時間：2022-07-13 07:10:12
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1.1信號采集天線對準某顆通信衛星（如中星6A）后，移動車載站上的衛星信標接收機會收到一定強度的衛星信標，信標值的大小用來衡量對星的準確度。信標機提供串行通信接口，通過串口服務器，將串行通信做協議轉換為網絡通信協議，再通過一根網線與交換機連接，最終與控制計算機進行數據交換。設備連線后，在計算機上要進行虛擬串口映射，即把串口服務器的串口映射到計算機上，映射成功后，就可以把這些虛擬串口作為計算機上的串口使用，解決計算機本身無串口的問題。載波的發射狀態是通過改變調制解調器參數來實現的，控制載波發射狀態實際上通過控制調制解調器的發射狀態繼而達到控制載波狀態的目的。調制解調器提供網絡接口，通過交換機最終與控制計算機進行數據交換?？刂栖浖崟r監視信標機和調制解調器的工作狀態，以此作為發送控制指令的依據。
1.2信號處理通過監控軟件完成，為了不占用更多的主線程資源，監控軟件分別建立兩個獨立的線程CThreadBeacon信標機線程類和CThreadModem調制解調器線程類，通過這兩個線程的通信處理載波的關閉與開啟。當確定天線進入遮擋區后，CThreadBeacon信標機線程根據當前的信標強度和調制解調器載波發射的狀態，發送打開或關閉載波的消息給CThreadModem線程。CThreadModem線程主要有兩個作用，一是讀取調制解調器當前的參數，明確設備的工作狀態，二是負責接收由CThrea-dBeacon線程發送過來的消息，根據消息的具體內容，向調制解調器發送相應的控制指令。
車載站在載波發射的行進中，如遇到高大的貨車或小面積的建筑遮擋瞬間遮擋時，這時關閉載波是不必要的，故在信標機線程中，設定當遮擋超過10s后發送關閉消息給調制解調器線程，進而關閉載波發射。同樣在離開遮擋區超過5s后發送開啟消息給調制解調器線程，進而開啟載波發射。具體流程見圖1“載波自動關閉流程圖”。
2實現過程
軟件以visualc++6.0作為開發編譯環境，在基于對話框的應用程序界面中，運用多線程串口通信編程和SNMP網絡編程方法，利用線程間通信機制，完成載波自動關閉功能。軟件啟動時，建立CThreadBeacon線程并啟動運行，運用串口通信編程，在InitInstance函數中，初始化串口參數，線程中使用定時器，頻率為300ms，按照通信協議格式，以查詢方式讀取信標強度，經過適當處理后，以浮點數顯示在監控界面上，范圍是0~10，根據浮點數的大小，來判定天線是否進入遮擋區，如當信標強度小于3時，確定天線進入遮擋區，再以PostThreadMessage的方式發送消息給CThrea-dModem線程。建立CThreadModem線程，運用SNMP網絡編程，在In-itInstance函數中，初始化調制解調器SNMP相關參數，創建兩消息響應函數OnGetParam_Modem用來獲取設備當前狀態，和OnSetParam_Modem用來接收由CThreadBeacon線程發送過來的消息，根據消息的附加參數和當前調制解調器的狀態，確定發送關閉或開啟載波的指令。
3結語
為了使構建的衛星通信業務基本框架符合企業運營流程管理邏輯，支撐衛星網絡規劃建設，提供面向客戶的運營服務和保障，衛星通信業務基本框架采用自頂向下的方法，對衛星通信服務進行模塊劃分、描述和定義，力爭構建起一個涵蓋衛星通信業務建設、運營、管理完整業務鏈、全面系統的基本框架。
1.1基本框架的模塊設計思路
對于衛星通信企業來說，衛星通信業務是其最根本的核心產品，衛星通信企業是通過向客戶銷售衛星通信業務產品，以實現滿足客戶需求、增加客戶價值和公司盈利發展。因此，我們首先選取衛星通信業務為切入點，希望采用價值鏈分析方法對衛星通信業務產品的全生命周期進行細化分解，力爭能夠理清、認識、理解各組成環節要素及其相互關系，為基礎框架的設計奠定基礎。如圖1所示，在一個衛星通信業務的全生命周期中，主要包括了前期客戶需求調查研究、業務規劃、產品設計、能力建設，中期的市場營銷、業務開通、服務保障、運行維護，以及后期的業務產品退出或轉型升級等各環節要素；另外在其各個環節實施過程中還需要企業人力、財務、質量管理、知識管理、品牌建設等運作管理環節進行基礎支撐保障。從圖1可以看出，衛星通信業務的全生命周期基本上分為兩個階段，第一階段為前期衛星通信業務規劃和能力建設，其主要完成了由戰略和業務目標驅動，進行基礎設施建設和形成業務產品或服務能力；第二階段為中后期的衛星通信業務的運營和服務，主要承擔了對業務產品進行運營管理并形成服務能力和產生收益。兩個階段之間相互關聯、協同發展。業務規劃與能力建設工作是運營與服務工作的前提和條件。只有設計出滿足市場需求的業務產品，并能夠及時具備能力并推出市場，才能夠向客戶提供滿意的服務和可靠地運營保障；另一方面，運營與服務工作是業務規劃和能力建設的實現和發展。業務規劃和能力建設工作完成之后，必須通過運營和服務來實現產品銷售和客戶價值增加，在給客戶提供服務的過程中不斷發現和挖掘客戶需求，并能夠及時反饋給業務規劃與能力建設進行業務產品的改進、提升和開發，從而形成最令用戶滿意、最具競爭力的優質服務產品。與此同時，兩個階段的各個環節都需要企業管理來進行支撐和保障。對于運營服務型企業來說，其更加關注運營與服務，所有業務規劃與建設以及企業管理工作，都是企業為了通過運營服務產生價值、滿足客戶需求所需不同層面的服務保障工作。因此，為了在基礎框架中突出強調衛星通信業務的規劃建設和運營服務支撐的兩個關鍵環節，同時體現出企業管理的基礎支撐和保障作用，我們從總體上將衛星通信業務基本框架分為三大模塊，即，戰略與基礎設施模塊、運營與服務模塊和企業管理模塊，如圖2所示。
1.2基本框架的層次設計思路
客戶的衛星通信業務需求分類多種多樣，我們可從市場、產品、資源和組織四個關鍵因素進行分析研究?？蛻糍徺I的是衛星通信業務產品，而衛星通信企業的核心基礎設施所能支撐的僅是企業向客戶提品所需要的資源能力，要想將資源能力轉化為客戶需求實現，還需要通過衛星通信業務產品進行有效銜接。對于衛星通信企業而言就是對各種衛星通信資源和服務能力進行規劃、設計和組裝，形成了可以獨立計價和運維支撐的業務產品。此外，客戶所需業務產品多樣，衛星通信服務商還需要結合供應商或者合作伙伴的基礎設施資源進行有效組合使用，以發揮核心資源的最大效能和滿足客戶需求實現。因此，客戶需求的實現主要由衛星通信企業的市場、業務、資源和供應商等關鍵因素協同完成。另外一方面，在基本框架的設計中，我們希望構建起能夠面向客戶的端到端運營服務支撐體系，即以客戶需求為引導，業務實現為手段，資源、供應商和組織管理流程為保障的運營服務體系。主要經過市場需求的挖掘、提煉與轉達，業務的開發、集成與實施，調動內外部資源，最終實現業務并反饋給用戶的過程，如圖3所示。該過程中，輸入端是市場，輸出端也是市場，形成的是一個從市場到市場的端到端的閉環，從而最終實現為客戶提供最為優質和滿意的服務。綜上所述，為了表明客戶需求實現過程中四個關鍵要素及其之間的相互支撐關系，并強調打造端到端的高效運營服務體系，我們在三大模塊基礎上，又將衛星通信業務基本框架劃分為四個層次，包括市場層、業務層、資源層和供應鏈層，如圖4所示。如圖4的層次設計，將市場層放在最高層客戶緊鄰的第一位，突出強調企業是從客戶需求出發，以客戶需求為根本依據的理念；逐級向下的各層分別為業務層、資源層和供應鏈層，充分體現了客戶需求實現是通過具體業務來實現，業務產品需要資源提供支撐，最底層的供應商和合作伙伴為企業提供除核心資源以外所需配套資源的各要素協同關系。這種層次設計充分體現出衛星通信企業的以客戶為中心為市場服務的運營理念。
