卫星通信论文范文

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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。

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1.1基本框架的模块设计思路

对于卫星通信企业来说，卫星通信业务是其最根本的核心产品，卫星通信企业是通过向客户销售卫星通信业务产品，以实现满足客户需求、增加客户价值和公司盈利发展。因此，我们首先选取卫星通信业务为切入点，希望采用价值链分析方法对卫星通信业务产品的全生命周期进行细化分解，力争能够理清、认识、理解各组成环节要素及其相互关系，为基础框架的设计奠定基础。如图1所示，在一个卫星通信业务的全生命周期中，主要包括了前期客户需求调查研究、业务规划、产品设计、能力建设，中期的市场营销、业务开通、服务保障、运行维护，以及后期的业务产品退出或转型升级等各环节要素；另外在其各个环节实施过程中还需要企业人力、财务、质量管理、知识管理、品牌建设等运作管理环节进行基础支撑保障。从图1可以看出，卫星通信业务的全生命周期基本上分为两个阶段，第一阶段为前期卫星通信业务规划和能力建设，其主要完成了由战略和业务目标驱动，进行基础设施建设和形成业务产品或服务能力；第二阶段为中后期的卫星通信业务的运营和服务，主要承担了对业务产品进行运营管理并形成服务能力和产生收益。两个阶段之间相互关联、协同发展。业务规划与能力建设工作是运营与服务工作的前提和条件。只有设计出满足市场需求的业务产品，并能够及时具备能力并推出市场，才能够向客户提供满意的服务和可靠地运营保障；另一方面，运营与服务工作是业务规划和能力建设的实现和发展。业务规划和能力建设工作完成之后，必须通过运营和服务来实现产品销售和客户价值增加，在给客户提供服务的过程中不断发现和挖掘客户需求，并能够及时反馈给业务规划与能力建设进行业务产品的改进、提升和开发，从而形成最令用户满意、最具竞争力的优质服务产品。与此同时，两个阶段的各个环节都需要企业管理来进行支撑和保障。对于运营服务型企业来说，其更加关注运营与服务，所有业务规划与建设以及企业管理工作，都是企业为了通过运营服务产生价值、满足客户需求所需不同层面的服务保障工作。因此，为了在基础框架中突出强调卫星通信业务的规划建设和运营服务支撑的两个关键环节，同时体现出企业管理的基础支撑和保障作用，我们从总体上将卫星通信业务基本框架分为三大模块，即，战略与基础设施模块、运营与服务模块和企业管理模块，如图2所示。

1.2基本框架的层次设计思路

客户的卫星通信业务需求分类多种多样，我们可从市场、产品、资源和组织四个关键因素进行分析研究。客户购买的是卫星通信业务产品，而卫星通信企业的核心基础设施所能支撑的仅是企业向客户提品所需要的资源能力，要想将资源能力转化为客户需求实现，还需要通过卫星通信业务产品进行有效衔接。对于卫星通信企业而言就是对各种卫星通信资源和服务能力进行规划、设计和组装，形成了可以独立计价和运维支撑的业务产品。此外，客户所需业务产品多样，卫星通信服务商还需要结合供应商或者合作伙伴的基础设施资源进行有效组合使用，以发挥核心资源的最大效能和满足客户需求实现。因此，客户需求的实现主要由卫星通信企业的市场、业务、资源和供应商等关键因素协同完成。另外一方面，在基本框架的设计中，我们希望构建起能够面向客户的端到端运营服务支撑体系，即以客户需求为引导，业务实现为手段，资源、供应商和组织管理流程为保障的运营服务体系。主要经过市场需求的挖掘、提炼与转达，业务的开发、集成与实施，调动内外部资源，最终实现业务并反馈给用户的过程，如图3所示。该过程中，输入端是市场，输出端也是市场，形成的是一个从市场到市场的端到端的闭环，从而最终实现为客户提供最为优质和满意的服务。综上所述，为了表明客户需求实现过程中四个关键要素及其之间的相互支撑关系，并强调打造端到端的高效运营服务体系，我们在三大模块基础上，又将卫星通信业务基本框架划分为四个层次，包括市场层、业务层、资源层和供应链层，如图4所示。如图4的层次设计，将市场层放在最高层客户紧邻的第一位，突出强调企业是从客户需求出发，以客户需求为根本依据的理念；逐级向下的各层分别为业务层、资源层和供应链层，充分体现了客户需求实现是通过具体业务来实现，业务产品需要资源提供支撑，最底层的供应商和合作伙伴为企业提供除核心资源以外所需配套资源的各要素协同关系。这种层次设计充分体现出卫星通信企业的以客户为中心为市场服务的运营理念。

