本文關(guān)鍵詞：衛(wèi)星通信論文　　

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1影響衛(wèi)星鏈路因素

ＦＤＭＡ／ＤＡＭＡ衛(wèi)星通信網(wǎng)動(dòng)態(tài)為鏈路分配各種資源，為了高效利用資源和保證通信鏈路傳輸質(zhì)量，資源分配時(shí)需考慮影響衛(wèi)星通信鏈路性能的各種因素。影響衛(wèi)星通信鏈路性能的主要因素有：天線尺寸、調(diào)制編碼方式、衛(wèi)星參數(shù)和雨衰等。

1.1天線尺寸天線是地球站的重要組成部分，天線尺寸（口徑）直接關(guān)系到地球站的發(fā)射和接收能力，影響通信鏈路的調(diào)制、編譯碼選擇，關(guān)系到鏈路對(duì)地球站功放、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率的需求，是影響資源分配策略的重要因素。對(duì)上行鏈路，天線口徑越大地球站發(fā)射增益越大，發(fā)射同樣的ＥＩＲＰ需要的功放功率就小。對(duì)下行鏈路，地球站天線決定了地球站的Ｇ／Ｔ值。天線口徑大，地球站Ｇ／Ｔ值就高，接收性能越好，轉(zhuǎn)發(fā)器利用率高。衛(wèi)星資源分配中，天線尺寸影響地球站功放功率分配和轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬功率分配，應(yīng)根據(jù)收、發(fā)站天線口徑對(duì)鏈路性能進(jìn)行計(jì)算分析，按策略調(diào)整調(diào)制編碼方式，優(yōu)化分配地球站和衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率資源，保證可靠通信同時(shí)功率、帶寬占用相對(duì)平衡。

1.2調(diào)制編碼方式調(diào)制、編碼方式是衛(wèi)星通信鏈路的重要特征參數(shù)，，影響信號(hào)效率以及帶寬、功率資源分配。一方面，調(diào)制、編碼方式與業(yè)務(wù)信息速率ＩＲ決定帶寬分配量；另一方面，對(duì)確定的誤碼率性能有最低的鏈路載噪比Ｃ／Ｎ門限值要求，進(jìn)而影響鏈路對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器功率資源的分配需求。衛(wèi)星鏈路質(zhì)量要求一定時(shí)，如誤比特率Ｐｂ＝１０－７，不同調(diào)制、編碼方式要求的門限Ｃ／Ｎ不同。同樣的調(diào)制編碼方式下，由于硬件技術(shù)水平不同，不同型號(hào)調(diào)制解調(diào)設(shè)備要求的門限Ｃ／Ｎ也不同。鏈路門限Ｃ／Ｎ越高，需要發(fā)站較多的發(fā)射能力和收站更好的接收能力，消耗衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器更多的功率資源。為了分配使用帶寬、功率，在具體的資源分配策略下，通過(guò)比較選擇不同的調(diào)制、編碼方式組合，優(yōu)化分配資源，保證通信可靠的同時(shí)，功率、帶寬占用相對(duì)平衡。

