时间：2022-07-13 07:10:12
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1.1信号采集天线对准某颗通信卫星（如中星6A）后，移动车载站上的卫星信标接收机会收到一定强度的卫星信标，信标值的大小用来衡量对星的准确度。信标机提供串行通信接口，通过串口服务器，将串行通信做协议转换为网络通信协议，再通过一根网线与交换机连接，最终与控制计算机进行数据交换。设备连线后，在计算机上要进行虚拟串口映射，即把串口服务器的串口映射到计算机上，映射成功后，就可以把这些虚拟串口作为计算机上的串口使用，解决计算机本身无串口的问题。载波的发射状态是通过改变调制解调器参数来实现的，控制载波发射状态实际上通过控制调制解调器的发射状态继而达到控制载波状态的目的。调制解调器提供网络接口，通过交换机最终与控制计算机进行数据交换。控制软件实时监视信标机和调制解调器的工作状态，以此作为发送控制指令的依据。
1.2信号处理通过监控软件完成，为了不占用更多的主线程资源，监控软件分别建立两个独立的线程CThreadBeacon信标机线程类和CThreadModem调制解调器线程类，通过这两个线程的通信处理载波的关闭与开启。当确定天线进入遮挡区后，CThreadBeacon信标机线程根据当前的信标强度和调制解调器载波发射的状态，发送打开或关闭载波的消息给CThreadModem线程。CThreadModem线程主要有两个作用，一是读取调制解调器当前的参数，明确设备的工作状态，二是负责接收由CThrea-dBeacon线程发送过来的消息，根据消息的具体内容，向调制解调器发送相应的控制指令。
车载站在载波发射的行进中，如遇到高大的货车或小面积的建筑遮挡瞬间遮挡时，这时关闭载波是不必要的，故在信标机线程中，设定当遮挡超过10s后发送关闭消息给调制解调器线程，进而关闭载波发射。同样在离开遮挡区超过5s后发送开启消息给调制解调器线程，进而开启载波发射。具体流程见图1“载波自动关闭流程图”。
2实现过程
软件以visualc++6.0作为开发编译环境，在基于对话框的应用程序界面中，运用多线程串口通信编程和SNMP网络编程方法，利用线程间通信机制，完成载波自动关闭功能。软件启动时，建立CThreadBeacon线程并启动运行，运用串口通信编程，在InitInstance函数中，初始化串口参数，线程中使用定时器，频率为300ms，按照通信协议格式，以查询方式读取信标强度，经过适当处理后，以浮点数显示在监控界面上，范围是0~10，根据浮点数的大小，来判定天线是否进入遮挡区，如当信标强度小于3时，确定天线进入遮挡区，再以PostThreadMessage的方式发送消息给CThrea-dModem线程。建立CThreadModem线程，运用SNMP网络编程，在In-itInstance函数中，初始化调制解调器SNMP相关参数，创建两消息响应函数OnGetParam_Modem用来获取设备当前状态，和OnSetParam_Modem用来接收由CThreadBeacon线程发送过来的消息，根据消息的附加参数和当前调制解调器的状态，确定发送关闭或开启载波的指令。
3结语
为了使构建的卫星通信业务基本框架符合企业运营流程管理逻辑，支撑卫星网络规划建设，提供面向客户的运营服务和保障，卫星通信业务基本框架采用自顶向下的方法，对卫星通信服务进行模块划分、描述和定义，力争构建起一个涵盖卫星通信业务建设、运营、管理完整业务链、全面系统的基本框架。
1.1基本框架的模块设计思路
对于卫星通信企业来说，卫星通信业务是其最根本的核心产品，卫星通信企业是通过向客户销售卫星通信业务产品，以实现满足客户需求、增加客户价值和公司盈利发展。因此，我们首先选取卫星通信业务为切入点，希望采用价值链分析方法对卫星通信业务产品的全生命周期进行细化分解，力争能够理清、认识、理解各组成环节要素及其相互关系，为基础框架的设计奠定基础。如图1所示，在一个卫星通信业务的全生命周期中，主要包括了前期客户需求调查研究、业务规划、产品设计、能力建设，中期的市场营销、业务开通、服务保障、运行维护，以及后期的业务产品退出或转型升级等各环节要素；另外在其各个环节实施过程中还需要企业人力、财务、质量管理、知识管理、品牌建设等运作管理环节进行基础支撑保障。从图1可以看出，卫星通信业务的全生命周期基本上分为两个阶段，第一阶段为前期卫星通信业务规划和能力建设，其主要完成了由战略和业务目标驱动，进行基础设施建设和形成业务产品或服务能力；第二阶段为中后期的卫星通信业务的运营和服务，主要承担了对业务产品进行运营管理并形成服务能力和产生收益。两个阶段之间相互关联、协同发展。业务规划与能力建设工作是运营与服务工作的前提和条件。只有设计出满足市场需求的业务产品，并能够及时具备能力并推出市场，才能够向客户提供满意的服务和可靠地运营保障；另一方面，运营与服务工作是业务规划和能力建设的实现和发展。业务规划和能力建设工作完成之后，必须通过运营和服务来实现产品销售和客户价值增加，在给客户提供服务的过程中不断发现和挖掘客户需求，并能够及时反馈给业务规划与能力建设进行业务产品的改进、提升和开发，从而形成最令用户满意、最具竞争力的优质服务产品。与此同时，两个阶段的各个环节都需要企业管理来进行支撑和保障。对于运营服务型企业来说，其更加关注运营与服务，所有业务规划与建设以及企业管理工作，都是企业为了通过运营服务产生价值、满足客户需求所需不同层面的服务保障工作。因此，为了在基础框架中突出强调卫星通信业务的规划建设和运营服务支撑的两个关键环节，同时体现出企业管理的基础支撑和保障作用，我们从总体上将卫星通信业务基本框架分为三大模块，即，战略与基础设施模块、运营与服务模块和企业管理模块，如图2所示。
1.2基本框架的层次设计思路
客户的卫星通信业务需求分类多种多样，我们可从市场、产品、资源和组织四个关键因素进行分析研究。客户购买的是卫星通信业务产品，而卫星通信企业的核心基础设施所能支撑的仅是企业向客户提品所需要的资源能力，要想将资源能力转化为客户需求实现，还需要通过卫星通信业务产品进行有效衔接。对于卫星通信企业而言就是对各种卫星通信资源和服务能力进行规划、设计和组装，形成了可以独立计价和运维支撑的业务产品。此外，客户所需业务产品多样，卫星通信服务商还需要结合供应商或者合作伙伴的基础设施资源进行有效组合使用，以发挥核心资源的最大效能和满足客户需求实现。因此，客户需求的实现主要由卫星通信企业的市场、业务、资源和供应商等关键因素协同完成。另外一方面，在基本框架的设计中，我们希望构建起能够面向客户的端到端运营服务支撑体系，即以客户需求为引导，业务实现为手段，资源、供应商和组织管理流程为保障的运营服务体系。主要经过市场需求的挖掘、提炼与转达，业务的开发、集成与实施，调动内外部资源，最终实现业务并反馈给用户的过程，如图3所示。该过程中，输入端是市场，输出端也是市场，形成的是一个从市场到市场的端到端的闭环，从而最终实现为客户提供最为优质和满意的服务。综上所述，为了表明客户需求实现过程中四个关键要素及其之间的相互支撑关系，并强调打造端到端的高效运营服务体系，我们在三大模块基础上，又将卫星通信业务基本框架划分为四个层次，包括市场层、业务层、资源层和供应链层，如图4所示。如图4的层次设计，将市场层放在最高层客户紧邻的第一位，突出强调企业是从客户需求出发，以客户需求为根本依据的理念；逐级向下的各层分别为业务层、资源层和供应链层，充分体现了客户需求实现是通过具体业务来实现，业务产品需要资源提供支撑，最底层的供应商和合作伙伴为企业提供除核心资源以外所需配套资源的各要素协同关系。这种层次设计充分体现出卫星通信企业的以客户为中心为市场服务的运营理念。
