卫星通信论文【精品多篇】范文

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卫星通信论文 篇一

热备件平时与工作设备(主用设备)一起存放于地球站收发设备在线机柜中，与主用设备一同构成二备一工作模式，当主用设备出现故障时，只需通过设备面板本地控制或监控台远程控制进行主备切换，即可完成热备件的取用；对于离线的冷备件，系统采用以下取用策略：(1)系统某主用设备单元故障报警，通过本地控制/远程控制方式进行主备切换，恢复系统正常工作状态；(2)利用备件管理系统查询仓库中相应故障设备单元的完好备件余量，并打印显示完好备件存放位置和相关信息；(3)若有余量且备件性能检测系统中也有相应备件，则率先从备件性能检测系统中取出相应备件进行更换，恢复系统双机热备工作模式，同时从仓库中取出一个相应备件单元放入备件性能检测系统中，恢复备件性能检测系统的完整性，并记录更换信息；(4)若有余量但备件性能检测系统中无相应备件，则根据具体信息从相应库位中选择一个备件进行更换，恢复系统双机热备工作模式，并记录更换信息；(5)替换下的故障单元放入备件性能检测系统进一步确认故障状态和进行故障定位分析，然后做好标记，再存入专门的故障设备仓库中，同时进行故障单元的入库登记；(6)若无可用备件，则修改系统对应故障设备单元的热备件状态以及系统对应的该设备单元的双机热备工作状态，上报备件缺少情况，以便及时采购进行备件补充。

2备件性能检测系统

基于上述备件维护管理策略可知，要实现地球站收发设备备件的离线性能检测，拟设计构建备件性能检测系统，以对备件性能的长期稳定性进行测试与维护，使更换备件的上线成功率达100%，确保更换备件的可用性和可靠性，从而为卫星通信系统的连续稳定运行提供可靠保障。地球站收发设备的备件分为系统级备件和部件级备件，其中系统级备件是指具备集成为有线闭环测试系统条件的备件，部件级备件是指不具备集成为有线闭环测试系统条件的备件。依据收发设备的备件分类情况，可将备件性能检测系统分为系统级备件性能检测系统和部件级备件性能检测平台，组成框图如图1所示。

2．1系统级备件性能检测系统

备件性能检测系统是针对具备集成为有线闭环测试系统条件的备件进行测试的平台，其设计思想是：利用信息产生器及模拟转发器将地球站的发送链路和接收链路的部分零散备件集成为一个自发自收的有线闭环检测链路，用来完成系统级备件的加电测试，并通过监测环路时延值达到对备件的检查与维护，确保更换备件的可用性和可靠性。同时，可完成返修设备及新增设备的验收考核测试、新进人员的业务培训、模拟故障处理演练等任务，具体组成框图如图2所示。

2．2部件级备件性能检测平台

部件级备件性能检测平台是针对不具备集成为有线闭环测试系统条件的备件进行测试的平台，其设计思想是：利用信号源、频谱仪、矢量网络分析仪、逻辑分析仪、功率计等测试仪器对零散的部件级备件进行定期检测维护和指标测试，以确保部件级备件的可用性和可靠性。同时，可作为新购置备件的验收测试平台，具体组成框图如图3所示。

3备件管理系统

3．1备件管理系统的体系结构

对于地球站收发设备的备件设备的管理，传统的管理方法是直接将备件设备放入库房，需要时人工从繁杂的备件设备中查找需要更换的备件设备，费时费力且延误备件上线时间，降低了系统不间断运行的可靠性；并且在系统备件状态发生变化时，表格记录形式无法得到及时更新，容易造成管理上的混乱。因此，为提高备件的使用效率，解决备件分散和备件存取造成的管理混乱等问题，本文建立备件管理系统，通过构建备件信息数据库，设计实现备件出入库管理和备件档案管理流程，实现备件设备信息的科学管理，并为地球站装备管理和采购提供数据支持。备件管理系统的体系结构如图4所示。

3．2备件管理系统的功能模块

本文从系统实用性出发，对信号收发备件管理系统进行需求分析，将系统功能模块划分为基本信息管理、备件库存管理、备件计划管理、使用信息管理、查询统计管理、系统信息管理等几个部分。系统各模块的功能如下：(1)基本信息管理基本信息管理用来设置系统的基础数据信息，如用户信息、备件信息、备件供应商信息、仓库及库位信息等，以便为其它的管理模块提供一个统一规范的基础性数据，并且方便系统的维护。(2)备件库存管理备件库存管理是备件管理系统最为重要的管理模块之一，该模块涵盖了备件从入库到出库之间的全部业务流程，主要实现对备件入库管理、备件出库管理、备件档案管理、库存备件明细、库存备件汇总以及库存报警等的管理。(3)备件计划管理备件计划管理主要实现备件采购计划工作中的备件计划、备件需求统计等功能。(4)库房管理库房及存放柜管理是对备件存放的直接映射，通过库房信息以及备件存放位置的信息，方便快捷地将备件定位到库房存放柜中，解决了原始的纸面记录或无库存记录造成的弊端。(5)使用信息管理使用信息管理主要记录备件上机使用情况，为合理采购备件，提供了第一手资料。(6)查询统计管理查询统计管理可提供灵活多样且直观的查询统计方式，统计出的数据准确可靠，用户可以通过统计汇总出各个备件的库存、维修、使用等数据，为领导决策提供依据。(7)系统信息管理系统信息管理主要完成对信号收发备件管理系统的用户信息和用户密码修改的管理。

