LA之间频繁移动，造成乒乓效应，为了解决上述问题提出了动态位置管理。

4动态位置管理

4.1基于运动的动态位置管理基于运动的动态位置区管理为根据单个移动终端的运动状态来动态的为终端划定一个位置区更新范围，通常将称运动门限值为M，当终端移动跨越的小区超过门限值M将执行一次位置更新。基于该基础上提出了基于可变位置区的动态位置区管理算法[9]，该算法基于二维六边形多级位置区蜂窝网络结构以及液体流动运动模型假设，先根据用户的呼叫和运动模式来优化运动门限，再确定更新的位置区大小，其优点在于位置区大小的变化频率低，系统不必频繁的切换位置区的级别且可以避免“乒乓效应”。移动终端进行位置区更新后，系统通过终端的运动确定位置区的范围。文献[16]提出了三重运动门限值，三个门限值分别为q、n、m，q为跨越不同位置区的个数，n为跨越不同小区的个数，m为跨越小区的个数。当跨越小区数达到阈值n和m时，执行VLR更新;当跨越小区数达到阈值n和m时，并且跨越的位置区数达到阈值q，则执行VLR和HLR更新。4.2基于时间的动态位置管理与静态位置管理类似，基于时间的动态位置管理也需要设置一个定时器，所不同的是静态位置区管理的定时器的阈值是固定不变的，而基于时间的动态位置管理的定时器阈值在每次触发位置区更新之后，或根据移动终端的移动速度，或根据移动终端的运动状态，或根据移动终端的呼叫到达率等信息，来动态自适应的调整定时器的阈值。文献[8]中提到了根据移动终端的业务状态和呼叫到达率来动态的设置定时器的阈值一种算法，其假设用户的业务为呼叫业务，且服从泊松分布，用λcur表示用户当前时间段的呼叫到达率，λpre为上一时间段的呼叫到达率，由此可得终端的呼叫业务变化率为：便可根据终端的呼叫历史来统计出终端的平均到达率λ。为了避免呼叫到达时过长的无位置更新状态，使得寻呼时间变长，应该保证位置更新率不小于呼叫到达率λ，即强制更新时间周期T应小于或等于终端的平均呼叫间隔时间。故，按照下式计算定时器的时间T即在某一时刻根据历史的呼叫平均到达率，从服从[1/2λ,1/λ]的均匀分布中取一个随机数(rand表示取一个随机数)，然后取T为大于ρ的整数作为定时器的更新时间阈值。

5目前存在的问题

(1)固定位置区划分策略是基于绝对地理位置，根据事先设定的位置区大小来划分各个位置区的边界，当用户越过边界时便触发更新，寻呼时根据用户所在的固定位置区来传递寻呼信息。固定位置区策略方案虽然较为简单，用户的更新及寻呼都是根据事先在地理上已经划定的位置区来进行，但容易对在两个位置区之间的来回运动的用户造成“乒乓效应”。且静态位置区管理将用户的各种运动状态，移动速度和呼叫类型与位置区管理隔离开来，对所有的移动用户使用同一的位置区管理策略，在适用性上明显存在不足，不能根据用户的运动状态，移动速度和呼叫类型来动态优化位置区管理开销。(2)基于运动的动态位置管理可能会对大部分时间处于低速运动状态的用户，由于某些时段的高速运动而设置位置区的更新半径过大，用户长时间的无位置区更新;而大部分时间处于高速运动的用户，却因某些时段低速运动而设置的位置区更新半径过小，导致频繁的位置区更新。同样，基于时间的动态位置管理仅仅根据用户的业务类型和呼叫到达率来设置用户的位置区更新半径，这种方式对不同运动速度的用户适应性不够强，可能会导致低速用户在计时器时间段内频繁的进行位置区更新，而高速用户频繁越区后不能及时的进行位置区更新，从而增加寻呼开销。

6下一步研究方向

(1)采用动态位置区管理的策略，针对单个用户的移动速度、运动状态、呼叫到达率等因素，避免静态位置区管理对不同用户的适应性低，灵活性差的缺点，并且避免处于位置区边缘的移动用户在两个位置区之间频繁切换造成的“乒乓效应”。在确保寻呼到达率的前提下，尽可能的减小移动终端由于自身的自由移动性在位置区之间跨越时，进行位置区绑定更新的信令开销，节省网络信令资源，减轻系统的负荷。(2)针对移动用户的移动速度、运动状态、呼叫到达率等特点，结合时间与运动的动态位置管理策略，解决基于运动的动态位置算法下的大部分时间处于低速运动状态的用户，由于某些时段的高速运动而设置位置区的更新半径过大，用户长时间的无位置区更新;而大部分时间处于高速运动的用户，却因某些时段低速运动而设置的位置区更新半径过小，导致频繁的位置区更新。以及基于时间的动态位置管理算法下可能会导致低速用户在计时器时间段内频繁的进行位置区更新，而高速用户频繁越区后不能及时的进行位置区更新，从而增加寻呼开销的问题。

7总结

国际移动卫星公司订购阿尔法卫星 篇3

令业界关注的是，Alphasat I-XL卫星将首次采用由欧洲空间局（ESA）组织EADS Astrium公司和泰雷兹·阿莱尼亚宇航公司（TAS公司）共同研制的欧洲新一代高功率的阿尔法卫星平台（Alphabus），这标志着目前正进入研制关键阶段的Alphabus平台向实用的目标迈开了重要的一步。据TAS公司介绍，为迎应国际市场上对重型通信卫星的需求，Alphabus平台装置的通信卫星有效载荷的功率将提高到12～18KW，基于该平台的卫星的发射重量将达6～8吨，该平台将可容纳190个高功率转发器，并可配置大型天线。此外，根据市场的需求，阿尔法卫星平台的有效载荷功率可扩大到20KW，卫星发射重量可增加到9吨。据称，TAS公司和Astrium公司分工承担研制Alphabus平台的相关部件及系统，同时也负责在国际市场上行销Alphasat商用通信卫星。

作为采用Alphabus平台的首发卫星，Alphasat I-XL卫星将世界上性能先进的大型通信卫星之一。与Inmarsat公司2005年发射的Inmarsat 4f1/4f2宽带移动通信卫星相比，Alphasat I-XL卫星具有更高的功率、更大的容量和更长的使用寿命，发射重约6000公斤，有效载荷功率达12KW，卫星在轨设计寿命15年。该卫星还具有以下多个特色：一是将使用国际电联最近分配的L波段新频段，可为卫星电话用户提供多达750个品质显著改进的频段，可为卫星电话用户提供多达750个品质显著改进的频道；二是在有效载荷上采用了新一代的数字信号处理器，使卫星电话用户获得更好的通信质量及更短的下载时间；三是星载缝隙天线的发射器达12米。

根据Inmarsat公司与欧空局最近签署的协议，Alphasat I-XL卫星除了为Inmarsat公司携带大型商用通信有效载荷外，还将为ESA携带3个技术实验有效载荷。

Inmarsat公司称，Alphasat I-XL卫星2012年升空投入商业运行后，将能很好地补足及扩展现由Inmarsat 4f1/4f2卫星所提供的宽带全球区域网（BGAN）服务。借助这颗卫星，Inmarsat公司将能够更好更快更全面地为欧洲、中东及非洲等地区现有的和未来的用户提供多方面的宽带通信服务，包括灾难危急事件中允冲的应急通信，通过BGAN便携式数据终端为偏僻及遥远地区的家庭、学校和商行提供连接，以及为政府与分散的居住人口提供连接，为媒体、海事单位、石油天然气公司等宽广的行业部门提供语音、数据等基本服务。

