第7章 微波与卫星通信新技术及其通信网

第第 77 章 微波与卫星通信新技章 微波与卫星通信新技术及其通信网术及其通信网

7.1 SDH微波通信系统

7.2 卫星移动通信系统

7.3 宽带IP卫星通信技术

7.4 微波与卫星通信技术的发展展望

SDH 是新一代的数字传输体制。它不仅可以用于光纤通信系统中，而且还可以运用于微波通信、卫星通信之中，从而可建立一个全新的SDH 微波、卫星通信网络。由于 SDH 技术在微波与卫星通信中的应用原理都基本相同，因而这

里仅就同步数字体系的微波传输进行讨论。

7.1 7.1 SDHSDH 微波通信系统微波通信系统

7.1.1 7.1.1 运用于微波通信中的运用于微波通信中的 SDHSDH

技术的应用特点技术的应用特点1. 1. 传输容量大传输容量大

目前数字微波中继系统的单波道传输速率可达 300Mbit/s 以上，但为了能够适应 SDH 传输速率的要求，可通过采用适当的调制方法来提高频率的利用率。现在多数情况下是通过采用多级调制方法来达到此目的。

2. 2. 通信性能稳定通信性能稳定 在系统中由于使用了自适应均衡、中频合成和空间分集接收以及交叉极化消除等高新技术，可进一步消除正交码间干扰及多径衰落的影响，从而达到完善系统性能的目的。

3. 3. 投资小、建设周期短投资小、建设周期短 在微波通信中，由于是采用无线通信方式，又因为地球曲率的影响，因而要求每隔大约50km 左右建立一个微波接力站。

4. 4. 便于进行运行、维护、管理便于进行运行、维护、管理操作操作

在 SDH 帧结构中，为运行、维护和管理提供了大量的开销，因而当 SDH 技术运用于微波通信中时，还要加入专用的微波开销字节。

7.1.2 7.1.2 主要应用技术主要应用技术1. 1. 微波帧复用技术微波帧复用技术

在不同的微波通信系统中可以使用不同的微波帧结构，而具体到微波帧结构的选择又与 SDH 同步传输模块的速率、所插入的微波帧开销比特速率以及调制方式等因素有关。

（（ 11 ） ） STM-1STM-1 微波帧结构微波帧结构 根据微波信道的带宽， STM-1 同步传输模块可以采用多级编码的 64QAM 或 128QAM 调制（ MLCM ），或采用 128QAM 的 4 维格型编码调制（ 4D-TCM ）。

（（ 22 ） ） STM-4STM-4 微波帧结构微波帧结构 STM-4 微波帧结构如图 7-5 所示。通常在使用此种结构的微波设备中，采用 512 梯形 QAM作为其数字调制方式，并利用 BCH 前向纠错来抑制微波传输中的误码。

图7-5 ST

M-4

微波帧结构

图

2.2. 多级编码调制技术多级编码调制技术 根据 ITU-R 建议，我国在 4~11GHz

频段大都采用的波道间隔为 28~30MHz 及40MHz 。由于 SDH 的传输容量很大，因而要在有限的频带内传输 SDH 信号，则必须采用更高状态（多级）调制技术。

3.3. 交叉极化干扰抵消（交叉极化干扰抵消（ XPICXPIC ））技术技术 由于 SDH 微波传输容量大，为了能够提高频谱利用率，因此在数字微波系统中除采用多级调制技术（ 64QAM ， 128QAM 或512QAM 调制）外，还采用了双极化频率复用技术，使单波道数据传输速率成倍增长。

4.4. 自适应频域和时域均衡技术自适应频域和时域均衡技术

在 SDH 数字微波通信中，采用了无线通信

方式，因而多径衰落的影响不容忽视。加之系统

中采用了多级调制方式，要达到 ITU-R 所规定的

性能指标的要求，就必须采用相应的措施抑制多

径衰落的影响。

7.1.3 7.1.3 SDHSDH 微波通信设备微波通信设备

在 SDH 微波通信系统中， STM-4 的传输速率为 622.08Mbit/s, 占用两个微波波道。终端站设备基本结构如图 7-6 所示。它主要由 SDH 复用设备和 SDH 微波传输设备构成。

图 7-6 终端站的电路配置

（（ 11 ）复用设备）复用设备

从上图中可以看出，复用设备主要负责完成 4 个 STM-1 或 4×63 个 2Mbit/s 数据流的复用，这样在复用器的输出端将以STM-4 数据流输出，并通过 STM-4 光接口送到 SDH 微波传输设备中的中频调制解调器（ IF.Moden ）。