2基本框架各模块的设计
根据前述基本框架结构设计思路，我们对卫星通信业务基本框架各模块进行进一步设计和定义，各模块功能描述如下。战略与基础设施模块设计战略与基础设施模块主要负责指导和支撑运营服务。包括市场战略、资源战略的制定、基础设施规划、基础设施的构筑、产品和服务的开发和管理以及供应链/价值链的开发和管理。其中，基础设施不仅包括空间卫星资源的规划、建造、测控、运营和退役的全生命周期管理，还包括支撑产品运营服务的其他硬资源和软资源，如地面测控系统、客户关系管理、知识共享库，等等。运营与服务模块设计运营与服务模块主要负责客户需求实现和服务保障。包括日常的服务提供、运营支撑准备、质量保障以及销售管理和供应商/合作伙伴关系管理等，其包含所有由客户驱动的直接面向客户的运行和管理工作。组织管理模块设计组织管理模块为完成战略与基础设施模块和运营与服务模块所需进行的公司内部机构组建，包括了任何商业运行所必须的基本的企业或商务支持。
3基本框架各层次的设计
3.1市场层设计
市场层主要包括客户需求挖掘、分析、客户细分、销售和渠道管理、市场营销管理、服务产品和定价管理，以及客户关系管理、问题处理、服务等级协议管理和计费等。在战略与基础设施模块内，市场层提供对企业核心业务产品的规划开发管理，包括制定战略、开发新产品服务、管理现有资源、实施市场及战略等所需职能。在运营与服务模块内，客户关系管理集中考虑客户需求的基础情况和管理。
3.2业务层设计
业务层包括业务的设计开发、业务配置、业务问题管理、质量分析以及业务使用量的计费等。在战略与基础设施模块中的服务开发与管理就是为运营与服务模块提供所需产品或服务能力的规划、开发和建设，它包括服务战略制定、服务的性能管理和评估、确保未来服务需求能力等所必须的功能。在运营与服务模块中业务运行管理聚焦于对客户服务的提供，包括客户需求分析、服务方案设计、和服务保障等客户服务所需的功能性需要。本层的焦点是服务提供和管理，面向客户提供个性化服务。
3.3资源层设计
资源层主要包括基础设施的规划设计、建设和管理，是为支持卫星通信运营服务所需的卫星资源、地面基础设施和软资源等的规划、开发和交付，主要包括卫星资源、卫星测控站、业务监测站、运营服务网络平台、IT系统、知识共享库等，以及新技术的引入与现有资源技术的互相作用、现有资源性能管理和评估，确保满足未来服务需求的能力等所必须的功能。资源管理和运行主要负责卫星资源管控（卫星性能监视、分析和控制）和其他地面基础设资源的运维管理等所有功能性责任，确保各类基础设施资源平稳运转，能够为客户提供所需的端到端服务能力，并直接或间接地响应服务、客户和员工的需求。同时也包括对资源的功能集成、关联和实时数据统计，以便进行信息综合管理和采取提质增效措施。
3.4供应链层设计
供应链层主要包括处理与卫星建造商、设备提供商、集成商和工程服务商等合作伙伴的交互，它既包括基础设施的供应链管理，也包括与供应商和合作伙伴之间关于日常运营的接口管理。
4基本框架的整体设计
综合上述分析，卫星通信业务基本框架模型一方面突出卫星服务商的基础设施规划建设和运营服务支撑的核心重要性，另一方面强调面向客户、聚焦前端提供端到端的服务交付能力，从而我们可以得出卫星通信业务基本框架的整体结构设计，如图5所示。如图5所示，箭头以上半部分代表从卫星通信业务的全生命周期管理和客户需求实现两个维度进行的三个模块、四个层次结构设计思路；箭头的下半部分表示抽象化、可视化的卫星通信业务基本框架结构设计。该基本框架从顶层将卫星通信业务服务商划分为战略与基础设施、运营与服务和组织管理三大模块，并在框架布局上体现出面向客户的服务中战略与基础设施是前提先导，运营与服务是关键实施，组织管理是全过程支撑的运营特点；该框架自上而下的四个层次架构设计，充分体现出卫星通信企业是以客户需求为引导，以业务实现为手段，以资源和供应商为保障的层次递进关系，各层次环环相扣，紧密链接。这种以客户为中心，面向市场的层次设计，确保企业在享用客户需求时更迅速、策略更灵活，大大提供客户满意度，同时能够更优化企业内外部软硬资源的工作效能，以最高效的方式为客户提供最适当的信息服务，真正做到让大市场来主导企业的流程架构。
5结束语
卫星信号复用模块的功能是：将船载北斗收发设备与其原配的控制终端设备进行分离；将信号根据不同策略复用为两路数据信号；提供与数据采集终端的接口。图1给出了卫星信号复用模块与系统的其他部分的连接的方式。其中的北斗卫星通信天线完成北斗信号的收发、导航信号的接收以及双向数字接口的信号交互；北斗控制终端是国内北斗星通公司开发的多用途控制设备，其功能涵盖了导航、轨迹录、报文收发和紧急情况下的报警呼救等；数据采集终端是本系统中的采集数据的收发系统，利用人工输入海洋资源数据，并通过卫星信道将数据发回北斗整列控制中心。卫星信号复用模块是各个模块的通信中枢，完成设备对信道的申请和释放，并且为各个工作子系统供电，系统对其工作稳定性和可靠性提出了较高的要求。图2给出了卫星信号复用模块的内部结构图。其中RXD_T和TXD_T分别表示RS232电平的北斗卫星天线的数据收发信号；RXD_K和TXD_K表示北斗控制终端的RS232数据收发信号；RXD_C和TXD_C表示数据采集终端的数据收发信号。其结构比较简单，但是在前期的设计和测试中发现了一系列可靠性问题。长时间地将数据采集终端以在线方式工作会造成卫星天线或者控制终端无法收发数据，因此在设计上采用了回馈电源模式，即当采集器不工作时，切换电路工作于信号直接切换模式，信道不受数据采集器控制。同时还发现当数据采集器不工作时，地线连接会造成数据串扰，所以在设计中采用了地线切换模式，当采集器不工作时将地线断开。为了进一步提高可靠性，降低干扰，信号切换没有采用有源的电子器件，而采用了电磁式继电器，当采集器不工作时系统的信号处于机械切换模式。采取上述措施后，系统无响应和数据通信失败的现象基本没有出现。
2控制终端设计
控制终端是数据采集人员的操作设备，其功能是输入采集的数据并且将数据发送。控制终端采用了ARM9架构的S3C2440作为核心处理器，利用自主开发的嵌入式操作系统，采用面向对象技术进行开发。其设计的模块结构图见图3。S3C2440核心板上有SDRAM与NANFLASH，分别用于应用程序的执行和程序的存储；北斗控制终端接口包含了北斗天线的串行控制口和电源；智能液晶显示接口通过串口2将核心板的显示控制数据传递给智能液晶模块；阵列式扫描接口读取操作人员的输入键值用于数据控制。控制终端的软件结构图见图4。扫描键盘处理模块驱动阵列式键盘，读取用户的输入键值，并提交系统处理；智能终端GUI模块负责用户的图形界面处理，主要功能包括控件界面绘制，事件响应以及消息传递；GPIO电路驱动模块用于控制卫星信号复用模块的北斗信号切换，以及北斗系统电源的管理；伪汉字空间的转换模块负责将采集到的数字信号映射到GB2312的汉字空间，以适应北斗卫星通道的数据传输；稀疏数组压缩模块解决了北斗数据包短，而采集数据量较大的问题，通过自定义的无损压缩算法，将采集的数据高效率压缩以适应北斗数据通道的特点；北斗数据编码解码模块负责将处理好的数据以北斗规定的格式编码和解码；系统参数管理模块负责管理存储在智能终端中的系统参数，以配置不同的应用方案。
