卫星通信分析精选(九篇)

第1篇：卫星通信分析范文

关键词：卫星终端；频率偏移；多载波干扰；载干比

中图分类号：TP275 文献标识码：A

1引言

卫星通信网络可以在任何地方为终端提供接入服务，其灵活方便性是地面通信网不可替代的。随着低轨卫星通信技术的迅速发展，每颗低轨卫星可以支持多个频段载波的终端进行相互通信，由于卫星相对于终端的高速运动，这将会导致载波间的频率发生偏移，相邻载波的频率信息将落入其他载波的频段范围内而产生相互间的干扰，这种干扰会导致终端接收到的有效信号的功率产生衰减，带来了信噪比的下降，误码率也会进一步的增加[1-2]，就目前情况而言，针对卫星通信终端多载波干扰的研究相对较少。因此，本文以终端同时接收不同频段的载波信息为背景，对载波频偏引起的载波间的相互干扰进行分析。

2卫星通信网络多载波终端系统

卫星通信网络多载波终端系统具有全球覆盖性和链接性。第一代卫星终端可支持商用卫星的C、Ku频段。由于卫星星座的出现，第二代卫星终端也应运而生，该终端可以提供更优的性能保障、互操作性、链接性，容量性能也得到了提升。随着卫星通信技术的迅速发展，卫星在一个波段内所支持的终端数目将不断增加，这些终端通过发送不同频率的载波信息进行相互间的通信。美国国防部目前要求，对于未来的终端架构体系，上行链路最少可以支持48种不同频率的载波信息，最多可达到96种，而下行链路则至少可以接收56种不同频率的载波信息，最多可达112种，每一个终端只需发送一个载波（这些载波的频率各异）即可，因此载波的数目将大大减少[3]。比如终端的数目为5个，则这5个终端能提供的总的载波的数目为20个，而在未来的终端体系中，每个终端只需要发送一个载波，因此所提供的总的载波的数目为5。由此看来发送的载波的数目将大大减少，这样可以防止带宽的进一步损耗，准确来说可以节省整个网络70%的带宽资源，带宽利用率大大增强。图1为卫星通信网络多载波终端系统图。

在卫星通信网络多载波终端系统的接收端可以同时接收来自不同终端不同频段的载波信息。为了使得接收机能用滤波器方法将其分离、提取，这些频带之间必须有足够的间隔，从而避免频谱之间发生混叠，载波之间也不会发生偏移，而间隔的选取取决于频谱效率和抗频偏能力上。如果载波之间的间隔越小，系统的频谱效率就会越高。但同时，过小的载波间隔对多普勒频移会非常敏感，由于卫星和终端之间的相对运动，会很容易造成载波间的频率偏移，引起相互干扰。因此，载波间隔的选择原则应该是在保持足够大的抗频偏能力的条件下采用尽可能小的载波间隔[4]。

4仿真实现和结果分析

根据上文的分析，在系统发射功率一定得情况下，本文主要仿真了终端系统载干比、干扰信号的功率、有用信号的功率以及系统信噪比损失随归一化载波频偏的变化情况。图2表明了当归一化载波频率偏移为0.05时，载波干扰比大约为20dB，当归一化载波频偏增至0.1时，载波干扰比约为15 dB，此时载波干扰比减少5dB，随着归一化载波频率偏移的不断增加，载波干扰比将不断减少。从图3，图4可以看出，当归一化载波频率偏移从0增加到1时，有效信号的功率将不断减少，干扰信号的功率将不断增大，这说明载波频偏引起的载波间的相互干扰使得系统的性能不断恶化。

图5分别给出了信噪比在10dB，20dB，30dB的情况下，解调端损失的信噪比随归一化载波频偏的变化趋势。从图中可以看出，信噪比损失随着归一化载波频偏的增加而增大，并且在相同载波频偏的条件下，信噪比越大，系统损失的信噪比也就越多。这就意味着如果仅仅采用提高发射功率来提高信噪比的话，并不一定实现，也并不一定改善系统的性能。同时本文采用BPSK调制方式，仿真分析了信噪比和误码率与归一化载波频偏的关系，如图6所示。

图6显示了在BPSK调制方式下，载波偏移量为0.05，0.1，0.15的情况下，信噪比和误码率的变化关系曲线。从图中可以看出，随着信噪比的增加，误码率将不断减小，当载波间出现相互干扰时，在信噪比一定得情况下，如果载波的偏移量越大，则误码率就越高，系统性能恶化的程度就越大。

5结束语

卫星终端在同时接收多个频率载波的时候，由于卫星和终端的相对运动，载波会发生偏移，引起载波间的相互干扰。本文对载波频偏对载干比、信噪比等性能进行了分析，仿真结果表明，载波频偏会使载干比下降，误码率升高，接收信号的有效成分将减小，干扰信号的功率将不断增加，系统性能下降，多载波间的相互干扰会给接收端造成不必要的影响，因此，研究干扰的消除方法将是下一步工作需要考虑的。

参考文献

[1]RuginiI， BanelliP. BER of OFDM systems in paired by carrier frequency offset in multipath fading channels[J]. IEEE Transactions on Wireless Communications， 2005， 4（5）： 2279-2288.

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[3]Beljour H， Hoffmann R， Michael G， Shields J， Sumit I， Swenson C，Willson A. Concept for an all-digital satellite communications earth terminal[J]. Military Communications Conference，2009， 53： 1-5.

[4]彭章友，刘艳艳，张兴. 高速移动正交频分复用协同系统子载波间干扰消除的信干比判断方法[J]. 上海大学学报，2010，16（6）：608-613.

[5]徐敬，张生. 对卫星通信链路干扰仿真分析 [J]. 指挥控制与仿真，2010，32（4）：82-85.

[6]庞宗山，李小民，郑宗贵. 载波频偏对OFDM系统的影响分析及仿真[J]. 信息技术，2011，2：12-15.

第2篇：卫星通信分析范文

由于MF-TDMA（多频时多分址）技术在支持综合业务的传输方面以及卫星通信灵活组网方面都有一个比较明显的优势，适合大多数不同规模的卫星通信网络。但是，多频时多分址技术也有其自身的局限性，工作模式属于突发模式，在资源的分配方面也存在一定的滞后性，因此在实际的工作应用过程中，必须对其网络工作的方式和系统的参数进行一个合理的设计，以提高多频时多分址卫星通信网络技术的使用效率。本文主要就MF-TDMA的工作模式进行了分析，并对其参数的选择进行了初步的设计。

【关键词】MF-TDMA 卫星通信 技术体制 分析研究

MF-TDMA技术是由90年代的单载波TDMA技术的基础上又经过一些列的发展革新而来的一种新型的宽带VSAT网，它对FDMA和TDMA进行了一个整合，吸取了两者的优点，并且借鉴了FDMA的设计理念，将TDMA技术体制进行了一个改善，解决了其庞大的缺点，让用户们的使用更加方便。系统的扩展能力很强，可以根据实际情况以及实际客户的需求自动的增加载波宽带和载波的数量，网络管理也可以对卫星的实时资源有一个动态的分配，提高IP数据业务资源的利用效率。

1 FMT调制解调技术

滤波多音调制技术也就是FMT调制解调技术，顾名思义它是一种多载波的传输技术，实际上它是与正交频分复用系统类似的多载波传输技术，其的基本原理就是发送端低通滤波器实现对每个子信道的频带进行一个严格的限制而达到的多载波的调制技术，其使用的低通滤波器必须是严格带限的。FMT与OFDM都是多载波的正交调制技术，但是二者还有所区别，OFDM的各个子载波的频道都处于一个重叠正交的状态，而FMT由于有严格带限的各个子信道而使得其相邻的子载波波频互相不重叠。

2 典型的网络结构

2.1 独立的网状和星状组网模式

MF-TDMA的卫星通信体制可以构建多种类型的网络结构。对于独立的网状和星状组图模式来说，其主要是依靠MF-TDMA卫星通信体制通过主载波和业务载波等的通信载波来支持的。在独立的网状组图网模式时，网内的各个站可以在主载波上接收广播的参考帧，并且还可以将申请信息发射出去，进行一个自主测距管理，然后经过主载波和业务载波两者实现一个相互之间的通信。在独立的星状组网模式下，网内的各个业务站要首先接受主站发射的广播载波参考帧，然后进一步的通过业务载波发射申请信息并实现分站与主站之间的一个通信，各个业务站之间也可以实现一个双跳通信，不过这个所谓的双跳通信是由主站来完成的，而测距管理则由主站在经过计算之后通过对业务站加以指导完成。