4结论

本文取得的研究结果为地球站收发设备的备件性能检测、故障单元备件合理更换以及备件的系统化管理提供了一套科学有效的解决方案。根据系统发送链路和接收链路的特点，利用零散备件设计形成闭环检测链路，对备件进行性能维护测试，确保了更换备件的完好性，提高了系统的可靠性；研制设计的备件管理系统对所有备件进行系统化管理，方便备件的查找和及时补充，大大提高了卫星通信系统的维护效率，为系统的稳定可靠运行提供了重要保障。同时，本文研究的备件维护管理策略、备件取用策略、备件管理方案等成果，具有广阔的应用前景和推广价值，可推广应用于其它卫星系统中。

卫星通信论文 篇二

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

1LEO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。

2LEO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。

3LEO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。

4LEO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。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，不管卫星的具体位置，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

[2]刘刚。低轨卫星星座网的切换研究。通信学报，2004(25)

卫星通信论文 篇三

1．1硬件组成硬件部分主要由单片机主控、监控和切换矩阵3部分组成。单片机通过识别本控和远控开关的工作模式，根据串口中断送来的控制信号对在线工作的设备进行操作，同时和数据采集器Nport通信，发送参数注入指令，监控机按指令将正确参数注入到优先级最高的备用设备，完成倒换开关的控制。硬件系统的组成如图2所示。单片机是主控部分［7］的核心，主要完成本控/远控的判断及主要程序的执行、射频设备的倒换以及与监控机的通信，实现电路的选通、面板显示等功能。其主要包括单片机辅助电路、输入输出口驱动电路、射频切换控制数据口、中频切换控制数据口、4线RS－485串口通信电路、外部指示灯控制电路及电源电路。监控部分通过网口与数据采集设备通信，轮询设备的当前工作状态，依据设备工作状态向单片机发送调整信息，并进行参数的注入，实现智能切换单元的远程控制竞争－冒险”现象而导致系统崩溃。切换矩阵通过控制元件完成切换控制。开关矩阵中选择了可控功率大、损耗小的PIN管作为核心控制器件。由于吸收式PIN开关改善了端口驻波，“开”与“断”状态下的驻波较好，兼顾系统的稳定性，在此选择吸收式PIN开关［9］。

1．2硬件电路功能模块根据功能模块划分，实际电路分为5个模块：CPU接口电路模块、串口通信模块、键盘控制模块、液晶驱动模块及PIN开关切换控制模块。①CPU接口电路模块CPU接口电路主要完成电路的控制。电路主要包括晶振电路、外部复位电路、JTAG接口电路及电源指示电路。设计中采用AVR公司的ATMEL6450单片机，此类单片机拥有68个双向I/O口，同时具有64K字节的Flash，2K字节的EEP-ROM，4K字节的RAM，满足设计需求。②串口通信模块串口通信模块用来完成单片机与计算机的通信，实现计算机在远控模式下对整个切换网络的控制，选用MAX1482器件完成双工通信。③键盘控制模块设计中选用74C922键盘控制集成电路模块，运用12个键组合完成所有的设置功能，采用中断方式实现与单片机的数据交换和控制。④液晶驱动显示模块液晶显示模块选用LCM128645zk模块，该模块主要特点是内带8000多GB1/2中文汉字字库液晶显示模块，串行/并行两用接口。设计中采用并行传输模式，由指令位(DLFLAG)来选择8－BIT或4－BIT接口，单片机配合(RS，R/W，E，DB0．．DB7)完成传输动作。⑤PIN开关切换控制模块PIN开关采取自主研制，选用吸收式PIN开关改善端口驻波。通过单片机的3个I/O管脚直接控制单刀6掷开关，单刀3掷开关则是先通过74HC139译码器译码，然后通过74LS04后作为中频PIN开关的控制信号。

