卫星通信网范文

卫星通信网范文（精选10篇）

卫星通信网 第1篇

由于Internet的驱动,卫星通信正转向满足数据通信的全面需求。一方面,已经成熟的基于C波段和Ku波段技术的VSAT系统不断演进满足了Internet业务的要求,并成为全球Internet网的一个重要组成部分;另一方面,采用更高的Ka频段技术、可真正实现个人通信的宽带卫星通信系统,特别是低轨道卫星群系统正在开发、试验和建设之中,卫星通信被越来越多的电信网运营者、ISP及ICP等选作提供Internet服务的重要手段。目前,VSAT是卫星通信中的主流技术之一,随着各种新应用的出现,对VSAT高速率提出了要求。目前建设的VSAT网出站链路速率高达2Mb/s,许多VSAT公司计划在世纪之交使网络速率达到20M b/s或更高。[1]

VSAT系统还不断吸收各种最新的信息技术,如IP Multicast、数字广播技术、PUSH技术,支持TCP/IP,UDP/IP等协议,把卫星高速宽带广播的特点扩展到网络应用,为众多新应用提供有效的解决方案。事实上,VSAT已成为当今世界上高速发展的数据业务,特别是Internet的一部分。[2,3]

2 VSAT系统的Internet接入方式

2.1 扩展Internet到边远地区并在ISP间提供链接

VSAT为通信能力不足的地区提供点到点相互连接,在大ISP和它们下属的小ISP之间提供高速连接,这种连接主要在一个国家内部,入向速率即发往主要ISP的信息量相对较低。例如,中国科技网网络中心和它在全国50多个入口点的连接、金桥信息网的VSAT服务网、中国教育网的高速卫星通道筹都可归属于这类应用。[4]

2.2 为大型ISP提供远程Internet连接

据统计,目前大约80%的Internet信息内容存储在美国本土的计算机。许多ISP、内容提供商、通信业务运营者和跨国企业希望高效地接入北美Internet骨干网,通过卫星系统直接建立和美国Internet的高速链路。这些链路可以是速率对称的也可以是非对称的,链路两个方向都具有相对稳定的数据流。由于Internet业务量的不对称性,通常针对客户的确切需求提供非对称卫星链路。目前提供这类产品和服务的公司很多,系统一般采用SCPC/DAMA体制。例如,Loral Orion公司经过中国电信(香港)国际接入公司(CTIA)的支持,向在中国的跨国公司提供卫星跨国界专用网服务。[5]

2.3 直连到计算机[6]

几十年来,只有政府机构和财力雄厚的大公司才能享受到卫星通信的迅速、灵活和方便,而今,卫星通信和计算机等一系列新技术的发展,使一种新的VSAT系统构架成为现实,这种新构架称作Direct to PC或PCVSAT,卫星通过点到多点连接方式将ISP服务器直连到用户计算机,使各种公司无论大小甚至个人用户,均可利用空间数据通信的强大功能。

3 卫星互联网技术热点

3.1 卫星外交互通信技术

通信系统分为单向通信和双向通信两种基本模式。其中,双向通信一般具有自己的收发信道,如果一种通信系统的收发信道彼此分离,并且可以实现一个发信道对对于一个或多个收信道这两种特征,我们可以称之为外交互通信。

随着互联网技术的发展,在现有的网络通信中,不平衡传输现象非常严重。以3W浏览为例,一般上下行信道的数据量差异为1:5至1:10,视主页中的文字和图片占有量不同而定。在FTP文件下载中,这个比例可达1:20至1:100,但这种不平衡现象还只是初步的。如果应用网络多媒体,那么这种比例将达到1:1 000至1:100 000,任何现有的网络,无论是平衡传输还是非平衡传输,都无法适应这种传输比例大范围内变化的传输条件,都会造成传输信道的浪费或成本的大幅度提高。怎样寻找一种更好适应这种传输比例大范围内变化的非平衡传输方法,这是必须认真思考的一个问题,也是今后通信系统的一个发展方向。

而外交互技术组网灵活,系统用户容量大,很适应传输比例大范围内变化的非平衡传输。外交互技术的下行信道是可变化的,包括速率上的变化和信道数量上的变化。其中,速率上的变化是有限的、非主要的,而信道数量上的变化(原则上讲)是无限的、主要的。这种下行信道的变化可较好地适应传输比例大范围内变化的应用情况,具有组网灵活的特点,在用户量大增的情况下,可适当增开上行信道,大量增加下行信道,达到大量容纳用户的目的。这些都是目前的网络传输技术或非平衡传输方法所无法或很难解决的问题。

采用外交互通信技术,利用任何地面回传线路将各卫星高速广播系统改造为双向网络通信系统,是目前一个很现实的应用,并且投资很低,因而也是目前卫星通信领域中的一个热点。

卫星双向通信站成本很高,但采用外交互技术后,下行信道采用卫星高速单向广播,上行信道采用低速地面回传线路,即可实现双向高速通信,又实现了低成本的要求。[7]

3.2 卫星协议网关

在Internet上传输数据所采用的TCP/IP协议是一种非常灵活的协议,可应用在包括卫星系统在内的任何一种媒体上。然而卫星通信,特别是同步轨道卫星通信系统,存在时延长、误码率高和带宽不对称等问题,严重影响了TCP/IP的性能。

虽然通过卫星可直接接入Internet网,但其性能也只能使用户勉强接受,需要采取优化措施来改善卫星TCP/IP性能。优化措施包括:调整传输控制协议在卫星链路应用中的参数,减轻卫星链路上TCP的负荷,使用协议转换网关。

虽然使用压缩技术和高速缓存器可以减少需要传输的数据量,但所剩下的数据仍受上述因素的限制,调整TCP参数并不能从根本上消除卫星链路对TCP性能恶化的影响,提高卫星网上TCP/IP性能最有效的办法是设立协议网关。

协议网关的工作原理是用最适合于卫星环境的一种协议来取代卫星连接段上的TCP。网关可以是一个独立的设备,也可以将网关的功能装在卫星调制解调器、VSAT、路由器、超高速缓存器或其他连接硬件中。

协议网关从用户机上检测到TCP连接,并将数据转换成适合卫星传输的专用协议,然后在卫星链路的另一边再将数据还原为TCP,用于与服务器通信。协议网关将端到端的TCP连接分割成三个独立部分:客户机与网关间的远端TCP连接、两个网关之间的卫星协议连接、服务器一侧的网关与服务器之间的TCP连接。

这种结构的主要优点是通过分割端到端的连接,可在卫星链路段上采用最适合于卫星条件的协议,而在地面段继续使用TCP,这样在对最终用户保持完全透明的同时提供更好的性能。客户机或服务器不需要作任何改动,所有的应用无须修改而继续有效。TCP避免阻塞的机制在地面连接中依然有效,以保护Internet的稳定性。用户享受到了两种技术相结合而带来的所有好处,即:现有的基于传输控制协议的应用程序一点也没有改变,而同时在空间链路中使用适合于卫星的协议。[8]

因此,目前新推出的卫星通信产品几乎都内置或外接独立的卫星协议/TC P协议转换网关,以支持Internet业务。

3.3 地球站技术

要使VSAT能得到更广泛的应用必须使VSAT进一步小型化,降低VSAT的成本,为此须解决以下关键技术:

信号处理技术。

集成电路技术。

天线技术。

接口技术。

抗干扰技术。

数字化技术。

一体化设计技术。

标准化技术。

加密技术。

4 结束语

目前的卫星通信通常属于C波段和Ku波段系统,现代宽带卫星系统,除INTELSAT及Cyberstar拟考虑Ku/Ka渐进过渡、Skybridge系统使用Ku频段外,大多利用Ka频段(20/30GHz),甚至EHF或Q/F (40/50/60GHz)的更高频段。这些系统主要用于多信道广播、Internet和Intranet的远程传送和作为地面多媒体通信系统的接入手段,它们可以发展成为全球信息高速公路的重要组成部分,成为实现全球无缝个人通信、Internet空中高速通道必不可少的手段。

VSAT卫星通信网向宽带业务发展已经是一个必然的趋势,它有着数据音视频广播、计算机的卫星宽带交互接入、音/视频会议等业务的推动,而分别针对这些业务的VSAT卫星通信网也日益趋于融合成一个统一的宽带VSAT通信网。发展宽带VSAT通信网的关键技术是宽带数据广播、宽带多址接入、卫星通信规程、网络综合管理、宽带虚拟子网。

参考文献

[1]程意平.中国卫星通信(VSAT)现状及发展前景[A].2005中国卫星应用大会资料汇编[C],2005年.[21姚传富.卫星通信欲加入宽带竞争[N].人民邮电,2002年.[31郝为民.卫星通信在信息网中的应用[N].人民邮电,2001年.

[4]汪春霞.我国公共安全应急信息系统发展[A].第六届卫星通信新业务新技术学术年会论文集[C],2010年.

[5]张登银,王汝传,王绍棣.基于IP协议的卫星组网通信关键技术研究[J].电信科学,2003年07期.

[6]韩秀红.卫星通信的互联网业务[J].山西科技,2007年01期.

[7]王健.卫星通信业务发展分析[A].海南省通信学会论文集(二○○一年)[C1,2001年.

卫星移动通信报告 第2篇

李振坤

学号S201301104

GMR为地球同步轨道移动无线接口，利用地球同步轨道卫星来进行移动卫星服务。GMR是由地球数字移动标准GSM得来的并且支持接入GSM核心网络。由于地球与卫星之间的信道的不同，所以很有必要对GSM标准进行一些修改。一些GSM规范是可以直接采用的，而有些是需要经过修改才能采用，还有一些根本不能用，所以GMR中有很多规范在GSM中是找不到对应的。GMR系统由GMR的诸多规范和GSM的规范的整合来定义。如果一个GMR规范存在，那么它比GSM中对应的规范享有优先级。这条优先原则适用于任何能在GSM中有对应项的规范。如果GMR中无此规范，那么GSM中对应的规范也未必适用。该文档旨在介绍GMR-1系统以及相关的空中接口规范。并意图指出GSM与GMR-1之间的区别。GMR-1系统的设计是为了能够实现通过单一地球同步卫星来实现移动服务。正好类比于GSM使用地球上数以千计的基站来实现该目标。这既是我们需要克服的挑战，也是我们加强服务与特有性的机遇。

空间段

信关站

点波束

馈电线路

PSTN

覆盖区域

信关站

PSTN

GS

PSTN

SOC PSTN

移动地球站

简单地说，GMR-1系统就是地面上GMS蜂窝系统的拓展。该系统能够提供跟GSM相似的服务，比如：声音，数据，传真以及点对点短信服务，小区广播短信消息业务，还有介于移动用户与固定用户之间的补充服务。它还可以通过公共与自建的电信交换网络实现世界范围内的互联。固定网络连接包括公共交换电话网（PSTN）,公共陆地移动网（PLMNs）,以及私有网络（PN）。

该系统的组成包括一个或多个地球同步轨道卫星，卫星控制中心（SOC），一系列信关站(GS)以及大量用户终端，用户终端在GMR-1系统中被称为移动地球站(MES)。移动地球站的种类包括手持终端，车载终端以及固定终端。信关站拥有外部接口来连接固定的电信设施以及GSM移动管理网络。一个信关站包括一个或多个信关收发子系统GTS（该子系统对应于GSM中的基站收发台BTS）和一个或多个信关站控制器GSC(对应于GSM中的基站控制器BSC)以及多移动交换中心MSC（对应于GSM中的移动交换中心），此系统还包括一个流量控制子系统TCS，然而这个在GSM中是没有找不到的。GMR-1的流量控制子系统需要支持基于位置的服务，最佳路由以及其他的相比于GSM来说卫星特有的服务与特点。在一个大区域内所能提供的移动服务是由同步卫星的轨道位置以及卫星的有效载荷决定的。只要用户在卫星的覆盖区域内，都能享用GMR-1的全部服务。

卫星点波束不同于GSM蜂窝之处就是点波束覆盖范围大，通常形状规则而且产生统一源点--卫星，所以点波束都是同步的。由于点波束直径通常达数百公里，所以它们的服务区域有的是跨国的。然而GSM蜂窝系统却是非常小的，而且由于地形和建筑物导致其形状不规则，另外不同地点的蜂窝还不同。GSM通常覆盖范围只限于国家之内。二者的这些区别注定了二者不同的待遇。空闲模式下的行为正是适应于这些区别。2系统架构与外部接