2基本框架各模块的设计

根据前述基本框架结构设计思路，我们对卫星通信业务基本框架各模块进行进一步设计和定义，各模块功能描述如下。战略与基础设施模块设计战略与基础设施模块主要负责指导和支撑运营服务。包括市场战略、资源战略的制定、基础设施规划、基础设施的构筑、产品和服务的开发和管理以及供应链/价值链的开发和管理。其中，基础设施不仅包括空间卫星资源的规划、建造、测控、运营和退役的全生命周期管理，还包括支撑产品运营服务的其他硬资源和软资源，如地面测控系统、客户关系管理、知识共享库，等等。运营与服务模块设计运营与服务模块主要负责客户需求实现和服务保障。包括日常的服务提供、运营支撑准备、质量保障以及销售管理和供应商/合作伙伴关系管理等，其包含所有由客户驱动的直接面向客户的运行和管理工作。组织管理模块设计组织管理模块为完成战略与基础设施模块和运营与服务模块所需进行的公司内部机构组建，包括了任何商业运行所必须的基本的企业或商务支持。

3基本框架各层次的设计

3.1市场层设计

市场层主要包括客户需求挖掘、分析、客户细分、销售和渠道管理、市场营销管理、服务产品和定价管理，以及客户关系管理、问题处理、服务等级协议管理和计费等。在战略与基础设施模块内，市场层提供对企业核心业务产品的规划开发管理，包括制定战略、开发新产品服务、管理现有资源、实施市场及战略等所需职能。在运营与服务模块内，客户关系管理集中考虑客户需求的基础情况和管理。

3.2业务层设计

业务层包括业务的设计开发、业务配置、业务问题管理、质量分析以及业务使用量的计费等。在战略与基础设施模块中的服务开发与管理就是为运营与服务模块提供所需产品或服务能力的规划、开发和建设，它包括服务战略制定、服务的性能管理和评估、确保未来服务需求能力等所必须的功能。在运营与服务模块中业务运行管理聚焦于对客户服务的提供，包括客户需求分析、服务方案设计、和服务保障等客户服务所需的功能性需要。本层的焦点是服务提供和管理，面向客户提供个性化服务。

3.3资源层设计

资源层主要包括基础设施的规划设计、建设和管理，是为支持卫星通信运营服务所需的卫星资源、地面基础设施和软资源等的规划、开发和交付，主要包括卫星资源、卫星测控站、业务监测站、运营服务网络平台、IT系统、知识共享库等，以及新技术的引入与现有资源技术的互相作用、现有资源性能管理和评估，确保满足未来服务需求的能力等所必须的功能。资源管理和运行主要负责卫星资源管控（卫星性能监视、分析和控制）和其他地面基础设资源的运维管理等所有功能性责任，确保各类基础设施资源平稳运转，能够为客户提供所需的端到端服务能力，并直接或间接地响应服务、客户和员工的需求。同时也包括对资源的功能集成、关联和实时数据统计，以便进行信息综合管理和采取提质增效措施。

3.4供应链层设计

供应链层主要包括处理与卫星建造商、设备提供商、集成商和工程服务商等合作伙伴的交互，它既包括基础设施的供应链管理，也包括与供应商和合作伙伴之间关于日常运营的接口管理。

4基本框架的整体设计

综合上述分析，卫星通信业务基本框架模型一方面突出卫星服务商的基础设施规划建设和运营服务支撑的核心重要性，另一方面强调面向客户、聚焦前端提供端到端的服务交付能力，从而我们可以得出卫星通信业务基本框架的整体结构设计，如图5所示。如图5所示，箭头以上半部分代表从卫星通信业务的全生命周期管理和客户需求实现两个维度进行的三个模块、四个层次结构设计思路；箭头的下半部分表示抽象化、可视化的卫星通信业务基本框架结构设计。该基本框架从顶层将卫星通信业务服务商划分为战略与基础设施、运营与服务和组织管理三大模块，并在框架布局上体现出面向客户的服务中战略与基础设施是前提先导，运营与服务是关键实施，组织管理是全过程支撑的运营特点；该框架自上而下的四个层次架构设计，充分体现出卫星通信企业是以客户需求为引导，以业务实现为手段，以资源和供应商为保障的层次递进关系，各层次环环相扣，紧密链接。这种以客户为中心，面向市场的层次设计，确保企业在享用客户需求时更迅速、策略更灵活，大大提供客户满意度，同时能够更优化企业内外部软硬资源的工作效能，以最高效的方式为客户提供最适当的信息服务，真正做到让大市场来主导企业的流程架构。

