美国spaceway3系统概述 2007年8月15日，由休斯网络系统公司(HughesNetwork Systems，LLC)研制并运营的宽带多媒体卫星Spaceway3在法属圭亚那的库鲁发射场发射升空作为新一代宽带多媒体通信卫星，该卫星采用了高频段(Ka)、多波束及独特的星上快速包交换技术，使终端之间能够实现网状通信，大大缩短了传输的时延系统覆盖范围为美国全部，加拿大大部分地区{覆盖区如图1所示），上行点波束为112个，其中100个覆盖北美大陆地区，另外12个点波束覆盖夏威夷、阿拉斯加和7个拉美城市，每个点波束在地面覆盖区的直径为200英里下行点波束为784个，此外系统还具有覆盖北美大陆的广播波束该系统研制历时8年，耗资近20亿美元，能够容纳165万个用户终端，总通信容量为lOGb/s．是当前Ku波段通信卫星容量的5～8倍Spaceway3系统主要包括宽带通信卫星，用户终端，信关站，网络运行控制中心(NOCC)和服务传送系统(SDS)等功能实体该卫星定点于西经95赤道上空，由波音空间公司生产，相关参数见表l信关站天线口径为3.5m（型号HG900）．可发射若干条16Mb/s的上行载波。
用户终端有两种，一种用于家庭，终端型号HN9000,天线口径为74cm,功放1W;另一种用于企业，终端型号HN9500,天线口径为98cm.功放2W,另外还可根据地理位置情况配置1.2m或1.8m口径天线此外，系统还支持双LNB.在天线指向不变的情况下，可以接收与Spaceway3相邻200以内的卫星电视信号，相关参数见表2用户终端对外提供IP接口，可连接用户网络，其功能架构如图2所示，主要由控制与管理模块．业务分类模块、适配／分割与重组模块、传输模块、安全模块、接口模块组成除通信卫星之外，系统的其他部分都是由休斯网络系统公司设计、研制、测试，集成和运营的从设计与实现的角度，Spaceway3的系统组成可分为三个层次（如图3所示），自下而上分别是：用户服务提供(ESP)层，网络服务提供(NSP)层和系统核心服务层终端用户接收来自ESP层的网络和应用服务；ESP层接收来自NSP层的网络服务；NSP则接收来自系统核心服务层的分组传输和连接服务NSP与Spaceway3系统核心服务层相结合共同对外提供Spaceway3业务（见图4），具体如下：系统核心服务层：包括宽带通信卫星，网络运行与控制中心(NOCC主备模式)、星地之间的空中接口及其他与网络运行管理相关的协议。
该层代表ESP和NSP直接对终端用户提供业务，还为NSP层提供系统运行，用户维修与使用情况的详情记录NSP层：NSP并未直接参与到服务的传输当中，它只是作为系统核心功能的补充，类似于分销商，主要服务于零售市场；NSP通过与ESP签定合同向其提供技术支持．用户终端安装、维护及售后服务，为ESP提供使用记录和记费信息从某种程度上，NSP层可认为是系统核心服务层的一个用户ESP层：它是NSP层的用户，常见的ESP如拥有专用网络的大型企业（如通用汽车、沃尔玛等），Intemet服务提供商(ISP)及其他利用Spaceway3向用户提供应用服务的公司等ESP与NSP运行支持系统(OSS)相连主要功能包括：对用户终端提供客户服务支持，为应用服务提供保障和管理，提供相关传输平台和网络及记费系统等终端用户：它与ESP层联系最密切，主要是单个家庭、小型企业或是公司中的雇员终端用户无需知道NSP或Spaceway3系统核心层的存在，他们对于网络的任何需求都是通过ESP进行的这种功能上的划分有利于在Spaceway3不同覆盖区域内多家运营商的参与运营，每一个功能层面都可以由一家公司来运营，也可由一家公司来运营三个功能层面，每个层面再由公司内不同的部门进行管理，但作为系统的核心服务层只能由一家公司单独来运营（在Spaceway3系统中为休斯网络系统公司）。
系统的NSP可有多个，一个NSP的服务区域内[来自www.lW]可以有多个ESP 1．上行链路 系统上行链路工作在Ka频段，带宽为500MHz，共分成16个子带，每个子带62.5MHz．其中8个子带采用左旋圆极化( LHCP)方式．另外8个子带采用右旋圆极化(RHCP)方式上行链路点波束为112个，每个上行点波束的极化方式固定在满足频率复用限制的情况下，每个上行点波束可以配置若干子带，宽度为62.5MHz的整数信，每个子带内可由NOCC实时进行配置（如图5所示）根据业务需求可以配置3个16Mb/s的载波，也可以配置24个2Mb/s载波，还可以配置96个512kb/s的载波；每个上行点波束最多可以配置8个子带，可承载的最大有效信息速率为48×8=384Mb/s上行链路帧长96ms．每帧分为32个时隙，每时隙长度为3ms，时隙内为突发块，突发块内包含两个108字节的数据包，突发块采用RS编码和OQPSK调制为了保证在雨衰情况下的最低限度通信，上行链路配置了一种可靠通信模式( fallback commumcationmode)，该模式采用长时隙方式，利用上行链路512kb/s的信道以128kb/s的速率进行通信。