3伪汉字编码方案
北斗卫星通信系统对用户的级别做了严格限制，民用的北斗运营商普遍采用了内容过滤程序，即当发现传输内容为GB2312国标码时，允许数据通过，当发现传输内容为非GB2312国际码时不允许数据通过。数据采集的数据格式不符合GB2312编码标准，因此在系统设计上遇到了数据无法传递的困难。为了解决上述问题，设计了伪汉字编解码方案。其基本思路是：编码时将原始的数据流进行分解，分配到多个汉字空间，解码时从汉字空间提取出数据流，并且将拆分的数据进行合并。GB2312是北斗采用的汉字通信系统，用于民用终端的数据发送。GB2312中每个汉字由2个字节组成，第一个字节的范围为176~247，而第二个字节的范围为160~254。因此第一个字节的有效编码空间为0~71，而第二个字节的编码空间为0~94。为了简化算法，将两个字节的编码空间都设置在0~63即2的6次方范围内。实际上将数据看成一个Bit流，将8Bit为单位分解为6Bit为单位，其示例图见图5。图中上方的8Bit的3个字节被看成24Bit的数据，在图中部分解到4个字节，每个字节为6位，高2位补零。实际上上方的数据与中部的数据从Bit流看来都是24Bit。得到4个字节的6Bit数据后，在每个字节上加上176得到图5中下部的数据，即伪汉字编码。该编码的范围位于GB2312的范围内，可用于北斗信号的数据传送。解码的过程与编码的过程相反，不再叙述。在编码的过程中还会遇到实际问题：图5中演示的情况属于比较特殊的情况，输入的数据的字节数量是3的倍数，输出的字节数量为4的倍数。现实的数据流不一定满足上述要求，例如如果输入的数据是4个字节，输出需要的字节数是6个字节；如果输入的是5个字节输出的需要6个字节。这样会给编解码带来巨大的困难。为了简化编解码，可以将数据进行特殊的处理，办法是在传递的数据中增加一个数据的长度指示，并且将数据进行整数倍拼凑。其过程见图6。在数据的头部附加了一个长度指示器，其作用是当收到的数据后部附加的有PAD时可以将原始的数据提取出。PAD是附加在有效数据后面的无效数据，PAD的数量根据原始数据长度变化，其数量为0~2个。数据扩展的原则是将数据的整体长度扩展为3的倍数。这样得到的伪汉字编码的数据长度就是4的倍数，如此扩展的目的是有利于编码和解码。
4北斗数据通讯阵列与系统整体架构
由于北斗系统是军民两用系统，并且随着用户数量的增加，通信带宽日益紧张，为了保障系统中的高级用户权限，对用户的收发信息的频度做了限制，平均一分钟才能发送一条信息。而对于接收信息的频度却没有限制，所以信息的接收相对较快。由于北斗的信息通道采用了无验证的协议，发送方无法得知接收方是否成功接收数据。为了保证通信的可靠性，本数据采集系统对北斗通信协议进行了改进。具体方法为：发送方发送消息后，从系统中获取一个随机变量用于产生延时，如果在规定的时间长度内没有收到对方发来的验证数据就继续发送，直到成功收到接收方的验证数据报。采用上述协议后，系统通信的可靠性得到了提高，但却给北斗的通信系统带来的严重负担。特别是随着采集系统数量的增加，控制中心的通信负担日益加大，采集终端数据发送的成功率也大幅下降，严重影响了系统的正常工作。为了提高系统的数据吞吐率，利用北斗系统收发速率不平衡的特点设计了北斗卫星阵列，采用了单点接收设备以及多点发送的通信模式。当接受北斗设备收到采集系统来自海上的信息后，根据负载平衡的算法，从发送阵列中选择一个空闲设备完成数据发送。如果没有空闲设备就根据负载最少原则获取北斗发送设备并将数据压入发送消息队列。采用北斗阵列和负载平衡算法后，数据的吞吐率提高，系统的反应速度加快，也提高了采集设备的用户体验。系统的整体结构见图7。多个北斗设备通过统一的网关接入北斗应用服务器，相关的控制软件运行在其上，负载解析和实现北斗设备的控制协议，系统的负载平衡以及将采集的数据回写到数据库服务器。系统决策服务器上运行的软件负责解析数据，分析相关的资源信息，以及GIS的控制信息。Web服务器对通过VPN网关的远程用户提供了数据访问服务，由于数据，对不同的用户采用了硬件加密的认证模式，数据的传输也经过了加密通道的处理。
5实际应用
该研究项目经过多年的研发已经在海洋渔业资源、海洋生态和海洋安全方面得到广泛应用。为了分析海洋渔业资源，在本终端上设计了渔业捕获实时报告系统。具体方法是针对渔业捕捞的的各种船型，每种船型选择常见的50种鱼类，将鱼类的名称和图片写入终端。船员在捕捞结束后利用本终端将各种鱼类的产量通过北斗发送给控制中心。其中的数据不仅有渔获产量，而且还有捕捞的时间和地点，控制中心将数据记录入数据库后，结合相关的港口渔获数据，以及海洋卫星遥感数据，可以分析海洋鱼类的巡游规律，并且指导渔业生产。渔业管理部门也可以了解海洋整体上的生产情况，以便合理地进行生产管理。目前已经在南海生产渔船上安装了近300套设备，大部分设备工作正常。图8给出了第二代渔获采集终端实物，图9给出了GIS软件上的安装了设备的渔船的作业分布图。该系统还用于渔场预测，结合卫星遥感信号得到的温度、洋流和叶绿素等相关因素，根据终端传回的数据，分析渔场并将得到的预报信息通过控制中心发送到终端上，从而指导渔业生产，减少资源消耗，提高经济效益。图10给出了渔场预报的样图。该设备还用于增值放流工作的检测：为了保证渔业资源的稳定，需要人工放流鱼种。为了跟踪放流鱼种的生长和巡游情况，放流前在部分鱼种上留有标志，并且在放流前将标志与鱼种信息记录在数据库中，当鱼被装有终端的渔船捕获后，船员将鱼的参数和标志编号输入终端，通过北斗发回控制中心，相关的放流数据就可以进入软件分析，从而得到放流的效果评估。目前本终端还具有了天气预报信息的发送以及他国渔船越界捕鱼事件报告的功能，可以在渔业安全和保护国家渔业资源等方面发挥作用。
6结束语
1.1卫星通信系统组成卫星通信系统由两段组成，即地面段和空间段。
1.1.1空间段空间段包括通信卫星以及地面用于卫星控制和监测的设施，即卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站，能源装置等。
1.1.2地面段地面段包括所有的地球站，这些地球站通常通过一个地面网络连接到终端用户设备，或直接连接终端用户设备。地球站的主要功能是将发射的信号传送到卫星，再从卫星接收信号。地球站根据服务类型，大致可分为用户站、关口站和服务站3类。
1.2卫星通信系统的工作过程卫星通信系统地球站中各个已调载波的发射或接收通路经过卫星转发器转发，可以组成多条单跳或双跳的双工或单工卫星通信线路，整个通信系统的通信任务就是分别利用这些线路来实现的。单跳单工的卫星通信系统进行通信时，地面用户发出的基带信号经过地面通信网络传送到地球站。在地球站，通信设备对基带信号进行处理使其成为已调射频载波后发送到卫星。卫星作为中继站，接收此系统中所有地球站用上行频率发来的已调射频载波，然后进行放大和变频，用下行频率发送到接收地球站。接收地球站对接收到的已调射频载波进行处理，解调出基带信号，再通过地面网络传送给用户。为了避免上下行信号互相干扰，上下行频率一般使用不同的频谱，尽量保持足够大的间隔，以增加收发信号的隔离度。
