卫星通信关键技术研究小组成员：冉文，李鹏翔，杨亚飞小组分工：冉文（学号：15085208210015）：程序审查，论文校订 李鹏翔（学号：15085208210008）：收集资料，编辑文献，结果分析杨亚飞（学号：15085208210023）：仿真程序设计专业：电子与通信工程引 言卫星通信系统具有覆盖范围广、受地理环境因素影响小等特点,从而使得卫星通信成为当前通信领域中迅速发展的研宄方向和现代信息交换强有力的手段之一。目前,下一代卫星通信网络正朝着更高速率、更大带宽的方向发展,其与地面通信网络联合组成全球无缝覆盖的信息交换网络。随着空间通信技术的飞速发展和业务需求的急速增长,有限的无线资源与多媒体业务不断提高的QoS要求之间的矛盾曰益尖锐,使得设计可以支持高速、高质量多媒体传输的资源管理策略成为当前空间通信领域关注的重点。同时,卫星组网技术直接关系到卫星网络能否实现全球覆盖以及卫星网络的可扩展性问题,是卫星通信系统研宂中的关键问题。相应的,路由协议、链路切换等都要针对卫星网络的特点重新设计,以星上路由交换为核心的新型卫星通信系统是空间通信领域的另一个研究重点。卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。它是微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术，所使用的无线电波频率为微波频段(300MHz300GHz，即波段lm1min)。这种利用人造地球卫星在地球站之间进行通信的通信系统，则称为卫星通信系统，而把用于现实通信目的的人造卫星称为通信卫星，其作用相当于离地面很高的中继站，因此，可以认为卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接力通向太空的延伸。卫星通信是空间通信的一种形式，它主要包括卫星固定通信、卫星移动通信和卫星直接广播三大领域。由于卫星通信具有覆盖面大、频带宽、容量大、适用于多种业务、性能稳定可靠、机动灵活、不受地理条件限制、成本与通信距离无关等优点。多年来，它在国际通信、国内通信、军事通信、移动通信和广播电视等领域得到了广泛应用。下面我们就从卫星通信的发展简史、现状、趋势等方面对卫星通信进行概括和综述。请浏览后下载，资料供参考，期待您的好评与关注！摘 要本文从分析卫星通信的特点入手，综述了卫星通信的主要相关技术的发展状况， 概述了典型的卫星通信系统的性能特点并给出了卫星衰落信道的模型，进行了MATLAB仿真，介绍了卫星通信的应用及产业化发展情况，并展望了发展前景。移动性管理是 LEO(低轨卫星(low earth orbit)卫星网络通信系统中的一个重要问题.提出了 LEO 网络中一种改进的基于移动的位置更新和寻呼方案.在这种方法中我们引入了“元小区”概念,它由两个相邻波束组成.首先阐述了基于“元小区”模型的位置管理策略,然后推导了基于移动的动态位置管理的数学模型,并利用该模型分别计算了 LEO 网络中单位呼叫的位置更新和寻呼代价.通过元小区方案和普通小区的在各种网络参数环境下的性能比较证明了“元小区”方法的有效性和健壮性.最后为了进一步减小“元小区”方法中的寻呼代价,提出了强制更新策略,它强制移动终端在穿越两颗卫星覆盖区的边界时进行位置更新操作.关键词: 卫星通信；位置管理；终端寻呼；元小区；位置更新；移动卫星通信；星上处理；星上交换；多波束天线；蜂窝网卫星系统 AbstractAfter analyzing the characteristics of satellite communications, the developing status of communication satellite platform, available frequency resource, as well as the related key techniques are summarized. Through introducing some typical satellite communications systems, were presented the applications and industrialization of satellite communications, and furthermore shows the bright prospects.Mobility management is an important aspect in LEO (low earth orbit) systems. In terrestrial wireless networks, the movement of the user triggers location updating and determines the paging scheme, while in LEO satellite systems, the location updating and paging is mainly based on the movement of satellite. Terrestrial location management techniques must be altered to fit the LEO systems. This paper introduces a modified movement-based location updating and paging scheme in LEO networks. In this scheme the meta-cell concept is proposed which includes two spot-beams of