（（ 22 ） ） SDHSDH 微波传输设备微波传输设备

SDH 微波传输设备主要包括中频调制解调器部分、微波收发信机部分和操作、管理、维护和参数配置部分（ OAMP ）。

① ① 光传输接口光传输接口

光传输接口（ OTI ）的结构如图 7-7 所示。下面我们就以发送信号为例来进行说明。

图 7-7 光传输接口

② ② 数字处理器数字处理器 DSPDSP

DSP 主要用于完成 SDH 微波传输中所要求的信号处理功能的，如图 7-8 所示。图中可以看出，从公务信道和开销接入电路来的段开销 (SOH) 数据插入到 RC6 数据流中，然后再经扰码后插入微波辅助开销（ RFCOH ）。

③ ③ 中频调制解调器中频调制解调器

如图 7-9 所示的是波道 A ， B 信号发送编程。 发信过程

STM-4群路数据流经光传输接口（ OTI ）接入 A ， B 波道的数字信号在中频调制解调器中包括两个光传输接口OTI ，并采用 1+1保护方式，互为备份。

图7-9

信号发送流

程

收信过程

如图 7-10 所示的为信号接收流程。由于不同微波站其地理条件不同，因而通常采用 2重或 3重空间分集接收，但不同分集信号都将经过收波道分路带通滤波器（ BPF ）、低噪声放大（ LNA ）和下变频器处理后进入三重空间分集接收组合器。

图 7-10 信号接收流程

7.1.4 7.1.4 SDHSDH 微波通信系统微波通信系统 数字微波通信是指以微波作为载体传送数字信息的一种通信手段，因而 SDH 微波通信将兼有SDH 数字通信与微波通信两者的优点。下面来对其系统组成进行讨论。

1. 1. SDHSDH 微波通信系统组成微波通信系统组成 图 7-11 数字微波中继通信线路示意图数字微波传输线路的组成形式可以是一条主干线，中间有若干分支，也可以是一个枢纽站向若干方向分支。

（ 1 ）微波站：按不同工作性质，它可以分为数字微波端站、数字微波中继站、数字微波分路站和枢纽站。

① ① 终端站终端站

终端站是指位于线路两端或分支线路终点的站。

② ② 中继站中继站

中继站是指位于线路中间、不上下话路的站，可分为再生中继站、中频转接站、射频有源转接站和无源转接站。

③ ③ 分路站分路站

分路站是指位于线路中间的站，它既可以上、下某收、发信波道的部分支路，也可以沟通干线上两个方向之间的通信。

④ ④ 枢纽站枢纽站

枢纽站是指位于干线上的、需完成多个方向通信任务的站。

(2) 交换机：这是用于功能单元、信道或电路的暂时组合以保证所需通信动作的设备，用户可通过交换机进行呼叫连接，建立暂时的通信信道或电路。

(3) 用户终端：这是由用户使用的终端设备，如自动电话机、电传机和计算机等。

（ 4 ）数字终端机：它实际是一个数字电话终端复用设备，其功能是将交换机送来的多路信号变换为时分多路数字信号，并送往数字微波传输信道，或者是将数字微波传输信道所接收的时分多路数字信号反变换为交换机所要求的信号，并同时送至交换机。

