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卫星通信系统范文1
1 VSAT卫星通信系统概述
1.1 VSAT卫星通信系统的网络构成及连接方式
VSAT卫星通信系统主要包括三部分。第一，是主站。主站就是指枢纽站。主站中包括天线、VSAT主站终端设备、网络控制中心等。其中，天线使用的是圈套口径的天线，这样可以有效减少发射功率。主站在VSAT卫星通信系统中具有比较重要的作用，可以对整个通信系统的运行过程进行监控和管理；第二，是通信卫星。通信卫星其实就是中转站，可以对地球传输过来的信号进行处理，并将其传回到地球上；第三，是小站。小站包括两部分，一部分是安装在户外，通常是安装在建筑物的顶层。另一部分要安装在室内。户内的设备和户外的设备是连接在一起的，大多是通过电缆相连。VSAT小站具有语音功能，可以进行通话。这样，电话网上的用户就可以通过小站和主控站进行通话。
VSAT卫星通信系统主要是通过软件对系统工作过程进行控制。VSAT卫星通信系统支持多种连接方式，可以根据用户的要求选择连接的方式。VSAT卫星通信系统的连接方式可以归纳为两种，分别为点多点连接和点对多点连接。首先，介绍点对点连接。点对点连接是通过空间信道完成的。在实践过程中，采用点对点的连接方式可以选择下述几种数据传输的方式。第一种是异步字符透明传输。其中包括双向数据传输和单向数据传输两种方式。数字广播行业中使用的是单向数据传输方式，如果是字符型终端则应采用双向数据传输的方式；第二种是同步位透明传输。其中也包括双向数据传输和单向数据传输两种方式。在开展点多点广播业务时可以采用单向数据传输的方式。其次，介绍点对多点连接。点对多点连接包括两种形式，一种是同一小站不同的数据端口和主站同一端口连接在一起。另一种是不同小站数据端口和主站同一端口连接在一起。异步字符广播式、同步位透明广播方式等均属于点对多点的连接方式。
1.2 SAT卫星通信系统的特点
相比于一般的通信系统来说，VSAT卫星通信系统具有下述特点。第一，VSAT卫星通信的容量比较大，成本比较低；第二，VSAT卫星通信系统中卫星的体积不断增大，转发器的数量不断增多；第三，随着VSAT卫星通信技术的不断发展，出现了微型地球通信网，可以满足更多用户的使用需求；第四，VSAT卫星通信技术在使用的过程中不会受到地形、地物的影响，对使用环境条件的要求比较低；第五，VSAT卫星通信设备安装过程比较简单，1到2天就可以开通一个VSAT小站；第六，VSAT卫星通信的质量比较高，很少会出现信息传输错误的现象。
2 VSAT卫星通信存在的问题
（1）投资者对VSAT卫星通信系统了解不全面。早在上世纪80年代就出现了VSAT卫星通信技术，但直到90年代也没有人进行相关方面的投资。后来，一些投资者进行了VSAT卫星通信系统的投资，但并没有了解清楚VSAT卫星通信系统，只是认为VSAT卫星通信技术属于高新技术，投资的回报率会比较高。当发现在短时间内难以取得回报时，很多投资者都撤资了；（2）缺少有利的市场经济条件。目前，我国虽然已经开放了VSAT卫星通信业务，但却对VSAT公司进行了很多的限制，从而影响了VSAT公司的发展；（3）没有形成行业管理特色。VSAT卫星通信行业发展的速度比较快，在其快速发展的过程中相关的制度规定却还不完善。再加上VSAT卫星通信行业本身涉及到的业务比较多，管理比较复杂，从而使得很多VSAT公司不知道该如何管理，没有形成行业管理特色，进而影响了管理的效果。
3 VSAT卫星通信的应用
目前，随着相关技术的不断发展，VSAT卫星通信技术在不断完善，在各行各业中都具有较为广泛的应用。例如，在金融、证券、地质、交通、物流等领域中都会涉及到VSAT卫星通信技术。本文将以某烟草全国卫星通信专用网为例，介绍一下VSAT卫星通信技术的具体应用过程。
某省是我国烟草生产的重点地区，对于全国烟草市场的发展具有重要的影响。建立全国卫星通信专用网可以更好地追踪卷烟生产销售的信息。全国卫星通信专用网中主要包括两部分。一部分是地面段。其中主要包括中心控制站和VSAT小站。中心控制站有一个。VSAT小站有2214个，在全国各个连锁店。另一部是空间段。其中主要是Ku频段转发器。在全国卫星通信专用网中使用了两种类型的数据传输网。一种是双向数据传输网，主要是用于中心控制站和小站之间的数据通信。另一种是电话网，主要是为了满足电话通信的需求。电话通信网采用的是SCPC/DAMA制式，数据通信网采用的是TDM/TDMA制式。如果是从中心控制站向小站传输数据，则需要经过TDM信道。如果是从小站向中心控制站传输数据，则需要经过TDMA信道。