1.3衛(wèi)星參數(shù)衛(wèi)星參數(shù)包括頻率帶寬參數(shù)和功率參數(shù)，都屬于空間段資源。帶寬參數(shù)即轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬；功率參數(shù)主要包括３個(gè)：飽和ＥＩＲＰ、Ｇ／Ｔ和飽和通量密度ＳＦＤ。衛(wèi)星在地面不同地點(diǎn)的ＥＩＲＰ、Ｇ／Ｔ值不同，分別通過(guò)ＥＩＲＰ覆蓋圖和Ｇ／Ｔ覆蓋圖表示該衛(wèi)星的ＥＩＲＰ和Ｇ／Ｔ覆蓋特性。由于衛(wèi)星上一般都有Ｃ波段和Ｋｕ波段轉(zhuǎn)發(fā)器，所以一顆衛(wèi)星信號(hào)的ＥＩＲＰ覆蓋圖就分別有Ｃ波段覆蓋圖和Ｋｕ波段覆蓋圖［４］。為衛(wèi)星通信鏈路分配資源時(shí)，需要使用以上衛(wèi)星參數(shù)，通過(guò)鏈路計(jì)算來(lái)計(jì)算分配衛(wèi)星功率資源，以及發(fā)送地球站的功放功率資源，準(zhǔn)確選擇地球站對(duì)應(yīng)的衛(wèi)星參數(shù)十分重要，尤其對(duì)于地球站的移動(dòng)站型，每次進(jìn)行業(yè)務(wù)鏈路資源分配計(jì)算時(shí)，需要使用移動(dòng)站當(dāng)時(shí)所在地點(diǎn)的響應(yīng)衛(wèi)星參數(shù)（ＥＩＲＰ、Ｇ／Ｔ）進(jìn)行資源動(dòng)態(tài)分配計(jì)算。為支持資源分配策略，需要建立每個(gè)衛(wèi)星的ＥＩＲＰ和Ｇ／Ｔ覆蓋特性數(shù)據(jù)庫(kù)。另外，衛(wèi)星的干擾噪聲也影響鏈路計(jì)算的準(zhǔn)確性，具體每個(gè)衛(wèi)星的干擾噪聲系數(shù)需向衛(wèi)星服務(wù)商查詢。

1.4雨衰在１０ＧＨｚ以上頻段（Ｋｕ和Ｋａ以上頻段），降雨的衰減是衛(wèi)星鏈路衰減的主要因素［２］。降雨造成的影響主要體現(xiàn)在對(duì)電波信號(hào)的衰落、對(duì)地面站天線系統(tǒng)Ｇ／Ｔ值的減小以及由此帶來(lái)鏈路載噪比的變化，隨著電波頻率的提高，其影響也就愈加顯著［５］。降雨對(duì)上行鏈路和下行鏈路均會(huì)產(chǎn)生影響。對(duì)上行鏈路，降雨時(shí)若要保持（Ｃ／Ｔ）ｕ不變，則只有改變地球站發(fā)射載波的有效全向輻射功率ＥＩＲＰｅ，只有增加發(fā)射機(jī)的發(fā)射功率。對(duì)下行鏈路，降雨時(shí)若要保持（Ｃ／Ｔ）ｄ不變，則只有改變衛(wèi)星發(fā)射載波的有效全向輻射功率ＥＩＲＰｓ，即增加衛(wèi)星功放的發(fā)射功率。文獻(xiàn)［８－１０］對(duì)雨衰進(jìn)行了詳細(xì)分析。一般通過(guò)２種措施應(yīng)對(duì)降雨對(duì)鏈路的影響。一種措施是在初期為鏈路分配資源時(shí)，計(jì)算雨衰值，并在鏈路計(jì)算中考慮雨衰余量，通過(guò)增加發(fā)站、轉(zhuǎn)發(fā)器的功率來(lái)預(yù)先防范雨衰的影響；另一種措施是通信過(guò)程中，通過(guò)功率控制機(jī)制在降雨時(shí)增加地球站發(fā)射機(jī)功率。功率控制機(jī)制不在本文研究范圍，雨衰的大小決定于該地面站雨速率的統(tǒng)計(jì)分布、仰角和工作頻率，具體雨衰計(jì)算參考文獻(xiàn)［５，６］。資源動(dòng)態(tài)分配中，通過(guò)計(jì)算發(fā)、收地球站雨衰，增加鏈路計(jì)算雨衰余量，在初期分配資源時(shí)分配一定富裕的功率資源，以提高鏈路通信過(guò)程中發(fā)生降雨時(shí)的可用性。

2資源分配策略設(shè)計(jì)及軟件設(shè)計(jì)

2.1優(yōu)化目標(biāo)ＦＤＭＡ／ＤＡＭＡ衛(wèi)星通信網(wǎng)資源動(dòng)態(tài)分配策略，是從資源分配角度優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)管理，保證衛(wèi)星通信網(wǎng)的優(yōu)化運(yùn)行，主要需達(dá)到以下目標(biāo)：①滿足鏈路可用性：如滿足鏈路誤碼率指標(biāo)、系統(tǒng)可用度指標(biāo)等；②高效使用資源：包括資源的動(dòng)態(tài)復(fù)用、提高帶寬效率等。資源動(dòng)態(tài)分配策略首先要保證分配結(jié)果能夠保證鏈路性能，是可用的，同時(shí)保證資源高效使用。