2卫星通信所使用的频率
卫星通信所用的频率大多是C频段和Ku频段，但是由于业务量急剧增加，这两个频段乃至1—10GHz的频段都显得过于拥挤，所以必须开发更高的频段。现已开发出Ka（26—40GHz）频段，其带宽是3—4GHz，远大于上述两个频段。
3卫星通信的基本参数
3.1有效全向辐射功率：也称等效全向辐射功率，其定义为发射机发出的功率与天线增益的乘积。
3.2噪声系数和等效噪声温度：噪声系数，定义为接收机的输入信噪比与输出信噪比的比值，它用来表示接收机噪声性能的好坏。根据噪声理论，电子元器件内部的电子热运动和电子不规则的运动都将产生噪声，而且温度越高，噪声越大。所以接收机的噪声可用等效噪声温度来衡量。等效噪声温度是假设接收机输入端接一等效电阻，该电阻在一定温度下与该系统实际产生的噪声温度相同的热噪声。
3.3载噪比：卫星通信线路中的载波功率与噪声功率之比，是决定卫星通信线路性能的最基本的参数之一。
3.4地球站的品质因数，定义为接收机天线增益与接收端系统噪声温度之比。
3.5卫星转发器饱和通量密度：表示卫星转发器的灵敏度，其基本含义是，为使卫星转发器单载波饱和工作，在其接收天线的单位面积上应输入的功率。
3.6门限载噪比：为保证用户接收到的话音、图像和数据的质量达到一定要求，接收机所必须得到的最低载噪比，也是门限载噪比的含义。
4卫星通信与互联网
互联网是全球最大的多媒体商用网络、信息库和数字媒体。互联网和数字技术的发展使得所有信息内容都在网上实现，特别是数字音视频技术使得可以在互联网上看电视听广播[3]。由于卫星通信具有三维无缝覆盖能力、远程通信、广播特性、按需分配带宽，以及支持移动性的能力，成为互联网摆脱自身诸多问题的一个重要途径，也是向全球用户提供宽带综合互联网业务的最佳选择[4]。基于卫星的互联网是卫星直播、数字音视频、互联网的有机结合，作为一个开放、宽频、实时广播的网络平台，可以提供以下服务。
4.1宽带互联网接入，可根据使用者的需求，通过地面网络和卫星线路回传。
4.2多媒体服务，比如网页内容投递、内容镜像、缓存、数字电视、商务电视、流式音视频、软件分发(更新)、远程教学、信息商亭等。
4.3交互式应用，如视频点播、网上学习、网上游戏等。卫星通信与互联网结合能够带来很多益处，同时也应注意到，卫星系统和现有互联网地面基础设施之间的结合存在着互操作性问题，再设计和实现基于卫星的互联网时还存在许多技术挑战。
5卫星通信与导航定位系统
该系统是以人造卫星为导航台的星基无线定位系统，其基本作用是向各类用户和运动平台实时提供准确、连续的位置、速度和时间信息。目前该技术已基本取代无线电导航、天文测量和大地测量，成为普遍采用的导航定位技术。拥有此技术及能力，国家就会在政治、军事和经济等诸多领域占据主导地位，因此世界各大国不惜花巨资发展这一技术。1958年美国为解决北极星核潜艇在深海航行和执行任务中的精确定位问题，开始研究军用导航卫星，命名为“子午仪计划”，从1960年起就取消了无线电导航，第二代导航系统即———GPS(GlobalPositioningSyitem)便应运而生。俄罗斯的GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)是继GPS之后又一全球卫星导航系统，欧盟与欧空局也开发了新一代卫星导航系统———伽利略（Galileo）系统，习惯上称其为3G（GPSGLONASSGalileo）系统。我国的导航定位技术始于GPS，从2000年10月开始，我国发射了多颗导航卫星，命名为北斗卫星导航系统，现已覆盖我国及周边地区，预计2020年前后覆盖全球。
6卫星与激光通信
卫星与激光通信是利用激光光束作为信息载体在卫星间或卫星与地面间进行通信。经过多年探索，卫星激光通信已取得突破性进展，逐步成为开发太空、利用广阔的宇宙空间资源提供大容量、高数据率、低功耗通信的最佳方案，对于国防及商业应用都具有极大的价值。其原理是信息电信号通过调制加载在光波上，通信双方通过初定位和调整以及光束的捕获、瞄准和跟踪建立起光通信链路，然后在真空和大气中传播信息。其组成有激光光源子系统、光发射/接收子系统、APT子系统和其他一些辅助系统，其工作过程如下：
6.1发射过程。使用不同的激光器，产生信号光和信标光。经准直系统对激光进行光束准直后，具备了合适的发射角，2束光由合束器合成1束光，然后经分光片、精对准机构和天线发射出去。
6.2接收过程。接收到的光经过天线和分光片后，信标光一部分到达粗对准探测器，由粗对准控制器控制和驱动电路控制粗对准机构，完成粗对准和捕获；信标光另一部分经精对准机构、分光片、分束片到达精跟中踪探测器，由精对准控制器控制精对准机构，完成双方的精确对准和跟踪。信号光由信号光探测器检测。
7卫星与量子通信
卫星搭载量子通信技术，能够使人们借助外太空的卫星平台，建立星地高效自由空间量子信道，实现量子保密通信、星地量子纠缠分发、量子隐形传态实验。我国拟在近期发射量子通信卫星，在卫星平台应用量子技术的能力将达到世界领先水平。
7.1星地量子通信通过自动跟踪瞄准系统在高速相对运动的地面站和卫星终端之间建立高效稳定的量子信道，地面站随机发送H/V和+/-四种偏振状态的单光子信号；接收端接收量子信号，并随机选择H/V或+/-基矢对单光子信号进行测量；测量到足够的量子比特后，接收端将通过经典信道通知发射端其每次测量所用的基矢，抛弃所用基矢不一致的测量结果；接收端再将基矢选择一致的测量结果取一部分在经典信道公布出来供发射端校验。通过这一过程就可以在星地之间建立安全的量子密钥。
7.2星地纠缠分发将纠缠光源放在卫星上，通过搭载在卫星平台上的望远镜系统和自动跟瞄系统同时与两个地面站之间建立量子信道。将纠缠光子对的两个光子分别发送给两个地面站，两站在满足类空间隔条件下分别对纠缠光子对进行独立测量，观测量子纠缠现象。
7.3星地量子隐形传态地面量子信源产生一对纠缠光子，其中一个光子通过地面发射端传输给卫星，另一个放入量子存储器中存储起来。空间量子通信平台将接收到的光子态和未知量子态进行联合Bell态测量，同时将测量结果通过经典信道传输给地面系统。地面系统将另一个纠缠光子从量子存储器中读出来，并根据空间量子通信平台的测量结果进行相应的幺正变换，从而得到空间量子通信平台的未知量子态。
1.1北斗卫星通信系统的主要特点
北斗卫星通信系统的主要特点体现在抗雨水能力强，具备高可靠性和低功耗且简单维护的特点，再加上是由我国自主独立研发，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够实现和水情测报系统的无缝集成。特别是水情自动测报系统更加注重短通信的数据传输，而这一点正是北斗卫星通信系统所特有的优势。这个系统的工作频段主要有L/S/C，其频段范围较宽，所以在信息传输方面拥有其独特的优势。
1.2北斗卫星技术下的水情自动测报站的主要构成