卫星通信系统范文2
【关键词】 卫星通信 MF-TDMA 信道 时隙
一、引言
卫星通信系统的多址方式有频分多址（FDMA） 、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等，随着技术的发展，各种不同的多址方式相互结合，形成混合多址调制方式，其中最具有代表性的是跳频时分多址MF-TDMA （Multi-Frequency Time-Division Multiple Address） [1]，此系统很好的将FDMA和TDMA合二为一，从频域和时域二维空间对卫星资源进行分配，首先采用FDMA方式将信道分割成频率不同的若干路载波，然后再在每一路载波上使用TDMA的方式分割成若干时隙，以便用户可以在指定的时隙内使用指定的载波频率进行数据的传送，这就为组网通信带来了极大的便利，很容易组建星状网和网状网，实现一点对多点或多点对多点的组网通信，可广泛应用于军事、气象、电信、教育、人防、交通、广电等行业。
二、系统组成
MF-TDMA卫星通信系统由主站（含备份主站）和分布在各地的若干远端站构成，他们之间通过不同的载波和时隙实现业务、控制等信息的交互。
2.1主站
主要设备包括卫星天线、ODU、TDMA 主控终端、网管。主站负责发送TDMA 时钟参考信号和帧计划，是全网的时钟参考基准和卫星资源分配中心。网管负责整个卫星通信系统运行的集中控制管理，主要完成网络管理、资源分配、流量统计等功能。实际组网应用中可根据实际情况配置两台TDMA主控终端，互为备份，以提高整个卫星通信系统的可靠性。
2.2备份主站
设备配置与主站相同，主要作用是在主站出现故障时承担主站的工作，主备站之间实行自动切换，且在切换过程中系统仍能正常工作。
2.3远端站
远端站主要设备包括卫星天线、ODU、TDMA 业务终端。远端站以主站为参考，按照主站下发的帧计划在所分配的时隙内传送突发信息。当然远端站也可配置帧计划产生单元，以便于当主站和备份主站双双发生故障时，能将该远端站配置为主站，以增强系统的抗毁性。
三、组网工作原理
MF-TDMA卫星通信系统扩大了卫星信道的应用规模，支持同一时刻处理多路载波，支持多路载波间的频率跳变，支持载波速率变化。
在多个载波信道中，有一个称为主载波信道，这个主载波信道由参考突发时隙、测距时隙、申请时隙和数据时隙构成。一个远端站开机进入运行状态后，首先接收主载波信道，解析参考突发，获取帧计划；然后通过测距时隙，进行测距，完成主站与远端站之间的时钟同步；同步后，当时间到达该站突发时隙时传送突发信息。
各站接入的话音、数据、视频综合业务等首先要进行分段、打包处理，处理后获得的分组加入目的站址、数据保护等信息，然后通过申请时隙向主站发送业务时隙请求，主站收到请求后，从时隙池中选择空闲时隙分配给该站，并按照时隙分配表在指定载波和时隙位置上发送。在远端站接收端，进行解调和过滤，若目的站址不是本站则丢弃，若是则进行解封装处理。
MF-TDMA卫星通信系统组网时每个载波可根据站型能力配置载波速率，对业务量大的站点配用高速载波、对业务量小的站点配用低速载波。通过载波跳变频、变速率，不仅提高了系统网络的容量，而且信道分配更加灵活，可实现不同大小站型、多种业务类型的远端站灵活组网。但随着业务量的增多，现有卫星资源就显得捉襟见肘，那么如何来提高现有卫星的资源利用率呢？这时信道资源分配就显得更加重要。
四、MF-TDMA信道分配研究
MF-TDMA 系统的卫星信道资源是根据业务量的大小动态申请、分配的，具有突发性。传统的“FIFO”传输策略将不同类型的业务混杂在一起分享带宽资源，对实时性要求不高的文件传输业务影响不大，但对实时性要求极高的话音和视频等流类型业务来说影响会相当明显，如出现因带宽受限导致的话音或视频传输抖动、断续等现象。因此，业务在MF-TDMA卫星网络中传输使用时，必须设计合理的QoS保证机制，实行合理的信道分配算法。
4.1时隙申请与分配
当远端站与主站时钟同步后，则开始进行业务数据的突发传输。在信道分配集中控制方式下，信道的时隙分配由中心站完成。主站根据远端站的能力及申请的时隙数、服务质量保证等在载波组内为其分配载波和时隙信道。远端站再通过解析分配结果获得时隙的使用权限，在分配的时隙内进行发送突发数据。时隙分配表中包含着每个时隙的使用规划，由若干个分配单元组成，每个分配单元描述了一个时隙的类型和使用者[2]。
具体时隙申请和分配具体过程为：
1）每个远端站根据其业务的特性向主站发送申请信息；
2）主站的时隙分配表生成单元根据收到的每个远端站申请信息进行时隙分配表生成计算，得到时隙分配表后通过参考突发下发至全网各远端站；