2.2 多点广播与通信融合网

MF-TDMA卫星通信技术不仅仅可以支持业务载波等通信载波的配置，除此之外还可以支持单独配置的广播载波。网内的各个站点可以将网状组网通信和广播载波发送广播信息的任务同时进行，比如，在进行网状组通信的同时可以进行视频、信令以及相关数据的传送与传输，网内工作的最大特点就是支持广播业务与通信业务共用一个网进行传输。

3 MF-TDMA体制的优势所在

3.1 系统灵活和广播能力较强

在现代通信卫星的发展过程中，对通信节点之间的组网能力有一个重要的要求，要求其有足够灵活，能够及时应对变化。到目前为止我国的MF-TDMA综合业务网已经可以比较灵活的形成星状网以及网状网了，并且，其发展已经相当成熟，在其同一个网内还可以灵活自如的形成不同的网络。比如，在同一个网内，可以将电话业务配置成为网状网，而将数据业务配置成为星状网，并且，还可以根据不同的实际情况，针对不同的业务部门的情况配置不同的虚拟子网，将数据广播和数据共享更加完美的实现出来。总而言之，MF-TDMA的一个显著的特点就是可以灵活的进行网络的重新配置，并且，MF-TDMA还可以将接有不同任务的不同的几个站进行一个对接，还可以对其的工作状态和实时的网络状况进行一个监控，系统呼叫转换的时间也大大的减短了。

3.2 业务支持能力强

在之前，对于稀路由的，端到端的话音或者是相对来说数据较为低俗的业务来说，大多都是采用SCPC/DAMA系统构成星状网进行转接，也有是通过小站业务经主站来完成转接的任务的。但是随着用户业务多样性的变化，通信网络也不得不使用多样性的服务来满足客户多样性的要求，尤其是针对于IP的业务，与普通的电话基于CALL-BY-CALL的模式不同，本端的IP数据需要在同一个时刻去到不同的目的地，这就是为什么采用MF-TDMA这一份体制来构成平时的IP网络了。

3.3 支持视频会议

对于MF-TDMA来说，其还有一个十分重要的应用就是其支持任一点对视频会议的功能，在新的MF-TDMA系统中，每一个站内发出的时隙，以及时隙所包含的信元，都可以经过合理配置，从而实现一方面指向目的地，另一方面进行广播应用，进行全网或者是分组用户通收，从而呈现所需要的视频会议。

4 MF-TDMA体制的应用设计

4.1 进行多类站型叠层组网的应用

所谓的提高多类地球站混合组网通信容量实际上就是通过采用一些双值守载波以及地球站分类和自动适配的技术实现的，通过这些技术的应用使得小口径地球站间可以使用低速度的载波、大口径地球站间可以使用高速度的载波，并且还实现了大小地球站间可以使用中速率的载波进行成企鹅状的组网通信，这些不同速度的载波的应用可以将地球站之间收发信号的能力充分的利用起来，从而加大多类地球站混合组网的通信容量。

4.2 应用规划

MF-TDMA系统的工作主要是依靠卫星透明转发器的工作，其参数配置的灵活性较强。因此，对于相同的通信网建设或者是任务保障来说，其可行的配置方案会存在很多种不同的方案，但是，需要注意的是在不同种类的配置方案中，其对应方案帧的效率也不尽相同，这就决定了其对于通信卫星的占有也不完全相同。使用的规划就是要达到一个在保证任务需求和服务质量的前提下，要找出帧效率最高，并且转发器资源的利用效率相对来说较高的系统配置方案，需要注意的是，在最终的确定阶段还应当结合地面站型的配置情况，来最终确定配置方案。总之，应当注意到以下的几点，任务的需求、地球站的类型、相关的气象信息等。综合考虑，确定最佳的配置方案十分重要。

5 总结

总而言之，MF-TDMA技术的发展经过了不断的融合与创新，其独有的灵活性为多样性的需求带来了便利，视频会议功能也是其特色，其的发展有了一定的进步，但是依旧存在一些不足需要去改进，其关于网络卫星资源的配置更是需要经过综合考虑各种因素，才能最终确定一个最佳的配置方案，这也是MF-TDMA技术在今后发展的主要方向，

参考文献

[1]沈玉.MF-TDMA卫星通信系统网络规划技术研究[J].无线电通信技术，2014，（4）：11-14，32.

[2]韩寒，李颖，董旭等.卫星通信系统中功率与时隙资源联合分配算法[J].通信学报，2014，35（10）：23-30.

[3]陈杰，谷世红.MF-TDMA卫星通信系统数据广播技术研究[J].硅谷，2014，（13）：27-28..

作者单位

第3篇：卫星通信分析范文

关键词：灾情；卫星通信；应用；发展前景

自然灾害的发生机理往往呈现出群发性特点，会由一次灾害变为一系列次生灾害，对环境、经济发展和社会都带来严重的影响。做好减灾工作减少人民群众生命和财产的损失是国家高度重视和关注的问题。从重大灾情的救灾工作经验分析，健全的通信体系保障是有效进行应急救灾工作的前提，卫星通信是建立在航天器与地球之间的无线电通信，不受任何条件和环境限制因此得到了广泛应用。

1 卫星通信特点及原理

卫星通信是微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术，利用人造卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行通信。而在地球站之间利用人造地球卫星进行通信的则称为卫星通信系统，卫星通信的工作原理：从一个地面站发出无线电信号，卫星通信天线接收到这个微弱的信号后会在通信转发器中放大，其功率和变频也会相应的放大，最后放大后的无线电波再由卫星的通信天线重新发送至另一个地面站，进而实现多个地面站的远距离通信。它具有以下优点：通信频带宽，传输内容大；通信距离远，费用与通信距离无关；通信范围大，只要在卫星发射的波束覆盖范围即可通信；不受陆地任何灾害影响；机动灵活，可用于车载、机载等移动通信；同一通信可用于不同方向和不同区域；通信链路稳定可靠，传输质量高；建设速度快。

卫星通信的缺点：在地球高纬地区静止卫星通信效果不好，尤其在两极地区处于盲区；通信卫星使用寿命短；10GHz以上频带会受降雨雪的影响；保密性差；卫星的发射和控制技术比较复杂；在春分和秋分前后数日内，因太阳干扰过强，每天有几分钟的中断。

2 卫星通信在重大灾情中的应用

2.1 应急通信在重大灾情中的重要作用

我国从建国初期就发生过许多自然灾害，综合每次处理大型灾害经验可得知，畅通的通信手段是救灾中最关键的一个环节，如果缺失这一环节，就失去了一个可靠的通信信息系统，不能及时将灾害现场信息实时传送出去，从而影响救援力度。一般突发公共事件分为自然类和社会类两种，前者如地震、飓风、重大火灾等，后者则是国与国自之间的突发性军事冲突。我国在2008年连续爆发了湖南雪灾、汶川大地震、拉萨动乱等重多地域范围广阔的灾难，总结各类灾难的救援经验教训，人们开始逐渐重视完善应急通信体系，完善各种应急预案，组建应急通信队伍，定期进行演练，从而使其在重大灾情救援中发挥积极的作用。

2.2 卫星通信在地震灾情中的应用

通常在发生重大自然灾害时，首先遭到破坏的就是地面基础设施，如电力系统、通信系统及交通系统，导致受灾地区通信全面中断。对其进行抢修会因道路中断而无法顺利进行，外界无法接收到受灾地区的信号，从而救灾指挥部因了解不到详细灾情，不能有效的组织救援工作。目前国际上在应急救灾工作中，大多数国家会选择应用卫星通信技术，如美国等西方国家利用空间平台的优势建立了卫星通信网络系统，在地震救灾中应用比较广泛的卫星通信技术有海事卫星电话、应急卫星通信车、VSAT卫星通信网。