2软件设计

2．1软件结构设计智能切换单元的软件部分［10］通过对中/射频切换单元和射频设备定期轮询［11］，经串口或网口从硬件获取数据信息，将提取到的状态信息进行分析、统计综合、决策，根据优先级策略控制切换单元和射频设备的参数，完成监控和切换。单片机作为控制核心，通过中断完成相关功能。不断查询中断口是否有信号输入，从而触发不同动作。单片机控制的主流程及中断子程序流程如图3所示。监控机通过不断轮询射频设备的工作状态，验证在线设备是否故障。在线设备故障时，监控机根据备用设备的优先级选择设备，同时向单片机发出状态调整信号，完成设备倒换后，监控机会对故障进行记录和压缩，以备用户查询。在线设备正常工作时，监控机继续轮询设备工作状态。

2．2各功能模块设计软件模块主要分为串口数据通信、数据传输与存储、综合处理和设备状态显示4个模块。①串口数据通信模块通过串口服务器与被控设备通信，以轮询的方式采集各设备的上报数据，并发送控制命令。②数据传输与存储模块该模块将接收到的设备上报数据进行解封装，提取出设备状态参数，将其保存并传递给综合处理模块进一步处理；将综合处理模块发出的设备控制命令封装后送至串口数据通信模块。③综合处理模块综合被控设备的状态参数，分析得出系统配置状态，将所有状态信息传送至设备状态显示模块。手动模式下，处理用户的各种操作，完成用户管理、设备控制命令发送和日志记录查询等功能；自动模式下，当检测到在线射频设备故障时，按优先级策略控制切换单元实现切换，并设置备份射频设备频率和衰减等参数，完成自动切换功能。射频设备切换优先级策略如表1所示。④设备状态显示模块将各种信息(系统配置状态和设备状态参数等)以图形化的方式显示在软件的各功能界面上。

3切换策略和逻辑关系

3．1切换策略①射频设备切换策略3站射频设备之间切换需建立正确的切换机制［12］，避免“竞争－冒险”而导致系统崩溃。默认情况下，各地球站射频设备都将一台设为备用，此设备的优先级最高。平时管理中，A站对应射频设备1和射频设备2，B站对应射频设备3和射频设备4，C站对应射频设备5和射频设备6。当A站主用1出现故障时，倒换优先级2为最高，另外2站的备用设备也设置响应的优先级。每一台设备对于3个站都具有不同的优先级，如表2所示。②本控/远控切换策略从本控状态切换至远控状态后，键盘按键(除设置键)不起作用；从远控状态切换至本控状态后，串口进行有选择性地执行指令，仅对查询命令回应当前状态。

3．2切换的逻辑关系①联动切换逻辑关系切换矩阵是实现射频设备倒换的关键部分，矩阵中3个单刀6掷中频PIN开关和3个单刀6掷射频PIN开关依据逻辑关系进行动作，实现射频设备的主备切换，如表3所示。M1、M2和M3分别表示3个站中频单刀6掷PIN开关6个管脚的某一个，N1、N2和N3分别表示3个站射频单刀6掷PIN开关6个管脚的某一个，要保证射频设备正常倒换，中频和射频PIN开关要实现联动。②交叉切换逻辑关系在一般情况下，智能切换单元进行联动切换，各站终端设备始终和各站射频设备配合使用。但在特殊情况下，需要各站终端设备与射频设备交叉使用，交叉使用的切换逻辑如表4所示。

4结束语

地球站智能切换单元的引入，合理调配了地球站系统资源，提高了关键设备的使用效率，解决了关键环节故障导致卫星通信系统瘫痪的难题，消除了主备设备同时故障导致系统崩溃的隐患。同时，智能切换单元操作简单，切换迅速，为提高系统稳定性提供了一种便捷高效的解决方案。采用基于优先级的切换策略，结合射频设备频率和衰减的自动修正，可迅速可靠地实现地球站主备设备的自动切换。

卫星通信论文 篇四

1.1卫星通信CDMA技术卫星通信CDMA技术是根据用户需要和卫星的特点，用功率控制的手段实现导频信号的幅度变化，降低用户对星上功率的要求，减少多址干扰。卫星通信CDMA技术可利用多个卫星分集接收信息实现网络传递，大大降低了系统内耗和干扰的出现，改善了上星通信信息传输的可靠性。卫星通信CDMA技术具有优越的抗干扰性能、很好的保密性和隐蔽性、连接灵活方便等特点，使之成为卫星通信中关键的技术核心。

1.2卫星通信MPLS网络体系MPLS网络体系可以将IP路由的控制和第二层交换无缝地集成起来，是目前最有前途的网络通信技术之一。卫星通信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、小型专用局域网用户、其他网络用户等。各结构和网络体系将信息有效绑定、标注和转发，实现卫星的通信功能。