卫星上行功率控制采用闭环方式，由卫星对每个上行突发进行功率、时间误差测量，并发送校正信息，终端根据校正信息进行调整在无线资源分配方面，系统采用了灵活的按需分配(DAMA)技术，终端可向卫星的无线资源管理模块发送带宽请求．请求的方式分为基于速率和基于容量两种．其中基于容量分为两种优先级．低优先级为尽力而为(besteffort)服务类型无线资源管理模块在分配资源时还考虑到避免下行链路产生拥塞 2．下行链路设计 系统下行链路为24个高速TDM载波，每条载波在点对点(PTP)模式下最高有效信息速率为440Mb/s通过下行有源相控阵天线可在784个下行波束之间以时隙为间隔进行跳变，这24个TDM载波中有12个采用左旋圆极化方式，12个采用右旋圆极化方式每个下行波束都有输出队列缓存，根据数据包的优先级进行排队，调度器对多个优先级队列进行调度，复用成一条下行高速TDM信息流．并根据每个时隙中突发的目的地址在不同波束进行跳变，波束内的终端对每个突发进行接收解调，再根据其突发头中标识的MAC地址来判断是否进行进一步的处理终端根据所处的覆盖区分为若干下行链路复用组(DMG)，处于同一个DMG用户终端采用同一个下行TDM载波，采用同样的调制和编码方式。
处于同一个复用组的用户如同在一个局域网中，终端对属于本组的下行信息进行接收，根据突发头中的MAC地址来判断是否属于自已接收的数据包经过星载交换的数据包，根据优先级指示送入指定的[来自www.L]DMG队列缓存，调度器根据优先级．队列长度对数据包进行调度，复用成一条连续的数据包流数据包流进行进一步处理（调制、组帧等）后进入下行链路输出缓存队列下行链路调度器以轮询(RR)方式动态检查哪个下行链路输出队列缓存中有准备发送的业务在充分考虑频率复用间隔的前提下，将输出队列中的突发调度到指定的下行TDM信道上每个下行TDM信道的时隙中，都含有12个QPSK码块下行TDM信道以时分方式在点波束与赋形波束之间进行切换与上行链路不同，下行链路的统计复用仅仅通过数据包的优先级标识进行终端将所有属于本DMG的数据包进行解码恢复出数据帧，再根据包的MAC地址来判断是否是发给本终端的DMG边界（在下行链路帧中的时隙位置）及DMG成员的改变，都会通过资源分配消息告知终端下行链路的QoS通过对下行链路数据包的排队和调度来实现排队和调度主要根据数据包头DSCP标识的优先级进行调度算法保证在下行链路产生拥塞时相同优先级的数据可以得到相同的服务等级。
为了有效进行拥塞和避免，卫星侧采用选择性业务丢弃和显性拥塞指示(ECN)．在终端侧采用业务排队／丢弃及ECN为了克服下行链路传输中信号的衰减，系统的下行功率控制采用闭环和开环相结合的控制方式，闭环控制主要通过终端提出申请进行调整，开环主要通过地基天气雷达对天气状况的预测，由系统自行进行调整由于完全针对宽带多媒体业务进行设计，Spaceway3可以根据不同业务需求进行了两级传输服务映射，第一级称为用户数据传输服务(User DataTransport Services UDTS)．主要定义来自应用层面的数据包如何进行分类排队；第二级称为数据包传送服务(PacketDelivery Service, PDS)．主要定义排队后的数据包如何通过空中接口进行发送UDTS可分为面向连接（Connection-oriented service）和无连接（Connectionless services）两大类面向连接业务主要包括：0恒定速率业务(CR)：适用于恒定数据速率（如非压缩的视频）的传输0速率固定但带有突发的业务(CRWB)：主要针对具有恒定速率成分但偶尔会有突发的情况，如VoIP无连接业务主要包括：O高／普通优先级的突发业务：适用于具有突发性和不稳定的业务，如网页浏览等。
0低容量低时延业务：此类业务主要通过专用受控信道以ALOHA的方式进行接入主要适用于实时性要求较高而DAMA方式无法满足其实时性要求的短数据业务（如信用卡交易数据传输等）0 ACK-回传业务：主要针对TCP PEP欺骗应用，通过专用的争用信道以受控方式进行接入，使TCP中的ACK信息能够高效的传输PDS可分为基于分配(Allocation-based services)方式和基于争用( contention-based services)方式两大类其中基于分配方式(DAMA)主要包括基于速率分配、基于容量分配：基于争用方式包括随机接入(SA)、坚持接入( PA)．即Persistent-ALOHA方式UDTS与PDS之间存在映射关系，由于业务组成复杂，并不是一一映射，如一个UDTS可以映射到多个PDS上，例如CRWB业务的恒定速率部分可以映射到一个基于速率的DAMA PDS上，剩余的突发部分将映射到基于容量DAMA PDS上，如图6所示Spaceway3系统采用上行MF-TDMA和下行TDM的通信体制，通过灵活的DAMA分配和无线资源规划实现对多媒体业务的高效承载，通过多个下行波束小区共享一条高速TDM载波的方法克服了以往由于各波束业务不均匀导致传输效率低下的问题，大大提高了系统容量和频谱的利用率。