2. 2. SDHSDH 微波的综合应用微波的综合应用 其主要应用如图 7-13 所示，有以下几种方式：

（（ 11 ）用）用 SDHSDH 微波系统使光纤通信网微波系统使光纤通信网形成闭合环路。形成闭合环路。

（（ 22 ）与）与 SDHSDH 光纤系统串联使用。光纤系统串联使用。

（（ 33 ）作为）作为 SDHSDH 光纤网的保护，以解光纤网的保护，以解决整个通信网的安全保护问题。决整个通信网的安全保护问题。

（（ 44 ）自成链路或环路。）自成链路或环路。

图 7-13 SDH微波应用图例

图7-13 SD

H

微波应用图

例

7.2 7.2 卫星移动通信系统卫星移动通信系统

卫星通信具有覆盖面积大、受地理条件限制少、通信频带宽的特点，因而成为现代通信不可缺少的通信手段。

7.2.1 7.2.1 卫星移动通信系统的基本卫星移动通信系统的基本概念及其分类概念及其分类1.1. 卫星移动通信系统的分类卫星移动通信系统的分类

卫星移动通信系统的性质、用途不同，所采用的技术手段也不同，因此存在多种分类方法，它们各自反映了卫星移动通信的不同侧面。具体分类如下。

（（ 11 ）按卫星移动通信系统的业）按卫星移动通信系统的业

务进行划分务进行划分

有海事卫星移动通信系统（ MMSS ）、 航空卫星移动通信系统（ AMSS ）和陆地卫星移动通信系统（ LMSS ）。

（（ 22 ）按卫星移动通信系统的卫星轨）按卫星移动通信系统的卫星轨道进行划分道进行划分

静止轨道卫星移动通信系统：其系统卫星位于地球赤道上空约 35786km附近的地球同步轨道上 , 卫星绕地球公转与地球自转的周期和方向相同。

（（ 33 ）按卫星移动通信系统的通信覆）按卫星移动通信系统的通信覆盖区域进行划分盖区域进行划分

有国际卫星移动通信系统、区域卫星移动通信系统和国内卫星移动通信系统。

2.2. 卫星移动通信系统的结构卫星移动通信系统的结构 如图 7-14 所示，卫星移动通信系统通常包括空间段和地面段两部分。空间段是指卫星星座，而地面段是指包括卫星测控中心、网络操作中心、关口站和卫星移动终端在内的地面设备。

图 7-14 卫星移动通信系统的基本组成

（（ 11 ）按一定规则分布的卫星构成一）按一定规则分布的卫星构成一个卫星移动通信系统的卫星星座。 个卫星移动通信系统的卫星星座。 （（ 22 ）网络操作中心具有管理卫星移）网络操作中心具有管理卫星移动通信业务的功能。动通信业务的功能。（（ 33 ）卫星测控中心负责卫星星座的）卫星测控中心负责卫星星座的管理功能，即卫星轨道修正、卫星工作管理功能，即卫星轨道修正、卫星工作状态的故障诊断等功能。状态的故障诊断等功能。

（（ 44 ）卫星移动终端是一终端设备，）卫星移动终端是一终端设备，通过该终端设备，移动用户可在移动环通过该终端设备，移动用户可在移动环境中，如空中、海上及陆地上实现各种境中，如空中、海上及陆地上实现各种业务通信。业务通信。（（ 55 ）关口站一方面负责为卫星移动）关口站一方面负责为卫星移动通信系统与地面固定网、地面移动通信通信系统与地面固定网、地面移动通信网提供接口以实现彼此间的互通，另一网提供接口以实现彼此间的互通，另一方面，还负责卫星移动终端的接入控制方面，还负责卫星移动终端的接入控制工作，从而保证通信的正常运行。工作，从而保证通信的正常运行。

3.3. 卫星移动通信系统的工作过程卫星移动通信系统的工作过程 其呼叫过程如下。

（ 1 ）卫星移动终端开机后，便自动向其归属关口站发出一个移动终端开机通知信息，并告知其具体所在位置。 （ 2 ）移动用户向卫星移动终端（主叫终端）输入被叫号码。

（ 3 ）卫星移动终端向该终端视线内的卫星发出一个包括该终端注册号码和被叫终端号码的请求服务信息，并通过卫星将此信息传送到本地服务关口站，以建立呼叫。

（ 4 ）本地关口站又通过卫星线路分别向主叫终端和被叫终端的归属关口站发出询问信息，如主叫或被叫终端是否有权使用此系统及其权限（即鉴权）。

（ 5 ）如双方都拥有使用权限，则系统将某卫星信道分配给此主叫终端和被叫终端，以供连接，并同时向被叫终端发起呼叫。

（ 6 ）通话完毕后，主叫和被叫终端释放通信链路，并由本地关口站通过卫星链路向双方的归属关口站发送相应的通信记录，以供主叫和被叫终端的归属关口站计费等项使用。

4.4. 卫星移动通信系统的使用频段卫星移动通信系统的使用频段 当电波穿过地球周围的大气层，在地球站与卫星之间传播时，会遇到电离层中自由电子和离子的吸收作用，还会受到对流层中的氧、水汽和雨、雪、雾的吸收和散射影响，从而产生一定的衰减。

7.2.2 7.2.2 卫星移动通信的特点和面卫星移动通信的特点和面对的技术问题对的技术问题

1.1. 卫星移动通信的特点卫星移动通信的特点 （ 1 ）通信距离远，具有全球覆盖能力，能满足陆地上、海洋中、空中立体化的、全方位的多址通信的需求，从而实现真正意义上的全球通信和个人通信。

（ 2 ）系统容量大，可提供多种通信业务，从而使通信业务向多样化和综合化方向发展，满足用户多方面的需求。

（ 3 ）在使用静止轨道的同时，也可使用中、低轨道卫星，使业务性能更优良，但在星座设计和技术上更为复杂。

2.2. 面对的技术问题面对的技术问题 （ 1 ）由于要求卫星移动终端的体积、重量、发射功率、天线尺寸趋于小型化，因此对技术的要求更高。

（ 2 ）利用现代化、智能化、数字化及多媒体技术，在网络设计、系统构成、星间协调、星上处理和系统运营等方面取得重大进展，力求获得良好的性能价格比，提高产品的市场竞争力。

