时间：2023-05-30 09:28:08
卫星信号复用模块的功能是：将船载北斗收发设备与其原配的控制终端设备进行分离；将信号根据不同策略复用为两路数据信号；提供与数据采集终端的接口。图1给出了卫星信号复用模块与系统的其他部分的连接的方式。其中的北斗卫星通信天线完成北斗信号的收发、导航信号的接收以及双向数字接口的信号交互；北斗控制终端是国内北斗星通公司开发的多用途控制设备，其功能涵盖了导航、轨迹录、报文收发和紧急情况下的报警呼救等；数据采集终端是本系统中的采集数据的收发系统，利用人工输入海洋资源数据，并通过卫星信道将数据发回北斗整列控制中心。卫星信号复用模块是各个模块的通信中枢，完成设备对信道的申请和释放，并且为各个工作子系统供电，系统对其工作稳定性和可靠性提出了较高的要求。图2给出了卫星信号复用模块的内部结构图。其中RXD_T和TXD_T分别表示RS232电平的北斗卫星天线的数据收发信号；RXD_K和TXD_K表示北斗控制终端的RS232数据收发信号；RXD_C和TXD_C表示数据采集终端的数据收发信号。其结构比较简单，但是在前期的设计和测试中发现了一系列可靠性问题。长时间地将数据采集终端以在线方式工作会造成卫星天线或者控制终端无法收发数据，因此在设计上采用了回馈电源模式，即当采集器不工作时，切换电路工作于信号直接切换模式，信道不受数据采集器控制。同时还发现当数据采集器不工作时，地线连接会造成数据串扰，所以在设计中采用了地线切换模式，当采集器不工作时将地线断开。为了进一步提高可靠性，降低干扰，信号切换没有采用有源的电子器件，而采用了电磁式继电器，当采集器不工作时系统的信号处于机械切换模式。采取上述措施后，系统无响应和数据通信失败的现象基本没有出现。
2控制终端设计
控制终端是数据采集人员的操作设备，其功能是输入采集的数据并且将数据发送。控制终端采用了ARM9架构的S3C2440作为核心处理器，利用自主开发的嵌入式操作系统，采用面向对象技术进行开发。其设计的模块结构图见图3。S3C2440核心板上有SDRAM与NANFLASH，分别用于应用程序的执行和程序的存储；北斗控制终端接口包含了北斗天线的串行控制口和电源；智能液晶显示接口通过串口2将核心板的显示控制数据传递给智能液晶模块；阵列式扫描接口读取操作人员的输入键值用于数据控制。控制终端的软件结构图见图4。扫描键盘处理模块驱动阵列式键盘，读取用户的输入键值，并提交系统处理；智能终端GUI模块负责用户的图形界面处理，主要功能包括控件界面绘制，事件响应以及消息传递；GPIO电路驱动模块用于控制卫星信号复用模块的北斗信号切换，以及北斗系统电源的管理；伪汉字空间的转换模块负责将采集到的数字信号映射到GB2312的汉字空间，以适应北斗卫星通道的数据传输；稀疏数组压缩模块解决了北斗数据包短，而采集数据量较大的问题，通过自定义的无损压缩算法，将采集的数据高效率压缩以适应北斗数据通道的特点；北斗数据编码解码模块负责将处理好的数据以北斗规定的格式编码和解码；系统参数管理模块负责管理存储在智能终端中的系统参数，以配置不同的应用方案。
3伪汉字编码方案
北斗卫星通信系统对用户的级别做了严格限制，民用的北斗运营商普遍采用了内容过滤程序，即当发现传输内容为GB2312国标码时，允许数据通过，当发现传输内容为非GB2312国际码时不允许数据通过。数据采集的数据格式不符合GB2312编码标准，因此在系统设计上遇到了数据无法传递的困难。为了解决上述问题，设计了伪汉字编解码方案。其基本思路是：编码时将原始的数据流进行分解，分配到多个汉字空间，解码时从汉字空间提取出数据流，并且将拆分的数据进行合并。GB2312是北斗采用的汉字通信系统，用于民用终端的数据发送。GB2312中每个汉字由2个字节组成，第一个字节的范围为176~247，而第二个字节的范围为160~254。因此第一个字节的有效编码空间为0~71，而第二个字节的编码空间为0~94。为了简化算法，将两个字节的编码空间都设置在0~63即2的6次方范围内。实际上将数据看成一个Bit流，将8Bit为单位分解为6Bit为单位，其示例图见图5。图中上方的8Bit的3个字节被看成24Bit的数据，在图中部分解到4个字节，每个字节为6位，高2位补零。实际上上方的数据与中部的数据从Bit流看来都是24Bit。得到4个字节的6Bit数据后，在每个字节上加上176得到图5中下部的数据，即伪汉字编码。该编码的范围位于GB2312的范围内，可用于北斗信号的数据传送。解码的过程与编码的过程相反，不再叙述。在编码的过程中还会遇到实际问题：图5中演示的情况属于比较特殊的情况，输入的数据的字节数量是3的倍数，输出的字节数量为4的倍数。现实的数据流不一定满足上述要求，例如如果输入的数据是4个字节，输出需要的字节数是6个字节；如果输入的是5个字节输出的需要6个字节。这样会给编解码带来巨大的困难。为了简化编解码，可以将数据进行特殊的处理，办法是在传递的数据中增加一个数据的长度指示，并且将数据进行整数倍拼凑。其过程见图6。在数据的头部附加了一个长度指示器，其作用是当收到的数据后部附加的有PAD时可以将原始的数据提取出。PAD是附加在有效数据后面的无效数据，PAD的数量根据原始数据长度变化，其数量为0~2个。数据扩展的原则是将数据的整体长度扩展为3的倍数。这样得到的伪汉字编码的数据长度就是4的倍数，如此扩展的目的是有利于编码和解码。
4北斗数据通讯阵列与系统整体架构
由于北斗系统是军民两用系统，并且随着用户数量的增加，通信带宽日益紧张，为了保障系统中的高级用户权限，对用户的收发信息的频度做了限制，平均一分钟才能发送一条信息。而对于接收信息的频度却没有限制，所以信息的接收相对较快。由于北斗的信息通道采用了无验证的协议，发送方无法得知接收方是否成功接收数据。为了保证通信的可靠性，本数据采集系统对北斗通信协议进行了改进。具体方法为：发送方发送消息后，从系统中获取一个随机变量用于产生延时，如果在规定的时间长度内没有收到对方发来的验证数据就继续发送，直到成功收到接收方的验证数据报。采用上述协议后，系统通信的可靠性得到了提高，但却给北斗的通信系统带来的严重负担。特别是随着采集系统数量的增加，控制中心的通信负担日益加大，采集终端数据发送的成功率也大幅下降，严重影响了系统的正常工作。为了提高系统的数据吞吐率，利用北斗系统收发速率不平衡的特点设计了北斗卫星阵列，采用了单点接收设备以及多点发送的通信模式。当接受北斗设备收到采集系统来自海上的信息后，根据负载平衡的算法，从发送阵列中选择一个空闲设备完成数据发送。如果没有空闲设备就根据负载最少原则获取北斗发送设备并将数据压入发送消息队列。采用北斗阵列和负载平衡算法后，数据的吞吐率提高，系统的反应速度加快，也提高了采集设备的用户体验。系统的整体结构见图7。多个北斗设备通过统一的网关接入北斗应用服务器，相关的控制软件运行在其上，负载解析和实现北斗设备的控制协议，系统的负载平衡以及将采集的数据回写到数据库服务器。系统决策服务器上运行的软件负责解析数据，分析相关的资源信息，以及GIS的控制信息。Web服务器对通过VPN网关的远程用户提供了数据访问服务，由于数据，对不同的用户采用了硬件加密的认证模式，数据的传输也经过了加密通道的处理。
5实际应用
