卫星链路

关键词：链路已知地球移动

卫星链路（精选七篇）

卫星链路篇1

1 卫星链路设计基本概念

1.1 载波噪声比 (C/N)

平均的载波信号功率C与同一参考点处接收系统的噪声功率N的比值, 表示空间链路的传输性能。

1.2 等效噪声温度 (Te)

电子设备中因电子随机运动而产生的噪声称为热噪声。设备内部的噪声功率可以等效为由一个温度为Te的热噪声源产生的功率, 将Te称为等效噪声温度。

PN:噪声功率 (W) , K:波尔兹曼常数, 1.38×10-23 (W·S/K) , B:信道带宽 (Hz)

1.3 自由空间损耗 (L)

从通信卫星到地球站 (或反之) , 无线电波须经很长距离的传播, 只有很少一部分功率到达某一接收点。这种因自由空间距离而引起的功率损失程度的度量称为自由空间传输损耗。

f:射频频率, d:自由空间传输距离, c:光速 (3×108米/秒) ,

通常用分贝来计算, 即[L]=92.45+20lgd+20lgf (1.3) , d的单位:Km, f的单位:GHz

1.4 有效全向辐射功率 (EIRP)

综合了发射天线定向辐射作用和发射机射频输出功率后的等效发射功率。

地球站的EIRP是指高功放的输出功率与天线增益的乘积, 而且要考虑高功放输出口到天线馈源口连接波导的损耗, 用 (EIRP) e表示。

卫星EIRP是指经卫星发射天线后输出的卫星功率, 用 (EIRP) s表示。饱和 (EIRP) s的大小与星上行波管放大器的功率有关, 用卫星EIRP等值线图表示, 位于同一等值线上的地球站所对应的饱和 (EIRP) s相同。

1.5 天线增益与噪声温度比 (G/T)

表示地球站或卫星的接收系统品质因数。G表示接收天线增益;T表示地球站或卫星接收系统的等效噪声温度, 接收天线与低噪声放大器的等效噪声温度为主要部分。

用分贝数表示为:[G/T]=10lgG-10lgT (1.6)

1.6 功率通量密度 (FD)

若发射天线在所有方向上作等量辐射, 则称为全向辐射。当全向辐射功率PT的传输距离为d, 则与电磁波传输方向垂直的单位球面面积上的功率:

2 卫星链路设计基本方法

2.1 相关参数

在进行卫星链路设计之前, 应掌握相关链路设计所需参数。包括选定卫星的轨道参数, 卫星转发器的EIRP (dBw) , SFD (dBw/m2) , G/T (dB/K) , 转发器的工作方式, 上行频率Fu (MHz) 和下行频率Fd (MHz) , IBO (dB) , OBO (dB) , 地球站的地理位置。

卫星转发器的G/T和SFD与卫星接收天线增益的对数值线性相关, EIRP则与卫星发送天线增益相关。饱和通量密度SFD的定义为, 上行载波将转发器推到饱和时, 在接收天线口面所达到的通量密度。SFD不是一个固定值, 它可通过改变转发器内部电路的增益而得到调整。卫星参数表中所列的SFD对应于某个增益档设置值。在作链路估算时, 应根据转发器实际所用的增益档对SFD作相应的修正。卫星天线增益随天线指向与工作频率而变, 天线服务区中不同地点的转发器参数各不相同。可从卫星公司所提供的城市参数表或者G/T与EIRP等值线分布图中查询地球站所在地的转发器参数。

转发器的载波输入功率回退 (IBO) 和载波输出功率回退 (OBO) 是地球站所需输出功率的重要依据之一。卫星转发器采用线化器校正行波管放大器TWTA的非线性特性, 调节IBO和OBO, 从而选定转发器的工作点, 将互调分量控制在规定指标内, 同时尽可能的利用转发器的功率。IBO和OBO可从卫星公司提供资料中查到。

2.2 基本设计思路

卫星链路设计可以采用两种设计思路:正推法和倒退法。正推法首先拟定地面站输出载波EIRP值, 计算出上行链路载噪比。根据卫星转发器增益以及输入输出补偿, 计算出卫星下行EIRP值及下行链路载噪比, 从而得出全链路载噪比。将干扰因素引入计算, 与门限载噪比作比较, 得出链路设计余量, 如果余量大于0, 则符合设计要求, 否则需重新进行数值拟定。

倒推法是正推法的逆运算。首先设定地面站门限载噪比, 根据链路可用度确定降雨备余量, 由下行链路载噪比计算公式计算出卫星下行EIRP值, 根据卫星转发器增益以及输入输出补偿, 计算出上行链路载噪比及地面站输出载波EIRP值。

在目前工程估算应用中, 一般采用倒退法进行链路设计计算, 避免了重复运算, 提高了针对性和可行性。

2.3 工程设计实例

下面举例进行工程计算。

设定A站位于东经115.8°, 北纬36°, 使用China Sat1的5A转发器, 载波信息速率2048kbps, FEC码率3/4, 带宽系数1.2, 调制方式QPSK, 采用7.3米天线。卫星定点于东经87.5°。卫星SFD为-89.29dBw/m2, IBO为4.7dB, OBO为8.0dB, 在地球站所在地区G/T值约为4.29dB/K, 上行频率为14.68GHz, 下行频率为12.56GHz。该转发器采用SCPC发送方式。B站在链路计算中暂选定与A站相同位置, 采用1.8米天线。链路可用度为99.9%。

2.3.1 A站发送B站接收链路计算

计算等效噪声带宽。设定地球站接收Eb/No门限值为4.5dB。

a为滚降系数, 一般取0.2, Rb为载波信息速率。由公式2.1计算得到等效噪声带宽为1638.4kHz。

计算最小要求载噪比C/N。

由公式2.2计算得到C/N为5.47dB。

由下行链路载噪比计算公式2.3计算卫星下行EIRP值。

(EIRP) s为卫星下行发射功率, Ld为下行链路自由空间传输损耗, L为下行链路降雨备余量, 通过查询卫星公司提供的雨衰值分布图, 得到降雨备余量为4dB。G/T为接收地球站的天线增益与等效噪声温度之比。 (C/N) d为下行链路载噪比, 链路估算中取最小要求载噪比值。

首先计算地球站接收G/T值。一般取接收机输入端为参考点。

根据天线增益计算公式得到接收天线增益Gr为46.5dB。馈线损耗LF取值为0.1dB, 环境噪声温度T1一般取室温为290K.。天线等效噪声温度Ta取值为30K, 接收机噪声温度Te取值为65K。由公式2.3计算得到G/T值为26.36dB/K.。

