衛星移動通信系統的論文
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衛星移動通信系統的論文1
摘要：
在衛星移動通信系統中，位置管理性能的優劣直接影響系統的服務質量。位置管理中的位置更新和位置尋呼是其中的關鍵，低頻率的位置區更新以及一次尋呼成功能降低信令開銷，節省網絡資源，優化網絡配置。而基于動態位置區的更新策略，可動態調整位置區的更新時刻，減輕網絡負荷。
關鍵詞：
位置管理；位置更新；通信論文
1引言
衛星通信與傳統的地面蜂窩移動通信相比，其突出的優點是不可取代的。首先，衛星通信系統通過空中衛星作為其中繼站，對移動終端的上行信號進行轉發，使得通信的覆蓋區域大，通信距離遠。其次，在衛星通信系統中，只要是在衛星的波束覆蓋區域內，所有的地球站以及移動終端都能利用這顆衛星進行機動靈活的相互間的具有多址聯接性通信，并且衛星采用的是微波頻段，其通信頻帶寬，通信容量大。最后，衛星通信系統都有一個共同的特點，即通信的成本與距離無關，通信線路穩定，質量好[4]。在衛星通信系統中，由于中、低軌衛星系統路徑損耗小，傳播時延低，對用戶終端的有效全向輻射功率和接收機品質因素的值要求低，可支持手持機直接通過衛星進行通信，因此低軌通信衛星系統是現在研究的熱點。移動性管理技術作為衛星移動通信的一項關鍵技術，關系到整個網絡的性能[2]。隨著衛星通信技術的發展，通信系統小區容量不斷的增加，用戶接入的增加使得網絡在處理終端移動性的信令開銷和數據庫的負荷也隨著增加，良好的移動性管理策略可以大大的降低系統運行的負荷，顯著提高系統的性能。移動性管理（mobility management）是移動通信領域的一個具有挑戰性的問題。
2位置管理
移動性管理主要包括：位置管理和切換管理。在移動通信網絡系統中，移動終端可以不受固定的點到點的限制而自由的移動，并且移動終端可以在任何時刻、任何地方、隨時隨地的接入到通信系統中，亦能和網絡時刻的建立鏈接，進行相關的業務功能。移動通信網絡系統的優越性為移動性終端提供了動態服務，系統如何識別移動終端的位置信息，并且為其保證正常的通信，成為移動通信的重要特征，這主要是通過位置管理來實現的。位置管理主要負責跟蹤、存儲、查找和更新移動終端的位置信息，位置區管理主要包括位置區更新和位置尋呼，位置區更新的目的是為了使得網絡能實時的獲取終端所在的位置，以便網絡要對終端進行尋呼時，可以通過網絡數據庫獲得終端最近一次更新的位置區識別碼對終端進行精確快速的呼叫[5~7]。位置管理是滿足移動終端可以在移動通信系統覆蓋的范圍內自由移動，不受任何地域限制的前提。位置管理能夠使網絡跟蹤移動終端的位置，是網絡為傳遞呼叫而定位移動終端確定移動終端當前接入點的過程。而這就需要移動終端按照一定的準則向網絡報告其位置信息。這一過程就屬于移動終端的位置區更新過程。
3靜態位置管理
靜態位置管理策略是與地面通信系統一樣，將衛星點波束固定的劃分為若干的位置區，或者將地球站的覆蓋區域固定的劃分為若干的位置區，或者是兩者的結合。都采用的是兩層位置數據庫結構，即HLR和VLR。HLR存儲了所有網絡內注冊用戶的各種信息，包括位置信息。VLR存儲所管轄區域中移動終端的來話、去話呼叫所需檢索的信息以及用戶簽約業務和附加業務的信息。基于靜態固定的位置區劃分，其位置區更新流程如下：
（1）終端開機注冊，首先向管轄當前LA的VLR0，發起位置區更新請求。
（2）VLR0登記終端的位置信息，并發給HLR。
（3）HLR登記終端的當前位置信息。
（4）終端跨位置區移動，位置區ID發生改變，終端發起位置區更新請求。
（5）VLR1登記終端的位置信息，并發給HLR。