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2混合算法仿真及其仿真结果分析

混合算法首先基于雨衰模型得出功率补偿的极限阈值，然后根据该阈值将信道的雨衰补偿算法分为两部分:当雨衰值小于该阈值时，运用自适应功率控制算法进行雨衰值估计，再根据估计值相应地增大功率补偿衰减;当估计的雨衰值大于功率补偿极限值时，在功率调整到最大的同时，估计当前信道的信噪比，计算信噪比比值，再通过式(17)进行速率调整。由图2可知，年平均小于0．02%的时间其雨衰值超过34dB，这里设34dB为功率补偿的极限值。

为使可用率达到99．99%，则当雨衰超过34dB时，应适当降低信息速率。同时从图2中可以看出，雨衰超过44dB的时间百分比小于0．01%。由于缺乏Ka波段实测雨衰数据，因此，笔者应用不同频率衰减转换公式，由Ku波段雨衰数据转换成Ka频段的雨衰数据作为雨衰真实值［14，15］。图3显示了2013年5月27日在200min的观测时间内每10s取一个降雨衰减值的雨衰真实时间序列。从图3中可以看到，本次选取的属于雨衰非常大的降雨过程，在［108，145］min时间内衰减较大，最大衰减值可以达到44．67dB，其中雨衰超过34dB的时间占总时段的13．1%。图4为应用自适应功率控制算法所得到的补偿误差曲线。其中模型阶数p=5，已知数据数m=10，Δt=10s。在雨衰超过34dB的时段，功率控制已无法进行跟踪补偿，因此，补偿误差趋于劣化，甚至达到十几分贝。同时，在雨衰速率变化大时，误差也会增大。图5为信息速率随观测时间变化的曲线。

这里假设信道的(m，σ2)=(4．5，0．5)，信息速率为2．048Mbit/s，其中I^o的值可通过仿真自适应功率补偿后信道的误码率曲线得到，其值为18dB。从图5中看到，雨衰大时，速率频繁调整，最低速率为256kbit/s，可保证一般的数据通信需求。图6为采用混合算法后得到的跟踪补偿误差曲线，可以看出，该算法有效地减小了雨衰较大时的补偿误差，使其几乎全部在±1dB以内，最大补偿误差约为1．6dB。图7为信道的误码率仿真曲线。从图7中可以看到，降雨在无补偿的情况下，信道的误码率很大，但在功率控制补偿后，误码率明显减小。同时，图7还给出了运用混合补偿算法后的误码率曲线，相比较于只应用功率控制技术的方法，其误码率小很多，且在信噪比达到18dB时，误码率小于10－7。

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二、民用航空使用频率规划

（Ku/Ka/L频段可应用范围）依据《中华人民共和国无线电频率划分规定》，民用航空无线电频率使用和业务主要分为：1）制式无线电台是指为确保航空器的安全，在制造完成时必须安装在其上的无线电设备。2）非制式无线电台是指制式无线电台以外的无线电台。如:机载客舱卫星通信电台。3）航空移动业务是指在航空电台和航空器电台之间,或航空器电台之间的一种移动业务。营救器电台可参与此种业务；应急示位无线电信标电台使用指定的遇险与应急也可参与此种业务。4）航空电台是指用于航空移动业务的陆地电台。在某些情况下，航空电台也设在船舶或海面工作平台上。卫星通信在民用航空应用中又主要划分为驾驶舱（前舱）和客舱（后舱）。驾驶舱（前舱）通信需要高度完整性和快速响应的安全和正常通信，属于卫星航空移动（R）业务，主要分为空中交通服务部门用于空中交通管制、飞行情报与报警的安全相关通信，以及航空器承运人进行的、会影响到空中运输的安全、正常和效率的通信[航空运行管理控制通信（AOC）]。民航局《航空公司运行控制卫星通信实施方案》中推荐使用的卫星通信系统有海事卫星通信系统、铱星系统和Ku卫星系统。客舱(后舱)通信是为航空承运人的私人通信[航空行政通信（ACC）]服务，以及公众通信[航空旅客通信（APC）]。目前在国际上使用的客舱（后舱）通信系统主要有海事卫星通信系统、Ku卫星系统及Ka卫星系统。具体使用频率规划如表1所示。

