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卫星运行控制系统体系结构研究作者：邱兵来源：《科学与财富》2012年第07期摘要：阐述了卫星运行控制系统的基本概念以及对卫星运行控制系统的认知和理解，分析了卫星运控系统功能，提出了多层次卫星运行控制系统体系结构, 以期满足未来卫星运控系统可重构和可扩充的能力要求。
关键词：卫星通信，体系结构，运控系统，C/S结构1、引言卫星运行控制系统是指挥卫星的枢纽，同时又是卫星地面的指挥部。
运行控制系统用数台计算机指挥和监视卫星的运行，负责向卫星发出各种指令，安排卫星工作程序，控制卫星运行姿态，指挥传感器工作及信息的传输，以及控制星载仪器与地面接收站的工作配合等。
通过建立卫星运控系统，可提高卫星通信系统的使用效能，提高卫星通信网络管理与决策的科学化、自动化水平、提高地面装备的利用率，和卫星的资源利用率并能够使地面系统高效运行。
本文重点研究了卫星运行控制体系结构，提出了一种体系结构设计方案，以满足卫星运控系统业务重构和灵活扩充的要求。
2、卫星运控系统功能所有卫星通信系统均分为用户段、空间段和控制段三大部分，其中控制段称之为运控系统[1-4]。
运控系统主要包括如下功能：(1) 遥测遥控功能：利用遥测、遥控手段对卫星有效载荷进行全面的监测、控制和管理。
(2) 载波监视功能：接收卫星转发器的通信载波，测量并分析其功率、带宽、频谱等数据，以及发现干扰信号，以确保卫星转发器的安全与转发器资源的合理配置。
(3) 卫星管理功能：卫星有效载荷和平台状态进行监视，对卫星转发器进行管理控制。
（4）网络管理功能：通信网管理宏观掌握各卫星通信系统的运行情况，并对各卫星通信网进行配置管理、资源管理、性能管理和故障管理。
(5) 决策支持功能：可提供快速科学的决策支持，以有助系统高效运行。
决策支持包括评估、故障诊断，任务规划，网络规划等子功能。
(6) 记帐功能：收集规划的和实际使用的卫星资源（EIRP和带宽），生成报告，通知机构或用户付费。
卫星移动通信与无线自组网的融合及应用作者：王俊峰吴翔洲杜吉庆来源：《无线互联科技》2022年第02期关键词：无线自组网;卫星移动通信;融合应用0 引言尽管通信系统在现阶段社会生活的各个行业中有着较为广泛的应用，但仍然存在一些问题。
网络信息技术的发展是无线自组网系统发展的前提，将卫星移动通信系统与无线自组网系统进行有效融合，能够充分借助网络信息技术，实现卫星移动通信系统的优化调整和升级，提高移动通信的信息传输质量和效率[1] 。
1 卫星移动通信系统卫星移动通信系统本质是一种利用卫星通信，为用户提供系统范围内的漫游及移动通信服务的多址传输，移动用户之间或移动用户与固定用户之间，利用通信卫星作为中继站而进行的通信。
系统一般由通信卫星、关口地球站、控制中心以及移动终端组成。
卫星移动通信系统依据其所用轨道不同，主要分为静止轨道、中轨道、低轨道。
卫星移动通信系统通过远距离的卫星通信实现对全国范围内所有地区的信号进行连接和传输，并应用TDMA 和CDMA 两种多址连接技术保证偏远山区以及海洋等地也能实现移动通信。
在实际应用中，林区、都市密集区等很容易阻碍卫星信号的发射和传输，这也是现阶段我国难以完全发挥卫星移动通信系统作用的主要原因[2] 。
2 无线自组网系统无线自组网系统以无线网络为基础，是一种由多个可移动节点组成的临时性多跳自治系统。
传统的无线网络系统是以路由器为预设的基础设施，需要搭建移动网络才能满足网络通信的需求，且路由器位置不能随时移动。
无线自组网系统能够将网络中的每个节点都看作一个路由器，在提高网络通信效率的同时，也能有效避免外界干扰因素的影响[3-4] 。
Adhoc 和Mesh 网络是无线自组网以不同的技术原理应用在不同场景中的两种类型，根据无线自组网的数据带宽应用需求，可以将其划分为窄带和宽带两种自组网系统。
（1）窄带无线自组网数据带宽大多在几百Mbit/ s 范围内。
（2）宽带是我国现阶段广泛应用的无线自组网方式，其数据带宽范围为1 Mbit/ s 到几十Mbit/ s。