北京市的北斗卫星技术下的水情测报站的主要构成包括了四个方面。第一是北斗通信模块。主要选择的是用户终端。该北斗卫星的用户终端主要有天线设备和主机设备两种，而且这两种设备的终端体积也相对较小，且操作比较简单，安装维护工作也非常容易。其主要信号的传送机制是通过瞬间突发的模式，这样也能够有效的降低用户终端的功耗。而且也能够支持环境恶劣的野外水情测报。第二是测试中心的终端机。测试中心一般远离监测中心，所以需要通过遥测的方式来实现。这种终端机能够和不同的传感器进行连接，并支持不同的数据通信模式。北京的水文测试中心的遥测终端就支持北斗卫星通信，同时也支持了GSM通信和GPRS通信等。并能够根据信号的变化自动切换，从而保障遥测数据能够及时的反馈到监测中心。第三就是前端的传感器。这些传感器主要有涉及到测报水情的相关数据需求，包括了水位传感器和雨量传感器以及水质、水位等传感器等。第四就是电源。电源主要选择的是密封的蓄电池，并能够通过太阳能板进行充电，这样能够具有一定的环保性。另外这些电池还具有自动启动和切断的装置，只有在发送数据的时候才会启动，从而提升蓄电池使用寿命，并节省用电。
1.3北斗卫星通信链路分析
北京市某地北斗卫星的通信链路构成主要包括了北斗卫星以及网管中心。这个链路的功能就是对水情测报站的数据进行备份以及进行查询和下载。
1.4北斗卫星的监测中心
北斗卫星的监测中心自然是这个水情测报系统的核心，主要有由卫星指挥型终端以及数据接收端和数据库等构成。这个监测中心是所有数据的交汇点。同时也是控制中心。第一是卫星接收终端。主要具备兼收功能和通播功能以及全信道锁定以及大数据处理功能。同时还包括了内置的电池。第二就是接收数据服务器。这是专门集中管理数据的重要设备。具备两个信道来进行接收。其中第一个信道主要是连接互联网，通过互联网来进行数据接收。第二个信道则是通过卫星系统。在北京某地的水情测报系统，这个信道就是和北斗卫星通信系统进行实时的数据接收。这个数据也能够通过RS232串口来接收。第三就是水情数据库。当数据接收服务器接收到各种途径获得数据之后，就会对这些数据进行解码和分析，然后将水情数据录入到水情数据库中，从而为各种水情的应用提供服务。第四是数据应用服务器。这个服务器主要是对水情数据进行处理和存储以及统计报表等。另外监测中心能够将指令或者某一个执行动作信息发到各地的遥测站点，或者指定某个遥测站点进行发送。
1.5北斗卫星自动测报的软件设计
北斗卫星自动测报的系统软件主要包括两个部分。其一是控制测站的软件。在北京的水情自动测报系统中，主要是有北斗卫星监控中心以及遥测站点形成一对多的传输关系。遥测站将感应信息通过卫星传输到监控中心，然后监控中心反馈收到信息。而这些遥测站点会根据相应的反馈信息进行相应的处理，或者转入休眠，抑或是重新要求遥测站点进行收集数据。其二就是软件系统的处理。这是系统软件的关键部分，能够对遥测站点传输的数据进行多元化的处理，从而为相应的使用人员提供多种的水情服务，有助于提升当地的水情观测水平。
1.6通信机制的设计应用
北京的水情自动测报系统的通信机制设计的关键在于解决了通信频度控制问题以及信息格式的设计问题两种。其一是通信频度的控制策略。基于北斗卫星通信系统的收费标准要比移动的GSM以及全球卫星定位系统的GPRS的费用都要高出不少，根据北京市场大概要高出5倍多。因此在发送信息策略上和普通的移动遥测站的数据传输策略要尽心差异化。只有在出现明显差异的水情数据时，才会性发送。根据北京的通信费用，每次传输为0.5元。因此北京的遥测站点设置传输策略为每小时传输一次。如果没有发生变化，如没有下雨，每天在早晨8点发送一次平安数据报。这样就能有效的降低信息的传输次数，节省了传输费用。其二就是在信息格式设置上，北斗卫星通信系统可以设置的短字节有43字节数和70字节数以及98字节数三种，字节数越大，那么单次的传输内容就越多，因此费用也就越高。由于水情数据相对较为复杂，而且为了提升数据的准确性，在北京的水情自动测报系统上，就采用了98字节数进行传输，所以每次的传输价格在1元。
2结束语
1.性能分析
CFDAMA基本接入方式能够实现较好的时延/吞吐量性能。CFDAMA－PA成功的将按需分配和自由分配结合在一起，采用固定预约时隙分配的形式来保证用户接入的公平性和实际业务需求量，在信道负荷较低的时候，其平均时延和固定分配方式保持一致，在信道负荷逐渐增大和接入用户数变化较大时，存在资源利用率下降的问题。CFDAMA－RA在低信道负荷时由于采用的竞争方式进行接入，对信道利用率更高，但对于用户接入的公平性却不能保证，并且存在接入过程中的碰撞，在高信道负荷时碰撞概率逐渐增大，平均时延性能也急剧下降。CFDAMA－PB通过对上行数据帧结构的改进，减小了用户发送预约时隙请求的间隔时间，但随着信道负荷的增大，某些用户会因为其他用户预约请求的资源占用导致无法发出预约时隙请求，同样不能保证接入的公平性。因此，如何保证用户的接入时延和接入过程中的公平性，成为本文的一个研究重点。
2.CFDAMA－PRI
由于当前数据业务大多突发性较强并且业务类型呈现多样性，抽象出来这类数据业务流通常用ON－OFF信源模型来表示［5］。而在此信源模型的情况下，数据业务具有很强的突发特性，用户的预约时隙请求也带有很强的随机性和不确定性。基本的CFDAMA接入方式此时由于多次请求造成的再分配策略和预约请求的冲突概率增大，在信道负荷较高和接入用户数逐渐增大时，其性能受到明显的影响。CFDAMA－PR协议在用户时隙申请阶段对发送队列的堆积状况进行判断，比较当前时刻和上一时刻发送队列中数据分组的差值Δ，如果Δ＞0表示当前发送队列有数据包的堆积，则通过加权的方式向星上调度器发送更多的预约时隙请求［6］。该协议的好处在于实际应用中可以根据用户发送队列的堆积情况获得更多的分配时隙，能在突发数据分组到来情况下实时的将新的数据分组发送出去。因此，本文在CFDAMA－PR的基础上提出了基于用户优先级排序的改进协议CFDAMA－PRI，优化星上调度算法，进一步保证接入的时延性能和接入的公平性。
3.仿真分析
本文采用OPNET仿真平台［7］，将基本的CF-DAMA－PA、CFDAMA－PR和改进的CFDAMA－PRI进行对比仿真。具体的仿真参数设置如表2所示。对信道负荷固定但用户数目变化条件下的仿真结果进行分析，目的是为了得出CFDAMA－PRI的时延性能和在用户接入公平性方面的优越性。选取信道负荷为0．8，用户数目依次为5、10、20、40、80，CFDAMA－PA的预约时隙数为20，得到的仿真结果如图5、图6所示。由仿真结果可以看出，当系统中用户数不断增大时，由于CFDAMA－PA在一个链路帧中仅使用了一部分时隙用作预约请求时隙点，那么更多有请求的用户就无法通过预约时隙点接入链路帧，加之信道负荷较大，突发数据强，用户申请时隙的不确定性也大。如果增大预约请求时隙数的比例也会以牺牲数据时隙为代价，平均时延和队列的分组累积同样会增加。CFDAMA－PRI则采用CFDAMA－PR对信源突发数据分组的计算方法，并使用优先级排序的方法对时隙需求量大的用户给予更高的时隙分配权，确保了用户的可接入次数，降低了时延，提高了接入公平性。
4.结语
