卫星通信论文篇（1）

文中首先系统性的阐述了以WCDMA和OFDMA为典型代表的地面3G、4G移动通信空中接口，研究了卫星移动通信系统的架构和特点，然后从信噪比门限、误码率、功放非线性影响这3个方面对比了WCDMA和OFDMA作为卫星系统空中接口的可行性，最后总结了现有文献基于LTE在卫星系统中使用的改进方案，为未来卫星移动通信系统空中接口的制定起到了一定的指导作用。

1地面空中接口概述

WCDMA和OFDMA分别是地面3G、4G标准的空中接口，本节分别对两种空中接口的特点、信道、调制编码方式等方面进行了概述。

1.1WCDMA空中接口

WCDMA是通用移动通信系统（UniversalMobileTelecommunicationsSystem，UMTS）的空中接口标准，而UMTS是国际标准化组织3GPP制定的全球3G标准之一。WCDMA基于直扩序列码分多址（DS-CDMA）技术，采用QPSK调制，载波带宽为5MHz，工作模式是FDD双工，并且支持不同数据速率的业务传输，最高可达2Mbps。在UMTS标准的后续版本引入新的链路层技术，支持更高的数据速率服务，具有更好的功率/带宽效率，如增强版本是高速分组接入（HighSpeedPacketAccess，HSPA），HSPA包括高速下行分组接入（HSDPA）和高速上行分组接入（HSUPA）。HSDPA引入高速下行链路共享信道（HighSpeedDownlinkSharedChannel，HS-DSCH），支持突发性、非对称和高速率的分组数据业务。它支持QPSK/16QAM的调制方式，使用基本速率为1/3的并行级联卷积Turbo码（ParallelConcatenatedConvolutionalCode，PCCC），速率匹配通过打孔或重传实现。HSUPA引入增强型专用信道（EnhancedDedicatedChannel，E-DCH），支持更高的上行数据传输速率。该信道使用BPSK调制和正交可变扩频因子（OrthogonalVariableSpreadingFactor，OVSF）码。

1.2OFDMA空中接口

4G移动通信比较成熟的标准有3GPPLTE标准和IEEE移动WiMAX标准，两者均为基于正交频分多址接入（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexingAccess，OFDMA）技术的空中接口，具有抗频率衰落和灵活分配子载波的特点。LTE和移动WiMAX的每个用户需要进行时间-频率子载波分配，支持可扩展的带宽，FDD/TDD双工，提供高数据传输速率和高频谱利用率的业务。

LTE和WiMAX标准之间存在差异。LTE标准与HSPA标准类似，使用了基本速率为1/3、可进行速率匹配的并行级联卷积Turbo码（PCCC），而移动WiMAX标准规定了各种FEC码，如双二进制卷积Turbo码。另外，它们具有不同的帧结构、系统参数和子载波复用方式。LTE的上行链路采用了DFT扩频OFDMA，而WiMAX的上行链路和下行链路直接采用OFDMA。图1描述了HSPA、LTE和移动WiMAX这3个地面移动通信标准的演进过程。

2卫星移动通信系统架构及特点

从上世纪90年代开始，卫星移动通信系统已经取得了的长足的发展。卫星移动通信系统与地面移动通信系统的关键优势是其大的覆盖面积，而固有的大衰落、长时延、高成本又给卫星移动通信系统带来了挑战。卫星移动通信系统可以支持单个或多个卫星，且每一颗卫星可以提供单点波束或多点波束的覆盖。用户终端通过卫星连接到网络，无线信号被指向发往或来自某个网关，系统根据运营商的要求制定一个集中分布或分散分布的网关。卫星环境下，信号由于传输途中受到建筑物或地势遮挡而衰弱。为了确保覆盖的连续性，利用地面补充部分（ComplementaryGroundComponents，CGC）进行信号重传。卫星移动通信系统架构如图2所示，用户终端可以直接与卫星之间收发信号，也可以通过CGC进行信号重传。由于卫星信道与地面移动信道在物理特性有较大差异，在对卫星移动通信系统的设计过程需要关注传输特性的改进，需要充分考虑卫星信道的影响，卫星信道主要有以下几个特点：

1)大衰落

随着收发端之间环境的变化，信号在长的传播途中缓慢变化，除了自由空间传播损耗外，雨衰的影响也很大。除了考虑来自卫星的直射信号之外，还需要考虑多径衰落的影响，多径衰落能使接收信号在短距离或短时间内的快速变化。

2)长时延

大传输时延是卫星通信的固有缺陷，主要是由于星地距离较大造成的，这对时间同步造成一定的挑战。另外，由于OFDM系统对频偏非常敏感，而卫星链路还会产生较大的频率偏差，这都将对系统产生严重影响。