信息科学78DOI：10.16660/ki.1674-098X.2007-5640-0919高通量卫星通信系统的应用研究①宋传志(91033部队 山东青岛 266071)摘 要：随着时代和科技的快速进步，信息网络朝着以多媒体的形式更广泛地融入人们的生产和生活中的趋势发展。
信息网络的发展需求，进一步促使了信息技术的发展，光纤通信发展出了光传送网络和智能光网络等技术，移动通信从3G网络发展到了4G网络和5G网络，而卫星通信则通过采用多点波束频率复用等技术发展出了高通量卫星通信息系统。
本文通过分析高通量卫星通信系统采用的关键技术及其应用特点和发展方向，对其应用领域进行分析研究。
关键词：高通量卫星 频率复用 技术发展 应用研究中图分类号：TN927.2 文献标识码：A 文章编号：1674-098X(2020)10(c)-0078-03Application Research of High Throughput Satellite CommunicationSystemSONG Chuanzhi(Troops 91033 PLA, Qingdao, Shandong Province, 266071 China)Abstract: With the rapid progress of epochs and science and technology, the information network is developing towards multi-media, ubiquitous, broadband and other trends. Demand for the development of information network, further to promote the development of information technology,optical fiber communication developed techniques such as optical transmission network and intelligent optical network, mobile communication from the 3G network development in 4G and 5G network, and satellite communication is through the adoption of multiple beam frequency reuse technology developed, such as high f lux satellite communication information system. In this paper, the key technologies of high throughput satellite communication system and their application characteristics and development direction are analyzed and studied.Key Words: High throughput satellite; Frequency multiplexing; Technological development; Application research①作者简介：宋传志（1980—），男，汉族，山东荣成人，本科，工程师，研究方向为卫星通信、有线通信。
产业观察 • Industrial Observation０４２《卫星与网络》２０１８年４月引言目前，我国人口密集的城市区域大部分有良好的地面移动通信系统覆盖，但在空中、海上、陆地偏远区域，尤其是在应急和抢险救灾、军事应用等特殊条件下，卫星移动通信系统是目前唯一可靠的选择。
卫星移动通信系统具有覆盖范围大、组网灵活、通信费用与距离无关、不受现有地面系统的限制、受地形地物影响小等特点，利用高、低不同轨道移动通信卫星可以向用户提供区域乃至全球范围的话音、数据、短信等移动通信服务。