该研究项目经过多年的研发已经在海洋渔业资源、海洋生态和海洋安全方面得到广泛应用。为了分析海洋渔业资源，在本终端上设计了渔业捕获实时报告系统。具体方法是针对渔业捕捞的的各种船型，每种船型选择常见的50种鱼类，将鱼类的名称和图片写入终端。船员在捕捞结束后利用本终端将各种鱼类的产量通过北斗发送给控制中心。其中的数据不仅有渔获产量，而且还有捕捞的时间和地点，控制中心将数据记录入数据库后，结合相关的港口渔获数据，以及海洋卫星遥感数据，可以分析海洋鱼类的巡游规律，并且指导渔业生产。渔业管理部门也可以了解海洋整体上的生产情况，以便合理地进行生产管理。目前已经在南海生产渔船上安装了近300套设备，大部分设备工作正常。图8给出了第二代渔获采集终端实物，图9给出了GIS软件上的安装了设备的渔船的作业分布图。该系统还用于渔场预测，结合卫星遥感信号得到的温度、洋流和叶绿素等相关因素，根据终端传回的数据，分析渔场并将得到的预报信息通过控制中心发送到终端上，从而指导渔业生产，减少资源消耗，提高经济效益。图10给出了渔场预报的样图。该设备还用于增值放流工作的检测：为了保证渔业资源的稳定，需要人工放流鱼种。为了跟踪放流鱼种的生长和巡游情况，放流前在部分鱼种上留有标志，并且在放流前将标志与鱼种信息记录在数据库中，当鱼被装有终端的渔船捕获后，船员将鱼的参数和标志编号输入终端，通过北斗发回控制中心，相关的放流数据就可以进入软件分析，从而得到放流的效果评估。目前本终端还具有了天气预报信息的发送以及他国渔船越界捕鱼事件报告的功能，可以在渔业安全和保护国家渔业资源等方面发挥作用。
6结束语
关键词:卫星通信;中继站;数据传输;铁通公司
中图分类号:TN91文献标识码:B文章编号:1009-8631(2009)12-0099-02
引言
卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。
卫星通信系统是由通信卫星和经该卫星连通的地球站两部分组成。静止通信卫星是目前全球卫星通信系统中最常用的星体,是将通信卫星发射到赤道上空 35860 公里的高度上,使卫星运转方向与地球自转方向一致,并使卫星的运转周期正好等于地球的自转周期( 24 小时),从而使卫星始终保持同步运行状态。故静止卫星也称为同步卫星。静止卫星天线波束最大覆盖面可以达到大于地球表面总面积的三分之一。因此,在静止轨道上,只要等间隔地放置三颗通信卫星,其天线波束就能基本上覆盖整个地球(除两极地区外),实现全球范围的通信。目前使用的国际通信卫星系统,就是按照上述原理建立起来的,三颗卫星分别位于大西洋、太平洋和印度洋上空。
与其它通信手段相比,卫星通信具有许多优点:一是电波覆盖面积大,通信距离远,可实现多址通信。在卫星波束覆盖区内一跳的通信距离最远为 18000 公里。覆盖区内的用户都可通过通信卫星实现多址联接,进行即时通信。二是传输频带宽,通信容量大。卫星通信一般使用 1~10 千兆赫的微波波段,有很宽的频率范围,可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路,提供每秒几十兆比特甚至每秒一百多兆比特的中高速数据通道,还可传输好几路电视。三是通信稳定性好、质量高。卫星链路大部分是在大气层以上的宇宙空间,属恒参信道,传输损耗小,电波传播稳定,不受通信两点间的各种自然环境和人为因素的影响,即便是在发生磁爆或核爆的情况下,也能维持正常通信。
卫星传输的主要缺点是传输时延大。在打卫星电话时不能立刻听到对方回话,需要间隔一段时间才能听到。其主要原因是无线电波虽在自由空间的传播速度等于光速(每秒30万公里),但当它从地球站发往同步卫星,又从同步卫星发回接收地球站,这“一上一下”就需要走8万多公里。打电话时,一问一答无线电波就要往返近16万公里,需传输0.6秒钟的时间。也就是说,在发话人说完0.6秒钟以后才能听到对方的回音,这种现象称为“延迟效应”。由于“延迟效应”现象的存在,使得打卫星电话往往不象打地面长途电话那样自如方便。
卫星通信是军事通信的重要组成部分。目前,一些发达国家和军事集团利用卫星通信系统完成的信息传递,约占其军事通信总量的80% 。
卫星通信的主要发展趋势是:充分利用卫星轨道和频率资源,开辟新的工作频段,各种数字业务综合传输,发展移动卫星通信系统。卫星星体向多功能、大容量发展,卫星通信地球站日益小型化,卫星通信系统的保密性能和抗毁能力进一步提高。
一、卫星通信技术的分类
卫星在通信、广播、导航定位、遥感遥测、地球资源、环境监测、军事侦察、气象服务等方面体现出日益重要的价值。特别是在军事应用方面,已成为现代高技术条件下局部战争中保障通信指挥、控制和信息传递极为重要的手段,因此,不仅西方各军事强国,就连不少发展中国家对军事通信卫星也特别重视。近年来,卫星通信技术已进人数字化发展的阶段。
1.1 低速话音编码技术
在过去较长的一段时间内,32kbit/s的连续可变斜率增量调制(CVSD)编码技术在卫星通信系统中占据主导地位。随着通信容量的增加和频率资源的紧张,迫切需要低速率且高质量话音的低速话音编码技术。目前,低速话音编码技术已取得了突破性进展,相继出现了32kbit/s的自适应差分脉码调制(ADPCM)、低时延16/8/4.8kbit/s的码激励线性预测(CELP)、4.8/2.4kbit/s的多带激励(MBE)。特别是4.8/2.4kbit/s的MBE话音编码技术已在系统中使用,在4.8kbit/s速率上的话音质量已接近64kbit/s的PCM的长话质量,超过32kbit/s的CVSD的话音质量。采用低速率话音编码可以大大提高卫星通信质量。
1.2 先进信道编码技术
信道纠错编码技术也有很大发展,有先进的软判决维特比译码和双层级联码等。软判决维特比译码广泛应用于卫星通信终端,它可以使信道质量明显改善,在误码率为10“的条件下,其编码增益大于5.8dB。双层级联码(即外层用R-S码交织,内层用卷积码)能有效地纠正随机和突发错误,在码率为10-5时,其编码增益可达6-7dB。采用先进信道编码技术可以提高传输质量,并节省卫星功率。
1.3 格状编码调制(TCM)技术
卫星信道既是带宽和功率受限的信道,又是非线性信道,它需要具有已调载波功率谱密度比较集中的调制方式,因此,通常采用恒定包络制方式。在恒定包络制方式中,又广泛采用相位调制(PSK)方式。但是,相位调制方式存在非连续相位转移的缺点,为了克服这一缺点,获得更佳的性能,最新发展起来的格状编码调制是卫星系统中调制技术的发展趋势。格状编码调制是一种不牺牲带宽的有效性而提高功率有效性并与信道编码相结合的技术。目前,8PSK和16PSK的64kbit/s格状编码调制数字调制解调器已应用于卫星通信中,它与普通相位调制相比,在不增加带宽、不改变速度的条件下,可提高3-5dB的调制增益。
1.4 混合多址技术
对于数字卫星通信系统,时分多址(TDMA)适用于40Mbit/s以上速率的系统,而码分多址(CDMA)则在微型地球站VSAT卫星通信系统中广泛采用。TDMA在充分利用卫星转发器功率和机动灵活组网方面有很大的潜力,配合多波束天线,即可实现星上交换时分多址(SS-TDMA)方式;还有一类低速时分多址(LA-TDMA)方式,这种方式所需的全向有效辐射功率(EIRP)小,便于大规模集成电路的应用,成本低,斟而发展较快。
CDMA技术具有抗干扰、保密等优点,对军事通信系统有很大的吸引力,且有多种使用方式。时分复用/码分多址(TDM/CDMA)方式已在VSAT卫星通信系统中应用;直接序列扩频/跳频/码分多址(DS/FH/CDMA)是直接序列扩频与低速跳频混合的多址方式,具有信道容量更大、抗干扰能力更强等优点;随机分配码分多址(RA-CDMA)方式是把码分多址的优点与数据分组通信方式(数据传输和交换的动态分配技术ALOHA)的特点结合在一起,使信道通信容量和抗干扰能力进一步提高。
二、卫星通信在铁路应急抢险中的作用
2.1工作模式
(1)卫星通信接收示意图(见图1)。
2.2使用容量
目前,铁通公司在全国有九个基站将卫星数据通信作为抢险备份通道。开通一个2M带宽作为语音通道,一个2M带宽作为图像通道。
2.3基站系统维护
铁通公司的卫星系统维护包括下内容:
(1)定期测试:网管室(站)定期核对网关的各种参数及与北京主站的联网通话功能;
(2)硬件设备巡检:电源、馈线、天线;
(3)站内自检。
三、结束语
信息技术作为本世纪重要的主导产业,其发展方兴未艾,卫星通信后来居上,凶猛异常地发展起来。一向落后的铁路通信,随着卫星通信设备的采用,其状况必将发生翻天覆地的变化。因此,了解卫星通信的基本原理及特点,并进一步引进吸收国内外先进技术,是我们发展铁路通信的必经之路。
参考文献:
[1] 陈九冶.卫星通信系统[M].北京:人民邮电出版社,1990.