2基本框架各模塊的設計
根據前述基本框架結構設計思路，我們對衛星通信業務基本框架各模塊進行進一步設計和定義，各模塊功能描述如下。戰略與基礎設施模塊設計戰略與基礎設施模塊主要負責指導和支撐運營服務。包括市場戰略、資源戰略的制定、基礎設施規劃、基礎設施的構筑、產品和服務的開發和管理以及供應鏈/價值鏈的開發和管理。其中，基礎設施不僅包括空間衛星資源的規劃、建造、測控、運營和退役的全生命周期管理，還包括支撐產品運營服務的其他硬資源和軟資源，如地面測控系統、客戶關系管理、知識共享庫，等等。運營與服務模塊設計運營與服務模塊主要負責客戶需求實現和服務保障。包括日常的服務提供、運營支撐準備、質量保障以及銷售管理和供應商/合作伙伴關系管理等，其包含所有由客戶驅動的直接面向客戶的運行和管理工作。組織管理模塊設計組織管理模塊為完成戰略與基礎設施模塊和運營與服務模塊所需進行的公司內部機構組建，包括了任何商業運行所必須的基本的企業或商務支持。
3基本框架各層次的設計
3.1市場層設計
市場層主要包括客戶需求挖掘、分析、客戶細分、銷售和渠道管理、市場營銷管理、服務產品和定價管理，以及客戶關系管理、問題處理、服務等級協議管理和計費等。在戰略與基礎設施模塊內，市場層提供對企業核心業務產品的規劃開發管理，包括制定戰略、開發新產品服務、管理現有資源、實施市場及戰略等所需職能。在運營與服務模塊內，客戶關系管理集中考慮客戶需求的基礎情況和管理。
3.2業務層設計
業務層包括業務的設計開發、業務配置、業務問題管理、質量分析以及業務使用量的計費等。在戰略與基礎設施模塊中的服務開發與管理就是為運營與服務模塊提供所需產品或服務能力的規劃、開發和建設，它包括服務戰略制定、服務的性能管理和評估、確保未來服務需求能力等所必須的功能。在運營與服務模塊中業務運行管理聚焦于對客戶服務的提供，包括客戶需求分析、服務方案設計、和服務保障等客戶服務所需的功能性需要。本層的焦點是服務提供和管理，面向客戶提供個性化服務。
3.3資源層設計
資源層主要包括基礎設施的規劃設計、建設和管理，是為支持衛星通信運營服務所需的衛星資源、地面基礎設施和軟資源等的規劃、開發和交付，主要包括衛星資源、衛星測控站、業務監測站、運營服務網絡平臺、IT系統、知識共享庫等，以及新技術的引入與現有資源技術的互相作用、現有資源性能管理和評估，確保滿足未來服務需求的能力等所必須的功能。資源管理和運行主要負責衛星資源管控（衛星性能監視、分析和控制）和其他地面基礎設資源的運維管理等所有功能性責任，確保各類基礎設施資源平穩運轉，能夠為客戶提供所需的端到端服務能力，并直接或間接地響應服務、客戶和員工的需求。同時也包括對資源的功能集成、關聯和實時數據統計，以便進行信息綜合管理和采取提質增效措施。
3.4供應鏈層設計
供應鏈層主要包括處理與衛星建造商、設備提供商、集成商和工程服務商等合作伙伴的交互，它既包括基礎設施的供應鏈管理，也包括與供應商和合作伙伴之間關于日常運營的接口管理。
4基本框架的整體設計
綜合上述分析，衛星通信業務基本框架模型一方面突出衛星服務商的基礎設施規劃建設和運營服務支撐的核心重要性，另一方面強調面向客戶、聚焦前端提供端到端的服務交付能力，從而我們可以得出衛星通信業務基本框架的整體結構設計，如圖5所示。如圖5所示，箭頭以上半部分代表從衛星通信業務的全生命周期管理和客戶需求實現兩個維度進行的三個模塊、四個層次結構設計思路；箭頭的下半部分表示抽象化、可視化的衛星通信業務基本框架結構設計。該基本框架從頂層將衛星通信業務服務商劃分為戰略與基礎設施、運營與服務和組織管理三大模塊，并在框架布局上體現出面向客戶的服務中戰略與基礎設施是前提先導，運營與服務是關鍵實施，組織管理是全過程支撐的運營特點；該框架自上而下的四個層次架構設計，充分體現出衛星通信企業是以客戶需求為引導，以業務實現為手段，以資源和供應商為保障的層次遞進關系，各層次環環相扣，緊密鏈接。這種以客戶為中心，面向市場的層次設計，確保企業在享用客戶需求時更迅速、策略更靈活，大大提供客戶滿意度，同時能夠更優化企業內外部軟硬資源的工作效能，以最高效的方式為客戶提供最適當的信息服務，真正做到讓大市場來主導企業的流程架構。
5結束語
衛星信號復用模塊的功能是：將船載北斗收發設備與其原配的控制終端設備進行分離；將信號根據不同策略復用為兩路數據信號；提供與數據采集終端的接口。圖1給出了衛星信號復用模塊與系統的其他部分的連接的方式。其中的北斗衛星通信天線完成北斗信號的收發、導航信號的接收以及雙向數字接口的信號交互；北斗控制終端是國內北斗星通公司開發的多用途控制設備，其功能涵蓋了導航、軌跡錄、報文收發和緊急情況下的報警呼救等；數據采集終端是本系統中的采集數據的收發系統，利用人工輸入海洋資源數據，并通過衛星信道將數據發回北斗整列控制中心。衛星信號復用模塊是各個模塊的通信中樞，完成設備對信道的申請和釋放，并且為各個工作子系統供電，系統對其工作穩定性和可靠性提出了較高的要求。圖2給出了衛星信號復用模塊的內部結構圖。其中RXD_T和TXD_T分別表示RS232電平的北斗衛星天線的數據收發信號；RXD_K和TXD_K表示北斗控制終端的RS232數據收發信號；RXD_C和TXD_C表示數據采集終端的數據收發信號。其結構比較簡單，但是在前期的設計和測試中發現了一系列可靠性問題。長時間地將數據采集終端以在線方式工作會造成衛星天線或者控制終端無法收發數據，因此在設計上采用了回饋電源模式，即當采集器不工作時，切換電路工作于信號直接切換模式，信道不受數據采集器控制。同時還發現當數據采集器不工作時，地線連接會造成數據串擾，所以在設計中采用了地線切換模式，當采集器不工作時將地線斷開。為了進一步提高可靠性，降低干擾，信號切換沒有采用有源的電子器件，而采用了電磁式繼電器，當采集器不工作時系統的信號處于機械切換模式。采取上述措施后，系統無響應和數據通信失敗的現象基本沒有出現。
2控制終端設計