2.2分配策略分配策略是為達(dá)到資源優(yōu)化分配使用的目標(biāo)，綜合各種因素進(jìn)行計(jì)算、權(quán)衡和優(yōu)化決策的過(guò)程。為了滿足可用性，在動(dòng)態(tài)分配資源時(shí)，應(yīng)以目標(biāo)鏈路誤碼率對(duì)應(yīng)的門限Ｅｂ／Ｎ０進(jìn)行鏈路計(jì)算，對(duì)Ｋｕ以上頻段考慮系統(tǒng)可用度對(duì)應(yīng)的雨衰余量，并且在鏈路時(shí)間上避開地球站日凌、星蝕發(fā)生時(shí)段。為了提高資源利用率，滿足業(yè)務(wù)通信前提下，盡可能采用動(dòng)態(tài)分配資源機(jī)制；空間段衛(wèi)星資源一般基于功帶平衡原則分配；帶寬資源充足，功率緊張（包括轉(zhuǎn)發(fā)器功率和地球站功放功率）時(shí)，優(yōu)選合理調(diào)制編碼方式，保證傳輸可靠性；帶寬資源緊張功率資源充足時(shí)，優(yōu)選高效調(diào)制編碼方式，保證分配可滿足。在進(jìn)行資源分配計(jì)算時(shí)，對(duì)小天線發(fā)大天線收情況，接收能力強(qiáng)，一般按照功帶平衡原則即可；對(duì)小天線發(fā)小天線收情況，發(fā)送接收能力均弱，情況允許時(shí)考慮多占帶寬節(jié)省功率的調(diào)制編碼方式；對(duì)大天線發(fā)情況，地球站功放功率資源充足時(shí)，可以考慮采用高效調(diào)制編碼方式提高帶寬使用效率。當(dāng)業(yè)務(wù)鏈路速率要求具有一定范圍時(shí)，如果衛(wèi)星帶寬資源充足，可按照較大的速率為其分配衛(wèi)星資源；如果衛(wèi)星帶寬資源緊張，則可以按最小速率為其分配衛(wèi)星資源，以滿足其最低業(yè)務(wù)需求。

2.3資源分配流程ＦＤＭＡ／ＤＡＭＡ衛(wèi)星通信網(wǎng)資源分配流程如圖２所示。根據(jù)到來(lái)的業(yè)務(wù)請(qǐng)求，首先確定業(yè)務(wù)的收、發(fā)站及速率需求范圍，然后根據(jù)地球站參數(shù)、衛(wèi)星參數(shù)、站點(diǎn)實(shí)時(shí)雨衰及目前的資源使用現(xiàn)狀，計(jì)算可用編碼調(diào)制方式下的資源需求結(jié)果，然后根據(jù)分配策略規(guī)則，優(yōu)選分配結(jié)果（編碼調(diào)制方式、發(fā)送功率等）。資源分配策略中也可以增加對(duì)系統(tǒng)Ｑｏｓ（如業(yè)務(wù)優(yōu)先級(jí)和站點(diǎn)優(yōu)先級(jí)等）的管理，針對(duì)不同站點(diǎn)或業(yè)務(wù)提供差別服務(wù)。