3） 每个远端站接收到参考突发后，对时隙分配表进行解析，获得本地球站的数据时隙分配情况；
4）在分配的数据时隙内，各远端站发送业务数据。
由实际工程经验可知，帧中的数据时隙有四种使用方式：预分配使用方式、保证使用方式、按需分配使用方式和自由使用方式[3]：
1）预分配使用方式：指把载波上的某些时隙指定分配给某站发送业务，类型可以是实时的也可以是非实时的，为“不占用也满足”的分配方案，主要用于随时需要带宽保证的业务。
2）保证使用方式：指某站配置了保证时隙，系统必须给以分配保证，为“需要必满足”的分配方案。不同于预分配方式自始至终占用部分时隙，对于具有保证使用时隙的远端站，当业务所占带宽没有达到相应的保证量时，剩余的时隙可以分配给其它站使用，而一旦本站需要，系统将会对此站的业务予以优先满足。保证使用方式适用于那些带宽变化比较大，实时性要求不高，而且需要一定带宽保证的业务（如IP数据业务）。
3）按需分配使用方式：指按照带宽的申请量进行时隙的动态分配。
4）自由使用方式：主要为突发性的非实时业务所提供的时隙使用方式。
时隙分配要考虑时隙利用率、业务服务质量、时隙分配的公平性等，采用“实时业务时隙位置相对固定，非实时业务时隙重分配”的原则进行计算。
4.2跳频工作方式
跳频工作方式只要包括：发跳收不跳MF-TDMA、收跳发不跳MF-TDMA和收发都跳MF-TDMA三种组网系统，叙述如下：
1）发跳收不跳MF-TDMA组网系统
目前的MF-TDMA卫星通信系统大都采用发跳收不跳方式，发送载波的时隙可以在不同频点上跳变，接收载波固定在不同的频点上。设计时将所有远端站进行分组，一组由多个站构成，并为每个组分配一个固定的接收载波，称为值守载波。各站间进行通信时，接收站在值守信道上接收其它站发送给自己的信息，发送站将突发信号发送到接收站值守载波上，并根据所处的值守载波不同而在不同的载波上逐时隙跳变发送信号。
2）收跳发不跳MF-TDMA组网系统
组网设计时同样将所有地球站进行分组，并为每组站分配一个固定的发送载波。与其他站通信时，发送方在自己固定载波的指定时隙位置发送，接收方根据发送方的载波不同而逐时隙跳变接收。
多类站型混合组网通信时，大口径站配置的固定发送载波最高速率取决于所发送的小口径站的接收能力，而小口径站配置的载波最高速率则取决于小口径站本身的自发自收能力。与发跳收不跳组网方式相比，收跳发不跳系统大口径站的最高发送载波速率高于发跳收不跳系统大口径站的最高接收载波速率，而小口径站的发送和接收载波最高速率相同。因此从多类站型混合组网的系统容量方面比较，收跳发不跳MF-TDMA系统优于发跳收不跳MF-TDMA系统。
3）收发都跳MF-TDMA组网系统
此系统各站发送和接收突发信号都可根据所处载波的不同而跳变。不同于发跳收不跳和收跳发不跳系统，各站间不再进行分组。站间分配载波和时隙基于双方收发能力进行，即根据其不对称传输能力而分配不同载波上的时隙。因此，多类站型混合组网时，载波速率的配置取决于大口径站本身收发能力和小口径站本身收发能力。收发都跳MF-TDMA系统的多类站型组网能力优于收跳发不跳MF-TDMA系统和发跳收不跳MF-TDMA系统。
3种组网系统实现方式在支持多类站型混合组网的能力方面，收发都跳系统MF-TDMA最强，发跳收不跳MFTDMA系统最弱。在实际的应用过程中，发跳收不跳MFTDMA系统能够构建基于分组交换的网络，而收发都跳MFTDMA系统和收跳发不跳MF-TDMA系统只能构建基于时隙的电路交换网络。另外，在技术实现复杂度方面，发跳收不跳MF-TDMA系统最为简单。基于各自的综合优势和实际的应用需求，发跳收不跳MF-TDMA 系统得到了广泛应用并成了发展主流，但是如何弥补其支持多类站型混合组网能力的不足还值得研究，目前相关研究人员提出了一种双值守载波MF-TDMA解决方案来解决此问题，我们将在以后的应用中去检验。
五、结束语
随着各行各业信息化建设进程的加快，对中高速灵活组网卫星通信的需求越来越迫切。目前，MF-TDMA网是唯一支持中高速综合业务组网，也支持小系统独立组网应用的网络体系。
要想使 MF-TDMA系统能够发挥最大作用，实际使用时必须对其进行深入研究和规划，在保障任务需求和服务质量的前提下，给出帧效率较高、转发器资源利用率较高和站型配置合理的系统方案。相比其它体制卫星通信系统，MFTDMA 卫星通信系统的应用前景将非常广阔。
参 考 文 献
[1]郝学坤，孙晨华，李文铎.MF―TDMA卫星通信系统技术体制研究[J].无线电通信技术.2006，32（5）.P1-3.
