時間：2023-01-06 07:42:54
序論：在您撰寫衛(wèi)星通信論文時，參考他人的優(yōu)秀作品可以開闊視野，小編為您整理的7篇范文，希望這些建議能夠激發(fā)您的創(chuàng)作熱情，引導您走向新的創(chuàng)作高度。
1.1衛(wèi)星通信CDMA技術衛(wèi)星通信CDMA技術是根據用戶需要和衛(wèi)星的特點，用功率控制的手段實現導頻信號的幅度變化，降低用戶對星上功率的要求，減少多址干擾。衛(wèi)星通信CDMA技術可利用多個衛(wèi)星分集接收信息實現網絡傳遞，大大降低了系統(tǒng)內耗和干擾的出現，改善了上星通信信息傳輸的可靠性。衛(wèi)星通信CDMA技術具有優(yōu)越的抗干擾性能、很好的保密性和隱蔽性、連接靈活方便等特點，使之成為衛(wèi)星通信中關鍵的技術核心。
1.2衛(wèi)星通信MPLS網絡體系MPLS網絡體系可以將IP路由的控制和第二層交換無縫地集成起來，是目前最有前途的網絡通信技術之一。衛(wèi)星通信MPLS體系結構分為用戶層、接入層、核心層三部分，其中，用戶層包括衛(wèi)星手持移動終端、小型專用局域網用戶、其他網絡用戶等。各結構和網絡體系將信息有效綁定、標注和轉發(fā)，實現衛(wèi)星的通信功能。
1.3衛(wèi)星通信的抗干擾技術衛(wèi)星運行在外太空，電磁環(huán)境復雜，統(tǒng)一受到太陽風、強磁暴等空間環(huán)境影響，導致出現信息干擾和信息失真，衛(wèi)星通信的抗干擾技術主要依靠衛(wèi)星傳輸鏈路中不同的抗干擾設備和系統(tǒng)完成其功能，抗干擾設備和系統(tǒng)主要有DS/FH混合擴頻、自適應頻域濾波、猝發(fā)通信、時域適應干擾消除、基于多用戶檢測的抗干擾、自適應信號功率管理、自適應調零天線、多波束天線、分集抗干擾、變換域干擾消除、糾錯編碼和交織編碼抗干擾技術等。在軟硬件共同的作用下阻斷電磁干擾、過濾雜波、屏蔽信號污染、實現程序監(jiān)視等功能。
2衛(wèi)星通信技術的發(fā)展趨勢
2.1通信衛(wèi)星體積的發(fā)展趨勢通信衛(wèi)星體積正在向大型化和微型化兩個方向發(fā)展。其一，各國把通信衛(wèi)星體積建造得越來越大，以便實現高靈敏和強處理能力。其二，各國推出小型通信衛(wèi)星，用多顆小衛(wèi)星組網構成衛(wèi)星通信網絡代替單顆大衛(wèi)星，具有方便發(fā)射和成本低廉等優(yōu)點。
2.2衛(wèi)星移動通信技術方興未艾衛(wèi)星移動通信是指利用衛(wèi)星實現移動用戶間或移動用戶與固定用戶間的相互通信。隨著頻譜擴展、數字無線接入、智能網絡技術的不斷發(fā)展，衛(wèi)星移動通信在向衛(wèi)星個人通信方向演進，用手持機可實現方便接入衛(wèi)星移動通信網，進行衛(wèi)星移動通信。
2.3衛(wèi)星互聯網技術興起將衛(wèi)星通信網絡轉化為互聯網中數據上下交換的鏈路，可將電話撥號、局域網等其他通信鏈路作為上行數據鏈路，還可以將下載和傳輸作為下行數據鏈路，利用衛(wèi)星的特點實現地面隨時連接互聯網絡。
2.4衛(wèi)星通信向寬帶化發(fā)展為了滿足衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶對大數據量和高負荷的需求，衛(wèi)星通信技術已向拓展直EHF頻段發(fā)展，擴大頻段的容量，大大減輕現有頻譜擁擠現象，減少受電磁現象影響引發(fā)的信號閃爍和衰落，提高了衛(wèi)星的抗干擾能力。使衛(wèi)星通信部件尺寸和重量大大縮小和減輕，方便衛(wèi)星搭載更多的通信設備。
2.5衛(wèi)星通信光通信化發(fā)展衛(wèi)星光通信是利用激光進行衛(wèi)星間通信，達到降低衛(wèi)星通信系統(tǒng)設備質量和體積，提高衛(wèi)星通信保密性等目的。
3結語
1.1信號采集天線對準某顆通信衛(wèi)星（如中星6A）后，移動車載站上的衛(wèi)星信標接收機會收到一定強度的衛(wèi)星信標，信標值的大小用來衡量對星的準確度。信標機提供串行通信接口，通過串口服務器，將串行通信做協(xié)議轉換為網絡通信協(xié)議，再通過一根網線與交換機連接，最終與控制計算機進行數據交換。設備連線后，在計算機上要進行虛擬串口映射，即把串口服務器的串口映射到計算機上，映射成功后，就可以把這些虛擬串口作為計算機上的串口使用，解決計算機本身無串口的問題。載波的發(fā)射狀態(tài)是通過改變調制解調器參數來實現的，控制載波發(fā)射狀態(tài)實際上通過控制調制解調器的發(fā)射狀態(tài)繼而達到控制載波狀態(tài)的目的。調制解調器提供網絡接口，通過交換機最終與控制計算機進行數據交換?？刂栖浖崟r監(jiān)視信標機和調制解調器的工作狀態(tài)，以此作為發(fā)送控制指令的依據。
1.2信號處理通過監(jiān)控軟件完成，為了不占用更多的主線程資源，監(jiān)控軟件分別建立兩個獨立的線程CThreadBeacon信標機線程類和CThreadModem調制解調器線程類，通過這兩個線程的通信處理載波的關閉與開啟。當確定天線進入遮擋區(qū)后，CThreadBeacon信標機線程根據當前的信標強度和調制解調器載波發(fā)射的狀態(tài)，發(fā)送打開或關閉載波的消息給CThreadModem線程。CThreadModem線程主要有兩個作用，一是讀取調制解調器當前的參數，明確設備的工作狀態(tài)，二是負責接收由CThrea-dBeacon線程發(fā)送過來的消息，根據消息的具體內容，向調制解調器發(fā)送相應的控制指令。
