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1、V S A T 卫星通信宽带技术的发展V S A T 卫星通信宽带技术的发展项海格李斗北京大学电子学系1 0 0 8 7 1V S A T 卫星通信网是由小型地球站组成的，它的地球站和用户设备都设置在同一建筑物上，利用通信卫星的广域覆盖特性为用户提供方便的通信服务。它是解决我国广大地区的广播接收、通信问题的有效通信方式：采用通信卫星来覆盖广大地区，并提供低成本稀路由的卫星通信地球站，把地球站建在用户所在地。V S A T 卫星通信网具有广泛的适应性和很大的灵活性，它可以提供单独的话音、数据、图像通信业务，也可以提供话音与非话音的综合通信业务。合理设计的V S A T 卫星通信网可以为广播、电信
2、、计算机互联网接入等提供有效的通信手段。V S A T 卫星通信网将发展成为宽带化智能化综合业务的卫星通信网。本文将简介V S A T 网的宽带化的趋势，以及相应的系统组成、多址接入、通信规程、和网络管理技术的发展。宽带化V S A T 卫星通信V S A T 卫星通信系统从单一窄带业务的卫星电信网，向一个融合电信，广播，计算机的宽带卫星网络发展。它将是未来电信系统的重要组成部分，依赖地面超大容量光纤网，以及空间宽带卫星网，使用户设备方便地直接接入全国或全球宽带网络。V S A T 用户利用架设在他办公室或住宅的V S A T 设备，方便地接入卫星通信网。用户按照业务的需要来自适应地使用卫星网
3、络的资源，并构造它与卫星网络的拓扑结构( 一跳或两跳) 。用户设备是一个小口径的天线( O 6 米以下) ，一个笔记本式附在天线上的室外单元，一个笔记本式的室内单元。用户的办公和生活设施可以像接在地面设备一样地接在V S A T设备上。V S A T 卫星通信系统提供的业务包括电信业务，计算机互连网业务，以及数据：音频、视频等广播业务。V S A T 卫星通信在提供传统的话音、数据等交互业务的同时，随着网络的宽带化，宽带化的V S A T 设备发展了远程教育，远程医疗，电视会议等功能。随着广播业务的发展。利用卫星通信的广域覆盖特性和宽带卫星广播技术，实现新闻和数据分发和广播，数据音频视频广播到
4、户卫星寻呼，W e b 广播，视频点播( V O D ) 。I P 数据音频和视频广播。宽带卫星数据传输作为计算机互连网的一部分。提供了方便的文件软件下载和I n t e m e t 接入，企业的I n t e r a c t 互连。I S P 骨干业务，电子邮件。电子商务。金融证卷。宽带化V S A T 通信系统卫星网络的宽带化的趋势体现在超大容量的卫星，星座系统的发展。超大容量的卫星和星座系统不断扩展新的宽带工作频段，在使用传统的卫星通信L 、C 和K u 波段的基础上，积极推广能有更宽带宽的K a 频段。大容量卫星和星座系统还发展了一系列新技术：轨道调正的山粒子发动机技术，高效太阳能电池
5、和蓄电池技术，星上转发器数量的增加，超大口径的卫星天线，多波束天线，卫星转发器的大发射功率，卫星转发器频带资源的按需带宽分配技术，星上再生和交换处理技术，卫星之间的通信链路，适应卫星宽带业务发展的需要卫星的功能愈来愈增强、容量愈来愈大。超大容量卫星支持多种宽带卫星直播业务，便携式手中国卫星通信广播电视技术第五届国际研讨会资料汇编V S A T 卫星通信宽带技术的发展2- 一持式卫星终端。大容量卫星和星座系统进一步支持宽带互连网和移动卫星通信，如T e l e d e s i c 使用2 8 8 低轨卫星，2M b p s 上行链路和6 4 M b p s 下载链路( 美国微软) ；S p a