2.4軟件實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)資源分配在ＦＤＭＡ／ＤＡＭＡ衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)中是一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的功能，可以設(shè)計(jì)成一個(gè)通用化的軟件模塊嵌入到網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)資源分配策略的控制。資源動(dòng)態(tài)分配軟件模塊化組成方案如圖３所示，包含以下軟件模塊：①分配計(jì)算模塊；②鏈路計(jì)算模塊；③策略處理模塊；④接口適配模塊。分配計(jì)算模塊控制資源分配計(jì)算過(guò)程，依資源使用現(xiàn)狀分配頻率帶寬資源。鏈路計(jì)算模塊為分配計(jì)算模塊提供對(duì)鏈路性能計(jì)算的功能。策略處理模塊按照策略規(guī)則確定最終資源分配結(jié)果。接口適配模塊向ＦＤＭＡ／ＤＡＭＡ衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)提供接口，從網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)取得具體業(yè)務(wù)的資源請(qǐng)求，并將資源分配結(jié)果返回給網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)�；A(chǔ)數(shù)據(jù)支持資源動(dòng)態(tài)分配軟件功能的實(shí)現(xiàn)，包括地球站信息、衛(wèi)星覆蓋信息、雨衰數(shù)據(jù)和策略規(guī)則等�；A(chǔ)數(shù)據(jù)可以存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)或磁盤文件中，在資源動(dòng)態(tài)分配軟件初始化時(shí)讀入內(nèi)存使用。資源動(dòng)態(tài)分配軟件模塊化的組成結(jié)構(gòu)使軟件具有通用化特點(diǎn)，僅需適當(dāng)修改接口適配模塊，就可以將軟件接入到不同的ＦＤＭＡ／ＤＡＭＡ衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)。資源動(dòng)態(tài)分配軟件的具體形式可以是ＤＬＬ動(dòng)態(tài)庫(kù)或ＥＸＥ執(zhí)行文件，與網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)接口可以是ＡＰＩ函數(shù)或ＳＯＣＫＥＴ網(wǎng)絡(luò)接口。

3系統(tǒng)測(cè)試驗(yàn)證

原某ＦＤＭＡ／ＤＡＭＡ體制衛(wèi)星通信系統(tǒng)，設(shè)計(jì)使用固定的調(diào)制編譯碼方式，功率采用建設(shè)初期預(yù)估值（不考慮雨衰）。按本文資源分配策略對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化改造，并對(duì)改造前后系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試統(tǒng)計(jì)。定義一段時(shí)間Ｔ內(nèi)的系統(tǒng)帶寬利用率Ｒ為每次呼叫成功鏈路占用帶寬量與占用時(shí)間乘積的累加和，與系統(tǒng)管理帶寬總量Ｂ總與測(cè)量期時(shí)間Ｔ乘積的比值。分別測(cè)試統(tǒng)計(jì)優(yōu)化前后實(shí)際系統(tǒng)運(yùn)行１０天時(shí)間內(nèi)的呼叫情況及資源占用情況，統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)如表１所示。測(cè)試統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，系統(tǒng)一次呼叫成功率（呼通率）從原系統(tǒng)的０􀆰８１６優(yōu)化后提高到０􀆰９０６，帶寬利用率從０􀆰３８８提高到０􀆰４８２，均有較大程度提高。測(cè)試驗(yàn)證了本文資源分配策略優(yōu)化方案的有效性和科學(xué)性，在保證系統(tǒng)可靠運(yùn)行的前提下，提高了呼通率、帶寬利用率。

4結(jié)束語(yǔ)

ＦＤＭＡ／ＤＡＭＡ衛(wèi)星通信網(wǎng)資源分配是一個(gè)復(fù)雜的管理過(guò)程，綜合分析了資源分配中的多種影響因素，研究設(shè)計(jì)了分配策略和軟件實(shí)現(xiàn)方案，并在實(shí)際ＦＤＭＡ／ＤＡＭＡ衛(wèi)星通信網(wǎng)管理中應(yīng)用，運(yùn)行穩(wěn)定可靠。測(cè)試結(jié)果表明，應(yīng)用本文資源分配策略后系統(tǒng)資源管理性能（呼通率、帶寬利用率等）得到明顯改善。在其他體制衛(wèi)星通信網(wǎng)中同樣存在資源分配策略問(wèn)題，如ＭＦ⁃ＴＤＭＡ衛(wèi)星通信網(wǎng)多個(gè)載波頻率的動(dòng)態(tài)分配，也值得進(jìn)行針對(duì)性的資源分配策略研究。

作者：李斌成 單位：中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十四研究所