目前在我国国土范围能够提供系统服务的主要有国际移动通信卫星系统（Inmarsat ）、铱星系统（Iridium ）、瑟拉亚卫星系统（Thuraya ）等，我国天通一号卫星移动通信系统作为后起之秀，备受瞩目。
一、天通一号情况介绍2008年汶川大地震发生后，震区地面通信网络全面瘫痪，当时我国没有自己的移动通信卫星系统，主要依靠租用国际移动通信卫星系统（Inmarsat ）来确保应急通信。
在抢险救灾的紧要关头，国际卫星移动通信系统因为其内部原因停止服务长达 10多个小时，给救援现场带来不可估量的损失。
2008年7月，孙家栋、沈荣骏等院士联名上书，呼吁加快我国自主的卫星移动通信系统建设，填补国家在卫星移动通信领域的空白。
经过三年多的论证，2012年我国首个卫星移动通信系统——天通一号卫星移动通信系统工程正式启动。
天通一号卫星移动通信系统是我国军民融合的卫星移动通信系统, 在保证军事应用的同时，为民用提供应急通信和边远、海洋等地区通信。
采用GEO 卫星，多波束覆盖，提供话音、传真、数据和图像等业务。
2016年8月6日，天通一号01卫星在西昌成功发射，目前正在星地联调。
据悉，经过近两年的测试（终端呼通率及业务通信、信关站功能及卫星转发器稳定性、压力测试等），天通一号01星指标符合要求，通信效果良好，满足提供电信级卫星移动通信服务的要求，中国电信卫星公司即将向商用市场放号，标志着我国马上进入卫星移动通信的手机时代。
第1章绪论1.1课题研究目的和意义及国内外研究现状1.1.1课题研究的目的和意义本课题所研究的内容是对卫星移动通信系统中的多普勒效应进行分析，如果卫星与卫星之间或者卫星与移动用户终端之间或者卫星与地面基站之间存在相对运动，那么接收端所接收到的到的发射端载频会产生一定的频移，由于卫星与基站之间的相对运动所引起的附加频移被称为多普勒频移。
采用相关解调的数字通信受多普勒频移的影响相对较大。
如果相对运行速度较小，多普勒频移较小，此影响可以忽略不计。
如果存在着很大的相对径向运动，会产生较大的多普勒频移，这种情况就必须考虑多普勒效应对移动通信系统的影响，而且由于目前的移动通信网络中所使用的频段正在慢慢加大，频率的提高（即波长的减小）也会使多普勒频移增大，这些原因导致多普勒频移成为影响移动卫星通信系统的一个关键因素。
在卫星移动通信系统中，如果接收端接所接收到的频率与波源所产生的的实际频率之间发生了较大的多普勒频移，会使得接收端没有办法进行正确的解调，而使通信系统的效率下降。
为了解决通信系统被多普勒频移所影响这一问题，就需对多普勒效应的特点和变化的规律进行深入的研究，进而得出相应的解决方法。
1.2国内外研究现状1.2.1卫星移动通信的多普勒效应国内外的研究现状（1）国外研究现状文献[1]直接运用了几何分析法对通信卫星和地面移动终端的相对移动速度进行了计算,从而得出多普勒的频移值和变化率，这种方法被国内外对多普勒效应的研究所引用，但是这个文献中所给出的多普勒公式并不适用于所有的椭圆轨道，也没有体现多普勒频移的大小与卫星的参数之间的关系。
文献[2]首先研究的是用户仰角、卫星的轨迹与卫星到地面基站之间距离的时变关系，然后计算出可视时间段内不同用户仰角下的多普勒频移的大小，这种方法非常直接的展示了在可视时间段内的多普勒“S”型变化曲线，但是这种方法需要以最大用户仰角作为参数，并不能得出卫星运行一段时间内的多普勒辩护率。
卫星移动通信系统体系设计及应用模型
伴随通信系统“天地一体化”技术体系的推广，移动通信正朝着无缝覆盖的趋势发展，卫星移动通信覆盖面广的特点使其成为地面移动通信的必要补充。
目前国外的卫星移动通信系统有北美移动卫星(MSAT)系统，亚洲蜂窝卫星(ACeS)系统，瑟拉亚卫星(Thuraya)系统以及提供全球覆盖的国际海事卫星(Inmasrsat)系统等。
Inmasrsat由国际海事组织经营，使用该系统的国家已超过160个，用户达29万多个，其第4代系统BGA N是第1个通过手持终端向全球同时提供话音和宽带数据的移动通信系统，也是第1个提供数据速率证的移动卫星通信系统。