控制終端是數據采集人員的操作設備，其功能是輸入采集的數據并且將數據發送。控制終端采用了ARM9架構的S3C2440作為核心處理器，利用自主開發的嵌入式操作系統，采用面向對象技術進行開發。其設計的模塊結構圖見圖3。S3C2440核心板上有SDRAM與NANFLASH，分別用于應用程序的執行和程序的存儲；北斗控制終端接口包含了北斗天線的串行控制口和電源；智能液晶顯示接口通過串口2將核心板的顯示控制數據傳遞給智能液晶模塊；陣列式掃描接口讀取操作人員的輸入鍵值用于數據控制?？刂平K端的軟件結構圖見圖4。掃描鍵盤處理模塊驅動陣列式鍵盤，讀取用戶的輸入鍵值，并提交系統處理；智能終端GUI模塊負責用戶的圖形界面處理，主要功能包括控件界面繪制，事件響應以及消息傳遞；GPIO電路驅動模塊用于控制衛星信號復用模塊的北斗信號切換，以及北斗系統電源的管理；偽漢字空間的轉換模塊負責將采集到的數字信號映射到GB2312的漢字空間，以適應北斗衛星通道的數據傳輸；稀疏數組壓縮模塊解決了北斗數據包短，而采集數據量較大的問題，通過自定義的無損壓縮算法，將采集的數據高效率壓縮以適應北斗數據通道的特點；北斗數據編碼解碼模塊負責將處理好的數據以北斗規定的格式編碼和解碼；系統參數管理模塊負責管理存儲在智能終端中的系統參數，以配置不同的應用方案。
3偽漢字編碼方案
北斗衛星通信系統對用戶的級別做了嚴格限制，民用的北斗運營商普遍采用了內容過濾程序，即當發現傳輸內容為GB2312國標碼時，允許數據通過，當發現傳輸內容為非GB2312國際碼時不允許數據通過。數據采集的數據格式不符合GB2312編碼標準，因此在系統設計上遇到了數據無法傳遞的困難。為了解決上述問題，設計了偽漢字編解碼方案。其基本思路是：編碼時將原始的數據流進行分解，分配到多個漢字空間，解碼時從漢字空間提取出數據流，并且將拆分的數據進行合并。GB2312是北斗采用的漢字通信系統，用于民用終端的數據發送。GB2312中每個漢字由2個字節組成，第一個字節的范圍為176~247，而第二個字節的范圍為160~254。因此第一個字節的有效編碼空間為0~71，而第二個字節的編碼空間為0~94。為了簡化算法，將兩個字節的編碼空間都設置在0~63即2的6次方范圍內。實際上將數據看成一個Bit流，將8Bit為單位分解為6Bit為單位，其示例圖見圖5。圖中上方的8Bit的3個字節被看成24Bit的數據，在圖中部分解到4個字節，每個字節為6位，高2位補零。實際上上方的數據與中部的數據從Bit流看來都是24Bit。得到4個字節的6Bit數據后，在每個字節上加上176得到圖5中下部的數據，即偽漢字編碼。該編碼的范圍位于GB2312的范圍內，可用于北斗信號的數據傳送。解碼的過程與編碼的過程相反，不再敘述。在編碼的過程中還會遇到實際問題：圖5中演示的情況屬于比較特殊的情況，輸入的數據的字節數量是3的倍數，輸出的字節數量為4的倍數。現實的數據流不一定滿足上述要求，例如如果輸入的數據是4個字節，輸出需要的字節數是6個字節；如果輸入的是5個字節輸出的需要6個字節。這樣會給編解碼帶來巨大的困難。為了簡化編解碼，可以將數據進行特殊的處理，辦法是在傳遞的數據中增加一個數據的長度指示，并且將數據進行整數倍拼湊。其過程見圖6。在數據的頭部附加了一個長度指示器，其作用是當收到的數據后部附加的有PAD時可以將原始的數據提取出。PAD是附加在有效數據后面的無效數據，PAD的數量根據原始數據長度變化，其數量為0~2個。數據擴展的原則是將數據的整體長度擴展為3的倍數。這樣得到的偽漢字編碼的數據長度就是4的倍數，如此擴展的目的是有利于編碼和解碼。
4北斗數據通訊陣列與系統整體架構
由于北斗系統是軍民兩用系統，并且隨著用戶數量的增加，通信帶寬日益緊張，為了保障系統中的高級用戶權限，對用戶的收發信息的頻度做了限制，平均一分鐘才能發送一條信息。而對于接收信息的頻度卻沒有限制，所以信息的接收相對較快。由于北斗的信息通道采用了無驗證的協議，發送方無法得知接收方是否成功接收數據。為了保證通信的可靠性，本數據采集系統對北斗通信協議進行了改進。具體方法為：發送方發送消息后，從系統中獲取一個隨機變量用于產生延時，如果在規定的時間長度內沒有收到對方發來的驗證數據就繼續發送，直到成功收到接收方的驗證數據報。采用上述協議后，系統通信的可靠性得到了提高，但卻給北斗的通信系統帶來的嚴重負擔。特別是隨著采集系統數量的增加，控制中心的通信負擔日益加大，采集終端數據發送的成功率也大幅下降，嚴重影響了系統的正常工作。為了提高系統的數據吞吐率，利用北斗系統收發速率不平衡的特點設計了北斗衛星陣列，采用了單點接收設備以及多點發送的通信模式。當接受北斗設備收到采集系統來自海上的信息后，根據負載平衡的算法，從發送陣列中選擇一個空閑設備完成數據發送。如果沒有空閑設備就根據負載最少原則獲取北斗發送設備并將數據壓入發送消息隊列。采用北斗陣列和負載平衡算法后，數據的吞吐率提高，系統的反應速度加快，也提高了采集設備的用戶體驗。系統的整體結構見圖7。多個北斗設備通過統一的網關接入北斗應用服務器，相關的控制軟件運行在其上，負載解析和實現北斗設備的控制協議，系統的負載平衡以及將采集的數據回寫到數據庫服務器。系統決策服務器上運行的軟件負責解析數據，分析相關的資源信息，以及GIS的控制信息。Web服務器對通過VPN網關的遠程用戶提供了數據訪問服務，由于數據，對不同的用戶采用了硬件加密的認證模式，數據的傳輸也經過了加密通道的處理。
5實際應用
該研究項目經過多年的研發已經在海洋漁業資源、海洋生態和海洋安全方面得到廣泛應用。為了分析海洋漁業資源，在本終端上設計了漁業捕獲實時報告系統。具體方法是針對漁業捕撈的的各種船型，每種船型選擇常見的50種魚類，將魚類的名稱和圖片寫入終端。船員在捕撈結束后利用本終端將各種魚類的產量通過北斗發送給控制中心。其中的數據不僅有漁獲產量，而且還有捕撈的時間和地點，控制中心將數據記錄入數據庫后，結合相關的港口漁獲數據，以及海洋衛星遙感數據，可以分析海洋魚類的巡游規律，并且指導漁業生產。漁業管理部門也可以了解海洋整體上的生產情況，以便合理地進行生產管理。目前已經在南海生產漁船上安裝了近300套設備，大部分設備工作正常。圖8給出了第二代漁獲采集終端實物，圖9給出了GIS軟件上的安裝了設備的漁船的作業分布圖。該系統還用于漁場預測，結合衛星遙感信號得到的溫度、洋流和葉綠素等相關因素，根據終端傳回的數據，分析漁場并將得到的預報信息通過控制中心發送到終端上，從而指導漁業生產，減少資源消耗，提高經濟效益。圖10給出了漁場預報的樣圖。該設備還用于增值放流工作的檢測：為了保證漁業資源的穩定，需要人工放流魚種。為了跟蹤放流魚種的生長和巡游情況，放流前在部分魚種上留有標志，并且在放流前將標志與魚種信息記錄在數據庫中，當魚被裝有終端的漁船捕獲后，船員將魚的參數和標志編號輸入終端，通過北斗發回控制中心，相關的放流數據就可以進入軟件分析，從而得到放流的效果評估。目前本終端還具有了天氣預報信息的發送以及他國漁船越界捕魚事件報告的功能，可以在漁業安全和保護國家漁業資源等方面發揮作用。
6結束語
1.1衛星通信系統組成衛星通信系統由兩段組成，即地面段和空間段。
1.1.1空間段空間段包括通信衛星以及地面用于衛星控制和監測的設施，即衛星控制中心，及其跟蹤、遙測和指令站，能源裝置等。