（6）HLR記錄終端位置信息，并指示VLR0刪除終端的位置信息。
（7）VLR0刪除終端的位置信息，表明終端已不在其管轄的位置區之內。
由于低軌衛星繞著地球的高速運轉，繞地球一周的時間平均約為114分鐘，故使得終端的波束覆蓋時間很短，以衛星波束劃分位置區的方法會造成頻繁的位置區更新，這樣會使得信令開銷大大增加，而以固定的地球站劃分的'位置區則容易因終端于兩個LA之間頻繁移動，造成乒乓效應，為了解決上述問題提出了動態位置管理。
4動態位置管理
4.1基于運動的動態位置管理基于運動的動態位置區管理為根據單個移動終端的運動狀態來動態的為終端劃定一個位置區更新范圍，通常將稱運動門限值為M，當終端移動跨越的小區超過門限值M將執行一次位置更新。基于該基礎上提出了基于可變位置區的動態位置區管理算法[9]，該算法基于二維六邊形多級位置區蜂窩網絡結構以及液體流動運動模型假設，先根據用戶的呼叫和運動模式來優化運動門限，再確定更新的位置區大小，其優點在于位置區大小的變化頻率低，系統不必頻繁的切換位置區的級別且可以避免“乒乓效應”。移動終端進行位置區更新后，系統通過終端的運動確定位置區的范圍。文獻[16]提出了三重運動門限值，三個門限值分別為q、n、m，q為跨越不同位置區的個數，n為跨越不同小區的個數，m為跨越小區的個數。當跨越小區數達到閾值n和m時，執行VLR更新；當跨越小區數達到閾值n和m時，并且跨越的位置區數達到閾值q，則執行VLR和HLR更新。
4.2基于時間的動態位置管理與靜態位置管理類似，基于時間的動態位置管理也需要設置一個定時器，所不同的是靜態位置區管理的定時器的閾值是固定不變的，而基于時間的動態位置管理的定時器閾值在每次觸發位置區更新之后，或根據移動終端的移動速度，或根據移動終端的運動狀態，或根據移動終端的呼叫到達率等信息，來動態自適應的調整定時器的閾值。文獻[8]中提到了根據移動終端的業務狀態和呼叫到達率來動態的設置定時器的閾值一種算法，其假設用戶的業務為呼叫業務，且服從泊松分布，用λcur表示用戶當前時間段的呼叫到達率，λpre為上一時間段的呼叫到達率，由此可得終端的呼叫業務變化率為：便可根據終端的呼叫歷史來統計出終端的平均到達率λ。為了避免呼叫到達時過長的無位置更新狀態，使得尋呼時間變長，應該保證位置更新率不小于呼叫到達率λ，即強制更新時間周期T應小于或等于終端的平均呼叫間隔時間。故，按照下式計算定時器的時間T即在某一時刻根據歷史的呼叫平均到達率，從服從[1/2λ,1/λ]的均勻分布中取一個隨機數（rand表示取一個隨機數），然后取T為大于ρ的整數作為定時器的更新時間閾值。
5目前存在的問題
（1）固定位置區劃分策略是基于絕對地理位置，根據事先設定的位置區大小來劃分各個位置區的邊界，當用戶越過邊界時便觸發更新，尋呼時根據用戶所在的固定位置區來傳遞尋呼信息。固定位置區策略方案雖然較為簡單，用戶的更新及尋呼都是根據事先在地理上已經劃定的位置區來進行，但容易對在兩個位置區之間的來回運動的用戶造成“乒乓效應”。且靜態位置區管理將用戶的各種運動狀態，移動速度和呼叫類型與位置區管理隔離開來，對所有的移動用戶使用同一的位置區管理策略，在適用性上明顯存在不足，不能根據用戶的運動狀態，移動速度和呼叫類型來動態優化位置區管理開銷。
（2）基于運動的動態位置管理可能會對大部分時間處于低速運動狀態的用戶，由于某些時段的高速運動而設置位置區的更新半徑過大，用戶長時間的無位置區更新；而大部分時間處于高速運動的用戶，卻因某些時段低速運動而設置的位置區更新半徑過小，導致頻繁的位置區更新。同樣，基于時間的動態位置管理僅僅根據用戶的業務類型和呼叫到達率來設置用戶的位置區更新半徑，這種方式對不同運動速度的用戶適應性不夠強，可能會導致低速用戶在計時器時間段內頻繁的進行位置區更新，而高速用戶頻繁越區后不能及時的進行位置區更新，從而增加尋呼開銷。