VAST卫星通信设备具有体积小、成本低等特点，在进行网络组织时，传播信息量大，便于联系其他网络。尤其在地震救灾中，可以采取空投的方式向灾区投放VAST设备及配套电池，第一时间满足抗震救灾工作的紧急通讯，为灾区信息外传提供了准确的途径。海事卫星电话可以保证在第一时间帮助灾区传播信息，一般在灾难初期都会使用卫星移动电话，保证救灾人员的派遣以及人员安全。应急通信卫星车具备灵活、快速的开通传输信道，与移动基站车配合，迅速开通灾区的基站，有力支援救灾工作。

2008年5月12日14时27分，四川省阿坝藏族羌族自治州汶川县发生里氏8.0级地震，地震波及大半个中国及亚洲多个国家和地区，灾区地面通信完全中断，一时间灾区成为信息孤岛，严重影响救灾工作。卫星通信成为了唯一有效的应急通信手段，国家相关救灾部门和各大通信运营企业紧急调动各种卫星通信设备，据相关统计得知，投入地震救灾卫星设备和基站共1200多套。值得一提的是，我公司第一批救灾小分队，不畏艰难，随应急通信卫星车、应急基站车，日夜兼程赶赴灾区进行支援。到达灾区后，根据总部的要求，与友邻分公司的设备进行配合，通过加电测试、参数调整，第一时间开通了卫星通信的传输信道，随即开通了移动基站车。有了手机信号，灾区就不再是信息孤岛，有力的支援了抗震救灾工作，也为灾民的信息沟通提供了帮助。此外，通过空投VSAT通信设备，第一时间抢通通信网络，也为灾区的信息能及时传递起到了关键作用。

3 卫星通信的发展前景分析

卫星通信未来会朝着数字化、网络化和信息化的趋势发展，数字卫星会成为主流，具有星上处理和交换功能的卫星网会替代传统的弯管式卫星网。卫星技术会向高频段、大功率和大容量发展。由于数字技术的应用，可将通信、电视、声音广播、数据广播等功能集卫星于一体。空间光通信主要指是星际链路（ISL）和高数据率空间至地面的链路，用于几十Mbps甚至达Gbps的数据中继。宽带卫星系统还会将计算机网络与地面电话网融为一体，如果实现全数字化通信、电视会形成一种广义上的网络，其发展既要符合国情，又要有高起点，所谓高起点是采用国际上最先进的数字卫星技术以及最先进的信道压缩技术。除此之外，卫星通信系统还具有机动灵活、传播能力强及区域连接等潜在优势，是全球移动通信不可缺少的重要组成部分。如GEO-FSS卫星通信系统会大力开展BVSAT业务，通过以IP为基础的宽带多媒体传输系统解决“最后一公里”的有效途径，当前BVSAT的产品较多且使用效果好，甚至有些产品已经逐渐向移动业务MSS发展，从而会在车载、船载等移动通信方面得到广泛应用。卫星的数字电视/视频广播DVB会结合高速因特网形成DVB/IP业务，不仅符合现代社会潮流发展趋势，也会成为宽带卫星系统中的高效传输平台。因此，在面对卫星通信发展方面，应抓住机遇，面对挑战，不断改进和完善卫星通信投资环境，主动掌握和运用现代传播手段，积极推进卫星通信的发展。

4 结束语

总而言之，在重大灾害出现后往往受影响最为严重的就是公众通信网络，灾区通信出现故障，不能第一时间将灾区信息传给外界，耽误最佳救援时间。卫星通信覆盖范围广，受地面灾害影响小，从而在应急通信中卫星通信扮演者重要的角色，为灾区开展有针对性的救灾活动创造条件，在实现物资调度、紧急指挥等方面，均发挥了重要的作用。

参考文献

[1]李宝奇.卫星通信是突发灾害时快捷、有效的通信保障手段―卫星通信在中国联通“汶川”抗震救灾中应用介绍[C].//2008中国科协防灾减灾论坛论文集，2008：465-474.

[2]赵希，岳勇.卫星通讯在我国灾害应急体系中的应用需求分析[J].中国科技纵横，2011（4）：20.

第4篇：卫星通信分析范文

关键词：卫星通信；通信技术；发展趋势

Abstract: Satellite communication is developed in the scientific and technological progress, driven by new means of communication, has a pivotal role in the development of information technology for communication. This article focuses on the characteristics of satellite communication systems, technology and the future development trend, referred to the guiding role of satellite communications, and the whole communications industry!Key words: satellite communications; communications technology; development trends

中图分类号：TN927+.2文献标识码：A

引言

卫星通信系统实际上也是一种微波通信，它以卫星作为中继站（中转站）转发微波信号，在多个地面站之间通信，具有通信距离远、覆盖范围广、不受地面条件的约束、建站成本与通信距离无关、灵活机动、能多址连接且通信容量较大等优点，在全球许多领域应用效果很好，尤其在军事上具有重要的应用价值。卫星通信的主要目的是实现对地面的“无缝隙”覆盖，由于卫星工作于几百、几千、甚至上万公里的轨道上，因此覆盖范围远大于一般的移动通信系统。

卫星通信系统由卫星、地面站、用户设备三部分组成。卫星在空中起中转信号的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站，卫星星体又包括两大子系统：星载设备和卫星母体。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路，地面站还包括地面卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站。用户设备即是各种用户终端，包括收发器、显示器、电子地图等。

1.卫星通信系统的特点

1.1 下行广播，覆盖范围广：对地面的情况如高山海洋等不敏感，适用于在业务量比较稀少的地区提供大范围的覆盖，在覆盖区内的任意点均可以进行通信，而且成本与距离无关；

1.2 工作频带宽：可用频段从150MHz～30GHz。目前已经开始开发0、v波段(40～50GHz)。ka波段甚至可以支持l55Mb可s的数据业务；

1.3 通信质量好：卫星通信中电磁波主要在大气层以外传播，电波传播非常稳定。虽然在大气层内的传播会受到天气的影响，但仍然是一种可靠性很高的通信系统；

1.4 网络建设速度快、成本低：除建地面站外，无需地面施工。运行维护费用低；

1.5 信号传输时延大：高轨道卫星的双向传输时延达到秒级，用于话音业务时会有非常明显的中断；

1.6 控制复杂：由于卫星通信系统中所有链路均是无线链路，而且卫星的位置还可能处于不断变化中，因此控制系统也较为复杂。控制方式有星间协商和地面集中控制两种。

2. 卫星通信中的主要技术

2.1 CDMA技术。CDMA(码分多址)系统通过采用话音激活技术、前向纠错（FEC）技术、功率控制技术、频率复用技术、扇区技术等技术手段，可使CDMA系统容量大幅扩大，同时，它还具有抗多径干扰能力、更好的话音质量和更低的功耗以及软区切换等优点。CDMA以其本身所具有的特点及优越性而广泛应用于数字卫星通信系统中。特别是近年来，小卫星技术的发展为实现全球移动通信和卫星通信提供了条件，利用分布在中、低轨道的许多小卫星实现全球个人通信，已在国际上逐渐形成完善的体系。

CDMA移动卫星通信系统根据导频信号的幅度实现功率控制, 减少用户对星上功率的要求从而增加系统的容量，减少多址干扰；CDMA移动卫星通信系统可利用多个卫星分集接收，大大降低多径衰落的影响，改善传输的可靠性。此外，由于CDMA多址方式具有优越的抗干扰性能、很好的保密性和隐蔽性、连接灵活方便所等特点，决定了它在军事卫星通信上具有重要的意义。

2.2 抗干扰技术。卫星通信抗干扰主要通过传输链路抗干扰、软硬件设备抗干扰以及建立综合智能抗干扰体系等措施实现。

传输链路抗干扰主要有DS/FH混合扩频、自适应选频、自适应频域滤波、猝发通信、时域适应干扰消除、基于多用户检测的抗干扰、跳时(TH)、自适应信号功率管理、自适应调零天线、多波束天线、星上SmartAGC、分集抗干扰、变换域干扰消除、纠错编码和交织编码抗干扰技术等。软硬件设备抗干扰主要有光电隔离、硬件滤波、屏蔽、数字滤波、指令冗余、程序运行监视等技术。建立综合智能抗干扰体系可以通过建立软件化抗干扰硬件平台、建立智能化抗干扰软件应用系统，如：智能抗干扰系统、网络监测控制系统、专家策略支持系统等措施实现。