据悉，Alphasat I-XL卫星项目得到欧洲空间局、英国国家空间中心（BNSC）等机购以及公共、私营金融机构的财政支持，该项目不包括保险费用的总金额预期为2.6亿欧元（3.86亿美元）。

打造智能移动卫星宽带网络 篇4

协同卫星战略定位

张小云告诉记者, 公司获得IPSTAR卫星在中国的资源及使用权之后, 正式以“协同一号”卫星开展在中国国内的业务, 同时把公司进行了战略定位——以卫星网络为基础的移动宽带运营商。他表示, 目前卫星通信正在向移动、大容量宽带、低成本的商业模式演进。传统卫星系统无法与地面通信系统竞争的最主要原因是昂贵的成本, 因此只能作为地面的补充网络。但是随着卫星Ku波段通信技术的成熟, 为卫星通信产业的发展带来极大变化。“协同一号”在国内能提供12Gb/s的容量, 而且公司还正在规划发射“协同二号”超大容量卫星。

打造智能的、低成本的移动卫星通信运营新模式, 成为中国领先的卫星宽带服务提供商。我们将突破传统, 为客户提供颠覆性的智能终端, 让更多有需要的人用得起卫星通信服务, 让客户更方便使用卫星通信服务。张小云说, 我们拥有“协同一号”高容量卫星, 为中国大陆以及港澳地区提供卫星移动宽带接入服务以及一体化的应用解决方案。同时, 协同卫星将致力于打造一个开放的平台, 吸引更多的合作伙伴加入到这个平台中来, 包括业务代理商、设备生产商、系统集成商、解决方案提供商以及产业资本等。

全心全意服务用户

谈到公司如何服务中国用户, 张小云回答说, 协同卫星作为国内宽带卫星通信的代表, 拥有三大优势:一是宽带优势非常突出。协同一号有22个点波束、1个广播波束、1个成形波束, 容量达12Gb/s, 系统改造后可达20Gb/s。上行速率可支持15Mb/s, 下行可支持60Mb/s, 最大可实现150Mb/s, 改造完成后更可支持4K极清视频传输, 带宽优势非常突出, 特别适合于大数据传输、高清视频会议等业务。二是在终端方面, 我们提供智能化、低成本、多选择的应用终端, 增加了用户的选择性, 降低了用户选择卫星应用的硬件投入成本。三是价格优势, 超高容量让卫星单位带宽的成本大幅降低, 让更多有需求的客户能够用得起卫星。

协同卫星是如何满足高清视频对卫星带宽的需求呢?张小云说, 协同卫星在商业模式演进和战略定位的最重要的一点就是大容量宽带, 而视频会议等视频类的业务是带宽消耗量最大的业务。众所周知, 目前传统卫星通信所能支持的视频是以标清为主, 而对协同一号卫星来说, 高清视频是其天然所能实现的。基于卫星链路的视频传输广泛应用在各行各业, 而高清视频将是对这些行业应用的一次“质”的提升。具有非常大的市场空间。

移动卫星 篇5

卫星软格式化同步器与资源卫星1号02星CCD数据移动窗相关技术研究

处理速度一直是软件帧同步的瓶颈所在,通过引入KMP和Rabin-Karp算法,寻找到一种高效的帧同步处理算法,提高了处理速度,最终设计完成了通用的卫星软件帧同步器,并进行了相关验证测试和分析,给出了分析比较结果.在分析中巴资源卫星1号02星数据格式的基础上,利用所设计的软件帧同步器和DirectX显示技术,实现了一套针对资源卫星双通道CCD传感器的`全软件移动窗显示系统,并对该卫星数据的图像交叠等现象作了相应处理.这套软件帧同步器和移动窗显示系统可以作为开发卫星接收记录系统的重要组成部分.

作 者：曹宇 杨仁忠 CAO Yu YANG Renzhong  作者单位：曹宇,CAO Yu(中国科学院研究生院,北京,100049;中国科学院中国遥感卫星地面站)

杨仁忠,YANG Renzhong(中国科学院中国遥感卫星地面站)

刊 名：空间科学学报  ISTIC PKU英文刊名：CHINESE JOURNAL OF SPACE SCIENCE 年，卷(期)：2005 25(4) 分类号：V557 关键词：帧同步   移动窗   资源卫星   CCD  

卫星电视的移动接收(7) 篇6

前面我们已经说过，尽管卫星移动接收天线标称是高科技产品，那是指它的技术含量而言，而在使用上还是非常简单的，几乎是傻瓜式的操作，只需要连接一下所附电缆线而已。如果这样说你还不明白，不要紧，我们的网站http://www.chechuansat.net上有连线示意图，也有说明书下载，当然我们的天线包装中也会有使用说明书的，再遇到问题，可以随时拨打我们的客服热线。下面我们不妨简单地说一下：

在商品包装中，除了有一面自动跟踪的卫星移动接收天线外，还会有一个黑色的电源/信号适配器（以下简称适配器），根据产品型号的不同，所附的这个小黑盒子也不同，还有一长一短的两根做好F头的电缆线。具体连接方法如图1所示，图中示出两种不同天线的连线，主要是这两种天线所附的适配器不同。首先用较长的一根电缆线将移动天线和适配器连接起来，在适配器的背面有两个F接线头（图2）：ANTENNA（天线）端口与移动天线相连， RECEIVER（接收机）端口则用所附的短线与数字接收机的中频输入口相接。在右侧还有一个12V的插口，这是外接直流12V电源的，包装中也附有相应的插接线，注意电源极性：红色为正，黑色为负。左侧还有一个串口，玩过接收机的朋友都知道这是升级用的。图2中的配适器是与CSA-450天线配套的，而CSA-300所用的适配器则没有这个串口，所以各型号天线必须与配套的适配器相连（每个适配器的底部都贴有与之配套的天线型号），不同型号的则不能混用。

为什么一定要用这个黑色的盒子呢？能不能像我们常规一样，直接用电缆将数字接收机和移动天线连接起来？当然不能，否则厂家也就没有必要再生产这个黑盒子了。那么这个盒子起什么作用呢？简单地说就是电源与信号的匹配作用，因为移动接收天线的工作电压一般为直流12V（个别型号的产品有18V的），而且所需功率较大，所以要用外接的电源，这个盒子的作用就是为移动天线供电，同时将接收机的电源隔断但天线接收的信号传送至数字接收机。为什么不可以用接收机直接与移动天线相连接呢？接收机不是也可以为天线供电吗？是的，用电缆将接收机与移动天线直接连接，也可以起到上述作用，但很不安全：移动天线的工作电压是DC12V，且最小要求0.8A的电流。而接收机输出的极化电压为13/18V，高于移动天线的工作电压，且只能向外提供0.45A的电流，一但直接连接，短时间内是不会有什么问题，但时间长了就可能烧毁移动天线，或因接收机无法提供充足的功率而使接收机发热直至烧毁，所以必须用外接电源单独供电，并通过适配器将信号传送至接收机。在接收机的设置中，可以将LNB电源项选择关断，也可以不用管它，即使接收机有电压输出，但通过这个“黑盒子”已将其电源“隔直”。有些型号的适配器（图2中有串口的就是）不仅起上述作用，而且还内置相关的SKEW电路，起到天线跟踪同步的作用，所以没有了这个盒子，连移动天线跟踪定位的功能都无法实现了。