6、c e w a y ：使用1 6 高轨卫星2 0 中轨卫星，6M b p s 上行链路和1 6 M b p s 下载链路，( 美国休斯) ：C e l e s t r i ：使用9 高轨卫星和6 3 低轨卫星( M o t o r o l a 公司) ；S k y b r i d g e ：，使用8 0 低轨卫星( 劳拉公司) 。目前，V S A T 地球站是经过一个主站接入宽带网络，实现相应的电信、广播、计算机互连网业务的。卫星地球主站通过卫星网关、编码器，条件接收发送设备，D V B I P 复接器，调制器，变频器发送设备：接收设备，变频器，解调器等设备与卫星链路相接。卫星地球主站通过地面
7、网关与地面宽带网络相连。卫星地球主站的网络管理、业务服务器等设备连成一个局域网。随着大容量卫星和卫星星座系统的发展，V S A T 卫星通信网主站的功能将由大容量卫星或星座系统的星上系统的处理功能来实现。V S A T 设备智能化，但又简单可靠。它成本低，地面接1 2 1 灵活，有G P S 全球定位功能，可变数据速率和传输带宽，可以不同的拓扑方式和多址方式接入卫星通信网。它可以呈星状网结构进行数据音频视频广播接收、文件软件下载、互连网浏览、远程登录和文件传输，网络管理等业务；也可以呈网状网进行话音数据传输，举行各种会议。V S A T 技术的进步表现在：新的工作频段，集成电路技术的进展。通信
8、规程的标准化和全球化，设备的互操作性的改善。V S A T 通信的宽带广播和宽带多址接入：V S A T 站的卫星链路有主站到V S A T 站的出主站链路，有V S A T 站到主站的入主站链路。随着业务从窄带向宽带发展。出主站链路数据速率不断提高，从几M b p s 到几十M b p s ：入主站链路的数据速率也不断提高，从几k b p s 发展到几百k b p s ，几M b p s 。 出主站链路多采用单载波T D M 的方式，有基于广播信号的D V B 数据格式，有基于互连网的I P 数据格式。V S A T 卫星通信的宽带广播，可以广播数据音频视频、可以实现文件数据的下载。入主站链
9、路有多种卫星多址接入方式：F D M A ，C D M A ，T D M A ，M F C D M A 。也有利用地面I n t e m e t 链路代替入主站链路的，称为外交互方式，而把采用入主站链路称为内交互方式。传统的卫星通信多址接入方式是，时分多址( T D M A ) 、频分多址( F D M A ) 、码分多址( C D M A ) 。它们是把卫星转发器的资源，按时间分成时隙、按频率分成频道、或者按正交的编码波形分成码道，由各个地球站按照固定分配方式、随机竞争方式、或者动态分配的方式来使用。所谓动态竞争方式，转发器资源由主站来管理，用户站接入时，先使用固定分配方式或随机竞争方式来申
10、请。主站进行分配给用户地球站使用，使用完了归还给主站。随着大容量V S A T 卫星通网络以及宽带接入业务的发展，主站接入设备的容量日益增大。用户地球站也需要使用高速的宽带接入，需要主站接入信道的可变速率范围扩大。时分多址方式要求用户站的接入时隙宽度变化范围增大，频分多址方式要求用户站发送信号带宽可变或使用并行的多载波传输，码分多址方式要求用户站发送信号的扩展频谱增益可变或者使用多码道并行传输。组合的多址接入方式，可以方便地实现宽带多址接入：例如多载波( 多频率) 时分多址。多载波码分多址等。目前技术成熟的是多频率时分多址。多频率时分多址设置由多个频段( 多个载波) ，每个频率又划分成时间帧和
11、时隙。各个用户地球站可以使用特定的频率和特定的时隙进行接入申请。根据申请的业务，得到相应的频率和时隙。对于宽带业务申请，用户可以再在一个频率上，用一个时隙或多个时隙进行接入业务传输：也可以在几个频率上，用多个时隙进行接入业务传输。根据系统接入的特点，系统在接入信道上设置了不同的时隙：用户接入申请的时隙，用户业务传输的业务时隙，校中国卫星通信广播电视技术第五届国际研讨会资料汇编V S A T 卫星通信宽带技术的发展3正用户地球站发送时间和频率的粗同步时隙，以及校正发送时间和频率的精同步时隙。宽带V S A T 卫星通信系统的前向链路和反向链路往往是不对称的，前向链路和反向链路的转发器资源的配置要