计算下行链路自由空间损耗Ld。首先计算传输距离。

R为地球半径6 378 km, H为卫星高度35 786.6km。Δλ为B站经度和卫星经度差, Δλ=115.8-87.5=28.3°, φ为B站的纬度36°。由公式2.5计算得到B站至卫星的距离D为37167km。由公式1.3计算得到Ld为206.25dB。进而计算得到 (EIRP) s值为34.25dBW。

计算单载波输出回退。

EIRPF为卫星转发器饱和EIRP值, 由公式2.6计算得到单载波输出回退OBOi值为16.68dBW。

计算单载波输入回退。

由公式2.7计算得到单载波输入回退IBOi为19.98dB。

计算卫星于单载波饱和时上行站所需的EIRPes值。

由公式1.3计算得到Lu为207.3dB。上行链路降雨备余量查表为5.6dB。进而计算得到EIRPes值为73.59dBW。

计算A站上行EIRP值。

由公式2.9计算得到上行EIRP值为53.61dBW。

计算A站功放输出功率。

根据天线增益计算公式得到接收天线增益Gr为58.4dB。发射支路总衰减Lf取值为1.2dB。进而计算得到A站每载波所需功率为-3.59dBW, 即0.44W。链路计算完成。

2.3.2 B站发送A站接收链路计算

与A站发送B站接收链路计算方法一致, 计算结果得到B站每载波所需功率为7.17dBW, 即5.21W。

3 借助EXCEL表格完成卫星链路设计

卫星链路设计运算量较大, 使用EXCEL编写卫星通信链路估算表, 技术人员只需根据需求将相关参数录入表格, 利用EXCEL的公式计算功能, 自动运算生成相关链路设计数据。以载波参数计算为例, 如表1所示。

根据用户输入信息速率、FEC编码等业务需求参数, 通过预先设定公式自动运算生成发射速率、噪声带宽等相关链路设计数据。同理完成收发站参数、上下行链路参数及干扰等数据计算。

卫星链路设计是一个比较复杂的设计过程, 虽然可以借助一些辅助手段降低运算量, 但工程设计人员必须在深入理解卫星通信技术的基础上, 根据不同的卫星通信体制及网络规划, 充分考虑业务需求, 进行合理设计, 提高系统的可用度和经济性。

摘要：卫星链路设计是指配合网络业务设计, 根据卫星网络的误比特率和可用度等使用要求, 对卫星链路进行设计和计算, 以确定地面站天线口径及功放容量要求, 以及载波特性。本文对卫星链路设计基本概念进行了介绍, 提出了两种链路设计思路以及采用倒推法进行链路设计的计算方法。

关键词：卫星通信,链路设计,链路可用度,干扰

参考文献

[1]吕海寰.卫星通信系统[M].人民邮电出版社, 2003.

卫星链路篇2

中继卫星单址链路调度模型与算法研究

中继卫星的任务规划与调度是空间资源管理的重要内容之一,目的在于为中继卫星系统的任务计划编制提供科学合理的决策手段与依据.中继卫星单址链路调度问题的重要特点在于,中继卫星与用户航天器之间并非时时可见,因此通信任务存在可见时间窗口约束.只有在可见时间窗口内,通信任务才可能执行并完成.在进行合理假设的.基础上,建立中继卫星单址链路调度问题的约束规划模型.对基本遗传算法进行改进,提出了基于有效基因路径表示的改进遗传算法.应用结果表明,基于约束规划理论建立中继卫星单址链路调度模型并采用基于有效基因路径表示的遗传算法求解是合理的.

作者：陈英武方炎申顾中舜 Chen Yingwu Fang Yanshen Gu Zhongshun 作者单位：国防科学技术大学,长沙410073刊名：中国空间科学技术 ISTIC PKU英文刊名：CHINESE SPACE SCIENCE AND TECHNOLOGY年，卷(期)：200727(2)分类号：P1关键词：遗传算法调度约束规划跟踪与数据中继卫星

卫星链路篇3

随着通信事业的发展, 卫星通信系统承载了大量的网络应用, 其中基于TCP的应用大约占了应用总量的85%以上。但目前Internet上的数据流广泛使用的TCP (Transport Control Protocol) 协议最初设计时, 主要考虑的是在地面有线信道上的传输, 而卫星信道的特点与地面有线信道不同, 当TCP协议直接应用于卫星链路上时, 其吞吐量等性能会受到影响。

本文针对卫星链路的特点, 比较现有的TCP协议在卫星链路中传输的主要解决办法, 建立卫星链路TCP传输模型, 对卫星链路中TCP传输性能进行改进和仿真分析。

1 卫星链路中进行TCP传输

1.1 存在的主要问题

与地面有线信道相比, 卫星信道具有时延大、上下行信道带宽不对称等特点, 卫星环境中TCP/IP的传输性能将会明显下降。主要体现在数据传输的速率很难接近信道标定速率, 带宽的利用率比较低, 以至于数据传输的实时性就较差。

具体来讲, 主要有这样几个方面[1]:噪声的影响会造成网络拥塞, 使信道的传输速率受限, 从而造成整个网络吞吐量的降低;大时延对回传确认信息和传输策略有直接影响, 从而造成TCP协议拥塞控制和流量恢复策略的性能降低;卫星信道不对称带宽对本质上是对称的TCP通信有直接的影响。

1.2 目前的主要解决方法

针对卫星链路的特点, 目前主要采用以下几种方法来改善卫星链路TCP传输性能:

第一种是在不改变标准TCP协议的前提下, 调整优化TCP的一些运行参数, 如RFC2581中重新设计初始窗口大小、RFC2582中选择确认SACK机制等[2]。

第二种是对TCP协议的控制机制进行修改。如针对无线网络的的某些方面, 通过资源缓存技术、修改TCP的快速重传算法等机制来增强其在无线条件下的性能[3]。

第三种是地面段仍然采用标准的TCP协议, 卫星段采用专门针对卫星环境设计的传输协议, 包括SKyX、STP (Satellite Transport Protocol) 、XSTP (Extended Satellite Transport Protocol) 、SCPS-TP (TCP for Space Communications) 等, 其中SkyX Gateway网络结构示意图如图1所示。STP和XSTP的主要改进是通过引入链路衰减探测机制来区分误码和拥塞产生的报文丢失, TCP发送端对于传输出错情况只是采取重传, 而不发生拥塞控制行为, 从而提高了TCP性能。