(3) 卫星无线波束应能根据地面覆盖区域的变化，保持指向。通常卫星移动通信系统中的用户链路的工作频段限制在 20

0~10×103GHz 之内。 (4) 因移动终端的 EIRP （等效全向辐射功率）是有限的，故此要求卫星转发器和星上天线应采取多点波束技术和大功率技术。

(5) 在有多颗卫星构成的星座系统中，要求具有星际链路建立、星上处理和星上交换功能，同时地面关口站也应具有相应交换和处理功能。

(6)寻求对频段资源的不断扩张，以满足通信业务发展的要求。

7.2.3 7.2.3 卫星移动通信技术卫星移动通信技术1.1. 抗干扰技术抗干扰技术

在卫星通信系统中同样存在热噪声、交调干扰、邻道干扰、交叉极化干扰以及码间干扰，但由于卫星移动通信的特点决定了在其系统中既具有卫星通信系统的特性，又具有移动通信系统的特性，因而首先讨论一下卫星移动系统中还会受到哪些干扰的影响。

（（ 11 ）同频干扰）同频干扰

所有进入接收机通带内的、与本信道频率相同的或相近的无用信号都会对本信道信号构成干扰，这种干扰就是同频干扰。

（（ 22 ）近端对远端比干扰）近端对远端比干扰 这种干扰同样存在于地面移动通信系统中，当两个以同频工作的移动台各自与基站之间的距离相差较大（一个移动台距基站较近，另一个移动台距基站较远），当它们以相同的发射功率向基站发射信号时，基站接收机接收的近端移动台所发的信号功率较大，而远端移动台所发的信号较小。

（（ 33 ）多址访问干扰）多址访问干扰

CDMA 系统中的用户信号首先需要经过信息调制，从而获得窄带已调信号，然后再将该已调信号与作为地址码的伪随机码进行调制，并产生发送信号此时发送信号的带宽将远大于传输用户信息的频谱宽度。

为了克服多址干扰，因而在 CDMA 系统中有必要采用相应措施。具体如下。

① 采用正交的地址码用以避免相邻用户间由于地址码的相关作用而带来的干扰。

② 采用功率控制技术，这样可以减少由于远近效应所带来的干扰，同时在某种程度上也限制了多址干扰的影响。

③ 采用干扰抵消技术，即采用数字处理技术（通常利用维特比算法），同时配以匹配滤波器，将多址干扰限制在允许的范围之内。

2.2. 功率控制功率控制 在卫星移动通信系统中，一个卫星发射天线覆盖区中的卫星传输分为上行链路和下行链路。下行链路是指由卫星至卫星移动终端或关口站的链路为下行链路。一般卫星移动通信系统中的下行链路无需采用功率控制方式，功率控制使用于上行链路之中。

（（ 11 ） 采用功率控制的原因） 采用功率控制的原因

由于通信卫星处于外层空间，卫星移动通信环境十分复杂，并随时会发生变化。当地面发射机以固定功率发射时，无论通信卫星使用哪种转发器，其接收信号都存在不同程度的衰落现象。 ①对 FDMA 的卫星移动通信系统，某一地面发射机的上行链路功率过高会侵占透明转发器分配给其他上行链路的功率，从而影响其他上行链路的通信质量。

②对 TDMA 的卫星移动通信系统，移动环境的变化，如降雨、植被遮蔽等损耗，也要求发射机随不同的移动环境调整其发射功率，如铱星系统。

③对 CDMA 的卫星移动通信系统，主要的干扰是码间干扰。采用适当的上行链路功率控制以保持各接收机具有基本相同的输入载干比，进而提高系统容量。

（（ 22 ） 上行链路功率控制方法与特点） 上行链路功率控制方法与特点 目前在上行链路中所采用的功率控制方法分为三类。

开环法：即根据所接收的下行卫星链路信号或导频信号功率来决定发射功率。这种方法简单，但精度不高。

闭环法：地面通信终端首先发射信号，相应的接收机将所接收的信号电平大小通知关口站或网络操作中心，由其进行分析，并经下行链路给地面通信终端发出指令，要求其调整发射功率，地面发射机则按此指令进行发射功率调整。混合法：混合法实际上是上述两种方法的综