1卫星通信系统的基本概念
卫星通信系统是一种把卫星作为信号中继站来接受和转发多个地面站之间微波信号的通信系统。一个完整的卫星通信系统是由卫星端、地面端和用户端这三个部分组成的。在地球上空作业的卫星端在微波通信的传递过程中起的是中转站的作用。包含了星载设备和卫星母体的卫星星体在空中接收地面站的电磁波，放大之后再发送到另一个地面站。设立在地表之上的多个地面站是连接卫星系统和地面公众网的固定接口和传送点，由地面卫星控制中心、跟踪站、遥测站和指令站等部门构成。人们连接网络的用户端通过地面站传送出入卫星系统的微波信号，形成庞杂而宽泛的通信链接。卫星通信系统的覆盖范围很广，在卫星信号覆盖区域内的任意地点都能够顺利进行通信，不会因为距离的变化而影响通讯信号的好坏。卫星通信的电磁波主要在大气层以外的区域传播，微波传递的性质较为稳定。所以卫星通信的工作频带宽，通信质量好。即使部分在大气层内部传播的电波会受到天气的影响，也仍然是一种信号稳定性和通讯可靠性很高的通信系统。但是，运行在高空轨道上的卫星在同时进行双向传输时，传递速率会延迟到秒级，电磁波的精确度也会有所下降，用于语音通话时会出现明显的中断现象。卫星在高空上的位置是按照预定轨迹运行的，因此，卫星始终处于一种运动状态，然而卫星通信系统中的线路连接都是无线链路，管理微波接收和微波传递的控制系统相当复杂，不易操纵和操作。
2卫星通信系统的发展现状
2.1成本和需求之间的矛盾
现代的大众通信集中体现为宽带互联网和移动通信。卫星通信在宽带领域中不及光纤宽带便利迅捷，在移动领域中也没有地面蜂窝移动系统的性价比优势。在移动的长途通信费大幅下降的情况下，卫星长途通信的转发器费用却没有任何变化，大大提高了卫星通信系统的运行成本。这种成本高需求低的矛盾是卫星通信系统面临的最大尴尬。
2.2宽带IP的传输和实现问题
中国当前的宽带IP卫星系统基本上都采用的是ATM的传输技术。这种技术的性能支持卫星通信系统相关的指标要求，实现起来却很困难。在卫星ATM需要分层实现的说法上有两种不同的观点就是否改变现有卫星协议结构的问题展开着激烈的争论。含有ATM交换机的子网移动性管理因为过于复杂，至今也还没有找到解决的方案。
2.3数据传递的速度和效率问题
信息时代最需要的就是传递信息的快捷方式。建立在频分复用和码分复用技术基础上的传统传递方式已经满足不了卫星通信日益增长的用户需求。虽然随后又研发出了分组交换技术，但长距离传输延时的问题还需要更加有效的技术和措施来降低传输延时对实时数据的影响。
3卫星通信系统的关键技术
3.1数据压缩技术
数据压缩不仅可以节约传输时间和存储空间，还能提高通信的便捷性和频带的利用率。数据压缩技术在处理数据的专业领域里已经发展得相当成熟了。不管是静态的数据压缩还是动态的数据压缩都可以为卫星通信系统在时间、频带和能量上带来相对较高的传输效率。例如ISO对静态图像压缩编码的标准和CCOTT的H.26标准，以及MPEG62设计中的同步交互性和多媒体等技术都成为广泛应用于多媒体压缩的公认标准。
3.2多媒体准信息同步技术
卫星通信系统传输中所使用的多媒体准信息同步技术大致可以分为连续同步和时间驱动同步这两类。在卫星的多媒体通信中，可以选用缓冲法、反馈法或者时间戳法来实现多媒体准信息的精确同步。目前开发出来的同步技术有建立在近似同步时钟基础上的“多业务流同步协议”和以时间因果同步为特色，支持分布式协议的“多信息流会话协议”。
3.3智能卫星天线系统
要成功传输多媒体信息，对通信系统的带宽要求是2500MHz及以上。降雨等天气因素和地面吸收电磁波等客观的影响因素都会导致卫星ATM网络产生较为严重的突发错误。为了完成多波束覆盖的范围最大化，研究智能高性能天线的技术开发和具体应用是十分必要的。例如，卫星通信系统可以在平时采用多波束快速跳变系统，在需要完成跟踪和同频复用的低轨道系统中采用蜂窝式天线，在星上和同步轨道系统中采用相控阵列天线。
3.4卫星激光通信技术
卫星通信对传输速率的要求很高，就目前来说，卫星通信系统的载波都是电磁性的微波。但微波天线能够接受和传递的微波数量是有限的，这就需要激光通信的辅助甚至替换。激光通信技术可以在减轻卫星密度重量和体积大小的同时增大卫星的通信量，提高卫星通信的保密性、可靠性和传输速率。而且卫星通信的激光传输之间是不会相互干扰和影响的，是卫星通信在未来的主要发展趋势。
4结束语
1 VSAT卫星通信系统概述
1.1 VSAT卫星通信系统的网络构成及连接方式
VSAT卫星通信系统主要包括三部分。第一，是主站。主站就是指枢纽站。主站中包括天线、VSAT主站终端设备、网络控制中心等。其中，天线使用的是圈套口径的天线，这样可以有效减少发射功率。主站在VSAT卫星通信系统中具有比较重要的作用，可以对整个通信系统的运行过程进行监控和管理；第二，是通信卫星。通信卫星其实就是中转站，可以对地球传输过来的信号进行处理，并将其传回到地球上；第三，是小站。小站包括两部分，一部分是安装在户外，通常是安装在建筑物的顶层。另一部分要安装在室内。户内的设备和户外的设备是连接在一起的，大多是通过电缆相连。VSAT小站具有语音功能，可以进行通话。这样，电话网上的用户就可以通过小站和主控站进行通话。
VSAT卫星通信系统主要是通过软件对系统工作过程进行控制。VSAT卫星通信系统支持多种连接方式，可以根据用户的要求选择连接的方式。VSAT卫星通信系统的连接方式可以归纳为两种，分别为点多点连接和点对多点连接。首先，介绍点对点连接。点对点连接是通过空间信道完成的。在实践过程中，采用点对点的连接方式可以选择下述几种数据传输的方式。第一种是异步字符透明传输。其中包括双向数据传输和单向数据传输两种方式。数字广播行业中使用的是单向数据传输方式，如果是字符型终端则应采用双向数据传输的方式；第二种是同步位透明传输。其中也包括双向数据传输和单向数据传输两种方式。在开展点多点广播业务时可以采用单向数据传输的方式。其次，介绍点对多点连接。点对多点连接包括两种形式，一种是同一小站不同的数据端口和主站同一端口连接在一起。另一种是不同小站数据端口和主站同一端口连接在一起。异步字符广播式、同步位透明广播方式等均属于点对多点的连接方式。
1.2 SAT卫星通信系统的特点
相比于一般的通信系统来说，VSAT卫星通信系统具有下述特点。第一，VSAT卫星通信的容量比较大，成本比较低；第二，VSAT卫星通信系统中卫星的体积不断增大，转发器的数量不断增多；第三，随着VSAT卫星通信技术的不断发展，出现了微型地球通信网，可以满足更多用户的使用需求；第四，VSAT卫星通信技术在使用的过程中不会受到地形、地物的影响，对使用环境条件的要求比较低；第五，VSAT卫星通信设备安装过程比较简单，1到2天就可以开通一个VSAT小站；第六，VSAT卫星通信的质量比较高，很少会出现信息传输错误的现象。
2 VSAT卫星通信存在的问题
（1）投资者对VSAT卫星通信系统了解不全面。早在上世纪80年代就出现了VSAT卫星通信技术，但直到90年代也没有人进行相关方面的投资。后来，一些投资者进行了VSAT卫星通信系统的投资，但并没有了解清楚VSAT卫星通信系统，只是认为VSAT卫星通信技术属于高新技术，投资的回报率会比较高。当发现在短时间内难以取得回报时，很多投资者都撤资了；（2）缺少有利的市场经济条件。目前，我国虽然已经开放了VSAT卫星通信业务，但却对VSAT公司进行了很多的限制，从而影响了VSAT公司的发展；（3）没有形成行业管理特色。VSAT卫星通信行业发展的速度比较快，在其快速发展的过程中相关的制度规定却还不完善。再加上VSAT卫星通信行业本身涉及到的业务比较多，管理比较复杂，从而使得很多VSAT公司不知道该如何管理，没有形成行业管理特色，进而影响了管理的效果。
3 VSAT卫星通信的应用
目前，随着相关技术的不断发展，VSAT卫星通信技术在不断完善，在各行各业中都具有较为广泛的应用。例如，在金融、证券、地质、交通、物流等领域中都会涉及到VSAT卫星通信技术。本文将以某烟草全国卫星通信专用网为例，介绍一下VSAT卫星通信技术的具体应用过程。
某省是我国烟草生产的重点地区，对于全国烟草市场的发展具有重要的影响。建立全国卫星通信专用网可以更好地追踪卷烟生产销售的信息。全国卫星通信专用网中主要包括两部分。一部分是地面段。其中主要包括中心控制站和VSAT小站。中心控制站有一个。VSAT小站有2214个，在全国各个连锁店。另一部是空间段。其中主要是Ku频段转发器。在全国卫星通信专用网中使用了两种类型的数据传输网。一种是双向数据传输网，主要是用于中心控制站和小站之间的数据通信。另一种是电话网，主要是为了满足电话通信的需求。电话通信网采用的是SCPC/DAMA制式，数据通信网采用的是TDM/TDMA制式。如果是从中心控制站向小站传输数据，则需要经过TDM信道。如果是从小站向中心控制站传输数据，则需要经过TDMA信道。
自从二十世纪七十年代开始，我国的卫星通信就开始得到了应用。早在美国总统尼克松访华之际，就带来了十米天线的卫星通信地球站，通过在上海虹桥机场安装卫星天线，采用卫星来实现电视转播、电报通信和通话。
为了满足国际通信领域的不断需要，在1972年至1972年间，我国当时的邮电部门便是从国外花了很大的资金购买了卫星地球站系统设备，并且在北京以及上海构建卫星地球站，承担当时非常繁重的国际通信业务。
后来到了二十世纪八十年代末期，伴随着卫星通信技术的不断进步，卫星通信基础设备也逐步朝着小型化的趋势发展。因此，甚小天线地面站（Very Small Aperture Terminal， VSAT）应运而生，可以说卫星通信逐步进入到突飞发展的阶段。
VSAT技术可以说是集计算机、电子、通信技术于一体的智能化固态化无人值守地球站。在当今社会中，VSAT技术的不断发展满足用户对于现代通信的不断需求，进而成为当前卫星通信的重要分支。
二、VSAT通信系统的组成
VSAT卫星通信系统主要是由地面以及空间两个部分组成。空间VSAT卫星通信系统的空间部分也就是卫星，一般来说都是采用地球静止轨道通信卫星，而卫星也可以工作在不同的频段中，比如说Ka、ku以及C频段。星上转发器的发射功率应当尽可能的大，进而保证VSAT地面终端的天线尺寸要足够小。
地面VSAT 卫星通信系统的地面部分则是由网络控制、远端站以及中枢站等单元组成，其中远端站是整个卫星通信网络的主体部分，中枢站主要是用来汇集由卫星传来的数据，进而朝着各个远端站分发数据，VSAT卫星网络实际上由多个远端站组成，如果远端站越多的话那么各个站所分担的费用也就越低。就现实情况来说，远端站是直接安装在用户处的，和用户的终端硬件设备进行直接连接。
三、VSAT的分类
根据业务的性质，可以将VSAT网络分为以下三种类型：