卫星通信系统范文3
【关键词】卫星通信 射频设备 监控系统设计
随着信息化建设的不断发展，卫星通信在远海保障等领域应用越来越广泛，卫星通信的地位也越来越重要。卫星通信系统一般由室内设备和室外单元组成，室外单元一般安装在室外射频方仓内，由于卫星通信频率较高，射频方仓要求紧随卫星天线建设，由于场地的限制，卫星天线和卫星室内设备之间往往有一定的距离。卫星业务主要由室内设备担负，值班人员大部分时间都在室内机房，距离射频方仓有一定的距离，随着卫星业务量的增加，传统的定时巡看方式已无法满足业务需求，存在诸多不定因素，使得通信不间断的传输得不到可靠保障，因此设计和实现具有射频设备监控和报警功能的系统，对及时发现和排除设备故障，保障卫星系统的正常摘 要运行具有重要意义。
1 系统总体结构
高频段的卫星通信系统射频设备一般安装在距离业务机房较远的射频方仓内，射频设备大都预留了监测接口，可远程实现终端与设备的信息交互。基于此设计卫星通信系统射频监控系统，系统框图如图1所示。监控和处理设备是本系统的核心，通过软件方式控制数据采集设备采集设备参数，并通过数据采集设备实现设备的远程控制，并控制报警系统进行故障报警；数据采集设备通过设备监控接口实现各设备参数和状态信息的实时采集；报警系统实现设备故障报警功能。
目前卫星射频设备遥控口为网络接口，但接口协议为UART协议，因而本系统选取232/422协议的Nport5650串口服务器作为数据采集设备，由于业务机房距离射频机房较远，将串口服务器配置成485接口，各设备和服务器之间通过网线互联。监控和处理设备选用具有网络接口的普通电脑。
2 技术实现
电脑终端作为监控和处理设备，在软件控制下向串口服务器各端口进行命令输出，串口服务器再将各命令发送至各端口对应的设备，对设备告警信息进行采集、参数状态查询、参数设置。设备执行完命令，通过原路由发送相应参数至终端，在终端界面完成相应的显示。
2.1 串口服务器配置
配置主机地址为串口服务器初始化地址网段，然后安装NPort Search Utility，通过扫描，识别并配置串口服务器，进入串口服务器配置界面，配置通信方式为real com mode模式，速率为9600bit/s，编码方式采用8位数据位，1位停止位，并将串口服务器各端口映射到主机，设置各端口号，完成串口服务器配置。
2.2 软件实现
2.2.1 多线程通信控制
串口服务器具有八个端口，每个端口对应一类设备，每个设备需要状态信息采集、参数查询、设置多项线程等代码，反复调试、合理安排各命令优先级，避免冲突，使各命令有序进行。
2.2.2 缓冲区优化
每个串口发送接收多线程命令，每个线程发送结束后会将命令缓存到缓冲区，因此，针对缓冲区进行了优化清理，防止死锁。
2.2.3 参数查询功能
参数查询的原理是设备接收查询命令，并进行判别，并根据报文内容给予串口服务器终端相应的回执。主要完成报文封装和解析功能。
2.2.4 告警信息采集
软件告警信息采集以查询命令为依托，对设备状态进行关键字判别，获取告警信息，在相应的告警指示灯上以红、绿分别显示告警状态和设备状态正常，在告警情况下，通过音响进行音频输出，在人工干预下，可停止声音告警。每个模块告警状态设置循环查询功能，循环时间为每秒钟一次。
2.2.5参数设置
参数设置报文格式参数体中加载文本输入内容或选择开关等功能，对设备进行控制设置，实现远端本控/远控选择、参数更改等功能。
2.3 人机交互
软件设有登陆界面，设置用户名和密码，用户输入用户名和密码，输入数据与数据库进行对比，回答正确后软件自动登录至监控主界面，回答错误无法登陆监控界面。其登录界面如图2所示。
监控主界面采用名称化可按控件分布，索引菜单设置系统、窗口、帮助三项，可实现软件关闭、窗体分布、使用帮助等功能。点击各设备打开二级界面，可对设备状态进行查询，并设有告警指示灯，当各设备正常时，指示灯为绿色，告警时，指示灯为红色，并通过音响进行声音告警，软件主界面如图3所示。
3 应用举例
本文设计的监控系统应用于7.3米Ku频段卫星天线系统中，使用过程中发现天线接收信号衰减过大，通过该监控设备对天线控制系统进行监控，每秒钟采集一次参数信息，并将信息自动保存到TXT文本中。监测24小时，并将监控数据用matlab进行分析，分析结果如图4所示。
从图4可以看出天线控制器对星不准，正常天线俯仰角转动步长为0.02度，天线控制器在24小时内俯仰角3次由40度跳转到52度，约十分钟后再跳回原角度，天线大幅度转动，导致天线无法对准卫星，接收电平低。定位此设备故障后，通过更换了控制模块，设备恢复正常。
4 结束语
针对卫星通信系统射频方仓距离业务机房较远，值勤人员不方便管理的缺点，本文设计了一种卫星通信系统室外设备监控系统，该系统在软件控制下能够实现卫星射频各设备的实时监控、参数设置和故障告警，具有较强的实用和推广价值。
参考文献
[1]杜青，夏克文，乔延华.卫星通信发展动态[J].无线通信技术，2010（03）.
[2]闫保中，张磊，闫鑫.串口服务器在数据采集系统的应用[J].应用科技，2008（12）.
[3]罗晶波，李稚萱.基于串口服务器的便携式卫星通信地球站监控系统的实现[J]. 电信工程技术与标准化，2007（04）.