3)多普勒频移

由于多普勒频移的存在会降低信号传输的可靠度，对卫星系统性能造成较大影响，因此在编码、调制、信道估计等多个环节都需要检测估计出多普勒频移信息，对其进行补偿。

3可行性对比

在针对WCDMA和OFDMA两种空中接口可行性研究的基础上，本章从信噪比门限、误码率性能、功放非线性容限三个方面对上述接口进行了分析和对比，研究结果发现OFDMA空中接口在卫星系统中具有更好的链路性能。WCDMA作为卫星空中接口的可行性研究主要包括：1）MSS系统采用WCDMA可扩充UMTS容量。2)允许与地面UMTS网络技术上的协同性。3)启用所有波束和卫星的全频率复用。4)支持大区域广播/组播服务。5)对由于商业原因未部署网络覆盖的地区、需扩展网络容量的地区、由于自然灾害造成地面网络被损坏的地区提供了网络服务[4]。OFDM作为卫星空中接口的可行性研究主要包括：1)尽管具有大的峰均功率比（PAPR），OFDM信号还是能够在非线性卫星链路上有效传输。2)预失真设计和前向纠错编码是互补的。3)卫星视距（LOS）传播条件下可以实现正确接收；卫星非视距（NLOS）传播条件下，由于存在负的链路余量，手持终端无法实现正确的业务接收[5]。

两种空中接口均有其应用优势，但在多径信道下，OFDM的频谱利用率较WCDMA更高；而WCDMA接收机的载噪比高于OFDM[5]。为了完善两种空中接口可行性研究，下面从信噪比门限、误码率性能、功放非线性容限三个角度比较了两者在卫星信道下的链路性能[6]。

1)信噪比门限

卫星宽带衰落信道存在稳定的传播时延，HSPA与LTE/WiMAX的Eb/N0门限值是可比的。然而，HSDPA采用了地面中继，对微弱卫星信号进行增强，因此比LTE/WiMAX需要的Eb/N0门限低。

2)误码率

卫星信道的大时延会造成码正交性的显著降低，成为HSDPA高速数据传输的严重制约因素。当HSDPA传输速率为2.4Mbps时，误码率在Eb/N0为4~5dB时达到最低，却仍达不到10-3。3)功放非线性影响功放非线性会使链路性能受到一定程度的降级。其中，HSDPA在单码传输时功放非线性对链路性能影响非常小，而多码传输则会使PAPR增加，性能降低；LTE的上行链路使用SC-FDMA，这种调制方式对功放非线性的敏感性较小；WiMAX的上行链路则直接使用OFDMA，对功放非线性的敏感性较大。另外，文献[7]证明了回退和数字预失真结合的方法可以减小放大器非线性的影响。综上，可以得出以下结论：①卫星宽带衰落信道环境下，HSDPA与LTE/WiMAX的Eb/N0门限是可比的。②大传播时延的卫星信道环境下，HSDPA比LTE/WiMAX的Eb/N0门限低。③大传播时延的卫星信道环境下，码正交性的损失构成了HSDPA高速数据传输正确性的严重限制因素。④所有空中接口的链路性能都会因为放大器的非线性受到一定程度的降低。其中：-HSPA：在多码传输时PAPR增加。-LTE/WiMAX：OFDM的IFFT处理导致PAPR增加。其中，LTE上行链路使用SC-FDMA，受影响小；而WiMAX上行链路直接使用OFDMA，受影响大。因此，LTE和WiMAX空中接口在卫星信道下表现的链路性能比HSPA更可靠。然而，不论是WCDMA或是OFDMA空中接口都缺少TTI的有效时间分集，从而缺少了时间交织增益，使性能至少损失了5dB。同时，由于卫星系统的功率受限和大时延的存在会使短TTI失去优势。

4基于LTE的改进方案

前文已对卫星移动通信系统特点以及两种地面空中接口在卫星系统下的可行性对比进行了研究，得出LTE空中接口在卫星信道下表现出更好的链路性能的结论。由于LTE标准中所规定的传输时间间隔(TTI)较小，因此在大时延的卫星链路下无法得到好的时间分集。另外，卫星链路产生的大频偏和衰落，对OFDM产生严重的影响，而传统OFDM技术的峰均比(PAPR)较大，会导致严重失真。因此，要想将LTE空中接口应用到卫星系统，则需要针对卫星信道环境的大时延、大衰落特性带来的约束，对LTE空中接口进行改进。针对这些问题，需要调整接口以补偿卫星系统的大往返时延和大衰落，目前已有几种主流的改进方法，如频率复用技术、卫星链路同步技术、PAPR降低技术和自适应编码调制与交织技术。

4.1频率复用技术

由于频谱资源有限，在卫星系统中需要提高卫地信道的频谱利用率，频率复用是一种较好的解决方案，可以很好的促进地面网与卫星网的融合。

对于采用WCDMA的多点波束卫星系统，可通过给相邻波束分配不同的扩展码来实现频率复用。而对于OFDMA，则一般采用小数倍频率复用（fractionalfrequencyreuse，FFR），采用该技术可以改善基于OFDMA的多点波束卫星系统的频谱利用率，有效复用卫星频率。