因此这里提出卫星移动通信系统设计及其应用模型。
1 卫星移动通信系统传输模型
在卫星通信中，电波在空间传输时要受到很多因素的影响，如大气吸收、对流层闪烁、雨、雪等都会导致不同程度的衰减，其中降雨对信号的衰减最为严重，因此卫星链路的雨衰特性是影响卫星通信系统传输质量与可靠性的主要因素。
在进行卫星通信系统设计时要采取必要措施来应对各种信号衰减，针对信道特点来设计传输模型。
卫星信号在卫星与地面网间的传输模型如图1所示。
图中，S-Um接口为移动终端与地面信关站使用卫星信道通过卫星中继进行信号的传输：Abis接口为地面信关站与信关站收发信机的接口；A接口为地面移动网交换中心与信关站的接口。
2 卫星移动通信系统通信体制
2．1 帧结构
移动卫星通信系统采用TDMA多址方式，在物理层信号以TDMA帧的形式进行传输，考虑到与地面GSM 网手持终端的兼容性，帧格式分为巨帧(hyper frame)，超帧(superfr AME)，复帧(mul TI frame)，帧(frame)，时隙(timeslot)。
2．2 调制方式
无论是业务信道还是控制信道，本系统均采用相同的调制方式，与GSM系统不同，本系统采用π／
4-CQPSK(coherent quadrature phase shift keying)调制机制，其成型滤波采用滚降系数为0．35的平方根升余弦函数。
相对于常用的OPSK调制方式可以较好地改善调制信号的峰均比，提高功率放大器的功率效率，减少带外功率辐射，极大方便功率放大器的设计。
3 卫星通信信令结构
信令指在通信系统中除用户的业务数据之外的一切控制信息与状态信息。
在卫星移动通信系统中，移动终端与卫星中继通过S-Um口进行信息传输，其信令交换使用图2所示的3层协议结构即物理层(L1)、数据链路层(L2)和网络层(L3)，其中数据链路层(L2)由于使用卫星信道，其信道模型与地面GSM系统有本质区别，LAPSat可以同时支持确认和非确认模式的数据传输。
L3层协议层主要完成电路交换连接的建立，保持和终止，并提供短信控制以及补充业务的必要支持。
L3层又细分为以下子层：无线资源管理层(RR)，移动管理层(MM)和连接管理层(CM)，其中连接管理层又包括呼叫控制(CC)，补充业务(SS)，短信息业务(SMS)。
3．1 网络层协议栈
L3层的信令传输由协议控制实体来实现传输功能，RR层和MM层还定义了L3层信令传输的其他功能，如信息复用和分割。
RR层和MM层通过信息头PD来识别信号。
其具体流程如图3所示。
图3 卫星移动通信L3层协议栈
上行信号：首先CM子层定义一个传输标识(TI)，作为信息头的一部分，将控制信息，补充信息以及短信息分别加上一个TI头传送给MM层，MM层的传输函数将带有不同传输标识的CC、SS、SMS信息复用，并添加协议标识(PD)，上行传输给RR层，RR层的传输函数根据不同的PD头以及相应的信道配置将不同的信息通过各自的接入点(SAPI)传送给对应的物理信道，双音接收系统(DTRS)实体使用同样的传输函数将双音多频信号(DTMF)传输给RR层实体。
RR实体在接入点(SAPI)=2处检测快速随路控制信道(FACCH)上的数据链路连接是否存在，如果存在，则使用数据链路(DL)连接，否则通过接入点(SAPI)=0进行数据传输，信息以比特流的形式在定义的各种逻辑信道上进行物理层传输。
当RR连接不存在时，RR实体则终止数据传输。
下行信号：RR层根据协议标识(PD)头将从L2层不同接入点获得的信息进行分割并分配给不同的子层，(但分割时保留PD头，以便后续MM层继续使用)。
其他的RR信息和DTRS信息则通过各自的接入点MNRR-SAP，
DTRS-SAP传送给MM层，MM层再通过识别不同的TI，将不同的信息通过各自的MM层接入点传送给CM的各个功能子层(即控制业务子层、补充业务子层、短信息业务子层)。
3．2 逻辑信道配置
在L3层的协议栈里，信令最终以帧的形式在物理信道上传输，根据不同信令使用的频段和时隙不同，将物理信道划分为多个逻辑信道。