車載站在載波發(fā)射的行進中，如遇到高大的貨車或小面積的建筑遮擋瞬間遮擋時，這時關閉載波是不必要的，故在信標機線程中，設定當遮擋超過10s后發(fā)送關閉消息給調制解調器線程，進而關閉載波發(fā)射。同樣在離開遮擋區(qū)超過5s后發(fā)送開啟消息給調制解調器線程，進而開啟載波發(fā)射。具體流程見圖1“載波自動關閉流程圖”。
2實現過程
軟件以visualc++6.0作為開發(fā)編譯環(huán)境，在基于對話框的應用程序界面中，運用多線程串口通信編程和SNMP網絡編程方法，利用線程間通信機制，完成載波自動關閉功能。軟件啟動時，建立CThreadBeacon線程并啟動運行，運用串口通信編程，在InitInstance函數中，初始化串口參數，線程中使用定時器，頻率為300ms，按照通信協(xié)議格式，以查詢方式讀取信標強度，經過適當處理后，以浮點數顯示在監(jiān)控界面上，范圍是0~10，根據浮點數的大小，來判定天線是否進入遮擋區(qū)，如當信標強度小于3時，確定天線進入遮擋區(qū)，再以PostThreadMessage的方式發(fā)送消息給CThrea-dModem線程。建立CThreadModem線程，運用SNMP網絡編程，在In-itInstance函數中，初始化調制解調器SNMP相關參數，創(chuàng)建兩消息響應函數OnGetParam_Modem用來獲取設備當前狀態(tài)，和OnSetParam_Modem用來接收由CThreadBeacon線程發(fā)送過來的消息，根據消息的附加參數和當前調制解調器的狀態(tài)，確定發(fā)送關閉或開啟載波的指令。
3結語
MAC層有MAC－Idle、MAC－Shared、MAC－DTM、MAC－Dedicated四個狀態(tài)［4］。它們之間的轉換圖如下。
1．1MAC－Idle狀態(tài)MAC－Idle狀態(tài)中不存在TBF，MES監(jiān)視CCCH上子信道的相關傳呼。MES可能采用DRX(非連續(xù)接收)監(jiān)視CCCH。在MAC－Idle狀態(tài)，上層可請求傳輸一個上層PDU(協(xié)議數據單元)，這就會觸發(fā)在PDCH上建立一個TBF并由Idle狀態(tài)轉入MAC－Shared狀態(tài)，或者有可能通過RRC流程或者是RLC/MAC流程在DCH上觸發(fā)建立一個TBF，MES會在完成建立DCH后由Idle狀態(tài)轉入MAC－Dedicated狀態(tài)。
1．2MAC－Shared狀態(tài)在MAC－Shared狀態(tài)中，MES分配無線資源提供TBF用于在一個或多個PDCH上產生點到點連接。TBF用于在網絡和MES之間單向傳輸上層PDU。在MAC－Shared狀態(tài)，上層可請求傳輸一個上層PDU，這就會通過RRC流程在DCH上觸發(fā)建立一個TBF，這將會使MES由MAC－Shared狀態(tài)轉入MAC－DTM狀態(tài)。當上行鏈路和下行鏈路中的TBF都被釋放時，MES返回到MAC－Idle狀態(tài)。當重新配置PDCH到DCH的所有無線承載，釋放完PDCH上所有的TBF并建立第一個DCH時，MES將會由MAC－Shared狀態(tài)轉入MAC－Dedicated狀態(tài)。
1．3MAC－DTM狀態(tài)在MAC－DTM狀態(tài)MES將無線資源分配給一個或多個DCH和一個或多個PDCH。在MAC－DTM狀態(tài)當所有在PDCH上上行或下行的TBF都被釋放之后，MES進入MAC－Dedicated狀態(tài)。在釋放了所有的DCH之后，MES進入MAC－Shared狀態(tài)。在釋放了所有的PDCH和DCH之后，MES進入MAC－Idle狀態(tài)。
1．4MAC－Dedicated狀態(tài)在MAC－Dedicated狀態(tài)MES分配無線資源以提供一個或多個DCH(專有信道)。在釋放掉所有的DCH之后，由MAC－Dedicated狀態(tài)轉入MAC－Idle狀態(tài)，當從DCH到PDCH(分組數據物理信道)的所有無線承載都被重新配置以后，MES將會在釋放完所有的DCH并在PDCH上建立第一個TBF時由MAC－Dedicated狀態(tài)轉入MAC－Shared狀態(tài)。
1．5MAC層對組呼的支持由于GMR－1系統(tǒng)的MAC層不支持組呼功能，所以要對MAC層做一些改變。我們設計了組呼模塊，它和單呼模塊是并列的關系。根據邏輯信道的映射和MAC層的狀態(tài)來區(qū)分單呼和組呼兩個模塊通道。組呼工作在電路域，只跟DCH有關，跟PDCH無關［5］。所以在MAC狀態(tài)機中加入兩個狀態(tài)，分別是MAC－Ready－Gcc(組呼控制)狀態(tài)和MAC－Dedicated－Gcc狀態(tài)。工作在MAC－Dedicated－Gcc狀態(tài)下的主/被叫移動臺，正常接收MACDATA，狀態(tài)不變;在釋放掉所有DCH后，由MAC－Dedicated－Gcc狀態(tài)轉入MAC－Idle狀態(tài)。主叫移動臺發(fā)起組呼時，RRC層利用原語參數配置MAC層狀態(tài);接收下行報文時，MAC層根據MAC－Dedicated－Gcc狀態(tài)將消息遞交給上層組呼模塊。圖4是主叫用戶的組呼MAC轉移圖。被叫側成員移動臺根據接收到的NCH邏輯信道通知MAC層轉入MAC－Dedicated－Gcc狀態(tài)，工作在組呼模塊。流程如圖所示。圖5是被叫成員移動臺組呼MAC狀態(tài)轉移圖。集群組呼中，網絡要向多個成員移動臺發(fā)送尋呼通知消息，因此需要采用廣播的方式發(fā)送。我們增添NCH為組呼通知信道。由于系統(tǒng)資源有限，這里我們借用未配置的CBCH邏輯信道的位置來配置NCH邏輯信道，NCH邏輯信道的突發(fā)結構和調制解調編解碼方式與CBCH邏輯信道保持一致。例如，如果BCCH指派CBCH使用第一幀，則NCH使用2、3、4幀，如果BCCH指派CBCH使用第1、2幀，則NCH使用3、4幀，余此類推。