图3显示了基于OFDMA的多波束卫星系统的频率复用模式。每一波束分为中心和边缘区域，每一帧分为两个时段T1和T2。时段T1被分配给波束半径为R1的点波束中心的终端，该时间段能被多有子载波利用。时段T2被分配给波束边缘的终端，该时间段只能被单个子载波利用。然而，为防止相邻点波束之间的干扰，两个区域的用户信号不能同时传输。频谱利用率与点波束中心区域大小有关，如果设置点波束中心区域的半径比点波束半径的一半还要大时，即R1>R2/2，则可以获得比传统方案更高的频谱利用率。

4.2卫星链路同步接收技术

从物理层角度出发，卫星链路中存在大时延会造成严重张曼倩，等地面空中接口在卫星移动通信的适用性研究的载波间干扰(ICI)和符号间干扰(ISI)，其中以频偏影响更为严重。一些传统的同步算法可以应用到卫星系统，但效率不高。目前相关研究组提出了一种基于莱斯信道模型的频偏估计算法，该算法利用时域恒包络零自相关(CAZAC)序列进行符号同步和整数频偏估计，相对现有算法更加快速可靠。在地面OFDMA系统，上行链路帧同步可由随机接入过程获得。由于小区内的用户之间的延迟差比子帧长短，子帧长相当于LTE系统的传输时间间隔（TTI）。在这种情形下，用户传输一个前导告知基站自己的位置，然后基站在一个TTI内给用户分配资源。然而，卫星系统一个波束内用户之间的时延差比1个TTI长，这需要修改LTE系统的上行链路定时同步或资源分配方案，使适用于卫星环境。

如果考虑只修改LTE系统中的上行链路定时同步方案，资源分配方案不变，这表示上行链路信号应在卫星端同时接收。因此，同一波束内的所有用户都将利用一定的延迟，在同一时刻到达卫星。该方案会造成有效时间资源的浪费，达到了数十毫秒，并直接影响系统吞吐量和延迟敏感业务的QoS。为了解决该问题，需要将上行链路定时同步与修改的资源分配方案相结合，上行链路定时同步方案与传统LTE一致，以保留与LTE系统物理层的最大兼容性[8]。例如，UE1和UE2分别代表了位于点波束边缘和点波束中心的终端，即UE1和UE2分别具有最大和最小的往返时延（RTD）。设定UE1延迟时间为参照，即UE1一旦接收到下行链路的资源分配信息，就会立即传输上行链路信号，等待时间D1=0。那么其余UEj的Dj可以通过修改的资源分配方案计算。实际上，卫星事先通过随机接入方案可以得到每一个UE的位置信息，并根据位置信息分配资源。该方案中，可以保证最大的时延Dj不超过一个子帧时间，从而增强了整个系统的吞吐量，降低了时延。

4.3PAPR降低技术

OFDM因具有较高的频谱利用率和较好的抗多径衰落能力而被广泛应用于卫星通信系统中，但其较大的PAPR使得信号非线性容抗较差，要求系统内的部件具有很大的线性动态范围，否则出现非线性产生多载波互调噪声干扰，所以，降低PAPR是提高卫星系统传输性能的一个重要研究方向。目前已经有很多降低PAPR的方法，如限幅滤波、编码、有效星座扩展（ACE）、多信号表示法等，其中较为常用的有：LTE上行链路采用SC-FDMA调制，通过增加DFT和IDFT提高传输的准确性，降低传输时延；部分格状成形技术不仅能有效降低OFDM信号的PAPR，而且在保持较高信息率的情况下灵活地与纠错编码相结合，大大改善OFDM卫星通信系统的误码率性能[3]；分数阶傅里叶变换（FRFT）代替传统OFDM系统中的FFT，在改善OFDM系统误码率性能的同时有效降低了PAPR[3]。

4.4自适应编码调制与TTI交织技术

自适应编码调制技术（AMC）是一种对抗信道衰减的技术，其使用受限是由于卫星系统的大往返时延造成的。文献[8]提到了一种有效的功率控制和符号卷积结合的AMC方案，适用于基于LTE的卫星移动通信系统，该方案相对传统AMC方案有高达10.2%的频谱效率增益和高达8dB的功率增益。

当终端移动速度降低到一定程度时，信道编码抵抗衰落效果将会不明显。卫星链路具有大的环路延迟和缓慢的长衰落[9]，LTE标准中的TTI机制无法产生较好的时间分集效果。利用现有混合自动重传请求(HARQ)的灵活性降低信道的相关性，把LTE发射机同一环路缓存中的数据映射到不同TTI中，达到时间分集的目的。

卫星通信论文篇（2）

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。

卫星通信论文篇（3）

空间环境中影响CTE特性的重要参数包括辐射源粒子注量（辐射强度）、温度、CCD的类型以及掺杂情况、信号数据包大小、CCD的偏置状态等等，这里主要针对不同辐射源、不同沟道类型以及不同偏置状态展开具体的讨论分析。