（1） 以数据通信为主的网络，这种网络不仅可以提供数据通信，同时还可以提供少量的语音业务；
（2） 以语音通信为主的网络，这种网络大部分是用来提供专用网络话音信号的传输与交换，同时还能够很好的实现交互型的数据业务；
（3） 以电视接收为主的网络，这种网络能够很好的接收图像以及伴音信号，同时还可以很好的作为有线电视的信号源。
四、VSAT 通信系统的特征
结合过去研究可以发现，VSAT能够有如今的发展，在很大程度上和其本身的优点有关。因此本章节主要阐述VSAT通信系统的特征，其主要集中在以下这么几个方面：
VSAT实现了真正意义上的全球通信，覆盖面积广泛，信道容量大，信号的传输不太容易受到气候以及地理环境的影响；
地面基站的基础设施比较单一化，造价成本相对也就较低，重量轻，安全以及操作都比较容易；
VSAT小站可以直接安装在用户所在的汽车、轮船或者楼顶上，这样的话就能够直接的和用户端口进行连接；
组成的网络灵活方便，正是因为网络部件呈现出模块化，这样也就非常容易调整通信网络的结构，容易用在各种用户业务量的变化；
通信的质量优质，可靠性程度高。链路的环节比较少，发生故障的次数低，通信的畅通率较高，因此可以广泛的适用于各种通信业务；
本天线伺服系统采用高性能DSP+FPGA架构作为系统控制核心，因DSP具备指令周期短、运算精度高等特点，因此选用高性能DSP芯片TMS320F28335完成天线控制与位置解算功能，从而满足控制系统的时效性和精确性；又因FPGA具备逻辑单元丰富、集成度高以及工作稳定可靠等特点，因此选用XC2S300E⁃6PQG208I型FPGA实现DSP外设接口的扩展，即在单片XC2S300E⁃6PQG208I上完成操控输入及显示、数据采集、滤波及控制算法处理，并输出PWM信号进行电机调速控制，从而满足天线伺服系统中多电机、多编码器、多通信接口以及系统操控界面接口的需要。伺服控制单元框图如图3所示。由图3可以看出，系统要实现的控制功能比较复杂，主要体现在：天线姿态、天线地理位置的解算，主天线方位、俯仰角度的闭环运动控制，馈源极化角度的闭环运动控制，卫星位置的存储，系统限位开关的采集与安全保护单元的联锁设计，显示接口与界面的设计，操控面板的设计等。由图3还可以看出，系统所有外设接口均通过FPGA进行扩展，并采用了光隔，确保控制单元运行的稳定性和可靠性。
2电机的选型及计算
2.1主天线电机选型及计算
2.1.1天线转台加/减速时所需要的力矩式中：W为天线直径；L为天线宽度方向到回转轴的距离；I为天线相对于转轴的转动惯量；m为天线的总质量；θ为天线倾角。
2.1.2转台在风载荷下产生的颠覆力矩（按照天线迎风面最大算）风载荷（20m/s）作用于雷达的最大作用力：式中：ρ为空气质量密度（取1.2kg/m）；υ为平均风速（20m/s）；Cx为风力矩系数（取1.2）；A为天线风阻反射面积（πR2θ）。考虑到交流伺服电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定等特点，选择韩国麦克彼恩交流伺服电机作为主天线方位和俯仰驱动电机，电机参数如表1所示。
2.2极化电机选型及计算极化电机主要用来驱动馈源极化轴。本天线系统采用波纹喇叭作为馈源，重量轻，约5kg左右，且极化轴对速度要求严格；而步进电机转动角度精确，转角和转速不受电压波动和负载变化影响，能实现快速启动、停止、反转和改变转速，因此选型为步进伺服电机，其参数如表2所示。
3卫星通信伺服控制算法
为了实现天线高精度指向卫星，本天线伺服系统采用了粗精对准相结合的方式进行对星，即先利用预设的卫星位置计算出天线理论指向角，实现天线的粗对准；再通过监测信标接收机输出的AGC电平信号强度，实现天线的精对准。
3.1天线粗对准控制算法天线粗对准控制算法即天线理论指向角的计算，这包括天线俯仰角E、天线方位角A和馈源极化角P的计算。设天线所处地理位置的经度为φ1，纬度为θ，静止卫星所在经度为φ2，经度差φ=|φ|1-φ2，可计算出天线方位角A、天线俯仰角E和馈源极化角P。计算公式为。在天线粗对准过程中，将目标卫星的轨道信息（卫星的在轨经度）输入伺服控制单元，利用GPS接收机测得天线所在地的经纬度信息。伺服控制单元进行姿态解算后得到天线对准目标卫星所需要的方位角、俯仰角和极化角，然后驱动各电机运动以实现对卫星的搜索。在对星的过程中同时要利用姿态传感器不断检测天线波束的实际指向信息，得出天线实际角度和理论角度的差值，伺服控制单元根据这些差值驱动天线的方位、俯仰和极化方向的电机不断转动，通过不断地比较，驱动天线最终指向卫星。在天线转动的同时还要不断采集信标接收机输出的AGC电平值的大小，该值也作为一个反馈信号反馈至伺服控制单元，判断该值与预设电平门限值的大小。当采样的电平值大于该门限值后，结束粗对准状态，进入精对准状态；否则，则需继续转动天线进行对准。
3.2天线精对准控制算法天线完成了粗对准后，天线进入能收到信号的范围，但是收到的信号强度较弱，距离信号最强指向还有一定的角度差。为了使信号接收效果达到最佳，需进行天线精对准。在这一阶段，需在粗对准后的位置附近结合信标接收机的输出电平AGC的大小变化做微动精确跟踪，最终找到信号最强（AGC电平值最大）的位置作为对准卫星的目标位置。天线精对准控制算法图如图4所示。
4好结语
【关键词】民航TES系统；卫星通信；功率调整
1电话调整方案
首先，选择一路具有ICM卡的CU板直接连接电话机，如无配置请提前准备，并确认电话号码。准备一根电话线与一部普通电话，将电话通过电话线与CU板“telco”相连。打开所在的TES卫星机箱电源，开启ODU电源。只开起该CU板所在的机箱，待该CU板上线，并显示数字“4”后，拨打网控卫星电话（号码为168（1、2）和166）。然后，由网控进行发射功率比较，指导标定功率。
2发射调制波方案
（1）准备英文版操作系统的电脑笔记本和CU版监控线。（2）具体调整方案。打开cutunet软件，敲击showfolde（显示文件夹）按钮，选定frequency&power。（频率和功率）。发射频点是经过联络网络控制工程师获得分派的，而后将gainsettings（发射功率）应用默认设置。选择条目modula-tion&rate。Datarate选择19.2K。Modulation选择BPSK。FECrate选择1/2。选中scrambler&diff.encoder。选中TXenable。选中Qinvert。敲击OK按钮直至CU板上呈现“—/E.”交替出现为止，调整若不成功，需多次尝试。（CU3慢选APPLY后OK.）。
3功率调整
调整功率需要调整地球站点室内和室外设立的衰减器，正常先调整室外ODU，而后微调各机架的室内衰减器。调整室内衰减器：地球站需要对每一组衰减器所属的机箱进行调整，衰减增大减小功率，衰减减小增大功率。调整室外衰减器：3.1agilisodu上下行衰减值的调动（1）AGILIS监控电缆的制作；（2）AGILISODU监控显示。3.2efdataODU的上行链路和下行链路的衰减值调整（1）制作efdataODU监控电缆；（2）设置通信参数；（3）监控显示。3.3vitacomODU的上行链路和下行链路的衰减值调整（1）制作vitacomodu监控电缆；（2）启动超级终端；（3）VITACOM超级终端的通信参数设置。终端仿真：DECVT-100。速率：9600bps。停止位：1。数据位：8。奇偶校验：无。流量控制：关闭。（4）VITACOMODU监控显示3.4V2ODU监控界面VSATUUtility———RFM———ConfigureRFM———RFM。
4接收功率调整
调整完发射功率后，需要对地球站的接收电平进行标较。以下方法对地球站接收电平的调整。首先，地面站把机箱的接收中频电缆连接到频谱分析仪，在频谱分析仪上电自检完成以后，频谱分析仪参数设置为以下：70.125MHz的中心频率，跨度SPAN为300kHz，RBW为3kHz，VBW为300Hz，而后调整接收到的信号电平衰减器在近68dBm。
5调整结果功率调整的理论研究
5.1卫星通讯体系中的功率控制原理
卫星通信体系中的功率控制，是在用户通讯质量被保障的前提下，将发射功率降低，以削减系统干扰，提升系统容量。它是先对接收端的接收信号强度和信噪比等指标进行评价，然后改动发射功率来抵偿无线信道中的途径消耗和衰败，实现既保障通讯质量，又不会对卫星通信体系中的别的用户发生分外的影响。卫星通讯体系是一个功率受限体系的典范，用体系功率控制来保证卫星通讯体系正常工作，提升卫星通讯体系通讯容量，节约卫星通讯体系资源。功率控制算法主要从两个层次分析和研究。全局层次和局部层次。可以将功率控制分成不同的类型。根据功率控制在卫星系统中的链路方向不同分为：上行功率控制和下行功率控制。根据功率控制信息的获取方式分为：开环、闭环、外环。其中闭环又称为快速内环。开环功率控制是指发射端根据自身测量得到的信息对发射功率进行控制。不需要接收端的反馈。开环功率控制控制在TD-LTE系统中主要用于随机接入过程。由于系统上下行链路在一个载频上传送，通过对导频信号的路径损耗估计。接收端可以对发送信号的路径进行准确估计。相应调整发送功率。开环功率控制的基本原理可描述为：Pnest（dBm）=Ploss（dB）+Pdes（dBm）其中Pnest（dBm）为开环功率控制调整后的终端发射功率。Ploss（dB）为测量得到的链路路径损耗。Pdes（dBm）为基站期望收到的目标功率。开环功率控制不需要反馈信道。算法相对于闭环功率控制反应更灵敏。它可对移动台发射功率的调整一步到位。即信道衰落多少节补偿多少。但是在深衰落的信道环境中，开环会使功率幅度调节过大产生误调。恶化系统性能。所以开环功率控制在目前的标准中仅在无线链路建立时使用。闭环功率控制是指需要发射端根据接收端送来的反馈信息对发射功率进行控制的过程。它分为功率调节和功率判决两个部分。因此，功率调整的延迟较大。
5.2上行链路功率控制
链路上行FDMA在云，雨，雪和雾影响的气候前提下，卫星接纳端的信号接纳电平具有很大变化，对上行信号的接收有很大影响。功率控制调整，由地球站和网控完成。网络控制检验上行信号的Eb/N0（信噪比），并且用专项使用信元方法及时向各个地球站广播，网络控制判断是否上行信号的接受Eb/N0（信噪比）高出阈值：阈值是一个窗口，确保接受Eb/N0（信噪比）在固定范围内的上行链路信号。如果接收Eb/N0值大于设定的（Eb/N0）max则适当减小其发射功率；如果Eb/N0值不大于设定的（Eb/N0）max则判断其是否小于（Eb/N0）min，如果Eb/N0值小于设定的（Eb/N0）min，则适当增加其发射功率，如果接收值在（Eb/N0）max和（Eb/N0）min之间就不对其发射功率进行调整。
参考文献
[1]LET功率控制分析（论文）百度文库.