第四种是利用 “分割连接”技术[4], 如spoofing技术, 它绕开对TCP进行“端修改”所带来的问题, 将原先的TCP端到端连接分为卫星传输部分和非卫星传输部分:非卫星传输部分主要是指发送端到上行代理的通信链路和下行代理到接收端的通信链路, 它采用标准的TCP协议;而卫星传输部分是由上、下行代理和卫星节点组成的卫星网络, 它采用针对卫星网络进行了优化的TCP协议, 如图2所示。当上行代理收到TCP源发来的报文后迅速回传应答消息, 然后由它代表TCP源与接收方通信。

2 仿真方案分析

2.1 性能仿真流程

首先对卫星链路TCP传输性能进行仿真, 主要分析卫星链路长时延、高误码率对TCP传输性能的影响;然后在卫星网关处进行参数修改, 引入一种新的TCP代理, 能适时地给发送端发送假的确认ACK信号, 模拟 spoofing (协议欺骗) 功能, 再分析卫星链路上TCP传输的性能[5]。

2.2 性能仿真环境设计

2.2.1 卫星链路TCP传输性能仿真环境设计

在该性能仿真中, 本文使用时延为270 ms, 带宽为2.048 Mb/s的链路来模拟卫星链路, 使用NS 2中“bent-pipe”类型的GEO卫星[6]。为了模拟卫星链路高误码率的特性, 在链路中加入了一个错误模型, 使得数据包在模拟卫星链路上可以按要求的方式丢失。为了尽量逼近真实的网络环境, 在模拟网络中应有竞争流量, 于是本文在实际模拟中使用6个结点, 卫星链路上不只传输一个连接的数据流。在模拟中使用了FTP数据流, 因为它属于大数据量的传输, 统计结果带有普遍性。在模拟中使用的TCP协议带有快速重传、快速恢复功能[7]。模拟方案拓扑示意图如图3所示。

2.2.2 卫星spoofing性能仿真环境设计

从前面的内容可知, spoofing技术在卫星网关处引入一个中间代理, 对TCP连接进行分割, 同时适时地给发送端发送假的确认ACK信号, 从而可以解决卫星链路长时延的问题。但spoofing技术和代理缓存器不同的是, 它对发送端和接收端都是透明的。这样, 中间代理, 或称为“spoofer”, 就具有了通信双方的特性。

“spoofer”的职责就是对接收到的, 来自发送端的数据进行拦截、缓存, 同时给发送端发送确认信号ACK, 然后再将数据转发给接收端。Spoofing技术虽然在一定程度上影响了原有的TCP端到端语义, 但它在TCP连接建立过程中仍保持端到端的关系, 提高了卫星链路中TCP的传输性能[8]。

卫星spoofing仿真模型如图4所示, 拓扑结构和图3相比保持不变, 但在卫星链路的边缘路由器r1处, 采用了spoofing技术, 一旦拦截到发送端传送过来的数据, 就进行缓存, 并适时地给发送端发送确认信号ACK。同时, 对接收端发送过来的真正的确认ACK信号进行缓存抑制。

在仿真中, 性能指标主要从吞吐量、丢包率等几方面考虑。其中, 吞吐量即单位时间内传输的数据量, 主要通过发送端和接收端两个方面来考虑。对发送端吞吐量的衡量, 主要是看发送端接收到的确认ACK信号数;而对接收端吞吐量的衡量, 主要看接收端发送的确认ACK信号数。在仿真模型中, 仍假设所有卫星段连接都是TCP连接, 仍使用FTP流产生数据, 数据包大小仍为1.5 KB。

3 spoofing技术的性能仿真

3.1 性能仿真模型

卫星链路TCP传输性能仿真, 模拟出来的nam拓扑结构如图5 所示。

在这个模型中, s1, s2是发送端用户;k1, k2是接收端用户;r1, r2是卫星网关 (或边缘路由器) 。用户到卫星网关设置为带宽8 Mb/s, 时延5 ms的信道, 卫星链路段如上所说设为带宽2.048 Mb/s, 时延270 ms的信道。在边缘路由器处没有使用spoofing技术, 而保持原有的地面段TCP连接, 在r1处出现丢包 (即模拟卫星链路误码率高的特性) 。假设所有卫星段连接都是TCP连接, 使用FTP流产生数据, 数据包大小为1.5 KB。

卫星spoofing仿真模型和图5 相比保持不变, 只是在卫星网关处进行参数修改, 引入一种新的TCP代理, 能适时地给发送端发送假的确认ACK信号, 模拟 spoofing (协议欺骗) 功能。

3.2 性能仿真结果及其分析

由于卫星链路长时延的特性, 接收端发送过来的确认ACK信号就会滞后, 严重地影响了TCP传输性能;另外, 由于卫星链路长时延的影响, TCP协议不能适时地调整其拥塞窗口, 这就导致TCP流在卫星边缘路由器处资源利用具有不公平性。对于前者, 本文采用spoofing技术来改善系统性能;对于后者, 本文主要通过选择性压缩技术 (Preferential Suppression, PS) 来改善系统资源利用率的公平性。所谓选择性压缩技术, 就是对那些占有很多系统资源的TCP流进行压缩, 从而使之能更好地分配卫星链路资源, 实现资源共享[9,10]。

如图6所示, 当在边缘路由器处不采用spoofing技术时, 随着连接数的增加吞吐量迅速下降, 即使是在连接数较少的情况下, 网络吞吐量也很低。而且随着连接数的增加吞吐量迅速下降, 系统资源利用率的公平性越来越差。

当在边缘路由器处采用spoofing技术时 (如图7所示) , 随着连接数的增加系统吞吐量虽然也在迅速降低, 但与图6相比, 在连接数相同的情况下, 系统吞吐量有了较大的提高。与此同时, 从图7可以看出, 随着连接数的增加, 系统资源利用率的公平性仍然越来越差。

如图8所示, 随着连接数的增加, 系统资源利用率的公平性得到了改善。但与图6相比, 在连接数相同的情况下, 系统吞吐量相对较低。另外, 从文献[9]结论可以看出, 当只使用PS技术时, 系统总体带宽利用率较低, 且随连接数的增加, 系统带宽利用率迅速下降;而其他情况下, 系统总体带宽利用率较高, 且随连接数的增加, 系统带宽利用率相对保持不变。

如图9所示, 当spoofing技术和PS技术相结合时, 随着连接数的增加系统吞吐量虽然也在降低, 但与图6和图8相比, 在连接数相同的情况下, 系统吞吐量有了较大的提高。与此同时, 与图7相比, 随着连接数的增加, 系统吞吐量下降的速度相对缓慢, 系统资源利用率的公平性有了明显的改善。

4 结语

在分析卫星链路特点的基础上, 分析了现有的卫星链路进行TCP传输的几种解决方案, 对仿真方案进行分析, 建立了仿真模型, 得出了一些卫星链路下TCP传输性能和卫星spoofing技术的仿真结论。显然, 卫星spoofing技术和PS技术相结合的方案对卫星链路TCP传输性能改善是十分有益的。