不同辐射源对CTE的影响

空间环境中存在的可能对CCDCTE造成影响的粒子主要包括质子、电子、中子、x射线、γ射线以及各种重离子。x射线和γ射线主要造成CCD器件的电离损伤效应，对CTE影响较大的有质子、中子、电子等高能粒子。Norbert等人选取质子和中子作为辐射源，对XMM系统中工作于深耗尽状态的PN结CCD进行了空间辐射特性测量，测量结果如图8所示［13］。从图中可以看出，CCD的CTI特性具有较强的温度依赖性，并且在120K左右出现了CTI的极大值点，这对应着CCD的一个典型体缺陷，即A中心（或者叫氧空位缺陷），其对应的缺陷能级距离导带约0．17eV；CTI的量级较地面实验要小得多，这主要是因为空间中的粒子注量比实验中要小得多，并且在轨运行中的CCD器件增加了屏蔽层，大大提高了CCD的抗辐射性能；电子较质子对CCD造成了更大的位移损伤，其CTI较质子高约一个量级左右。由此可见，不同的辐射源可以对CCD的电荷转移效率造成不同的影响。

不同沟道CCD对CTE的影响

卫星通信论文篇（4）

计算机通过GPIB通信接口对AV4033的功能控制是通过程控仪器标准指令来实现的，程控指令是可以对频谱仪进行远端控制的一组特殊格式串，包括仪器设置、通道配置、数据扫描方式、控制输出、读取数据、状态报警、接口设置等指令集。这些指令的发送均是字符串形式,所有的频谱仪命令都必须符合特殊的语法规则，在应用高级语言进行编程时，程控指令一般是作为一个独立的参数在调用函数中出现，这类针对远程控制的函数随GPIB接口和采用的高级语言的不同而不同，但其程控指令是相同的，AV4033系列频谱仪的语法命令图如图3所示。本文利用程控指令和频谱仪进行通信时,选择LabWindowsCVI自带的GPIB函数库,可以方便地进行程控命令发送和数据读取操作。

2应用举例

卫星固定通信台站天线口径大波束窄，对天线伺服系统的自动跟踪性能要求较高，为确保通信效果，需定期测量卫星天线系统的自动跟踪性能，传统的测试方法需用频谱仪在射频方舱内测试，且测试结果保持和记录都不方便，利用本系统可以方便进行远程测试，而且可以将测试结果保存在数据存储单元中，方便后续查询和参考。卫星天线跟踪性能测试流程如下：（1）调整卫星天线使其对准通信卫星；（2）在监控主机上按下述过程设置频谱仪；a)按卫星信标频率设置频谱仪中心频率，设置SPAN为0到100KHzb)根据信标信号的电平变化范围设置Sacle/DIV，以使测量过程中的载波电平变化始终落在频谱仪的可显示电平范围内c)根据信标频率稳定度，选择尽可能窄的RBWd)根据载波的峰值频率和功率，调整频谱仪的中心频率和参考电平e)利用键盘调窄SPAN，重复4f)重复5，将SPAN调整到最小g)将SPAN置0，使载波显示谱线作水平运动h)输入扫描时间，确定扫描长度（3）用手控方式调偏卫星天线的方位角和俯仰角，频谱仪显示谱线的电平将随天线偏离卫星而下降（4）启动天线自动跟踪功能，观察卫星信标电平随时间的变化，记录自动跟踪天线的对星过程以及跟踪速度和精度（5）存储记录数据，重复3、4步骤，多记录几次测试结果，分析卫星天线自动跟踪性能。

卫星通信论文篇（5）

2.哈里斯公司“猎鹰”III

哈里斯公司宣布，该公司的AN/PRC-117G“猎鹰”III多波段单兵电台于2013年12月2日与移动用户目标系统卫星成功连通。接下来，该公司又在北极圈进行测试，将“猎鹰”III电台装在一架货运飞机上从阿拉斯加飞往北极，然后返回。北极圈地区当前使用的是甚高频系统。根据该公司提供的数字，有多达30000台的AN/PRC-117G电台可以升级使用移动用户目标系统波形软件。

3.Alico公司相控阵终端

尽管相控阵天线在雷达应用中很常见，但是在通信领域相对少见。然而，Alico系统公司已经在其宽带分布式孔径移动卫星通信系统终端中植入相控阵天线技术，并于2013年6月公布了技术详情。这种X波段系统显示，4个小型矩形平板式天线安装在M1“艾布拉姆斯”坦克和M2“布雷德利”步兵战车车体顶部四周以及MaxxPro防地雷反伏击车的出入口四周。对宽带移动卫星通信相阵天线而言，这种设计考虑非常周全，因为它并没有在车辆的可视部位增加设备，这样就可避免炮塔或者车辆上的货物阻挡信号，也可防止在非常传统系统的突出部分遮挡信号。这就意味着它能在0°～90°的全半球覆盖，从而实现0°～360°连续的全方位覆盖。借助电子束自动转向功能，该系统实现了自动操作，其电子束可以在100Hz频率上指向并跟踪卫星。也就是说，该系统每秒要计算该卫星的相对位置100次。分布式相阵天线还解决了“钥匙孔”（keynole）以及“常平架自锁”（gimballock）问题。前者是稳定电子机械天线系统的难题。由于俯仰角不到90°，这样在顶点处就会有一片空域无法被天线光束覆盖。后者的问题在于其天线系统俯仰角>90°、<180°，所以当常平架达到其仰角极限时，方位转台必须旋转180°才能继续跟踪，因而不能平滑跟踪经过其顶点的卫星。宽波束可以缓解这个问题，但是高增益天线都是窄波束，必须要有所取舍。在相控阵天线覆盖重复区域，可以通过电子方式轻松解决。由于设计之初就是为了解决移动中的语音、数据以及流视频问题，这种全双向系统可以用于很多卫星通信系统，比如美国的全球宽带卫星通信系统（WGS）和XTAR系统、西班牙卫星系统（SpainSat）以及英国的天网卫星系统（Skynet）。该系统采用115V交流电或28V直流电，功耗700W，重68kg。