1.3卫星通信的抗干扰技术卫星运行在外太空，电磁环境复杂，统一受到太阳风、强磁暴等空间环境影响，导致出现信息干扰和信息失真，卫星通信的抗干扰技术主要依靠卫星传输链路中不同的抗干扰设备和系统完成其功能，抗干扰设备和系统主要有DS/FH混合扩频、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、自适应信号功率管理、自适应调零天线、多波束天线、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。在软硬件共同的作用下阻断电磁干扰、过滤杂波、屏蔽信号污染、实现程序监视等功能。

2卫星通信技术的发展趋势

2.1通信卫星体积的发展趋势通信卫星体积正在向大型化和微型化两个方向发展。其一，各国把通信卫星体积建造得越来越大，以便实现高灵敏和强处理能力。其二，各国推出小型通信卫星，用多颗小卫星组网构成卫星通信网络代替单颗大卫星，具有方便发射和成本低廉等优点。

2.2卫星移动通信技术方兴未艾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，用手持机可实现方便接入卫星移动通信网，进行卫星移动通信。

2.3卫星互联网技术兴起将卫星通信网络转化为互联网中数据上下交换的链路，可将电话拨号、局域网等其他通信链路作为上行数据链路，还可以将下载和传输作为下行数据链路，利用卫星的特点实现地面随时连接互联网络。

2.4卫星通信向宽带化发展为了满足卫星通信系统用户对大数据量和高负荷的需求，卫星通信技术已向拓展直EHF频段发展，扩大频段的容量，大大减轻现有频谱拥挤现象，减少受电磁现象影响引发的信号闪烁和衰落，提高了卫星的抗干扰能力。使卫星通信部件尺寸和重量大大缩小和减轻，方便卫星搭载更多的通信设备。

2.5卫星通信光通信化发展卫星光通信是利用激光进行卫星间通信，达到降低卫星通信系统设备质量和体积，提高卫星通信保密性等目的。

3结语

综上所述，卫星是一种在高空运行，在独特角度进行通信、测量、遥感等诸多科学的研究和服务社会的工作。卫星通信技术具有通信容量大、传输质量高、覆盖面积广、方便组网和抗地理环境制约能力强等诸多优点，成为新时期通信行业发展的一个主要方向，卫星通信技术方便建立与外界的通信联系，通过数据、视频信息和语音信息的传输实现信息的交换，增加通信的能力、提高通信的质量，满足不同用户的差异性通信需要。卫星通信技术主要包括：CDMA、MPLS和抗干扰等主要技术，做好卫星通信工作必须从上述的技术入手，在把握卫星通信技术发展的大方向的前提下，才能做好卫星通信的相关工作。

卫星通信论文 篇五

半物理仿真平台的建立采用。NET环境下应用C#编程语言设计具有Windows风格的人机交互半物理仿真平台。通过各个模块的点击模拟操作，可以很好地实现用户对仿真模型的智能化运动控制，并且在完成仿真运动后，读取并记录显示卫星通信机动站运动过程的所有状态位置信息以及虚拟传感器的测距数据，最后生成仿真动画，达到直观的效果，虚拟场景测得的数据最终和真实环境中的实物所得数据进行比较，从而验证智能化控制算法的合理性、适用性。上位机用户平台包括虚拟现实展示、DLL调用测试、卫星通信机动站控制器半物理仿真通讯平台、状态信息的记录与读取、传感器测距信息的记录与读取，状态信号实现卫星通信机动站的虚拟现实运动动画的展示，人机交互半物理仿真平台，如图2所示。

2卫星通信机动站动力学模型的建立

Maplesim是一个多领域物理建模和仿真工具，它提供了一个三维可视化的环境建模以及动画显示仿真结果，在这种环境下，可以通过简单且直观的方式搭建各种复杂系统的模型，还可以可视化分析仿真结果。在Maplesim中能将建立好的模型转换到C代码中，可以在其他应用程序和工具中使用此C代码。在3D可视化建模环境下可以快捷、方便且直观地创建所需要的动力学仿真模型，之后将模型转生成C代码，在VC++环境下编译C代码生成动力学模型的DLL文件，这样可以方便其他应用程序的调用仿真。本研究基于。NET开发平台采用C#语言编写上位机仿真用户界面，进而对生成的DLL文件进行调用。半物理仿真系统开始执行，给定一个初始时间t0（初始值），每次经过t时间后，对动力学模型DLL文件进行调用，从卫星通信机动站的动力学模型DLL中输出第一个状态信号，将这个状态参数传递给卫星通信机动站控制器实物，控制器中对输入的状态参数完成控制算法后将再次发出控制信号并传递给C#软件环境，再经过t时间，再次调用DLL中的动力学模型。此时卫星通信机动站动力学模型的DLL输出第二个状态信号。如此循环反复执行此过程，如图3所示，形成了一个闭环的半物理仿真系统。