合，即首先以开环法确定初始功率电平，随后系统按闭环法的思路工作。

3.3. 星上处理与交换星上处理与交换 其处理内容如下。

（ 1 ）对数字信号进行解调再生，然后再进行调制，去除噪声积累的影响。

（ 2 ）不同的卫星天线波束之间信号交换。

（ 3 ）更高级别的信号变换和处理。

7.2.4 7.2.4 卫星移动通信原理卫星移动通信原理1.1. 同步轨道（同步轨道（ GEOGEO ））卫星移动通卫星移动通信原理信原理

在同步轨道（ GEO ）卫星移动通信系统中，由于通信卫星与地球同步运行，因而相对地面静止，这样通过 3颗彼此相距 73000km 的同步卫星，而构成卫星星座，可覆盖除南北极之外的全部地区，这比采用中、低轨卫星的覆盖地区大。

（（ 11 ）同步轨道卫星移动通信系统的）同步轨道卫星移动通信系统的一般结构一般结构①①GEOGEO 卫星卫星

当最小仰角为 5° 时，只需采用 3 颗 GEO 卫星，便可实现包括除南北纬 76° 以外的全球覆盖。

②② 关口站关口站

关口站（ MGS ）是卫星移动通信系统与地面通信网（ PSTN ）进行连接的接口单元。

③③ 网络控制中心网络控制中心

在一个卫星移动通信系统中，有一个网络控制中心（ NCC ），主要负责卫星移动通信系统的地面段控制管理任务。

（（ 22 ）不同）不同 GEOGEO 卫星移动通信系统的卫星移动通信系统的通信信道通信信道①① 单星单星 GEOGEO 卫星移动通信系统卫星移动通信系统

如果卫星移动终端 1 ， 2 （ MT1,MT2 ）之间没有经卫星转发的直接通信通道，卫星移动终端 1 又欲与卫星移动终端 2 进行通信，那么卫星移动终端 1首先将信息经上行链路发送给通信卫星，相应的卫星转发器接收此信号。

②② 无星际链路的多星无星际链路的多星 GEOGEO 卫星移动通信卫星移动通信系统系统

如果同一颗卫星覆盖区域内的卫星移动终端无直接通信通道，而此区域内的卫星移动终端 1欲与卫星移动移动终端 2 进行通信，那么可以选择某关口站按上述双跳方式完成信道连接，即MT1—— 卫星——MGS—— 卫星——MT2

③③ 有星际链路的多星有星际链路的多星 GEOGEO 卫星通信系统卫星通信系统

由于处于外层空间的 3颗同步轨道卫星彼此之间存在直接空间链路，因此两卫星移动终端之间的通信，仅需上一次星，下一次星，但星与星之间存在星际链路，即MT1—— 卫星 1—— 卫星 2——MT2 。

2.2. 中、低轨（中、低轨（ MEOMEO ，， LEOLEO ））卫星移动卫星移动通信系统通信系统

传统的 GEO 卫星移动通信系统的卫星轨道高，链路损耗大，对用户终端的要求高，因此这种 GEO 卫星星座支持手持机直接同卫星进行通信的技术难度大。

（（ 11 ）中、低轨卫星移动通信系统的结构）中、低轨卫星移动通信系统的结构 与 GEO 卫星移动通信系统的结构基本相同，中、低轨卫星移动通信系统也由空间段和地面段两部分构成。

① ① 卫星星座卫星星座

一个卫星星座是一个中、低轨卫星移动通信信号的中转站，它以一个最小仰角 EI覆盖地球的一定区域，这个区域通常呈圆形区域。这些区域联结起来，构成卫星星座对全球区域性的连续覆盖。

② ② 卫星移动终端卫星移动终端

卫星移动终端就是用户使用的卫星移动通信系统的接口终端设备，通过此接口终端设备，用户可随意地与另一卫星移动终端或卫星移动通信系统相连接的固定用户进行通信，同时享受卫星移动通信系统所提供的各种移动业务，如话音业务、数据业务、寻呼业务和无线电定位业务等。

③ ③ 关口站关口站

关口站是中、低轨卫星移动通信系统与各种地面通信网之间的接口单元，这样一个卫星移动用户可使用卫星移动终端与一个地面网用户建立通信联系。

④ ④ 系统控制中心系统控制中心

系统控制中心由卫星控制中心和网络控制中心组成。下面将分别进行讨论。

a. 卫星控制中心

b. 网络控制中心

（（ 22 ）中、低轨卫星移动通信系统的）中、低轨卫星移动通信系统的切换切换① ① 切换的种类切换的种类

在中、低轨卫星移动通信系统中，由于卫星、关口站、卫星移动通信终端和系统控制中心之间都存在相对运动，这种相对运动使得通信链路中断，这样就需要相应的切换操作来支持以确保通信链路不中断。下面就以它们之间的相对运动关系来分析切换操作的分类。