2MAC層PTT競爭隨機接入回退策略
當組呼講話方釋放組呼上行信道時，講話方用戶在上行DACCH(專有隨路控制信道)信道上發(fā)送“UPLINK_RELEASE”消息，表明講話完畢。當一個組呼中有幾個用戶要同時講話時，會產生講話權的競爭。組呼成員也可能有不同的優(yōu)先級，這時候需要一種競爭策略來解決［6］。以下舉例為組呼信道采用8時隙結構，編碼的話音為2．4kbits/s。網絡收到講話方上行信道的“UPLINK_RE-LEASE”消息以后，在組呼信道的下行信道的DACCH上向所有組呼移動臺發(fā)送“UPLINK_FREE”消息，表明上行信道空閑，允許新的講話方使用上行信道。需要講話的組呼用戶，在下行信道上收到“UP-LINK_FREE”消息以后，采用直接強占和隨機接入相結合的方式，在組呼上行信道發(fā)送“UPLINK_AC-CESS”消息，消息被封裝在NT5上，直接搶占第一幀，隨后的隨機時間選擇為T，回退的最大幀數為F，則T=40ms*F?？紤]到2比特的用戶優(yōu)先級，讓優(yōu)先級高的用戶有較大的概率競爭成功，設用戶優(yōu)先級為m，退的次數為n，回退的最大幀數為F，則F=(m+5)*n，其中m=1，2，3;n≥1。
當n=0的時候，四個級別的用戶都搶占第一幀，此時F=1。用戶優(yōu)先級m和回退次數n與回退最大幀數F關系部分如表1所示。下面以用戶優(yōu)先級m=0為例，隨后的隨機時間選擇為200ms(5幀)，400ms(10幀)，600m(15幀)，和800ms(20幀)總計2s秒鐘的時間爭用上行信道，方法如圖6所示。按下PTT移動臺，在最初開始的一幀直接發(fā)送“UPLINKACCESS”請求，若有碰撞，隨機占用之后的5幀之一發(fā)送“UPLINKACCESS”請求，若還有碰撞，隨機占用后續(xù)10幀之一發(fā)送“UPLINKAC-CESS”請求，還有碰撞，隨機占用后續(xù)15幀之一發(fā)送“UPLINKACCESS”請求，一直到，隨機占用后續(xù)20幀之一發(fā)送“UPLINKACCESS”請求，任意幀周期，當下行鏈路由“UPLINKFREE”轉換成“UPLINKGRANT”時競爭結束。任何一個按下PTT的移動臺直接搶占最初的一幀發(fā)送“UPLINKACCESS”，在后續(xù)的2秒鐘的時間內又可以競爭上行信道四次，競爭期間，如果收到網絡在下行信道上發(fā)送“UPLINK_GTANT”，則競爭結束。
當網絡成功收到一個“UPLINK_ACCESS”消息以后，在組呼信道的下行DACCH信道上發(fā)送“UP-LINK_GRANT”消息，用于告知競爭成功用戶可以使用上行信道，其它用戶不再進行競爭，直到再次收到“UPLINK_FREE”消息為止。這里我們考慮的是有競爭沖突時，保證優(yōu)先級高的用戶有較大的概率競爭成功。通過以上的描述，分析計算可得。從公式可以看出，優(yōu)先級高的用戶，產生沖突的概率低，這樣就很好的保證了優(yōu)先級高的用戶有較大的概率競爭成功。假設一個優(yōu)先級為0、3的用戶，其競爭產生沖突的概率曲線如圖7所示。從圖中可以看出，優(yōu)先級高的明顯比優(yōu)先級低的沖突概率小，當n的取值逐漸變大，p越小，當n為5時，概率幾乎為零了。事實上，n值不能取很大，應為值越大，雖然沖突概率很小，但是從PTT按下到響應這個時延過大，這不是我們所期望的。所以這個退避算法兼顧了n值不能太大，沖突概率小。
3結語
自通信車改裝后投入使用以來，通過近5年來各種規(guī)模的應急演練以及2010年玉樹7.1級地震、2013年青海省海西州5.0級地震的實際檢驗，該應急衛(wèi)星通信車在使用中暴露出來很多的問題，總結情況如下:(1)原有車內設備機柜設計及布局不合理，使得各設備的供電及信號之間產生交叉干擾。其中部分通信設備的散熱條件無法保證，電力線路雜亂無章。在實際使用過程中，不僅存在故障排查困難，同時還有因用電安全引發(fā)火災等事故的重大隱患。鑒于上述情況，對機柜內設備進行了重新布局，只保留與衛(wèi)星通信相關的通信設備及供電設備，將部分周邊設備進行下架處理。(2)原車所用的視頻編解碼器及網絡交換機等設備，經與原廠家聯系后，確認部分產品已停產，另有部分已無法提供維修必須的備品備件。因而通過對此類設備進行維修，使其具備通信功能的做法不可行。因此更換掉原有的解碼器，采用時下主流的視頻會議設備及網絡交換機，以確保應急通信車與指揮中心視音頻信號的安全暢通。(3)原車衛(wèi)星設備的配置不合理。該車是在原有箱式衛(wèi)星便攜站的基礎上進行了改進，將便攜站的全套設備安裝于改裝后的依維柯廂式貨車內，天線部分做了車頂安裝。由于車頂天線與功放采用軟波導連接結構，長期風吹日曬會產生老化磨損。破裂后的波導產生微波信號泄漏，造成通信質量下降的同時，對現場操作的工程技術人員也會產生人身傷害。對此采取的策略是:平常不使用時對車輛加蓋防塵遮雨罩，定期檢查軟波導的連接結構，如發(fā)現問題及時聯系廠家更換或維修。(4)衛(wèi)星系統(tǒng)對星時間長或無法正確對星。由于原有衛(wèi)星系統(tǒng)未配備頻譜儀或衛(wèi)星信標機等對星設備，使得自動對星動作完成后無法對目標衛(wèi)星的正確與否進行有效判定。因而，往往造成對不上或對錯星的情況，無法實現正常通信?；谏鲜銮闆r，對現有設備進行優(yōu)化。其中，對已停產或無法提供維修服務的設備進行更換;部分尚能使用的設備作為現有鏈路的備份設備;使原有的單通路衛(wèi)星應急系統(tǒng)升級成為具有一定抗災能力的1∶1備份的衛(wèi)星應急通信系統(tǒng)。此外，在尋星過程中盡量避免指揮車周圍有高層建筑物、樹木枝葉等阻礙，以免造成衛(wèi)星波速回波反射［1］。(5)整車配重不合理，集成后車輛右后部偏重，影響車輛行駛的平穩(wěn)性。因此，在滿足基本通信功能的前提下對車廂設備，車頂衛(wèi)星系統(tǒng)和后艙供電設備重新合理布局，調整車輛的平衡性。