1.1.2地面段地面段包括所有的地球站，這些地球站通常通過一個地面網絡連接到終端用戶設備，或直接連接終端用戶設備。地球站的主要功能是將發射的信號傳送到衛星，再從衛星接收信號。地球站根據服務類型，大致可分為用戶站、關口站和服務站3類。
1.2衛星通信系統的工作過程衛星通信系統地球站中各個已調載波的發射或接收通路經過衛星轉發器轉發，可以組成多條單跳或雙跳的雙工或單工衛星通信線路，整個通信系統的通信任務就是分別利用這些線路來實現的。單跳單工的衛星通信系統進行通信時，地面用戶發出的基帶信號經過地面通信網絡傳送到地球站。在地球站，通信設備對基帶信號進行處理使其成為已調射頻載波后發送到衛星。衛星作為中繼站，接收此系統中所有地球站用上行頻率發來的已調射頻載波，然后進行放大和變頻，用下行頻率發送到接收地球站。接收地球站對接收到的已調射頻載波進行處理，解調出基帶信號，再通過地面網絡傳送給用戶。為了避免上下行信號互相干擾，上下行頻率一般使用不同的頻譜，盡量保持足夠大的間隔，以增加收發信號的隔離度。
2衛星通信所使用的頻率
衛星通信所用的頻率大多是C頻段和Ku頻段，但是由于業務量急劇增加，這兩個頻段乃至1—10GHz的頻段都顯得過于擁擠，所以必須開發更高的頻段?，F已開發出Ka（26—40GHz）頻段，其帶寬是3—4GHz，遠大于上述兩個頻段。
3衛星通信的基本參數
3.1有效全向輻射功率：也稱等效全向輻射功率，其定義為發射機發出的功率與天線增益的乘積。
3.2噪聲系數和等效噪聲溫度：噪聲系數，定義為接收機的輸入信噪比與輸出信噪比的比值，它用來表示接收機噪聲性能的好壞。根據噪聲理論，電子元器件內部的電子熱運動和電子不規則的運動都將產生噪聲，而且溫度越高，噪聲越大。所以接收機的噪聲可用等效噪聲溫度來衡量。等效噪聲溫度是假設接收機輸入端接一等效電阻，該電阻在一定溫度下與該系統實際產生的噪聲溫度相同的熱噪聲。
3.3載噪比：衛星通信線路中的載波功率與噪聲功率之比，是決定衛星通信線路性能的最基本的參數之一。
3.4地球站的品質因數，定義為接收機天線增益與接收端系統噪聲溫度之比。
3.5衛星轉發器飽和通量密度：表示衛星轉發器的靈敏度，其基本含義是，為使衛星轉發器單載波飽和工作，在其接收天線的單位面積上應輸入的功率。
3.6門限載噪比：為保證用戶接收到的話音、圖像和數據的質量達到一定要求，接收機所必須得到的最低載噪比，也是門限載噪比的含義。
4衛星通信與互聯網
互聯網是全球最大的多媒體商用網絡、信息庫和數字媒體?；ヂ摼W和數字技術的發展使得所有信息內容都在網上實現，特別是數字音視頻技術使得可以在互聯網上看電視聽廣播[3]。由于衛星通信具有三維無縫覆蓋能力、遠程通信、廣播特性、按需分配帶寬，以及支持移動性的能力，成為互聯網擺脫自身諸多問題的一個重要途徑，也是向全球用戶提供寬帶綜合互聯網業務的最佳選擇[4]。基于衛星的互聯網是衛星直播、數字音視頻、互聯網的有機結合，作為一個開放、寬頻、實時廣播的網絡平臺，可以提供以下服務。
4.1寬帶互聯網接入，可根據使用者的需求，通過地面網絡和衛星線路回傳。
4.2多媒體服務，比如網頁內容投遞、內容鏡像、緩存、數字電視、商務電視、流式音視頻、軟件分發(更新)、遠程教學、信息商亭等。
4.3交互式應用，如視頻點播、網上學習、網上游戲等。衛星通信與互聯網結合能夠帶來很多益處，同時也應注意到，衛星系統和現有互聯網地面基礎設施之間的結合存在著互操作性問題，再設計和實現基于衛星的互聯網時還存在許多技術挑戰。
5衛星通信與導航定位系統
該系統是以人造衛星為導航臺的星基無線定位系統，其基本作用是向各類用戶和運動平臺實時提供準確、連續的位置、速度和時間信息。目前該技術已基本取代無線電導航、天文測量和大地測量，成為普遍采用的導航定位技術。擁有此技術及能力，國家就會在政治、軍事和經濟等諸多領域占據主導地位，因此世界各大國不惜花巨資發展這一技術。1958年美國為解決北極星核潛艇在深海航行和執行任務中的精確定位問題，開始研究軍用導航衛星，命名為“子午儀計劃”，從1960年起就取消了無線電導航，第二代導航系統即———GPS(GlobalPositioningSyitem)便應運而生。俄羅斯的GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)是繼GPS之后又一全球衛星導航系統，歐盟與歐空局也開發了新一代衛星導航系統———伽利略（Galileo）系統，習慣上稱其為3G（GPSGLONASSGalileo）系統。我國的導航定位技術始于GPS，從2000年10月開始，我國發射了多顆導航衛星，命名為北斗衛星導航系統，現已覆蓋我國及周邊地區，預計2020年前后覆蓋全球。
6衛星與激光通信
衛星與激光通信是利用激光光束作為信息載體在衛星間或衛星與地面間進行通信。經過多年探索，衛星激光通信已取得突破性進展，逐步成為開發太空、利用廣闊的宇宙空間資源提供大容量、高數據率、低功耗通信的最佳方案，對于國防及商業應用都具有極大的價值。其原理是信息電信號通過調制加載在光波上，通信雙方通過初定位和調整以及光束的捕獲、瞄準和跟蹤建立起光通信鏈路，然后在真空和大氣中傳播信息。其組成有激光光源子系統、光發射/接收子系統、APT子系統和其他一些輔助系統，其工作過程如下：
6.1發射過程。使用不同的激光器，產生信號光和信標光。經準直系統對激光進行光束準直后，具備了合適的發射角，2束光由合束器合成1束光，然后經分光片、精對準機構和天線發射出去。
6.2接收過程。接收到的光經過天線和分光片后，信標光一部分到達粗對準探測器，由粗對準控制器控制和驅動電路控制粗對準機構，完成粗對準和捕獲；信標光另一部分經精對準機構、分光片、分束片到達精跟中蹤探測器，由精對準控制器控制精對準機構，完成雙方的精確對準和跟蹤。信號光由信號光探測器檢測。
7衛星與量子通信
衛星搭載量子通信技術，能夠使人們借助外太空的衛星平臺，建立星地高效自由空間量子信道，實現量子保密通信、星地量子糾纏分發、量子隱形傳態實驗。我國擬在近期發射量子通信衛星，在衛星平臺應用量子技術的能力將達到世界領先水平。
7.1星地量子通信通過自動跟蹤瞄準系統在高速相對運動的地面站和衛星終端之間建立高效穩定的量子信道，地面站隨機發送H/V和+/-四種偏振狀態的單光子信號；接收端接收量子信號，并隨機選擇H/V或+/-基矢對單光子信號進行測量；測量到足夠的量子比特后，接收端將通過經典信道通知發射端其每次測量所用的基矢，拋棄所用基矢不一致的測量結果；接收端再將基矢選擇一致的測量結果取一部分在經典信道公布出來供發射端校驗。通過這一過程就可以在星地之間建立安全的量子密鑰。
7.2星地糾纏分發將糾纏光源放在衛星上，通過搭載在衛星平臺上的望遠鏡系統和自動跟瞄系統同時與兩個地面站之間建立量子信道。將糾纏光子對的兩個光子分別發送給兩個地面站，兩站在滿足類空間隔條件下分別對糾纏光子對進行獨立測量，觀測量子糾纏現象。