6下一步研究方向
（1）采用動態位置區管理的策略，針對單個用戶的移動速度、運動狀態、呼叫到達率等因素，避免靜態位置區管理對不同用戶的適應性低，靈活性差的缺點，并且避免處于位置區邊緣的移動用戶在兩個位置區之間頻繁切換造成的“乒乓效應”。在確保尋呼到達率的前提下，盡可能的減小移動終端由于自身的自由移動性在位置區之間跨越時，進行位置區綁定更新的信令開銷，節省網絡信令資源，減輕系統的負荷。
（2）針對移動用戶的移動速度、運動狀態、呼叫到達率等特點，結合時間與運動的動態位置管理策略，解決基于運動的動態位置算法下的大部分時間處于低速運動狀態的用戶，由于某些時段的高速運動而設置位置區的更新半徑過大，用戶長時間的無位置區更新；而大部分時間處于高速運動的用戶，卻因某些時段低速運動而設置的位置區更新半徑過小，導致頻繁的位置區更新。以及基于時間的動態位置管理算法下可能會導致低速用戶在計時器時間段內頻繁的進行位置區更新，而高速用戶頻繁越區后不能及時的進行位置區更新，從而增加尋呼開銷的問題。
7總結
衛星通信系統是未來個人通信重要組成部分，而移動性管理技術又是其中不可或缺的部分。本文重點介紹了衛星通信系統中的動態位置管理，基于時間、運動的動態位置管理相較靜態位置管理，在節省信令開銷，優化網絡資源方面更具有優勢。針對目前動態位置管理存在的問題，未來可基于各種運動模型，以及個人呼叫業務等因素方面，對動態位置管理策略進行優化，減小網絡開銷，提高網絡的系統性能。
衛星移動通信系統的論文2
摘 要：
文章重點分析了衛星移動通信應用以及發展,衛星通信技術不斷迅速發展,使投資成本逐漸降低,通信容量逐漸增大,通信質量逐漸提高,因此,用戶對其需求日益增加.在國內與國際通信中,衛星通信處于重要地位,再加上航天飛機的投入使用,提高了星體設備能力,減小了地面站的體積重量.
關鍵詞：
衛星移動通信；星體設備；體積重量；地面站
1. 衛星移動通信應用介紹
隨著衛星移動通信技術迅速發展,衛星移動通信的應用范圍越來越廣泛.對特殊行業（森林防火、海灘和搶險救災等）進行應急通信；利用衛星移動通信技術,使山村偏遠地區的通信問題得以解決；對重點行業（防汛抗旱監測、地震監測和氣象水文監測等）進行數據通信.以下重點對衛星移動通信在海洋石油的勘探開發和軍事中的應用進行介紹：
1..1 衛星移動通信在海洋石油的勘探開發
海洋石油的開發具有很大的流動性,廣泛的作業范圍和較強的專業性,這些使海洋石油勘探開發對海上移動通信具有很高的要求.利用傳統的單邊帶無線電話等通信設備不能滿足海洋石油勘探開發事業快速發展的需要,于是,在海洋石油勘探開發中,應用衛星移動通信已經成為一種相當理想的通信方式,衛星移動通信及過去采用的那些單邊帶無線電話和甚高頻無線電話等通信方式為海洋船舶作業的通訊需求提供了多元化選擇.
1..2 衛星移動通信在軍事中的應用
由于現代局部戰爭的參戰力量組成不斷變化,作戰范圍規模日益擴大,作戰形式也越來越多樣化,再加上傳統短波軍事通信帶寬小,傳輸信道不穩定,傳統短波軍事通信已經不能應用在現代作戰行動中.當衛星移動通信受到地域條件和天氣情況的影響時,還可以真正地使信息進行實時的傳輸,這就是衛星移動通信在軍事作戰中最大的優勢.與傳統的通信方式相比較,衛星移動通信在通信容量、覆蓋范圍和傳輸質量等方面有更大的優勢.
2. 應用中出現的問題
在應用中出現的問題主要表現在以下四個方面：
（1）衛星移動通信的技術規范標準還不健全不完善,管理還不嚴格不合理.健全完善技術規范標準,不僅使通信設備的制造、安裝測試和使用更加規范,還使衛星移動通信更加暢通,更加安全.