该过程组负责对为客户提供服务所需的所有资源管理和运行维护工作，主要资源包括卫星空间资源、地面卫星系统、知识资源库、IT系统以及后勤配套设施等。该部分负责对基础设施资源进行管理、运行和维护，确保基础设施资源稳定可靠运行，保障基础设施资源处于良好状态并可快速响应客户需求或员工需要。另外，该过程还承担资源信息监控、收集、汇总和统计分析工作，通过对资源信息的汇总、关联和统计分析，从而提高资源使用效率。（4）供应商和合作伙伴关系管理。供应商/合作伙伴主要包含卫星建造商、设备供应商、系统集成商及工程服务商等合作伙伴，该过程组主要负责与各供应商或合作伙伴进行接口和管理，负责采购信息、分析评估、对比选择、合同签署、到货付款以及质量管理等工作。
2战略与基础设施模块垂直过程分组细化设计
战略与基础设施模块垂直过程分为战略和基础设施生命周期管理两个垂直过程分组，如图3所示。战略指出了为开发和实现某个特定市场战略所需的资源建设重点任务，基础设施生存期管理过程驱动和支持为客户提品。它们的重点是满足客户对商务的期望，包括为客户提供的产品或服务、支持运营服务的基础设施，或者在企业为客户提品的过程中涉及的供应商或合作伙伴。（1）战略。该过程负责制定支持产品服务和基础设施的战略，还负责在企业内为实现这些战略而建立的规划方案的落实实施。它覆盖了市场、客户、产品服务和资源各种层次的运营，通过所基于的服务和资源及涉及到的供应商/合作伙伴来满足客户需求。战略高度重视分析研究，其给出企业内专门的业务战略和业务购入策略的侧重点，战略实现的成功与否需要进行有效性跟踪，并且在必要时做相应的调整。（2）基础设施生命周期管理。基础设施生命周期管理负责对基础设施的性能进行评估，并确定新的基础设施或新服务引进开发和建设部署，从而为满足市场和客户需求的运营服务提供支撑。因此，基础设施生命周期管理对客户需求响应和提供企业竞争力具有重要的意义。
3战略与基础设施模块水平过程分组细化设计
与运营和服务模块的四个水平分组相对应，战略与基础设施模块也有四个水平的功能过程分组：营销和定价、业务规划和建设、资源规划和建设、供应链开发和管理。这四个水平的功能过程分组为战略与基础设施模块的垂直过程分组提供支持。如图4所示。（1）营销和定价。该部分包含制定和实施营销和定价策略、开发新的服务和产品、管理已有的产品等所有必须的功能。在竞争越来越激烈的卫星运营市场，革新的速度和品牌的认同决定了企业的成功，因此营销和定价管理是很重要的业务过程。（2）业务规划和建设。为运营过程提供支持，强调业务的计划、开发和交付。它包括制定业务生成和设计的策略；管理和评估现有业务的性能、确保有相应的能力以满足未来业务发展的需要。（3）资源规划和建设。为运营过程提供支持，强调卫星资源等基础设施的规划、建造和交付。主要包括卫星资源建造、知识共享库建设和基础设施配套互联互通，管理和评估现有资源的性能，确保拥有可满足未来业务发展需要的资源能力。（4）供应链开发和管理。强调企业与供应商及合作伙伴的交互，负责建立和维护企业与供应商及合作伙伴之间的所有信息流和资金流，确保企业能够选择最好的供应商和合作伙伴；确保企业有相应的能力与它的供应商和合作伙伴进行交互；确保供应商和合作伙伴能够及时地交付所需要的产品，并且供应商和合作伙伴对企业的整体的性能和贡献优于垂直集成的企业。
4企业管理模块分组细化设计
企业管理模块是为完成卫星通信企业所进行的任何商业运行所必须的基本的业务过程，我们将卫星运营企业管理划分为若干功能部分，主要包括企业发展规划，品牌管理、市场调研和广告，财务和资产管理，人力资源管理、利益相关者和外部关系管理，企业质量管理、流程、IT规划和架构，知识管理和党群纪检管理，如图5所示。
5卫星通信业务基本框架的系统集成
卫星通信业务基本框架通过自顶向下和分层分级分解方法，描述了整个卫星通信业务运行过程，涵盖了卫星通信企业的完整业务链，包括卫星基础设施、运营服务、卫星建造商、卫星应用供应商和合作伙伴等部分，形成了一个全方位的卫星通信业务框架模型，如图6所示。同时，我们可通过分层分级分解方法，根据任务需要，对卫星通信业务基础框架模型各个过程开展更进一步细化和发展，形成更为详细的卫星通信业务基本框架第二层级视图，如图7所示。此外，在基础框架的一、二级视图基础上，我们可以进一步细化和描述业务关键环节，很简便的绘制出各关键环节的直观流程图。综合以上研究成果，我们认为，卫星通信业务基本框架提供了一个企业内部整体活动图景的全方位描述，可结合运用钱学森综合集成思想，以基本框架为指导，利用信息网络技术，以人机集合的方式，开展卫星通信业务的运营管理平台建设、企业知识共享库建设、流程重组、机构优化调整等现实工作，助力企业实现运营管理的流程化和智能化，进一步提高运营效益和服务水平。本文所建立的卫星通信业务基本框架强调以客户为中心，面向外部客户提供业务交付。可为卫星通信企业的高层决策者提供了一个便利的评估工具，可以用于评估、指导整个企业的业务活动，使得企业中的所有组织都能够识别企业职责范围内的重要生产管理过程；为卫星通信运营服务的规范标准化、流程化、高效化服务提供思路；并能够以一种低成本高效率的方式实现企业自动化，增强服务提供商的企业管理能力，为企业提质增效打下坚实的基础。卫星通信业务基本框架的主要优点和功能还体现在：一是在战略方面体现了对卫星和其他软硬件基础设施资源的全生命周期管理和一体化管理的理念。二是在运营方面体现了面向客户关系管理、对客户提供端到端的快速的服务交付和营销理念。三是在企业管理流程方面明确标识了企业管理流程，把企业管理流程和运营、战略作为一个整体，以便企业中的每个人都能够确定其关键流程，从而使整个企业在流程框架中高效运行。
6结束语
半物理仿真平台的建立采用.NET环境下应用C#编程语言设计具有Windows风格的人机交互半物理仿真平台。通过各个模块的点击模拟操作，可以很好地实现用户对仿真模型的智能化运动控制，并且在完成仿真运动后，读取并记录显示卫星通信机动站运动过程的所有状态位置信息以及虚拟传感器的测距数据，最后生成仿真动画，达到直观的效果，虚拟场景测得的数据最终和真实环境中的实物所得数据进行比较，从而验证智能化控制算法的合理性、适用性。上位机用户平台包括虚拟现实展示、DLL调用测试、卫星通信机动站控制器半物理仿真通讯平台、状态信息的记录与读取、传感器测距信息的记录与读取，状态信号实现卫星通信机动站的虚拟现实运动动画的展示，人机交互半物理仿真平台，如图2所示。
2卫星通信机动站动力学模型的建立
Maplesim是一个多领域物理建模和仿真工具，它提供了一个三维可视化的环境建模以及动画显示仿真结果，在这种环境下，可以通过简单且直观的方式搭建各种复杂系统的模型，还可以可视化分析仿真结果。在Maplesim中能将建立好的模型转换到C代码中，可以在其他应用程序和工具中使用此C代码。在3D可视化建模环境下可以快捷、方便且直观地创建所需要的动力学仿真模型，之后将模型转生成C代码，在VC++环境下编译C代码生成动力学模型的DLL文件，这样可以方便其他应用程序的调用仿真。本研究基于.NET开发平台采用C#语言编写上位机仿真用户界面，进而对生成的DLL文件进行调用。半物理仿真系统开始执行，给定一个初始时间t0（初始值），每次经过t时间后，对动力学模型DLL文件进行调用，从卫星通信机动站的动力学模型DLL中输出第一个状态信号，将这个状态参数传递给卫星通信机动站控制器实物，控制器中对输入的状态参数完成控制算法后将再次发出控制信号并传递给C#软件环境，再经过t时间，再次调用DLL中的动力学模型。此时卫星通信机动站动力学模型的DLL输出第二个状态信号。如此循环反复执行此过程，如图3所示，形成了一个闭环的半物理仿真系统。