【关键词】卫星通信；自动跟踪；MSP430单片机
0.概述
卫星通信作为当今通信传输领域的三大支柱之一，以其传输距离远，覆盖范围大，通信方式灵活多样，以及不受地理和自然环境影响而成为应急通信的主要手段。近年来，车载卫星通信成为油气田应急指挥系统中的重要通信方式之一，它可以在现场迅速展开天线，并快速自动寻星，提供迅速、有效的即时通信，保障了油气田生产过程中突发事件时的应对能力。现在，车载卫星通信系统作为一种小型化的能实现自动寻星和跟踪锁定的卫星通信系统，主要呈现出业务临时的特点，这就面临着如何快速，准确的找准卫星的问题。本文以基于MSP430的车载GPS终端与电子罗盘相结合为例，阐述车载卫星系统寻星及跟踪锁定功能的实现。
1.基本原理
本系统的核心为天线快速跟踪平台，能实现自动对星，跟踪锁定卫星信号。该平台将天线伺服控制系统和机械传动系统整合在一起，通过高灵敏度的传感器感知系统的方位，俯仰和极化角度值，并通过坐标变换和耦合分解计算出天线转动的补偿角度。
2.硬件部分
天线控制系统框架图
天线伺服控制系统核心采用T I 公司的MSP430F149 单片机。该单片机是一种超低功耗的混合信号控制器，具有16 位的RISC结构，CPU 中的16 个寄存器和常数发生器使MSP430 微控制器能达到最高的代码效率，在8MHZ 的晶体驱动下，指令周期为125us。灵活的时钟源可以使期间达到最低的功率消耗；数字控制的振荡器（DCO）可使元件从低功耗模式迅速唤醒，在少于6us的时间内激活到活跃的工作方式。片内的A/D 转换器有较高的转换速率，最高可达200kbps。为了能够快速准确的采集数据，采用美国KVH 公司生产的C100 电子罗盘，它采用磁通门技术，航向精度可达到0.5°以内，通过其数字接口，可提供地球磁场X、Y 轴的水平分量，通过电子罗盘，来采集天线起始方位数据。利用G-503 GPS 获取天线系统所在地的经纬度。利用AT-201-SC倾角仪测量天线的倾斜角度，倾角仪通过硅微机械传感器测量以水平面微参面的双轴倾角变化，输出传感器相对于水平面的倾斜和俯仰角度。极化的调整使用的是直流电机，通过采集极化电位器的电平值，来得到相应的极化角度。方位和俯仰通过步进电机进行驱动，通过减速齿轮和齿轮带带动天线运动。通过MAX202EWE 和F16V8 组成的片选电路进行GPS，倾斜仪数据，电子罗盘数据的信号通道的切换。通过信标接收机来识别卫星信标信号。
3.软件部分
系统加电开机后，首先进行主控单元MSP430F149 的初始化，包括端口，模数转换，时钟，定时器，串口等的初始化。初始化完成后，读入倾斜仪数据，并进行判断。一般情况下，天线最初都处于收藏状态，倾斜仪的读数为负，天线的俯仰需要上抬，使天线俯仰转动轴平行于水平面，天线的方位轴线垂直于水平面。此时主控电路会读入GPS 和电子罗盘数据（AL）。GPS 所得到的系统所在地的经纬度为（θL，ΦL）， 卫星的经度用 表示。通过以下的公式计算出天线所在地的理论方位角（θs），俯仰角（Az）和天线馈源的极化角度值（Pol）：
Az=tan-1 （1）
EL=tan-1
（2）
通过和可以判断出天线的走步方向及走步的角度值。当天线走到理论方位后，天线会上抬到理论俯仰角。然后会把馈源转到理论极化角。由于理论值和实际值存在着一定的误差，所以在天线走到理论位置后，方位要在理论方位正负15°内进行搜索，俯仰方向会在上下5°内进行搜索。当接收的信标信号的agc电平与背景噪声的差值大于门限值的时候，天线便进入跟踪状态。接下来天线根据信号电平的变化进行螺旋式搜索，轨迹由大变小，直到信标信号agc 电平最大，此时天线便进入锁定状态。我们可以认为天线已经对准了卫星。如果天线在搜索状态时没有找到卫星，会重新回到理论位置，进行新的搜索，如此循环，直到最后锁定卫星。
4.结语
本文给出了车载卫星定位系统的硬件与软件的整体实现方式。经试验证明，本套系统具有很好的性能指标。能够快速准确的找准卫星，具有很好跟踪性能。
【参考文献】
【关键词】 卫星移动通信系统 GEO LEO
引言
在现代化科学技术的推动下，移动通信有了突破性的发展，尤其是在全球信息化的大背景下，人们的移动通信业务不断增长，对移动通信系统的依赖程度也越来越高，传统的移动通信系统显然已经无法满足人们日益增长的业务需求，尤其是在高原、荒漠以及偏远海岛等恶劣的地理环境中，传统移动通信技术根本不能进行正常通信。卫星移动通信以通信卫星为主要中继站，轻松实现了移动用户之间或者移动用户与固定用户之间信息互联的现代化通信方式。因此以卫星为依托的移动通信系统，凭借其广阔的覆盖面积、灵活机动等特点，成为了未来移动通信技术发展的主要方向。
一、卫星移动通讯的发展
在卫星移动通信系y发展领域中，根据轨道的不同主要分两种技术形式，一种是大型低轨道卫星系统（Low Earth Orbit，LEO），例如铱星系统；另一种则是利用地球同步轨道卫星（Geosynchronous Orbit，GEO）和大型可展开多波束天线技术提供面向全球的移动通信系统，例如Thuraya舒拉亚、Inmarsat国际海事卫星以及美国最新装备的MUGS移动用户目标系统等。
卫星移动通信系统根据轨道的不同，卫星大小以及数量的差异导致LEO和GEO两种系统有着非常明显的技术特点。GEO卫星系统数据传输时延百毫秒量级，实时性差，传输损耗大，需要大的天线和功放；其系统建设周期短，寿命长，建设维护费用相对较低，性价比高。卫星相对地面固定，对星容易，不需要复杂跟踪控制系统，单颗卫星即可开展业务，通过增加卫星数量，可提高系统性能和容量。但其体积和重量偏大，发射升空难度大，风险高。轨道位置固定卫星数量少且没有备份卫星，抗干扰能力差，电磁兼容和轨道协调都是重要难题。LEO卫星系统数据传输时延十毫秒量级，实时性能佳、传输损耗小，不需要大天线。卫星体积小，重量轻，研制周期短，发射难度低，并且灵活机动，可搭载发射或一箭多星发射，卫星分不同轨道平面，多个卫星同时运行相互备份，抗毁性强。但系统设计复杂、建设周期长、难度大。LEO卫星要在轨道面形成星座图，并且相对地面高速运动需配有完美的跟踪管理控制系统，还需建立全球信关站或实现星上交换处理功能。同时必须当所有卫星在轨运行时，才能提供有效的全球移动通信服务。
LEO和GEO两种卫星移动通信系统存在较为明显的优劣性，GEO系统更适用于人口密集地区建立区域性个人移动通信系统，而LEO系统则更加适合在全球建立无缝覆盖的移动通信系统。
二、卫星通信系统的关键技术
为能够有效提升卫星移动通信系统数据传输的实时性、高效性以及优质性，所使用的卫星平台必须具备调制解调、波束成型、星上交换、星载校准以及馈电链路数字处理等核心技术。下面就对卫星系统的关键技术进行详细分析：
2.1星上处理技术
现阶段，卫星移动通信系统数据交换技术主要包括全透明转发、部分处理交换以及星上处理交换三种模式。其中透明转发（Bent Pipe）卫星通信系统中，卫星转发器只完成信号放大和频率转换，基本上与信号形式无关，对协议是透明的。该项技术较为成熟、风险相对较低，但是需要配合地面进行数据交换，因此信息传输的延时性较大；星上处理是卫星通信重要的技术之一，异步传输模式（ATM）是一种重要的星上交换处理模式，该技术实时性高、资源处理能力大、抗干扰能力强，但是由于技术发展时间较短，适用性和可靠性都不高。结合我国卫星技术的实际发展水平，以及社会发展对卫星移动通信系统需求，GEO卫星不宜采用难度较大的星上处理技术，但是在实际使用过程中，必须解决卫星通信传输的延时问题。
2.2卫星天线技术
卫星移动通信系统的天线技术经历了从简单天线，标准圆或椭圆波束、赋形天线，多馈源波束赋形到反射器赋形以及为支持个人移动通信而研制的多波束成型大天线的发展道路。卫星天线技术适用于地球同步轨道卫星和大型可展开多波束天线技术提供面向全球的移动通信系统，Aces亚洲蜂窝卫星装配有两副12米口径L波段天线，Thuraya瑟拉亚装配有12.25米口径天线，Inmarsat国际海事卫星装配有多波束天线。现阶段，卫星天线技术是提升高频谱利用率的最佳方式，通过天线波束成形、多点波束蜂窝结构和智能天线技术可以有效实现高密度、多重的频率再利用。
2.3星间链路技术