3半物理仿真系统设计

卫星通信机动站半物理仿真系统主要由人机交互操作界面、STM32控制器、信号转换器、数据采集系统以及PC机中的卫星通信机动站动力学模型5部分组成。以STM32控制器为核心的卫星通信机动站半物理仿真系统本身是一个闭环系统，在仿真通讯过程中，由卫星通信机动站控制器实物发出控制信号，控制信号模拟量经过信号转换器转换成数字信号，再通过USB虚拟串口通讯传递给PC机，PC机则调用WindowsAPI（Windows系统中可用的核心应用程序编程接口）对数字信号进行接收。PC机将接收到的信号再调用C#软件环境的动力学仿真模型，最后输出一个状态信号。PC机再将输出的状态信号通过WindowsAPI接口发送出去，状态信号经过USB虚拟串口传递给信号转换器。信号转换器将状态信号数字量转换成模拟量后传给卫星通信机动站控制器，在控制器中完成控制算法后，重新输出新的控制信号。此控制信号再经信号转换器PC机动力学模型的DLL，最终返回状态信号，如此循环地执行就形成了一个闭环的半物理仿真系统［4-5］，如图4所示为半物理仿真系统框图。

4硬件系统的构建

卫星通信机动站的智能化控制是一个复杂的运动控制系统，其具有多自由度、多传感器、多驱动器、多运动形态的特点，对卫星通信机动站在现实运动过程中的多个传感器的输出模拟量数据进行采集，同时采用SPI串口通讯、蓝牙无线通讯的方式将数据传递给PC机上位机软件用户界面，以数据和虚拟动画相结合的方式直观地显示卫星通信机动站的实时运行状态。采用ADAS3022数据采集系统采集传感器数据，经ADAS3022的数字接口SPI与MCU选用的STM32芯片内部自带的SPI通讯，并且可实现内部自带的ADC（模/数转换器）进行信号转换，再通过HC-05嵌入式蓝牙模块与PC机进行通讯，如图5所示为系统总体设计方案。硬件系统设计了一个完整的5V单电源、8通道、多路复用的数据采集系统，可以集成用于工业级信号的可编程增益仪表放大器（PGIA）［6］。如图6所示为数据采集系统电路原理图。数据采集系统主要是以ADAS3022芯片为核心设计的，ADAS3022芯片上具有完整的DAS，它可以以最高1MSPS转换速率进行转换，能够接受的最大输入信号范围最高可达±24.576V的差分模拟输入信号。与传统的数据采集相比，在标准的数据采集方案中都会涉及到信号缓冲、电平转换、放大、噪声抑制以及其它模拟信号调理等，但是在ADAS3022中则无需这些辅助调理电路。这样一种高性能的核心芯片的应用，简化了具有高精密16位数据采集系统的设计难点，降低了成本。此外，在外观上，它具有更小的外形尺寸（6mm×6mm），40引脚的LFCSP封装；在性能方面，它可以提供最佳的时序和噪声性能，工作温度跨度-40℃到+85℃的工业温度范围［7-8］。此电路系统采用ADAS3022、ADP1613、ADR434和AD8031精密器件的组合，可同时提供高精度和低噪声性能。

5结语

基于PAC的卫星通信机动站半物理仿真系统研究是联合控制对象的动力学仿真模型与控制器实物来进行的仿真过程。这种仿真方式可以真实地体现出实物的各项动力学、运动学特性等。一般大型卫星通信机动站搭建实物仿真较为困难，只能采用半物理仿真，这样的仿真系统联合了动力学模型与控制器实物的研究，既可以缩短周期、节约经费、辅助研发，也可以提高仿真系统的可靠性以及稳定性。此应用半物理仿真技术搭建卫星通信机动站的半物理仿真平台，目的在于能够模拟真实的运行状态，测试各项性能，虚拟现实仿真动画，验证智能化控制和智能化算法，对研究卫星通信机动站的智能化控制具有一定的理论和实践意义。

卫星通信论文 篇六

平台在设计上主要分为两大部分，分别为Sever端和Client端。它们以数据库作为中间连接桥梁，如图1所示。图1平台整体架构Sever端程序主要功能是同步数据，卫星通信系统的GAC记录文件由GAC服务器运行的定时脚本传输至FTP服务器，Sever端得到GAC记录文件后再结合操作人员编写的带宽更改文件，处理后得到通信机上下线记录，并录入数据库。其中GAC记录文件为txt格式文件，记录格式为：yyyy/mm/dd－hh:mm:ss\t＜以“－”分隔的MAC＞\t＜info＞，例如2013/04/21－17:24:4400－40－fd－01－4d－04NOTREGISTEREDcausesynchronizationlost。带宽更改记录为csv格式文件，记录格式为：yyyy－mm－ddhh:mm:ss，＜MAC＞，＜bandwidth＞，＜real_bandwidth＞，＜worker＞，＜serial_no＞，例如2013－07－0705:45:00，0040FD016e7a，2Mbps专用池1，vbdc－2048，张三，50这些信息经过服务器端处理过会形成信息完整的通信机上下线记录。Client端程序根据运营需要，对特定或全部通信机在指定时段的上线时间进行结算，并生成供参考的计费结果，还可以同时生成用于递交给客户的临时用星确认表。