3半物理仿真系统设计
卫星通信机动站半物理仿真系统主要由人机交互操作界面、STM32控制器、信号转换器、数据采集系统以及PC机中的卫星通信机动站动力学模型5部分组成。以STM32控制器为核心的卫星通信机动站半物理仿真系统本身是一个闭环系统，在仿真通讯过程中，由卫星通信机动站控制器实物发出控制信号，控制信号模拟量经过信号转换器转换成数字信号，再通过USB虚拟串口通讯传递给PC机，PC机则调用WindowsAPI（Windows系统中可用的核心应用程序编程接口）对数字信号进行接收。PC机将接收到的信号再调用C#软件环境的动力学仿真模型，最后输出一个状态信号。PC机再将输出的状态信号通过WindowsAPI接口发送出去，状态信号经过USB虚拟串口传递给信号转换器。信号转换器将状态信号数字量转换成模拟量后传给卫星通信机动站控制器，在控制器中完成控制算法后，重新输出新的控制信号。此控制信号再经信号转换器PC机动力学模型的DLL，最终返回状态信号，如此循环地执行就形成了一个闭环的半物理仿真系统［4-5］，如图4所示为半物理仿真系统框图。
4硬件系统的构建
卫星通信机动站的智能化控制是一个复杂的运动控制系统，其具有多自由度、多传感器、多驱动器、多运动形态的特点，对卫星通信机动站在现实运动过程中的多个传感器的输出模拟量数据进行采集，同时采用SPI串口通讯、蓝牙无线通讯的方式将数据传递给PC机上位机软件用户界面，以数据和虚拟动画相结合的方式直观地显示卫星通信机动站的实时运行状态。采用ADAS3022数据采集系统采集传感器数据，经ADAS3022的数字接口SPI与MCU选用的STM32芯片内部自带的SPI通讯，并且可实现内部自带的ADC（模/数转换器）进行信号转换，再通过HC-05嵌入式蓝牙模块与PC机进行通讯，如图5所示为系统总体设计方案。硬件系统设计了一个完整的5V单电源、8通道、多路复用的数据采集系统，可以集成用于工业级信号的可编程增益仪表放大器（PGIA）［6］。如图6所示为数据采集系统电路原理图。数据采集系统主要是以ADAS3022芯片为核心设计的，ADAS3022芯片上具有完整的DAS，它可以以最高1MSPS转换速率进行转换，能够接受的最大输入信号范围最高可达±24.576V的差分模拟输入信号。与传统的数据采集相比，在标准的数据采集方案中都会涉及到信号缓冲、电平转换、放大、噪声抑制以及其它模拟信号调理等，但是在ADAS3022中则无需这些辅助调理电路。这样一种高性能的核心芯片的应用，简化了具有高精密16位数据采集系统的设计难点，降低了成本。此外，在外观上，它具有更小的外形尺寸（6mm×6mm），40引脚的LFCSP封装；在性能方面，它可以提供最佳的时序和噪声性能，工作温度跨度-40℃到+85℃的工业温度范围［7-8］。此电路系统采用ADAS3022、ADP1613、ADR434和AD8031精密器件的组合，可同时提供高精度和低噪声性能。
5结语
根据预失真器所处的位置，可将预失真分为基带预失真、中频预失真和射频预失真。随着数字信号处理技术的飞速发展，预失真技术可在数字域内实现，具有电路灵活、成本低等优点；而且可利用自适应算法来跟踪补偿功放因环境因素改变而产生的特性变化。图1是数字基带预失真技术结构框图。数字预失真分为查找表法和非线性函数法2大类。其中，非线性函数法包括Volterra级数法和神经网络法。考虑到Volterra级数的计算复杂度较高，一般采用其简化形式（如记忆多项式法）来实现预失真。
1．1查找表法
查找表法是通过建立查找表来离散地描述功放的反向特性，传统的基于查找表法的预失真实现过程如下：1）测试功放的输入／输出信号，获取功放的即时非线性特性；2）找出功放的理想增益，即功放在线性区工作时的最大增益；3）将功放的输入特性／输出特性反转，由此生成查找表，为每一个输入信号提供一个相应的预失真信号。建立查找表之后，须考虑查找表的量化误差问题。由于查找表的表项是有限的，查找表输入端信号量化时，必然会引起误差，此时，采用不同的索引技术会对预失真性能产生不同的影响。作为查找表法的核心，查找表地址索引技术阐释了如何有效地从查找表中找到有用的补偿数据。查找表预失真的内部结构如图2所示，表示输入信号的幅度，Q模块为量化器。查找表的地址索引方法包括均匀量化法和非均匀量化法。均匀量化是以输入信号的幅度为指针，均匀分配其整个变化域以生成查找表。功率法是最常见的均匀量化手段，其把输入信号功率作为指针，在变化域内均匀量化。但对小信号而言，功率法表项分布稀疏，量化间隔较大，引起的误差和失真也很大，因此，该方法不适用于小信号较多的功放预失真系统。传统的查找表法仅根据输入信号幅度，找出表中最接近该幅度值的一项，该项对应的输出值即为相应预失真信号的输出值，不过此方法存在量化误差。采用插值技术可在一定程度上改善系统的量化误差，线性插值法是最简单常用的插值方法。均匀索引的实现过程比较简单，但存在2个重要问题：输入信号的统计特性和各区间信号的非线性程度。常见的非均匀索引有功率索引、最优法索引及μ率法索引等。这些方法虽考虑了信号各区间非线性程度的不同，但却忽视了输入信号的统计特性。由此可知，查找表建立简单，实现容易，但是也存在缺点：1）存在量化效应；2）精度要求越高，对查找表的尺寸要求越高，即表项越多，意味着速度性能会下降；3）不能补偿功放的记忆效应；4）自适应能力较差。为了尽可能减小这些问题对预失真器性能的影响，文献［2－3］对无记忆预失真器进行了改进，分别构造二维查找表和分段预均衡器。但当功放记忆效应较强时，二维查找表的线性化效果不太理想。另外，可根据信号的特性，制定相应的改进查找表法，文献［4］提出了一种改进查找表法，该算法根据OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiple－xing，正交频分复用）信号的分布特性，对出现概率较小的大幅值信号增加迭代次数，提高了查找表法的收敛速度。
1．2多项式法