2對策探索
目前，衛(wèi)星通信技術是我國大范圍區(qū)域內應急通信的主要技術手段，包括VSAT技術系統(tǒng)、BGAN技術系統(tǒng)。短波通信技術在地震應急救援現場的局域通信中也有很大的作用。這類應急通信系統(tǒng)應當具有高信噪比、大容量、高穩(wěn)定性、全天候、盲區(qū)小、抗干擾、多通道、低功耗、小型便攜、高機動性等基本特性［2］。在目前技術水平條件下，應進一步完善通過多種技術系統(tǒng)集成的震后應急通信系統(tǒng)，以解決地震后初期不同情況下地震現場與后方指揮中心的通信。
2.13G技術的應用據科學統(tǒng)計，不同震級的地震因為釋放能量的大小不同，對震區(qū)內的通信環(huán)境的影響也有不同的差別。比如，Ms5.0～6.0級地震發(fā)生后，震區(qū)大部分地面網絡或3G網絡受損普遍輕微，Ms6.0～7.0級地震對地面網絡或3G基站的破壞一般發(fā)生在高烈度區(qū)，而Ms7.0級以上的地震發(fā)生后，地面通信設施基本不可用［3］。應急通信車應根據地震現場的實際情況選擇不同的通信方式，在地面通信設施受損較小的情況下可依托地面網絡或者3G作為信道開展視頻會議、語音通訊、數據傳輸業(yè)務，極端條件下使用VAST衛(wèi)星網絡，這樣可大幅度提高地震應急通訊效率。3G網絡與VAST衛(wèi)星網絡相比傳輸速度較快，下行速度峰值理論可達3.6Mbit/s，上行速度峰值也可達384kbit/s。國內支持國際電聯確定3個無線接口標準，分別是中國聯通WCDMA、中國移動TD－SCDMA、中國電信CDMA2000。WC-DMA以其技術成熟、終端類型多、速率高、網絡覆蓋好等特點在3種3G網絡中具有明顯優(yōu)勢，因此可以采用WCDMA技術作為主用3G通信技術，實現應急通信車與指揮中心的3G通信，CD-MA2000或TD－SCDMA可作為備用的3G通信方式。
2.2短波電臺的應用短波通信屬于獨立自主通信，不依賴其他有線和無線通信手段都必須具備的網絡、傳輸線路、中繼體和建筑等基礎運行條件，抗毀能力最強，是實現中、遠程無線聯絡的基本手段［4］。從點對點直通距離看，短波是所有無線通信方式中距離最遠的一種無線通信手段。另外，短波通信設備簡單，可以根據使用要求進行固定設置，也可以個人背負或車載安裝進行移動通信，組網靈活，實時性好，特別是在救災初期常常是主要依賴的通訊工具。因此，我們可以建設一套短波通信網絡，由車載電臺、便攜式電臺組成。車載電臺用于組成指揮所通訊樞紐或作移動通訊使用，選擇使用鞭形天線或雙極天線，這樣可以保證應急通信車在一般行進速度時正常通信，便攜式電臺具有體積小和重量輕等特點，一般采用鞭形天線，利用地波進行近距離通信，主要用于應急通信車無法抵達的陡峭山地災害現場，由應急人員背負便攜式電臺進入地震現場，保障通訊聯絡，實現無盲區(qū)通訊。為了解決短波通信網與其他通信的融合問題，同時提高整個短波通信網絡的可靠性，必要時可以配備多網系融合設備，通過該設備可以將短波無線通信和有線通信、衛(wèi)星通信及超短波通信等通信手段進行融合，通過其他制式的承載網絡，實現對短波系統(tǒng)的延伸和擴展，從而可以大幅度提高通訊效率［5］。
3結語
論文摘要：低軌道（LEO）衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)是衛(wèi)星距離地面500～1500km，運行周期2～4小時的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。銥系統(tǒng)、全球星系統(tǒng)及系統(tǒng)是地軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)發(fā)展最快的范例。LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)具有廣闊的發(fā)展前景
1LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的特點
低軌（LEO）衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)與中軌（MEO）和靜止軌道（GEO）衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)比較，具有以下特點：
1.1由于具有更小的信號衰減和更低的傳播時延，低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)更有利于實現個人全球通信。LEO系統(tǒng)的路徑傳輸損耗通常比GEO低幾十分貝，所需發(fā)射功率是GEO的1/200-1/2000，傳播時延僅為GEO的1/7~1/50，這對于實現終端手持化和達到話音通信所需要的延時要求是十分有利的。