4.埃尔比特公司

2013年9月，以色列艾尔比特公司（Elbit）在伦敦国际防务展上展示了基于MSR-2000系列的下一代天线Elsat2000E。该天线采用新型被动波导平面面板技术，能够全面覆盖Ku波段。该公司称Elsat2000E技术性能有了巨大提升，大大超越了采用印刷电路多成分平板技术的Elsat2000。Elsat2000E新型天线直径50cm，重15kg，性能和效率是Elsat2000的两倍。埃尔比特公司称其具有30Mb/s的下行速率和5Mb/s的上行速率。该公司强调该系统有个关键特性，即它有先进的三重跟踪机制，具备100°仰角能力，因而可以提升移动中的跟踪和重新锁定性能。该公司声称该系统的G/T比为7dB/K，而这是信号噪声比方式，是天线能够接收的信号。该比值越大，从背景噪音中提取微弱信号的效果就越好。和Elsat2100相似，2000E也集成了该公司的InterSky4M军用战术卫星通信系统平台，能够在视线内、视线外以及超越地平线模式下，提供“无缝”宽带连接。该系统在机械扫描中结合平板相阵技术，最大限度提升了覆盖角度。它能够达成360°全覆盖，俯仰角度从0°～100°，这是其他系统做不到的。通常情况下，天线系统会采用碟状天线，这是因为其增益很好，但是由于高度原因极易被探测到。

5.Ibetor公司X波段终端

2014年2月28日，西班牙Ibetor公司在华盛顿哥伦比亚特区2014卫星展上推出了新型的X波段Ib-Stom100X终端，其特点就是低矮不易探测。由于该终端高度只有20cm，该天线系统实现空气动力的高效能和自由调整(discretion)，同时还能在极端地形情况下高效可靠连通。Ib-Stom100X专为舰船、飞机和地面车辆设计，加入了Ibetor公司设计的天线控制单元（ACU），包括惯性单元（IMU）、同千赫兹双GPS接收器、三轴陀螺仪、加速计和磁力计。通过这种组合，该系统号称指向精度提高0.3!，能在移动车辆上获取卫星信号并能“瞬时”再次找回。能做到这一点，部分原因是由于该系统使用的软件程序始终让机械扫描天线指向卫星位置，即使信号受到遮挡仍旧如此。其关键参数为瞬间频率500MHz、G/T比7.5dB/K以及波束中心上行速率高达8Mb/s。依据不同配置，其重量从75～85kg不等。根据Ibetor公司的信息，该系统已在西班牙军队服役。

6.Indra公司

西班牙的Indra公司提供了备选方案，它的Sotm解决方案运行在X和Ku波段上，使用低矮天线，并集成惯性导航。通过IP电台和骨干能力，该系统的卫星通信可为旅、营一级的巡逻部队提供服务。该系统经过专门设计，可用于任何车辆，甚至可用于小型船只。另外，其可选方案还包括Ku波段扩展频率（13.75～14.5GHz）、加密、运行时间20min的不间断电源，还可载有发电机，能够提供10h电力供应。

7.吉拉特卫星网络公司

就在Ibetor公司推出低矮天线终端之后，以色列吉拉特卫星网络公司（Gilat）也紧随其后，于2014年3月11日推出了“低矮光线卫星隐形光线（RaySatStealthRay）300X-M”。该系统经过专门设计，可与任何X波段卫星配套使用，可用于全球宽带卫星通信系统（WGS）以及崎岖道路行驶的车辆。它集成了多种动作传感器，可以进行准确跟踪、在最短时间获取信号以及能够“瞬间”再次找回信号。该系统经过设计，可以轻易装到未经改装的车辆上。它包含一个外置天线，长55.6cm、宽49cm、高25cm、重15kg。另外，它还有内置天线控制单元（ACU），重4.5kg。但是，由于它可以和集成MLT-1000调制解调器一起使用，故不必安装天线控制单元。吉拉特公司新产品的G/T比为2dB/K，传输和接收增益分别是23和25dBi，其接收频率为7.25～7.75GHz，传输频率为7.9!8.4GHz。SR300系列还包括用于Ku波段和Ka波段的低矮天线。