按图1正常连接并确认无误，接通电源后，移动天线很快就会找到卫星信号，并通过数字机解码，在显示器上就会看到卫星电视节目的。一般情况下，移动天线都是会正常工作的，但事情也可能有意外，如接通过电源很长时间还是搜索不到信号，这就要先查一下连线是否有误，一般如果接收机的信号强度中有指示，就证明接线是完好的，如果连信号强度都没有，就要再检查连线了。如果有信号强度，但长时间收不到信号，排除接收卫星方向有障碍物阻挡外，可能就是移动天线自身有问题了。

移动卫星接收天线是一个十分精密、科技含量较高的产品，其跟踪无论采用哪种方式，核心的反馈信号就是AGC，如果AGC电压未调好，那么反馈的信号不准确，也就无法进行自动跟踪。一般而言，新天线在出厂前肯定是经过严格测试的，但到客户手中就不一定经过了多少程序，如果出现跟踪不良或不能跟踪的现象，最大的可能性就是调节AGC电压的电位器出现了松动，偏离了正常的数值，这一点只要我们重新调节就可以了。调试天线用到的仪器很多，但最常用的有两种，一种是频谱分析仪，另一种就是数字示波器，图3就是我们用到的这两种仪器。我们用的都是世界名牌：泰克数字示波器（TEKTRONICS）TDS2012B，采用100MHz带宽，2通道，1GS/s采样率。彩色LCD显示，具有不同波形选择的自动设置功能，11种波形参数自动测量；具有高级触发功能，包括脉冲触发及可选场(奇偶)选行的视频触发，也包括外触发，触发频率读出，USB接口标准配置。安捷伦（Agilent）8594E是一种9kHz-2.9 GHz 频谱仪，便于使用、可扩展的便携式频谱分析仪，用一个按钮即可进行FFT、TOI、ACP等测量，具有扩展的存储器和示迹存储功能。

图4是Agilent-8594E显示的我们接收到的卫星频谱，很明显这是亚洲4号天浪节目的频谱，其实我们也可以收到12G的信号，后面的几个频谱就是，这可是我们尺寸最小的天线所收到，利用它可以直接寻找卫星，并调整定位天线。如果调AGC，我们最好用示波器，选中相应的调节点，根据天线实际接收的信号，进行相应的调节，图5中左侧是可调节部位及外接触点，右侧则是TDS2012B所显示的波形及相应电压值。利用这两种仪器就可以将AGC值调至最佳，也就是使移动天线处于最佳的跟踪工作状态。但这些仪器的价格是相当昂贵的，非一般爱好者所能承受，话又说回来，移动接收用户也没有必要自己去处理可能出现的故障，这些完全是由商家负责的，这里只不过给大家提供一些知识点而已。

在保证移动天线跟踪良好的情况下，当然接收到的卫星电视信号也是最佳的，接收机中也没有什么特别的设置，用普通的接收机就可以（当然收加密节目需专用解码器和相应卡片了），只是LNB本振值大家要清楚：接收圆极化的天浪节目，要设成10678MHz，若收视线极化的长城平台节目，LNB设置成11250MHz，这两个本振值都可以保证宽带接收，在固定接收场合是不常用的两个本振值。

一般而言，一面移动天线一次性只能跟踪一颗卫星，这是由其内部的跟踪软件决定的，所有的移动卫星接收天线都是这样的，换言之，如果想接收另外一颗卫星，那么就要重新编写一套适合接收另外卫星的软件，重新写入机器中，它就可以跟踪另外一颗卫星了，当然现在能切换两颗卫星的移动天线已经出现，但价格较贵。即便如此，也不可能同时跟踪两颗卫星，那样就需要两套天线，就如同实现画中画的道理是一样的。虽然换软件就可以解决跟踪不同卫星的目的，但接收线极化和圆极化节目的天线却是不能通过重新写软件就能互换的，因为内部的许多东西是不一样的，海上接收和陆地接收也是不一样的，即便是接收的同一颗卫星节目，因为它们的跟踪方式是不一样的。

目前我们主推的移动天线是两大类，陆地上使用的和船上使用的，这两类各有接收天浪节目的天线和长城平台节目的天线，即圆极化和线极化工作方式的都有，接收卫星是122°E、134°E、138°E，各种类型是非常全面的。尤其值得一提的是，我们现在的主打产品，接收圆极化天浪信号的移动接收天线，待明年中国直播卫星———中星9号升空后，只要更改相应的跟踪软件，就可以来接收中国自己的直播卫星节目了，因为它们同属于圆极化节目，使用相同的标准BS波段，不必重复投资，就可以平稳地由亚洲4号过渡到接收中星9号卫星，而不增加任何成本，解除了用户的后顾之忧，而更换这款跟踪软件我们是完全免费提供的。

相对于固定接收的天线，移动天线遇到的问题更多，如车载天线就可能遇到各种路况，路面的平坦度、上下坡、转弯等，天线是否能迅速地反应，更糟的情况是路过隧道、桥洞，路边树木及枝叶的遮挡而造成的信号中断等，是否能及时重新定位。其实，无论是固定接收还是移动接收，只要天线指向接收卫星的中间有障碍物阻挡，都是不能正常接收信号的，这是无可非议的，也是正常现象，但由于是移动接收，不可能总是有这些物体阻挡，而一但没有了障碍物的阻挡，如车辆走出了隧道，信号是否能否很快的恢复，重新定位跟踪卫星，这是用户最为关心的问题，BBMAX的移动卫星电视接收天线已顺利通过了这些考验，证明是可靠的产品。

BBMAX的各型号产品跟踪范围都很大，不仅是全方位的360度，而是N个360 度，这样才能适应车辆转弯及车速变化带来的不良影响，保证天线始终指向卫星。即使是信号由于某种原因暂时中断，如城市中的人行天桥、高速公路上的立交桥，信号瞬间中断，又马上立即恢复，即天线指向有记忆功能，跟踪系统无需重新捕获信号，即可恢复接收。若经过长时间的信号中断，如我们全国测试时通过京珠高速广东、湖南段的山间隧道时，信号中断时间较长，而一旦驶出隧道，信号长则十秒，短则三、四秒钟即可恢复正常接收。同时我们也发现，天线尺寸越小反应越灵敏，圆极化信号要比线极化信号恢复得快，车速快比车速慢接收得还要稳定。在海面上移动接收也许是最好的移动接收环境了，因为海面上是没有任何遮挡的，海面上也要比陆地上的接收要平稳多了，也就是接收更加稳定。

说到这里，我们介绍移动接收的系列文章也要告一段落了，我们这里并没有介绍复杂的天线跟踪原理，因为大家关心的只是价格、性能及使用等方面最实惠的东西。当你读到这期杂志时，也许已到了岁末年尾，或许已步入了2008新年的门槛，中国的直播卫星节目就要开播了，2008奥运会也近在咫尺了，用BBMAX移动卫星天线，随时收看中国直播卫星节目，随时随地收看2008奥运会，好事连台、接连不断！

移动卫星通信的关键技术 篇7

关键词：移动卫星通信,系统技术,卫星技术,终端技术

0 引言

移动卫星通信系统的最大特点是通过卫星通信的多址传输方式, 可以向全球用户提供大跨度、大范围、远距离的漫游和机动、灵活的移动通信服务。

1 移动卫星通信的特点

1.1 卫星通信

卫星通信[1], 是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信方式, 具有覆盖范围广、建站成本和通信成本与距离无关、站点开通时间短等优点, 特别适合广播通信业务以及难以敷设有线通信设施地区的通信需求。