a.针对卫星移动终端与卫星星座之间的相对运动影响而采取的切换操作

b.针对关口站与卫星星座之间的相对运动影响而采取的切换操作

c.针对系统控制中心与卫星星座的相对运动影响而采取的切换操作

d.针对卫星移动终端与关口站之间的相对运动影响而采取的切换操作

e.针对各卫星之间的相对运动影响而采取的切换操作

f. 关口站间的卫星切换

由于空间段的卫星星座是处于高速运动之中的，并且卫星星座中的每颗卫星时刻都与关口站相连接以此来支持关口站的呼叫处理能力，因此为向特定的卫星提供呼叫处理服务而改变关口站，此切换则被称为关口站间的卫星切换。

g.区内卫星移动终端切换

② ② 切换的实现切换的实现

由于切换发生在通信过程之中，因而要求不能因进行切换而中断或降低通信质量。

③ ③ CDMACDMA 系统的软切换系统的软切换

软切换是指当一个卫星移动终端需要与新卫星转发器进行通信时 , 并不先中断与原有卫星转发器的联系 , 因而软切换只能在相同频率的CDMA 信道间进行。

3.3. 星际链路星际链路 星际链路是指连接空中星座内相邻卫星之间的通信链路。

4.4. 卫星移动通信系统中的信道分配卫星移动通信系统中的信道分配 由前面对多址访问方式的分析可知，系统所采用的多址访问方式不同，其信道分配也不同。

（（ 11 ）信道分配的主要类型）信道分配的主要类型 由于固定卫星系统中地球站之间传输的信息量较大，因而一般采用预分配（ PA ）、按申请分配（ DA ）方式，也可以采用动态分配和随机分配方式。

（（ 22 ）信道分配的集中控制方式）信道分配的集中控制方式 在卫星移动系统中，由卫星移动终端的移动性决定了其结构必须简单，便于移动，因而系统中的信道分配功能是由设在网络控制中心或关口站的按申请分配信道处理器负责完成的，可见这是一种集中控制方式。

（（ 33 ）固定信道分配策略）固定信道分配策略

固定信道分配策略（ FCA ）是指将一组频道重复分配给若干波束，但其中要求相同频道之间的复用距离足够大，这样才能将同频干扰限制在允许的范围之内。在图 7-15 中分别给出了 7 波束复用方案，从中可以看出，系统中共使用了 7

组频道，每组频道可以由若干个频道组成，而每个波束只能使用一组频道。

图7-15

多波束卫星移动通信系统中频率复用示意

图

（（ 44 ）动态信道分配策略）动态信道分配策略 在动态信道分配（ DCA ）中，只要满足同频复用距离的要求，所有频道都可以使用于任何一个波束之中，可见信道分配工作必须由网络控制中心进行集中调配。

（（ 55 ）灵活信道分配策略）灵活信道分配策略 灵活信道分配策略是结合了 FCA 和 DCA策略的特点，首先将系统的总信道分为两组：一组采用固定分配策略，另一组采用灵活信道分配策略。

7.2.5 7.2.5 卫星移动通信系统中的交卫星移动通信系统中的交换方式换方式1.1. 卫星移动通信系统中的业务特点卫星移动通信系统中的业务特点

在卫星移动通信系统中的卫星可以采用静止的，也可以采用非静止的。在采用 GEO 卫星移动通信系统中，由于卫星星座相对于地球是静止的，因而卫星波束始终覆盖同一个地球表面。

2.2. 卫星移动通信系统中的交换方式卫星移动通信系统中的交换方式 一个通信系统所选择的交换方式与系统的业务类型、业务量和网络结构有关。在窄带卫星移动通信系统中（如 Iridium ， Globalastar ， ICO 和