不管是在用户终端与信关之间传送还是直接在用户终端之间互传，用户的声音与数据都是经由业务信道传输的。每个信关站能够提供自己特有的公共控制信道CCCH。

第一，GMR-1系统提供介于用户终端与固定网络用户之间的双路连接，该链接通过L带和通往卫星的馈线实现。连接固定电信网络的通路是由信关站之间的链接实现的。固定网络连接包括公共交换电话网络PSTN，公共陆地移动网络PLMNs，以及自有网络PN。

第二，GMR-1系统能够通过卫星中两个L带的直接连接实现处于相同或不同点波束中的用户终端之间的双路连接

3系统部件的功能描述

卫星控制中心是卫星子系统的一部分。信关站包括信关站子系统，移动交换中心以及一个业务控制子系统。

GSS信关站子系统

信关站子系统是信关站设备的组成。它由MSC通过A接口监测，并作为负责在一定覆盖区域内与移动地球站连接的主体。GSS的无线设备能够支持一个或多个点波束。GSS包括一个信关站控制器GSC和一个或多个信关收发站GTS。信关站控制器是卫星网络中的一个网络组件，它控制一个或多个GTS并在A接口运行。一个GTS作为一个网络组件为一个卫星点波束服务。

MES移动地球站

MES包括GMR-1用户使用的物理设备，它包含移动设备以及用户识别模块。移动设备包括移动终端，移动终端取决于应用与服务，它能够支持终端适配器与终端设备功能组之间各种形式的组合

地球同步轨道移动无线卫星

GMR-1卫星由物理设备组成。这些设备能够实现信关到移动终端。移动终端到信关，以及移动终端之间的通信互联。

AOC先进的运营中心

AOC体现着集中功能的服务。这些服务包括系统的管理，监测与控制信通往关站的资源分配。AOC能够搭配其中之一的信关站。

TCS业务控制子系统

TCS控制着由AOC分配到信关站的实时的资源。TCS掌控者GMR-1的特有的加强的服务与特点，通常，GSM都不具备这些东西，比如终端之间的单跳呼叫，最佳路由，高穿透警报，以及基于位置的服务等。

呼叫流程主要是，移动终端首先发出信道请求命令，中继卫星接收到信号之后进行透明转发，将信令转发给信关站，信关站控制中心对信令进行分析对移动用户做出响应，并向地面网中的被呼叫用户发出命令，被呼叫用户接收到命令后做出响应，并发出相关请求命令给信关站的控制中心，通过卫星中继转发给地面发出呼叫的移动用户，经过一系列的请求、命令与响应之后，最终在呼叫用户与地面网的被呼叫用户之间建立连接，连接完成之后，进行呼叫进程。

卫星

GSC

GTC

GSM

MES

TCS

MSC GMR-1外部接口

CM

CM GSM SIM

MM

MM

GPS

RR

RR

BSSMAP

BSSMAP rcvr DLL

DLL

SCCP

SCCP

PHYS

PHYS PHYS

PHYS

MTP

MTP

L带点波束

Ku or C带馈线

GSM

A接口

GMR-1外部接口为移动终端与地面信关站使用卫星信道通过卫星中继进行信号的传输的接口，A接口为地面移动网交换中心与信关站的接口。

信令在保证通信正常的进行起着关键作用，在卫星移动通信系统中涉及的信令很多，L3层各子层涉及的信令总结如下：

1)RR层 信道请求，呼叫请求，信道建立，加密模式及相应，信道分配与切换，信道释放，RR层状态信息，已经状态诊断信息(包括卫星波束信息、电源控制信息、版本信息以及各种错误信息等)。

2)MM层 注册信息(包括身份注册与位置更新)，安全信息(包括鉴权、身份认证与临时身份分配)，连接管理信息，MM层与CM层状态信息。

3)CM层 CM业务请求信息，呼叫建立，呼叫过程，拆链，状态信息(包括拥塞状态，DTMF等)。

物理层一般组成和工作流程 信道描述

一、射频信道

移动带宽的使用频率可以是处于34MHz L带的任意值，1525GHz到1559GHz（下行链路）16265GHz到16605GHz；每个载频将会被集中在31.25kHz的整数倍的频率上。L带射频载波为每个点波束成形，这依赖于业务需求，频率重复使用的考量，以及空闲频谱，这需要与其他使用相同频谱的系统的相协调。

在频分复用的方案中，从卫星到移动地球站方向的L带下行链路（前向）射频载波常常与移动地球站到卫星的L带上行链路（后向）射频载波配对并配以101.5MHz的频率补偿。

34MHz的使用频带被分为1087对载波，载波空间为31250kHz。当分配载波到个点波束时，最小的可寻址单元为一个子带。子带包含5个载波。每一个子带都可以在不考虑点波束位置的情况下分配到任意点波束。

除运载业务外，射频载波的一个子集被分配去控制信道。一个载波既可以被分配去一个控制信道也可以同时用来进行业务与控制用途。

二、逻辑信道

与GNR-1系统联系的逻辑信道既可以当做业务信道也可以作控制信道。1)业务信道

业务信道通常携带编码后的语音或者用户数据这些都是双向的信道 TCH3，TCH6，TCH9 2)控制信道

控制信道通常携带信令或者同步数据。有三种不同种类的控制信道

1广播信道：下行链路信道，包含频率纠正信道FCCH，GPS广播控制信道GBCH，广播控制信道BCCH；小区广播信道CBCH.2公共控制信道，除随机接入信道外都是下行链路，包含：寻呼信道PCH，随机接入信道RACH，允许接入信道AGCH，基本警报信道BACH，公共空闲信道CICH。

3专用控制信道DCCH：该信道资源适用于移动地球站。除TACCH外都是双向信道，TACCH信道为下行链路信道。慢速随路信道SACCH3信道是同快随路信道FACCH3信道有相同物理突发结构的逻辑信道。

4慢速率随路控制信道

编码与交织

信道编码包括以下几步。这些步骤准确的实施方法因信道不同而不同，依赖于信息比特块的尺寸，编码增益的大小，这也是信道需要达到的技术标准。

1外部编码-循环冗余校验

2内部编码：卷积码，格雷码，所罗门码

3穿孔：按照一定的模式，去掉bit流中的冗余，调整比特率，实现速率匹配。而且不影响译码

4交织：把一个较长的突发差错离散成随机差错，再用纠正随机差错的编码FEC消除随机误差。交织深度越大，抗突发差错能力越强，处理时间越长，造成数据时延大以时间为代价

5加扰：扰码就是用一个伪随机码序列对扩频码进行相乘，对信号进行加密 6加密

调制

对所有突发类型来说，调制符号速率大约为23.4ksps。符号周期T定义为1/23.4毫秒 调制方案为所有业务与控制信道所用，除去DKAB，BACH，FCCH，不管这些是上行或者是下行链路，调制方案都为下面的一种：1

π/4-CQPSK偏置四相相移键控，在突发信号模式下，具有峰均比小、抗多径能力强、易实现的特点。成形滤波采用滚降系数为0.35的平方根升余弦函数

π/4-CBPSK 链路控制

射频功率控制

GMR-1系统中的功率控制保障所有活跃的业务信道不管是从信关站到移动终端，还是移动终端到信关站，亦或是从移动终端到移动终端。CCCHs公共控制信道没有功率控制。移动地球站在RACH随机接入信道和SDCCH独立专用控制信道以满功率传送。射频功率控制能够用来在保持链路质量的情况下减小发送所需的功率。功率控制链路拥有两个终端。一个是MES，另一个是GS或者是MES。在开环功率控制中，如果发现接收端信号质量发生陡降，每个功率控制终端都会提升发送功率。在闭环功率控制中，接收端会估计接收信号的质量，并在此基础上向发送端发出提升发送功率的请求。

空闲模式任务 在空闲模式下，MES可以执行点波束的选择与重复选择的程序。这保证了MES能够在某一点波束上顺利地解码下行数据。准确的点波束选择对最小化卫星功率耗费以及时隙分配拥塞起着决定性作用。为了点波束的选择与复选，MES需要能够监测并同步BCCH载波，以及在一定敏感性与干扰下读取BCCH数据

无线链路度量

MES将会为射频功率控制进行度量，无线链路误判，空闲波束选择/复选程序，空闲模式选择判决，以及接收信号强度指示。而GS对射频功率控制的度量主要是：接收信强度指示RSSI，信号质量指示SQI，链路质量指示LQI，接收信号时间与载波频率补偿，干扰与噪声水平INR。

同步

GMR-1系统是多点波束，多载波的同步系统。通常把卫星上的时间与频率作为同步发给MES以及GS等其他组件的TDMA的参照。同步过程在GMR-1中主要有三个方面：时间同步，频率同步，信息同步。

1时间同步

对于GMR-1时间同步的一般要求就是MES需要将时间与帧数都校准之后的信号发送出去。整个系统都是在卫星上进行同步的。整个网络通过调整FCCH和BCCH发送程序来保证每个信道都在特定的时间离开卫星。MES设备通过从卫星发来的信号调整本地时间基准以实现同步。而鉴于不同MES的位置不同而导致与卫星之间的往返延迟不同，每个延迟经测量后都会通过允许接入信道AGCH发送到MES作为本地时间基准的修正。

2频率同步

前向与后向链路信号都需要在卫星上校准他们的标称频率。频率补偿的任务便是在星上与补偿发送信号以校准标称频率，跟踪接收信号并保证能顺利解调。通常通过由网络提供的信息调整发送频率来实现MES的频率校准。在最初的频率捕捉阶段，MES利用最高的信号水平来寻找一个控制载波，在获取FCCH之后，MES会将BCCH作为其参考频率来锁定BCCH载波。在呼叫过程中，MES如果发生频率漂移，网络都将通过对比实际到达频率与期望频率检测出来，而且如果漂移值超过网络定义的门限水平，网络将会向MES发送一个频率修正信号。

3信息同步

卫星通信进万家 第3篇

国家上马急需的应用卫星

20世纪60年代，苏美两个超级大国开展了激烈的载人航天竞赛，在这种形式的影响下，1966年中国科学院和七机部第八研究院分别提出了载人航天的设想，根据当时的国防科学技术委员会的指示，1967年7月，两个院便在一起进行了论证。经过近4年的论证，在东方红一号卫星发射成功后的第二年的4月，全国80多个单位的400多名专家、学者，正式讨论并确定了我国载人航天工程，飞船取名为曙光号，时值1971年4月，代号为“714”工程。工程进行了4年，由于当时国家的经济基础薄弱、科技水平较低，电子技术、工业制造技术及相关的工艺水平也差，加上“文化大革命”的动乱，中央决定“714”工程下马。当时，周恩来总理说：我们不与苏美大国开展太空竞赛，要先把地球上的事搞好，要搞国家急需的应用卫星。

中国航天转变主攻方向，卫星研制开始从实践到应用的转变。中国的应用卫星从返回式卫星开始，然后是通信卫星和气象卫星。1975年我国成功发射了第一颗返回式卫星，在第一颗通信卫星发射成功后的1988年又成功发射了第一颗气象卫星。

1975年3月31日，“中国卫星通信工程”上马，开始五大系统的建设：研制3颗东方红二号卫星；研制3枚长征三号运载火箭；在西昌建设通信卫星发射场；建造远望一号和远望二号2艘海上测量船以及在新疆乌鲁木齐建设地面接收站。该工程的总设计师是任新民，东方红二号卫星总设计师是孙家栋，开始为卫星副总设计师的戚发轫后来接替孙家栋成为卫星总设计师和工程副总师。

中国出现第一批长寿命卫星

戚院士说，“中国卫星通信工程”是起点晚，但起步高。东方红二号采取自旋稳定方式，相当于第三代国际通信卫星的水平。1986年，我国又成功发射了第二颗东方红二号通信卫星，它将第一颗卫星采用的全球波束改为国内波束，从而地面接收天线可以从10米降低到3米～5米，更有利于应用。1988年，东方红二号甲通信卫星发射成功，卫星性能进一步提高，转发器从2个变成4个，功率由8瓦变成10瓦。这些数字看起来非常简单，而航天科技人员付出了大量的辛勤劳动。