参考文献

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卫星链路篇4

卫星通信是利用人造地球卫星做中继站转发无线电信号, 在2个或多个地面终端之间进行的通信。卫星通信具有通信距离远、覆盖区域广、通信容量大和组网灵活等优点, 能适应大纵深、全方位、高机动、立体化和战场信息密集等作战特点, 已经成为现代化、高技术武器系统不可分割的重要组成部分[1]。

如果在未来的战争中, 能有效地干扰对方的空间通信, 遏制敌方天基通信系统工作, 对赢得战争胜利将具有决定性影响。所以研究通信卫星电子对抗技术具有重要的现实意义。

1卫星通信系统的组成及工作流程

通信卫星系统[2], 通常由空间分系统及通信卫星、地球终端、跟踪遥测指令分系统和监控管理分系统等4部分组成。通信卫星的主体是通信装置, 靠通信装置中的转发器和天线来完成无线电中继站的作用。跟踪遥测指令分系统对卫星进行跟踪测量, 定期对卫星进行轨道修正和位置保持等控制。监控管理分系统是对定点的卫星在业务开通前后进行通信性能的检测和控制。通信地球站是微波无线电收、发信台 (站) , 用户通过它们介入卫星线路进行通信。

卫星通信的工作过程[3]为: 信源经格式化、信源编码、加密、信道编码、脉冲调制、带通调制和频率扩展。多址介入、变频放大后, 经发送端 (XMT) 后, 信号被馈送至太空。这个信号被卫星通信天线接收后, 在通信转发器中进行变频和功率放大, 最后再由卫星的通信天线把放大后的无线电波重新发向其他卫星或地面接收终端 (RCV) 。信号下变频后, 经频率解扩、解调采样、检测和译码后, 通信信息被还原。典型数字通信过程如图1所示。

从图1可以看出, 卫星通信信道由地球站或其他终端、上行链路、卫星转发器、星间链路、下行链路和接收终端组成。从内容角度分析, 则可分为通信链路干扰和遥测链路干扰。从链路角度分析干扰形式有上行链路干扰、下行链路干扰和星间链路干扰。以上行链路干扰为例介绍ADS软件在链路干扰仿真和干扰效果评估方面的应用。

2系统原理与仿真模型

2.1ADS概况

ADS是Agilent公司的电路自动设计软件, 支持包络仿真、瞬态仿真、DSP和平面电磁场的动量仿真等仿真技术。此外, ADS仿真工具还有示波器、频谱仪和信号源等几乎所有电子测试仪器模块;眼图、误比特率等测试统计工具以及编译码、调制解调等许多通信领域专用模块。

2.2仿真原理

本文将ADS软件应用于卫星通信链路对抗仿真, 采用自顶向下的系统设计方法在ADS平台上搭建了包括信源、DSP (调制信号产生) 、射频系统、空间传输信道在内的现代典型数字通信系统和干扰系统。利用ADS软件的电子仪器工具, 通过测试接收端信号的误码率来评估干扰系统的干扰效果[4], 同时根据各种因素对干扰效果的影响来重新修改和优化干扰系统的干扰样式和干扰策略。

2.3仿真模型

为简化系统模型, 通信发射终端和干扰站位于地球表面, 接收解调端位于卫星内。通信系统模型参数以美军典型地面通信终端AN/TSC-85为参考:输出功率500 W, 上行载波8.1 GHz, 天线增益43.2 dB。

通信发射终端模型由信源、DSP (内部脉冲调制, 升余弦滤波, QPSK调制) 、发射机 (上变频, 功率放大) 和天线4部分组成。信源BITS经脉冲调制、编码、QPSK (ADS系统中QPSK信号由QAM模块产生) 调制, 上变频至8 170 MHz, 经功率放大器放大至57 dBm输出至增益为43.2dB 的天线。系统模型采用数模协同仿真方式, 其中DSP仿真在DF仿真器中进行, 射频系统仿真在包络仿真器中完成。

转发器接收解调终端位于卫星内部, 其仿真模型包含接收天线[5]、接收前端和解调器。其中接收天线增益37 dB, 接收前端噪声系数约3 dB。

信道模型利用自定义的自由空间模型, 其将发射端与接收端连接起来, 链路长度参数设置为同步轨道的高度35 786 km, 其信号路径损耗201 dB, 大气损耗3 dB。

干扰系统组成同通信系统发射部分类似, 包括信号序列、DSP (产生BPSK、QPSK等干扰信号样式) 、发射机和天线。假设干扰系统和通信终端都位于地球表面, 与卫星距离相等。地理位置位于卫通天线副瓣范围内, 副瓣电平为主瓣的-30 dB。为保证干扰效果, 干信比至少大于3 dB, 所以干扰信号的EIRP值要大于等于104 dBm。仿真模型同通信模型类似, 区别在于信号调制样式、发射功率和天线口径。

将干扰信号和通信终端信号经空间信道后通过功率合成工具RF Summer合成一路后进入卫星天线, 经下变频、解调后进入误码率测试工具, 整个通信干扰模型示意图如图2所示。

3系统仿真与分析

3.1调制样式对干扰效果的影响

利用误码率测试工具Ber IS, 分别对转发器解调器解调后端误码率在无干扰通信、BPSK信号干扰和QPSK信号干扰3种情况下进行统计, 干扰效果如表1所示。

由表2可见, 在一定条件下, BPSK调制信号的干扰效果要优于QPSK调制信号的干扰效果。通过更多信号调制方式的研究, 再在ADS仿真平台的验证运用, 寻求干扰效果更好, 效费比更优的干扰方式成为可能。此外, ADS软件同Matlab软件可以互连, 通过加载的方式, 将Matlab编制的自定义波形程序载入DSP, 在ADS平台上对进行验证和效果评估, 在很大程度上提高了项目的开发效率, 同时节省了研究成本。

3.2干信比对干扰效果的影响

利用BerMC4和参数扫描工具ParameterWeep, 观察不同干信比情况下2种信号的干扰效果, 如图3所示。

由图3可以看出, 当干信比大于2 dB时, 基本就能实现预期的干扰效果。实现较大干信比有2种途径, 即增大天线尺寸和增大发射机功率;在实际开发使用时, 可以根据不同平台, 空间尺寸和使用环境在二者之间权衡。