三、民用航空的卫星通信网络运营系统现状

1.卫星网络与资源目前国际民航驾驶舱（前舱）卫星通信多使用的是L和S频段卫星通信系统，采用卫星移动通信使用的L、S频段。而卫星移动通信系统的建设是一项复杂的系统工程，国内尚无自建的商用卫星移动通信系统投入运行。国内正在使用或准备使用的商用卫星移动通信系统都是由国外运营商提供的服务。国外商用卫星移动通信系统主要包括：海事卫星系统（Inmarsat）、铱星系统（Iridium）、全球星ICO系统（Globalstar）、亚洲蜂窝卫星系统（ACes）和Thuraya等。具体所用卫星移动通信系统具体所用频率范围如表2所示。在客舱（后舱）卫星通信应用方面，中国卫通集团公司目前拥有12颗在轨卫星，可以提供以覆盖中国及周边地区的Ku频段卫星通信服务资源，并计划在2015年，达到拥有15颗以上在轨卫星。在卫星频率资源使用上将形成C、Ku与S、L、Ka频段相结合，固定广播通信卫星与移动广播通信卫星结合，覆盖范围广、用途多样的卫星空间段资源体系。中国卫通现有运营在轨卫星情况如表3所示。考虑到航空运输飞行国际、国内航线的特点，从卫星资源的服务能力来看，尤其是至今我国没有自主可管可控，用机驾驶舱（前舱）卫星通信的L和Ka频段卫星网络系统；即使是Ku频段卫星，目前我国自主运营的卫星服务能力，不论是覆盖范围，还是轨道频率资源，也远远不能适应满足我国航空市场发展卫星通信需求。这既是对我国卫星通信运营服务提出的挑战，更是开拓卫星通信服务业务的机遇和发展应用潜力。

2.用户终端设备由于我国在这方面应用起步晚，再加上用于航空领域的准入门槛制约，目前用于驾驶舱（前舱）卫星通信的L频段终端系统设备，以及用于后舱（客舱）卫星通信的Ku和Ka频段终端系统设备，全部是由国外厂商提供，几乎全面占领我国终端系统设备市场。民航飞机上卫星通信设备的制造门槛很高，除了要遵循现行技术标准，还要得到国际有关机构认可，为了国家信息安全的需要，国内厂商在这一领域还需要努力追赶，有所作为。驾驶舱（前舱）卫星通信的L频段终端系统设备主要有：霍尼韦尔,柯林斯，泰雷斯公司等。后舱（客舱）卫星通信的Ku和Ka频段终端系统设备主要有：Row44，Panasonic，GoGo，Aerosat等。后舱（客舱）卫星通信终端天线系统如图4所示。的通信系统多数是高频和甚高频通信系统，卫星通信的应用多是使用铱星系统，海事卫星，Globalstar,Thuraya,ACeS等卫星系统，以及与这些卫星系统相配的L频段在轨卫星系统的终端设备。驾驶舱（前舱）卫星通信终端设备如图5所示。

3.网络运营和用户业务管控从国家战略安全考虑，在航空运输飞行网络运营和用户业务管控方面，更需要建立可管可控的航空卫星通信网络运营和用户业务管控系统。系统网络运行管理主要是负责管理、监控和维护机载通信全系统，实时对全网系统涉及卫星、地面网络和终端设备等工作状态进行管理、监控，实时对运营网络中业务用户使用情况，进行本地或者远程、监控、维护和计费结算等管理，对网络运营和业务运营数据进行存储、备份管理，对网络运营中出现的包括卫星系统、终端设备和用户使用等问题，进行实时分析排查，及时警示和问题预先发现等必要的日常维护，保障全网络系统运行安全正常。民航卫星通信业务横跨通信信息传输服务和民用航空飞行运输服务，在相关系统设计规范、业务运营管理、设备准入等方面，必须同时满足国家对民航飞行安全，信息通信网络传输安全，信息内容安全和数据存储安全规定要求。民航卫星通信涉及国家信息安全，有必要在网络运营和用户业务管控方面在满足国家相关法规要求前提下，做到完全自主，实现业务运营可管可控。