2.3 基于MPLS的移动卫星通信网络体系构架。MPLS（多协议标签交换）技术由于可将IP路由的控制和第二层交换无缝地集成起来，具有IP的许多优点(如扩展性、兼容性好)，又可很好地支持QoS和流量工程，是目前最有前途的网络通信技术之一。近年来，在地面固定网MPLS技术逐渐成熟后，该技术已向光通信、无线通信和卫星通信等领域扩展。现有的宽带卫星系统设计主要采用卫星ATM 技术，研究表明该技术可给不同的业务提供很好的QoS保证，并可利用面向连接的虚通路设计以及流量分类等方法为网络提供有效的流量工程设计。

卫星MPLS体系结构分为用户层、接入层、核心层三部分，其中，用户层包括卫星手持移动终端(直接接入移动卫星网)、小型专用局域网用户(通过小型地面移动终端接入卫星网)、其他网络用户(通过地面网关站接入卫星网络)等。接入层由标签边缘交换路由器(LER)组成，完成卫星MPLS网同其他网络以及卫星手持移动终端的连接，其主要功能包括实现对业务的分类、建立FEC和标签之间的绑定、约束LSP的计算、分发标签、剥去标签以及用户QoS接纳管理和相应的接入流量工程控制等。核心层由标签交换路由器(LSR)组成，完成信息按MPLS标签进行交换转发，其上主要运行MPLS控制协议和第三层路由协议，并负责与其他标签交换路由器交换路由信息来建立路由表、分发标签绑定信息、建立和维护标签转发表等工作。

3.卫星通信的发展趋势

在目前的通信卫星中，已采用许多代表当今世界通信卫星的先进技术，如氙粒子发动机、高能太阳电池和蓄电池、大天线和多点波束（如：THURYU、ASES、TORSS、GALILEO等卫星天线）、卫星星上处理器（如：窄带信道化器、数字波束成形网络和BUTLER矩阵放大器）以及射频功率动态按需分配等技术，这些技术的发展，对通信卫星和卫星通信的发展产生了深刻的影响。

3.1通信卫星向大、小两极发展。现代卫星通信的发展趋势之一就是卫星星体本身正在向大型化和微型化两个方向发展。一方面，各国为了提高卫星的灵敏度和星上处理能力，以及实现卫星的一星多能，把卫星星体造得越来越大，重量也越来越重。卫星大了也有弱点，易受电磁干扰和敌方反卫星武器的破坏，而小卫星、微小卫星却能克服这种弱点。如果用多颗小卫星组网来代替单颗大卫星，就可以提高卫星系统的生存能力。

3.2 卫星通信向卫星移动通信方向演进。卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信。随着技术的发展，卫星的功能逐渐增强，许多原来由地球站执行的功能被转移到卫星上去完成，从而使地面设备变得越来越简单，天线尺寸也随之大幅度减小。随着频谱扩展、数字无线接入、智能网络技术的不断发展，卫星移动通信在向卫星个人通信方向演进，用手持机可实现在任何地点、任何时间与世界任何地方接入卫星移动通信网的用户进行双向通信。

3.3 卫星通信与互联网技术相结合。由于卫星通信和计算机技术的飞速发展，产生了卫星互联网技术。目前卫星互联网的连接方式主要有两种：一种是利用宽带卫星的双向传输；另一种则是利用卫星的高速下载和地面网络反馈的外交互通信方式，即将卫星链路作为下行数据链路，而将电话拨号、局域网等其他通信链路作为上行数据链路，这种方式是基于当前互联网信息流量的非对称性提出来的，它是卫星通信的一个热点。

3.4 卫星通信宽带化。为了满足卫星通信系统用户对带宽的需求，卫星通信技术已向Ka、Q等波段发展。一些国家卫星系统已拓展直EHF频段。采用EHF频段有很多现有其他频段无可比拟的优点，一是扩大EHF频段的容量，大大减轻现有频谱拥挤现象；二是EHF的波束窄，可减少受核爆炸影响出现的信号闪烁和衰落，抗干扰和抗截收能力强。三是EHF 频段系统使用的部件尺寸和重量都可大大缩小和减轻。

参考文献：

[1] 储钟圻．数字卫星通信．北京：机械工业出版社，2006

[2] 孙学康．微波与卫星通信．北京：人民邮电出版社，2007

第5篇：卫星通信分析范文

[关键词]自适应传输系统技术；卫星；应用

中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）15-0322-01

随着互联网技术的普及与发展，宽带多媒体业务的发展与此同时进入了一个新的阶段，因此对于卫星系统的研究越来越引人关注，大多数的卫星系统工作于3GHz波段，然而，在这个波段上，卫星信道中因降雨导致的问题极其严重。为解决这种问题，卫星自适应传输的研究已成为新的热点，本文主要针对卫星自适应传输中的关键技术进行了研究，包括：系统容量分析，编码调制方式选择以及卫星多波束功率分配技术。并且文章展望了卫星自适应传输系统中的新技术。

1. 卫星自适应传输中的关键技术

本文研究了卫星自适应传输系统中的关键技术，我们这里通过理论容量限、离散调制方式、离散编码调制方式三个角度进行对频谱效率的分析，使卫星自适应传输系统有了理论参考，然后，对卫星信道中降雨导致的问题进行数据统计分析，在此基础上提出了一种有效的调制方式选择算法，而且还提出了一种多波束功率分配动态算法，这种动态算法是基于PSO算法之上。利用这种新的算法可以对卫星天线的多波束功率进行动态的分配操作。从而使整个系统的频谱效率达到最优，根据我们模拟的计算机仿真技术的结果显示，通过这种方法获得的频谱效率将为传统固定功率分配算法的两倍。

1.1系统容量分析技术

对卫星自适应传输系统的信道容量的研究分析，应当从理论容量限、离散调制方式、离散编码调制方式三个方面进行对信道容量的分析。根据对卫星信道中降雨导致的问题进行统计分析，基于统计概率最大原则和基于相对频谱效率损失最小原则的分析，提出了新的编码调制方式选择算法，这种算法可以使卫星自适应传输系统获得较高的系统容量利用较少的编码调制方式。由于考虑到多波束多用户的卫星信道特性和功率分配的公平性原则，通过运用粒子群优化算法对卫星天线多波束的功率进行优化分配，从而使卫星自适应通信系统的信道容量达到最大化。

1.2编码调制方式选择技术

编码调制方式选择技术是一种无线收发模块，主要应用于传感器节点间的数据传输，为了解决无线通信中载波频段选择、信号的调制方式以及数据之间的传输速度等等，编码调制方式选择技术与一般的通信技术很相似，与节点硬件平台有联系的主要是链路层与物理层（数据通信协议包括：链路层、网络层、应用层、物理层）。编码调制方式选择技术在卫星自适应的传输中可以进行数据的传输，从而使卫星信号传输到我们的生活中，帮助我们解决一些生活中的难题。

1.3多波束卫星天线技术

多波束天线不仅可以利用自身的特点覆盖地面上一定的区域，并且人们又可以根据在日常工作中的需要调整多波束的形状，这样一来，多波束天线技术就可以充分利用有限的频谱资源，与此同时可以使设备站的土地面积缩小。基于多波束天线的这些优点，因此在很多的方面都利用了这种技术，尤其是在卫星的研究发射上。随着多波束卫星技术的发展，新的多波束卫星天线技术在解决卫星信道中降雨导致的问题中发挥了强大的作用，尽管，我们研究了很多针对于卫星信道传输的技术，但是多波束卫星天线技术是一种很好的解决卫星抗雨衰的技术，并且多波束卫星天线技术将被用于下一代卫星自适应传输系统之中，基于一种粒子群优化的多波束动态功率分配算法，根据卫星信道降雨导致问题的时变情况，利用动态的技术，调整卫星波束的发射速度，从而使多波束卫星通信系统达到最大化的容量。

2.卫星自适应传输系统中的新技术

2.1无线电技术

由于现在紧缺的无线频谱资源，在很久以前一位博士曾经提出了无线电的意义 ，近年来，无线电的研究越来越受人关注，已经成为一项新的研究热点，经研究发现，这一技术的应用将有效提高无线频谱的使用效率，有利于卫星技术的发展，无线电技术的成熟可以在卫星通信技术中发挥巨大的作用，随着人类对其研究的脚步进一步加快，无线电技术，将会成为卫星自适应传输技术中的又一代新的技术。