1.2蜂窩通信、多址、點波束、頻率復用等技術的發(fā)展為LEO衛(wèi)星移動通信提供了技術保障。
1.3由于地面移動終端對衛(wèi)星的仰角較大，天線波束不易受到地面反射的影響，可避免多徑衰落。
1.4它在若干個軌道平面上布置多個衛(wèi)星，由星間通信鏈路將多個軌道平面上的衛(wèi)星聯接起來。整個星座如同結構上連成一體的大型平臺，在地球表面形成蜂窩狀服務小區(qū)，服務區(qū)用戶至少被一個衛(wèi)星覆蓋，用戶可隨時接入系統(tǒng)。
1.5由于衛(wèi)星的高速運動和衛(wèi)星數目多，也帶來了多普勒頻移嚴重和星間切換控制復雜等問題。但不管怎樣，低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的上述特點對于支持實現個人通信是有巨大吸引力的。
2LEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶切換的一般過程
低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，由于衛(wèi)星的高速運動，使得它的波束覆蓋區(qū)也跟著移動，而波束覆蓋區(qū)的移動速度遠大于用戶的運動速度，因此，在LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，切換主要是由于衛(wèi)星波束移動引起的。
對于衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中的呼叫切換，通常經歷這樣一個過程：
2.1用戶周期測量當前使用波束和鄰近波束的導頻信號或廣播信道的信號強度的變化，以便確定它是否正在穿越相鄰波束之間的邊界或者處于相鄰波束的重疊區(qū)內。
2.2若用戶進入相鄰波束的重疊區(qū)，達到切換觸發(fā)的條件，將開始啟動切換過程。用戶中止利用當前波束進行通信，等待分配信道利用新波束進行通信。
2.3切換過程開始后，需要在新到達波束中為該用戶按照一定的信道分配算法進行信道分配，并在原先波束中釋放使用的信道；如果采用了波束內切換或信道重安排，則原先波束還須按照呼叫結束后的信道重安排算法進行波束內的信道優(yōu)化分配，進行必要的波束內分配。分配完成后，將數據流從舊鏈路轉移到新鏈路上來，完成切換。
3LEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶切換的種類
低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶切換可分為以下類型：
3.1同一信關站和衛(wèi)星的不同波束之間的切換
目標波束和現用波束在同一信關站和同一衛(wèi)星內，該切換涉及兩個波束的信道分配和修改同一信關站(不采用星上交換)或衛(wèi)星(采用星上交換)的交換路由表。
3.2同一信關站不同衛(wèi)星之間的切換
目標波束與現用波束不在同一顆衛(wèi)星內、但在同一個信關站范圍內，它涉及兩顆衛(wèi)星的信道分配；對于采用星上交換的體制，需要改變兩顆衛(wèi)星星上交換路由表；對于衛(wèi)星透明轉發(fā)的體制，需要修改信關站交換路由表。
3.3不同信關站同一衛(wèi)星的波束間的切換
目標波束和現用波束屬于同一顆衛(wèi)星，但屬于不同的信關站，它涉及兩個信關站之間的切換，包括信道分配、改變地面線路連接、位置更新、記費等，對于采用星上交換的衛(wèi)星還需要改變其交換路由表。
3.4不同信關站不同衛(wèi)星之間的切換
目標波束和先用波束屬于不同的衛(wèi)星且屬于不同的信關站，它涉及兩個信關站和兩顆衛(wèi)星之間的切換，信關站涉及信道分配、改變地面線路連接、位置更新、記費等問題，對于采用星上交換的衛(wèi)星需要改變其交換路由表。
4LEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)中用戶切換目標衛(wèi)星的選擇準則
在低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的切換控制中，切換的目標衛(wèi)星的選擇策略對切換的最終性能也有著直接的影響。因此，根據系統(tǒng)的需要，設計出適合于本系統(tǒng)的切換目標衛(wèi)星選擇方案至關重要。目前，低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中的切換目標衛(wèi)星選擇策略主要有以下幾種：最近衛(wèi)星準則、最強信號準則、最長可視時間準則、最多可用信道數準則、覆蓋時間與仰角加權準則及最小跳數切換準則。
其中，最近衛(wèi)星準則認為距離用戶終端最近（仰角最大）的衛(wèi)星能夠提供很好的服務質量（QoS），可從純幾何上對其性能進行分析，也稱為最大仰角準則。采用該準則時，用戶終端在任何時候都選擇能夠為其提供最大仰角的衛(wèi)星。該準則實現簡單，但一般不會在實際系統(tǒng)中采用，因為它既沒有考慮無線信號在空中的傳播條件，也沒有考慮網絡的運行狀況。強信號準則是終端在任何時候選擇能夠接收到最強信號的衛(wèi)星。擁有足夠高的信號強度是無線通信的一個基本條件，可以認為最強信號衛(wèi)星準則能夠提供較好的服務質量。
最長可視時間準則又稱為最大覆蓋時間準則。按照這個策略，用戶將利用星座系統(tǒng)運行的先驗知識，始終選擇具有最大服務時間的衛(wèi)星作為其切換的目標衛(wèi)星。該準則基于對最小化系統(tǒng)的切換請求到達率考慮，延長了切換后呼叫一直被某個衛(wèi)星服務的時間，從而可獲得較低的被迫中斷概率。
