卫星移动通信系统的论文

时间:2020-11-29 08:05:00 通信工程毕业论文 我要投稿

卫星移动通信系统的论文

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卫星移动通信系统的论文

  卫星移动通信系统的论文1

  摘要:

  在卫星移动通信系统中,位置管理性能的优劣直接影响系统的服务质量。位置管理中的位置更新和位置寻呼是其中的关键,低频率的位置区更新以及一次寻呼成功能降低信令开销,节省网络资源,优化网络配置。而基于动态位置区的更新策略,可动态调整位置区的更新时刻,减轻网络负荷。

  关键词

  位置管理;位置更新;通信论文

  1引言

  卫星通信与传统的地面蜂窝移动通信相比,其突出的优点是不可取代的。首先,卫星通信系统通过空中卫星作为其中继站,对移动终端的上行信号进行转发,使得通信的覆盖区域大,通信距离远。其次,在卫星通信系统中,只要是在卫星的波束覆盖区域内,所有的地球站以及移动终端都能利用这颗卫星进行机动灵活的相互间的具有多址联接性通信,并且卫星采用的是微波频段,其通信频带宽,通信容量大。最后,卫星通信系统都有一个共同的特点,即通信的成本与距离无关,通信线路稳定,质量好[4]。在卫星通信系统中,由于中、低轨卫星系统路径损耗小,传播时延低,对用户终端的有效全向辐射功率和接收机品质因素的值要求低,可支持手持机直接通过卫星进行通信,因此低轨通信卫星系统是现在研究的热点。移动性管理技术作为卫星移动通信的一项关键技术,关系到整个网络的性能[2]。随着卫星通信技术的发展,通信系统小区容量不断的增加,用户接入的增加使得网络在处理终端移动性的信令开销和数据库的负荷也随着增加,良好的移动性管理策略可以大大的降低系统运行的负荷,显著提高系统的性能。移动性管理(mobility management)是移动通信领域的一个具有挑战性的问题。

  2位置管理

  移动性管理主要包括:位置管理和切换管理。在移动通信网络系统中,移动终端可以不受固定的点到点的限制而自由的移动,并且移动终端可以在任何时刻、任何地方、随时随地的接入到通信系统中,亦能和网络时刻的建立链接,进行相关的业务功能。移动通信网络系统的优越性为移动性终端提供了动态服务,系统如何识别移动终端的位置信息,并且为其保证正常的通信,成为移动通信的重要特征,这主要是通过位置管理来实现的。位置管理主要负责跟踪、存储、查找和更新移动终端的位置信息,位置区管理主要包括位置区更新和位置寻呼,位置区更新的目的是为了使得网络能实时的获取终端所在的位置,以便网络要对终端进行寻呼时,可以通过网络数据库获得终端最近一次更新的位置区识别码对终端进行精确快速的呼叫[5~7]。位置管理是满足移动终端可以在移动通信系统覆盖的范围内自由移动,不受任何地域限制的前提。位置管理能够使网络跟踪移动终端的位置,是网络为传递呼叫而定位移动终端确定移动终端当前接入点的过程。而这就需要移动终端按照一定的准则向网络报告其位置信息。这一过程就属于移动终端的位置区更新过程。

  3静态位置管理

  静态位置管理策略是与地面通信系统一样,将卫星点波束固定的划分为若干的位置区,或者将地球站的覆盖区域固定的划分为若干的位置区,或者是两者的结合。都采用的是两层位置数据库结构,即HLR和VLR。HLR存储了所有网络内注册用户的`各种信息,包括位置信息。VLR存储所管辖区域中移动终端的来话、去话呼叫所需检索的信息以及用户签约业务和附加业务的信息。基于静态固定的位置区划分,其位置区更新流程如下:

  (1)终端开机注册,首先向管辖当前LA的VLR0,发起位置区更新请求。

  (2)VLR0登记终端的位置信息,并发给HLR。

  (3)HLR登记终端的当前位置信息。

  (4)终端跨位置区移动,位置区ID发生改变,终端发起位置区更新请求。

  (5)VLR1登记终端的位置信息,并发给HLR。

  (6)HLR记录终端位置信息,并指示VLR0删除终端的位置信息。

  (7)VLR0删除终端的位置信息,表明终端已不在其管辖的位置区之内。

  由于低轨卫星绕着地球的高速运转,绕地球一周的时间平均约为114分钟,故使得终端的波束覆盖时间很短,以卫星波束划分位置区的方法会造成频繁的位置区更新,这样会使得信令开销大大增加,而以固定的地球站划分的位置区则容易因终端于两个LA之间频繁移动,造成乒乓效应,为了解决上述问题提出了动态位置管理。