（2）衛星移動通信系統以市場為導向進行管理和經營,就是為了贏取最大的商業利潤,其實它本身是國際性商業民用通信系統.銥系統、全球星、ICO、ODYSSEY和APMT等衛星通信系統,依次進入全球衛星移動服務的市場,一場高投入高技術的全面市場競爭隨之展開,先后淘汰了ODYSSEY和APMT,銥系統、全球星和ICO三大系統留下,但是銥系統破產失敗,全球星系統命運未卜.
（3）抗截獲與干擾技術有待于提高.衛星移動通信應用在軍事中時,因為通信衛星處于空間位置,敵我雙方都能看見衛星,所以衛星通信系統有著一些突出的弱點,通信衛星轉發器極易遭受到電子攻擊是其主要的弱點.具體表現在極易受到敵方強大的電磁波干擾,使通信受到干擾而中斷；有利的條件和機會使敵方極易進行定位截獲.于是,由于軍事通信的迅速發展,軍事專家們一直重視敵我雙方的通信偵察與反偵察,對抗與反對抗和截獲與反截獲技術.在頻率域與功率域方面,由于移動衛星通信系統空間和信號發射作為現用的平臺,因此,在地面信息進入信道傳輸之前,應該大力做好偽信息識別與抗干擾的工作,積極提高硬件和軟件的加密技術,應該改造創新移動終端和關口站.
（4）電磁兼容性和接口技術有待于提高,軟件的可移植性有待于增強.應該提高系統接口技術（移動衛星通信系統信息終端、國防數據和關口站、便攜式終端間等互聯接口技術）,以保證信息能夠進行無縫傳輸,使其與另外的軍事通信方式一體或者互聯.同時,應該改善增強數傳軟件的糾錯功能,以保證在信息化的惡劣戰場中,部隊能夠進行暢通無阻的信息通信.
（5）閉合回路群設置和信道專用設置有待于提高.部隊在應用衛星移動通信系統進行通信的過程中,應該重視關口站網管軟件的應用,應該對部隊特殊用戶進行合理的設置,進而形成一個閉合回路群,還要在該群中進行合理的信道專用設置,大力做好信道管理和密鑰管理的工作,以避免內部泄密和外界揭秘的現象出現.
3. 衛星移動通信發展概述
在1976年,世界上的第一個專門提供電報與電話服務的衛星移動通信系統建立,海事衛星移動通信系統（Marist）投入商業運營.在1979年,國際海事衛星組織（INMARSAT）成立,從1982年,國際海事衛星組織連續對7顆衛星進行租用,第一代的INMARSAT衛星通信系統隨之形成,該系統專門用以船只進行全球衛星移動通信服務.由于通信業務量的增加,在1990年至1994年的過程中,對4顆第二代的INMARSAT衛星進行發射.在1992年,澳大利亞開始運用AUSSAT-B衛星進行國內衛星移動通信的服務.美國與加拿大攜手建立北美移動業務衛星通信系統（MAST）,用以服務于陸地、海上與空中移動用戶,隨后在1994年與1995年期間,對2顆MAST衛星進行發射.從1990年開始,許多公司連續提出中軌道和低軌道的多星座衛星移動通信系統方案,銥系統、全球星系統和ICO系統就是其中主要的系統.在1999年,銥系統開始投入商業運營,但是后來由于對該系統進行不合理的經營,導致其破產失敗.同時,在2000年,全球星系統也開始投入商業運營.
根據應用環境進行分類,主要分為AMSS（航空衛星移動通信系統）、MMSS（海事衛星移動通信系統）與LMSS（陸地衛星移動通信系統）；根據提供的業務類型進行分類,主要分為數據與話音系統；根據軌道類型進行分類,主要分為GEO（對地靜止軌道）與非GEO系統,其中LEO（低軌道）、MEO（中軌道）和HEO（高橢圓軌道）就是非GEO系統.在非GEO系統中,根據業務種類對其進行分類,主要分為小LEO、寬帶LEO與大LEO.把能夠運用LEO衛星提供非實時性業務的系統稱之為小LEO系統,Orbcomm系統就是小LEO；把能夠運用LEO進行寬帶業務的系統稱之為寬帶LEO,Teledesic系統就是寬帶LEO；把能夠進行全球實時性個人通信業務的MEO與LEO衛星移動通信系統全部稱為大LEO系統,Iridium、Globalstar和ICO系統就是大LEO系統.把能夠利用GEO衛星進行寬帶多媒體以及移動業務的系統稱作寬帶GEO系統,Astrolink、Cyberstar和V2stream系統就是寬帶GEO系統.