最多可用信道數準則為：用戶選擇具有最多可用信道數的衛(wèi)星為它提供服務。該準則出于對整個系統(tǒng)信道資源利用率考慮，以使衛(wèi)星系統(tǒng)中每個衛(wèi)星所承載的業(yè)務量趨于均勻分布，避免因某個衛(wèi)星節(jié)點超負荷而失效，從而影響到整個系統(tǒng)性能。應用這個準則時，不管衛(wèi)星的具置，新呼叫和切換呼叫會經歷相同的阻塞率或被迫中斷概率，從而可以避免出現某個衛(wèi)星超載的情況。
最小跳數切換準則則應用于具有星上路由的情況，策略要求用戶在任何時候都選擇能夠為其提供最少跳數路徑的衛(wèi)星。在具體實現過程中，通信雙方周期性檢測其可見衛(wèi)星中是否有比當前通信路徑的跳數更少的路徑，如果存在則進行切換，否則繼續(xù)使用當前衛(wèi)星進行通信。當然，如果通信雙方的當前衛(wèi)星出現低于最小仰角（或信噪比）時，也需要進行切換。假定衛(wèi)星系統(tǒng)使用準靜態(tài)路由算法，路由表項中帶有衛(wèi)星到衛(wèi)星的路由跳數，而且其路由信息隨著網絡拓撲變化由系統(tǒng)自動刷新。
5低軌衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶切換與路由
在切換時，由于服務衛(wèi)星的改變，對于采用星上交換和星上路由的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，原有路由也需要被重新建立。重建路由有以下幾種方案：全路由重建，部分路由重建，重路由結合擴展路由，動態(tài)概率優(yōu)化路由，最小跳數路由。
其中全路由重建衛(wèi)星切換方案：原有路由完全被新路由代替，該方案得到的新路由仍然是最優(yōu)化路徑，但其處理時延比較大。
部分路由重建衛(wèi)星切換方案：當切換發(fā)生時，原有路由被部分保存，只有變化部分被更新，該方案處理時延比較小，但新生成的路由可能不是最優(yōu)化路徑。
重路由與擴展路由結合：切換后首先進行路由擴展，再進行路由優(yōu)化。以降低延時，但信令開銷增大。
動態(tài)概率優(yōu)化路由：全路由重建節(jié)約帶寬，但是擴大了信令資源，需要選擇合適的優(yōu)化概率P，在帶寬和信令資源之間折中。即并不對所有擴展后的路由進行優(yōu)化，而是以概率P，對一部分路由進行優(yōu)化，一部分仍保持原擴展路由。
最小跳數路由策略：用戶在任何時候都選擇能夠為其提供最少跳數路徑的衛(wèi)星。通信雙方周期性檢測其可見衛(wèi)星中是否有比當前通信路徑的跳數更少的路徑，如果存在則進行切換，否則繼續(xù)使用當前衛(wèi)星進行通信。該策略能夠獲得較低的傳播延時和較小的切換頻率，具有很好的系統(tǒng)性能。
參考文獻
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為了使構建的衛(wèi)星通信業(yè)務基本框架符合企業(yè)運營流程管理邏輯，支撐衛(wèi)星網絡規(guī)劃建設，提供面向客戶的運營服務和保障，衛(wèi)星通信業(yè)務基本框架采用自頂向下的方法，對衛(wèi)星通信服務進行模塊劃分、描述和定義，力爭構建起一個涵蓋衛(wèi)星通信業(yè)務建設、運營、管理完整業(yè)務鏈、全面系統(tǒng)的基本框架。
1.1基本框架的模塊設計思路
對于衛(wèi)星通信企業(yè)來說，衛(wèi)星通信業(yè)務是其最根本的核心產品，衛(wèi)星通信企業(yè)是通過向客戶銷售衛(wèi)星通信業(yè)務產品，以實現滿足客戶需求、增加客戶價值和公司盈利發(fā)展。因此，我們首先選取衛(wèi)星通信業(yè)務為切入點，希望采用價值鏈分析方法對衛(wèi)星通信業(yè)務產品的全生命周期進行細化分解，力爭能夠理清、認識、理解各組成環(huán)節(jié)要素及其相互關系，為基礎框架的設計奠定基礎。如圖1所示，在一個衛(wèi)星通信業(yè)務的全生命周期中，主要包括了前期客戶需求調查研究、業(yè)務規(guī)劃、產品設計、能力建設，中期的市場營銷、業(yè)務開通、服務保障、運行維護，以及后期的業(yè)務產品退出或轉型升級等各環(huán)節(jié)要素；另外在其各個環(huán)節(jié)實施過程中還需要企業(yè)人力、財務、質量管理、知識管理、品牌建設等運作管理環(huán)節(jié)進行基礎支撐保障。從圖1可以看出，衛(wèi)星通信業(yè)務的全生命周期基本上分為兩個階段，第一階段為前期衛(wèi)星通信業(yè)務規(guī)劃和能力建設，其主要完成了由戰(zhàn)略和業(yè)務目標驅動，進行基礎設施建設和形成業(yè)務產品或服務能力；第二階段為中后期的衛(wèi)星通信業(yè)務的運營和服務，主要承擔了對業(yè)務產品進行運營管理并形成服務能力和產生收益。兩個階段之間相互關聯、協(xié)同發(fā)展。業(yè)務規(guī)劃與能力建設工作是運營與服務工作的前提和條件。只有設計出滿足市場需求的業(yè)務產品，并能夠及時具備能力并推出市場，才能夠向客戶提供滿意的服務和可靠地運營保障；另一方面，運營與服務工作是業(yè)務規(guī)劃和能力建設的實現和發(fā)展。業(yè)務規(guī)劃和能力建設工作完成之后，必須通過運營和服務來實現產品銷售和客戶價值增加，在給客戶提供服務的過程中不斷發(fā)現和挖掘客戶需求，并能夠及時反饋給業(yè)務規(guī)劃與能力建設進行業(yè)務產品的改進、提升和開發(fā)，從而形成最令用戶滿意、最具競爭力的優(yōu)質服務產品。與此同時，兩個階段的各個環(huán)節(jié)都需要企業(yè)管理來進行支撐和保障。對于運營服務型企業(yè)來說，其更加關注運營與服務，所有業(yè)務規(guī)劃與建設以及企業(yè)管理工作，都是企業(yè)為了通過運營服務產生價值、滿足客戶需求所需不同層面的服務保障工作。因此，為了在基礎框架中突出強調衛(wèi)星通信業(yè)務的規(guī)劃建設和運營服務支撐的兩個關鍵環(huán)節(jié)，同時體現出企業(yè)管理的基礎支撐和保障作用，我們從總體上將衛(wèi)星通信業(yè)務基本框架分為三大模塊，即，戰(zhàn)略與基礎設施模塊、運營與服務模塊和企業(yè)管理模塊，如圖2所示。