星间链路是指用于卫星之间通信的链路，又被称为星际链路或交叉链路（Crosslink）。通过星间链路可以实现卫星之间的信息传输和交换。通过星间链路将多颗卫星互联在一起，形成一个以卫星作为交换节点的空间通信网络。该项技术对于大型低轨道卫星系统而言，由于其信息覆盖面较小，需要借助星间链路技术实现地面对卫星的有效控制，以及移动用户之间的信息互联。现阶段，星间链路技术主要可以分为微波通信以及激光通信两种实现方式。目前主要常用微波通信技术，该技术的缺点在于受频带宽度、重量、体积、价格以及功耗等方面的影响，无法实现卫星移动通信系统的高效实用，而激光通信方式则具有明显的优势，其超宽的频谱带宽可以有效提升卫星通信的潜在容量并且降低卫星载荷体积和重量，在提升信息保密性的同时还能减小信息传输的延时性。
三、海上卫星移动通信系统的发展
卫星移动通信系统由于不依赖于陆地基站、同其他无线通信手段相比可靠性高等特点在海上通信中占据了重要地位。大力发展卫星移动通信系统既是国家实施海洋战略的时代需要，也是我国高科技产业核心竞争力的重要体现。研究表明，卫星移动通信系统由于技术上的限制，主要面临卫星覆盖范围受限、卫星传送信息易被窃取、信号临道干扰及雨雪衰减等问题。
目前在航海应用中，GEO卫星系统主要用于语音通信及窄带数据传输，虽然覆盖范围大但资费昂贵，且卫星资源受制于国外保密性能差。LEO卫星系统主要用于船载VSAT宽带数据通信，但由于中低轨道卫星轨位资源宝贵，我国在近海海域上空缺少足够卫星覆盖，且现有卫星资源等级较低，在多颗卫星信号重叠区域通信效率不佳。综合考虑技术成本和海上需求等因素，我国未来卫星移动通信的发展方向，应该以区域覆盖为主，兼顾全球为辅，以窄带业务为主逐步发展支持宽带业务，综合利用大型低轨道卫星系统、地球同步轨道卫星以及大型可展开多波束天线技术提供面向全球的移动通信系统特点，并且支持移动手持设备，保证信息传输的及时性和有效性。
四、结束语
综上所述，随着我国卫星移动通信技术的不断发展，以及海上移动通信业务需求量的不断扩大，无论是在民用还是在军用领域，分析研究卫星移动通信系统关键技术，并结合海上实际对现有卫星通信系统提出有效改进措施，都将对做好海上通信保障起到重要的作用。
参 考 文 献
[1]张鹏.第七届卫星通信新技术、新业务学术年会：卫星移动通信前景广阔[J].卫星电视与宽带多媒体.2011（06）
[2]李正宙，贺思，沈大伟.卫星移动通信信道特性与模型研究[J].山西电子技术.2011（01）
关键词 卫星转播车；应急通信；C波段；KU波段；SCPC；MCPC
中图分类号：TN927 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）12-0089-02
中国电信上海公司应急通信局成立于1993年11月18日，是中国电信上海公司的直属单位，是中国电信旗下一支执行应急通信任务的专业保障队伍，是工业和信息化部定义的一类应急通信保障队伍。上海应急通信局拥有4辆C频段和3辆KU频段卫星电视转播车，这些卫星转播车除了承担全国应急通信保障、抢险救灾、应对突发事件等应急通信任务外，还面向社会为国内、国际重大体育活动、大型会议活动提供电视直播视频传送服务。
卫星电视转播车，是指把卫星通信设备加载在移动车辆上，临时传电视信号的设备。通过卫星电视转播车传送电视信号，受地域环境限制少，整个链路简单，快捷灵活。
1 卫星转播车相关技术
1.1 卫星车备份方案
卫星车系统设计一般采用两种方式，一种是采用完全备份方式，即除卫星天线外其它设备均采用1：1备份方式；另一种方案是易损坏的部分进行备份，这种方案成本较低，很多卫星车采用这种备份方式。为满足直播需求，保证可靠性，上海应急通信局的卫星转播车采用完全主备方式，上海应急通信局自成立以来，没有一次直播失败，和采用这种完全备份方案有很大的关系。
1.2 卫星车工作波段和卫星天线的选择
上海应急通信局卫星车的工作波段是C波段和KU波段。C波段卫星车利用3.7-4.2GHz下行和5.925-6.425GHz上行，C波段的缺点是受地面无线干扰较多，优点是受雨衰的影响小，一般来说，雨衰不超过2DB。
Ku波段是指频率在12-48GHz的电波。国际电信联盟将下行11.7-12.2GHz和上行14-14.5GHZ的频率范围优先划分给卫星电视广播专用，KU波段的缺点是受雨衰的影响非常大，一旦下暴雨时，雨衰能达到十几甚至二十几DB，优点是受地面无线电干扰小，在相同天线口径下，KU波段的增益比C波段大得多，上海应急通信局的C波段卫星车天线都是4.5米，KU波段都是2.4米，但在天气晴朗的条件下，上行一个同样的信号，C波段卫星车要比KU波段卫星车反而要多发3至5个DB的功率。
从转播安全角度讲，使用C波段卫星车比KU波段更稳定，受雨衰的影响小，很多重大体育活动和大型会议用户多会选择用C波段卫星车上行，但C波段卫星车开通较KU波段卫星车复杂，上行功率较大。
1.3 载波方式
卫星车上行传输系统的工作方式主要为单路单载波传输（SCPC）和多路单载波传输（MCPC）方式。单路单载波（SCPC）就是指在一个载波上传输的是一路信号，多路单载波（MCPC）是指在一个载波上传输的是多路信号。上行传输系统的另一个工作方式是多载波工作方式，就是一辆卫星车上行传输系统同时上行两个以上载波。
1.4 编码器
现在卫星车上使用的主流编码器是MPEG-2编码器和H.264编码器。
通常MPEG-2编码器有两种方式：4：2：2Studio profile 和4：2：0 main Profile。传输同一个画面，4：2：2 Studio profile码流要比4：2：0 main Profile多，所以可以提供更好的画面质量。大多数用户采用同时支持MPEG-2 4：2：0 MP@ML及4：2：2P@ML的编码器，为防止其他用户非法采集电视信号，还应考虑加密加扰功能，现在主流编码器均内置有BISS或RAS加密加扰功能。现在国际上使用的主流MPEG-2编码器有TANDBERG E5740和E5788编码器。
随着通信技术的发展，H.264编码器的应用也逐渐增多，H.264同以往的视频编码标准相比，压缩率显著提高，另外在视频的清晰度上也相应增加。H.264编码标准的优势主要有以下几点：1）码率低：和MPEG-2等压缩技术相比，在同等图像质量下，再用H.264技术压缩后数据量只有MPEG-2的1/2～1/3。显然，H.264压缩技术的采用将大大降低卫星的带宽。2）图像质量高：H.264能提供连续、通畅的高质量图像。现在上海应急通信局使用的H.264编码器是爱立信CE H.264编码器。
2 上海应急通信局卫星车系统
2.1 上海应急通信局卫星转播车上行系统
卫星转播车系统上行链路由编码器、上变频器、高功率放大器、天线等设备组成，如图1所示；其中编码器2台互为备份，特殊情况下可以通过中频信号合路器把两台编码器信号合成可以同时上行两路载波，或者编码器输出ASI信号，通过复用器，再调制，可以上行MCPC信号；高功率放大器、上变频器关键点互为备份。上行设备编码器、上变频器和高功放都可以设置为自动倒换或手动倒换状态，任意一台设备如果发生故障都可以迅速切换到另一台备份设备，保证转播顺利进行。上海应急通信局卫星车编码器采用TANDBERG E5788编码调制一体机，该编码器为高清编码器，可以向下兼容标清和模拟信号，支持统计复用和BISS加密功能，码率在1.5～50Mb/s可调。如果用户要求上行H.264信号，可以用爱立信 CE H.264编码器替代 TANDBERG E5788编码器。
2.2 上海应急通信局卫星转播车下行系统
下行链路由LNB、功率分配器、解码器、频谱分析仪等组成，如图2所示，微弱的卫星信号通过卫星天线、LNB放大，然后通过功率分配器分成若干相同的信号，用两路接入解码器解出清晰的视音频信号，一路信号接入频谱仪，通过频谱仪监测卫星信号的质量。
3 卫星转播车的应用
随着国家经济的发展和综合国力的增强，通信事业也得到了飞速发展，国内、国际重大体育活动和大型会议活动有日益增多，卫星转播车的应用也越来越广泛，近年来为2008年北京奥运会、上海世博会开幕式、11年上海世界游泳锦标赛、香港回归15周年、上海F1汽车大奖赛、中华龙舟大赛、上海国际车展等提供现场电视直播视频传送服务，均圆满的完成了任务，产生了良好的社会效益和经济效益。
参考文献
[1]孙学康.微波与卫星通信[M].北京：人民邮电出版社，2007.