2.2多输入多输出技术

现在，多输入多输出技术在卫星通信中已经得到应用，并且很多的学者认为这种技术的应用将会给人类带来巨大的收益，带动卫星技术的新发展，多输入多输出技术，它具有多种特点，首先它拥有抗多径、分集增高的特点，其次，这种技术的频谱利用效率高于其他的技术，从而成为它被广泛运用的最大特点。为使“多输入多输出”技术在卫星自适应传输系统中得到充分的应用，我们在今后的研究中应该针对不同场景下的多输入多输出技术进行研究，使其发展成熟。

2.3数字预失真技术

随着宽带技术的发展，卫星通信系统对其调制方式高阶数的要求变得更高，但是高阶的调制方式会失真当它经过高功率放大器时，然而传统的回退方法不利于卫星通信传输，容易导致传输效率低下，所以，我们需要研制一种根据放大器的特性对信号进行预失真处理的技术，从而提高功放效率，由于我们已经对卫星调制技术有了一些基础的研究，因此，我们可以利用先前的资源，在以往的基础之上对卫星系统中的数字预失真技术进行研究。

3.结语

卫星自适应传输技术多种多样，每一种技术都拥有自身的特点，随着现代科学技术的进步与发展，科技不断的创新，卫星自适应传输技术也在发生着巨大的变化，给人类的生活带来了很大的影响，本文主要研究了卫星自适应传输中的关键的几项技术，首先为，系统容量分析技术，其次是，编码调制方式选择技术，最后为，卫星多波束功率分配技术。通过对这些技术的分析我们又提出了一些新的技术，虽然这些技术在卫星自适应传输系统中应用尚未成熟，但是随着科学技术的发展，这些技术将会在卫星通信中发挥重要的作用。

参考文献

[1] 陈烈，郭庆，贾敏等.基于循环前缀的多普勒频移算法及其改进算法研究[J].现代电子技术，2016，39（1）：1-5

第6篇：卫星通信分析范文

关键词：卫星通信 Labview 级联编码

中图分类号：V474.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2013）01（a）-0-02

随着信息技术的不断发展，卫星通信已经作为一种应急通信手段被广泛使用在各个通信领域中，传统的C波段及正在广泛使用的KU波段卫星通信随着卫星频率资源的短缺而面临着很多矛盾，特别是近年来随着对卫星通信需求的增加和卫星通信的新技术的不断发展，人们开始向更高频段的Ka（20～30 GHz）方向进行研究。如何在高频段中选择不同的编码类型以适应于卫星信道的可靠传输是大家一直关心的问题。Labview软件是NI公司研发的一套图形编程语言，广泛应用在信号处理和建模中。该文通过对各系统性能的分析和比较，通过Labview中提供的不同卫星信道模型建模，分析了不同频段中编码的性能并进行了比较，同时也对在Ka频段中不同编码方式的性能进行了仿真。

1 系统及信道模型

卫星通信信道是一个远距离的衰减变化的无线信道，因此为了能保障数字信号能在整个信道的可靠传输，必须利用适合于卫星信道传输的数字编码技术。对于C波段和KU波段的卫星通信系统有效抵抗信道衰落的措施之一就是采用前向纠错编码技术（FEC），国际组织对于该频段的FEC标准也是采用了编码增益高、译码器实现又不太复杂的级联编码方式，而且外码均为RS码，内码则分别采用卷积码或者TCM方式，另外为了消除Viterbi译码器的突发错误，两者都采用了外交织器。适合于卫星通信的不同方式的级联码编码方式的的性能不同文章对其进行了分析和仿真[2]，与C和KU频段相比更高频段的Ka卫星通信中，大气层将会引起信号的额外衰落，这些衰落不仅是频率的函数，而且还是位置、仰角、季节的可行性函数。[1]，为了比较卫星系统不同编码的性能，各种适合于卫星信道的编码方式都进行了研究和仿真[3]。我们通过Labview软件中提供的不同信道模型来对这些级联编码进行不同的仿真分析，其中内交织器和解交织器用来仿真Ka频段的性能，其余用来仿真C波段和KU波段的性能。据此，我们可以建立采用级联码的不同频段（ka频段采用内外交织器图1中虚线部分）卫星通信系统模型框图如图1。

2 编码系统的性能分析及仿真

研究和仿真不同级联编码方式的性能，就是要有合适的仿真模型和逼真的信道模型，而Labview软件中提供了比较多的通信系统模块，特别是对于卫星通信信道的仿真可以更加趋于实际化。[4]LabVIEW图形化信号处理平台由千余个信号处理、分析与数学运算函数组成的信号处理与数学函数库组成，包含小波变换、时频分析、图像处理、滤波器设计、声音与振动、系统辨识、RF分析等专业方法的工具包，可与NI硬件的无缝结合，使算法得到快速验证与部署[5]。因此该文结合Labview提供的不同信道模型对以下方式进行了模拟仿真。

2.1 采用RS（255，233）外码，内码为（2，1，7）在不同频段下的性能仿真

在Labview中选择RS为卫星信道的外码，内码采用卷积编码的方式通过采用Ka频段方式[6]的仿真和采用C波段及KU波段的信道模型通过对比其误码性能图，如图2所示。

从图中可以清楚地看到，在相同Eb/N0的情况下，Ka波段的误码性能要明显低于KU波段和C波段，同时在无雨天的情况下在保持同样的误码率的情况下，Ka波段比KU波段的要低于3.5db的信号，这样也就说明了在Ka波段情况下卫星的天线尺寸可以做的更加小。

2.2 采用RS（255，233）外码，内码为 Turbo码和P-TCM的级联性能仿真

RS码作为适合卫星信道传输的可以纠正突发错误的信道编码，可以和不同的内码进行级联，我们选取TCM级联、卷积级联、Turbo码级联三种方式进行仿真如下：

从图3中可见Turbo码是一种具有很好纠错性能的内码，作为内码可以比卷积级联和TCM级联作为的内码的性能要好的多，同时与卷积级联码系统相比，虽然TCM级联码系统的编码增益较小，但其宽带效率却很高。因此要根据情况选择不同的编码

类型。

3 结语

该文通过对卫星通信系统中级联编码在不同频段下的性能进行了Labview仿真，通过图形化的编程语言和系统仿真，分析及仿真结果表明：在相同信噪比和同等级联编码情况下的情况下使用高频段可以进一步降低误码率提高系统的频带利用率，同时对与在Ka波段情况下采用内分组交织器可以进一步提高系统性能。同时通过单位不同频段编码效果的使用上来看，高频段的设备使用效能更加明显。

参考文献

[1] 王爱华，罗伟雄.Ka频段固定卫星通信系统编码方式[M].北京理工大学学报，2002（11）.

[2] 王坤，张青春.Ka频段固定卫星信道编码技术研究[J].微型计算机信息，2007（6）.

[3] 张威，徐熙宗等.RS级联编码在超短波通信与卫星通信信道的仿真分析[J].通信技术，2009（2）.

[4] 张振权，罗新民等.RS-Turbo级联码的性能仿真及其在图像传输中的应用[J].现代电子技术，2005（24）.