[4]张建平，曾小玲.基于单片机和串口服务器的远程数据采集系统[J].机械管理开发，2010（2）.
作者简介
杨吉祥（1974-），男，浙江省人。现为91917部队处长、工程师。主要研究方向为通信装备管理和工程建设。
卫星通信系统范文4
【关键字】 星通信系统 人防应急通信 应用
引言：卫星通信系统具有覆盖面广、长距离通信、可靠性强等优点，卫星通信不会轻易被地面的复杂通信状况所干扰；通信系统相较于其他通信系统而言更加灵活，局限性较小；并且卫星通信具有宽频带，大容量等优势，所以在人防应急系统中较为常见[1]。
一、人防应急通信
人防应急通信就是在发生自然灾害或人为突发状况，如火灾、洪涝灾害、大面积塌方、战争等情况时，利用不同的通信手段，建立合理的紧急救援通信网络，以确保救助、救援工作能够顺利及时的开展。人防应急系统是一种多通信手段并存的兴新技术，还涉及很多人员分配，技术配合等问题。与此同时，由于应急通信系统所处的环境的不确定性，救援队时常对人防应急通新系统提出很多特殊的要求，以便在技术层面对通信系统提供更多的保障。人防应急通信系统示意图如下所示[2]。
二、卫星通信系统介绍
1、卫星地面站。在进行高空卫星通信的同时，人防应急通信系统可以在地面布置卫星地面站，如短波电台等，卫星地面站可以用于各种自然灾害、战争破坏下不同地形地势中救灾的指令转达、资源分配和调度等使用，同时也可以应用到点对点通信系统中，如民众通信。这种通信系统具有很强的可移动性，实时性等优点，但是系统的安装成本较高，并且一旦部署完毕很难拆除更改，所以具有一定的局限性。
2、卫星电话。卫星电话是一种较为稳定的人防应急系统中常用的通信手段，它具有一定的稳定性，灵活性，可以进行实时的指令传达，但是存在终端设备限制等问题，无法大面积使用。
3、其他设备。较为常见的人防应急通信系统设备还有地面通信应急车、卫星通信便携站等，这些设备在一定程度上确保了人防应急通新系y的完备性、可操作性、可靠性、机动性[3]。
三、卫星通信系统在人防应急通信中的应用
在人防应急通信系统中对卫星通信就提出了如下要求：灵活性、稳定性、大容量，高速率传输等。一般的传输速率要求为：4Mbps-24Mbps，图像分辨率一般要求为352×288以上。卫星通信系统也应具备“总体部署、统一协调、应急通信为主、各个通信技术并存”的理念。
1、 在军事突发事件中的应用。在军事突发状况下，主要的技术局限性体现在战地的危险性、破坏性、反侦察性等。在这类人防应急状况下对卫星通信的要求较高，首先卫星通信应具有较好的隐身性能，这就对卫星的性能指标，如方向图、增益等提出了较高的要求。此时可利用无人机、直升机等平台进行卫星通信系统的搭建。其次该系统需要具备较强的灵活性，可靠性等，可利用装甲车这个平台进行战地部署。
2、在公共安全突发事件中的应用。在一些地质灾害中，由于这些自然灾害的突发性、不确定性，对此类人防应急状况，通信系统就提出了灵活性、机动性等要求。此类灾害是突然发生的，而且灾害的类型无法预知，所以针对此类灾害建立的系统可以进行底层基础设施的搭建，并提供较多的兼容性接口，以便能够实时适应各种新型技术手段，以及各种类型的突发状况。
四、在人防应急通信中使用卫星通信系统中应注意的问题
因为对人防应急通信系统有较高的要求，所以本文选取了卫星通信的技术手段，但是卫星通信对环境要求以及经济要求较高，所以在建立卫星通信系统时要注意相应的可靠性和稳定性，兼容性等，又来避免不必要的拆除和修改，以更好的适应各种环境、各个时期的不同技术要求。
五、结论
卫星通信具有实时性、远距离性、宽频带等优点，所以卫星通信系统在人防应急通信系统中有较为广泛的应用。
参 考 文 献
[1]余建国.SVC卫星应急通信保障系统探析[J].中国减灾，2012，（9）：54-55.