8.DRS技术公司X46-V认证

2013年5月，随着DRS技术公司的X46-V终端获得认证，允许用于美国国防部高性能卫星网络，该公司已能提供X-波段，为更多的偏远、分散的军事单位提供接入全球信息网络（GIG）。该认证由美国国防部联合卫星通信工程中心和美国陆军战略司令部颁发，从而允许X46-V用户接入全球宽带卫星通信系统（WGS），其语音、数据和视频传输速率高达6Mb/s。除了美国部队，澳大利亚、加大那、丹麦、卢森堡、荷兰以及新西兰军队都可以使用该系统卫星。另外，由于可以运行K-y以及Ka波段，该系统能为其它商业和军事卫星提供更大灵活性和冗余能力。该公司还于2013年8月27日宣布，其L-3Linkabit可以提供系列移动卫星通信终端，刚刚升级了Alsat永久移动地球站许可证，可以在美国境内以及其它商业航空器上使用其Ku波段终端。该证书允许的终端包括L-3DatronFSS-4180-LP（0.33×0.46m）、FSS-4180-LC小型孔径天线（圆周长0.46m），还包括LinkabitMPM-1000网络中心IP卫星通信调制解调器。美国陆军的“战术级作战人员信息网”（WIN-T）以及美国海军陆战队的“移动网络”中都采用了L-3终端。

9.全球移动网络主动布局系统

Elexis公司宣布，在成功将全球移动网络主动布局系统（Gnomad）集成到“斯特赖克”装甲车辆之后，公司又将这一经受战斗考验的系统扩展到另一美军的重要平台，并在美国乔治亚州本宁堡的美国陆军第7远征作战试验部队完成安装。全球移动网络主动布局系统易于安装，并且不需要对现有车辆进行改造。该系统包括卫星天线、RF组件以及几代模块底盘，使其可以安装在美国军用产品目录内以及商业用等车辆上，比如“悍马”等。该低矮型天线尺寸为45×35×7in（合114.3×88.9×17.78cm），重量不到25kg，可用于商业和军事卫星。由于采用开放式架构，该系统可以和许多视线内电台以及卫星调制解调器共用，并通过解调器实现全双向语音、数据和视频通信。通过和超高频或甚高频电台配合，比如和“单信道地面及机载无线电系统”(Sincgars)以及嵌入式GPS共用，该系统能够在运行图像中直接嵌入跟踪蓝军数据。该系统传送频率为14.0～14.5GHz、接收频率为17.7GHz或11.7～12.75GHz，速率分别高达512kb/s和2Mb/s。在30°仰角、23℃情况下，G/T值最低为8dB/k。

10.罗克韦尔•柯林斯公司

罗克韦尔•柯林斯瑞典通信技术公司的终端和萨博公司的四轴稳定平台结合，从而产生了一种新型的移动卫星通信终端，既可适用崎岖路面也可用于海上。它可以安装到轻型越野车辆和小型船只上，也可以安装在指挥所车辆和中型滨海船只上。这些应用由于速度快、颠簸剧烈、移动幅度大，建立和保持卫星连接非常困难。但是，该系统可以轻易解决这些问题，在高海况下时速高达50节以及崎岖地形下速度超过40km/h，它都能在1s内自动恢复丢失的连接，同时宽带通信速率可达10Mb/s。该系统全重约140kg，在20°仰角、11.0GHz情况下，G/T值为19dB/K。

卫星通信论文篇（6）

1.2卫星通信网实现舰队终端与卫星通信网的互联，主要采用甚小口径天线地球站(VSAT)实现，通过VSAT能够将舰队终端接入SEAMOBIL和HISDESAT卫星通信网络，这2种卫星通信网在海事、通信等领域，均已得到广泛的应用，具有大量的地面卫星站，并覆盖了除两极之外绝大多数的地球表面，如图2所示。VSAT通信采用C波段或X波段，相比与国际海事卫星(INMARSAT)终端，VSAT能够提供更好的数据传输容量。同时INMARSAT采用舰队船舶共享连接的方式，为每艘船舶提供的带宽有限，而VSAT则采用的是专用信道，能够提供给船舶和舰队更加稳定的传输信道和更高的传输质量。另外，与INMARSAT相比，VSAT具有更低的获取成本和使用成本，因而使用VSAT具有更好的经济性。通过以上介绍的卫星通信网，使得舰队终端和岸基服务器之间能够建立持久稳定的网络连接，从而可以提供实时的、高信息刷新速率的数据服务。

1.3岸基服务器岸基服务器是整个系统的核心，由图1显示的岸基服务器与舰队终端之间的交互过程，可以看出整个系统是一个中心化的结构。岸基服务器共有3个主要功能:接收卫星通信网传输的数据和图像信息;根据接收到的信息融合并计算生成KML文件;通过HTTP协议栈［8］将KML传输给相应的GIS服务器。根据第1.1节的叙述，岸基服务器具有2种不同的数据接收接口，其中UDP协议栈负责接收舰队终端传输的数据信息，而“rsync”应用接口负责接收传输的图像信息。这2种接口与舰队终端接口类似，均可使用软件实现，并已得到广泛应用。岸基服务器中的KML文件产生模块是岸基服务器的关键功能，其能够根据实现定义的KML文件格式，和各种信息的内容，将信息嵌入KML文件模板中，产生正确可用的KML文件，进而通过HTTP协议，将其传输给绑定的GIS服务器。