第7篇：卫星通信分析范文

随着上个世纪六十年代前苏联发射了第一颗人造地球卫星以来，卫星通信技术得到了日新月异的发展。卫星通信主要是利用人造地球卫星作为中继站、把两个或者是多个地球站联系起来的通信技术。卫星通信的发展是通信技术、计算机技术和航空航天技术等技术共同发展的成果，并且在国内外通信、国防、移动通信以及广播电视等各个领域都得到了广泛的应用。调制技术作为卫星通信的重要技术之一，对卫星通信技术的发展有着重要的影响，必须要加以重视。

【关键词】

卫星通信；调制技术；通信技术

目前随着各国通信技术的迅速发展，卫星通信业务日趋繁忙，通信容量也不断增加，传统的数字调制技术很容易使各个通信信道之间产生相互干扰、射频频谱拥挤等问题，不利于正常的卫星通信工作的进行，已经不能满足目前卫星通信技术的需要，必须要对其进行改造及更新，研究出新的满足时代要求的数字调制调解技术。以下本文主要将就卫星信道对调制体制的要求以及卫星信道对调制系统的影响因素进行简要的分析。

1卫星信道对于调制体制的要求

卫星信道广义上来讲，包括无线电波到基带信号在内的整个线路，其显著特点是电波传播的路径比较长，且在电波的传播过程中，很容易受到各种各样因素的干扰，从而使电波得到很大的削弱。同时，相对于高速卫星通信系统来说，宽带信号将导致非线性影响更加严重，这种严重影响尤其表现在高阶调制信号方面，所以，必须要对卫星通道中各种非理想因素以及卫星信道对于调制体制的要求进行一定的分析。

1.1已调波的波形必须要具有恒包络特性由于卫星通道信道具有非线性的特点，已调波的包络波动很容易引起频谱扩展以及相位失真等问题，所以调制后的波形必须要有等幅包络结构的特性。又由于一般很少采用幅度变化的数字调制，所以调制后的波形必须要具有恒定的幅度，并且以载波的相位以及频率的变化来传递信息。同时在调制技术的选择方面，应该注意到FSK技术的宽带利用效率比较低，而现在频率资源日益紧张，必须要高度重视资源的有效利用，所以FSK技术并不适用于当代的要求。另外，PSK技术比起来FSK技术来说，具有恒定的包络结构，资源利用效率也相对较高，但是PSK技术也存在着符号到符号之间不连续的相位转移，占用较宽的宽带等缺点。

1.2已调波的波形必须要具有良好的频谱特性只有已调波的波形具有最小的功率谱占用率，即快速的高频滚降特性才能尽可能地减少调制信号的旁瓣，从而达到减少卫星通道邻里之间相互干扰的目的。此外，已调波的波形除了要求主瓣宽度比较窄之外，还要尽可能地实现比较小的旁瓣，甚至没有旁瓣，这样的信号经过滤波之后，才能使得主瓣无失真地通过。同时由于被滤除的旁瓣的功率比较小，所以输出的信号起伏也比较小，从而大大减少了AM/PM转换效率。与此同时，当然，频谱扩展现象也会得到一定程度地减少，不过仍然会保持较小功率谱占用率的特点。相反，如果对调制方式的选择不恰当，已调波的高频滚降技术就会慢下来，从而使得旁边的旁瓣得到了更多的能量，得到很多能量的旁瓣会在滤除过程中产生很大的起伏，这就会增加AM/PM转换效率，频谱扩展现象也会随之增加，从而导致整个系统的性能下降，甚至导致无法维持正常的工作的状况。同时，在调制方式的选择过程中，还应该尽量考虑到卫星频带和功率的有效利用以及带限、延迟失真等现象。针对不同的系统，应该选择不同的适当的调制方式，兼顾卫星的频带效率以及功率利用率，只有这样才能最大程度上提高整个系统的性能，促进工作效率的提高。

2卫星信道对调制系统的影响因素

在中低速卫星通信系统中，主要考虑的是功率放大器对于调制系统的非线性影响。而在高速卫星通信系统中除了要考虑功率放大器的非线性影响之外，还应该考虑群时延、相位噪声以及其他各种因素对于调制系统的因素。下面本文主要就从这些因素入手，对卫星信道对调制系统的影响因素进行简要的探讨、分析。

2.1群时延对于调制系统的影响群时延是指群信号在通过系统进行传输的过程中，由于系统对于信号的影响而产生的时延。群时延主要包括线性群时延、抛物线群时延以及周期循环群时延特性等。在高速卫星通信系统的各个方面都可能会产生非线性相位影响，即群时延失真。在整个卫星系统中，一般来说，传输效率越高，传输宽带就会变得越窄，群时延对系统的影响就会比较大。另外，随着调制方式的不同，群时延的影响也会不同。对于抛物线群时延和线性群时延来说，信号通带的边缘大小对于边缘群时延具有重要的影响，它的大小决定了系统群时延的特性。另外，群时延通常以符号频率以及群时延的乘积为单位，相同的群时延在不同的符号速率下产生的信噪比损失也各不相同。一般来说，当群时延等条件相同时，符号速率越大，信号的衰减也会越大。

2.2相位噪声对调制系统产生的影响在载波的传输过程中，本振信号的稳定与否将会直接影响到信号的调解，而本振信号的不稳定性则主要表现为相位的不稳定。由于晶振本身的不稳定性形成对正弦波的相位调制，从而使得射频源发出非零宽带的载波信号，这就是所谓的相位噪声。随着卫星通信系统越来越多地采用相位键控调制技术，系统中产生的相位噪声对线路质量的影响越日趋明显，这种情况会引起载波相位抖动，从而导致全链路性能的恶化。所以在卫星通讯技术的研究过程中，必须要高度重视相位噪声对于调控系统产生的影响，不断通过相位噪声的建模研究、仿真分析等各种手段，对相位噪声进行全面的系统的研究，从而防止相位噪声对调制系统产生的不利影响，提高调制系统的工作效率，从而提高整个卫星通信系统的工作效率。

3小结

调制技术作为整个卫星通信系统中的重要一环，其改善和提高对于整个卫星通信系统工作效率的提高具有非常重要的作用，所以必须要高度重视卫星通信中的调制技术。以上本文主要就卫星信道对调制体制的要求以及卫星信道对调制系统的影响因素进行简单的分析，希望能起到一定的借鉴作用。当然，随着卫星通信技术的发展，研究人员不断发现并解决调制技术的各种问题并及时进行解决和更新，这样调制技术才能跟上卫星通信技术的步伐，从而更好的促进卫星通信技术的发展。

参考文献

[1]王坦,郭学义,张亚龙等.16QAM调制技术仿真及在卫星通信中的应用[J].山西电子技术,2013(05):51-53.

[2]徐华正,程乃平.卫星通信中连续相位QPSK调制的带宽效率分析[J].舰船电子对抗,2014,37(04):95-97,101.

第8篇：卫星通信分析范文

关键词: 卫星通信; 多输入多输出; 射线追踪; 模型仿真

中图分类号:TP9115 文献标识码:A

文章编号:1004-373X(2010)13-0076-03

Characteristics of Satellite Communication MIMO Channel Model Based on Ray-tracing

LI Yun-long, GAO Xiao-feng

(Modern Education Technology and Information Center, Henan University of Science and Technology, Luoyang 471003, China)

Abstract:It is difficult to research the channel of satellite communication, and the traditional method has obvious defects. In the future, the MIMO diversity technology will be used in satellite communication system, what will add the difficulty of the research on satellite communication system. Recently, the research on satellite communication channel by using the ray-tracing with its development is realized. The satellite communication MIMO channel model based on ray-tracing techniques in urban environments was setup, the performances of spatial diversity and polarization diversity were simulated and analyzed. The results show that satellite communication MIMO channel model based on ray-tracing technique can improve the channel capacity efficiently.

Keywords:satellite communication; MIMO; ray-tracing; model simulation

0 引 言

卫星通信系统的可靠性很大程度上取决于电波传播因素,卫星至移动终端的通信链路工作在较窄的信号范围内,地形和树木的遮蔽衰减以及由反射信号引起的多径衰落都会大大降低通信质量,甚至造成通信中断。因此,不管是在军用还是在民用环境下,卫星通信信道[1]的建模是一个必须研究和解决的首要问题。

由于地面移动终端所处的环境复杂且不断变化,使星地之间信道特性研究难度较大,国内外主要研究途径有三个方面[2]:建立数学模型的理论分析;信道特性的仿真研究;进行实测,以供设计系统时参考。前两种方法着重于理论上的研究,而第三种方法必须要利用卫星或飞机进行实测,费时费力,特别是在预研阶段的前期研究中,由于条件的限制,在国内进行星载或机载试验,在技术和经费上都有问题,随时随地对实际卫星移动通信信道[3]进行测试常常不可能实现。所以,如果能够根据卫星信道的特性,建立一个能够很好反映卫星移动通信信道传播特性的模型[4],将是一个较好的解决办法,具有重要的实际意义,而射线追踪法[5]的出现,为这一问题提供了较好的解决办法。

1 射线追踪法简介

射线追踪技术在20世纪90年代以来被广泛地研究,其算法是基于几何光学理论,是光学的射线技术在电磁计算领域中的应用,能够准确地考虑到电磁波的各种传播途径,包括直射、反射、绕射、透射等,能够考虑到影响电波传播的各种因素。