3.3码速率对干扰效果的影响

在数字通信中, 码速率代表着系统的有效性, 误码率代表着系统的可靠性, 通信中二者之间是相互矛盾、相互制约的。误码率随干扰信号码速率变化的仿真结果如图4所示。

通过对码速率变化对干扰系统的仿真发现, 干扰信号的码速率变化会对通信系统的误码率产生影响, 但不存在特定的影响趋势。此外, 还可以利用ADS软件库中的模型和仿真工具对基带信号、射频系统和传输信道进行详细仿真设计;利用各类电子测试工具对解调信号各类特征进行测试、统计。这类工具的使用方法包括:利用参数扫描工具Parameter Sweep对干扰频率偏移和发射信道增益进行动态仿真;利用谐波平衡、S参数、S大信号参数仿真对发射机和接收机相位噪声、噪声系数、谐杂波抑制等指标进行仿真优化;利用TDMA、CDMA等空间传输模型, 观察不同信道传输模型情况下, 干扰系统对通信系统的影响。

4结束语

目前, 随着跳频、扩频等新型通信方式在现代卫星通信中的逐渐应用[6], 加强新型卫星通信对抗装备研究尤为迫切。运用ADS软件进行卫星通信链路对抗的仿真并运用其统计工具对干扰效果进行了简单评估。ADS作为一款高效的基带、射频和系统仿真软件, 应进一步加强其在复杂电磁环境模拟、基带仿真、系统分析和效果评估等方面的创新应用研究, 提高项目研发效率。 

参考文献

[1]柯宏发.卫星通信系统对抗途径分析[J].电讯技术, 2003, 1 (1) :1-2.

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卫星链路篇5

关键词：卫星通信,多层网络,星座设计,星际链路,“弱连接”模型

0 引言

卫星通信以其覆盖范围广、移动性强、传输容量大、组网方式灵活等特点逐渐成为未来通信网的核心组成部分。在卫星通信发展初期,单层卫星网络就可以满足系统的设计要求,然而随着综合信息网络的发展,传统的LEO,MEO及GEO单层卫星网络由于受到单一轨道的限制,存在系统时延过高、网络阻塞概率大、网络抗毁能力差、星载跟踪瞄准系统设计困难等问题[1]。在多层卫星网络中,卫星按照轨道高度由高到低分布在不同层次,结合不同轨道上卫星的特点提供差别性服务,既可满足不同QoS要求,又能充分利用各种信息资源,同时多层卫星网络星间路径选择性大,可替换链路多,星座抗毁能力强,具有单层卫星网络无法替代的优势。

文献[2]提出了一种基于GEO/LEO双层卫星网络结构,但星际链路的建立和管理较为复杂。本文结合中轨卫星星座结构简单,易于管理等特点,提出了由MEO星座作为中继的三层卫星网络管理模式,采用“弱连接”思想作为星际链路建立的基本准则,并对不同卫星网络层次之间的星际链路特性进行了仿真分析。

1 多层卫星网络结构设计

1.1 多层卫星网络概述

多层卫星网络由静止轨道(GEO)、中轨(MEO)、低轨(LEO)3层卫星网络构成。为了克服现有多层卫星网络“冗余连接”模型(如MLSN,SOS等网络)复杂性高的缺点,采用“骨干/接入”模型[3]简化多层星座卫星网络,即由GEO与MEO卫星网络构成骨干传输网,LEO卫星网络构成地面接入网。多层卫星网络结构如图1所示。

在多层卫星网络中,GEO卫星负责对网络路由表进行维护,不承担地面小型终端的业务传输;MEO卫星作为网络的交换节点,为相连的MEO,LEO卫星和地面信关站提供连接和信息交换;每颗LEO卫星作为具有交换功能的用户接入节点,负责为低速移动用户和高速固定用户提供接入连接,并为其覆盖范围内的用户提供信息交换;位于不同LEO卫星覆盖区的用户之间、卫星用户与地面网络用户之间、地面网络用户之间的信息交换通过LEO与MEO卫星间的ISL以及MEO星际网络来实现。

1.2 星座结构设计

1.2.1 轨道选择

卫星轨道高度的选择需要考虑范·阿伦辐射带和大气阻力的影响。通常认为,各种轨道的可用高度范围:LEO为700～2 000 km;MEO为8 000～20 000 km;GEO为35 786 km。为了便于进行卫星轨道控制,卫星星座常选择回归轨道,即卫星运行周期与地球自转周期成整数比,即

Ts/Te=k/n (1)

式中:k,n为整数,Ts为卫星运行周期,Te为地球自转周期,Te=86 164 s。卫星周期Ts与轨道高度h关系为

$Τ_{s} = 2 π \sqrt{\frac{(R_{e} + h)^{3}}{μ}} (2)$

地球半径Re=6 378 km,开普勒常数μ=398 601.58 km3/s2。

1.2.2 覆盖特性分析

圆轨道时单颗卫星对地覆盖几何关系如图2所示[4]。

其中,卫星和观察点的地心角为

$α = \arccos [\frac{R_{e} \cdot c o s E}{h + R_{e}}] - E (3)$

观察点仰角为

$E = \arctan [\frac{(h + R_{e}) \cdot \cos α - R_{e}}{(h + R_{e}) \cdot \sin α}] (4)$

1.2.3 静止轨道卫星星座设计

结合我国的实际地理位置,考虑星座的抗毁能力,设计采用“4+1”模式,即由5颗GEO卫星(其中1颗备用)构建GEO卫星网络,各卫星的轨道参数设置如表1所示。

经过仿真可知,GEO星座在系统地面最小仰角30°的条件下可以完成对70°S～70°N地区的良好覆盖,全球覆盖率达72.67%。

1.2.4 中轨卫星星座设计

MEO网络作为骨干网的一部分,主要负责通信业务的中继传输,因此星座设计要满足全球覆盖。极轨星座由于逆行轨道间覆盖缝隙的存在,星间链路建立的复杂程度和难度较大,而倾斜轨道星座由于卫星相对位置保持固定,不存在覆盖缝隙问题。

Ballard采用最坏观察点的最大地心角最小化准则对Walker星座进行了优化[4]。根据此优化思想,结合卫星轨道的可用高度,优化后的MEO星座设计方案如表2所示。