由于卫星和火箭都是新的，在研制中出现了大量的问题。在星箭联试时，卫星和火箭曾出现了频率偶合的问题。为了模拟天地联试，科技人员还在北京百望山山顶建立了一个高塔，将卫星模拟器放在上面与测控站进行联试。东方红二号是我国第一颗长寿命的应用卫星，设计寿命为3年，我国当时的电子元器件固有可靠性不能满足要求，而国外对我国实行封锁，空间技术研究院的人员只好对所有的配套元器件进行全过程监造和验收，通过老化筛选，剔除不合格产品，将这些元器件的使用可靠性从3级提高到6级，有的甚至达到9级，最终筛选出了东方红二号卫星上使用的几万个元器件，使卫星寿命达到5～6年。

为了防止出现新的问题，在卫星发射成功后，许多机电产品的试验仍在地面同步进行。戚院士说，当时甚至采取了许多“笨”办法，为了保证东方红二号上至关重要的消旋组件连续工作3年以上，该组件被放在真空罐中做了几年的实验。504所承担的卫星有效载荷也在地面连续不间断地通电3年，进行对比实验。这些都为以后长寿命的卫星研制打下了坚实的基础。

东方红二号通信卫星共发射了7次，有5颗定点成功，投入使用。1986年，为“中国通信卫星工程”做出突出贡献的任新民、孙家栋、戚发轫、张履谦等7人荣获国家科技进步特等奖。

卫星通信进入中国千家万户

东方红二号卫星的发射成功标志者中国航天技术从试验阶段开始走向应用阶段；随着这颗卫星在通信、广播和电视方面的广泛应用，卫星通信技术开始进入了中国的千家万户。

在我国通信卫星上天前，我国的电视完全靠微波一站一站地接力传输，信号衰减严重，抗干扰能力差，影音效果特别不好。说得形象点就是在播放《红灯记》时，观众都分不出哪一个是李玉和，哪一个是李奶奶！全国当时的电视覆盖率为38%，电视机卖不出去，出现大量积压，人们文化生活水平质量很差。东方红二号成功定点后，相当于将电视转播塔架到了36000千米的高空，通过地面天线接收，广播电视可以实现全国覆盖，全国人民都可以收看中央电视台的节目了。在看完电视台播放的清晰的“五一”劳动节特别节目后，老百姓开始抢购电视机——为收看国庆35周年在北京举行的盛大阅兵仪式，一时间，电视机被抢购一空，全国电视覆盖率上升到80%多。卫星地面接收天线也供不应求，许多安装人员都变成了当时人人羡慕的“万元户”！

国家为该工程共投资10亿元，当时全国有10亿人口，相当于每人拿出1元钱来搞这个工程。而卫星发射成功带来的效益呢？却无可限量。东方红二号通信卫星的发射成功是中国航天技术从试验走向应用的重要标志；从此卫星通信技术开始进入千家万户，提高了人民的生活质量，为后来的信息社会打下了坚实的基础，可以说实现了社会效益和经济效益的双丰收。

花絮

东方红二号通信卫星定点成功后，1984年4月17日，成功开通了通信、电视传输。张爱萍同远在3700多千米外的新疆维吾尔自治区党委书记王恩茂即时通了话，相互祝贺我国这项重大高科技工程的胜利。为此，张爱萍曾即席填词一首《破阵子·贺我国同步卫星发射成功》：

万里连营布阵，冲天烈火彤彤。

莫问巡天几回转，好去乘风遨苍穹。

运筹任从容。

玉宇明灯高挂，金丝细雨飞虹。

天帝躬身仙子舞，正是人间日瞳瞳。

基于卫星通信的应急通信系统 第4篇

1.1 卫星与地面固定网的融合应用

地面固定网主要包括公众电话交换网和综合业务数字网。其中公众电话交换网就是我们日常生活中常用的电话网;综合业务数字网是一个数字电话交换网络。它除了可以用来打语音电话, 还可以提供可视电话、数据通信、会议电视等业务。

卫星通信系统与公众电话交换网实现互连可以为用户提供最基本的通话和传真业务, 而与发展迅速的综合业务数字网连接, 可以实现多媒体和信息共享功能。当发生重大地质灾害, 地面干线网络遭到严重毁坏无法满足通信需要时, 卫星通信系统就可以作为地面线路的备份连接, 实现地面通信的快速恢复, 确保信息畅通。

通常, 当某地发生突发情况通信瘫痪时, 技术人员可以在第一时间携带卫星移动电话终端 (如海事卫星、全球星) 到达事发现场, 以最快的速度建立起当地与外界的通信联系;条件允许时, 可将卫星车接入被损毁的地面固定网, 提供与公众电话交换网和综合业务数字网一样的通信功能;当用户两端相距较远, 中间地面有线线路损坏时, 卫星通信车在其间还可实现中转功能。

1.2 卫星与地面移动网的融合应用

地面移动通信系统可分为公众移动通信系统和专用移动通信系统, 前者就是人们生活中使用最普遍的通信系统, 如我们手机用户最常用的GSM通信网、CDMA通信网等。后者是指专门用于应急指挥调试的数字集群通信系统。

灾害和突发事件来临时, 往往导致线缆和电力中断、话务堵塞、网络瘫痪等问题, 给救援工作的开展增加难度。而将公众移动通信系统与卫星通信相结合, 利用卫星链路中继代替易毁的线路, 回传地面移动电话的通信流量, 可以有效地提高应急能力和扩展系统覆盖范围, 及时弥补地面通信的不足。2008年汶川地震发生后, 在通信设施被严重破坏的情况下, 中国联通很快在重灾区映秀镇开通了VSAT地面卫星通信站, 及时有效地恢复了移动通信业务。

数字集群通信系统是一种专业无线指挥调试通信系统。具有快速呼叫建立的特点, 非常适合应急通信中各个部门之间的调度通信, 同时它还具有故障弱化、单站运行和终端之间的直通功能, 适合于在突发、恶劣的以及没有基础网络的场合下应用。在应急救灾现场, 同公众移动通信一样, 可利用卫星通信将数字集群通信系统接入核心网, 实现数据的回传以及与公网的互通。随着技术的不断发展, 集群通信系统除了可以提供语音服务之外, 在数据支持能力方面也不断提高, 在我国应急通信的应用中发挥越来越重要的作用。

1.3 卫星与无线接入技术的融合应用

当发生重大突发事件和险情, 大规模的应急和救援行动展开以后, 移动电话、便携终端以及卫星通信车已不能满足大量公众和救援通信的要求, 这就需要更大的宽带系统支持。

目前, 我国宽带通信业务主要是使用地面光缆传输来实现的, 而以光缆传输为支撑的宽带通信系统自身抗毁能力比较薄弱, 且修复难度较大, 难以在突发事件中迅速发挥作用, 这就需要将卫星无线传输技术和宽带无线接入技术融合应用来实现无线宽带业务。

Wi MAX作为一种新兴的宽带无线接入技术, 它具有传输容量大、覆盖能力强、可靠性好、频谱利用率高等技术优势, 传输距离能达到50km, 并能在20MHz (兆赫兹) 信道带宽下, 支持高达75Mbit/s的数据传输速率。可以在光缆断损时承担回路的作用, 替代原有的有线连接方式, 来提供无线宽带接入。借助卫星系统集成Wi MAX宽带无线接入技术实现语音、数据和视频传输功能。

其基本原理是:当用户无法利用原有的光缆传输方式上网时, 可在卫星通信车附近建立Wi MAX基站, 由基站将用户发来的语音、数据、视频等宽带信息传输至卫星车, 而后通过卫星链路传至互联网, 满足救灾指挥中心、新闻中心、疾控中心、医院等救援部门用户指挥决策、信息交流、新闻报道等业务需求。

2 卫星应急通信系统未来发展趋势

随着卫星技术的发展, 卫星通信逐渐向高频段、大容量、数字化、宽带化、业务综合化方向发展。卫星应急通信系统也将充分利用这些技术优势, 为人们提供更加快捷有效的应急方式。

(1) 综合业务宽带化。随着通信技术的发展, 人们对于应急通信能力的要求也在不断提高, 卫星应急通信系统应该能够提供高传输速率, 具有语音、图像、实时视频监控、视频会议、调度、定位等业务的综合性应急通信平台。

(2) 终端集成多样化。未来卫星应急通信, 无论是用户终端, 还是主要基站, 其设备的集成度、智能化、小型化、自适应化程度会更高, 维护及使用操作会更加简便。

(3) 应急联动一体化。具有通信、广播、导航、定位、气象、对地观测等多种卫星构成的天基系统, 将与地面的电话网、有线电视网和计算机网、宽带无线接入网、应急专用网络等融为一体, 从而构建成为天地一体化的应急联动通信系统, 会使我们应急通信保障的方法和手段更加灵活有效。

摘要：探讨了卫星与地面固定网、地面移动网及无线接入技术的融合应用的应急通信系统平台的构建方法, 指出了卫星应急通信系统的未来发展趋势。

小卫星通信系统技术 第5篇

摘 要：小卫星通信系统具有研发费用少，重量轻，性能稳定，信号覆盖范围广以及不受地域条件限制等优点，能够对当前大型同步轨道的卫星通信进行补充作用，在全球范围内得到广泛应用的同时也受到了众多研究机构的重视，因此对小卫星通信系统的技术进行研究同时具有实践意义和理论意义。

关键词：小卫星；通信系统；作用；研究；意义

卫星通信技术在军事、政治、工业、生活等方面均具发挥着重要作用，而相比之下，小卫星则更具有大型同步卫星所无法实现的众多优势而受到国内外研究学者的重视，同时，卫星向小型化趋势发展也是全球卫星产业的主要发展方向。我国从21世纪初期开始着手小卫星的相关研制和发射工作。

1 小卫星的技术优势

第一，荷载较少小卫星在每次的任务中一般仅需要装载一种特殊设备，进而很好地避免了大型卫星中出现的荷载间复杂配比问题。

第二，研制时间短、费用低小卫星的研制一般只需经过一到两年，同时相关的研究经费也相比大型卫星明显降低，因此更具有经济性，更体现其实践意义。

第三，重量轻小卫星的重量一般较小，就当前国际情况来看，最微型的小卫星的质量仅有几百克，体积也很小，因此功能密度大，模块可多次利用。

第四，信号覆盖范围广，由于小卫星具有较强的组网能力，因此能够形成精度较高，功能强大而且信号覆盖范围广的星座系统，进而易于补网和星座功能稳定的优势。

第五，减缓频率压力小卫星的星座中包括多颗卫星，可以频率复用，因此具有减小空间任务所具有的频率压力。

2 小卫星通信系统主要技术简介

卫星在通信中起着中转作用，即将地球站传送来的信号经过变频和放大转送到另一端的地球站，地球站是卫星与地面信息系统的链接点，用户通过地球站途径进入卫星通信系统中，形成链接的电路信号链；为了确保系统的运行正常，卫星通信系统必须和地面的监测管理系统和测控系统想链接，测控系统能够对通信卫星运行的轨道进行检测和控制，以保证地面检测系统能够对卫星所传送的通信信息进行有效的监控，保证系统安全与稳定的运行。小卫星通信的关键技术主要有通信系统的链路预算以及接收机参数估计技术和同步技术等，其中链路预算技术是设计小卫星通信系统的主要计算方法和参考依据，精确的链路预算能够确保通信系统的稳定运行。近年来，通信系统接收技术和相应的算法逐渐由信号模拟技术向数字化转变；由于卫星通信整体码速率有所提升因此对接收机的信息处理速度以及算法的复杂度、同步速度和稳定性也提出了更高的要求；信息传输量的大幅增加使得遥测领域中逐渐采用比特传输速率更高的调制方式；由于卫星通信系统在数字通信过程中的发射机和接收机的晶振不同，以及移动平台引起的多普勒效应，造成发射机和接收机之问会产生相位和频率的偏移，这种多普勒频移一般较高，即便在频偏较大时，接受同步技术也应能够正常工作，即捕获带宽较大。