7.3星地量子隱形傳態地面量子信源產生一對糾纏光子，其中一個光子通過地面發射端傳輸給衛星，另一個放入量子存儲器中存儲起來?？臻g量子通信平臺將接收到的光子態和未知量子態進行聯合Bell態測量，同時將測量結果通過經典信道傳輸給地面系統。地面系統將另一個糾纏光子從量子存儲器中讀出來，并根據空間量子通信平臺的測量結果進行相應的幺正變換，從而得到空間量子通信平臺的未知量子態。
1.1北斗衛星通信系統的主要特點
北斗衛星通信系統的主要特點體現在抗雨水能力強，具備高可靠性和低功耗且簡單維護的特點，再加上是由我國自主獨立研發，因此在信息的保密性和安全性方面都更有保障。另外其多元化的不同制式能夠實現和水情測報系統的無縫集成。特別是水情自動測報系統更加注重短通信的數據傳輸，而這一點正是北斗衛星通信系統所特有的優勢。這個系統的工作頻段主要有L/S/C，其頻段范圍較寬，所以在信息傳輸方面擁有其獨特的優勢。
1.2北斗衛星技術下的水情自動測報站的主要構成
北京市的北斗衛星技術下的水情測報站的主要構成包括了四個方面。第一是北斗通信模塊。主要選擇的是用戶終端。該北斗衛星的用戶終端主要有天線設備和主機設備兩種，而且這兩種設備的終端體積也相對較小，且操作比較簡單，安裝維護工作也非常容易。其主要信號的傳送機制是通過瞬間突發的模式，這樣也能夠有效的降低用戶終端的功耗。而且也能夠支持環境惡劣的野外水情測報。第二是測試中心的終端機。測試中心一般遠離監測中心，所以需要通過遙測的方式來實現。這種終端機能夠和不同的傳感器進行連接，并支持不同的數據通信模式。北京的水文測試中心的遙測終端就支持北斗衛星通信，同時也支持了GSM通信和GPRS通信等。并能夠根據信號的變化自動切換，從而保障遙測數據能夠及時的反饋到監測中心。第三就是前端的傳感器。這些傳感器主要有涉及到測報水情的相關數據需求，包括了水位傳感器和雨量傳感器以及水質、水位等傳感器等。第四就是電源。電源主要選擇的是密封的蓄電池，并能夠通過太陽能板進行充電，這樣能夠具有一定的環保性。另外這些電池還具有自動啟動和切斷的裝置，只有在發送數據的時候才會啟動，從而提升蓄電池使用壽命，并節省用電。
1.3北斗衛星通信鏈路分析
北京市某地北斗衛星的通信鏈路構成主要包括了北斗衛星以及網管中心。這個鏈路的功能就是對水情測報站的數據進行備份以及進行查詢和下載。
1.4北斗衛星的監測中心
北斗衛星的監測中心自然是這個水情測報系統的核心，主要有由衛星指揮型終端以及數據接收端和數據庫等構成。這個監測中心是所有數據的交匯點。同時也是控制中心。第一是衛星接收終端。主要具備兼收功能和通播功能以及全信道鎖定以及大數據處理功能。同時還包括了內置的電池。第二就是接收數據服務器。這是專門集中管理數據的重要設備。具備兩個信道來進行接收。其中第一個信道主要是連接互聯網，通過互聯網來進行數據接收。第二個信道則是通過衛星系統。在北京某地的水情測報系統，這個信道就是和北斗衛星通信系統進行實時的數據接收。這個數據也能夠通過RS232串口來接收。第三就是水情數據庫。當數據接收服務器接收到各種途徑獲得數據之后，就會對這些數據進行解碼和分析，然后將水情數據錄入到水情數據庫中，從而為各種水情的應用提供服務。第四是數據應用服務器。這個服務器主要是對水情數據進行處理和存儲以及統計報表等。另外監測中心能夠將指令或者某一個執行動作信息發到各地的遙測站點，或者指定某個遙測站點進行發送。
1.5北斗衛星自動測報的軟件設計
北斗衛星自動測報的系統軟件主要包括兩個部分。其一是控制測站的軟件。在北京的水情自動測報系統中，主要是有北斗衛星監控中心以及遙測站點形成一對多的傳輸關系。遙測站將感應信息通過衛星傳輸到監控中心，然后監控中心反饋收到信息。而這些遙測站點會根據相應的反饋信息進行相應的處理，或者轉入休眠，抑或是重新要求遙測站點進行收集數據。其二就是軟件系統的處理。這是系統軟件的關鍵部分，能夠對遙測站點傳輸的數據進行多元化的處理，從而為相應的使用人員提供多種的水情服務，有助于提升當地的水情觀測水平。
1.6通信機制的設計應用
北京的水情自動測報系統的通信機制設計的關鍵在于解決了通信頻度控制問題以及信息格式的設計問題兩種。其一是通信頻度的控制策略?；诒倍沸l星通信系統的收費標準要比移動的GSM以及全球衛星定位系統的GPRS的費用都要高出不少，根據北京市場大概要高出5倍多。因此在發送信息策略上和普通的移動遙測站的數據傳輸策略要盡心差異化。只有在出現明顯差異的水情數據時，才會性發送。根據北京的通信費用，每次傳輸為0.5元。因此北京的遙測站點設置傳輸策略為每小時傳輸一次。如果沒有發生變化，如沒有下雨，每天在早晨8點發送一次平安數據報。這樣就能有效的降低信息的傳輸次數，節省了傳輸費用。其二就是在信息格式設置上，北斗衛星通信系統可以設置的短字節有43字節數和70字節數以及98字節數三種，字節數越大，那么單次的傳輸內容就越多，因此費用也就越高。由于水情數據相對較為復雜，而且為了提升數據的準確性，在北京的水情自動測報系統上，就采用了98字節數進行傳輸，所以每次的傳輸價格在1元。
2結束語
1.性能分析
CFDAMA基本接入方式能夠實現較好的時延/吞吐量性能。CFDAMA－PA成功的將按需分配和自由分配結合在一起，采用固定預約時隙分配的形式來保證用戶接入的公平性和實際業務需求量，在信道負荷較低的時候，其平均時延和固定分配方式保持一致，在信道負荷逐漸增大和接入用戶數變化較大時，存在資源利用率下降的問題。CFDAMA－RA在低信道負荷時由于采用的競爭方式進行接入，對信道利用率更高，但對于用戶接入的公平性卻不能保證，并且存在接入過程中的碰撞，在高信道負荷時碰撞概率逐漸增大，平均時延性能也急劇下降。CFDAMA－PB通過對上行數據幀結構的改進，減小了用戶發送預約時隙請求的間隔時間，但隨著信道負荷的增大，某些用戶會因為其他用戶預約請求的資源占用導致無法發出預約時隙請求，同樣不能保證接入的公平性。因此，如何保證用戶的接入時延和接入過程中的公平性，成為本文的一個研究重點。
2.CFDAMA－PRI
由于當前數據業務大多突發性較強并且業務類型呈現多樣性，抽象出來這類數據業務流通常用ON－OFF信源模型來表示［5］。而在此信源模型的情況下，數據業務具有很強的突發特性，用戶的預約時隙請求也帶有很強的隨機性和不確定性?；镜腃FDAMA接入方式此時由于多次請求造成的再分配策略和預約請求的沖突概率增大，在信道負荷較高和接入用戶數逐漸增大時，其性能受到明顯的影響。CFDAMA－PR協議在用戶時隙申請階段對發送隊列的堆積狀況進行判斷，比較當前時刻和上一時刻發送隊列中數據分組的差值Δ，如果Δ＞0表示當前發送隊列有數據包的堆積，則通過加權的方式向星上調度器發送更多的預約時隙請求［6］。該協議的好處在于實際應用中可以根據用戶發送隊列的堆積情況獲得更多的分配時隙，能在突發數據分組到來情況下實時的將新的數據分組發送出去。因此，本文在CFDAMA－PR的基礎上提出了基于用戶優先級排序的改進協議CFDAMA－PRI，優化星上調度算法，進一步保證接入的時延性能和接入的公平性。