卫星通信系统范文5
关键词：卫星通信 信道编码
中图分类号：V271 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2015）06（b）-0023-02
随着国内民用航空系统的发展，卫星通信成为其不可缺少的一部分，中国民航局在《航空承运人运行中心（AOC）政策与标准》中规定，卫星通信是无线电语音通信的主要通信方式。卫星通信在世界上绝大多数地区内可用于空中交通服务（ATS）、航务管理、航空公司行政管理通信和航空旅客通信等。民用航空卫星通信系统以卫星为中继站，将机上语音及数据信息转发到地面航空网络。民用航空一般使用铱星系统和海事卫星系统传输语音及数据信息。由于卫星运行轨道距离地面几百、几千、甚至上万公里，因此覆盖范围远大于一般的微波通信系统。在卫星通信中，受到自由空间损耗、噪声、多径、多普勒频移等影响，信号会出现较大的畸变，在功率受限的情况下，需要采用较强纠错能力的信道编码方法来实现，将信号误码率降低。
1 现状
铱星系统为低轨卫星系统，卫星运行轨道高度为733米到785米，66颗卫星组成星座，覆盖了地区包括南北两极的全部区域，可支持的数据速率为4.8kbps（语音）和2.4kbps（数据），传输时延大于2.6ms。使用码率r=3/4，约束长度为7的卷积码作为前向纠错码。铱星系统轨道高度低，路径衰减小，传输时延短，便于减小卫星和终端的体积，成本低。
海事卫星系统是一种高轨卫星系统，也是一种地球同步轨道卫星，卫星轨道高度大约为35700km。海事卫星系统使用卷积码编码，维特比译码。
早期的民航卫星通信系统主要用于前舱语音通信，保证前舱及时地与地面建立通信。随着民用航空的发展，人们对于后舱使用卫星通信业务的要求也越来越迫切，而后舱通信的关键是大量数据同时传输，卷积码的纠错性能已经不能满足新一代的卫星通信系统。对于要求越来越高的卫星通信系统，高的传信率和低的误码率成为了衡量系统好坏的一个标准。新兴的Turbo码和LDPC码是卫星通信系统中较为理想的信道编码方法。
2 数字卫星通信系统
数字卫星通信系统模型如图1所示，u是信道编码器的输入，对u加入冗余校验位，按照某些编码规则编码后，编码器输出。卫星信道充足的带宽允许系统以较低的码速率传输数据，数据之间的符号干扰可以忽略，信道引入的加性噪声和干扰可以用高斯白噪声来模拟，并且这种噪声在符号之间是相互独立的。所以卫星信道基本上是加性高斯白噪声信道（AWGN）。
3 Turbo码
最初的Turbo码是由Berrou提出，编码结构中将两个系统递归卷积码（RSC码）通过交织器并行连接，一个信息比特产生两个对应的校验位信息，这两个RSC吗的编码器结构相同。它的译码采用迭代译码方案，两个分量码轮流调用软输入软输出（SISO）译码器，进行迭代译码。Berrou和Glavieux经过大量实验验证，采用随机交织器的Turbo码，信息序列长度为65535比特，通过18次迭代译码，在信噪比Eb/N0为0.7dB时，码率1/2的Turbo码能达到AWGN信道上误比特率（BER）小于等于10-5，从而证明Turbo码是一种逼近容量限的码。
Turbo码编码通过一个交织器将两个分量码编码器并行级联。交织器将信息比特重新置位，使得相同信息序列内的输入比特按照不同的方式排序。
假设信息位位数为k=1，定义输入信息序列长度为N，信息序列为，其中。输入信息一方面输入分量码1的编码器进行卷积编码，同时输入信息进入交织器交织后，产生相同长度但比特位信息不同的序列。然后将输入到分量码2的进行编码，从而得到了和这两个不同的校验序列。假设分量编码器1采用码率1/2系统递归卷积码（RSC码），同时分量编码器2也采用这种分量码，那么在不使用删余技术时整个Turbo编码器的码率就是1/3。整体码字由系统比特序列和校验比特序列和构成。这就是说时间i的编码输出为，其中。
为了提高Turbo码的效率，减少校验位，我们可以使用高码率的分量码，还可以对两个校验序列进行有规律的删余，接收端再将接受到的比特序列与信息序列复用起来，复用后的传输序列会输入到数据调制器。举例如下，为了将Turbo码的码率提升至1/2，可以按照如下的删余矩阵对两个校验序列进行删余
其中矩阵P第t行的0，表示将删掉校验位中的第t比特校验信息。那么如上所示的P矩阵表示删去校验序列中的偶数比特信息和中的奇数比特信息。要获得更高码率的Turbo码，可以参考文献[3]，获得更多的删余Turbo码性能分析和删余矩阵。经过删余后，在i时刻Turbo码编码器的输出为，其中由和交替组成。
Turbo码采用分量码迭代译码，将两个分量译码器dec1和dec2串行连接进行译码，其中分量译码器的输入输出均为软信息，而且译码过程中对应的交织器与编码中所使用的交织器类型相同。第一个译码器dec1对分量码1进行MAP译码，然后输出关于信息序列中每一比特的后验概率值，并从这个后验概率信息中分离出外信息，通过交织器后，输入到dec2；第二个译码器dec2将dec1输出的外信息作为dec1的先验信息，对分量码2进行MAP译码，输出针对交织后信息序列中的每一比特后验概率值，最后从这个后验概率值中分离出外信息值，对其解交织后输入dec1，进行下一次译码。经过这样的多次迭代，从dec1或dec2输出的外信息数值会趋于稳定，后验概率比将逼近于最大似然译码，即以迭代译码的局部最优解来近似得到最大似然译码的全局最优译码结果。