与GSM系统的逻辑信道不同，卫星移动通信信道主要分为2类：用于传输用户编码语音和数据的卫星业务信道(S-TCH)以及卫星控制信道(S-CCH)。
卫星业务信道(S-TCH)包括全码率业务信道(S-TCH／F)，信息速率为24 Kb／s；半码率业务信道(S-TCH／H)，信息速牢勾12 Kb／s；1／4码率控制信道(S-TCH／Q)，信息速率6 Kb／s；1／8码率控制信道，信息速率为3 Kb／s。
可根据具体的语音和数据量的大小来分配所用信道。
卫星控制信道(S-CCH)包括卫星广播控制信道(S-BCCH)，卫星公共控制信道(S-CCCH)，卫星专用控制信道(S-DCCH)。
其中卫星专用控制信道又包括独立控制信道和随路控制信道。
随路控制信道分为慢速随路控制信道(S-SACCH)和快速随路控制信道(S-FACCH)，通常不能独立使用，而是联合其他控制信道一起使用。
上述3种控制信道通过使用不同的帧格式来将信息组帧传输。
1)S-BCCH包括同步信道(S-SCH)，卫星广播控制信道(S-BCCH)，卫星波束广播信道(S-BB CH)，主要传输系统信息等信令。
2)S-CCCH包括卫星呼叫信道(S-PCH)，卫星随机接入信道(S-RACH)，卫星接入授权信道(S-AGCH)等。
在此信道上主要传输呼叫请求、信道请求、签权、同步信道信息、立即指配命令等信令。
3)S-DCCH与S-ACCH主要用于信道上点对点的信息交换，以通用的帧格式在信道上传输，主要传输分配命令，分配响应、信道模式修改及响应、加密模式及响应等信令。
4 卫星移动通信呼叫模型
信令在保证通信正常的进行起着关键作用，在卫星移动通信系统中涉及的信令很多，L3层各子层涉及的信令总结如下：
1)RR层信道请求，呼叫请求，信道建立，加密模式及相应，信道分配与切换，信道释放，RR层状态信息，已经状态诊断信息(包括卫星波束信息、电源控制信息、版本信息以及各种错误信息等)。
2)MM层注册信息(包括身份注册与位置更新)，安全信息(包括鉴权、身份认证与临时身份分配)，连接管理信息，MM层与CM层状态信息。
3)CM层 CM业务请求信息，呼叫建立，呼叫过程，拆链，状态信息(包括拥塞状态，DTMF等)。
上述信令在进行信令传输时遵循通用的信令格式，如图4所示。
图4中信令的第一个字节属于标识头部分，高4位为传输标识，低4位为协议标识，用来区分使用不同协议的信令。
第二字节标识信令类型，剩余字节为具体的信息单元。
这些信令在移动通信过程中主要完成呼叫、位置更新、信关站间及内部的切换、定向重试、短信息等业务。
在卫星移动通信系统中使用的上述基本流程与陆地蜂窝GSM系统的流程类似，但由于使用卫星作为中继，信号传播延时大，又其特殊性，比如呼叫重建功能不再适用本系统，利用卫星中继的优势在信令巾增加了GPS信息等。
针对移动通信系统，设计呼叫模型如图5所示，其流程主要是，移动终端首先发出信道请求命令，中继卫星接收到信号之后进行透明转发，将信令转发给信关站，信关站控制中心对信令进行分析对移动用户做出响应，并向地面网中的被呼叫用户发出命令，被呼叫用户接收到命令后做出响应，并发出相关请求命令给信关站的控制中心，通过卫星中继转发给地面发出呼叫的移动用户，经过一系列的请求、命令与响应之后，最终在呼叫用户与地面网的被呼叫用户之间建立连接，连接完成之后，进行呼叫进程。
5 结论
卫星移动通信业务与地面通信业务的有机结合能够更大程度地开辟通信业务的市场空间，同时为社会应急、紧急救灾、偏远山区的农村通信做出重大贡献。
但是我国目前采用的卫星移动通信系统均来源于国外，卫星通信的许多核心技术也为国外所有，因此建设我国自主的卫星移动通信系统意义重大，且势在必行。
本文所提出的卫星移动通信系统体系架构、调制方式、信号速率、使用频率及编码率等的选择，可以较好地应对卫星信道高延时、多径衰落、雨衰等严重问题，以适用于卫星移动通信，此系统对于国内建设卫星移动通信系统具有一定的借鉴意义。
文中的信令结构为此系统的呼叫模型的建立提供了理论基础。
本文提出的呼叫模型作为系统的应用模型，为后续的卫星通信系统的实际应用提供了参考价值。