Inmarsat 系统等），主要以话音为主，兼传输数据和传真等其他业务。

3.3. 卫星移动通信系统中的呼叫建卫星移动通信系统中的呼叫建立过程立过程

呼叫连接功能是由交换网络根据用户号码来完成的，因而用户号码的编排也是一个很重要的问题。 （ 1 ）移动用户综合业务数字网（ MSISDN ）号。

（ 2 ）移动用户标识（ MSI ）码，这是存储在用户标识模块中用于识别用户的永久号码的。

（ 3 ）临时移动用户识别（ TMSI ）码。从安全性方面考虑，用户的永久号码是不在无线信道中传输的。

7.2.6 7.2.6 卫星移动通信系统与地面卫星移动通信系统与地面

网的互联网的互联

1.1. 卫 星 移 动 通 信 系 统 与 窄 带卫 星 移 动 通 信 系 统 与 窄 带ISDNISDN （（ N-ISDNN-ISDN ））的互联的互联

图 7-18 基于 Q.768 的网络各单元信令关系

2.2. 卫星移动通信系统与专用通信网卫星移动通信系统与专用通信网的互联的互联

从图中可以看出卫星移动通信系统在其中起到的作用。

（ 1 ）为专用网（ PABX ）的互联提供网络支撑。

（ 2 ）与移动用户互联。

（ 3 ）与远端和孤立用户互联。

图 7-19 专用交换网与卫星移动通信系统的综合

3.3. 卫星移动通信系统与宽带综合业务卫星移动通信系统与宽带综合业务数字网（数字网（ B-ISDNB-ISDN ））的互联的互联

在宽带综合业务数字网（ B-ISDN ）中是以ATM 作为基本传输模式的。

4.4. 卫星移动通信系统与局域卫星移动通信系统与局域 // 城域网城域网（（ LAN/MANLAN/MAN ））的互联的互联

局域 /城域网通信网的种类很多，包括以太网、光纤分布数据接口网（ FDDI ）、令牌环网、分布式队列双总线（ DQDB ）城域网以及异步传递模式（ ATM ）局域网等。

5.5. 卫星移动通信系统和公用数卫星移动通信系统和公用数据通信网的互联据通信网的互联

公用数据通信网是计算机之间、计算机与远程终端接入的计算机之间进行正确、快速数据传输和数据交换的一种公用网络。

6.6. 卫星移动通信系统和公众交换电卫星移动通信系统和公众交换电

话网的互联话网的互联

在卫星移动通信的设计中，通常考虑到其与

公众交换电话网（ PSTN ）的互联问题，因此在

关口站中安装了与之互联的接口装置。

（（ 11 ）同步技术）同步技术

随着光通信技术的迅速发展，长途通信网已全部采用大容量、高速的数字光纤通信系统。

① ① 全同步接口全同步接口

全同步接口是指公众电话交换网和卫星移动通信系统的关口站的时钟同受一个时钟源控制，如图 7-23 （ a ）所示。

② ② 基于帧滑动的接口基于帧滑动的接口

由于两个系统的帧频只存在极小的差异，这会使缓冲存储器“写入”和“读出”定时的相对关系发生平缓的偏移。

③ ③ 基本码速调整的接口基本码速调整的接口

如图 7-23 （ c ）所示，此时卫星线路的时钟速率稍高于地面 PSTN 线路的时钟速率。

图7-23

互联接口的同步方

式

（（ 22 ）互联技术方法）互联技术方法

公众电话交换网有模拟的和数字的。下面以数字化的公众电话交换网（ PSTN ）为例来说明与卫星移动通信系统的互联方法。

7.7. 卫星移动通信系统与公共陆地移动卫星移动通信系统与公共陆地移动通信网（通信网（ PLMNPLMN ））的互联的互联

在大多数公共陆地移动通信网中，移动交换局、基站等之间的信令采用 7 号信令方式。

7.3 7.3 宽带宽带 IPIP 卫星通信技卫星通信技术术

7.3.1 7.3.1 宽带宽带 IPIP 卫星通信及其特点卫星通信及其特点1.1. 宽带宽带 IPIP 卫星通信卫星通信

由于因特网中所使用的 IP协议结构简单，易于扩展，因而得到广泛的推荐，以至于现在人们普遍认为通信网有朝 IP 化方向发展的趋势，即试图在所有的通信网络中使用 IP协议。

2.2. 现有卫星现有卫星 IPIP 系统的特点系统的特点 卫星 IP 系统是在卫星通信系统的基础上使用了 IP 技术，可见其特点既兼备卫星通信的特点，又具有 TCP/IP 的工作特点。

（ 1 ）具有极高的覆盖能力和广播特性

（ 2 ）应用范围广，利于组建灵活的广域网 （ 3 ）可靠的传输性能

（ 4 ）传输时延相对较长。

7.3.2 7.3.2 现有宽带现有宽带 IPIP 卫星通信系统卫星通信系统 通常卫星系统包括用户终端、中心站

和转发器，宽带 IP 卫星系统的基本组成也

是如此。

1.1. 基于现有基于现有 DVBDVB 技术的宽带卫星技术的宽带卫星 IPIP 通通信系统信系统（（ 11 ）组网方案）组网方案

在现有的 DVB 技术中是利用 MPEG-2 （一种视频压缩编码标准）技术来实现数字卫星广播功能的，而DVB 技术已经发展了两代，早期的 DVB 系统由于其用户请求信息必须通过地面线路传送，因而系统是采用单向传输方式工作的。目前所研制的系统为第二代 DVB系统。在该系统中，用户以可变速率访问信道（由用户终端到中心站），并同时具有话音通信功能。在图 7-24中给出了日本 NTT 无线实验室提出的组网方案。