  4动态位置管理

  4.1基于运动的动态位置管理基于运动的动态位置区管理为根据单个移动终端的运动状态来动态的为终端划定一个位置区更新范围,通常将称运动门限值为M,当终端移动跨越的小区超过门限值M将执行一次位置更新。基于该基础上提出了基于可变位置区的动态位置区管理算法[9],该算法基于二维六边形多级位置区蜂窝网络结构以及液体流动运动模型假设,先根据用户的呼叫和运动模式来优化运动门限,再确定更新的位置区大小,其优点在于位置区大小的变化频率低,系统不必频繁的切换位置区的级别且可以避免“乒乓效应”。移动终端进行位置区更新后,系统通过终端的运动确定位置区的范围。文献[16]提出了三重运动门限值,三个门限值分别为q、n、m,q为跨越不同位置区的个数,n为跨越不同小区的个数,m为跨越小区的个数。当跨越小区数达到阈值n和m时,执行VLR更新;当跨越小区数达到阈值n和m时,并且跨越的位置区数达到阈值q,则执行VLR和HLR更新。

  4.2基于时间的动态位置管理与静态位置管理类似,基于时间的动态位置管理也需要设置一个定时器,所不同的是静态位置区管理的定时器的阈值是固定不变的,而基于时间的动态位置管理的定时器阈值在每次触发位置区更新之后,或根据移动终端的移动速度,或根据移动终端的运动状态,或根据移动终端的呼叫到达率等信息,来动态自适应的调整定时器的阈值。文献[8]中提到了根据移动终端的业务状态和呼叫到达率来动态的设置定时器的阈值一种算法,其假设用户的业务为呼叫业务,且服从泊松分布,用λcur表示用户当前时间段的呼叫到达率,λpre为上一时间段的呼叫到达率,由此可得终端的呼叫业务变化率为:便可根据终端的呼叫历史来统计出终端的平均到达率λ。为了避免呼叫到达时过长的无位置更新状态,使得寻呼时间变长,应该保证位置更新率不小于呼叫到达率λ,即强制更新时间周期T应小于或等于终端的平均呼叫间隔时间。故,按照下式计算定时器的时间T即在某一时刻根据历史的呼叫平均到达率,从服从[1/2λ,1/λ]的均匀分布中取一个随机数(rand表示取一个随机数),然后取T为大于ρ的整数作为定时器的更新时间阈值。

  5目前存在的问题

  (1)固定位置区划分策略是基于绝对地理位置,根据事先设定的位置区大小来划分各个位置区的边界,当用户越过边界时便触发更新,寻呼时根据用户所在的固定位置区来传递寻呼信息。固定位置区策略方案虽然较为简单,用户的更新及寻呼都是根据事先在地理上已经划定的位置区来进行,但容易对在两个位置区之间的来回运动的用户造成“乒乓效应”。且静态位置区管理将用户的各种运动状态,移动速度和呼叫类型与位置区管理隔离开来,对所有的移动用户使用同一的位置区管理策略,在适用性上明显存在不足,不能根据用户的运动状态,移动速度和呼叫类型来动态优化位置区管理开销。

  (2)基于运动的动态位置管理可能会对大部分时间处于低速运动状态的用户,由于某些时段的高速运动而设置位置区的更新半径过大,用户长时间的无位置区更新;而大部分时间处于高速运动的用户,却因某些时段低速运动而设置的位置区更新半径过小,导致频繁的位置区更新。同样,基于时间的动态位置管理仅仅根据用户的业务类型和呼叫到达率来设置用户的位置区更新半径,这种方式对不同运动速度的用户适应性不够强,可能会导致低速用户在计时器时间段内频繁的进行位置区更新,而高速用户频繁越区后不能及时的进行位置区更新,从而增加寻呼开销。