对MEO星座覆盖特性进行仿真,结果如图3所示。

由图3可知,在规定系统最小仰角下,星座可以实现全球完全不间断的连续覆盖,满足方案的设计要求。

1.2.5 低轨卫星星座设计

LEO卫星网络作为整个网络的接入节点,只需实现对全球的无缝覆盖情况即可。极轨星座由于其良好的全球覆盖能力在全球性卫星星座设计中被广泛采用。

极轨星座的设计主要基于卫星覆盖带的概念,其顺行和逆行轨道相邻卫星之间覆盖性能有较大差异,顺行轨道面和逆行轨道面之间的经度差Δ1和Δ2分别为

${\begin{cases} Δ_{1} = a + c \\ Δ_{2} = 2 c \end{cases} (5)$

式中: $c = \arccos [\frac{\cos α}{\cos (π / S)}]$ 。c为卫星组合而成的覆盖带半角宽度,S为每个轨道面内的卫星数量。由于相隔一个轨道平面的两颗卫星具有相同相位,为避免卫星在极点发生相互碰撞,一般采用近极轨星座,即轨道倾角在80°～100°之间。近极轨道星座中顺行和逆行轨道面之间的经度差Δ′1和Δ′2分别调整为

${\begin{cases} Δ^{'}_{1} = \arcsin (\sin Δ_{1} / s i n i) \\ Δ^{'}_{2} = \arccos (\frac{\cos Δ_{2} - \cos^{2} i}{\sin^{2} i}) \end{cases} (6)$

为满足全球无缝覆盖,星座应满足方程

(n-1)Δ′1+Δ′2=π (7)

式中:n为星座轨道面的数量。综合上述各式得

$\begin{array}{l} (n - 1) \cdot \arcsin (\frac{\sin (a + c)}{s i n i}) + \\ \arccos (\frac{\cos 2 c - \cos^{2} i}{\sin^{2} i}) = π (8) \end{array}$

取轨道倾角i=87°,在式(1)中令k=1,n=12,得卫星高度h=1 666 km,周期Ts=7 180 s≈2 h。规定系统最小仰角E=10°,得出不同轨道平面数所需的卫星总数如表3所示。

由表3可知,在设计轨道高度与倾角条件下实现全球覆盖至少需要35颗卫星。利用STK对轨道参数进行仿真优化,结果如表4所示。

LEO星座某一时刻对地覆盖情况仿真如图4所示。

通过仿真可知,该LEO星座可以完成对全球的不间断实时覆盖,全球单重覆盖率为100%,满足设计要求。

2 星际链路设计与分析

2.1 星际链路建立的基本原则

多层卫星网路存在3种类型星际链路:层内ISL(Intra-layer ISL)、层间ISL(Inter-layer ISL)和星地链路(User Data Link,UDL)。

常见多层卫星网络模型有Kimura的DLSN模型和Jaeook的SoS模型,为了提高系统的稳定性,上述模型都采用“强连接”模式,即LEO卫星、MEO卫星和GEO卫星间必须通过ISL相连接。多层卫星星座的“强连接”关系直接导致了卫星网络复杂性过高,星间链路的冗余度过大[5]。为了降低卫星网络的复杂度,设计采用星间“弱连接”思想,即在同一时刻,某颗卫星只能与上层中与其通信质量最好的一颗卫星和下层处于其覆盖范围内的星群建立连接关系。“弱连接”模型可以简化多层卫星网络拓扑结构变化的复杂度,并降低星际链路的建立难度。

2.2 星际链路特性分析

方位角(Azimuth)、俯仰角(Elevation)和星际链路长度(Range)是计算星际链路条件和链路质量的重要指标[6]。

2.2.1 单层卫星网络中的星际链路

GEO卫星空间位置相对静止,星际链路的建立与保持比较简单,LEO卫星网络层不建立星间链路,所以只需讨论MEO星间链路的变化特性。由于MEO星座卫星分布均匀,任意相邻轨道卫星之间的星际链路变化情况相同,对其中相邻两颗卫星星际链路特性进行仿真,结果如图5所示。

由图5可知,任意相邻两颗MEO卫星之间存在永久性星际链路,链路长度变化范围为15 300～17 900 km,方位角变化范围为140°～218°,俯仰角变化范围为-40°～-32°。星际链路AER总体变化较为平缓,易于ISL的建立和保持。

2.2.2 多层卫星网络的星际链路

在多层卫星网络中,GEO与MEO、MEO与LEO之间均存在星际链路。

1) GEO-MEO星际链路

根据卫星星座空间结构的对称性,对任意一颗MEO卫星与GEO卫星之间的星际链路进行仿真,结果如图6所示。

由图6可知,GEO与MEO卫星之间不存在永久性星际链路,但每次中断时间较短,因此MEO卫星可以通过在不同GEO卫星间的按时切换以保证与GEO卫星的持续连接。通过仿真发现,任意一颗MEO卫星只须在不相邻的两颗GEO卫星之间进行链路切换,可以保证GEO-MEO链路的连续性,同时星际链路的建立可选择在方位角和俯仰角变化比较平缓的区间,以降低ISL建立的难度。

2) MEO-LEO星际链路

图7给出了一颗LEO卫星与任意两颗MEO卫星之间ISL变化特性的仿真结果。

可以看到,由于卫星运动速度较快,LEO卫星与MEO卫星之间的星间链路时断时续,不存在永久性星际链路。当选择链路建立时间段互补,并且满足24 h连续时,LEO-MEO星际链路可持续存在,但是只要保证LEO卫星与MEO卫星的按时多次切换便可实现LEO-MEO星际链路的持续连接。ISL的方位角和俯仰角起伏虽然比较剧烈,但在某一时间段内变化相对平缓,星际链路的建立仍然可以实现。

3 小结

多层卫星网络可以结合不同轨道层面的卫星特性,综合利用各种空间信息资源,是未来通信组网发展的重要方向。现阶段,多层卫星网络仍存在组网方式单一,星载天线设计困难以及网络管理复杂等问题。星际链路的建立可以使卫星网络不依赖于地面中继,能够有效扩展通信距离和通信范围,是卫星网络构建的重要方式。

参考文献

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卫星链路篇6

Ku波段卫星通信网是于2005年开始建设,2006年建成并投入运营的。Ku波段卫星网的建设可以实现与C波段卫星网的互补,形成功能强大、可靠性更高的综合性民航专用卫星通信网络。此外,Ku波段卫星网可以为部分C波段卫星电路提供备份手段,还能够实现对卫星通信网络和设备的集中监控和管理,提高网络运行维护的有效性。更为重要的是,Ku波段卫星网可以实现部分C波段卫星网所没有的如视频会议等新的功能[1]。

Ku波段卫星网承载业务类型主要有话音通信业务、数据通信业务及视频传输业务。话音通信业务主要包括管制移交电话、程控交换机联网通信、点到点专用话音电路以及电话会议等。数据通信业务主要包括从低速率到中高速率的点到点、点到多点透明传输或带协议的传输电路,以及数据广播和组播等多种数据通信业务,并且能够支持非对称的数据传输业务。此外,其所承载的视频业务能够实现视频会议、可视电话以及气象云图等视频传输等功能。