1.2基本框架的層次設計思路
客戶的衛(wèi)星通信業(yè)務需求分類多種多樣，我們可從市場、產品、資源和組織四個關鍵因素進行分析研究?？蛻糍徺I的是衛(wèi)星通信業(yè)務產品，而衛(wèi)星通信企業(yè)的核心基礎設施所能支撐的僅是企業(yè)向客戶提品所需要的資源能力，要想將資源能力轉化為客戶需求實現，還需要通過衛(wèi)星通信業(yè)務產品進行有效銜接。對于衛(wèi)星通信企業(yè)而言就是對各種衛(wèi)星通信資源和服務能力進行規(guī)劃、設計和組裝，形成了可以獨立計價和運維支撐的業(yè)務產品。此外，客戶所需業(yè)務產品多樣，衛(wèi)星通信服務商還需要結合供應商或者合作伙伴的基礎設施資源進行有效組合使用，以發(fā)揮核心資源的最大效能和滿足客戶需求實現。因此，客戶需求的實現主要由衛(wèi)星通信企業(yè)的市場、業(yè)務、資源和供應商等關鍵因素協(xié)同完成。另外一方面，在基本框架的設計中，我們希望構建起能夠面向客戶的端到端運營服務支撐體系，即以客戶需求為引導，業(yè)務實現為手段，資源、供應商和組織管理流程為保障的運營服務體系。主要經過市場需求的挖掘、提煉與轉達，業(yè)務的開發(fā)、集成與實施，調動內外部資源，最終實現業(yè)務并反饋給用戶的過程，如圖3所示。該過程中，輸入端是市場，輸出端也是市場，形成的是一個從市場到市場的端到端的閉環(huán)，從而最終實現為客戶提供最為優(yōu)質和滿意的服務。綜上所述，為了表明客戶需求實現過程中四個關鍵要素及其之間的相互支撐關系，并強調打造端到端的高效運營服務體系，我們在三大模塊基礎上，又將衛(wèi)星通信業(yè)務基本框架劃分為四個層次，包括市場層、業(yè)務層、資源層和供應鏈層，如圖4所示。如圖4的層次設計，將市場層放在最高層客戶緊鄰的第一位，突出強調企業(yè)是從客戶需求出發(fā)，以客戶需求為根本依據的理念；逐級向下的各層分別為業(yè)務層、資源層和供應鏈層，充分體現了客戶需求實現是通過具體業(yè)務來實現，業(yè)務產品需要資源提供支撐，最底層的供應商和合作伙伴為企業(yè)提供除核心資源以外所需配套資源的各要素協(xié)同關系。這種層次設計充分體現出衛(wèi)星通信企業(yè)的以客戶為中心為市場服務的運營理念。
2基本框架各模塊的設計
根據前述基本框架結構設計思路，我們對衛(wèi)星通信業(yè)務基本框架各模塊進行進一步設計和定義，各模塊功能描述如下。戰(zhàn)略與基礎設施模塊設計戰(zhàn)略與基礎設施模塊主要負責指導和支撐運營服務。包括市場戰(zhàn)略、資源戰(zhàn)略的制定、基礎設施規(guī)劃、基礎設施的構筑、產品和服務的開發(fā)和管理以及供應鏈/價值鏈的開發(fā)和管理。其中，基礎設施不僅包括空間衛(wèi)星資源的規(guī)劃、建造、測控、運營和退役的全生命周期管理，還包括支撐產品運營服務的其他硬資源和軟資源，如地面測控系統(tǒng)、客戶關系管理、知識共享庫，等等。運營與服務模塊設計運營與服務模塊主要負責客戶需求實現和服務保障。包括日常的服務提供、運營支撐準備、質量保障以及銷售管理和供應商/合作伙伴關系管理等，其包含所有由客戶驅動的直接面向客戶的運行和管理工作。組織管理模塊設計組織管理模塊為完成戰(zhàn)略與基礎設施模塊和運營與服務模塊所需進行的公司內部機構組建，包括了任何商業(yè)運行所必須的基本的企業(yè)或商務支持。
3基本框架各層次的設計
3.1市場層設計
市場層主要包括客戶需求挖掘、分析、客戶細分、銷售和渠道管理、市場營銷管理、服務產品和定價管理，以及客戶關系管理、問題處理、服務等級協(xié)議管理和計費等。在戰(zhàn)略與基礎設施模塊內，市場層提供對企業(yè)核心業(yè)務產品的規(guī)劃開發(fā)管理，包括制定戰(zhàn)略、開發(fā)新產品服務、管理現有資源、實施市場及戰(zhàn)略等所需職能。在運營與服務模塊內，客戶關系管理集中考慮客戶需求的基礎情況和管理。
3.2業(yè)務層設計
業(yè)務層包括業(yè)務的設計開發(fā)、業(yè)務配置、業(yè)務問題管理、質量分析以及業(yè)務使用量的計費等。在戰(zhàn)略與基礎設施模塊中的服務開發(fā)與管理就是為運營與服務模塊提供所需產品或服務能力的規(guī)劃、開發(fā)和建設，它包括服務戰(zhàn)略制定、服務的性能管理和評估、確保未來服務需求能力等所必須的功能。在運營與服務模塊中業(yè)務運行管理聚焦于對客戶服務的提供，包括客戶需求分析、服務方案設計、和服務保障等客戶服務所需的功能性需要。本層的焦點是服務提供和管理，面向客戶提供個性化服務。
3.3資源層設計