3 小卫星通信系统关键技术简介

3.1 链路预算技术

链路预算，即对一通信系统中发射设备，传送信道以及接收设备的通信链路的变化情况进行的全面核算，是对小卫星通信系统性能的评价，具体而言是从发射端的信源起始，通过编码、调制、变频等多项操作，将信号通过天线发射出去，再由信道进行传输，最后到达接收天线处由接收机进行信息处理，解调所需信息。其重要性在于：

第一，可确定系统工作是否满足系统实际需要。

第二，通过计算链路余量检查系统能否满足设计要求。

第三，验证在部分设备具有硬件限制的情况下链路其他部分能否进行弥补。对于模拟电路来说，该性能指标是基带信道的信噪比；对于数字电路来说，其性能指标是基带信道上测得的误码率；卫星链路分为两种信号路径：由地面站到卫星的上行链路和从卫星到地面站的下行链路，其中上行链路的信号发射过程包括编码→调频→上变频→放大功率等操作，信号从天线传送到小卫星的接收端，而下行链路则包括低噪声放大→下变频→解调→解码等操作，是地面站对接收信号的处理操作。与通信系统链路预算有关的数据因素有天线特性，传输距离最大值，信号发射/接受功率，热噪声，信噪比以及接收系统的质量。

3.2 同步算法

无论是接受哪种形式的调制信号，接收机同发射机都必须保持同步，对于数字调频技术而言，有载波同步和码元同步两种基本同步模式，前者是对载波频率以及相位进行估计，后者则是对定时抽样时钟进行估计。由于发射信号在卫星通信的传输过程中必然存在一定延迟，因此产生了载波相位的偏移，同时由于其在传播过程中受到噪声干扰和多普勒效应影响，还会产生频率偏移，因此同步技术是数字通信中的关键技术，研究调制信号的载波同步和码元同步技术能够保障卫星通信系统可靠、有效、快速的运行。由于载波同步算法利用的是判决反馈环路的模型，是在时钟已同步的基础之上才能进行，因此载波同步应位于码元同步滞后才可工作。以先码元同步再载波同步的模式为例，模拟信号被天线接收后，由ADC转换为数字信号，再将频带信号通过下变频转变为基带信号，之后通过码元同步和载波同步对有载波偏差以及时钟偏差的信号进行估计，最后解调输出，码元同步位于载波同步前，以码元时间为基本数据处理周期，对相关硬件的要求较低，同步性能较好。

3.3 型号参数

估计卫星通信信号的参数估计是重要的非合作通信接收技术，因为对信号的频率和调制方法等重要数据进行检查和估测是保证解调准确和达到监视、截获信息的目的的重要方法，以便为侦察系统的工作打好基础。小卫星通信系统的常用解调方式有BPSK解调、QPSK解调、CPM解调、SOQPSK解调等。一般情况下，欲通过卫星通信捕捉信号，接收系统的带宽需远大于信号带宽，应使用宽带接收机。

4 结语

小卫星通信系统具有的多重优势使其在当今世界范围内的卫星通信领域得到广泛的应用，吸引了众多研究学者，本文针对其中的几项关键性技术进行了简单说明。卫星通信的作用范围广，涉及的技术种类众多而且较为复杂，需要我们不断进行深入研究和实践，进而推进卫星通信向小型化方向发展。

参考文献：

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[3]朱杰.极轨气象卫星数传链路雨衰影响[J].气象科技，2014，42（01）：54-61.

作者简介：王富德（1994—），男，辽宁鞍山人，沈阳理工大学学生。

沈喆渊（1995—），男，江苏张家港人，沈阳理工大学学生。

卫星通信系统的协同通信策略研究 第6篇

卫星移动通信网络[1,2]以其覆盖范围广, 通信距离远等特点, 在无线通信领域发挥着越来越重要的作用。卫星通信系统已经由单卫星通信发展到多卫星星座组网通信。星座卫星通信系统可以提供全球无缝覆盖, 但由于障碍物遮蔽造成的阴影效应、多径效应, 会导致传输速率低, 时延大, 误码率高等固有缺点。分集技术可以克服衰落信道的恶劣影响, 提高系统可靠性。近年来广受关注的协同通信技术提出了协同分集概念, 通过无线设备互相协作获得分集增益, 从而提高系统可靠性[3,4]。

典型的协同通信技术有放大前传 (Amplify-Forward, AF) 方式和解码前传 (Decode-Forward, DF) 方式[5], 这两种方式都能够提供完全分集, 但是当多个协同节点协同时, 节点利用正交子信道各自传输数据, 随节点数的增加系统效率会越来越低。为了避免这些问题, 将空时编码技术用于协同通信中, 出现了分布式空时编码 (DSTC) [6]。这样协同通信技术与空时编码技术结合起来, 成为一种有效提高通信系统性能的通信技术。

本文提出了一种在卫星通信网络中应用协同通信思想的策略, 不同于传统卫星通信的点对点连接方式, 通过地面协同中继进行协同传输, 以提高传输的可靠性。本策略使用信道状态信息来解决如何进行协同节点的选取和是否协同的问题, 并给出了一种协同通信的方案。

1 系统模型

1.1 传输模型

本文所提出的卫星协同通信模型如图1所示, 包含四个节点:卫星作为源节点 (S) 、目的节点 (D) 和两个协同中继节点 (R1和R2) 。卫星覆盖区域内的R1和R2两个中继节点收到S的信息后, 共同转发给目的节点D。假设所有节点均配备单天线, 并假设所有信号完全同步。

数据传输过程可以分为两个阶段:第一阶段, S向R1和R2同时传输数据;第二阶段, R1和R2收到数据后, 经过Alamouti空时编码处理传输至目的节点D, D收到空时编码信号后解码得到信息。

第一阶段中继节点i收到的信号可以表示为:

$\mathit{r}{}_i=\sqrt{{\rm P}{}_1}f{}_i\mathit{s}+\mathit{v}{}_i,i=1,2(1)$

第二阶段, 目的节点D收到的信号可以表示为:

$\mathit{x}={\displaystyle \sum _{i=1}^{2}g}{}_i\mathit{t}{}_i+\mathit{w}(2)$

式中:ri为中继节点i收到的信号;P1为源节点的发送功率;s为源节点发送的数据;fi为S到节点Ri的信道增益;x为目的节点D接收到的信号;gi为节点Ri到D的信道增益;ti为节点Ri经过空时编码处理后发送的信号;v和w为加性高斯白噪声。考虑卫星信道的特点, 卫星与中继节点之间具有良好的LOS路径, fi满足莱斯分布, 而中继节点与目的节点之间由于地面障碍物造成的多径效应, 信道增益gi满足瑞利分布。

同基本AF和DF协同类似, 同样可以分为两种协同空时编码方式, 即AF-DSTC和DF-DSTC。对于DF-DSTC, 中继节点可以采取类似于传统CRC-DF方式的处理方法:源节点S发送带有CRC校验码的数据, 中继节点对收到的数据进行校验, 校验正确的数据帧经过空时编码后再前传, 若校验错误则丢弃该帧。本文对AF-DSTC和DF-CRC-DSTC这两种编码方式分别进行研究。

1.2 分布式空时码

1.2.1 DF-CRC-DSTC

本模式下数据传输的第一阶段同传统协同DF方式一致, 若S发送的数据矢量为s=[s1, s2]T, 其中s1和s2是经过QAM调制后的信号。R1和R2收到信号ri后各自进行解调, 得到解调信号为:

$\left[\begin{array}{cc}\tilde{s}{}_{11}& \tilde{s}{}_{12}\\ \tilde{s}{}_{21}& \tilde{s}{}_{22}\end{array}\right](3)$

式中:第i行表示第i个中继所解调的信号, 第j列表示在时刻j收到的数据。中继对sij信号进行Alamouti空时编码处理, 若校验正确, 发送的信号为空时编码后的信号;若在校验错误的情况下则丢弃数据, 此时sij=0。类似于两发射天线的MIMO系统, 经过22编码的发送矩阵为:

$\mathit{t}{}_{\text{D}\text{F}}=\left(\begin{array}{cc}\sqrt{{\rm P}{}_{21}}\tilde{s}{}_{11}& \sqrt{{\rm P}{}_{21}}\tilde{s}{}_{12}^{*}\\ \sqrt{{\rm P}{}_{22}}\tilde{s}{}_{21}& -\sqrt{{\rm P}{}_{22}}\tilde{s}{}_{22}^{*}\end{array}\right)(4)$

式中:P21为中继节点1的发送功率;P22为中继节点2的发送功率。目的节点D的接收信号如式 (2) 所示, D通过训练符号来获得信道增益g1和g2, 并将其作为信道状态信息 (CSI) , 然后采用最大似然译码器进行译码输出。

1.2.2 AF-DSTC

对于AF-DSTC, 其区别在于此时中继节点并不对接收到的信号进行解码处理, 而只进行放大和空时变换处理, 当所有节点之间的信道均为归一化瑞利信道时, 文献[7]以最小化成对误码率 (PEP) 为目标, 推导出了最优功率分配和中继的放大因子, 发送信号t可以表示为:

$\mathit{t}{}_{\text{A}\text{F}}=\sqrt{\frac{{\rm P}{}_2}{{\rm P}{}_1+1}}\left[\begin{array}{cc}r{}_1{}_1& r{}_{12}^{*}\\ r{}_{21}& -r{}_{22}^{*}\end{array}\right](5)$

式中:P1为第一阶段源S的发送功率;矩阵第i行表示第i个中继;第j列表示在时刻j发送的数据。此时, 将式 (1) 和式 (5) 代入式 (2) , 通过简单的推导可以得出, 目的节点的接收信号为:

$\mathit{x}=\sqrt{\frac{2{\rm P}{}_1{\rm P}{}_2}{{\rm P}{}_1+1}}\mathit{S}\mathit{{\rm H}}+\mathit{W}(6)$

其中:

$\begin{array}{l}\mathit{S}=(A{}_1\mathit{s}A{}_2\mathit{s}{}^{*}),\mathit{{\rm H}}=\left[\begin{array}{l}f{}_{1}g{}_1\\ f{}_{{}_2^{*}}g{}_2\end{array}\right](7)\\ \mathit{W}=\sqrt{\frac{{\rm P}{}_2}{{\rm P}{}_1+1}}{\displaystyle \sum _{i=1}^{2}g}{}_i\mathit{A}{}_i\tilde{\mathit{v}}{}_i+\mathit{w}(8)\end{array}$

式中:Ai为第i个中继进行的空时变换矩阵。$\tilde{\mathit{v}}{}_i$为经过式 (5) 变换后的加性噪声, 且

$\tilde{\mathit{v}}{}_i=\{\begin{array}{l}v{}_1,i=1\\ v{}_2^{*},i=2\end{array}$

。

2 协同策略

对于协同通信网络, 首先需要解决是否进行协同的问题。虽然已有研究证明在相同的信道条件下, 使用协同能够有效提高系统可靠性, 但是当直传路径具有足够好的信道条件时, 为了避免采用协同带来的复杂处理, 此时可以进行直接传输。同时, 在协同传输的情况下, 如何从候选的协同节点中选择适当的协同节点进行协同通信也是需要考虑的问题, 应用何种准则进行协同节点的选择对系统的性能有着重要的影响。因此协同策略需要解决何时协同、与谁协同这样两个基本问题。

传统DF模式下以最小化SER (Symbol Error Rate) 为准则, 文献[8]得到了一个根据瞬时信道状况决定的协同判断函数:

$\beta {}_{\text{m}}=\frac{2q{}_{1}q{}_2\left|h{}_{\text{s},\text{r}}\right|{}^2\left|h{}_{\text{r},\text{d}}\right|{}^2}{q{}_1\left|h{}_{\text{r},\text{d}}\right|{}^2+q{}_2\left|h{}_{\text{s},\text{r}}\right|{}^2}(9)$

式中:q1和q2由调制方式、功率分配等因素决定;hs, r和hr, d分别是源节点到中继和中继到目的节点的瞬时信道信息。由于离散的节点之间最大的区别在于位置分布不同, 而位置分布直接影响该节点与其他节点间的信道增益, 故直接从信道增益出发来进行选择函数的设计是一种直接且简便可行的方法。式 (9) 的思想是利用源节点到中继和中继到目的节点的瞬时信道信息构建的一个线性函数来表征某节点在协同网络中的协同能力, 因此从式 (9) 出发, 将协同判断函数简化为:

$\beta {}_{\text{m}}=\frac{\left|h{}_{\text{s},\text{r}}\right|{}^2\left|h{}_{\text{r},\text{d}}\right|{}^2}{\left|h{}_{\text{s},\text{r}}\right|{}^2+\left|h{}_{\text{r},\text{d}}\right|{}^2}(10)$

βm综合考虑了中继节点与源和目的节点的两条信道, 将其作为节点信道条件好坏的判断函数, 同时由于βm代表以信道条件为特征的节点协同能力, 因此可以将其与直传路径的信道条件相比作为是否进行协同的依据, 据此提出以下协同方案。

2.1 协同判断

协同判断:

$\alpha =\frac{\left|h{}_{\text{s},\text{d}}\right|{}^2}{\beta {}_m},\{\begin{array}{l}\alpha \ge \Gamma ,\text{直}\text{传}\\ \alpha <\Gamma ,\text{协}\text{同}\end{array}(11)$

式中:Γ的值可根据实际环境进行灵活选取;hs, d为源节点到目的节点直传路径的瞬时信道信息。

2.2 节点选择

节点选择:

$R{}^{*}=\arg \underset{R\subset {\rm M}}{{\displaystyle \max }}\beta {}_{\text{m}}(12)$

式中:M为所有候选参与协同中继的节点;R为根据最优信道条件选取的协同节点。在本方案下, R为具有最大βm值的两个节点。

3 仿真及分析

仿真对不同信噪比 (Eb/No) 情况下的BER性能进行了比较。S采用QPSK调制, 第一阶段功率与第二阶段R功率的总和相等, 两个中继平分发送功率, 即P21=P22=P2=P1/2。

3.1 协同性能

为了验证采用协同能够有效提高系统的可靠性, 将协同传输与直接传输进行了仿真比较。针对卫星信道的特点, 设星地链路 (即卫星到地面节点的信道) 为K因子1 dB的莱斯信道, 中继到目的节点为瑞利信道, 性能对比如图2所示。

由图2可以看出, 对于本文中提出的两种空时码协同方案在低信噪比下, DF-CRC-DSTC性能优于AF-DSTC方式;在高信噪比情况下, AF-DSTC性能趋向于优于DF-CRC-DSTC方式。其原因是在低信噪比情况下, AF-DSTC不仅对有效信号进行了放大处理, 同时也对噪声进行了放大, 导致在目的节点处解码中出现了错误, 因此DF-CRC-DSTC较优。而在高信噪比情况下, 由于在第一阶段中噪声相比信号功率, 其影响已经很小, 经过第二阶段的发送, 其最终解码信号受噪声影响较小;而DF-CRC-DSTC方式下, 只要中继出现解码错误, 那么错误信息经过校验后传递的是0, 因此丢弃了该部分信息, 因此高信噪比下性能要低于AF方式。直传方式由于信道条件较好, 因此虽然没有分集增益, 但仍然具有较高的BER性能。虽然两种空时码方式相对直传经过了两跳路径到达目的节点, 但由于协同中继带来的分集增益, 其性能仍然大大优于直传路径, 获得6～7 dB的增益 (BER=10-4) 。由此可见, 在同样的星地链路信道条件下, 采用协同能有效提高传输的性能。

3.2 协同策略

基于本文提出的协同节点选择策略, 设定节点分布如图3所示。候选节点集合M均匀分布在以S在地面投影S′和D之间的连线为直径的圆内, 由于节点之间的位置不同, 导致了信道增益路径损耗的不同。设定S与所有地面节点的信道为K=1 dB的莱斯信道, S的投影S′与D的距离为10, 候选中继节点集合M=10。

图4显示了根据选择策略式 (10) 确定的最优两个节点与最恶劣的两个节点在CRC-DF-DSTBC协同方式下的性能对比。从图中可以看出, 在本模型设置下, 最优选择的协同节点与最恶劣的协同节点相比, 可以达到2～3 dB的增益 (BER=10-4) 。同时由于路径损耗的影响, 与较优的直传路径相比, 最优节点仍然能在高信噪比下获得更优的性能。

为了确定在不同的信道条件下何时采用直传方式可以达到更优, 通过不同α值来改变直传路径的信道条件。图5显示不同α值下直传方式与协同方式的性能对比, 直传的性能随α的增加而增加。可以看出, 当α>3时, 协同相比直接传输已经没有性能提高, 因此作为是否进行协同的判断依据, 本模型下Γ可设为3。

4 结 语

提出了一种应用于卫星通信系统的采用分布式空时编码的协同通信策略, 对两种基本的空时编码协同方式:AF方式和带CRC校验的DF方式进行了研究。本文提出的协同模式如下:利用信道状态门限首先确定是否采用协同方式, 在协同方式下利用本文提出的节点选择准则进行最优节点选择, 选定后进行协同传输。

仿真结果验证了本策略的有效性, 并证明了在同样的星地链路条件下, 相比直接传输, 协同方式能够通过分集增益有效提高系统的BER性能。

摘要：提出了一种新的基于卫星通信系统的协同通信策略, 利用两个协同中继进行Alamouti空时编码协同发送来提高系统的可靠性。该策略利用信道状态信息来解决何时协同和同谁协同的问题。仿真结果验证了该策略的有效性, 并证明了在相同的星地链路下, 同直接传输相比, 该策略能够通过分集增益有效提高系统的BER性能。

关键词：卫星通信,协同通信,空时编码,协同策略

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[9]LIU Ray.Cooperative Communications and Networking[J].IEEE Signal Processing Magazine, 2009, 26 (5) :149-150.

卫星激光通信技术 第7篇

目前卫星通信主要是微波通信, 随着航天技术应用的逐步深入, 微波通信中的频率资源已经显得越来越紧张, 且经常性出现频率干扰问题, 数据量越来越大, 传统的微波通信已经不能满足未来航天通信的需求, 因此急需开发新的通信手段来弥补未来通信的不足。

卫星与卫星之间的无线激光通信是一项崭新的卫星通信体制, 相对于现有的卫通技术而言, 具有以下技术特点和优势: (1) 通信速率高, 激光通信通信速率能达到10Gbps或者更高。 (2) 体积小、重量轻、功耗低。 (3) 不存在频率干扰问题, 由于卫星与卫星之间采用点对点无线激光通信, 因此基本上不存在干扰问题。 (4) 隐蔽通信和抗干扰能力更强。由于卫星激光通信具有极窄的束散角, 不容易被侦察和被干扰。 (5) 作用距离更远, 是未来深空高速数据传输的理想技术手段。深空探测从环月的几十万千米到几百万千米 (甚至更远) , 对通信频段提出了更高的要求。

1 国内外卫星激光通信发展现状

1.1 国外发展现状分析

20世纪60年代, 国际上就开始了空间光通信技术的研究, 主要进展如下。

1.1.1 欧空局光通信

欧洲空间局 (ESA) 于1986年提出了SILEX计划, 经过几十年的发展先后进行了低轨道卫星与同步轨道卫星之间、GEO与地面的激光通信实验 (见图1) 。低轨道终端搭载在法国地球观测卫星SPOT4上, 高轨道终端OPALE搭载在ARTEMIS卫星上。两颗卫星间隔30000km, 相对运动速度为7km/s。2001年11月, ESA完成了通过星间链路将图象从SPOT4经由ARTEMIS传送到地面站的实验, 通信速率为50Mbit/s。

德国的Terra SAR-X激光通信终端Terra SAR-X计划搭载一个激光通信终端 (LTC) 通信速率为5.625Gbps (24*255Mbps) , 可以用来进行星间激光通信 (美国的低轨卫星) 和星地激光通信, 用于实时传输合成孔径雷达上的数据。2008年2月21日, Terra SAR-X卫星与NFIRE卫星成功进行了世界上首次星间相干激光链路实验, 链路距离3700~4700km、链路持续时间50~650s、误码率优于10-9、通信数据率高达5.625Gbps, 该实验的成功标志着星间光通信技术的发展向前迈进了一大步。

1.1.2 日本空间光通信发展

日本从80年代中期就开始星间激光通信的研究工作。1995年6月, 日本的ETS-VI卫星与美国的大气观测卫星实现了双向激光通信, 在相距32000km的情况下通话8分钟。1995年7月, ETS-VI卫星成功进行了星地光通信实验, 传输距离37800km, 传输速率1.024Mbit/s。2004年, 日本计划在日本实验太空舱 (JEM) “Kibo”上进行光通信实验。实验在Kibo和多个地面接收站之间进行, 传输距离38, 000km, 下行速率2.5Gbit/s。

另外更引人注目的星地激光通信是日本的LUCE计划, LUCE通信终端 (见图2) 负载于OICETS卫星上, LUCE装载卫星的顶端。2005年12月9日实现了LUCE终端与Artemis卫星上的终端之间的激光通信。2006年3月, LUCE终端与日本国家信息通信技术研究所 (NICT) 光学地面站成功进行了双向激光通信试验, 示意图见图2。2006年6月7日, LUCE终端与德国宇航中心移动光学地面站OGS-OP之间实现激光通信试验, 在国际上首次实现低轨卫星与光学地面站的激光通信, 日本LUCE计划的成功推动了星间激光通信技术的发展。

1.1.3 美国空间光通信

美国于20世纪60年代中期就开始实施空间光通信方面的研究计划。美国近年来报道的大多是激光通信系统地面大气传输实验等方面的研究, 但一直以来各研究机构也进行了大量的星间相干光通信体制的理论和实验研究。

2000年, 搭载星载光通信终端LCT的卫星STRV-2成功发射, 但是由于卫星的位置和姿态控制精度未在设计范围内, 没能与地面站建立光通信链路。2003年, 美国JPL开始建造光通信望远镜实验室 (OCTL) , 该实验室主要包括一个1m口径的光通信望远镜, 用于研究多种激光在空间传输的性能, 可实现与低轨到地球同步轨道光通信终端的光通信。

美国转型通信卫星计划将在战时和和平时期为国防部创建更宽的带宽。美国防部已经在新墨西哥州进行了概念试验, 成功的实验显示出太空与地面站、太空与飞机之间进行激光通信的可能性, 随着结合激光通信的转型卫星计划的出现, 美国防部将会在带宽方面获得巨大提升。目前卫星上操作的带宽是几年前的10倍, 在配备有宽带间隙填充仪的先进极高频卫星发射后, 带宽将扩大10倍, 应用激光通信后, 带宽将再次扩大10倍。

1.2 国内发展现状

我国在激光通信技术的研究从“七五”开始, 已经有了近30年的时间, 已经在空间激光通信领域取得了一定成果, 主要集中在大专院校和部分厂所。这些研究主要是针对某一特定问题而展开的, 从不同的角度研究激光通信。单机或者单项技术研究居多, 系统层面以及工程应用层面的研究和试验不多, 与国外的差距较大。

2 卫星激光通信组成

卫星间激光通信系统主要由发射分系统、接收分系统、光学分系统、捕获跟踪瞄准 (简称ATP) 分系统和信息处理分系统等组成。如图3所示。

2.1 天线分系统

天线分系统主要由望远镜, 滤光片, 天线方位俯仰转动平台, 精跟踪和超前瞄准快速反射镜等设备组成;主要完成信标光和信号光的发射, 信标光和信号光的接收和滤波等任务。

天线发射部分完成对发射激光的准直和扩束, 使激光光束按照一定的发散角发射出去。天线接收部分主要完成对接收光学的滤波、光束汇聚至相应的探测器上。

2.2 发射分系统

发射分系统主要由激光器、调制器、功率放大器及驱动源等设备组成, 主要完成信标光产生、信号光产生、数据相干调制和信号光功率放大任务。

在卫星间激光链路中, 光源的设计非常重要, 它直接影响到天线增益、探测器的灵敏度、通信距离等参量, 本系统选用半导体激光器作为光源, 并同时使用两只激光器, 分别作为信标光源和信号光源。由不同的激光器产生的信号光和信标光分别经准直系统后, 具有合适的发散角, 然后通过合束器合成, 最后经过收发光学天线发射出去。