关键词：卫星通信;移动终端;相控阵天线;微带天线
中图分类号：TN929.5 文献标识码：B 文章编号：1004373X(2008)1704803
Phased Array Antenna System for Satellite Mobile Communication System
LIU Xinliang1,FENG Kuisheng2,TIAN Qing1,LI Na3
(1.Xi′an Space Star Technology (Group) Corporation,Xi′an,710061,China;
2.College of Electronic and Information,Northwestern Polytechnic University,Xi′an,710072,China;
3.Telecommunication Engineer Institute,Air Force Engineering University,Xi′an,710077,China)
Abstract：This paper presents a design of phased array antenna system for mobile communication system.It can scan the communication satellite automatically from 30° to 90° in elevation and 360° coverage in azimuth.Its antenna gain is better than 14 dB and diameter is less than 550mm.This paper gives theoretical analysis and engineering design of the single-feed circularly polarized micro-strip antenna and the control system.The results indicate that the phased array antenna system is fit for the mobile ground terminal of satellite communication system
Keywords：satellite communication;mobile terminal;phased array antenna;micro-strip antenna
1 引 言
具有跟踪能力的中等增益圆极化天线是中继通信卫星和卫星移动通信这两种通信系统的关键部件之一。对于卫星移动通信系统来说，系统解决了大量稀路由通信地区的通信、乡村通信和客运、货运、海运、航空、抢险救灾、野外勘测、公安侦察、部队调动等移动载体的“动中通”业务。相控阵天线安装在海陆空的运动载体上,完成对通信卫星的跟踪和通信。近几年得到了快速的发展，其应用功能主要包括卫星电话、传真、电子邮件、数据连接、位置报告以及车(船)队管理等。
相控阵天线目前被公认为是最先进的通信天线,它通过控制数字式移相器使波束精确地跟踪卫星,同时实现信号传输。相控阵技术应用于中继通信卫星和卫星移动通信系统有许多其他技术无法比拟的优点:跟踪波束的快速扫描能力；天线波束形状的快速变化能力；优异的空间定向与空域滤波能力；空间功率合成能力；天线与载体平台共形的能力［1］。
按照天线的跟踪方式,可以分为机械跟踪系统和电子跟踪系统。机械跟踪系统是利用机械方法驱动天线将波束指向卫星。电子跟踪系统是利用移相器改变天线单元的相位，控制天线方向图使其波束指向卫星。本文采用电子跟踪方案，通过GPS结合电子罗盘采集天线载体运动及姿态信息，通过波控机控制移相器，完成天线的自动跟踪。
2 系统分析与设计
2.1 系统结构设计
要实现天线对通信卫星的自动跟踪，有两种方案：一种是基于通信卫星导频信号的方案，即天线自动对全空域进行扫描，寻找通信卫星的导频信号并使天线对准导频信号最强的方向，这种方案对于静止的用户十分有效，但对于运动中的用户而言却不适用，原因是用户时刻都在运动，天线相对于卫星的波束指向需要实时改变。另一种是借助移动用户本身与运动状态有关的信息，诸如：移动载体的速度，地理位置等，利用一定的算法实时计算天线对卫星的波束指向并指向卫星。本文采用的是第二种，即基于GPS结合电子罗盘的自动跟踪方案。
相控阵天线由辐射阵列、可控数字移相器、波束控制器以及1∶19功分网络等部分组成，功能框图如图1所示。
天线单元选用圆形微带贴片天线，组阵后可获得较大范围内的波束扫描。功分网络采用微带形式，可以做到与阵面良好的共形。由于天线单元的频率特性覆盖了目前导航接收机的天线频率，且增益满足要求，因此可选择其中一个单元作为导航接收机天线。导航接收机采用GPS/GLONASS/北斗兼容接收机，与波控机的接口之间采用串行接口总线。波控机根据导航接收机送来的用户运动信息计算天线波束指向并控制移相器移相使天线波束自动对准选取的通信卫星。
2.2 天线单元设计
在众多天线单元中,微带天线单元最适合用于卫星通信相控阵天线系统中,其特点是:剖面薄、体积小、重量轻；便于把馈电网络与天线结构做在一起,适合用印刷电路技术大批量生产；能与有源器件和电路集成在同一基板上；便于获得圆极化,容易实现双频段、双极化工作。由于该天线工作在L波段，接收和发射共用一幅天线，其百分比带宽约为8.5%。同时，为增加相控阵俯仰方向扫描范围，要求阵列单元的增益、轴比方向图应具有宽角特性。由于阵元数目较多，单元形式应尽量简单，以减轻天线重量和阵元之间的互耦作用，从而避免重量的超标和阵列电性能的损失。经过比较，辐射单元选用单馈源双频微带天线，图2为其结构示意图。在贴片表面开槽,切断了原先的表面电流路径,使电流绕槽边曲折流过而路径变长,贴片等效尺寸相对增加,谐振频率降低,可使天线小型化。选择适当的槽从而控制贴片表面电流以激励相位差90°的极化简并模,从而形成圆极化辐射和实现双频工作。
图3为辐射单元在收发频段的驻波特性。同时，单元增益可达7 dBi，轴比在带宽范围内小于6 dB，满足天线对频带和增益的要求。
在分析设计时发现:随槽的长度增加,天线谐振频率降低,天线尺寸减小;天线尺寸的过分缩减会引起性能的急剧劣化,其中带宽与增益尤为明显,而方向图影响不大;增加介质板厚度可改变天线的带宽，但将引起表面波损耗，同时，重量明显增加。因此，开槽需在小型化与性能之间折衷,带宽需要在天线增益和重量之间折衷。
2.3 波束控制器的设计
波束控制器是相控阵天线的重要组成部分。由于相控阵天线波束的扫描和跟踪是由波束控制器实现的，因此，波束控制器很大程度上决定了天线的动中通性能。
移动用户在行进中其位置与姿态不断改变，要保证不间断通话，应不受载置、姿态变化的影响，天线波束必须始终对准卫星信号方向。天线波束跟踪采用开环控制方式，波控机由单片机、GPS OEM板、驱动单元及数字移相器组成。单片机通过RS 232接口与搭载GPS OEM板联接,用来读取移动用户的实时位置、姿态信息。根据通信卫星、移动用户天线的坐标，单片机经过坐标变换、角度算法计算，求得运动用户天线指向通信卫星信号的俯仰、方位角(θ,Φ)。根据指向角(θ,Φ)，同一单片机计算出要求的阵内相位差，量化后得到每个移相器(3 b)的波束控制码，通过驱动单元控制移相器工作，从而实现移动用户天线波束自动跟踪、扫描工作。波控机的硬件组成如图4所示。
在硬件电路的基础上，还需配以相应的软件程序。其主要功能一方面是提取GPS的定位数据；另一方面就是对数据进行处理计算，求出移动用户坐标系中移动用户所处位置相对于通信卫星的方位角A、仰角E。结合搭载在车载用户上的GPS速度方位角，算出移动用户天线波束指向通信卫星信号的方位角Φ、仰角θ。根据Φ、θ计算得到每个移相器的波束控制码。
2.4 相控阵天线系统
完整的相控阵天线系统由辐射单元阵列、移相器、功分网络、波束控制器以及电源等辅助设备组成。
天线阵列 天线阵面由19个单元组成，单元基本尺寸为：D=63 mm，ΔS/S=2.5%。阵元间距100 mm，按照圆形阵分三圈分布，由内到外单元数依次为1-6-12，半径240 mm，介质层厚度h=6 mm，相对介电常数为 2.65，单元馈电点通过过孔与背板上的SMA相连。天线阵形式如图5所示。
移相器与功分网络 选用微带二极管型式的3 b可控数字移相器。其特性参数插损约为1 dB，驻波比小于1.25，质量40 g，功耗0.6 W，满足在相控阵天线中对数字移相器体积小、功率低、转换时间短、稳定性好的要求。功分网络采用威金森功分器,以1∶19进行设计，实测带内插损约1 dB，端口隔离度＞20 dB。结构如图6所示。
波束控制器 GPS模块选用 GARMIN的15L OEM板，它并行12通道，可同时跟踪12颗卫星，定位精度高，功耗低。 DGPS可实时WAAS差分或伪距差分，差分精度3~5 m。电子罗盘采用Honeywell的3300磁感应芯片的OEM电子罗盘模块。它可提供数字航向，直接输出数字信号，通过RS 232可与单片机通信。它的倾斜角可达±10°，在此范围内，可以提供较精确的三维角度，航向精度为1°。它的数据更新率可以达到10 Hz，用户可以自由配置和存储参数。
单片机 选用SILICON公司C8051F020，能够满足以上系统的要求。C8051F020单片机采用SILICON公司的专利CIP-51微处理器内核。该芯片在程序运行时可实现内、外部时钟的切换，这在低功耗应用系统中非常实用,同时C8051F020还在内部增加了复位源，从而大大提高了系统的可靠性。
辅助设备 系统辅助设备包括给系统供电的直流电源，连接电缆以及射频接口等。
3 设计与实验结果
按照设计方案研制了样机，扫描范围：仰角30°～90°,方位角0°～360°。系统功分网络输出口处电压驻波比如图7所示。
4 结 语
本文给出了一种应用于卫星地面移动通信终端的相控阵天线的设计，采用GPS结合电子罗盘的方案采集运动载体的相关信息，通过波控机控制天线波束自动跟踪通信卫星，对天线单元和波束控制系统进行了分析和设计。实测结果与理论设计吻合较好，从而为卫星移动通信系统实现“动中通”提供了一种新的方案。
参 考 文 献
［1］鲁加国,曹军,刘昊.一种适于卫星通信系统的圆极化相控阵天线［J］.雷达科学与技术,2003,1(1):54-59.
［2］Cheng D K.Optimization Techniques for Antenna Arrays[J].Proceeding of the IEEE,1988,59 (12):1 664-1 674.
［3］Villeneuve A T.Taylor Patterns for Discrete Arrays[J].IEEE Trans.,1984,AP232:1 089-1 093.
［4］Lee J J.Side-lobe Control of Solid-State Array Antennas[J].IEEE Trans.,1988,AP236 (3):339-344.
［5］焦永昌,吴鸿适.一种新的低副瓣曲线阵数值综合方法［J］.电子学报,1992,20(6):7-14.
［6］张亚斌,黎滨洪,刘毅军.国际海事卫星地面终端天线阵单元的设计［J］.上海交通大学学报,2004.38(5):722-724.
［7］朱桓,汪一心,徐晓文.超低副瓣相控阵天线的优化综合技术［J］.北京理工大学学报,1999,19(6):76-80.
［8］薛睿峰，钟顺时.微带天线圆极化技术概述与进展［J］.电波科学学报,2002,17(4):7-12.