在航空、陸地與海事移動等領域中,Inmarsat系統已經對其進行了AMSS、LMSS與MMSS多種業務的提供.按照不同的技術發展水平、業務要求和使用環境,Inmarsat已經對多種移動站和系統進行了開發研究,都制定了每一種移動站和系統相應的系統規范標準,同時按照此規范標準,對各種移動站進行制造,以保證其在全世界任何地方都能夠運用Inmarsat衛星進行及時通信.截止到1998年1月,在Inmarsat系統中,25000多個標準A站、5000多個標準B站、39000多個標準C站和1500多個航空站已經建立,再加上標準E站、尋呼終端和導航終端類型站,Inmarsat系統的總用戶數已經達到115000多個.除能夠進行全球衛星移動業務的Inmarsat系統,同時還建立了眾多的能夠提供衛星移動業務的國內和區域性衛星移動通信系統.Optus公司獨立經營的MobileSat國內衛星移動通信系統以及美國AMSC公司和加拿大TMI公司攜手共同經營的MSAT北美區域衛星移動通信系統就是其典型的代表.
雖然通信GEO衛星的信道條件比較好,同時星體也比較固定,但是其應用在眾多領域中時,還有較多的問題出現.因此,提出并采用了低和中軌道非GEO衛星移動通信系統來進行通信,以保證全球無縫覆蓋的個人通信系統的實現.
4. 衛星移動通信的發展趨勢
（1）衛星移動通信系統和另外通信系統的結合將越來越緊密.由低和中軌道星座組成的衛星移動通信系統應該與地面網絡、地面蜂窩系統和靜止軌道衛星通信系統等另外通信系統緊密結合,以使用戶論文范文降低,保證適合實際的使用需求.
（2）寬帶衛星系統及其發展.在現代的各種業務中,寬帶業務處于重要的地位,無線通信中的移動,廣播與遠程特性都有助于寬帶衛星系統的發展.因為衛星系統屬于天基系統,同時它的成本很高,與傳統衛星系統成本相比較,發展寬帶衛星系統投入的成本達到其成本的215倍,這些預示著在缺乏地面寬帶系統的市場中,寬帶衛星系統和衛星移動通信系統一樣極其發展.
（3）降低信道的`誤碼率技術更高.相關的專家不斷對信道的誤碼率技術進行研究發展,利用更加先進更加高超的調制糾錯與調制編碼技術降低信道的誤碼率,以保證衛星信道的傳輸質量能夠增加到光纖傳輸信道的水平.在衛星移動通信鏈路中,對TCP/IP協議進行應用時,還存在令人不滿意的問題,但是這些問題并不說明衛星鏈路不能應用TCP/IP,通過實驗可以證明,在衛星鏈路中,應用TCP/IP協議不僅能使衛星網和地面網互連,還能使其與因特網進行互連,實現了天和地之間的互通.
（4）衛星移動通信系統的通信頻段向更加高端擴展.對低端頻段的應用,呈現過于擁擠的狀態,因此,衛星移動通信系統的通信頻段向更加高端擴展是相當必要的,同時,不斷地對頻率復用技術進行利用和創新,使原有通信頻帶上的潛力得以更深層的發揮.
（5）衛星移動通信系統的優勢不僅表現在現代各種應用對衛星移動通信系統日益漸增的要求上,還表現在能夠支持大量的和大范圍的移動用戶的數據通信方面.再加上人們對能便攜的衛星通信用戶機和可搬動的小型衛星通信地面站的狀態不完全滿足,因此,建立實現擁有實用價值的衛星全球個人移動通信系統便成為了衛星移動通信發展的新目標.
5. 結語
隨著衛星通信技術不斷迅速發展,尤其是衛星移動通信技術的發展,各種各樣的問題也隨之出現,不僅要重視衛星移動通信應用過程中出現的問題,還要積極發展創新衛星移動通信技術.
參考文獻
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