2运营管理平台的实现

2．1开发环境的选择程序代码的编译环境为MicrosoftVisualC++2008，它可以高效开发Windows应用，尤其是Office的应用，数据库采用MySQLSever5．0，其使用的SQL语言是用于访问数据最常用的标准语言，它有着速度快、体积小、代码开源等特点，特别时候想节约成本的中小型企业［4］。另外还需要具有FTP上传及下载功能的传输工具LibCURL。

2．2数据同步算法设计2Mbps专用池在线时间的计算是本平台的核心部分。2Mbps专用池是一种总带宽为2Mbps的捆绑复用模式，同属于一个池的通信机，只要有一台在线就记为该池在线，只有当所有通信机都下线才记该池下线，该算法属于递归调用，具体计算过程如图2所示。

2．3平台的实现流程及内存分配Sever端程序首先备份、更名上一次使用的GAC记录文件、带宽更改记录文件，然后登录FTP服务器下载最新的GAC记录文件和带宽更改记录文件，再登录MySQLSever建立各数据库与母表，同时导入GAC记录文件和带宽更改表，建立通信机分立带宽更改表，选出本轮数据同步需要更新的GAC记录，根据需要进行掉线情况过滤并进行通信机分立上下线计算及2Mbps专用池上下线计算，最后编译时间戳记录文件LastUpdate．ini并断开MySQL连接。该段程序用于描述时间的数据类型time_t实际为_int64的64位整数，time_t变量初始化时必须调用time(0)赋值为当前时刻的“历史秒”，即从1970－01－0100:00:00到当前时刻历经的秒数。tm是一个结构体，包含若干计时单位的序数(年序数以1900年为0、月序数以1月为0、日序数以1日为1)，用于记述相对于从1900－01－0100:00:00到当前时刻历经的时间。计算两笔GAC记录时间差的方法是：从GAC记录中读出的时间字符串赋值给tm结构体变量，调用mktime()函数将两个GAC记录时间的tm结构体变量记述的时刻分别转化为time_t变量，再调用difftime()函数将两个time_t变量的差值计算出来。VC用于处理时间的数据类型丰富多样，选择适当的数据类型和处理函数可以事半功倍。MYSQL_RES和MYSQL_ROW是MYSQLAPI内置的数据类型。MYSQL_RES类型变量担负了SELECT存储语句查询结果的任务。MYSQL_RES类变量在使用完成后需调用mysql_free_result()进行内存回收，而在实际开发中，根据上下文不一定能判定一个MYSQL_RES类型变量初始化(或经上一次内存回收)后是否被使用过，而如对初始化后未经使用的MYSQL_RES类型变量进行内存回收，可能会引发错误导致程序异常退出。经权衡，决定在开发中放弃对MYSQL_RES类型变量回收内存的设计，牺牲一定的空间换取可靠性。MYSQL_ROW类型变量实际是二维指针，使用时要特别注意SE-LECT语句的查询结果究竟有多少列，如果越界访问使得该二维指针超出查询结果的列数，会导致程序异常退出。Client端可以查询数据库，选出在指定时段内归属欲结算项目的通信机列表，同时查询在指定时段内欲结算项目的有效租用合同，接着结合计时计费结果的框架将查询的上下线结果填入表格，并按带宽小计时长计入临时数据库表便可完成计时计费结果文件。最后让VisualC++程序控制Word自动化客户端生成用星确认表，这里要通过使用OLE－DB(ObjectLinkingandEmbeddingDatabase)技术，它提供了对包括对关系数据库和非关系数据库在内的所有文件的统一接口。自动化客户端可以理解为模拟人工进行的编辑操作，对编辑目标文档需要进行的操作序列，可逐条列出，然后分解成每一个键入(或点选，拖动)的操作，几乎每一个分解操作，都对应了自动化客户端程序的一行指令。自动化客户端的性能卓越，可以在一两秒内完成数十页含表文档的编辑工作。Office的自动化客户端编程中，最常遇到COleVariant和CComVariant两种数据类型：COleVariant类是对VARIANT结构的封装，当对象构造时首先调用VariantInit进行初始化，然后根据参数中的标准类型调用相应的构造函数，并使用VariantCopy进行转换赋值操作，当VARIANT对象不在有效范围时，它的析构函数就会被自动调用，由于析构函数调用了VariantClear，因而相应的内存就会被自动清除。CComVariant提供了很多构造函数来对VARI-ANT能够包含的多种类型进行处理。CComVariant没有提供针对VARIANT包含的各种类型的转换操作符，必须直接访问VARIANT的成员并且确保这个VARIANT变量保存着期望的类型。