1.2 移动卫星通信

移动卫星通信是指依靠卫星通信的特点, 在移动载体上集成了卫星通信系统或者卫星通信终端设备, 从而可以实现载体在移动中不间断的卫星通信。根据卫星通信环境和系统功能的要求, 移动载体既可以是飞行器和地面移动装备, 还可以是海上移动载体和移动单兵, 这就大大扩展了卫星通信的使用范围和环境适应性。

当前, 移动卫星通信的发展呈现多样化的发展趋势, 但移动终端小型化和通信业务宽带化的是其比较显著的特点。

2 移动卫星通信的关键技术

早期和当代相比, 移动卫星通信的发展呈现出移动终端小型化和通信业务宽带化两个特点。其中, 移动终端小型化是指移动卫星通信的各种终端设备的逐步小型化。通信业务宽带化是指移动卫星通信系统能够提供传统的窄带话音服务和流畅的视频服务以及高速的数据业务等多种服务。

一般来说, 和固定卫星通信相比, 移动卫星通信具有以下几个技术特点:

1) 天线低增益与卫星功率的有限性之间存在突出矛盾;

2) 低增益天线存在多径效应和多普勒频移等传播信道问题;

3) 众多终端用户共享有限的功率资源和卫星频率;

4) 机动性、小型化和漫游管理等要求。

根据移动卫星通信今后的发展趋势, 可以将移动卫星通信的关键技术分为系统技术、卫星技术和地面技术三个方面。下面将从这三个方面分别进行论述。

2.1 系统技术

移动卫星通信最重要的是系统技术, 主要包括系统的体系结构和通信体制, 以及移动载体的管理和网络之间的互联互通。

移动卫星通信系统在进行体系结构设计的时候, 需要考虑地面实现与管理的问题和用户对系统的要求和使用问题。其中, 地面实现与管理问题是指在系统设计时, 在确定了空间卫星问题的同时, 需要综合考虑是采用分布式管理还是集中管理的问题;用户对系统的要求和使用问题是指在进行移动卫星通信系统设计时, 要综合考虑使用多少种终端类型以及系统的模型采用单模还是多模以及卫星网络和地面网络的兼容和融合成本问题。

移动卫星通信系统在进行通信体制设计的时候, 既可以选用传统的TDMA方式, 也可以选用目前较为常用的CDMA方式, 还可以选用上行为CDMA和下行为TDMA的混合体制方式。

移动卫星通信系统在进行移动载体的管理设计的时候, 主要需要考虑移动载体的动态特性和终端设备的环境适应性, 同时, 由于移动通信卫星发展的趋势是波束宽度越来越窄, 因此, 要求移动载体的管理设计更加严格和有效。

移动卫星通信系统在进行网络互联互通设计的时候, 不但要考虑现有的卫星通信系统的体系结构和通信体制等, 还要保证现有的网络结构和新设计的网络结构可以实现网络互联互通。

2.2 卫星技术

移动通信卫星技术的关键技术主要集中卫星载荷技术和卫星与地面移动通信系统的融合设计[2]等方面。

2.2.1 卫星载荷技术

移动卫星通信需要满足的条件是波束多点覆盖、用户间的单跳/双跳通信以及多星组网通信等业务需求, 重点是星载大型可展开天线、星上处理与交换以及星间链路等。

为了有效支持地面的移动终端并克服由于传播距离长而导致的信号衰减、卫星上的发射功率有限等问题, 移动通信卫星系统需要借助大型星载天线技术以及多波束技术来有效的提高波束的有效全向辐射功率。

一般来说, 星上处理与交换技术主要包括全透明转发、全处理和透明处理转发三种模式。全透明转发的特点是技术体制适应性强, 风险较小, 但双跳通信的服务实时性比较差;全处理的特点是一般通过数字方式实现, 其优点是服务实施性好且抗干扰能力强, 但其技术体制适应性较弱且容易受空间辐射的影响。透明处理转发特点是折中了二者优缺点。

星间链路主要由微波和激光两种实现方式。目前, 主要采用微波通信技术, 但由于受到频带宽度、体积、重量、功耗等方面的限制, 不可能无限制的提高传输速率和容量;激光通信方式在优势明显, 但技术实现难度较大。

2.2.2 卫星与地面移动通信系统的融合设计

卫星通信移动网络与地面移动通信网络作为对等的网络, 需要进行融合设计[3], 实现用户网络之间的漫游和互通。

2.3 终端技术

随着卫星通信技术的发展进步, 卫星通信终端将来的发展趋势为小型化和手持化。

当前, 以甚小口径卫星终端站 (VSAT) 为代表的卫星通信终端得到了广泛的应用[4]。VSAT系统在卫星通信中的特点是可靠性高、灵活性强和使用方便, 因此, 对VSAT用户来说, 数据终端可以直接和计算机联网, 从而完成图像传输、数据传递和文件交换等通信任务。

同VSAT系统等小型化的卫星通信终端一样, 卫星通信终端的应用正在向多媒体、宽带化和嵌入式方向发展, 主要涉及的技术有天线和射频模块小型化技术以及通信体制的革新。

3 结论

未来, 随着卫星通信技术的快速发展、业务领域的不断拓展和用户需求的不断增长, 移动卫星通信技术将会在各个应用领域得到更广泛的应用。

参考文献

[1]宋立军, 杨锐, 等.商用卫星通信发展综述[J].电信技术, 2010, 4.

[2]刘剑锋, 秦红祥, 等.卫星移动通信系统关键技术研究[C].第九届中国卫星通信广播电视.技术国际研讨会暨新设备展示会, 2011.

[3]李昊, 王军宁.对等网络技术在IPTV中的应用[J].卫星电视与宽带多媒体, 2008, 4.

消防移动卫星站及其应用 篇8

一、建立消防移动卫星站的必要性

1、卫星通讯系统应用方便。

卫星通讯系统应用于消防工作已经很多年了, 并且应用的领域不断扩展, 这是因为卫星通讯系统不仅技术障碍小, 而且难点相比较于其他设备要少, 实现了大规模的现场图像传输与视频传送。便携卫星站应用重大灾害现场, 在保证灾害现场通讯方面具有相当大的优势。便携式卫星站方便运输, 可以减少投入工作的时间, 而且这种设备可移动, 在操作上不需要特别复杂的技术与经验, 而且传输效果好, 集成度非常高, 可以提高灾害现场治理效率。

2、音视同步传输。

移动卫星站最大的优势就是音频与视频可以同时传送, 而且清晰度高, 在视频会议或者实施现场指挥时可以实现时时监控。移动卫星站可以在恶略的环境下使用, 通过其他交通工具实现携带, 在灾害发生的第一时间达到现场下达上级指挥。

3、一机多用。

我国幅员辽阔, 经济水平差异大, 经济条件限制了高科技、新产品的应用, 但是移动卫星站能够保证消防部队具有最基本的设备配置。移动卫星站具有车载功能, 又可以一机多用, 节省了经费。