2 Ku卫星通信站日常维护中的链路测试

在对ku波段卫星通信站设备进行业务接入之前,需要对ku设备机箱中的业务板卡进行测试,同时也需要对本地链路以及本地到业务接口对端之间的链路进行测试,确保入网的成功以及业务承载的顺利实施。由于Ku业务板卡中的高速数据板可以实现转报同步数据、转报异步数据的传输、以及甚高频、雷达信号等等的传输功能,这里,我们以高速数据板为例,分别对本地环回测试、远端环回测试的方法进行描述。

2.1 本地环回测试

进行本地环操作的主要目的是测试设备和数据卡之间的通信是否正常、接口子卡是否完好,以及数据卡与接口子卡的连接是否正常。本地环测试可通过两种方式进行:(1)网管软件操作;(2)本地维护人员通过按下高速数据板前按键的“Lloop”按钮,在该信道对应的接口上连接误码仪进行误码测试来实现的。这里要求误码率在10-7以下为测试成功。

本地环测试的示意图如图1。

2.2 远端环回测试

远端环测试同样通过三种方式进行:(1)网管软件操作。(2)本地维护人员通过按下高速数据板前按键的“Rloop”按钮,在该信道对应的接口上连接误码仪进行误码测试来实现的。(3)本地维护人员通过在信道接口上插入该接口类型所对应的环头,在该信道对应的对端接口上让远端维护人员连接误码仪进行误码测试来实现的。也可通过让对方在其信道接口上插入相应的环头,我们本地维护人员在该条线路对应的信道端口上连接误码仪进行测试。

进行第(1)、(2)种方式的远端环测试,本地误码仪所发送的数据将通过卫星送到通信对端,经过数据卡后被送回发送端,所以进行远端环的时候能够对除了远端数据卡子卡外的整个卫星电路进行诊断。而第三种远端环路测试方式不但可以测试整个卫星链路,同时可以测试本地的数据卡、接口子卡是否故障,也可以对远端设备的数据卡以及接口子卡进行测试,因而,在对远端环进行测试时,我们建议采用第三种测试方式。远端环示意图如图2所示。

在图2中,第(1)、(2)种远端环路测试方法所经路径为实线部分,而第(3)种远端环在实线基础上多经过了图2中的虚线部分,且插入了环头(虚线表示)。

3 Ku波段卫星通信网与C波段卫星通信网的区别

与C波段相比,Ku波段卫星通信网具有如下特点:(1)Ku波段卫星天线口径远小于C波段卫星天线,且具有波束窄的优点;(2)C波段卫星通信遭受地面微波等干扰源的同频干扰比较严重,而Ku波段的的抗地面电磁干扰能力强,大大地降低了对接收环境的要求;(3)Ku波段卫星通信的传输损耗较大,降雨对Ku波段卫星广播的影响也比较严重,其上下行信号降雨衰耗远大于C波段,暴雨情况下Ku波段上行或下行链路瞬间雨衰量可超过20dB,而C波段最大雨衰量不超过1dB。

4 减少降雨对于ku卫星通信信号衰减的方法

雨衰指当电波穿过降雨的区域时,雨滴会对电波产生吸收和散射,造成衰减。Ku波段雨衰影响大,因为Ku波段的波长2.5cm左右,比C波段接近于雨滴大小[2]。因此在降雨情况下,Ku波段卫星通信信号会急剧衰减,产生退极化作用,大大降低极化隔离度并产生降雨噪声,增加了天线的噪声温度。降雨引起的损耗与降雨的大小、以及穿过雨区的长度有关系。

为减少降雨对卫星通信信号所引起的衰减,可行的方法就是在降雨的时候提高系统的发射功率,补偿因为降雨导致的功率损耗。VSATPLUSII终端系统具有自行功率补偿的功能。Ku波段卫星终端设备VSATPLUSII系统通过持续不断的监视全网各站的信号电平,来实现自动功率补偿。若本地终端设备发现相对接收电平降低时,终端软件会自动增加中频输出功率,使射频输出功率提高从而达到对信号功率补偿的目的。

Ku波段卫星终端设备VSATPLUSII系统的上行功率控制功能是由MODEM实现,无需增加其他的硬件设施。可通过监控软件Nodeview打开ULPC键来实现上行功率控制功能。

5 日常维护中所遇到的故障及解决方法

5.1 故障1:

本地环无法测通,误码仪无接收数据或误码率较高故障分析及处理方法:(1)业务板卡可能故障。更换其他板卡重新测试;(2)接口子卡出现故障。更换子卡重新测试;(3)接口子卡的插入方向错误。检查子卡上编号0-20是否与板卡上0-20方向一致;(4)接口子卡插入松动。用螺丝固定子卡,重新测试。(5)背板插槽故障。更换背板;(6)网控配置该信道未配置成功,或网控与本地的交互出现问题。及时与网控联系重新配置该链路。(7)若改信道接入业务为雷达信号,为只接收或者只发送数据,则无法进行本地环测试。

5.2 故障2:

本地环测通,而远端环无法测通,误码仪无接收数据或误码率较高故障分析及处理方法:(1)首先确定对端本地环是否测通,排除对方板卡或子卡故障的可能;(2)检查MODEM板是否在线。若不在线,则查看同一接收天线下其他节点是否在线。若其他节点在线,而测试节点未在线,则测试节点机箱故障或MODEM板故障,需进行中频自环来进一步判断;(3)用Nodeview软件查看MAP图,核对测试链路的本端节点号及槽位号以及对端的节点号及槽位号是否与实际匹配;(4)网控配置该链路信息与本地掌握信息不符。需联系网控重新配置;(5)网控下线,本端无显示。则需等待网控线路正常后方可进行测试。

5.3 故障3:

本地相对接收电平值较高或信噪比较低故障分析及处理方法:(1)查看发射载波电平值的设定,均设置为0;(2)增加或减少中频衰减,使得相对接收电平在-3—+3dB之间,信噪比在11dB以上;(3)调整射频衰减或增益,以1dB为单元进行步进调整,每次调整需等待20分钟后查看结果,最终达到相对接收电平在-3—+3dB之间,信噪比在11dB以上。(4)与网控联系,发射调制波,重新进行功率标定。

6 结语

对于Ku波段卫星通信系统的测试与维护是一项长期积累的过程,需要维护人员在日常工作中不断地积累经验和方法。不但需要掌握Ku卫星通信网及终端设备的运行原理,还要了解业务板卡的功能、操作按键、安装方式等知识。只有在理论与实践相结合的基础上,才能更加有效、可靠的做好Ku卫星通信远端站的维护和保障工作。

参考文献

[1]中国民航Ku波段卫星系统配置资料手册.天航信民航通信网络公司.