信标激光器用作系统的ATP探测, 为便于双方搜索, 减小捕获时间, 信标光源应有较大的光束发散角, 此外, 为保证接收端有足够强的光信号, 对信标光激光器的发射功率要求相对较高。

信号激光器应有较好的光束质量和较高的调制频率响应, 为得到较大的输出功率, 选用半导体激光器+光纤放大器体制。

2.3 接收分系统

接收分系统主要由光电探测器、滤波电路和放大电路等设备组成, 主要完成微弱光信号的探测和数据信号的解调等任务。

2.4 ATP分系统

ATP分系统主要由粗跟踪单元、精跟踪单元、中心控制器、超前瞄准机构以及相关光路组成。主要完成对方信标光的捕获、跟踪和瞄准任务。由于星间距离较远, 为了满足作用距离, 设计的信号光波束极窄。当收到对方信号时, 目标已运动到接收波束之外。双方发射天线波束的超前瞄准功能将克服该现象, 确保星地链路通信正常。

粗跟踪单元负责在大视场范围内搜索、捕获目标, 并对目标进行粗跟踪, 将目标导入精跟踪探测器的视场。精跟踪单元负责抑制平台带来的高频扰动, 在小视场内对目标进行精确跟踪, 确保系统视轴指向对方视场中心。中心控制器负责协调粗跟踪单元与精跟踪单元之间的工作及测量目标角位置、角速度及角加速度等信息。

2.5 信息处理分系统

信息处理分系统主要由A/D转换器、延迟锁定环、信道译码和处理、数据组帧和信道编码、对外接口等部分组成;主要完成位同步环锁定, 信道编译码等任务。

3 卫星激光通信的关键技术分析

3.1 捕获、跟踪与瞄准技术

在星间激光通信中, ATP分系统的作用是实现对光束的快速捕获并稳定跟瞄。由于两个光通信终端相隔距离较远、时刻处于移动状态, 为了确保通信成功, 要求ATP分系统的跟瞄精度非常高, 因此决定ATP分系统的设计和实现是星间激光通信系统中的一项非常关键且难度很大的工程技术。由于星间激光通信收发设备之间存在相对运动速度, 以及存在着角速度和角加速度, 与远程无线光通信所要求的极窄视场的捕获、跟踪与瞄准相矛盾。另外, 移动平台的姿态调整, 跟踪状态下引入的平台姿态变化和平台随机振动等均对窄视场的稳定跟瞄提出了严格的要求。系统信标光的发散角在mrad量级, 而信号光的发散角一般在几十μrad量级, 解决办法除了提高对对方激光信号的捕获、跟踪、瞄准设备性能以外, 还必须从整体系统角度综合平衡各个功能单元的技战术指标。比如: (1) 在接收机中使用稳定的激光器、高透射率的光学天线, 以提高发射和接收性能。 (2) 提高ATP自身平台稳定性能和提高平台与设备转动装置的重量比值, 以改善信号跟踪与空间瞄准精度。 (3) 提高信标光引导精度 (如程序控制引导) 、增加特殊的信标光设备和其他手段的实时引导手段 (如微波) , 以减少目标的快速捕获时间。 (4) 采用提高相对位置测量精度、降低跟踪误差和复合精密跟踪装置。 (5) 采用粗精两级复合轴联用方式, 以提高跟瞄性能。复合轴控制技术能较大地提高ATP跟瞄的性能。复合轴控制系统具体可分为以下几个部分:粗跟踪系统完成扫描、搜索、捕获目标的任务。粗跟踪传感器采用大视场的CCD, 控制单元采用DSP作为核心控制器, 实现控制算法和其他功能控制。绝对式编码器构成位置反馈和速度反馈, 控制对象为力矩电机。精瞄准系统完成精跟踪的任务, 精瞄准机构由精视场探测器 (高帧频CCD) , 数据控制器、线性高压功率运放及两维压电陶瓷模块组成。

3.2 高功率光源和高速调制技术

激光通信的需求之一是超高速的数据传输, 因此需要高码率的调制技术。在远距离的卫星和卫星通信过程中由于距离较远所以需要高功率的激光光源。在国内外大都采用极性相反的圆偏振光同时传送和波分复用技术增加通信容量, 采用激光二极管阵列技术和使用掺铒光纤放大器 (EDFA) 技术来提高激光器的发射功率。EDFA的工作原理是在石英光纤的纤芯中掺入三价稀土金属铒元素, 这种光纤在泵浦光的激励下形成粒子数反转分布, 然后在信号光的作用下产生受激辐射, 放出与信号光完全相同的光子形成光的放大, 进而实现光功率的放大。

3.3 高灵敏度、高增益接收技术

星间激光通信系统中, 光接收功率与光信号传播距离的平方成反比, 因此到达远距离接收端的光能量是非常微弱的。而噪声干扰如日光、星光又相当强, 对于大气层内的激光通信, 还会受到大气及湍流的影响。为此, 除了提高激光器的功率之外, 还必须研制高灵敏度的微光探测器, 对所接收的信号也要进行滤波处理。

目前探测器的研究方向主要是针对高灵敏度、高增益的雪崩光电二极管探测器 (APD) 。APD作为激光接收器件具有高灵敏度、可靠性能高等特点, 广泛应用在无线光通信系统中, QAPD作为跟踪器件, 具有精度高等特点, 在空间激光交会雷达、空间光通信等领域得到了较多的应用。

由于光接收端机收到的信号是十分微弱的, 又加之在高背景噪声的干扰情况下会导致接收端的信噪比 (S/N) 降低。为快速、精确地捕获目标和接收信号, 通常采取两方面的措施:一是提高接收端机的灵敏度, 使其达到μW-p W量级;二是对所接收的信号进行处理, 如光信道上采用光窄带滤波器 (干涉滤光片或原子滤光器等) 以抑制背景杂散光的干扰, 在电信道上采用微弱信号检测与处理技术。微光探测可以分为两种:相干探测和非相干探测。目前相干探测可以达到10-11w。非相干探测也可以达到10-8w的级别。

4 结束语

空间激光通信的发展趋势将向网络化、小型化、智能化方向发展, 卫星激光通信的应用范围将进一步扩大, 将建立GEO-GEO、GEO-LEO、LEO-LEO、LEO-地面等多种形式的激光通信链路。小卫星星座的迅猛发展, 使得人们对小卫星星座的星间光通信更加重视, 利用小卫星间激光通信实现全球个人移动通信将是未来全球个人通信的发展趋势。

空间激光通信特点鲜明, 优点很多, 未来军民用前景广阔。但是, 作为一种新兴通信模式, 空间移动光通信在技术和应用上还有不少难点, 需要攻克的关键技术还很多, 有必要加强基础元器件和关键元器件的研发投入;有必要加强空间光通信各种应用的系统设计和试验验证工作;有必要加强光通信设备的卫星搭载试验。另外, 鉴于国外空间光通信技术的成熟, 有必要积极借鉴国外的研究成果。以期在不久的将来初步形成我国激光通信的卫星。

参考文献

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[6]王红亚, 谢洪波.高速大气激光通信收发模块设计[J].电子测量技术, 2005.3:94-95.

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[8]柯熙政, 席晓莉.无线激光通信概论[M].北京:北京邮电大学出版社, 2004.

[9]Tzung-Hsien HoStuart, D.Milner, Christopher C.Davis.Pointing, Acquisition and Tracking System with Omnivision[J].SPIE Vol 5892:589201-589212.

卫星通信在应急通信中的应用 第8篇

一、建设卫星应急通信的必要性

卫星通信不受环境等因素的影响, 并且具有全天候、通信启用耗时短、通信距离长、通信量大、通信网络建设速度快、建网方式灵活多变、通信成本低等优点。卫星通信实现了图像信息、语音以及其他数据信息的实时动态通信, 近年来卫星通信已经成为了应急通信的重要方式之一。

二、常用的卫星应急通信系统介绍2.1卫星地面站

除了可使用高空卫星进行通信外, 还可在地面安装布置用于通信用途的短波或是超短波电台设备、数字信息传输系统等。该应急通信系统可用于救灾的指令的传达和救灾指挥、资源调度, 还可用于民众通信。该系统具有覆盖范围大、通信容量大等特点, 但同时系统部署难度较大, 并且系统部署完成后, 无法灵活的重组, 而且投资成本也较高。

2.2应急通信车

应急通信车中配备了非常齐全的通信设备, 车内可以集成短波或是超短波电台、数字信息传输系统等通信系统, 通过卫星信号的传输链路可实现一定范围的通信信息传输。应急通信车具有使用灵活、机动性较强等特点, 但同时也具有覆盖范围小、通信容量不足等缺陷, 同时如果受到交通中断的影响, 应急通信车便无法发挥应有的作用。

2.3卫星通信便携站

卫星通信便携站也是通过卫星信号的传输链路实现便携站所覆盖范围内的各种语音及图像等信息的传输通信。该应急通信系统具有机动性较强、使用灵活方便的特点, 但同时由于受到便携站功率的限制, 无法满足大范围、大容量的应急通信。通常用于当交通中断, 应急通信车无法达到的地方。

2.4卫星电话

卫星电话具有通信稳定、使用方便灵活等特点, 可保障救灾指令的及时有效地传达, 但由于受到终端设备的限制, 无法实现大范围的使用普及。

三、卫星应急通信系统的建设原则

一个完整的卫星应急通信系统应当具备以下功能:语音和图像通讯功能、图像采编显示功能、视频会议功能等。其通信手段应当多样化, 并且可以适用于各种不同的场合, 同时满足不同用户的个性化需求。卫星应急通信系统应当满足灵活机动、通信稳定、通信容量大等要求。卫星应急通信系统的建立应对遵循“总体部署、按部实施;应急通信为主、各种通信手段相互结合”的原则。

四、SVC卫星通信保障系统

SVC卫星通信保障系统具有以下几点功能特点。 (1) 将Ku波段与C波段结合起来。该系统以一个“天” (空中卫星) 为主的天地综合通信网络。SVC可支持多波段应急信息, 有效保证了恶劣条件下的应急通信的稳定性。 (2) 混合通信网络结构。该卫星应急通信系统将网状网和星状网相结合, 可实现“点与点”和“点与网”的数据通信传输。采用最优的多地址方式进行综合数据传输, 使应急通信灵活程度更高。 (3) 将动中通与静中通相结合。通过实践表明, 在应急通信中, 静中通为应急通信的主要通信渠道, 但是由于突发事件具有不确定性, 此时便需要使用动中通进行通信。动中通覆盖范围较大、通信方式多样化、数据传输稳定可靠, 动中通可快速捕捉到卫星信号, 并完成数据通信。

五、结束语

卫星通信具有全天候、通信启用耗时短、通信距离长、通信量大、建网方式灵活多变等优点。因此卫星通信系统在应急通信中得到了广泛的应用。

参考文献

[1]余建国.SVC卫星应急通信保障系统探析[J].中国新通信, 2012

[2]祝龙双, 施永新.卫星宽带在应急通信和灾害备份中的应用[J].卫星与网络.2008 (07)

[3]李京.卫星通讯在我国灾害应急体系中的应用需求[J].当代通信.2006 (13)

卫星通信网 第9篇

第一章总则

第一条为了规范建立卫星通信网和设置使用地球站的行为, 避免和减少卫星网络之间、地球站与共用频段的其他无线电台之间的相互干扰, 促进卫星通信事业健康发展, 根据《中华人民共和国无线电管理条例》和相关行政法规, 制定本规定。

第二条在中华人民共和国境内建立卫星通信网和设置使用地球站, 适用本规定。

本规定所称的卫星通信网, 是指利用卫星空间电台进行通信的地球站组成的通信网。

本规定所称的地球站, 是指设置在地球表面或者地球大气层主要部分以内的、与空间电台通信或者通过空间电台与同类电台进行通信的电台。

第三条国家对建立卫星通信网实行许可制度。

建立卫星通信网的, 应当经中华人民共和国工业和信息化部 (以下称工业和信息化部) 批准;未经批准, 任何单位或者个人不得建立卫星通信网。

第四条设置使用地球站的, 应当按照本规定办理审批手续, 取得工业和信息化部或者省、自治区、直辖市无线电管理机构颁发的无线电台执照。

设置使用单收地球站, 不需要无线电管理机构对其信息接收提供电磁环境保护的, 可以不按本规定办理审批手续;要求无线电管理机构保护其信息接收免受有害无线电干扰的, 应当按照本规定办理审批手续并取得无线电台执照。