2KML文件的格式与生成

KML文件时当前GIS系统广泛使用的地标文件，由于KML由XML发展而来，因而KML文件的格式和定义方法集成了XML的特点。

2.1KML文件的格式与一般基于XML的语言类似，其广泛采用标记定义各种数据块。其主要含有以下几个部分:位置数据、模型数据、航迹数据、图像数据和字节数据。各个部分的格式如下所示。通过以上的KML文件格式，可将不同类型的信息嵌入其中形成KML文件。

2.2KML文件的生成KML文件生成的过程，就是根据KML文件格式，不断分析与填充相应数据的过程［9］。KML文件生成的流程图如图3所示。KML文件的生成过程应遵循以下步骤:首先，KML文件产生模块需要根据信息来源判断和识别船舶的信息;然后根据导航信息生成基本的数据，之后再根据信息中包含的媒体信息和其他信息［10］，对KML文件进行完善;最后形成完整的KML文件，并使用HTTP协议进行传输。

3系统实现与仿真

最后，本文在OPNET中构建模拟的卫星通信网，并仿真实现了舰队终端和岸基服务器，模拟了舰队终端与岸基服务器之间的交互过程，并利用GoogleEarth证明了生成KML文件的正确性。在OPNET中的实验拓扑图如图4所示。

3.1系统功能实现通过舰队终端产生的信息，仿真宽带卫星通信网络，UDP流量约为25～36kb/s，持续时间约为20s，丢包率小于1%。而传输图像数据的速率约为80～120kb/s，持续时间约为15s。根据以上仿真可知，本系统中采用的通信接口和链路，其带宽能够满足系统信息的传递以及更新需求。按照第2.2节中方法，生成KML文件，并在GoogleEarth中导入，生成的实时监视状态图，如图5所示。通过图5可看到，KML文件可以在通用的GIS系统中得到显示和应用，不仅包含了船舶的位置、航向等，还能够根据需求显示详细的航迹信息及其他信息。

3.2负载测试在系统的实际使用过程中，由于本系统结构采用中心化的结构，因而岸基服务器将承担较大的负载。本文将利用图4所示拓扑，继续对岸基服务器的工作负载进行测试，主要测试内容是KML文件产生时，对服务器资源的占用。在仿真中，采用通用X86计算机模拟服务器，采用Corei3双核处理器，4G内存，运行Win7(64bit)操作系统，采用软件实现KML产生模块，设计各个舰队终端的信息到达服从泊松分布，在第3.1节中研究的信息通信负载下进行测试，最终得到CPU的占用率如图6所示。通过以上测试结果可知，在实际使用过程中，当带宽满足系统传输要求时，CPU的占用率约为16%～22%，证明岸基服务器能够满足本系统用户的实际需求。

卫星通信论文篇（7）

2综合仿真及系统指标建议

假设功率放大器在不同非线性工作点的群时延特性、幅频特性和相位噪声特性是一致的，选择带宽36MHz卫星转发器，依据上述仿真参数对信道群时延特性、幅频特性、相位噪声特性和非线性失真进行综合仿真。将卫星转发器的放大器的输入功率相对饱和点回退10dB，保证功率放大器工作在近似线性状态。对卫星信道的群时延特性、相位噪声特性及幅频特性进行综合仿真，仿真结果表明，当误码率1×10－6时传输性能损失约11dB。将转发器的放大器的输入功率相对饱和点回退0dB（即饱和）、2dB、5dB和10dB时，综合仿真卫星通信系统的群时延特性、相位噪声特性、幅频特性对系统传输性能的影响，仿真结果如表7所示。

参考综合仿真结果，对系统指标分配提出如下建议：当转发器的功率放大器工作于饱和点时，接收机射频指标在中频指标的基础上增加大于2．3dB；在功率放大器的输入功率回退2dB的情况下，接收机射频指标在中频指标的基础上增加大于1．6dB；在功率放大器的输入功率回退5dB的情况下，接收机射频指标在中频指标的基础上增加大于1．3dB；在功率放大器的输入功率回退10dB的情况下，即在功率放大器工作于线性状态下，接收机射频指标应在中频指标的基础上增加大于1．1dB。

卫星通信论文篇（8）

1、手动跟踪

手动跟踪是指根据经验或预知的目标位置数据（如卫星轨道位置）随时间变化的规律，用人工按时调整天线的指向，或者是根据收到信号的大小用人工方式操纵跟踪系统，使其接收最强的信号(用频谱仪或接收机监视)。手动跟踪可以每隔一段时间进行一次。手动跟踪系统由天线、频谱仪（或接收机）、伺服控制器等组成。手动跟踪设备最为简单，可应用于地面站小口径天线对同步卫星的跟踪等指向精度和实时性要求较低的场合。