由于查找表法结构简单、易实现，早期多采用该方法对功放进行预失真处理，但其预失真性能的优劣取决于表项的多少，性能改善越好，所需表项越多，相应地，所需的存储空间也就越大，查找表项的数据和更新表项所需时间、计算量也就越大，因此，对情况复杂的系统，该方法不可取。非线性函数法是常用的预失真方法，其将输出信号的采样值与输入信号一一对应起来，用非线性函数把输入和输出信号进行拟合，得到功放的工作函数曲线，由于预失真器的特性与功放特性相反，由功放的非线性函数可得预失真器的非线性工作函数。非线性函数预失真方法已成为近年研究的热点。功放的建模及模型参数的辨识是功放预失真技术的2个重要组成部分。对于功放的建模，常用的无记忆模型包括Saleh模型、Rapp模型和幂级数模型；有记忆模型包括Volterra级数模型、Winner模型、Hammerstein模型和MP（MemoryPolynomial，记忆多项式）模型。分数阶记忆多项式抑制了高阶交调分量，但对强记忆效应的功放预失真性能没有改善；广义记忆多项式明显提升了对强记忆效应的抑制能力，但计算量大，复杂度高。文献［8］在广义记忆多项式的基础上，去掉其滞后部分，降低模型系数数量，去掉偶数阶次，引入分数阶次，提出了一种改进型的广义分数阶记忆多项式模型。仿真表明这种改进模型在系数数量、计算复杂度和线性化能力等方面取得了良好的折中。除上述模型外，增强型Hammerstein模型、EMP（EnvelopeMemoryPolynomial，包络记忆多项式）模型及DDR（DynamicDeviationReduction，动态偏差）模型都是Volterra级数模型的简化形式，这些简化模型可在很大程度上降低计算复杂度。模型建立和模型辨识是记忆多项式预失真的2个重要内容，模型是否合适直接决定预失真方法性能的优劣，如果没有合适的模型，再好的算法也不会取得精确的预失真结果。模型确定之后，选择的模型辨识算法是否得当决定着预失真技术的计算复杂度、收敛速度和性能。系统学习结构很大程度上决定了预失真系统的复杂度，须根据具体情况折中选择学习结构。根据学习器训练方式的不同，可将学习结构分为直接学习结构和间接学习结构，如图3所示。从图3可以看出：直接学习结构简单，是一个完整的闭环，实时性好，且参数不受系统引入噪声的影响［7］。自适应算法得到的权值是否是全局最优值会受到初值的影响，可能不唯一［8］。不同于直接学习结构的逆，间接学习结构采用的是后逆，学习器在训练时，对信号参数的敏感度降低，对实时闭环系统和自适应算法要求不再苛刻，较易于工程实现［9］。预失真训练器的训练过程即预失真模型参数的提取过程，核心是自适应算法不断更新得到的权值最终达到收敛目标值。自适应算法的复杂度和参数提取准确度决定了预失真器的性能及系统实现难易程度。目前参数提取算法大致可分为3类：LS（Least－Squares，最小二乘）算法、LMS（LeastMeanSquare，最小均方）算法和RLS（RecursiveLeastSquares，递归最小二乘）算法。在LMS和RLS的基础上，相继出现了较多的改进算法，比如变步长LMS算法和QR－RLS算法［10－12］。相比查找表预失真，多项式预失真准确度更高、自适应性能更好，但是其计算复杂度却比查找表法高得多，线性化性能优劣也严重受功放模型描述功放特性精确程度的影响。
1．3神经网络法
随着生物仿真学的发展，神经网络算法日益得到人们的广泛关注，引起研究者的探索热情。由于该方法能对功放的非线性特性函数进行拟合，可将其引入预失真器的设计中［13］。神经网络是根据生物学神经元网络的原理建立的，它的自适应系统由许多神经元的简单处理单元组成，所有神经元通过回馈或前向方式相互作用、相互关联。文献［14］首先提出了采用神经网络的方法对功放进行预失真处理。目前最为常用的神经网络是Minsky和Papert所提出的前向神经元网络。神经网络法被广泛应用在函数逼近和模式分类中，文献［15］证明了由任意多个隐层神经元组成的多层前向神经网络可逼近任意连续函数。因此，可利用神经网络来拟合预失真器的工作曲线，且可用改进的反向算法自适应地更新工作函数的系数。文献［16］提出一种单入／单出的神经网络方法，仿真结果表明：该方式能较好地改善三阶、五阶互调分量，与一般的多项式拟合技术相比，其收敛性能和硬件实现都有一定优势。文献［17］提出了一种基于动态神经网络的幅相分离的方法，核心是对卫星信号的幅度和相位进行分离。由于现有的神经网络预失真方法的延时效应较大，文中对网络的系数矩阵进行实时调整，有效减小了计算复杂度，较好地消除了功放非线性和记忆效应，具有较大的实用价值。文献［18－20］也对神经网络法做了相关研究，结果表明：与查找表法和记忆多项式法相比，神经网络有效地提升了功放的预失真精度。目前，在几种参数辨识方法中，神经网络法预失真性能最好，最具有研究价值。
1．4联合查找表和多项式法
在窄带通信系统中，不须考虑功放的记忆效应，但在进行宽带通信时，不可忽略功放的记忆效应，但此时基于查找表法的预失真不能补偿功放的记忆效应，基于记忆多项式的预失真方法可以补偿功放记忆效应。当功放的非线性程度较高时，记忆多项式的预失真性能会有所下降。为解决这个问题，联合使用查找表法和记忆多项式法来补偿功放的非线性和记忆效应。QualidHammi在文献［21］中提出TNTB（TwinNonlinearTwo－Box，双非线性两箱）模型。这种模型由1个MP单元和1个查找表单元构成，按照2个单元位置的不同可分为前向TNTB、后向TNTB和并联TNTB模型。这种方法的核心思想是：将有记忆效应功放引起的信号非线性失真分解为无记忆的非线性部分和记忆部分，根据查找表法和记忆多项式法各自的特点，采用查找表法补偿失真的无记忆非线性部分，采用记忆多项式法来解决失真的记忆效应。文献［22－28］对结合查找表法和记忆多项式法的应用方法做了实验验证，仿真结果证明该方法的预失真性能优于查找表法和多项式法，且并联TNTB模型预失真性能最好。文献［29］在上述联合算法的基础上，推导出最优分段方法，并将这种基于最优分段数的联合预失真算法同上述联合算法进行对比，结果证明最优分段方法能取得更优的效果。为降低TNTB模型的复杂度，MayadaYounes提出一种更精确，同时又能降低复杂度的PLUME（Parallel－LUT－MP－EMP）模型［30］，它由LUT（Look－upTable，查找表法）、MP和EMP并联组成，实验证明PLUME模型精度高于TNTB模型，在保证和GMP同样精度的条件下，能减少45％的系数数量。
2信号处理技术结合预失真技术
为了在有限的频段内实现更多的数据传输，宽带、高峰值平均功率比信号〔如MCM（MultipleCar－rierModulation，多载波信号）〕得到越来越广泛的应用，FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess，频分复用）信号就是多载波传输信号的一种。多载波调制的原理是把高速传输的数据流转换为N路速率较低的子数据流进行传输，符号周期为原来的N倍，远大于信道的最大时延扩展。此时，将1个频率选择性信道划分成N个窄带平坦衰落信道（均衡要求降低），使其具备很强的抗多径和抗干扰能力，适用于高速无线数据传输。但FDMA技术的缺陷在于它的峰均功率比高，因此放大器的非线性特性给通信传输带来的各种问题会更加突出。在数字预失真效果改善的基础上，为进一步提高线性化功放的线性度效率，可根据信号特性采取相应的信号处理技术与预失真项组合方案。针对高峰均比信号，文献［30－32］还提出了以下几种组合方案：DPD与CFR（CrestFactorReduc－tion，削峰技术）的结合，DPD、CFR与Doherty技术的结合，以及DPD、CFR与ET（EnvelopeTrack－ing，包络跟踪）技术的结合等。对CFR的研究已有20多年，随着最近十年现代移动通信的飞速发展，CFR的研究成为热点。相关文献著作中也给出了许多CFR实现方案，可归结如下：限幅滤波法、峰值加窗法及部分序列传输法等。相关的实验仿真已证明，对进入预失真器前的高峰均比信号进行削峰处理，可以提高系统的预失真性能。
3结论