在射线追踪法中,电磁波可被简化为射线,从而使用光的理论比如反射定律、折射定律、光程定律等研究电磁传播特性。同时,对于障碍物的绕射,通过引入绕射射线来补充几何光学(GO)理论,即GTD[6](Geometric Theory of Diffraction,几何绕射理论)和UTD[7](Uniform Theory of Diffraction,一致性绕射理论)。

射线追踪法的基本思想是:把从源点辐射出的电磁波分解为一条条射线,能量在各自独立的射线管内传播,对每一条射线的传播进行追踪,直到射线到达目标点或射线能量低于需要考虑的限度。在这个过程中计算出射线能量,求得所有到达接收点的射线,然后采用向量迭加的方法得出辐射源的影响。射线追踪法所需要的地理信息通常为两大类:所在地的几何描述;所在地的形态描述,即所在地的材料特性。单个建筑物室外所在地模型包括6个多面体面,其中4个多面体面为墙,1个面为屋顶,1个面为地面。

2 卫星通信MIMO信道特性与建模

在城市环境中,卫星信道具有多径效应,卫星通信多径链路如图1所示。由于收发终端设备间的距离很远,另外散射体也和卫星很远,所以使用的接收天线的增益高,传播路径的相关性低,同时到达地面散射体的电波为平面波,到达地面终端的电波多集中于有限的角度范围内,主要由二维正交极化成分组成。

图1 卫星通信多径链路示意图

卫星MIMO通信系统采用了分集技术,即多个卫星和一个多天线或者多极化的接收终端通信,分集技术的应用可以为整个系统提供额外的增益,提高系统性能。对于卫星,可以通过放置于大距离分隔开的轨道位置用以提供空间分集,虽然这样放置卫星对阴影效应提供的增益可以忽略,但是它提供了空间分集增益与小尺度衰落增益[8]。

本文研究的是陆地双星通信,引入MIMO抗多径技术,研究两个相邻同轨道卫星在城市环境下,分别对使用不同分集方式的天线进行通信的情况。运用射线追踪法建立可信、适用和完整的信道模型,并进行性能仿真,分析了潜在的卫星信道容量增益。

模型中天线的极化方式为圆极化,当信号在导体表面反射时,圆极化方向会反向。在散射环境中,能量在多径传播机制中传播,合成的正交极化成分中有用的功率,因此,模型反映了组合信道和天线的系统,而不是纯粹的信道描写。

这里通过仿真研究了S波段双星MIMO信道,模拟了两个临近的低轨卫星(各使用一个右旋极化天线)与地面使用空间分集和极化分集方式的两种天线接收系统进行通信的情况。仿真场景如图2所示,在城市较远处(12 km)上空,设着两个发射机,仿效两个右极化的通信卫星(仰角30°),发射机间相距10个波长。接收机放置于城市环境中,如图2中曲线所示。对于空间分集,沿接收路径成对放置396对接收机,一对接收机间相距4波长,组成MIMO接收系统,接收天线均是右旋极化方式;对于极化分集,沿接收机路径同一位置上放置396对接收机,一对接收机中的两个天线分别使用右旋和左旋不同的极化方式。仿真模型参数设置中,设置建筑物高度为15~100 m,接收天线高度为1.7 m,载波频率为2.45 GHz,带宽为200 MHz,天线间不考虑的干扰,完全隔离,其余相关参数采用的是典型的实际天线参数,仿真采用Full 3D模式。

图2 城区环境仿真场景图

3 数据处理

对于发射机的每个发射天线都具有相同平均发射功率的慢衰落MIMO系统,考虑信号为窄带的、点到点的、接收机精确信道估计的、无回馈的信号,那么MIMO信号模型为:

r = H•s + n

式中: r 为M×1的接收信号向量; s 为N×1发射信号向量; n 为M×1独立同分布加性复白高斯噪声向量,每个分量的方差是σ2; H 为M×N信道矩阵,其中第i行、第j列矩阵元素表示为hij,N和MХ直鹗欠⑸浜徒邮仗煜呤目,则MIMO容量为[9]:

C=log2det I M+ρN HH H (1)

式中: I M表示单位M阶矩阵,H H表示矩阵 H 的共轭转置;det表示对方阵求行列式值;ρ为接收机每根接收天线分支上的平均信噪比(SNR);C表示系统容量。这样就可以从射线追踪法得到的参数来构造信道矩阵 H,然后按照式(1)得出系统容量C。Х⑸浜徒邮仗煜叨灾间的信道冲激响应可以表示为所有被接收天线接收的射线向量:

g ij(t)=∑Mk=0Pk•eiθk•δ(t-τk) (2)

式中:Pk,θk和τk分别为接收功率、位相角和第k根射线的相对时延;M为被接收的射线的数目;δ(t)为δ函数。б虼苏带的系统频率响应为:

hij=∑Mk=0Pk•eiθk•e-i2πf0τk (3)

利用式(3),构建信道矩阵 H,Pk,θk和τk等参数可以利用射线追踪法得到。这样所有的N×M个hijЬ投际歉词。

另外,通常对接收信号的概率密度函数做数学上的近似,进而采用统计模型来分析和研究卫星移动通信信道传播特性,这是因为概率分布模型通过利用概率分布函数来建立对传播过程的理解,对实际情况作了简化假设,其分析过程比较简单,物理意义比较明确,仿真实现比较简单,因此,在对卫星移动通信信道[10]传播特性的研究中,通常采用概率分布的统计模型来对卫星移动通信信道进行建模。

这里,如果沿接收路径放置若干个接收天线,另外考虑到现实的衰减和典型的信道编码噪声,选取适当的噪声参数,在此基础上就可以计算得到每个信道样本的容量C,进而得到累积分布函数(CDF)。

4 仿真结果分析

对于图2中各接收机,分别提取出每个天线接收功率、到达角、时延等参数,另外考虑到现实的衰减和典型的信道编码噪声(这里取接收机平均信噪比为15 dB),在此基础上计算得到了每个信道样本的容量C,进而得到累积分布函数(CDF)。

在计算接收功率时,由于模型中发射机到卫星还有一定的距离,为了使结果准确,考虑使用了相对于自由空间损耗的接收功率。得出的信道功率的累积分布函数如图3所示,实线为空间分集,虚线为极化分集。图中展示了标准窄带陆地卫星移动信道特性,对于极化分集系统,接收功率为自由空间衰减35 dB以下时达到1%的信道衰减,而对于所建的空间分集系统,接收功率大约为自由空间衰减33 dB以下时达到1%的信道衰减。

图3 相对于自由空间损耗的功率分布

最后,对此MIMO信道的数据进行了研究,分析了相对于SISO系统潜在的容量改进,如图4所示,粗实线为SISO信道容量积累分布,虚线为空间分集信道容量积累分布,细实线为极化分集信道容量积累分布。结果显示,相对于SISO系统,50%的信道大于2.4 b/cycle,而对于分集系统,这个值为3.8 b/cycle。如果考虑指标为10%,那么对于SISO系统信道容量为0.9 b/cycle,空间分集系统为3 b/cycle,极化分集系统为3.3 b/cycle。说明使用MIMO技术对于SISO系统有很明显的改进。

图4 信道容量累积分布图

5 结 语

研究了卫星移动通信的信道特性和建模方法,建立了基于射线追踪法的卫星MIMO信道模型,分析了其相对于自由空间损耗的衰落特性,分别对其空间分集和极化分集性能进行了研究,计算了其信道容量积累分布,并与单卫星SISO系统进行了性能比较,结果表明基于射线追踪法的卫星MIMO信道模型能有效提高信道容量,相对于SISO系统有很明显的改进。卫星信道建模一直是卫星通信系统的难点,本文的工作为解决这一问题进行了有益的探索。

参考文献

[1]李锐.对卫星通信及卫星信道的论述[J].中国新技术新产品,2009(13):14-16.

[2]CYAN D, DIPPOLD M, FINKENZELLER J. Models for the land mobile satellite channel[J]. Archiv. Elec. Ubertr., 1988, 42: 329-339.

[3]朱析,李庆,朱立东,等.基于信道特性的低轨卫星切换性能研究[J].空间电子技术,2009,6(2):8-12.