3.仿真分析
本文采用OPNET仿真平臺［7］，將基本的CF-DAMA－PA、CFDAMA－PR和改進的CFDAMA－PRI進行對比仿真。具體的仿真參數設置如表2所示。對信道負荷固定但用戶數目變化條件下的仿真結果進行分析，目的是為了得出CFDAMA－PRI的時延性能和在用戶接入公平性方面的優越性。選取信道負荷為0．8，用戶數目依次為5、10、20、40、80，CFDAMA－PA的預約時隙數為20，得到的仿真結果如圖5、圖6所示。由仿真結果可以看出，當系統中用戶數不斷增大時，由于CFDAMA－PA在一個鏈路幀中僅使用了一部分時隙用作預約請求時隙點，那么更多有請求的用戶就無法通過預約時隙點接入鏈路幀，加之信道負荷較大，突發數據強，用戶申請時隙的不確定性也大。如果增大預約請求時隙數的比例也會以犧牲數據時隙為代價，平均時延和隊列的分組累積同樣會增加。CFDAMA－PRI則采用CFDAMA－PR對信源突發數據分組的計算方法，并使用優先級排序的方法對時隙需求量大的用戶給予更高的時隙分配權，確保了用戶的可接入次數，降低了時延，提高了接入公平性。
4.結語
該過程組負責對為客戶提供服務所需的所有資源管理和運行維護工作，主要資源包括衛星空間資源、地面衛星系統、知識資源庫、IT系統以及后勤配套設施等。該部分負責對基礎設施資源進行管理、運行和維護，確?；A設施資源穩定可靠運行，保障基礎設施資源處于良好狀態并可快速響應客戶需求或員工需要。另外，該過程還承擔資源信息監控、收集、匯總和統計分析工作，通過對資源信息的匯總、關聯和統計分析，從而提高資源使用效率。（4）供應商和合作伙伴關系管理。供應商/合作伙伴主要包含衛星建造商、設備供應商、系統集成商及工程服務商等合作伙伴，該過程組主要負責與各供應商或合作伙伴進行接口和管理，負責采購信息、分析評估、對比選擇、合同簽署、到貨付款以及質量管理等工作。
2戰略與基礎設施模塊垂直過程分組細化設計
戰略與基礎設施模塊垂直過程分為戰略和基礎設施生命周期管理兩個垂直過程分組，如圖3所示。戰略指出了為開發和實現某個特定市場戰略所需的資源建設重點任務，基礎設施生存期管理過程驅動和支持為客戶提品。它們的重點是滿足客戶對商務的期望，包括為客戶提供的產品或服務、支持運營服務的基礎設施，或者在企業為客戶提品的過程中涉及的供應商或合作伙伴。（1）戰略。該過程負責制定支持產品服務和基礎設施的戰略，還負責在企業內為實現這些戰略而建立的規劃方案的落實實施。它覆蓋了市場、客戶、產品服務和資源各種層次的運營，通過所基于的服務和資源及涉及到的供應商/合作伙伴來滿足客戶需求。戰略高度重視分析研究，其給出企業內專門的業務戰略和業務購入策略的側重點，戰略實現的成功與否需要進行有效性跟蹤，并且在必要時做相應的調整。（2）基礎設施生命周期管理?；A設施生命周期管理負責對基礎設施的性能進行評估，并確定新的基礎設施或新服務引進開發和建設部署，從而為滿足市場和客戶需求的運營服務提供支撐。因此，基礎設施生命周期管理對客戶需求響應和提供企業競爭力具有重要的意義。
3戰略與基礎設施模塊水平過程分組細化設計
與運營和服務模塊的四個水平分組相對應，戰略與基礎設施模塊也有四個水平的功能過程分組：營銷和定價、業務規劃和建設、資源規劃和建設、供應鏈開發和管理。這四個水平的功能過程分組為戰略與基礎設施模塊的垂直過程分組提供支持。如圖4所示。（1）營銷和定價。該部分包含制定和實施營銷和定價策略、開發新的服務和產品、管理已有的產品等所有必須的功能。在競爭越來越激烈的衛星運營市場，革新的速度和品牌的認同決定了企業的成功，因此營銷和定價管理是很重要的業務過程。（2）業務規劃和建設。為運營過程提供支持，強調業務的計劃、開發和交付。它包括制定業務生成和設計的策略；管理和評估現有業務的性能、確保有相應的能力以滿足未來業務發展的需要。（3）資源規劃和建設。為運營過程提供支持，強調衛星資源等基礎設施的規劃、建造和交付。主要包括衛星資源建造、知識共享庫建設和基礎設施配套互聯互通，管理和評估現有資源的性能，確保擁有可滿足未來業務發展需要的資源能力。（4）供應鏈開發和管理。強調企業與供應商及合作伙伴的交互，負責建立和維護企業與供應商及合作伙伴之間的所有信息流和資金流，確保企業能夠選擇最好的供應商和合作伙伴；確保企業有相應的能力與它的供應商和合作伙伴進行交互；確保供應商和合作伙伴能夠及時地交付所需要的產品，并且供應商和合作伙伴對企業的整體的性能和貢獻優于垂直集成的企業。
4企業管理模塊分組細化設計
企業管理模塊是為完成衛星通信企業所進行的任何商業運行所必須的基本的業務過程，我們將衛星運營企業管理劃分為若干功能部分，主要包括企業發展規劃，品牌管理、市場調研和廣告，財務和資產管理，人力資源管理、利益相關者和外部關系管理，企業質量管理、流程、IT規劃和架構，知識管理和黨群紀檢管理，如圖5所示。
5衛星通信業務基本框架的系統集成
衛星通信業務基本框架通過自頂向下和分層分級分解方法，描述了整個衛星通信業務運行過程，涵蓋了衛星通信企業的完整業務鏈，包括衛星基礎設施、運營服務、衛星建造商、衛星應用供應商和合作伙伴等部分，形成了一個全方位的衛星通信業務框架模型，如圖6所示。同時，我們可通過分層分級分解方法，根據任務需要，對衛星通信業務基礎框架模型各個過程開展更進一步細化和發展，形成更為詳細的衛星通信業務基本框架第二層級視圖，如圖7所示。此外，在基礎框架的一、二級視圖基礎上，我們可以進一步細化和描述業務關鍵環節，很簡便的繪制出各關鍵環節的直觀流程圖。綜合以上研究成果，我們認為，衛星通信業務基本框架提供了一個企業內部整體活動圖景的全方位描述，可結合運用錢學森綜合集成思想，以基本框架為指導，利用信息網絡技術，以人機集合的方式，開展衛星通信業務的運營管理平臺建設、企業知識共享庫建設、流程重組、機構優化調整等現實工作，助力企業實現運營管理的流程化和智能化，進一步提高運營效益和服務水平。本文所建立的衛星通信業務基本框架強調以客戶為中心，面向外部客戶提供業務交付。可為衛星通信企業的高層決策者提供了一個便利的評估工具，可以用于評估、指導整個企業的業務活動，使得企業中的所有組織都能夠識別企業職責范圍內的重要生產管理過程；為衛星通信運營服務的規范標準化、流程化、高效化服務提供思路；并能夠以一種低成本高效率的方式實現企業自動化，增強服務提供商的企業管理能力，為企業提質增效打下堅實的基礎。衛星通信業務基本框架的主要優點和功能還體現在：一是在戰略方面體現了對衛星和其他軟硬件基礎設施資源的全生命周期管理和一體化管理的理念。二是在運營方面體現了面向客戶關系管理、對客戶提供端到端的快速的服務交付和營銷理念。三是在企業管理流程方面明確標識了企業管理流程，把企業管理流程和運營、戰略作為一個整體，以便企業中的每個人都能夠確定其關鍵流程，從而使整個企業在流程框架中高效運行。
6結束語