  6下一步研究方向

  (1)采用动态位置区管理的策略,针对单个用户的移动速度、运动状态、呼叫到达率等因素,避免静态位置区管理对不同用户的适应性低,灵活性差的缺点,并且避免处于位置区边缘的移动用户在两个位置区之间频繁切换造成的“乒乓效应”。在确保寻呼到达率的前提下,尽可能的减小移动终端由于自身的自由移动性在位置区之间跨越时,进行位置区绑定更新的信令开销,节省网络信令资源,减轻系统的负荷。

  (2)针对移动用户的移动速度、运动状态、呼叫到达率等特点,结合时间与运动的动态位置管理策略,解决基于运动的动态位置算法下的大部分时间处于低速运动状态的用户,由于某些时段的高速运动而设置位置区的更新半径过大,用户长时间的无位置区更新;而大部分时间处于高速运动的用户,却因某些时段低速运动而设置的位置区更新半径过小,导致频繁的位置区更新。以及基于时间的动态位置管理算法下可能会导致低速用户在计时器时间段内频繁的进行位置区更新,而高速用户频繁越区后不能及时的进行位置区更新,从而增加寻呼开销的问题。

  7总结

  卫星通信系统是未来个人通信重要组成部分,而移动性管理技术又是其中不可或缺的部分。本文重点介绍了卫星通信系统中的动态位置管理,基于时间、运动的动态位置管理相较静态位置管理,在节省信令开销,优化网络资源方面更具有优势。针对目前动态位置管理存在的问题,未来可基于各种运动模型,以及个人呼叫业务等因素方面,对动态位置管理策略进行优化,减小网络开销,提高网络的系统性能。

  卫星移动通信系统的论文2

  摘 要:

  文章重点分析了卫星移动通信应用以及发展,卫星通信技术不断迅速发展,使投资成本逐渐降低,通信容量逐渐增大,通信质量逐渐提高,因此,用户对其需求日益增加.在国内与国际通信中,卫星通信处于重要地位,再加上航天飞机的投入使用,提高了星体设备能力,减小了地面站的体积重量.

  关键词:

  卫星移动通信;星体设备;体积重量;地面站

  1. 卫星移动通信应用介绍

  随着卫星移动通信技术迅速发展,卫星移动通信的应用范围越来越广泛.对特殊行业(森林防火、海滩和抢险救灾等)进行应急通信;利用卫星移动通信技术,使山村偏远地区的通信问题得以解决;对重点行业(防汛抗旱监测、地震监测和气象水文监测等)进行数据通信.以下重点对卫星移动通信在海洋石油的勘探开发和军事中的应用进行介绍:

  1..1 卫星移动通信在海洋石油的勘探开发

  海洋石油的开发具有很大的流动性,广泛的作业范围和较强的专业性,这些使海洋石油勘探开发对海上移动通信具有很高的要求.利用传统的单边带无线电话等通信设备不能满足海洋石油勘探开发事业快速发展的需要,于是,在海洋石油勘探开发中,应用卫星移动通信已经成为一种相当理想的通信方式,卫星移动通信及过去采用的那些单边带无线电话和甚高频无线电话等通信方式为海洋船舶作业的通讯需求提供了多元化选择.

  1..2 卫星移动通信在军事中的应用

  由于现代局部战争的参战力量组成不断变化,作战范围规模日益扩大,作战形式也越来越多样化,再加上传统短波军事通信带宽小,传输信道不稳定,传统短波军事通信已经不能应用在现代作战行动中.当卫星移动通信受到地域条件和天气情况的影响时,还可以真正地使信息进行实时的传输,这就是卫星移动通信在军事作战中最大的优势.与传统的通信方式相比较,卫星移动通信在通信容量、覆盖范围和传输质量等方面有更大的优势.

  2. 应用中出现的问题

  在应用中出现的问题主要表现在以下四个方面:

  (1)卫星移动通信的技术规范标准还不健全不完善,管理还不严格不合理.健全完善技术规范标准,不仅使通信设备的制造、安装测试和使用更加规范,还使卫星移动通信更加畅通,更加安全.