2．4平台实现界面介绍根据如上所述对平台的设计思想和方法，利用MFC分别实现出了人机交互的Sever端和Client端，其界面如图3－4所示。Sever端除了选择系统类别、开始结束时间功能，主要还能实现清空数据库、开始同步数据及暂停、备份、还原等功能。Sever端正常都是在运行状态的，未遇故障时是不停运的。Client端中首先要输入用户信息、设备信息、项目信息及租用信息，利用“新建”和“删除”按钮可添加或删除这些信息。在界面的左边有搜索功能，只要输入设备信息、项目信息或租用信息的关键词就可在下面的列表框里显示出相关的信息。按钮“导入带宽信息”实际就是导入上文所说的带宽更改记录文件，导入成功后便可实现右下角的计时计费功能，把结果以Excel表格形式生成到指定路径下，还能同时生成Word版用星确认表。

3结束语

本文介绍了卫星通信运营管理的基本任务，由此给出了运营管理对数据处理的思路和方法，设计出了运营管理平台，实现了对运营项目的自动化管理，弥补了对卫星带宽的使用情况只能由人工来核算的缺陷。本平台在工程应用中已处于试运行阶段，需求已经能全部实现，且结果正确可靠。

卫星通信论文 篇七

MAC层有MAC－Idle、MAC－Shared、MAC－DTM、MAC－Dedicated四个状态［4］。它们之间的转换图如下。

1．1MAC－Idle状态MAC－Idle状态中不存在TBF，MES监视CCCH上子信道的相关传呼。MES可能采用DRX(非连续接收)监视CCCH。在MAC－Idle状态，上层可请求传输一个上层PDU(协议数据单元)，这就会触发在PDCH上建立一个TBF并由Idle状态转入MAC－Shared状态，或者有可能通过RRC流程或者是RLC/MAC流程在DCH上触发建立一个TBF，MES会在完成建立DCH后由Idle状态转入MAC－Dedicated状态。

1．2MAC－Shared状态在MAC－Shared状态中，MES分配无线资源提供TBF用于在一个或多个PDCH上产生点到点连接。TBF用于在网络和MES之间单向传输上层PDU。在MAC－Shared状态，上层可请求传输一个上层PDU，这就会通过RRC流程在DCH上触发建立一个TBF，这将会使MES由MAC－Shared状态转入MAC－DTM状态。当上行链路和下行链路中的TBF都被释放时，MES返回到MAC－Idle状态。当重新配置PDCH到DCH的所有无线承载，释放完PDCH上所有的TBF并建立第一个DCH时，MES将会由MAC－Shared状态转入MAC－Dedicated状态。

1．3MAC－DTM状态在MAC－DTM状态MES将无线资源分配给一个或多个DCH和一个或多个PDCH。在MAC－DTM状态当所有在PDCH上上行或下行的TBF都被释放之后，MES进入MAC－Dedicated状态。在释放了所有的DCH之后，MES进入MAC－Shared状态。在释放了所有的PDCH和DCH之后，MES进入MAC－Idle状态。

1．4MAC－Dedicated状态在MAC－Dedicated状态MES分配无线资源以提供一个或多个DCH(专有信道)。在释放掉所有的DCH之后，由MAC－Dedicated状态转入MAC－Idle状态，当从DCH到PDCH(分组数据物理信道)的所有无线承载都被重新配置以后，MES将会在释放完所有的DCH并在PDCH上建立第一个TBF时由MAC－Dedicated状态转入MAC－Shared状态。

1．5MAC层对组呼的支持由于GMR－1系统的MAC层不支持组呼功能，所以要对MAC层做一些改变。我们设计了组呼模块，它和单呼模块是并列的关系。根据逻辑信道的映射和MAC层的状态来区分单呼和组呼两个模块通道。组呼工作在电路域，只跟DCH有关，跟PDCH无关［5］。所以在MAC状态机中加入两个状态，分别是MAC－Ready－Gcc(组呼控制)状态和MAC－Dedicated－Gcc状态。工作在MAC－Dedicated－Gcc状态下的主/被叫移动台，正常接收MACDATA，状态不变；在释放掉所有DCH后，由MAC－Dedicated－Gcc状态转入MAC－Idle状态。主叫移动台发起组呼时，RRC层利用原语参数配置MAC层状态；接收下行报文时，MAC层根据MAC－Dedicated－Gcc状态将消息递交给上层组呼模块。图4是主叫用户的组呼MAC转移图。被叫侧成员移动台根据接收到的NCH逻辑信道通知MAC层转入MAC－Dedicated－Gcc状态，工作在组呼模块。流程如图所示。图5是被叫成员移动台组呼MAC状态转移图。集群组呼中，网络要向多个成员移动台发送寻呼通知消息，因此需要采用广播的方式发送。我们增添NCH为组呼通知信道。由于系统资源有限，这里我们借用未配置的CBCH逻辑信道的位置来配置NCH逻辑信道，NCH逻辑信道的突发结构和调制解调编解码方式与CBCH逻辑信道保持一致。例如，如果BCCH指派CBCH使用第一帧，则NCH使用2、3、4帧，如果BCCH指派CBCH使用第1、2帧，则NCH使用3、4帧，余此类推。