資源層主要包括基礎設施的規(guī)劃設計、建設和管理，是為支持衛(wèi)星通信運營服務所需的衛(wèi)星資源、地面基礎設施和軟資源等的規(guī)劃、開發(fā)和交付，主要包括衛(wèi)星資源、衛(wèi)星測控站、業(yè)務監(jiān)測站、運營服務網絡平臺、IT系統(tǒng)、知識共享庫等，以及新技術的引入與現有資源技術的互相作用、現有資源性能管理和評估，確保滿足未來服務需求的能力等所必須的功能。資源管理和運行主要負責衛(wèi)星資源管控（衛(wèi)星性能監(jiān)視、分析和控制）和其他地面基礎設資源的運維管理等所有功能性責任，確保各類基礎設施資源平穩(wěn)運轉，能夠為客戶提供所需的端到端服務能力，并直接或間接地響應服務、客戶和員工的需求。同時也包括對資源的功能集成、關聯和實時數據統(tǒng)計，以便進行信息綜合管理和采取提質增效措施。
3.4供應鏈層設計
供應鏈層主要包括處理與衛(wèi)星建造商、設備提供商、集成商和工程服務商等合作伙伴的交互，它既包括基礎設施的供應鏈管理，也包括與供應商和合作伙伴之間關于日常運營的接口管理。
4基本框架的整體設計
綜合上述分析，衛(wèi)星通信業(yè)務基本框架模型一方面突出衛(wèi)星服務商的基礎設施規(guī)劃建設和運營服務支撐的核心重要性，另一方面強調面向客戶、聚焦前端提供端到端的服務交付能力，從而我們可以得出衛(wèi)星通信業(yè)務基本框架的整體結構設計，如圖5所示。如圖5所示，箭頭以上半部分代表從衛(wèi)星通信業(yè)務的全生命周期管理和客戶需求實現兩個維度進行的三個模塊、四個層次結構設計思路；箭頭的下半部分表示抽象化、可視化的衛(wèi)星通信業(yè)務基本框架結構設計。該基本框架從頂層將衛(wèi)星通信業(yè)務服務商劃分為戰(zhàn)略與基礎設施、運營與服務和組織管理三大模塊，并在框架布局上體現出面向客戶的服務中戰(zhàn)略與基礎設施是前提先導，運營與服務是關鍵實施，組織管理是全過程支撐的運營特點；該框架自上而下的四個層次架構設計，充分體現出衛(wèi)星通信企業(yè)是以客戶需求為引導，以業(yè)務實現為手段，以資源和供應商為保障的層次遞進關系，各層次環(huán)環(huán)相扣，緊密鏈接。這種以客戶為中心，面向市場的層次設計，確保企業(yè)在享用客戶需求時更迅速、策略更靈活，大大提供客戶滿意度，同時能夠更優(yōu)化企業(yè)內外部軟硬資源的工作效能，以最高效的方式為客戶提供最適當的信息服務，真正做到讓大市場來主導企業(yè)的流程架構。
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1.1衛(wèi)星通信具有眾多的優(yōu)勢（1）電波覆蓋地域比較寬廣。（2）傳輸路數多，通信容量大。（3）通信穩(wěn)定性好、質量高。（4）衛(wèi)星通信不受地域限制，運用方式靈活。
1.2衛(wèi)星通信的一些劣勢主要的方面有：（1）延遲現象比較常見。（2）傳播過程中由于信號較差，容易出現信號中斷的現象。（3）終端產品的選擇面不廣。
2衛(wèi)星通信產品的多址體制方式的選擇
衛(wèi)星通信由于具有廣播和大范圍覆蓋的特點，因此，特別適合于多個站之間同時通信，即多址通信。多址通信是指衛(wèi)星天線波束覆蓋區(qū)內的任何地球站可以通過共同的衛(wèi)星進行雙邊或多邊通信。目前比較常用的兩種衛(wèi)星通信多址體制方式為：TDM-FDMA（時分復用-頻分多址）和MF-TDMA（跳頻-時分多址）。（1）多址體制方式一：TDM-FDMA。（2）多址體制方式二：MF-TDMA。
3衛(wèi)星通信在鐵路應急通信中的應用網絡架構
有時候會因為遇到突發(fā)性、嚴重的自然災害、人為因素導致其他所有通信手段無法使用時，而應急指揮中心又急需現場相關資料，這時就可以利用衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域廣和快速部署的優(yōu)勢將信息發(fā)送到應急指揮中心。常規(guī)衛(wèi)星系統(tǒng)現場接入方式可以分成兩種：一種是車載型，一種是便攜型，這兩種衛(wèi)星接入方式可以視現場情況而定。而對于鐵路應急通信人員來說，以上兩種接入方式均可以采用，但在到達應急現場后，還需要在現場對衛(wèi)星接入設備進行開設，考慮操作使用人員的技術水平和熟練程度，選擇自動對星的車載或便攜衛(wèi)星設備就顯得非常的方便，可確?？焖俳⑼ㄐ沛溌繁ＷC通信。
事發(fā)現場人員要將信息傳送到應急指揮中心，在鐵路應急衛(wèi)星通信系統(tǒng)網絡建設時，可根據實際情況需要，按下文所述三種方案進行建設，如圖1所示。
方式一：在中國鐵路總公司應急中心建立衛(wèi)星地面通信站，這樣就可以通過應急指揮中心收發(fā)數據，再通過地面的有線網絡傳輸到需要數據的各路局應急指揮中心。這種方案對于現代網絡資源的應用比較充分，但在遇到一些突況時，數據可能無法通過地面有線網絡傳輸到需要數據的各路局應急指揮中心，這就導致可能會出現一些無法預知的情況。
方式二：在各個路局的應急指揮中心建立衛(wèi)星通信站，這樣就可以在發(fā)生狀況時迅速的將數據發(fā)送到各路局的應急指揮中心，同時各路局也能夠及時的下達指令，進行相關問題的處理。這樣做的好處是各路局應急指揮中心能及時掌握應急現場狀況，但不利的是其建設費用將會大大增加。
方式三：在中國鐵路總公司應急指揮中心以及各路局應急指揮中心均設置衛(wèi)星通信站，這樣一來，無論發(fā)生什么災害情況，各路局應急指揮中心與中國鐵路總公司應急指揮中心都可以實時掌握事發(fā)現場情況。這樣做的好處不言而喻，但其建設費用也無疑會昂貴很多。
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