one satellite. First the location management scheme based on the architecture with meta-cell location area is presented. Then an analytical model is applied to formulate the cost of location updating and paging for the movement meta-cell based dynamic location updating scheme. The comparison of performance between the meta-cell architecture method and the conventional signal-spot-cell architecture method is provided to demonstrate the cost-effectiveness and robustness of the proposed scheme under various parameters. To reduce the impact of meta-cell architecture on the location paging cost, a forced location updating strategy is presented which is used in the cases that the meta-cell includes the two spot-beams from different satellites。Key words: satellite communications; mobile satellite communications; onboard processing; onboard switching; multi-beam antenna; cellular satellite system 目 录第一章卫星通信综述1第二章 卫星通信若干关键技术及其发展现状32.1调制解调技术32.2纠错编码技术42.3扩频通信技术52.4阵列天线技术与卫星蜂窝网技术62.5多址和复用技术82.6空间激光通信技术9第三章 关键技术仿真及相关程序11第四章 卫星通信发展现状与展望144.1 发展现状144.2卫星移动通信现状144.3卫星直接广播现状164.4卫星通信的发展趋势及我国卫星通信的发展目标174.5 发展展望19结束语20参考文献21附录1 MATLAB 仿真程序22第一章卫星通信综述 1965 年美国发射第一颗商用通信卫星以来，卫星通信技术及其应用取得了令人瞩目的巨大成 就。它实现了覆盖全球丰富多彩的通信服务，不仅在军事中发挥了关键性作用，也对人类的生产、生活方式产生了巨大影响。与微波中继通信及其他通 信方式相比，卫星通信主要具有以下特点。 （1） 通信覆盖区域大，通信距离远：地球同步轨道(GEO)卫星距地面高度 35 860 km，只需一个卫星 中继转发，就能实现 1 万多公里的远距离通信；每 一颗卫星可覆盖全球表面的 42.4，用 3 颗 GEO 卫星就可以覆盖除两极纬度 76以上地区以外的全 球表面及临地空间；如图 1 所示。 （2）可将其广播性与各种多址连接技术相结合构 成庞大的通信网：在一颗卫星所覆盖的区域内，不必 依赖显式的交换，只需利用卫星中继传输和多址/复用 技术就能构成拥有许多地面用户的大型通信网。（3） 机动灵活：卫星通信的建立不受地理条件的限制，无论是大城市还是边远山区、岛屿，随地可建；通信终端也可由飞机、汽车、舰船搭载，甚至个人随身携带；建站迅速，组网灵活。 （4）通信频带宽、通信容量大：卫星通信信道处 于微波频率范围，频率资源相当丰富，并可不断发展。 （5）信道质量好、传输性能稳定：卫星通信链路 一般都是自由空间传播的视距通信，传输损耗很稳定 而可准确预算，多径效应一般都可忽略不计，除非是 采用很低增益天线的移动通信或个人通信终端。（6）通信设备的成本不随通信距离增加而增加， 因而特别适于远距离以及人类活动稀少地区的通信。 卫星通信也存在一些缺点和一些应该而且可 以逐步改进的方面，这主要有以下几点。 1) 卫星发射和星上通信载荷的成本高：星上元 器件必须采用抗强辐射的宇航级器件，而且 LEO、 GEO 卫星的寿命一般分别只有 8 年、15 年左右。 2) 卫星链路传输衰减很大：这就要求地面和星 上的通信设备具有大功率发射机、高灵敏度接收机 和高增益天线。 3) 卫星链路传输时延大：GEO 卫星与地面之 间往返传输时间为 239278 ms；在基于中心站的星 形网系统中，小站之间进行话音通信必须经双跳链 路，那么传输时延达到 0.5 s，对话过程就会感到不 顺畅，而且如果没有良好的回音抑制措施，就会因 二-四线制转换引起的回波干扰而使话音质量显著 下降。 基于卫星通信的特点及其重要作用，本文将从卫 星通信的可用频率资源、卫星平台、主要关键技术、 典型的卫星通信系统、卫星通信应用和产业化发展等 方面进行介绍，综述发展现状，展望发展前景。第二章 卫星通信若干关键技术及其发展现状2.1调制解调技术 卫星通信中最常用的调制方式是 QPSK、OQPSK 和/4DQPSK 等，近年来，高速数据传输 的需求与转发器资源紧缺推动了 8PSK、16APSK、 16QAM 等高阶调制方式的研究与应用。其中 APSK 调制因其星座中所含幅度和相位信息是变量可分离的，可以采用简单的预失真法进行幅度非线性矫 正而不影响相位特性，使之在透明转发这种高阶调 制信号时的功率效率不明显降低。因此，APSK 调制在卫星电视广播中得到应用