  (2)卫星移动通信系统以市场为导向进行管理和经营,就是为了赢取最大的商业利润,其实它本身是国际性商业民用通信系统.铱系统、全球星、ICO、ODYSSEY和APMT等卫星通信系统,依次进入全球卫星移动服务的市场,一场高投入高技术的全面市场竞争随之展开,先后淘汰了ODYSSEY和APMT,铱系统、全球星和ICO三大系统留下,但是铱系统破产失败,全球星系统命运未卜.

  (3)抗截获与干扰技术有待于提高.卫星移动通信应用在军事中时,因为通信卫星处于空间位置,敌我双方都能看见卫星,所以卫星通信系统有着一些突出的弱点,通信卫星转发器极易遭受到电子攻击是其主要的弱点.具体表现在极易受到敌方强大的电磁波干扰,使通信受到干扰而中断;有利的条件和机会使敌方极易进行定位截获.于是,由于军事通信的迅速发展,军事专家们一直重视敌我双方的通信侦察与反侦察,对抗与反对抗和截获与反截获技术.在频率域与功率域方面,由于移动卫星通信系统空间和信号发射作为现用的平台,因此,在地面信息进入信道传输之前,应该大力做好伪信息识别与抗干扰的工作,积极提高硬件和软件的加密技术,应该改造创新移动终端和关口站.

  (4)电磁兼容性和接口技术有待于提高,软件的可移植性有待于增强.应该提高系统接口技术(移动卫星通信系统信息终端、国防数据和关口站、便携式终端间等互联接口技术),以保证信息能够进行无缝传输,使其与另外的军事通信方式一体或者互联.同时,应该改善增强数传软件的纠错功能,以保证在信息化的恶劣战场中,部队能够进行畅通无阻的信息通信.

  (5)闭合回路群设置和信道专用设置有待于提高.部队在应用卫星移动通信系统进行通信的过程中,应该重视关口站网管软件的应用,应该对部队特殊用户进行合理的设置,进而形成一个闭合回路群,还要在该群中进行合理的信道专用设置,大力做好信道管理和密钥管理的工作,以避免内部泄密和外界揭秘的现象出现.

  3. 卫星移动通信发展概述

  在1976年,世界上的第一个专门提供电报与电话服务的卫星移动通信系统建立,海事卫星移动通信系统(Marist)投入商业运营.在1979年,国际海事卫星组织(INMARSAT)成立,从1982年,国际海事卫星组织连续对7颗卫星进行租用,第一代的INMARSAT卫星通信系统随之形成,该系统专门用以船只进行全球卫星移动通信服务.由于通信业务量的增加,在1990年至1994年的过程中,对4颗第二代的INMARSAT卫星进行发射.在1992年,澳大利亚开始运用AUSSAT-B卫星进行国内卫星移动通信的服务.美国与加拿大携手建立北美移动业务卫星通信系统(MAST),用以服务于陆地、海上与空中移动用户,随后在1994年与1995年期间,对2颗MAST卫星进行发射.从1990年开始,许多公司连续提出中轨道和低轨道的多星座卫星移动通信系统方案,铱系统、全球星系统和ICO系统就是其中主要的系统.在1999年,铱系统开始投入商业运营,但是后来由于对该系统进行不合理的经营,导致其破产失败.同时,在2000年,全球星系统也开始投入商业运营.

  根据应用环境进行分类,主要分为AMSS(航空卫星移动通信系统)、MMSS(海事卫星移动通信系统)与LMSS(陆地卫星移动通信系统);根据提供的业务类型进行分类,主要分为数据与话音系统;根据轨道类型进行分类,主要分为GEO(对地静止轨道)与非GEO系统,其中LEO(低轨道)、MEO(中轨道)和HEO(高椭圆轨道)就是非GEO系统.在非GEO系统中,根据业务种类对其进行分类,主要分为小LEO、宽带LEO与大LEO.把能够运用LEO卫星提供非实时性业务的系统称之为小LEO系统,Orbcomm系统就是小LEO;把能够运用LEO进行宽带业务的系统称之为宽带LEO,Teledesic系统就是宽带LEO;把能够进行全球实时性个人通信业务的MEO与LEO卫星移动通信系统全部称为大LEO系统,Iridium、Globalstar和ICO系统就是大LEO系统.把能够利用GEO卫星进行宽带多媒体以及移动业务的系统称作宽带GEO系统,Astrolink、Cyberstar和V2stream系统就是宽带GEO系统.