二、消防移动卫星站的系统简介

2.1消防移动卫星站的系统设计原则

1、可携带性。

消防移动卫星站在设计时必须能够被其他交通工具携带, 在交通运输机械不能到达的灾害现场, 人力同样可以将消防移动卫星站带到灾害现场。

2、操作性强。

消防移动卫星站不宜带有较强的技术性, 这样不利于操作, 在紧急的灾害现场不能被快速应用。要保证使用者在经过简单培训后就可以实现对其操作, 使得普通士兵也可以使用消防移动卫星站。

3、适应各种环境。

灾害现场情况非常复杂, 例如, 大风、暴雨、暴雪、沙尘、高海拔、有化学危险品的现场等, 这就要求消防移动卫星站的适应能力强, 满足救灾的要求。

4、工作系统具有兼容性。

由于各个地区的经济发展水平不同, 对消防移动卫星站的购买能力不同, 为了减少投资或者重复投资, 消防移动卫星站要具有兼容性, 利用现有设备发挥多种功能。

5、传送图像质量高。

为了准确传达灾害现场的实际情况, 消防移动卫星站的图像质量要达到广播级图像质量, 也就是8M宽带的传送质量要求。

三、消防移动卫星站的改进措施

消防移动卫星站以其特有的优势, 通过数据采集终端可以实现在灾害现场使用最短时间建立卫星链接, 将灾害现场救灾信息与上级的指挥信息同时传送。不管在实战演练还是灾害现场实际应用都能发挥作用, 经过测定实现救灾目的。为了在更大范围、更大程度上发挥消防移动卫星站的作用, 使得消防移动卫星站在数据采集方面更加适合消防部队使用, 对消防移动卫星的建设提出了几点建议。

1、提高消防移动卫星站的工艺。

消防移动卫星站的设计应该提高工艺强度, 并且强化卫星站工作系统的坚固程度, 在恶略环境下也能正常工作。例如, 在高寒、风、雨、雪等环境下保障消防移动卫星站的可靠性。

2、提高消防移动卫星站的集成度。

消防移动卫星站所应用的环境不同, 条件不同, 必须具有极强的实用性才能被长久使用, 发挥作用。因此, 消防移动卫星站必须再次扩展包含的使用功能, 即使是在野战的环境下同样可以发挥作用。

3、具有车载和便携两种功能。

消防移动卫星站不能仅仅靠车载实现运输, 还应该具有便携功能, 例如, 一方面可以安装在指挥车上, 一方面可以在车辆没有办法到达的地方实现快速拆卸, 增强消防移动卫星站的灵魂性。

结束语:综上所述, 消防移动卫星站在各种灾害现场使用, 基本上圆满完成了任务需求, 它的优点得到考验, 得到证实。伴随着经济的发展, 科技的进步, 消防移动卫星站将会不断得到完善与更新, 在更大程度上满足消防部队的工作需求。我们应该投入更多的精力与关注, 使消防移动卫星站在更多领域得到应用, 造福于民。

参考文献

[1]毕晓华.消防移动卫星站及其应用[J].消防科学与技术, 2013, 07:757-759.

[2]田敬波.消防移动应急通信系统的规划及应用[J].电信技术, 2012, 07:82-85.

[3]韩朝晖, 段国力, 穆旭成, 张鹏.卫星移动地球站与气象卫星接收站的共用分析[J].中国无线电, 2014, 11:51-55.

UHF频段卫星移动信道建模与仿真 篇9

UHF频段凭借信号穿透力强、终端实用性强以及可实现全球波束覆盖和广播联网、接入得到保证[1]等优点,大量应用于战术卫星通信系统。然而,UHF频段通信存在带宽有限、信道衰落严重等缺点,将导致卫星通信可靠性降低。因此,急需开展UHF频段卫星信道传输特性的研究,从而采取抗衰落技术来抵抗恶劣环境的影响。

随着卫星移动通信发展到第三代,传输数据速率提高,系统频谱带宽增大,信道衰落特性也变成频率选择性衰落,研究模型建立和仿真也变得更加困难[2]。Bello在1963年首次提出用广义平稳非相关散射(Wide-Sense Stationary Uncorrelated Scattering,WSSUS)模型对频率选择性衰落信道进行简单建模[3]。陈立虎[4]等人基于WSSUS模型,建立了中继卫星与导弹之间通信信道模型,并在海面、平原和山区3种通信环境下进行信道仿真。张嘉铭[2]等人基于多点散射理论和WSSUS模型,建立了宽带移动卫星信道模型,仿真得到的山区、公路和城区3种典型环境下的数据与德国航空研究中心的实测数据进行了比较验证。文献[5]在经典Corazza模型基础上,考虑UHF频段卫星移动信道电离层闪烁和阴影效应的主要影响,提出了Nakagami-Lognormal混合统计信道的概念。本文基于WSSUS模型,针对UHF频段不同场景下卫星移动通信信道进行研究,充分考虑电离层闪烁、多径效应、多普勒频移以及阴影效应等因素的影响,建立相应数学模型,并对不同场景下的信道进行了性能分析及仿真。

1 UHF频段卫星移动信道的建立

信道的传播特性是研究卫星移动通信时遇到的重要问题之一。在系统的总体设计中,为向用户提供可靠服务,需充分考虑信道传播特性以选择合适的调制、编解码和多址方式等[6]。如图1所示,UHF频段卫星移动信道兼具卫星信道和移动信道的特征,是一种复杂的时变衰落信道,受到电离层闪烁效应、多径衰落、多普勒频移和阴影效应的影响,严重影响了数字信号传输的可靠性,由于移动终端所处的物理环境各不相同,必须对不同场景逐一进行分析,分别确定各自的传播特性。

1.1 常见场景描述

UHF频段卫星移动信道不仅信道复杂,而且终端呈现样式也较多,包括地面手持、机载、车载等。由于信号变化的统计特性很大程度上依赖于终端所处环境,可以将其分为没有阴影效应的传播和有阴影效应的传播。一般地,对于机载终端和开阔区域的车载终端,认为直射分量没有阻挡,此时是一种莱斯信道;当受到阴影衰落影响时,根据直射分量和多径分量受遮蔽的不同,又可以分为部分阴影遮蔽和全阴影遮蔽两种场景。

1.2 多普勒频移和多径时延

1.2.1 机载终端信道

此时卫星与飞行器通信,视距路径为常数,多径分量服从瑞利衰落。假设飞行器速率(即终端速率)v=100 m/s,电离层闪烁的莱斯因子为14.8 dB,陆地多径的莱斯因子为7 dB。

1) 多普勒功率谱

机载场景下,由于飞行器速度远远大于其他场景,会产生较大的多普勒频移,此时信道表现为频率选择性快衰落。卫星与飞行器中的终端通信,多径分量一般不是全向分布的,天线波束宽度小于360°,通常假设有一个3.5°的散射成分。当散射是各向异性时,Jakes推出的多普勒“U”型功率谱[7]变为

$\begin{array}{l}p{}_f(f{}_{\text{D}})=\frac{1}{(\theta {}_{\alpha \text{Η}}-\theta {}_{\alpha \text{L}})f{}_{\text{D}{}_{\max }}\sqrt{1-\left(\frac{f{}_{\text{D}}}{f{}_{\text{D}{}_{\max }}}\right){}^2}},\\ f{}_{\text{D}{}_{\max }}\cos \theta {}_{\alpha \text{L}}<f{}_D<f{}_{\text{D}{}_{\max }}\cos \theta {}_{\alpha \text{Η}}(1)\end{array}$