[4]刘明富.无线通信系统中的信道模型及信道检测[J].科技资讯,2009(3):29-31.

[5]BROWN P G, CONSTANTINOU C C. Investigations on the prediction of radio wave propagation in urban microcell environments using ray-tracing methods[J]. IEEE Proceedings: Microwaves, Antennas and Propagation, 1996, 143(1): 36-42.

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[7]ANDERSEN J B, WIART J. EURO-COST231 TD(96)-003 UTD transition region diffraction[C]. Belfort: [ s.n.] , 1996.

[8]EVANS J V. Satellite systems for personal communications[J]. IEEE Antennas and Propagation Magazine, 1997, 39(3): 7-20.

第9篇：卫星通信分析范文

【关键词】 甚小孔径终端 卫星通信 电力系统 应急通信系统

甚小孔径终端[1，2]（VSAT，Very Small Aperture Terminal）卫星通信系统以其微型化、速率高、建设快等优点已逐步成为电力系统行业中应急通信网的最佳选择。文中以大渡河流域卫星应急通信系统为例，介绍了大渡河流域卫星应急通信系统的网络结构和业务数据，阐述了VSAT卫星通信系统部分关键技术在大渡河集控中心的成功应用。

一、VSAT卫星通信体制

目前VSAT卫星通信系统常见的体制有3种，分别是单路单载波[3]、单路单载波/按需分配多址[4]和时分复用/时分多址接入[5]。

SCPC和SCPC/DAMA实际上都是传统的FDMA分配方式，在频域上每路载波互相分离，每个远端站均独享1路载波。SCPC/DAMA在SCPC基础之上引入了DAMA技术，使得每个远端站可以做到按需享用卫星容量，提高频带资源利用率，但同时增加了网络管理的难度。SCPC与SCPC/DAMA系统优点是线路延时小、线路专用；缺点是频带资源利用率相对较低，灵活性较差，只适用于业务量相对稳定的卫星通信网络，不适合突发性业务的卫星通信网络。

TDM/TDMA体制。TDM/TDMA系统在中心站至远端站的下行通信方向上只有1个TDM广播载波包，每个远端站使用TDM技术从这个TDM广播载波包中解析出各自站的数据。在远端站至中心站的上行方向上，传统的S-Aloha TDM/TDMA系统所有远端站采用TDMA技术，在每个时隙上以竞争的方式发送TDMA载波，如果发生时隙碰撞则重发，以此来保证通信成功。最新的TDM/D-TDMA系统采用D-TDMA（决定性TDMA），带宽利用率比传统的S-Aloha提高了3倍，其决定性的TDMA机制使系统能够快速响应远端站的通信需求，对每个远端站做到了按需分配带宽，适合远端站突发性业务需求，使得整个卫星频带资源得到最高效的使用。

二、大渡河卫星通信系统结构

2.1 卫星体制

大渡河流域卫星通信系统业务数据主要是中心站（集控中心）与远端站（各流域梯级水电站）之间一些突发的通信业务，各远端站之间几乎无数据交互，通信类型呈星型通信网络结构。综合考虑信道带宽利用率、系统灵活性以及今后远端站扩容等因素，大渡河流域卫星应急通信系统采用TDM/D-TDMA卫星传输体制。

2.2 带宽需求

中心站（集控中心）与远端站（各流域梯级水电站）的应急通信业务主要是监控系统IEC104数据（遥控、遥调、遥信）业务和VOIP卫星应急电话语音业务。经过测试每个远端站配置128kbit/s带宽即可满足需求。系统实际租用卫星为中星5A，轨道位置为东经87.5度，KU转发器为24个（16x36MHz，8x72MHz）；租用频谱带宽为1MHz，上行、下行各500KHz，换算成信息传输速率后上行、下行各约为600kbit/s。

2.3 中心站网络结构

系统由1个中心站（集控中心）、4个远端站（瀑布沟电站、深溪沟电站、龚嘴电站、铜街子电站）和1个移动便携式卫星小站组成。远端站将来可扩容至20个站，可覆盖全流域各梯级电站。按照电力二次系统安全防护分区，为实现不同业务数据之间分区隔离，中心站与远端站均划分3个VLAN。为保证中心站的可靠性，中心站侧的重要设备：上变频功率放大器（BUC）、低噪声下变频器（LNB）、卫星调制解调器（MiniHub）均采用1+1热备配置，中心站网络结构如图1所示。

三、业务数据应用

3.1 业务数据网络结构

业务数据包括计算机监控系统IEC104数据（遥控、遥调、遥信）业务和VOIP卫星应急电话语音业务。集控中心监控系统接入交换机与电站监控系统接入交换机通过卫星通道连接，实现IEC104数据的卫星通道传输功能，IEC104数据在卫星系统中的网段为VLAN10。集控中心电话程控交换机通过卫星通道将VOIP电话部署到电站中控室，实现卫星电话功能， VOIP卫星电话网段为VLAN20，系统业务数据网络结构如图2所示：

3.2 出/入向载波关键技术

目前系统由于只有4个远端站和1个移动小站，因此系统载波由1个下行TDM载波和1个D-TDMA（确定性时分多址）入向载波组成。一个上行载波能支持的远端站数目取决于实际通信业务需求和载波大小，随着新建的16远端站陆续接入，今后可以配置成多个D-TDMA上行载波。系统在下/上行载波进行了IP应用优化，实现了TCP/IP加速和加密。下行载波为TDM技术的一个高效广播包，以最佳的方式对数据包进行分址、排序和传输，每个远端站都分配一个唯一的ID号，广播数据流用相应的ID号进行编码，广播包中的所有数据都能准确地被远端站接收。为了获得了最大卫星空间资源利用率，下行载波利用高效、简洁的HDLC帧结构来封装完整的IP包，从而避免了在卫星侧拆数据包的工作。上行载波被划分为12个时隙（time-slot），每个远端站在上行载波上被赋以一个最小的承诺信息速率（CIR值）以实现带宽共享，使所有远端站能够高效地共享有限的带宽资源。中心站BUC功率为16W，远端站BUC功率为8W，BUC本振频率为13050MHz，LNB本振频率为11300 MHz。上行载波（Upstream Carrier）与下行载波（Downstream Carrier）各项配置参数如表1所示：

3.3 业务数据流量分析

系统根据每个远端站预先制定的Qos策略和实际通信业务需求来分配相应的卫星带宽。系统以每秒8次的速度实时调整每个远端站的带宽分配，非常适合本系统突发性的TCP/IP业务的网络应用。由于卫星通信系统是备用的应急通信系统，因此正常情况下无业务数据传输，只有很少一部分系统Qos链路管理数据传输，因此在入向载波上的12个时隙（time-slot）中，每个远端站只占用了1个时隙，大部分时隙处于空闲状态，时隙使用情况如图（3）所示，2/3的时隙处于空闲状态，工作时隙只有1/3（红色部分）。

系统入向载波流量数据监视图如图（4）所示，在入向载波上Qos链路等管理数据流量很低，大约为4～5kbps，单个远端站IEC104数据与VOIP语音等应用数据启用后，流量大约为60kbps，系统入向载波配置的带宽为634.57 kbps足够4个远端站和1个移动站使用。

四、结束语

大渡河流域卫星通信系统自投运以来，作为地面光纤通信的重要补充，为大渡河集控中心与流域各梯级水电站之间提供了稳定、可靠性的应急通信电路，满足了集控中心对通信通道高可靠性需求。文中以大渡河流域卫星应急通信系统为例，介绍了大渡河流域卫星应急通信系统的网络结构和业务数据，详细阐述了VSAT卫星通信系统关键技术在大渡河集控中心的成功应用，为今后进一步扩大VSAT卫星通信在电力系统中应用提供了积极的参考。

参 考 文 献

[1] FELIX L.E.M， PONTES M. S . Unavailability due to rain of VSAT networks operating in Ka and Ku bands in Brazi. International Journal of Satellite Communications and Networking，2006，24（3）

[2] 高毫林，黄炎，张白愚. VSAT卫星信号中的邮件数据分析与提取. 通信技术，2008，41（5）

[3] 方华，丁科，续欣. SCPC/DAMA卫星地球站软件设计与实现. 通信技术，2010，43（12）