作者简介 刘新良 男，1964年出生，高级工程师，硕士生导师。主要从事天线、微波器件方面的研究。
冯奎胜 男，1979年出生，博士生。主要从事电磁计算、智能天线方面的研究。
关键词 Ka频段 雨衰 自适应 控制系统
中图分类号：TN927.2 文献标识码：A
0引言
随着C频段、Ku频段卫星资源的逐渐紧张以及对数据传输速率越来越高的要求，Ka频段卫通站的应用越来越广泛。针对Ka频段卫星通信受降雨影响较大的问题，传统的对策是增大天线尺寸和提高高功率放大器发射功率。如果仅仅采取提高发射功率的方法，长时间发射高功率一方面对设备寿命有影响，另一方面大功率余量对邻近的链路有强烈干扰。因此，需要采取一种更灵活的方式来解决Ka频段降雨衰减的问题。
1雨衰原理分析
1.1雨衰基本原理
当电磁波穿过降雨区域时，雨滴可以吸收电磁波，也可使电磁波产生散射，引起信号幅度、相位、极化和下行波束入射角的变化，从而导致信号传输质量的下降和误码率上升，影响通信质量。雨滴对电磁波的吸收增加了分子的能量，相应地增加了分子的温度，最终结果是信号能量得到相应的减少。降雨不仅对卫星通信电磁波信号强度有影响，而且对卫通站天线性能也有影响，会使天线系统噪声温度增加，从而导致天线G/T值减小。
1.2影响雨衰大小的因素
=（） （1）
L0为电磁波穿过雨区的长度（km），为降雨衰减率（dB/km），= R ，R为地面降雨率（mm/h）。
在DAH雨衰预测模型下参数 和参数 表达式如下：
= （2）
= （3）
h、 h、 v、 v是衰减率的回归系数， 是关于频率f的函数， 是极化角， 是传播路径仰角。
电磁波穿越雨区的路径如图1所示。
>5笆保L0=（hR hS）sin km （4）
L0=2（hR hS）/（（sin2 +2（hR hS）/Re）1/2+sin ） （5）
将式（2）（3）（4）（5）与式（1）相联系，可以得到频率f、极化方式、仰角 、降雨率R与雨衰大小之间的关系：
（1）频率f越高，电磁波长与雨滴直径越接近，信号衰减越大；
（2）极化方式不同极化角 也不同，影响参数 和参数 的大小，水平极化时雨衰略大于圆极化，垂直极化时略小于圆极化；
（3）仰角 越小，降雨层高度hR与地面站海拔h0高度差越大，穿过雨区的路径L0越长，雨衰越大；
（4）降雨率R越大，雨衰越大。
2常见抗雨衰方法
2.1保留链路余量
传统通信链路设计时经常采用保留一定链路余量的方法，在C频段通信时通常预留3dB余量，Ku频段通信时通常预留6dB余量，但在Ka频段通信时采用这种方法效果不能保证。如果是在降雨量较少的地区，受降雨衰减影响并不明显，通过保留链路余量的方法基本可以满足对通信的需求；如果是在降雨量较大的地区，受降雨衰减影响比较频繁，短时间内衰减会达到20dB，链路余量保留过小满足不了通信要求，保留过大又会造成资源浪费。
2.2自适应技术
2.2.1自适应功率控制
自适应功率技术是使用比较早、应用广泛、抗雨衰效果明显的技术。按照控制链路的不同可分为自适应上行功率控制、自适应下行链路功率控制和自适应上下行链路功率控制。
自适应功率控制是通过在降雨过程中对链路衰减进行估算，然后根据衰减量调整发射电平使接收站接收到的信号电平与没有雨衰时基本一致。由于地面站发射功率可调整范围大，方法灵活操作简单，因此自适应上行功率控制技术应用最为广泛。但高功率放大器长时间保持大功率会对设备性能、可靠性产生影响。
2.2.2自适应调制
自适应调制是在降雨导致信道特性变差时采用低阶调制方式（如BPSK），使信息比特速率减小，保持较低的误码率；在晴空信道特性良好时采用高阶调制方式（如16QAM），使信息比特速率增大，在维持较低误码率的同时占用较小带宽。自适应调制技术提高了系统的有效性、可靠性和经济性，但由于Ka频段通信多数是传输高速率业务，对频谱带宽需求较高，实现较为困难。
2.2.3自适应编码
信道编码能够提供一定的编码增益，不同的编码方式能够提供不同大小的增益。自适应编码是通过改变编码方式或同一编码的参数来提供足够的编码增益来补偿降雨衰减导致的信道损失。
自适应编码能够起到补偿一定雨衰的作用，但要综合考虑编码增益、码率、码型、同步等问题，没有一种编码方式能够同时满足这四点要求，因此在保证一定编码增益的前提下要根据一定标准选择合适的编码方式。
2.2.4自适应数据速率
自适应数据速率是在保持系统发射功率和信道误码率基本不变的条件下，当信道发生较大衰减变化时，通过自动调整发送端信号传输速率（通过改变信息比特速率或码元速率实现）来实现信息传输的技术。这种技术可以一定程度上降低降雨衰减的影响，但随着数据速率的降低，带宽功率相应增加，导致相互干扰的产生，而且如果在获得增益的同时，数据率下降极为明显，在实际中不仅难以满足数据传输要求而且技术上也很难实现。
3自适应抗雨衰控制系统
3.1新型抗雨衰控制系统构想
由于单一的自适应抗雨衰的方法存在局限性，因此需要一种既能补偿短时间内降雨衰减，又能满足通信对误码率、传输速率、占用带宽要求的综合控制方法。传统的自适应控制方法在一定条件下能够起到良好的抗雨衰效果，但并不能适用于所有情况。设想构建一个系统能够将几种自适应控制方法的优点加以整合，使其能够在不同时段、不同传输需求时均能体现出较高的有效性、可靠性和经济性，在雨衰影响减弱过程中自适应恢复信道状态，当雨衰结束时将信道参数状态恢复至雨衰前的状态。
3.2新型抗雨衰控制系统设计
3.2.1 系统功能要求
（1）能够短时间探测到雨衰影响，本地能够有告警并能迅速反馈到对通地面站；
（2）用户能够选择工作模式，如保通信质量模式、保通信速率模式、保调制解调模式、保编码方式模式、保编码速率模式、保功率稳定模式；
（3）当自动模式下仍不足以补偿降雨衰减时，能够进行告警并可切换为手动模式；
（4）能够进行雨衰结束判定，当雨衰影响结束后能够迅速进行判定，并将判定结果反馈到对通地面站；
（5）具有信道状态恢复功能，当雨衰结束后信道设备能够迅速恢复至降雨前的参数状态，使系统工作恢复正常状态。
3.2.2 自适应控制系统功能框图
如图2所示为自适应控制系统功能框图。在原有卫通链路基础上，增加了信道分析模块，分别进行雨衰判定和雨衰结束判定，在对通两个地面站均增加监控终端，用于自适应抗雨衰和自适应系统参数状态恢复。
3.2.3 系统功能实现
（1）首先要进行雨衰判定。当接收Eb/No（下转第161页）（上接第149页）有大的起伏时，需要判定是信号受到遮挡导致还是雨衰导致，同时需要排除由设备故障导致的下行信号不稳定情况。当判定为雨衰影响时，启动自适应补偿。
（2）在不同时间段在不同工作状态下，对于传输速率、误码率等参数有不同的要求，提供给用户选择窗口，可以选择自动模式或手动模式。提供给用户的几种模式中，保通信质量模式为只改变发射功率，不改变调制方式、编码方式、编码速率和传输速率，适用于对信道质量要求较高的情况；保通信速率模式为数据传输速率不变，可以改变发射功率、调制方式、编码方式和速率，适用于对信道质量要求一般但需要保证数据带宽的情况；保调制解调模式为调制方式不变，可以改变发射功率、编码方式和速率，适用于频谱资源有限的情况；保编码方式模式为不改编码方式，可以改变发射功率、调制方式、编码速率和传输速率，适用于对信道误码率要求较高的情况；保编码速率模式为不改编码速率，可以改变发射功率、调制方式、编码方式和传输速率，适用于对信道误码率要求较高的情况；保功率稳定模式为发射功率不变，可以改变调制方式、编码方式和速率、传输速率，适用于对功率稳定度有较高要求的情况。
（3）系统初始值设定。针对四种自适应模式，分别设定初始功率补偿值、最大功率补偿值，除保功率稳定模式外，另外三种模式都可以先功率补偿一部分衰减再改变调制方式等参数补偿一部分衰减，剩余部分再进行功率补偿；设定调制方式可选范围，如BPSK、QPSK、8PSK、16QAM等，自适应时遵循由高阶到低阶逐级改变的原则，避免大幅度改变调制方式；设定编码方式可选范围，如LDPC、TPC等，自适应时改为编码增益高的编码方式；设定编码速率可选范围，如1/2，3/4，7/8，等，自适应时遵循由高速率到低速率逐级改变的原则；设定传输速率可选范围，范围中的数值应为按照现有速率百分比设定，如：可选范围10%～50%。
（4）当自动模式下仍不足以补偿雨衰对信道的影响时，能够进行告警并可切换为手动模式。
（5）雨衰结束判定。当跟踪接收机接受信噪比恢复至降雨前水平时判定为雨衰影响结束，将判定结果反馈至对通地面站，同时进行参数比对，将信道参数状态恢复至雨衰前的状态。
4结语
本文在对比现有自适应技术的基础上，分析得到现有技术存在的局限性。通过设计新型自适应抗雨衰控制系统，能够实现系统可靠性、有效性和经济性的统一，满足不同用户对通信效果的不同需求。
参考文献
[1] 陆建平.Ka频段卫星通信系统降雨衰减分析[J].通信系统与网络技术，2008， 34（2）：6-7.
[2] 王艳岭，张健全，王国波.基于Turbo码的自适应Ka频段抗雨衰控制[J].信号与信息处理，2012（11）：14-16.
[3] 张俊祥，崔爱红，梁冀生.降雨对卫星链路的影响分析[J].无线电工程，2005（12）：11-13.