信標機提供串行通信接口，通過串口服務器，將串行通信做協議轉換為網絡通信協議，再通過一根網線與交換機連接，最終與控制計算機進行數據交換。設備連線后，在計算機上要進行虛擬串口映射，即把串口服務器的串口映射到計算機上，映射成功后，就可以把這些虛擬串口作為計算機上的串口使用，解決計算機本身無串口的問題。載波的發射狀態是通過改變調制解調器參數來實現的，控制載波發射狀態實際上通過控制調制解調器的發射狀態繼而達到控制載波狀態的目的。調制解調器提供網絡接口，通過交換機最終與控制計算機進行數據交換?？刂栖浖崟r監視信標機和調制解調器的工作狀態，以此作為發送控制指令的依據。
2信號處理
通過監控軟件完成，為了不占用更多的主線程資源，監控軟件分別建立兩個獨立的線程CThreadBeacon信標機線程類和CThreadModem調制解調器線程類，通過這兩個線程的通信處理載波的關閉與開啟。當確定天線進入遮擋區后，CThreadBeacon信標機線程根據當前的信標強度和調制解調器載波發射的狀態，發送打開或關閉載波的消息給CThreadModem線程。CThreadModem線程主要有兩個作用，一是讀取調制解調器當前的參數，明確設備的工作狀態，二是負責接收由CThrea-dBeacon線程發送過來的消息，根據消息的具體內容，向調制解調器發送相應的控制指令。車載站在載波發射的行進中，如遇到高大的貨車或小面積的建筑遮擋瞬間遮擋時，這時關閉載波是不必要的，故在信標機線程中，設定當遮擋超過10s后發送關閉消息給調制解調器線程，進而關閉載波發射。同樣在離開遮擋區超過5s后發送開啟消息給調制解調器線程，進而開啟載波發射。具體流程見圖1“載波自動關閉流程圖”。
3實現過程
軟件以visualc++6.0作為開發編譯環境，在基于對話框的應用程序界面中，運用多線程串口通信編程和SNMP網絡編程方法，利用線程間通信機制，完成載波自動關閉功能。軟件啟動時，建立CThreadBeacon線程并啟動運行，運用串口通信編程，在InitInstance函數中，初始化串口參數，線程中使用定時器，頻率為300ms，按照通信協議格式，以查詢方式讀取信標強度，經過適當處理后，以浮點數顯示在監控界面上，范圍是0~10，根據浮點數的大小，來判定天線是否進入遮擋區，如當信標強度小于3時，確定天線進入遮擋區，再以PostThreadMessage的方式發送消息給CThrea-dModem線程。建立CThreadModem線程，運用SNMP網絡編程，在In-itInstance函數中，初始化調制解調器SNMP相關參數，創建兩消息響應函數OnGetParam_Modem用來獲取設備當前狀態，和OnSetParam_Modem用來接收由CThreadBeacon線程發送過來的消息，根據消息的附加參數和當前調制解調器的狀態，確定發送關閉或開啟載波的指令。
4結語
根據預失真器所處的位置，可將預失真分為基帶預失真、中頻預失真和射頻預失真。隨著數字信號處理技術的飛速發展，預失真技術可在數字域內實現，具有電路靈活、成本低等優點；而且可利用自適應算法來跟蹤補償功放因環境因素改變而產生的特性變化。圖1是數字基帶預失真技術結構框圖。數字預失真分為查找表法和非線性函數法2大類。其中，非線性函數法包括Volterra級數法和神經網絡法。考慮到Volterra級數的計算復雜度較高，一般采用其簡化形式（如記憶多項式法）來實現預失真。
1．1查找表法
查找表法是通過建立查找表來離散地描述功放的反向特性，傳統的基于查找表法的預失真實現過程如下：1）測試功放的輸入／輸出信號，獲取功放的即時非線性特性；2）找出功放的理想增益，即功放在線性區工作時的最大增益；3）將功放的輸入特性／輸出特性反轉，由此生成查找表，為每一個輸入信號提供一個相應的預失真信號。建立查找表之后，須考慮查找表的量化誤差問題。由于查找表的表項是有限的，查找表輸入端信號量化時，必然會引起誤差，此時，采用不同的索引技術會對預失真性能產生不同的影響。作為查找表法的核心，查找表地址索引技術闡釋了如何有效地從查找表中找到有用的補償數據。查找表預失真的內部結構如圖2所示，表示輸入信號的幅度，Q模塊為量化器。查找表的地址索引方法包括均勻量化法和非均勻量化法。均勻量化是以輸入信號的幅度為指針，均勻分配其整個變化域以生成查找表。功率法是最常見的均勻量化手段，其把輸入信號功率作為指針，在變化域內均勻量化。但對小信號而言，功率法表項分布稀疏，量化間隔較大，引起的誤差和失真也很大，因此，該方法不適用于小信號較多的功放預失真系統。傳統的查找表法僅根據輸入信號幅度，找出表中最接近該幅度值的一項，該項對應的輸出值即為相應預失真信號的輸出值，不過此方法存在量化誤差。采用插值技術可在一定程度上改善系統的量化誤差，線性插值法是最簡單常用的插值方法。均勻索引的實現過程比較簡單，但存在2個重要問題：輸入信號的統計特性和各區間信號的非線性程度。常見的非均勻索引有功率索引、最優法索引及μ率法索引等。這些方法雖考慮了信號各區間非線性程度的不同，但卻忽視了輸入信號的統計特性。由此可知，查找表建立簡單，實現容易，但是也存在缺點：1）存在量化效應；2）精度要求越高，對查找表的尺寸要求越高，即表項越多，意味著速度性能會下降；3）不能補償功放的記憶效應；4）自適應能力較差。為了盡可能減小這些問題對預失真器性能的影響，文獻［2－3］對無記憶預失真器進行了改進，分別構造二維查找表和分段預均衡器。但當功放記憶效應較強時，二維查找表的線性化效果不太理想。另外，可根據信號的特性，制定相應的改進查找表法，文獻［4］提出了一種改進查找表法，該算法根據OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiple－xing，正交頻分復用）信號的分布特性，對出現概率較小的大幅值信號增加迭代次數，提高了查找表法的收斂速度。
1．2多項式法
由于查找表法結構簡單、易實現，早期多采用該方法對功放進行預失真處理，但其預失真性能的優劣取決于表項的多少，性能改善越好，所需表項越多，相應地，所需的存儲空間也就越大，查找表項的數據和更新表項所需時間、計算量也就越大，因此，對情況復雜的系統，該方法不可取。非線性函數法是常用的預失真方法，其將輸出信號的采樣值與輸入信號一一對應起來，用非線性函數把輸入和輸出信號進行擬合，得到功放的工作函數曲線，由于預失真器的特性與功放特性相反，由功放的非線性函數可得預失真器的非線性工作函數。非線性函數預失真方法已成為近年研究的熱點。功放的建模及模型參數的辨識是功放預失真技術的2個重要組成部分。對于功放的建模，常用的無記憶模型包括Saleh模型、Rapp模型和冪級數模型；有記憶模型包括Volterra級數模型、Winner模型、Hammerstein模型和MP（MemoryPolynomial，記憶多項式）模型。分數階記憶多項式抑制了高階交調分量，但對強記憶效應的功放預失真性能沒有改善；廣義記憶多項式明顯提升了對強記憶效應的抑制能力，但計算量大，復雜度高。