式中:θαL是天线波束到达的最小角度;θαH是天线波束到达的最大角度。

2) 多径时延分布

卫星与飞机通信时,假设飞机飞行高度为10 km,卫星高度为36 000 km,最大多径时延为11 μs,时延功率谱的斜率为τslope=1 μs。信道多径时延服从指数分布[8]

$p(\tau )=\frac{1}{\tau {}_{\text{s}\text{l}\text{o}\text{p}\text{e}}}\exp \left(\frac{-\tau }{\tau {}_{\text{s}\text{l}\text{o}\text{p}\text{e}}}\right),0<\tau <\tau {}_{\max }(2)$

1.2.2 开阔区域车载终端信道

该信道场景下,卫星与汽车通信,此时信道符合莱斯衰落,假设运动速率v=13 m/s,电离层闪烁的莱斯因子为14.8 dB,陆地多径的莱斯因子为17 dB。

1) 多普勒功率谱

相比于飞行器,汽车以较小的速度运动,可认为多径分量入射角在0°～360°全向均匀分布,此时多谱勒功率谱为Jakes典型功率谱,表达式为

$p{}_f\left(f{}_{\text{D}}\right)=\frac{1}{\text{π}f{}_{\text{D}{}_{\max }}\sqrt{1-\left(\frac{f{}_{\text{D}}}{f{}_{\text{D}{}_{max}}}\right){}^2}}(3)$

式中:$f{}_{\text{D}{}_{\max }}=\frac{v}{\lambda }$。

2) 多径时延分布

开阔区域可以借鉴COST207乡村模型,信道的时延值服从指数分布,最大多径时延$\tau {}_{\max }=0.15\text{μ}\text{s}‚\tau {}_{\text{s}\text{l}\text{o}\text{p}\text{e}}=\frac{1}{9.2}\text{μ}\text{s}$,延迟功率谱[4]为

$p(\tau )=\exp \left(-\frac{\tau }{\tau {}_{\text{s}\text{l}\text{o}\text{p}\text{e}}}\right),0<\tau <\tau {}_{\max }(4)$

1.2.3 部分阴影信道

接收信号由直射分量和多径分量组成,阴影效应只作用于直射分量,可以把该场景看做是Loo信道模型[9],此时电离层闪烁的莱斯因子为14.8 dB,陆地多径的莱斯因子为15 dB,最大多径时延为400 ns,平均路径损耗为6 dB。

1.2.4 全阴影信道

阴影效应同时作用于直射分量和多径分量,可以把该场景看作是Lutz信道模型[9],此时电离层闪烁的莱斯因子为14.8 dB,陆地多径的莱斯因子为6 dB,最大多径时延为400 ns,平均路径损耗为5.8 dB,无阴影遮盖时间概率为0.1。

2 等效莱斯因子计算

信道模型中,基本衰落类型之间彼此独立[6],电离层闪烁效应和多径效应均有各自的莱斯因子,为了获得不同场景的莱斯因子,需要计算出这些衰落效应合并后的等效莱斯因子。

2.1 存在电离层闪烁和多径效应时等效莱斯因子

设Rs为电离层闪烁效应对应莱斯因子,Rm为多径效应对应莱斯因子,Requal为等效莱斯因子[9]。

如果信道只存在电离层闪烁效应或多径效应,则Requal等于Rs或者Rm;如果信道同时存在这两种衰落效应,则

$R{}_{\text{e}\text{q}\text{u}\text{a}\text{l}}=\frac{R{}_{\text{s}}\cdot R{}_{\text{m}}}{R{}_{\text{s}}+R{}_{\text{m}}+1}(5)$

2.2 同时存在电离层闪烁、多径和阴影效应时等效莱斯因子计算

设Gs为阴影遮蔽效应下的平均路径损耗,当信道同时存在电离层闪烁、多径和阴影效应时,若阴影效应为Loo型,则等效莱斯因子为

$R{}_{\text{e}\text{q}\text{u}\text{a}\text{l}}=\frac{a\cdot G{}_{\text{s}}}{b\cdot G{}_{\text{s}}+\frac{1}{R{}_{\text{m}}}}(6)$

式中:a=Rs/(Rs+1)为电离层闪烁效应对直射信号功率的影响因子;b=1/(Rs+1)为电离层闪烁效应对随机散射信号功率的影响因子。

若信道存在的阴影效应为Lutz型,则等效莱斯因子为

$R{}_{\text{e}\text{q}\text{u}\text{a}\text{l}}=\frac{pcnt\left(\frac{R{}_{\text{s}}}{R{}_{\text{s}}+1}\right)}{(1-pcnt)G{}_{\text{s}}+pcnt\left(\frac{1}{R{}_{\text{m}}}\right)-pcnt\left(\frac{R{}_{\text{s}}}{R{}_{\text{s}}+1}\right)}(7)$

式中:pcnt为信道处于无阴影遮蔽状态的时间百分比。

3 基于WSSUS模型的移动卫星信道模型系统

WSSUS模型是基于小尺度衰落的广义平稳非相关过程,信道特性能由概率密度函数和一个双变量相关函数完全确定。信道广义平稳是指信道冲激响应的自相关函数与时间无关,只与时间差有关;非相关散射是指不同散射体的延时分布不相关[4]。WSSUS模型两个显著特点,一是时延域和多普勒频偏域上具有非相关特性,二是时间域和频率域上具有广义平稳特性。

3.1 信道冲激响应

根据分析,多径衰落分析基于WSSUS模型[2,10]的UHF频段移动卫星通信信道冲激响应为

$\begin{array}{l}h(\tau ,t)=\underset{\text{视}\text{距}\text{分}\text{量}}{{\displaystyle p\cdot \exp (\text{j}2\text{π}f{}_{\text{D}{}_{\text{L}\text{o}\text{s}}}t)\text{δ}(\tau )}}+\\ \underset{{\rm M}\to \infty }{{\displaystyle \lim }}\frac{q}{\sqrt{{\rm M}}}{\displaystyle \sum _{m=1}^{{\rm M}}\underset{\text{相}\text{位}\text{变}\text{化}}{{\displaystyle \text{e}{}^{\text{j}\phi {}_m}}}}\cdot \underset{\text{多}\text{普}\text{勒}\text{频}\text{偏}}{{\displaystyle \text{e}{}^{\text{j}2\text{π}f{}_{\text{D}{}_m}t}}}\cdot \underset{\text{时}\text{延}}{{\displaystyle \text{δ}(\tau -\tau {}_m)}}(8)\end{array}$

式中,t,τ为特定的时刻和时间的增量;M为多径信号数目;fDLos为直射分量的多普勒频移;φm为第m个多径分量达到接收端的初始相位,φm相互独立且在[0,2π]上服从均匀分布;fDm为第m个多径分量的多普勒频偏;τm独立同分布,为第m个多径分量的多径时延。

由式(8)可以看出,h(τ,t)由1个直射分量和M个互不相关的多径信号组成,$1/\sqrt{{\rm M}}$为归一化因子,确保信号总功率为1。当M→∞时,由中心极限定理可知,h(τ,t)中的多径部分是一个复高斯过程,幅度服从瑞利分布。p∈R是视距路径的幅度,q∈R是多径部分的标准差。等效莱斯因子被定义为K=p2/q2。由$E[\left|h(\tau ,t)\right|{}^2]=p{}^2+q{}^2=1$,可得$p=\sqrt{{\rm K}/({\rm K}+1)}‚q=\sqrt{1/({\rm K}+1)}$。

