课题的目的及意义
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射空间电磁波（称之为无线传输信道或无线接收信道）来实现信息传输的通信技术。
卫星通信优点：远：卫星通信的距离远。同步通信卫星可以“看”到地球最大跨度达一万八千余公里。在这个覆盖区内的任意两点都可以通过卫星进行通信，微波通信一般是50公里左右设一个中继站，一颗同步通信卫星的覆盖距离相当于三百多个微波中继站。多：指通信路数多、容量大。一颗现代通信卫星，可携带几个到几十个转发器，可提供几路电视和成千上万路电话。好：指通信质量好、可靠性高。卫星通信的传输环节少，不受地理条件和气象的影响，可获得高质量的通信信号。活：指运用灵活、适应性强。它不仅可以实现陆地上任意两点间的通信，而且能实现船与船，船与岸上、空中与陆地之间的通信，它可以结成一个多方向、多点的立体通信网。省：指成本低。在同样的容量、同样的距离下，卫星通信和其他的通信设备相比较，所耗的资金少，卫星通信系统的造价并不随通信距离的增加而提高，随着设计和工艺的成熟，成本还在降低。
近几年来，地面移动通信发展迅速，但地面网络的覆盖范围有限，集中在城市地区。而通信的发展趋势是要实现真正的个人通信，即在任何时候、任何地点与任何人进行任何种类的通信。因此要实现这一目的，还需大力借助卫星移动通信系统。卫星通信是国内、国际通信中十分重要的提供骨干网干线电路的三大信息网传输基础设施之一，具有地面微波通信、光纤通信不可替代的优势和作用,三者互相配合, 合理组织, 构成一个经济效益较佳、安全、可靠的宽频带、数字化、多媒体的现代化传输网。移动通信卫星由于其覆盖范围广，不仅可以弥补地面蜂窝网的不足，而且可以为广大的边远地区提供方便有效的通信手段，因此移动通信卫星系统将在 21 世纪的个人通信中扮演重要的角色。
随着航天技术、通信技术和组网技术的迅速发展和应用空间在政治、经济和军事等领域的战略地位日益提高,尤其是在军事领域，卫星网络因为空间信息获取的连续性、相对安全性以及布网不受地面环境制约等特点，在信息时代发挥越来越重要的作用。与地面无线通信相比，卫星通信信道具有时延长、衰落特性复杂、多普勒频移和噪声明显等特点。卫星与终端之间的通信链路成为传输路径中关键组成部分，其性能直接影响整个系统的通信质量。信道的计算机模拟是卫星通信在探索、研究和发展过程中的重要手段和必经阶段。无线传播特性是通信工程设计中的最基本因素，它直接影响着通信质量的好坏及通信系统工作性能的稳定。细致地了解无线传播环境，对成功开发和研究一个无线系统是非常必要的。同样，在卫星通信系统的研究开发、工程设计中，为了保证可靠的卫星通信，需要研究其信道传输特性，建立信道模型；同时，信道模拟器的硬件实现可以为卫星通信系统的工程设计提供强有力的调试手段，具有十分重要的意义。
1.2 课题的研究现状
目前有很多科研机构和高校进行这方面的研究，例如：澳大利亚南澳大学研制出移动卫星信道模拟器MSCS-1，该模拟器具有记录和重放信道数据，可调时延变化，可调整多普勒频移等功能；国立交通大学主要模拟的范例系统是以OFDMA为基础的802.16a，特别针对使用者在高速移动的环境下所做的快速瑞利衰落模拟；电子科技大学主要是在实时模拟实现低轨卫星信道的损耗、噪声影响、多径衰落、多普勒效应、遮蔽等各种随机特性与时变特性；国防科技大学搭建了一个通用的数字信道模拟器平台，重点对数字网传输损伤中的误码、抖动和温度漂移等度量指标进行理论研究和分析。
卫星通信系统所面临的问题是基于TCP／IP协议的外交互式系统中的TCP协议在卫星信道中的长延时问题。卫星传输信道的长延时特性使TCP协议控制策略的综合性能受到了影响，主要表现在两个方面： 1．最大数据传输速率受限 TCP协议中的最大接收窗口在长延时卫星通信网中成为通信瓶颈。2．基本拥塞和流量控制协议性能下降。为了评价一个卫星网络通信系统的性能，需要在实际通信环境中进行反复实验，这必将耗费大量人力物力。为了缩短研究周期，节省研究费用，在卫星通信的研究过程中，广泛采用了各种信道模拟器。可见对卫星信道的延时实际问题进行模拟仿真是必要的，通过运用软硬件对延时系统模拟对解决实际延时问题所带来的影响是很有价值的，也为解决卫星通信的缺点使其发挥更好的通信作用打下了坚实的基础。
卫星信道模拟器是把测试环境和模拟环境很好地结合起来，为用户提供所需的精确度和实时性能。Aeroflex生产的Celerity CS80000宽带信道模拟器（BCS）系列就是很好的例子。这些模拟器在实验室中通过受控的、精确的、可重复的方式创建带有坏损机制的真实信道。因为这些信道是带有宽带射频输入和输出的实时系统，所以在测试过程中可以使用真实的硬件终端。和软件模型相比，这种实时测试可以运行更多检测对象，进而能够进行更详细的测试。它们的特点如下：稳定的、可重复的模拟，带有定义好的、受控的坏损机制；实时和全带宽信道，能够支持真实的硬件和快速测试时间，最坏情况模拟，可以包含任何综合坏损模型， 通过实验室设备来最大限度地减少高成本测试或者实际卫星测试时间。该信道仿真模拟器(BCS)可以为高速通信系统,点对点微波和卫星通信建立精确的,可重复的信道，提供带宽最宽的通道模拟和连接仿真，实现最全面的干扰信号模拟。实时的仿真可提供带宽达500MHz、时间延迟最大达10秒，并同时可提供1至4个独立的通道仿真。
1.3 课题的内容安排
本文研究的主要内容如下：
(1) 了解课题内容，查阅有关文献，了解卫星通信信道结构及原理，熟悉FPGA编程技术，学习VHDL语言及ISE7.1开发软件学习。
(2) 了解卫星信道模拟器有关知识及项目要求，确定设计范围；采用硬件描述语言对FPGA芯片进行编程，完成对以太网物理层芯片的配置与时序控制，使以太网数据进入物理层芯片后能够被正确的转发；对以太网数据加入不同值的延时。硬件的设计应能保证系统的整体性能，该模拟器可以实现模拟两路卫星信道的连通，并对其中一路以太网数据进行延时且能够在（1～200ms）延时范围内设定2～3种延时值。对于卫星信道传递延时，在本项目中采用储存器结构实现。由于FPGA片上的存储5器资源十分有限，同时卫星信道的传递时延从几个毫秒到100多毫秒变化范围较大，因此对延时的模拟利用SDRAM存储器实现。通过FPGA对外挂的SDRAM的读写控制达到课题设计要求。
(3) 整个项目是基于以太网来模拟卫星网络的通信，运用FPGA把以太网数据放到SDRAM中，经过处理后再把数据送到以太网中依此实现卫星信道模拟设计。