第二章建立卫星通信网

第五条建立卫星通信网的, 应当具备下列条件:

(一) 具有法人资格。

(二) 拟使用的国内空间电台经工业和信息化部批准, 并取得无线电台执照。

(三) 拟使用的国外空间电台已完成与我国相关卫星网络空间电台和地面电台的频率协调, 其技术特性符合双方主管部门之间达成的协议的要求。

(四) 无线电频率的使用符合国家无线电频率划分、规划和有关管理规定。

(五) 有合理可行的技术方案。

(六) 有与卫星通信网建设、运营相适应的资金和专业人员。

(七) 有可利用的、由合法经营者提供的卫星频率资源。

(八) 法律、行政法规规定的开展有关业务应当具备的其他条件。

建立涉及电信业务经营的卫星通信网的, 还应当持有相应的电信业务经营许可证。

第六条建立卫星通信网的, 应当符合国家通信网建设的统筹规划, 遵守国家建设管理规定。

第七条申请建立卫星通信网的, 应当向工业和信息化部提交书面申请和下列材料:

(一) 法人资格证明。

(二) 申请单位基本情况说明。

(三) 包含本规定附录所列基本资料的技术方案。

(四) 可用资金证明材料。

(五) 可使用相关卫星频率资源的证明材料。

(六) 国家规定的开展有关业务应当提交的其他材料。

申请建立涉及电信业务经营的卫星通信网的, 还应当提交相应的电信业务经营许可证复印件。

第八条申请材料齐全、符合法定形式的, 工业和信息化部应当受理, 并向申请人出具书面受理通知;申请材料不齐全或者不符合法定形式的, 工业和信息化部应当当场或者在5个工作日内一次告知申请人需要补正的全部内容;依法不予受理的, 应当书面通知申请人。

第九条工业和信息化部应自受理申请之日起20个工作日内作出审批决定。经审查合格的, 出具批准建立卫星通信网证明, 并书面通知网内地球站所在地的省、自治区、直辖市无线电管理机构。经审查不合格的, 书面通知申请人不予批准并说明理由。

第十条工业和信息化部批准建立卫星通信网时, 应当确定其频率使用期限, 该期限最长不超过10年。频率使用期限届满需要继续使用的, 应当在期限届满30日前向工业和信息化部提出书面申请, 由工业和信息化部在期限届满前作出是否准予继续使用的决定, 并书面通知申请人。

第十一条获准建立卫星通信网的, 应当自批准之日起一年内将该卫星通信网投入使用。

不能在前款规定的期限内启用的, 应当在该期限届满30日前书面告知工业和信息化部, 说明理由和启用日期。

终止运行卫星通信网的, 应当提前30日向工业和信息化部申请办理注销手续。

获准建立卫星通信网的法人或者其他组织依法终止的, 工业和信息化部应当注销对其建立卫星通信网的批准, 并书面通知网内地球站所在地的省、自治区、直辖市无线电管理机构。

第十二条需要变更卫星通信网使用的卫星、频率、极化、传输带宽或者通信覆盖范围的, 应当提前30日向工业和信息化部提出书面申请, 并取得批准。

未经批准, 不得改变卫星通信网使用的卫星、频率、极化、传输带宽或者通信覆盖范围。

获准建立卫星通信网的单位变更名称、法定代表人或者注册住所的, 应当自变更发生之日起30日内向工业和信息化部备案。

第十三条获准建立卫星通信网的单位与卫星转发器经营者签署的转发器租赁协议, 以及涉及租赁卫星、频率、极化、带宽和有效期变更的补充修改协议, 应当自签署之日起30日内向工业和信息化部备案。

第十四条获准建立卫星通信网的单位设置网内地球站, 应当按照本规定办理地球站设置审批手续并领取无线电台执照;由用户设置网内地球站的, 获准建立卫星通信网的单位应当协助用户办理地球站设置审批手续。

获准建立卫星通信网的单位不得向未办理地球站设置审批手续的用户提供卫星信道, 但是根据本规定第四条第二款的规定可以不办理审批手续的单收地球站除外。

第十五条获准建立卫星通信网的单位应当在每年一月三十一日前向工业和信息化部书面报送上年度卫星通信网建设和运行的材料, 包括:

(一) 开通业务的城市或地区、业务种类。

(二) 卫星频率资源使用情况, 包括空间电台的名称和轨道经度、实际使用带宽、上下行频率范围和极化。

(三) 网内用户名单、双向和发射地球站数量、单收地球站数量。

(四) 已领取无线电台执照的地球站数量。

(五) 工业和信息化部要求报送的其他材料。

上述材料应当同时送地球站所在地的省、自治区、直辖市无线电管理机构备案。

第十六条获准建立卫星通信网的单位应当接受无线电管理机构的监督检查, 配合无线电管理机构对网内地球站进行管理。

第三章设置使用地球站

第十七条设置使用下列地球站, 应当经工业和信息化部审查批准:

(一) 中央国家机关及其在京直属单位在北京地区设置使用的地球站。

(二) 与国外或者港澳台地区通信的地球站。

(三) 涉及与境外电台协调的地球站。

(四) 各类空间无线电通信业务的馈线链路地球站、关口站或者测控站。

设置使用前款规定之外的地球站, 由地球站所在地的省、自治区、直辖市无线电管理机构审查批准。

在北京以外的省、自治区、直辖市辖区内设置使用第一款第 (二) 项、第 (三) 项、第 (四) 项所列地球站的, 工业和信息化部委托省、自治区、直辖市无线电管理机构负责对站址和电磁兼容情况进行初步审查, 报工业和信息化部批准。

第十八条设置国际通信地球站的, 应当按照有关规定向工业和信息化部申请办理国际通信出入口审批手续。

第十九条地球站的技术特性、站址选择应当符合国家规定的标准和有关规定。

在城市市区的限制区域内设置使用的发射地球站, 其天线直径不应超过4.5米, 实际发射功率不应超过20瓦。

设置地球站所使用的发射设备, 应当通过国家无线电发射设备型号核准。

第二十条申请设置使用属于某个卫星通信网的地球站的, 应当按照本规定第十七条的规定, 向工业和信息化部或者地球站所在地的省、自治区、直辖市无线电管理机构提交书面申请和下列材料:

(一) 设置无线电台 (站) 申请表。

(二) 地球站技术资料申报表。

(三) 地球站站址电磁环境测试报告。

设置天线直径不超过4.5米的地球站, 站址周围视距传播范围内不存在其他同频段无线电台的, 可以不提交地球站站址电磁环境测试报告。

第二十一条申请设置使用不属于某个卫星通信网的地球站的, 除本规定第二十条所列申请材料外, 还应当提交下列材料:

(一) 法人资格证明。

(二) 卫星传输链路计算材料。

(三) 可使用相关卫星频率资源的证明材料。

(四) 国家规定的开展有关业务所需提供的其他材料。

申请设置涉及电信业务经营的地球站的, 还应当提交相应的电信业务经营许可证复印件。

第二十二条申请材料齐全、符合法定形式的, 工业和信息化部或者省、自治区、直辖市无线电管理机构应当受理, 并向申请人出具书面受理通知;申请材料不齐全或者不符合法定形式的, 应当当场或者在5个工作日内一次告知申请人需要补正的全部内容;依法不予受理的, 应当书面通知申请人。

第二十三条设置使用属于某个卫星通信网的地球站, 应当符合下列条件:

(一) 地球站所属卫星通信网已获得批准。

(二) 所使用的空间电台、频率和极化与所属卫星通信网获得的批准文件一致。

(三) 地球站的技术特性、站址选择符合本规定的相关要求。

(四) 地球站与周围已建或者已受理申请的同频段其他无线电台之间不会相互产生有害干扰。

第二十四条设置使用不属于某个卫星通信网的地球站, 除应当符合本规定第二十三条第 (三) 项、第 (四) 项规定的条件外, 还应当符合下列条件:

(一) 拟使用的国内空间电台经工业和信息化部批准, 并取得空间电台执照。

(二) 拟使用的国外空间电台已完成与我国相关卫星网络空间电台和地面电台的频率协调, 其技术特性符合双方主管部门之间达成的协议的要求。

(三) 无线电频率的使用符合国家无线电频率划分、规划和有关管理规定。

(四) 拟使用的卫星频率资源由合法经营者提供。

(五) 法律、行政法规规定的开展有关业务应当具备的其他条件。

第二十五条除本规定第十七条第三款所列的申请外, 工业和信息化部或者省、自治区、直辖市无线电管理机构应当自受理申请之日起20个工作日内作出审批决定。经审查合格的, 书面批准申请人设置使用地球站;经审查不合格的, 书面通知申请人不予批准并说明理由。

无线电管理机构在审查期间, 需要邀请专家进行干扰分析、测试验证的, 所需时间不计算在上述期限内, 但无线电管理机构应当将所需时间书面告知申请人。

第二十六条省、自治区、直辖市无线电管理机构根据本规定第十七条第三款受理设置使用地球站申请的, 应当自受理申请之日起15个工作日内完成初步审查, 并将初审意见和全部申请材料报送工业和信息化部。

工业和信息化部应当自省、自治区、直辖市无线电管理机构受理申请之日起20个工作日内, 作出批准或者不予批准的书面决定。

第二十七条工业和信息化部或者省、自治区、直辖市无线电管理机构批准申请人设置使用不属于某个卫星通信网的地球站的, 应当确定其频率使用期限, 该期限最长不超过10年。频率使用期限届满需继续使用的, 应当在该期限届满30日前向原审批机构提出书面申请, 由原审批机构作出是否准予继续使用的决定, 并书面通知申请人。

第二十八条拟建地球站与已建或者已受理申请的同频段其他无线电台之间将产生有害干扰的, 工业和信息化部或者省、自治区、直辖市无线电管理机构应当书面通知申请人不予批准, 并告知将受其干扰影响者的情况。

申请人可以与将受其干扰影响者直接协商, 寻求解决干扰问题的可行方案;或者提请工业和信息化部或者省、自治区、直辖市无线电管理机构组织技术专家和有关单位进行论证和协调。

在完成干扰协调后, 申请人可以重新向工业和信息化部或者省、自治区、直辖市无线电管理机构提出设置使用该地球站的申请。

第二十九条在沿海和与其他国家或者地区相邻的省、自治区、直辖市辖区内设置使用与其他无线电业务共用频段的大、中型地球站, 并且该地球站的协调区覆盖其他国家或者地区的, 受理申请的省、自治区、直辖市无线电管理机构应当在实质审查合格后, 将有关情况书面告知申请人, 并按照国际电信联盟《无线电规则》的有关规定, 向工业和信息化部报送有关资料和审查意见。

工业和信息化部应当按照《无线电规则》的有关规定或者双边协议, 与相关国家或者地区进行协调, 协调时间为4至6个月。

在完成有关协调后, 工业和信息化部应当作出予以批准或者不予批准的决定, 书面通知申请人和受理申请的省、自治区、直辖市无线电管理机构。

第三十条申请人应当自收到无线电管理机构批准设置使用地球站的文件之日起15日内, 到工业和信息化部或者省、自治区、直辖市无线电管理机构办理设置使用无线电台手续, 领取无线电台执照。

第三十一条地球站应当按照核定的项目进行工作。变更地球站站址、频率、极化、发射功率、天线特性或所使用的卫星的, 应当提前30日向原审批机构提出书面申请。

未经批准, 不得改变地球站的站址、频率、极化、发射特性或所使用的卫星。

第三十二条停止使用地球站的, 应当在停止使用后30日内向原审批机构申请办理注销手续, 交回无线电台执照, 并采取拆除、封存或者销毁措施保证已停止使用的地球站终止发射信号。