2MAC层PTT竞争随机接入回退策略

当组呼讲话方释放组呼上行信道时，讲话方用户在上行DACCH(专有随路控制信道)信道上发送“UPLINK_RELEASE”消息，表明讲话完毕。当一个组呼中有几个用户要同时讲话时，会产生讲话权的竞争。组呼成员也可能有不同的优先级，这时候需要一种竞争策略来解决［6］。以下举例为组呼信道采用8时隙结构，编码的话音为2．4kbits/s。网络收到讲话方上行信道的“UPLINK_RE-LEASE”消息以后，在组呼信道的下行信道的DACCH上向所有组呼移动台发送“UPLINK_FREE”消息，表明上行信道空闲，允许新的讲话方使用上行信道。需要讲话的组呼用户，在下行信道上收到“UP-LINK_FREE”消息以后，采用直接强占和随机接入相结合的方式，在组呼上行信道发送“UPLINK_AC-CESS”消息，消息被封装在NT5上，直接抢占第一帧，随后的随机时间选择为T，回退的最大帧数为F，则T=40ms*F。考虑到2比特的用户优先级，让优先级高的用户有较大的概率竞争成功，设用户优先级为m，退的次数为n，回退的最大帧数为F，则F=(m+5)*n，其中m=1，2，3;n≥1。

当n=0的时候，四个级别的用户都抢占第一帧，此时F=1。用户优先级m和回退次数n与回退最大帧数F关系部分如表1所示。下面以用户优先级m=0为例，随后的随机时间选择为200ms(5帧)，400ms(10帧)，600m(15帧)，和800ms(20帧)总计2s秒钟的时间争用上行信道，方法如图6所示。按下PTT移动台，在最初开始的一帧直接发送“UPLINKACCESS”请求，若有碰撞，随机占用之后的5帧之一发送“UPLINKACCESS”请求，若还有碰撞，随机占用后续10帧之一发送“UPLINKAC-CESS”请求，还有碰撞，随机占用后续15帧之一发送“UPLINKACCESS”请求，一直到，随机占用后续20帧之一发送“UPLINKACCESS”请求，任意帧周期，当下行链路由“UPLINKFREE”转换成“UPLINKGRANT”时竞争结束。任何一个按下PTT的移动台直接抢占最初的一帧发送“UPLINKACCESS”，在后续的2秒钟的时间内又可以竞争上行信道四次，竞争期间，如果收到网络在下行信道上发送“UPLINK_GTANT”，则竞争结束。

当网络成功收到一个“UPLINK_ACCESS”消息以后，在组呼信道的下行DACCH信道上发送“UP-LINK_GRANT”消息，用于告知竞争成功用户可以使用上行信道，其它用户不再进行竞争，直到再次收到“UPLINK_FREE”消息为止。这里我们考虑的是有竞争冲突时，保证优先级高的用户有较大的概率竞争成功。通过以上的描述，分析计算可得。从公式可以看出，优先级高的用户，产生冲突的概率低，这样就很好的保证了优先级高的用户有较大的概率竞争成功。假设一个优先级为0、3的用户，其竞争产生冲突的概率曲线如图7所示。从图中可以看出，优先级高的明显比优先级低的冲突概率小，当n的取值逐渐变大，p越小，当n为5时，概率几乎为零了。事实上，n值不能取很大，应为值越大，虽然冲突概率很小，但是从PTT按下到响应这个时延过大，这不是我们所期望的。所以这个退避算法兼顾了n值不能太大，冲突概率小。

3结语

本文在GMR－1系统基础上研究了组呼通信的MAC层一些相关的功能，由于GMR－1系统不支持组呼通信，在原本的MAC状态机中加入两种状态以适应组呼通信，中间各种状态之间的原语操作还有待解决，并且MAC层PTT竞争策略只能解决有冲突时保证高优先级的用户竞争成功，要减小冲突的产生，还需其它优化方法。要实现组呼通信还需要更多的改进和研究，比如RRC层协议研究，组呼标识号等问题。本文的研究为进一步的研究和实现卫星组呼通信打下理论基础。

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