  在航空、陆地与海事移动等领域中,Inmarsat系统已经对其进行了AMSS、LMSS与MMSS多种业务的提供.按照不同的技术发展水平、业务要求和使用环境,Inmarsat已经对多种移动站和系统进行了开发研究,都制定了每一种移动站和系统相应的系统规范标准,同时按照此规范标准,对各种移动站进行制造,以保证其在全世界任何地方都能够运用Inmarsat卫星进行及时通信.截止到1998年1月,在Inmarsat系统中,25000多个标准A站、5000多个标准B站、39000多个标准C站和1500多个航空站已经建立,再加上标准E站、寻呼终端和导航终端类型站,Inmarsat系统的总用户数已经达到115000多个.除能够进行全球卫星移动业务的Inmarsat系统,同时还建立了众多的能够提供卫星移动业务的国内和区域性卫星移动通信系统.Optus公司独立经营的MobileSat国内卫星移动通信系统以及美国AMSC公司和加拿大TMI公司携手共同经营的MSAT北美区域卫星移动通信系统就是其典型的代表.

  虽然通信GEO卫星的信道条件比较好,同时星体也比较固定,但是其应用在众多领域中时,还有较多的问题出现.因此,提出并采用了低和中轨道非GEO卫星移动通信系统来进行通信,以保证全球无缝覆盖的个人通信系统的实现.

  4. 卫星移动通信的发展趋势

  (1)卫星移动通信系统和另外通信系统的结合将越来越紧密.由低和中轨道星座组成的卫星移动通信系统应该与地面网络、地面蜂窝系统和静止轨道卫星通信系统等另外通信系统紧密结合,以使用户论文范文降低,保证适合实际的使用需求.

  (2)宽带卫星系统及其发展.在现代的各种业务中,宽带业务处于重要的地位,无线通信中的移动,广播与远程特性都有助于宽带卫星系统的发展.因为卫星系统属于天基系统,同时它的成本很高,与传统卫星系统成本相比较,发展宽带卫星系统投入的成本达到其成本的215倍,这些预示着在缺乏地面宽带系统的市场中,宽带卫星系统和卫星移动通信系统一样极其发展.

  (3)降低信道的误码率技术更高.相关的专家不断对信道的误码率技术进行研究发展,利用更加先进更加高超的调制纠错与调制编码技术降低信道的误码率,以保证卫星信道的传输质量能够增加到光纤传输信道的水平.在卫星移动通信链路中,对TCP/IP协议进行应用时,还存在令人不满意的问题,但是这些问题并不说明卫星链路不能应用TCP/IP,通过实验可以证明,在卫星链路中,应用TCP/IP协议不仅能使卫星网和地面网互连,还能使其与因特网进行互连,实现了天和地之间的互通.

  (4)卫星移动通信系统的通信频段向更加高端扩展.对低端频段的应用,呈现过于拥挤的状态,因此,卫星移动通信系统的通信频段向更加高端扩展是相当必要的,同时,不断地对频率复用技术进行利用和创新,使原有通信频带上的潜力得以更深层的发挥.

  (5)卫星移动通信系统的优势不仅表现在现代各种应用对卫星移动通信系统日益渐增的要求上,还表现在能够支持大量的和大范围的移动用户的数据通信方面.再加上人们对能便携的卫星通信用户机和可搬动的小型卫星通信地面站的状态不完全满足,因此,建立实现拥有实用价值的卫星全球个人移动通信系统便成为了卫星移动通信发展的新目标.

  5. 结语

  随着卫星通信技术不断迅速发展,尤其是卫星移动通信技术的发展,各种各样的问题也随之出现,不仅要重视卫星移动通信应用过程中出现的问题,还要积极发展创新卫星移动通信技术.

  参考文献

  [1] 徐超忠.全球移动卫星通信系统的竟争[J].卫星通信广播电视,1997,(3).

  [2] 李指行.全球卫星移动通信系统概述[J].微波与卫星通信.

  [3] 郑林华.卫星移动通信原理与应用[M].北京:国防工业出版社,2000.