4 LDPC码
R.G.Gallager提出的LDPC（低密度校验码）采用随机方法构造校验矩阵，在迭代译码算法下，LDPC码也能逼近信道容量。
根据双向递归快速编码算法设计实现LDPC码的编码器。准循环双对角LDPC码，它同时具有准循环和双对角两种结构特性。作为一种准循环LDPC码，它的校验矩阵由多个大小相等的子矩阵构成，每个子矩阵为全零方阵或单位阵向右循环移位的置换矩阵。
LDPC码可采用多种方式译码，即大数逻辑译码（MLG），比特翻转（BF）译码，加权的比特翻转译码，后验概率（APP）译码，以及和积算法译码。和积算法在这五种译码算法中显示出最好的误码率性能，它的译码算法是基于置信度传播的迭代译码。类似于Turbo码的迭代译码过程，下一次迭代的输入是上一次译码输出时计算出的码符号可靠度量度。译码过程会迭代进行，直到满足算法中要求的停止条件。最后，根据计算出的码符号的可靠度量度，做出硬判决。
LDPC码在各种信道条件下，都比相同的目前已知的编码方式有更好的性能。对于长码，LDPC码的性能要超过Turbo码。
5 性能仿真
我们在AWGN信道上的信息传输模型为：
其中，服从高斯分布N（0，1），是与编码序列对的调制信息。若采用BPSK调制，则信道上传输的离散发送符号为
通过信道的传输、接收端相干解调，那接收机的匹配滤波器在i时刻的输出采样值为。
给出信息序列长度120，1/3和1/2码率的Turbo码短帧长仿真结果，见图4。采用分量码为（1，15/13）系统递归卷积码，分量码的结尾处理方式为截断和归零。调制方式为BPSK，信道为AWGN信道，译码算法为Log-Map算法，迭代8次。本文的交织器采用QPP交织器。
同时，图2给出了（1280，2560）码长的LDPC码性能仿真，其中包含两个LDPC码（分块数分别为8×16和16×32）。采用归一化最小和译码，其中归一化修正因子α取值为0.75，信道模型为AWGN信道，调制方式为BPSK调制，无量化迭代50次，每个点均统计800个错误帧。
6 结语
Turbo码近似于随机码，有较强的纠突发错误的能力，因此，被认为是应用于卫星ATM网络较理想的信道编码方式。而对于长码，与LDPC码对此，Turbo码存在错误平层，所以长码倾向于LDPC码，以提高系统性能。
参考文献
[1] 王新梅，肖国镇.纠错码-原理与方法[M].西安：西安电子科技大学出版社，1991.
卫星通信系统范文6
论文摘要：低轨道（LEO）卫星移动通信系统是卫星距离地面500～1500km，运行周期2～4小时的卫星通信系统。铱系统、全球星系统及系统是地轨道卫星移动通信系统发展最快的范例。LEO卫星移动通信系统具有广阔的发展前景
1 LEO卫星移动通信系统的特点
低轨（LEO）卫星移动通信系统与中轨（MEO）和静止轨道（GEO）卫星移动通信系统比较，具有以下特点：
1.1 由于具有更小的信号衰减和更低的传播时延，低轨卫星通信系统更有利于实现个人全球通信。LEO系统的路径传输损耗通常比GEO低几十分贝，所需发射功率是GEO的1/200-1/2000，传播时延仅为GEO的1/7~1/50，这对于实现终端手持化和达到话音通信所需要的延时要求是十分有利的。
1.2 蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术的发展为LEO卫星移动通信提供了技术保障。
1.3 由于地面移动终端对卫星的仰角较大，天线波束不易受到地面反射的影响，可避免多径衰落。
1.4 它在若干个轨道平面上布置多个卫星，由星间通信链路将多个轨道平面上的卫星联接起来。整个星座如同结构上连成一体的大型平台，在地球表面形成蜂窝状服务小区，服务区用户至少被一个卫星覆盖，用户可随时接入系统。
1.5 由于卫星的高速运动和卫星数目多，也带来了多普勒频移严重和星间切换控制复杂等问题。但不管怎样，低轨卫星移动通信系统的上述特点对于支持实现个人通信是有巨大吸引力的。
2 LEO卫星通信系统用户切换的一般过程
低轨卫星移动通信系统中，由于卫星的高速运动，使得它的波束覆盖区也跟着移动，而波束覆盖区的移动速度远大于用户的运动速度，因此，在LEO卫星移动通信系统中，切换主要是由于卫星波束移动引起的。
对于卫星移动通信系统中的呼叫切换，通常经历这样一个过程：
2.1 用户周期测量当前使用波束和邻近波束的导频信号或广播信道的信号强度的变化，以便确定它是否正在穿越相邻波束之间的边界或者处于相邻波束的重叠区内。
2.2 若用户进入相邻波束的重叠区，达到切换触发的条件，将开始启动切换过程。用户中止利用当前波束进行通信，等待分配信道利用新波束进行通信。