3.2 随机变量的模拟

信道模型仿真时,主要考虑多径分量初相位φm、各条多径的多普勒频偏fDm和多径时延τm的参数选择。根据蒙特卡罗(Monte-Carlo,MC)仿真方法,在开区间(0,1)之间选择服从均匀分布的随机数vm来模拟概率分布的随机变量um,则um=gu(vm)=p${}_u^{-1}$(vm),gu(·)为模拟变量概率密度的反函数[10],则参数模拟如下:

1) φm的概率密度函数$p(\phi {}_m)=\frac{1}{2\text{π}}$,则φm=2π·vm;

2) p(fD)满足Jakes功率谱,得到fDm=fDmax·cos[θαL+(θαH-θαL)·vm],其中满足全向Jakes功率谱时,fDm=fDmax·cos(2πvm);

3) p(τ)服从指数分布,得到τm≈-τslope·ln(1-vm),τmax≥τslope。

4 仿真分析

以前面的分析和建立的模型为基础,本文针对直射路径存在与否情况下对所建立的信道进行了仿真。设置载波频率为fc=300MHz,数据传输速率为3.84 Mbit/s,调制方式为QPSK,多径数M=128。

图2和图3分别为不存在直射分量和存在直射分量时信道包络的概率密度函数与理论瑞利分布、莱斯分布的比较图。可以看出,图2的信道包络概率密度函数基本服从瑞利分布,而图3的信道包络概率密度函数服从莱斯分布,这与前面的分析是一致的、对应的,因此满足了不同场景下信道模型的要求,通过验证得出所建立的信道模型是正确的、科学合理的。

本文在建立的相应的信道模型基础上,对机载、车载、部分阴影、全阴影以及理想高斯信道5种场景进行了误码率的计算机数据仿真。仿真中仿真点数是100 000点,其他参数设置与上述实验相同,假设接收机与直射分量完全同步,得到误码率曲线如图4所示。

由图4可以看出,相同信噪比情况下,误码率性能由好到差依次是:理想高斯信道>车载终端信道>地面部分阴影>地面全阴影>机载终端信道。机载场景由于飞行器运动速率较大,会产生较大的多普勒频移,严重影响信号接收,对信道性能影响较大,使系统误码率恶化,因此需要采取抗衰落技术,提高误码率性能。随着阴影效应影响的减弱,信道的性能也有所提高,当信噪比为12 dB时,车载场景比地面部分阴影场景性能约有一个数量级的提升,达到10-5,而地面部分阴影场景又比地面全阴影场景性能提升一个数量级。

5 结束语

本文根据接收终端环境的不同,充分考虑电离层闪烁、多径效应、多普勒频移和阴遮蔽的影响,分析了信道的统计特性,提出了一种UHF卫星移动信道模型,并给出了不同场景下误码率性能仿真结果。针对机载场景、地面全阴影场景性能很差,无法直接进行通信的问题,需要采取诸如信道编码、分集接收和自适应均衡等抗衰落技术来加以改善,这对于将来解决卫星宽带无线信道模拟与通信等关键技术研究具有重要的参考价值。

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移动卫星 篇10

国际移动卫星 (Inmarsat) 通信系统也称作海事卫星系统, Inmarsat通信卫星分布在地球同步轨道, 基本功能是接收发自岸站和船站的信号, 将其放大并再次发送它们。卫星转发器还执行频率变换, 在岸到船方向从6 GHz波段变频到1.5 GHz波段, 在船到岸方向从1.6 GHz波段变频到4 GHz波段。

在实际通信过程中要考虑到多普勒效应, 同时由于卫星上变频器的性能会随着温度和时间等环境因素的波动而变化, 频率也会出现偏移。频移达到一定程度时会对系统频带资源利用率和接收性能等造成很大影响, 极大地限制系统的应用范围。为了扩展卫星移动通信系统的应用, 通信中频率补偿是不可缺少的技术。对于同步轨道卫星和固定的地面卫星接收站之间的多普勒频移, 由于卫星的运行规律, 对多普勒频移进行24 h的累加, 其期望值是可以取零的。计算时如果对频移量进行长时间的储存并积分, 这样就可以排除这段时间多普勒频移, 算出卫星转发器的频偏。然后通过使用发射已知频率的参考信号的方法来实时估算通信中的多谱勒频移。

这样, 地面站可以准确预测卫星通信空间段的频偏值, 根据这个数值, 实时对发送和接收端的本振频率进行调整, 修正卫星通信中产生的频偏, 从而最大程度地降低锁相环路的负担, 达到正确解调数据的目的。

1 Inmarsat通信中频率补偿机制

对于一个固定的地面卫星信号接收站而言, 中轨道 (约10 000 km) 和低轨道 (约1 000 km) 的卫星系统工作在C波段时的最大多普勒频移的典型值分别为±100 kHz和±200 kHz[1];虽然Inmarsat卫星通信系统采用的是同步轨道卫星, 但是实际工作过程中卫星也会出现一定程度的漂移, 在C波段产生的频移可由多普勒获得:

式中, F为载波频率, c为光速, V为相对速度。以频率为6 GHz, 卫星漂移时速度为300 m/s, 最小接收仰角为5°[2]为例:同理可得L波段的多普勒频移约为1.49 kHz。根据Inmarsat对卫星的实际监测结果显示, Inmarsat卫星在C/L传输的情况下整体频率偏移的最大典型值可达60 kHz。

以陆地测地面站C系统接收通信的解调器为例, 前置信号检测滤波器的保护带宽只有3 kHz。所以为了能够完成正常的通信必须采取频率补偿技术来保证接收到的信号频率偏移量控制在保护带宽内[2]。

频率补偿技术是要保证收、发调制解调器能够准确地找到通信载波并进行调制和解调。也就是说在发射方向上调制器要把基带信号准确地调制到分配的通信载波上, 同时在接收方向上解调器要找到通信载波并把基带信号解调还原出来。文献[3]通过计算卫星和地面站之间的相对位置和速度, 估计出多普勒频移, 但是没有考虑系统中卫星的频偏;采用锁相环路的大动态范围跟踪以及宽带捕获进行改善[4]的方法存在系统复杂和信号捕获时间长的问题。

以C波段发射L波段接收方向为例, Inmarsat卫星通信系统中频率偏移大致可以分为:

(1) 卫星将此C波段的导频信号转换为L波段时带来的频率偏差ΔSAT (L) ; (2) 卫星将此L波段的导频信号转换为C波段时带来的频率偏差ΔSAT (C) ; (3) 移动终端发送信号, 在L波段上行至卫星时发生的多普勒频移ΔUP/MES (L) ; (4) 地面站接收此信号, 在C波段下行时发生的多普勒频移ΔDOWN/LES (C) ; (5) 地面站发送通信信号, 在C波段下行时发生的多普勒频移ΔUP/LES (C) ; (6) 移动终端发送信号, 在L波段接受时发生的多普勒频移ΔDOWN/MES (L) 。

为了将频偏和多普勒频移效应的负面影响降低到最小的程度, 需要采取一个机制来消除频偏的效应或将其减小到一个可接受的范围内。只需通过某种方法将上述频偏量进行计算并实时地得到结果, 在地面站一侧发送和接收时对信号进行C/L方向和L/C方向的频率补偿即可。

所谓C/L频率补偿, 也就是在地面站以C波段发送信号时将C波段信号事先减去频率的偏移量, 这样通信终端就可在L波段收到一个标准的通信频率, 这样就规避掉了空间段和卫星的频率偏移。如图1所示, 移动终端接收到经过空间段的通信信号将可变为:

通过上述的预先处理机制就可消除C/L方向通信导致的频率偏差。

在L/C方向通信链路, 也就是终端向地面站方向发射时的通信链路也可根据与C/L方向链路相似的预补偿机制;在接收来自移动终端发来的通信信号时将频率偏移量“ΔUP/MES (L) +ΔDOWN/LES (C) +ΔSAT (C) ”部分减去, 即可始终得到来自终端的标准频率, L/C链路频率补偿如图2所示。

上述情况都是在理想情况下得到的补偿结果, 在实际应用过程中, Inmarsat在每个洋区都使用了导频信号发射站 (GES) , GES在L波段和C波段发射导频信号, 这个信号的频率是事先约定好的一个标准频率, 这样是为了模拟船站和地面站发射射频信号的行为。这样, 通过一系列的运算后, 就可以估算出上行与下行的频率偏移量, 并针对这些偏移量对通信过程中的上行和下行信号进行频率补偿。所有的频率补偿行为都在地面站端完成, MES并不对射频信号进行频率补偿。

下面将对频率偏移量的估算和补偿方式进行详细的描述。

2 自动频率补偿的算法

在C至L发送链路实际通信的情况下, 如图3所示, 地面站发送频率经过预先补偿的通信信号, 其频率为:FCOM (C) -[ΔUP/GES (C) +ΔSAT (L) ], 这样船站接收到的信号只带有偏差ΔDOWN/MES (L) ;由于船站位置和与卫星之间相对运动的不确定, 船站在接收时产生的多普勒频移ΔDOWN/MES (L) 不可估算, 但是L波段产生的多普勒频移比C波段要小得多, 在这里将其忽略;通过上述方式就将通信过程中产生的多普勒频移和频偏降低到了最小。

下面将详细分析C/L链路中的自动频率补偿功能的实现步骤以及补偿量的计算方法。

一个发送参考信号地面站 (GESR) 会发射预先规定好的C波段的导频信号FPIL (C) 给所有在同一卫星下的地面站;该地面站会在L波段接收到此带着频率偏差的信号FPIL (L) ;这个导频信号的频率偏差一共包括了3部分:ΔUP/GESR (C) 、ΔSAT (L) 和ΔDOWN/GES (L) ;由于GESR发射的C波段导频信号的频率是已知的, 同时也知道转换为L波段后该导频信号的标准频率, 通过计算实际信号和标准频率的差值可以得到以上3项偏差之和。

在L波段接收到FPIL (L) 的实际值减去FPIL (L) 的理论值等于偏移量“ΔUP/GESR (C) +ΔSAT (L) +ΔDOWN/GES (L) ”。

由于Inmarsat通信卫星采用的是同步轨道, 通过对卫星漂移行为的长时间分析, 可得知Inmarsat通信卫星与GESR和GES之间相对运动的速度期望值为0。这样, ΔUP/GESR (C) 和ΔDOWN/GES (L) 两个量24 h的积分值可以取0。然后通过对过去24 h存储的“ΔUP/GESR (C) +ΔSAT (L) +ΔDOWN/GES (L) ”样本值取平均和, 这样就可以排除多普勒频移一天的量并估计出ΔSAT (L) 。

根据上述方法估算出ΔSAT (L) 后, 计算FPIL (L) 与其差值就得到ΔUP/GESR (C) +ΔDOWN/GES (L) 。

通过下列公式计算出地面站C波段发送时信号的多普勒频移:

式中, A (GESR) 为基于时间的GESR站多普勒频移因子;FPIL (L) 为导频转换为L波段频率的理论值;基于时间变化的地面站多普勒效应因子A (GES) 或A (GESR) 可以根据以下参数和公式来计算:

(1) 将卫星的轨道倾角定义为参数I; (2) 将GES或者GESR的纬度定义为参数P; (3) 将通信卫星星下点的经度与GES或者GESR的经度差定义为GES (U) 与GESR (U) ; (4) 将过升交点的时刻定义为T。

根据多普勒频移的原始公式:其中V表示卫星与接收站之间的相对速度。

式中, C为光速;卫星与接收站之间的相对速度V由下面的公式来计算:

式中:

式中, R代表通信卫星距离星下点 (点S) 的高度, R1代表地球的半径。

在C/L链路中ΔUP/GES (C) +ΔSAT (L) 部分的频率偏差被计算出来后提供给地面站C波段发送系统, 以进行C波段发射信号预先的频率补偿。

最后整个通信系统中, 由于发送的信号经过了预先的补偿, 但是移动终端相对卫星的速度不能预估, 移动终端接收到的L波段下行信号还含有的偏差ΔDOWN/MOBILE (L) 无法计算, 由于L波段相比C波段多普勒频移要小得多而且在系统能够容忍的范围内, 所以其偏差在通信中可以被忽略不计。这样将船站通信的频率偏移量降低到了最小范围, 并且船站的通信系统设计将不需要做任何改变, 可以使移动终端在频率处理部分设计较为简单, 便于提升终端的便携性与稳定性, 并且很大程度地保障了整个通信过程中频率的稳定。

与C/L链路类似, L/C自动频率补偿功能主要用于减小在L至C发送链路多普勒频移和卫星频率转换时的不稳引起的偏差所造成的负面影响。

发送参考信号的地面站在L波段也发送一个预设好的导频, 卫星将这个L波段的导频转换为C波段后转发给其他地面站。通过计算L/C链路中ΔDOWN/GES (C) +ΔSAT (C) 部分的频率偏差, 最后的通信过程中, 地面站的陆地侧的变频系统减去ΔDOWN/GES (C) +ΔSAT (C) 这部分所带来的频率偏差, 这样就将通信过程中产生的多普勒频移和频偏控制到了可以接受的范围, 一个正常的通信就可以建立了。

3 结束语

该文深入分析了一种卫星通讯中频偏的校正方法, 该频率补偿方法中采用的参考信号发射站计算空间整体频偏, 在后续的频偏算法中通过对卫星漂移行为的长时间分析, 推算出了卫星与GESR和GES间相对速度期望值为0, 进而将上、下行信号多普勒频移24 h的积分值取0。然后通过24 h存储的频偏样本值取平均和, 这样就可以排除多普勒频移一天的量并估算出ΔSAT (F) , 最后再通过传统算法计算出地面站至卫星空间段的多普勒频移。

通过较好地掌握这门技术, 可以将理论与实际应用相结合, 并且通过更深入地研究这种采用参考信号发射站的机制和相应的补偿算法, 可以更好地服务于各种通信卫星地面站频率补偿系统的研制。介绍的算法具有复杂度低和估计精度高的优点, 有利于对快时变大频偏的卫星信号进行补偿。对静止轨道通信卫星系统的设计具有一定的参考价值和意义。

摘要：在国际移动卫星通信系统中, 由于多普勒效应, 无线电信号会产生频率偏移现象, 卫星执行频率转换时也会产生误差, 这样会对射频通信系统接收性能和频带资源利用产生很大的影响, 如果不对频率进行修正, 将极大地限制系统的应用范围。简要介绍了自动频率控制系统的基本原理, 进而分析了基于国际移动卫星通信系统的自动频率控制的方式及其算法;通过预测的频偏值与固有谐振频率匹配, 可以补偿和调节地面站上变频器和下变频器输出的载波频率。

关键词：国际移动卫星,地面站,自动频率控制,频率补偿算法

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