卫星链路篇7

近年来, 因特网的飞速发展使得提供高速因特网接入服务成为卫星通信的一个重要应用领域。在下一代宽带卫星通信网中, 媒体接入控制协议 (MAC protocols) 是卫星网络数据链路层的一个重要协议, 在保障各种类型业务服务质量的同时, 还要负责卫星及其接入系统对卫星信道资源的访问, 其对于提高信道利用率至关重要[1]。由于在卫星通信中的传输时延要大得多, 所以通常地面网络中的局域网MAC协议不适合卫星通信网络, 需要设计新型的MAC协议。

总的来看, 现有卫星网络中的MAC协议可以分为以下四大类:固定时隙分配协议 (Fixed Assignment Multiple Access) 、按需请求分配协议 (Demand Assignment Multiple Access) 、随机接入协议 (Random Access Multiple Access) 和混合式协议 (Combined Multiple Access) [2]。本文提出了一种混合式MAC协议, 该协议通过将固定时隙分配和按需请求分配协议相结合, 并通过在协议中添加参数调节机制调整固定时隙分配和按需请求分配这两者的比例, 增加了协议的灵活性和适应性。

1S-MAC协议设计和算法概要

1.1帧结构

在S-MAC协议的帧设计中, 我们采用如图1所示的帧结构。每一帧中设置有32个时隙, 其中选取前面一部分作为固定时隙分配, 剩余的用作按需请求时隙分配, 而用作固定时隙分配的时隙数占整个帧的时隙数的比例为α, 我们可以通过α参数来调节固定时隙分配和按需请求分配的比例。S-MAC协议帧中的一个时隙对应的是类似于802.11标准的一个帧结构。分为帧控制、持续时间、地址、序列控制、帧体和帧校验部分。帧控制字段是工作站之间发送的控制信息, 其定义了该帧是管理帧、控制帧还是数据帧。

1.2S-MAC协议描述

S-MAC协议的固定时隙分配部分采用一种固定轮询的方法, 它依次检查当前所有的活动节点, 如果此活动节点有请求, 就将下一时隙分配给这个节点, 然后再检查下一个活动节点, 如此过程循环一直到固定时隙分配部分已经全部分配完毕。

S-MAC协议的按需请求时隙分配部分引入了分配者和请求者的概念, 当发送时间到的时候, MAC层的TDMA代理就从接口队列中减少一个分组并且将它发送到物理层, 发送结束之后如果时隙还没有被全部分配, 代理将会继续传送其他分组。此外, S-MAC协议支持部分的分组传送, 这就意味着时隙分配结束时, 剩下还没有被分配完毕的数据分组将会放到下一个时隙中传送。

请求者/分配者模块参与时隙分配的过程。每个地面节点的请求者提交一个预先定义好的请求数目给主控制器。各种请求计算的机制是基于监视进入接口队列中数据量来实现的。分配者首先读出所有的通信终端请求并且生成一组分配额的向量, 以便于实现之后的按需分配。

本文中采用的按需分配是按比例分配。根据按比例分配的方案, 分配给每个活动终端的带宽与它自身提交的请求数是成一定比例的。用i代表活动节点号并且作为下标, Ri即是该活动节点的请求数目, 分配者代理计算出所有请求节点的请求总数 $R = \sum_{i} R_{i} ‚ Ν_{s}$ 代表一个帧中的时隙数目, 本文中设置为32, 因此分配给一个通信终端i的时隙数就等于 $Ν_{s} \times \frac{R_{i}}{\sum_{i} R_{i}} = Ν_{s} \times \frac{R_{i}}{R}$ 。

1.3算法概要

S-MAC协议的算法伪代码实现如下:

2仿真结果及分析

我们通过计算机仿真对S-MAC协议的性能进行分析, 仿真工具采用功能完善的网络模拟软件NS2, 主要仿真参数如表1所示。

网络拓扑如图2所示, 仿真中设置了三个地面站和一个GEO的简单卫星网络拓扑。其中, 地面站0与地面站1、地面站2进行TCP通信;此外地面站0与地面站1、地面站2还进行着UDP通信, 设置它们的UDP通信速率为2Mbit/s。地面站0、1、2三者的初始请求根据通信量估算分别设置为8、8、16。

评价卫星网络中MAC协议的性能指标主要包括协议的时延和吞吐量性能[3,4,5,6]。定义吞吐量为在不丢包的情况下单位时间内通过的数据包数量, 单位是比特每秒。我们最终得出的仿真数据如图3所示。

图中绿色的线代表S-MAC协议中固定时隙分配占总的MAC帧部分1/4时的TCP吞吐量, 蓝色的线为纯按需请求分配DAMA, 红色的线为纯固定分配FAMA, 可以明显看出固定时隙分配的吞吐量远远落后于前两者, 因为固定时隙的分配会造成信道资源的浪费, 信道利用率不高。而混合式S-MAC协议在仿真开始时与纯DAMA相差无几, 但是从第20秒开始逐渐超过纯DAMA按需分配的吞吐量, 在仿真结束时吞吐量超出DAMA有2Mbit/s。

端到端延时性能如图4所示, 可以看到S-MAC协议在第7秒到第15秒期间的延时性能不理想, 明显高于其他两者, 但是S-MAC协议端到端时延陡降的时刻点比其他两者提前了10秒左右, 再往后的S-MAC端到端时延则稳定在1秒以内。这是由于分配者对于请求者的请求带宽响应分配已经趋于合理, 通信信道利用率增加的原因。

3结论

S-MAC协议考虑了卫星通信中的CBR业务传输速率稳定, 较适合用固定分配的特点, 采用将固定时隙分配和按需请求分配相结合的方法, 有效提高了卫星通信的吞吐量。在仿真前半阶段, 时延性能方面还不能突出体现出S-MAC优点, 但在后期开始稳定通信时弥补了前面的缺陷, 达到较为理想的性能。在今后的研究中, 需要根据各种环境下的卫星通信, 设计更为完善的帧结构和MAC协议, 以实现最优性能。

摘要：媒体接入控制协议是卫星网络的一个重要协议。为提高卫星通信网络的信道利用率, 提出一种将固定时隙分配和按需请求分配相结合的混合式S-MAC协议。仿真结果表明:S-MAC协议在吞吐量性能上明显优于现有的纯固定分配, 在仿真的后期逐渐超过纯按需分配的吞吐量, S-MAC协议在提高信道利用率的同时, 保持了较高的吞吐性能和传输时延性能。

关键词：卫星网络,媒体接入控制,S-MAC协议

参考文献

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