2.3 切换过程开始后，需要在新到达波束中为该用户按照一定的信道分配算法进行信道分配，并在原先波束中释放使用的信道；如果采用了波束内切换或信道重安排，则原先波束还须按照呼叫结束后的信道重安排算法进行波束内的信道优化分配，进行必要的波束内分配。分配完成后，将数据流从旧链路转移到新链路上来，完成切换。
3 LEO卫星通信系统用户切换的种类
低轨卫星通信系统用户切换可分为以下类型：
3.1 同一信关站和卫星的不同波束之间的切换
目标波束和现用波束在同一信关站和同一卫星内，该切换涉及两个波束的信道分配和修改同一信关站(不采用星上交换)或卫星(采用星上交换)的交换路由表。
3.2 同一信关站不同卫星之间的切换
目标波束与现用波束不在同一颗卫星内、但在同一个信关站范围内，它涉及两颗卫星的信道分配；对于采用星上交换的体制，需要改变两颗卫星星上交换路由表；对于卫星透明转发的体制，需要修改信关站交换路由表。
3.3 不同信关站同一卫星的波束间的切换
目标波束和现用波束属于同一颗卫星，但属于不同的信关站，它涉及两个信关站之间的切换，包括信道分配、改变地面线路连接、位置更新、记费等，对于采用星上交换的卫星还需要改变其交换路由表。
3.4 不同信关站不同卫星之间的切换
目标波束和先用波束属于不同的卫星且属于不同的信关站，它涉及两个信关站和两颗卫星之间的切换，信关站涉及信道分配、改变地面线路连接、位置更新、记费等问题，对于采用星上交换的卫星需要改变其交换路由表。
4 LEO卫星通信系统中用户切换目标卫星的选择准则
在低轨卫星移动通信系统的切换控制中，切换的目标卫星的选择策略对切换的最终性能也有着直接的影响。因此，根据系统的需要，设计出适合于本系统的切换目标卫星选择方案至关重要。目前，低轨卫星移动通信系统中的切换目标卫星选择策略主要有以下几种：最近卫星准则、最强信号准则、最长可视时间准则、最多可用信道数准则、覆盖时间与仰角加权准则及最小跳数切换准则。
其中，最近卫星准则认为距离用户终端最近（仰角最大）的卫星能够提供很好的服务质量（QoS），可从纯几何上对其性能进行分析，也称为最大仰角准则。采用该准则时，用户终端在任何时候都选择能够为其提供最大仰角的卫星。该准则实现简单，但一般不会在实际系统中采用，因为它既没有考虑无线信号在空中的传播条件，也没有考虑网络的运行状况。 转贴于
最强信号准则是终端在任何时候选择能够接收到最强信号的卫星。拥有足够高的信号强度是无线通信的一个基本条件，可以认为最强信号卫星准则能够提供较好的服务质量。
最长可视时间准则又称为最大覆盖时间准则。按照这个策略，用户将利用星座系统运行的先验知识，始终选择具有最大服务时间的卫星作为其切换的目标卫星。该准则基于对最小化系统的切换请求到达率考虑，延长了切换后呼叫一直被某个卫星服务的时间，从而可获得较低的被迫中断概率。
最多可用信道数准则为：用户选择具有最多可用信道数的卫星为它提供服务。该准则出于对整个系统信道资源利用率考虑，以使卫星系统中每个卫星所承载的业务量趋于均匀分布，避免因某个卫星节点超负荷而失效，从而影响到整个系统性能。应用这个准则时，不管卫星的具置，新呼叫和切换呼叫会经历相同的阻塞率或被迫中断概率，从而可以避免出现某个卫星超载的情况。
最小跳数切换准则则应用于具有星上路由的情况，策略要求用户在任何时候都选择能够为其提供最少跳数路径的卫星。在具体实现过程中，通信双方周期性检测其可见卫星中是否有比当前通信路径的跳数更少的路径，如果存在则进行切换，否则继续使用当前卫星进行通信。当然，如果通信双方的当前卫星出现低于最小仰角（或信噪比）时，也需要进行切换。假定卫星系统使用准静态路由算法，路由表项中带有卫星到卫星的路由跳数，而且其路由信息随着网络拓扑变化由系统自动刷新。
5 低轨卫星通信系统用户切换与路由
在切换时，由于服务卫星的改变，对于采用星上交换和星上路由的卫星通信系统，原有路由也需要被重新建立。重建路由有以下几种方案：全路由重建，部分路由重建，重路由结合扩展路由，动态概率优化路由，最小跳数路由。
其中全路由重建卫星切换方案：原有路由完全被新路由代替，该方案得到的新路由仍然是最优化路径，但其处理时延比较大。
部分路由重建卫星切换方案：当切换发生时，原有路由被部分保存，只有变化部分被更新，该方案处理时延比较小，但新生成的路由可能不是最优化路径。
重路由与扩展路由结合：切换后首先进行路由扩展，再进行路由优化。以降低延时，但信令开销增大。
动态概率优化路由：全路由重建节约带宽，但是扩大了信令资源，需要选择合适的优化概率P，在带宽和信令资源之间折中。即并不对所有扩展后的路由进行优化，而是以概率P，对一部分路由进行优化，一部分仍保持原扩展路由。
最小跳数路由策略：用户在任何时候都选择能够为其提供最少跳数路径的卫星。通信双方周期性检测其可见卫星中是否有比当前通信路径的跳数更少的路径，如果存在则进行切换，否则继续使用当前卫星进行通信。该策略能够获得较低的传播延时和较小的切换频率，具有很好的系统性能。
参考文献
[1] 陈振国，杨鸿文，郭文彬.卫星通信系统与技术.北京：北京邮电大学出版社，2003