未经批准, 任何单位和个人不得重新启用已办理注销手续的地球站。

第三十三条地球站的无线电台执照持照者应当按规定在指定期限内缴纳年度频率占用费, 接受无线电管理机构对其无线电台执照的核验。

第三十四条临时设置使用地球站的, 应当根据本规定第十七条的规定, 在启用日期15日前, 向工业和信息化部或者省、自治区、直辖市无线电管理机构提交书面申请和相关申请材料。经审查批准后, 办理临时设站手续。

临时设置使用的地球站, 使用期限不超过6个月。

第四章罚则

第三十五条违反本规定第三条第二款、第四条第一款、第三十二条第二款规定的, 由工业和信息化部或者省、自治区、直辖市无线电管理机构依据职责责令改正, 并按照《中华人民共和国无线电管理条例》等行政法规的规定给予处罚。

第三十六条违反本规定第十二条第二款、第三十一条第二款规定的, 由工业和信息化部或者省、自治区、直辖市无线电管理机构责令限期改正;逾期不改的, 按照《中华人民共和国无线电管理条例》等行政法规的规定给予处罚。

第三十七条违反本规定第十四条第二款规定的, 由工业和信息化部或者省、自治区、直辖市无线电管理机构依据职责责令限期改正, 处5000元以上3万元以下的罚款。

第五章附则

第三十八条外国领导人访华、各国驻中华人民共和国使领馆和享有外交特权与豁免的国际组织驻中华人民共和国代表机构设置使用地球站, 应当通过外交途径向工业和信息化部提出申请。

第三十九条卫星移动业务涉及的终端地球站的使用管理规定, 由工业和信息化部另行制定。

第四十条本规定自2009年4月10日起施行。2002年6月21日公布的《建立卫星通信网和设置使用地球站管理规定》 (中华人民共和国信息产业部令第21号) 同时废止。

附录:卫星通信网技术方案应包含的基本资料

一、网络的一般特性

1、业务需求和功能:网络用途和功能;业务类型和业务量;传输容量。

2、组网方式:网络结构 (含网络拓扑结构图) ;通信覆盖范围。

3、网络规模:网络规模;实施计划;启用日期。

4、技术体制:基本信号形式;信源编码方式、复用方式、纠错方式;调制方式;多址联接和分配方式;网络监控系统等。

二、工作频段和卫星空间电台特性

拟使用的上、下行频率范围。

拟使用的卫星空间电台名称、轨道位置。

相关转发器的编号、类别、极化和带宽。

相关发射、接收波束的天线增益等值线图。

卫星接收系统噪声温度。

相关转发器的饱和等效全向辐射功率 (EIRPs) 图或表、接收系统品质因素 (G/T) 图或表。

三、载波参数

每个载波的发射类别、必要带宽和拟使用的上、下行频率。

每个载波的上、下行功率和功率谱密度。

载波频率规划示意图 (适用于多载波工作情况) 。

载波正常接收所要求的C/N值。

四、地球站特性

1、主站技术参数:

地理位置。

高功放饱和输出功率、所要求的实际发射功率。

天线类型和口径、发射及接收天线增益、旁瓣特性。

接收系统噪声温度。

2、远端站 (典型) 技术参数:

近期建站的数量和地理分布。

高功放饱和输出功率、所要求的实际发射功率。

天线类型及口径、发射及接收天线增益、旁瓣特性。

(远端站功率和天线特性应包括所使用的各种组合)

五、传输链路计算

提供计算所采用的参数和下列结果:

主站每个载波所需的上行EIRP或发射功率、全部载波所需的发射功率。

远端站 (典型) 每个载波所需的上行EIRP或发射功率、全部载波所需的发射功率。

浅谈卫星通信技术 第10篇

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转发微波信号,在多个地面站之间通信,卫星通信的主要目的是实现对地面的“无缝隙”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。但卫星通信要求地面设备具有较大的发射功率,因此不易普及使用。

自1957年前苏联发射第一颗人造卫星以来,人造卫星即被广泛应用于通信,广播,电视等领域。1965年第一颗商用国际通信卫星被送入大西洋上空同步轨道,开始了利用静止卫星的商业通信。

卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。卫星段在空中起中继站的作用,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。用户段即是各种用户终端。

在微波频带,整个通信卫星的工作频带约有500MHz宽度,为了便于放大和发射及减少变调干扰,一般在星上设置若干个转发器。每个转发器被分配一定的工作频带。目前的卫星通信多采用频分多址技术,不同的地球站占用不同的频率,即采用不同的载波。比较适用于点对点大容量的通信。近年来,时分多址技术也在卫星通信中得到了较多的应用,即多个地球站占用同一频带,但占用不同的时隙。与频分多址方式相比,时分多址技术不会产生互调干扰、不需用上下变频把各地球站信号分开、适合数字通信、可根据业务量的变化按需分配传输带宽,使实际容量大幅度增加。另一种多址技术是码分多址(CDMA),即不同的地球站占用同一频率和同一时间,但利用不同的随机码对信息进行编码来区分不同的地址。CDMA采用了扩展频谱通信技术,具有抗干扰能力强、有较好的保密通信能力、可灵活调度传输资源等优点。它比较适合于容量小、分布广、有一定保密要求的系统使用。

距地面35800km,卫星绕地球一周的时间恰好与地球自转一周(23小时56分4秒)一致,从地面看上去如同静止不动一般,所以叫做“静止卫星”即同步静止轨道。理论上,用三颗相距120度高轨道卫星即可以实现全球覆盖。传统的同步轨道卫星通信系统的技术最为成熟,自从同步卫星被用于通信业务以来,用同步卫星来建立全球卫星通信系统已经成为了建立卫星通信系统的传统模式。但是,同步卫星有一个不可克服的障碍,就是较长的传播时延和较大的链路损耗,严重影响到它在某些通信领域的应用,特别是在卫星移动通信方面的应用。首先,同步卫星轨道高,链路损耗大,对用户终端接收机性能要求较高。这种系统难于支持手持机直接通过卫星进行通信,或者需要采用l2m以上的星载天线(L波段),这就对卫星星载通信有效载荷提出了较高的要求,不利于小卫星技术在移动通信中的使用。其次,由于链路距离长,传播延时大,单跳的传播时延就会达到数百毫秒,加上语音编码器等的处理时间则单跳时延将进一步增加,当移动用户通过卫星进行双跳通信时,时延甚至将达到秒级,这是用户、特别是话音通信用户所难以忍受的。为了避免这种双跳通信就必须采用星上处理使得卫星具有交换功能,但这必将增加卫星的复杂度,不但增加系统成本,也有一定的技术风险。

2 卫星通信系统的分类

2.1 按照工作轨道区分:

卫星通信系统一般分为以下3类:低轨道卫星通信系统(LEO),中轨道卫星通信系统(MEO),高轨道卫星通信系统(GEO)

2.2 按照通信范围区分:

卫星通信系统可以分为国际通信卫星、区域性通信卫星、国内通信卫星。

2.3 按照用途区分:

卫星通信系统可以分为综合业务通信卫星、军事通信卫星、海事通信卫星、电视直播卫星等。

2.4 按照转发能力区分:

卫星通信系统可以分为无星上处理能力卫星、有星上处理能力卫星。

3 卫星通信在自然灾害下的应用

卫星通信在各种灾害条件下,能确保灾情现场图像信息和防灾调度指令的及时、迅速、准确、可靠地上传下达,进一步缩短灾情预报期,争取防洪抗灾的主动性,保障国家和人民生命财产安全;是对防汛抗旱工程措施的有效补充,也是投资省、见效快、技术新颖、行之有效的防洪减灾途径和切实可行的重要非工程性措施,对促进防灾、减灾工作的发展和社会主义建设有着深远的社会意义。

在汶川地震中,抽调黄委会信息中心的卫星通信车到灾区,卫星通信车参与了地震灾后救援,为相关部门的人员和资源的调配、整体的组织、协调和指挥,以及迅速掌握第一现场信息资料的能力高低,影响到事件应对的成与败,起到了很重要的的作用。

在汶川地震中,由于地震破坏,电信设施受损,常规通信不畅。而卫星通信车在在汶川地震中几乎起到了“奇兵”的重要作用。并且在此之后的重大公共突发时间中,并通过图像、语音、视频、数据双向传输等综合手段,实现了指挥作战的网络化、扁平化、可视化、信息化、现代化。卫星通信车在保障通信,保障公共安全上起到的作用越来越重大。

卫星通信车工作原理(传输系统主要包含图像传送和勤务话音传送两部分)

3.1 图像传送传输路径为:现场图像+伴音无线微波引接设备卫通车

卫星转发器固定站指挥中心指挥中心大屏(及会商系统)。

卫星转发器接收到上行信号,经变频变为下行信号转发出去。

固定站4.5米天线接收卫星转发的下行信号,经下变频输出中频信号,送入解调器解出数据编码信号,经数字电视编解码器解压缩将恢复的防汛现场的汛情图像伴音信号送至指挥中心显示屏及会商系统,供领导分析、决策。

同理,指挥中心会商室的视音频信号也可通过上述过程传输到车载站,形成双向视频接入。

3.2 勤务话音传送:

车载站到固定站:话音信号经调制器编码调制复接后,形成70MHz的载频,再将其送入室外单元(ODU),经上变频由固态功率放大器(SSPA)放大,经波导将功率信号输送到1.2米车载天线由天线发射到卫星上。

卫星转发器接收到上行信号,经变频变为下行信号转发出去。

固定站4.5米天线接收卫星转发的下行信号,经下变频输出70MHz的中频信号,经解调器解调送至勤务话机,完成话音通信。

4 卫星通信系统的特点

优点方面:

a.通信范围大:一颗卫星就能实现18000公里以内的通信,只要在地球赤道上空均匀地放置三颗“同步通信卫星”,就可以实现全球范围的通信了。

b.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。

c.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。

d.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。

缺点方面:

a.由于从地球站卫星地球站,电磁波的传播距离约72000公里,传播时间约为0.27秒,信号到达有延迟。

b.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。

c.回声效应:在卫星通信中,由于电波来回转播需0.54s,因此产生了讲话之后的“回声效应”。为了消除这一干扰,卫星电话通信系统中增加了一些设备,专门用于消除或抑制回声干扰。

d.存在通信盲区。把地球同步卫星作为通信卫星时,由于地球两极附近区域“看不见”卫星,因此不能利用地球同步卫星实现对地球两极的通信。

e.天线受太阳噪声的影响,存在日凌中断、星蚀和雨衰现象。

5 未来卫星通信系统主要有以下的发展趋势:

5.1 数字卫星成为主流,传统的弯管式卫星网将被具有星上处理和交换功能的卫星所替代。

5.2通过卫星通信系统承载数字视频直播(DVB)和数字音频广播(DAB);卫星电视直播成为卫星应用产业的支柱产业。现在世界上DBS/DTH的卫星电视直播用户有4500多万户。

5.3卫星业务综合化。由于数字技术的应用,可灵活地组合多种业务,将通信、电视、声音广播、数字广播、因特网和视频点播等功能集卫星于一体。这是数字化、网络化发展的必然结果。卫星通信系统将与IP技术结合,用于提供多媒体通信和因特网接入,即包括用于国际、国内的骨干网络,也包括用于提供用户直接接入;卫星通信网与互联网和陆基电信网的相互融合正在扩展卫星通信的新领域。卫星互联网内容传送和宽带接入服务等数据传递业务成为推动市场繁荣的新动力,使卫星通信应用向综合化方向发展。在卫星通信市场中,就话音和数据业务相比,话音业务所占比重逐步减少,数据业务应用的比重将逐渐上升。

5.4 宽带卫星系统将与地面的电视网、TV网和计算机网融为一体,一旦实现全数字化,电视、通信、计算机这些迄今相互分离的技术将融为一体,使这些业务互相渗透、融合汇聚,形成一种广义上的网络。宽带多媒体卫星通信系统在不远的将来将起着重要的作用。

5.5频道资源的国际化、媒体广播的无国境化。因特网的广泛普及,多频道直播卫星的急剧发展,将使不同的文化媒体广泛交流与融合,势必引发资源国际化合媒体广播的无国境化。

摘要：对卫星通讯这项技术做了进一步的阐述,对其应用与特点及其发展趋势进行了详细的论述。

关键词：卫星通信,应用特点,发展趋势

参考文献

[1]储钟圻.数字卫星通信[M].北京:机械工业出版社,2005.