2、程序跟踪

将卫星的星历数据和天线平台地理坐标和姿态数据一并输入计算机，计算机对这些数据进行处理、运算、比较，得出卫星轨道和天线实际角度在标准时间内的角度差值，然后将此值送入伺服控制器，驱动天线，消除误差角。不断地比较、驱动，使天线一直指向卫星。程序跟踪可以应用在地面或车载小口径天线对卫星的跟踪。由于地球的密度不均匀和其他干扰的影响，星历数据会随着时间有小的变化，一般很难计算出长时间的精确轨道数据。从而进行长时间的跟踪会有积累的误差。

3、自动跟踪

自动跟踪是指根据地球站天线接收到卫星所发的信标信号，通过变频、放大输入跟踪接收机，检测出俯仰和方位误差信号，根据误差信号大小和方向由伺服控制器驱动天线转台系统，使天线自动地对准卫星。这种跟踪方式没有误差积累，可以长时间连续跟踪。由于卫星位置受影响的因素太多，无法长期预测卫星轨道，故目前大、中型地球站主要采用自动跟踪为主，手动跟踪和程序跟踪为辅的方式。按照自动跟踪原理和设备组成，自动跟踪可以具体分为三种体制：步进跟踪、圆锥扫描跟踪和单脉冲跟踪。

3、1步进跟踪

步进跟踪是指天线指向以一定的步进向接收电平增大的方向进行不断调整。步进跟踪是开环方式，跟踪精度较低，跟踪速度较慢。步进跟踪适用于要求跟踪速度较低的系统中，如漂移速度较慢的同步卫星的跟踪。其优点在于实现较为简单。

3、2圆锥扫描跟踪

圆锥扫描跟踪是把馈源绕天线对称轴作圆周运动，或把副面倾斜旋转。这样天线波束呈圆锥状旋转，当天线轴对准卫星时，地球站接收到的信标电平是一恒定值；当天线轴偏离卫星时，接收电平将有一个低频幅度调制。根据调制信号的幅度和相位检测出天线波束的指向误差。这种工作方式的优点也是设备较简单，缺点是馈源永远偏离抛物面的焦点，使天线增益下降。同时需要馈源持续的圆周机械运动，可靠性较差。跟踪时要得到一系列回波脉冲后，才能得到角误差信号，实时性稍差。

3、3单脉冲跟踪

单脉冲跟踪方式由天线馈源输出和信号与差信号，和、差射频信号经射频前端变换处理后送至跟踪接收机，并由跟踪接收机输出两路与天线电轴偏离卫星角度成正比的方位误差信号与俯仰误差信号到伺服控制单元，控制天线运动，完成对卫星的实时跟踪。单脉冲跟踪能从每个接收脉冲中得到完整的角误差信息，这种跟踪方式是一个闭环系统，具有实时性好，跟踪精度高的优点。根据通道数量的不同有单通道、双通道、三通道等三种不同的实现方式。三通道方式中天线接收到的信号，经过和、差网络处理后，产生和信号、方位差信号与俯仰差信号。通过三个通道传送到跟踪接收机进行跟踪处理。双通道方式是方位差信号与俯仰差信号正交相加后合成一个差信道，或者是采用高次模方式产生差信号，与和信道一起构成双信道。单通道方式是在双通道的基础上对差信号进行调制，调制后的差信号与和信号合路形成一个通道。

二、各种方式的比较与应用

在实际应用中，它构成由航天控制中心、测控站和专用通信网为主要内容的．对在轨航天器进行跟踪、测量、控制的综合专用技术网络，包括跟踪、遥测、遥控、实时计算、数据处理、监控显示和通信系统等。其功能是：对航天器进行跟踪测量，获取其运动参数和内部的各种物理、工程、宇航员生理以及侦察参数，监视其飞行和内部工作状态，为指挥、控制提供信息；对导弹和运载火箭实施控制，确保试验安全：对卫星实施控制，支持其正常运行；通过对实测数据的处理、分析，为评价航天器的技术性能和改进设计提供依据。

1、卫星地球站同步卫星的跟踪

卫星通信论文篇（9）

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。

卫星通信论文篇（10）

我厂在2008年“5.12”特大地震发生后，微波站房屋损坏、电源中断，蓄电池损坏，铁塔倾斜；光缆全被打断，通信机房倒塌等所有通信系统全部损坏。六月初首先在映站建立一个卫星小站，在整个抗震救灾过程中，保障了通信畅通，使救灾工作得以顺利进行。但在使用过程中，该卫星通信系统有明显不足：①延时太大，无法及时进行相互交流，让人很难受；②经常无故“死机”，需重新启动语音网关才能恢复正常通信；③小到中雨就中断通信。虽然有这些缺点，但是在震后，泥石流频发，通信线路经常被打断，或是道路被冲毁（故地埋通信光缆也不现实），危险性太大根本无法架设线路，卫星通信的优势就非常明显地体现出来。在恢复重建中，这是一种不可或缺的重要通信手段，我们把缺点尽量进行完善，来满足人们的通信需求。比如延时大的问题，就可由双跳改为单跳，延时就会明显改善，让人能够接受。还有将天线尺寸加大，只要不是暴雨，通信还是能保障畅通。总之卫星通信对震后恢复重建中的我厂来说，还是一种重要的通信方式，对及时了解灾情，指挥救灾能起到关键作用。