文獻［8］在廣義記憶多項式的基礎上，去掉其滯后部分，降低模型系數數量，去掉偶數階次，引入分數階次，提出了一種改進型的廣義分數階記憶多項式模型。仿真表明這種改進模型在系數數量、計算復雜度和線性化能力等方面取得了良好的折中。除上述模型外，增強型Hammerstein模型、EMP（EnvelopeMemoryPolynomial，包絡記憶多項式）模型及DDR（DynamicDeviationReduction，動態偏差）模型都是Volterra級數模型的簡化形式，這些簡化模型可在很大程度上降低計算復雜度。模型建立和模型辨識是記憶多項式預失真的2個重要內容，模型是否合適直接決定預失真方法性能的優劣，如果沒有合適的模型，再好的算法也不會取得精確的預失真結果。模型確定之后，選擇的模型辨識算法是否得當決定著預失真技術的計算復雜度、收斂速度和性能。系統學習結構很大程度上決定了預失真系統的復雜度，須根據具體情況折中選擇學習結構。根據學習器訓練方式的不同，可將學習結構分為直接學習結構和間接學習結構，如圖3所示。從圖3可以看出：直接學習結構簡單，是一個完整的閉環，實時性好，且參數不受系統引入噪聲的影響［7］。自適應算法得到的權值是否是全局最優值會受到初值的影響，可能不唯一［8］。不同于直接學習結構的逆，間接學習結構采用的是后逆，學習器在訓練時，對信號參數的敏感度降低，對實時閉環系統和自適應算法要求不再苛刻，較易于工程實現［9］。預失真訓練器的訓練過程即預失真模型參數的提取過程，核心是自適應算法不斷更新得到的權值最終達到收斂目標值。自適應算法的復雜度和參數提取準確度決定了預失真器的性能及系統實現難易程度。目前參數提取算法大致可分為3類：LS（Least－Squares，最小二乘）算法、LMS（LeastMeanSquare，最小均方）算法和RLS（RecursiveLeastSquares，遞歸最小二乘）算法。在LMS和RLS的基礎上，相繼出現了較多的改進算法，比如變步長LMS算法和QR－RLS算法［10－12］。相比查找表預失真，多項式預失真準確度更高、自適應性能更好，但是其計算復雜度卻比查找表法高得多，線性化性能優劣也嚴重受功放模型描述功放特性精確程度的影響。
1．3神經網絡法
隨著生物仿真學的發展，神經網絡算法日益得到人們的廣泛關注，引起研究者的探索熱情。由于該方法能對功放的非線性特性函數進行擬合，可將其引入預失真器的設計中［13］。神經網絡是根據生物學神經元網絡的原理建立的，它的自適應系統由許多神經元的簡單處理單元組成，所有神經元通過回饋或前向方式相互作用、相互關聯。文獻［14］首先提出了采用神經網絡的方法對功放進行預失真處理。目前最為常用的神經網絡是Minsky和Papert所提出的前向神經元網絡。神經網絡法被廣泛應用在函數逼近和模式分類中，文獻［15］證明了由任意多個隱層神經元組成的多層前向神經網絡可逼近任意連續函數。因此，可利用神經網絡來擬合預失真器的工作曲線，且可用改進的反向算法自適應地更新工作函數的系數。文獻［16］提出一種單入／單出的神經網絡方法，仿真結果表明：該方式能較好地改善三階、五階互調分量，與一般的多項式擬合技術相比，其收斂性能和硬件實現都有一定優勢。文獻［17］提出了一種基于動態神經網絡的幅相分離的方法，核心是對衛星信號的幅度和相位進行分離。由于現有的神經網絡預失真方法的延時效應較大，文中對網絡的系數矩陣進行實時調整，有效減小了計算復雜度，較好地消除了功放非線性和記憶效應，具有較大的實用價值。文獻［18－20］也對神經網絡法做了相關研究，結果表明：與查找表法和記憶多項式法相比，神經網絡有效地提升了功放的預失真精度。目前，在幾種參數辨識方法中，神經網絡法預失真性能最好，最具有研究價值。
1．4聯合查找表和多項式法
在窄帶通信系統中，不須考慮功放的記憶效應，但在進行寬帶通信時，不可忽略功放的記憶效應，但此時基于查找表法的預失真不能補償功放的記憶效應，基于記憶多項式的預失真方法可以補償功放記憶效應。當功放的非線性程度較高時，記憶多項式的預失真性能會有所下降。為解決這個問題，聯合使用查找表法和記憶多項式法來補償功放的非線性和記憶效應。QualidHammi在文獻［21］中提出TNTB（TwinNonlinearTwo－Box，雙非線性兩箱）模型。這種模型由1個MP單元和1個查找表單元構成，按照2個單元位置的不同可分為前向TNTB、后向TNTB和并聯TNTB模型。這種方法的核心思想是：將有記憶效應功放引起的信號非線性失真分解為無記憶的非線性部分和記憶部分，根據查找表法和記憶多項式法各自的特點，采用查找表法補償失真的無記憶非線性部分，采用記憶多項式法來解決失真的記憶效應。文獻［22－28］對結合查找表法和記憶多項式法的應用方法做了實驗驗證，仿真結果證明該方法的預失真性能優于查找表法和多項式法，且并聯TNTB模型預失真性能最好。文獻［29］在上述聯合算法的基礎上，推導出最優分段方法，并將這種基于最優分段數的聯合預失真算法同上述聯合算法進行對比，結果證明最優分段方法能取得更優的效果。為降低TNTB模型的復雜度，MayadaYounes提出一種更精確，同時又能降低復雜度的PLUME（Parallel－LUT－MP－EMP）模型［30］，它由LUT（Look－upTable，查找表法）、MP和EMP并聯組成，實驗證明PLUME模型精度高于TNTB模型，在保證和GMP同樣精度的條件下，能減少45％的系數數量。
2信號處理技術結合預失真技術
為了在有限的頻段內實現更多的數據傳輸，寬帶、高峰值平均功率比信號〔如MCM（MultipleCar－rierModulation，多載波信號）〕得到越來越廣泛的應用，FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，頻分復用）信號就是多載波傳輸信號的一種。多載波調制的原理是把高速傳輸的數據流轉換為N路速率較低的子數據流進行傳輸，符號周期為原來的N倍，遠大于信道的最大時延擴展。此時，將1個頻率選擇性信道劃分成N個窄帶平坦衰落信道（均衡要求降低），使其具備很強的抗多徑和抗干擾能力，適用于高速無線數據傳輸。但FDMA技術的缺陷在于它的峰均功率比高，因此放大器的非線性特性給通信傳輸帶來的各種問題會更加突出。在數字預失真效果改善的基礎上，為進一步提高線性化功放的線性度效率，可根據信號特性采取相應的信號處理技術與預失真項組合方案。針對高峰均比信號，文獻［30－32］還提出了以下幾種組合方案：DPD與CFR（CrestFactorReduc－tion，削峰技術）的結合，DPD、CFR與Doherty技術的結合，以及DPD、CFR與ET（EnvelopeTrack－ing，包絡跟蹤）技術的結合等。對CFR的研究已有20多年，隨著最近十年現代移動通信的飛速發展，CFR的研究成為熱點。相關文獻著作中也給出了許多CFR實現方案，可歸結如下：限幅濾波法、峰值加窗法及部分序列傳輸法等。相關的實驗仿真已證明，對進入預失真器前的高峰均比信號進行削峰處理，可以提高系統的預失真性能。
3結論