12、和业务的特性相匹配。宽带V S A T 卫星通信系统需要设计和配置接入信道的资源、多载波数目、以及相应的帧结构，以适应给定接入突发特性、接入业务量条件下的接入时延和接入成功率的要求。宽带V S A T 卫星通信系统往往有多种业务同时工作，系统的配置和设计只能适应总体的要求。为了适应各种业务的具体要求。还应该对不同业务设置各自的优先级，调整整个系统对不同业务的适应性。V S A T 通信网的通信规程协议：V S A T 卫星通信网最初是作为透明信道使用的，它只提供固定的连接，传输单一的业务。这时针对不同的卫星信道，设备必须配置不同的通信软件。由于卫星通信必须支持网络管理和多址接入的控制，卫星通信
13、业务的综合化必须传输多种业务，例如电信、计算机数据、以及数据音频视频广播，在V S A T 卫星通信网必须支持通信规程协议。卫星通信规程要考虑传输的业务以及相应的规程协议：例如音频视频广播的数据结构和规程协议、计算机互联网通信的T C P I P 协议、以及电信通信的信令。随着宽带V S A T 通信的发展，通信规程要支持交互通信，特别是宽带交互通信业务。卫星通信规程要考虑网络管理的规程协议，例如常用的S N M P ( S i m p l eN e t w o r kM a n a g e m e n tP r o t o c 0 1 ) ，而S N M P 是建立在U D P I P 提供
14、服务的基础上的。卫星通信规程要考虑用户站接入时介质访问控制、以及卫星链路差错控制对通信规程的影响。因为T C P I P 支持计算机互联网通信，支持网络管理S N M P ( S i m p l e N e t w o r kM a n a g e m e n tP r o t o c 0 1 ) 。它也可以支持数据音频视频广播，在卫星网络使用T C P I P 上运行各种业务。和在地面网络一样方便。为了支持电信业务，可以把信令作为数据分组来传输：为了支持数据音频视频广播，可以把它们作为数据分组来传输，也可以把数据分组放在数据音频视频广播的一个通道上广播( T C P I PO v e rD
15、V B ) 。目前研究最多的是V S A T 卫星通信网怎样运行T C P I P 协议。但是在V S A T 卫星网上，使用T C P I P 也遇到困难：它们是卫星传输的长时延、卫星信道比地面信道高的差错概率、用户站多址接入的介质访问控制和资源共享与分配等问题。针对卫星信道固有的长时延，T C P I P 协议已经做了许多工作，例如：协调接收缓存区和发送窗口，定义选择重发模式，协调慢启动和拥塞控制的参数。针对卫星信道比地面信道高的差错概率，已经采用了许多信道编解码技术、干扰抑制技术来改善信道的传输特性。现在重视研究卫星通信的数据链路层和介质访问控制层，使它与T C P I P 协议匹配。将
16、通信链路的差错由数据链路层和介质访问控制层来解决：链路的拥塞和多址接入的延迟和阻塞由T C P I P 协议来解决。V S A T 通信网的网络管理；V S A T 卫星通信网是包括卫星转发器、卫星通信主站、众多用户站的系统。它们分散在广阔的地域不间断、全天候地工作着。为了保证系统地正常有效地工作，必须对网内各地球站的工作状态及业务运行状态进行监视、控制和管理。需要一个网络管理系统来支持它。网络监控管理系统是决定V S A T 网，特别是一个大型V S A T 网运行好坏的决定因素。这个网络管理系统有一个设置在主站，集中的网络管理计算机和相应的数据库；在各个地球站和网络设备上，有一个网络管理计算机的代理设备，即网络管理代理。网络管理设备和网络管理代理之间，需要通过卫星通信网的通信信道进行数据通信。网络管理的通信应中国卫星通信广播电视技术第五届国际研讨会资料汇编V S A T 卫星通信宽带技术的发展4该和业务通信并行的使用卫星通信网络，它们的区别只是数据结构不同。网络管理的通信业务和数据通信业务共享卫星通信网，但只能占用通信链路业务的一个小部分管理着整