图 7-24 基于 DVB 的 IP卫星通信系统结构

（（ 22 ）协议与帧结构）协议与帧结构

在卫星 IP 系统中，通常将地面中心站（ CES ）发出的，经卫星转发而由各用户终端所接收的信道称为广播信道，其卫星链路采用的是 TDM 8Mbit/s× 一个信道。

2.2. 基 于基 于 S-UMTSS-UMTS （（ Satellite-Satellite-UMTSUMTS ））的移动的移动 IPIP 系统系统（（ 11 ）系统结构）系统结构

基于 S-UMTS 的移动卫星 IP 技术有两个难点；一是如何在移动卫星系统中实现 IP 技术的应用（建立在 IP 技术基础上的卫星多媒体应用）。二是如何使基于 IP 的 S-UMTS业务与第三代移动通信系统的 IP核心网互链。

（（ 22 ）移动卫星）移动卫星 IPIP 系统的协议堆栈系统的协议堆栈

图 7-28 是英国 Bradford 大学的卫星移动研

究中心提出的一个较完整的基于 S-UMTS 的移动

IP 系统的协议堆栈。

图 7-28 基于 S-UMTS功能模型的协议堆栈

3.3. 宽带宽带 IPIP 卫星通信关键技术卫星通信关键技术 早在 70年代便对 TCP/IP 在卫星通信中的应用做出了实验研究。

（（ 11 ）物理层）物理层

无线频谱资源是非常宝贵的，宽带 IP 卫星通信需要占据较大的频带，因此近来在美国、日本、意大利和德国纷纷在它们的卫星实验计划中使用ka 波段。

（（ 22 ）数据链路层）数据链路层

数据链路层利用物理层全双工比特流的传输功能来弥补物理层传输质量的不足，并提供数据链路的建立、维持和拆除功能，同时该层对相邻节点之间或终端与相连节点之间的通路进行差错控制、流量控制、数据成帧及同步等操作。

（（ 33 ）网络层）网络层 网络层所面临的问题包括与星座有关的路由、 IP组播、 IP QOS 和不同类型网络的互联等问题。

① ① 与星座有关的路由问题与星座有关的路由问题

a. 为什么现有组织网络的路由策略并不适用于IP 卫星系统

可见网络中的路由选择与切换操作相当频繁，而原用于地面因特网中的路由协议，例如开放最短路径优先OSPF （ Open Shortest Path Firest ）和路由信息协议 RIP （ Routing Information Protocol ）协议，都要求交换瞬时的全网拓扑信息。

b. 适用于 IP 星座系统的路由策略

根据 IP 卫星星座系统的不同特点，目

前所采取的路由策略有动态虚拟拓扑路由、

虚拟节点和基于动态拓扑的方法。

② ② IPIP 组播组播

IP组播是指多个接收者可以接收同一个或一组源所发出的相同数据的一个拷贝。由此可见，通常适用于对于那些需要进行一点对多点，多点对多点的通信应用之中。

③ ③ IP QOSIP QOS

QOS称为服务质量。 IP QOS 是指 IP 包在一个或多个网络中的传输过程中所表现的各种性能是对各种性能参数的具体描述。

RSVP （ ReSerVation Protocol ）是依靠信

令预留带宽来满足一定质量的服务要求的。但在

宽带多媒体网络中，由于卫星链路的一些固有特

性，如过长的传输时延，会使信息的传输质量变

坏，即使使用有差别服务和资源预留技术的系统，

仍存在以下三大问题。

第一：应为不同优先权的用户预留多大的带宽，才能满足不同等级用户对通信质量的要求。

第二：组播方式下的隧道融合。

第三：在卫星系统中为资源预留所提供的带宽占总带宽的比例为多少时，利于使用剩余带宽实现 FTP （文件传输协议）类业务。

④ ④ 不同类型网络的互联不同类型网络的互联

例如 IP 网与 ATM 网是两种不同的网络，有时候 ATM 网络中需要传送大量的IP业务，这就要求 ATM 网络能够提供低层的协议来支持 IP 分组。

（（ 44 ）传输层）传输层

当利用因特网来提供视频和话音业务时，其业务质量的好坏与这些业务传输过程的中断事件出现的概率有关。 ① 尽量发送大的分组以减小报头开销。

② 可以使用 TCP报头压缩、 ACK 抑制和 ACK

打包等方法以减小返回路径的传输量和频率。

③ 采用前向纠错（ FEC ）来减小传输差错，但会增加带宽和处理时间，同时也可能增加时延和抖动。

④ 避免使用卫星链路来发送反馈信息以减小反馈时间。

4.4. 宽带多媒体卫星网络宽带多媒体卫星网络 随着多媒体业务需求的不断增加，卫星网络将成为不可缺少的多媒体通信网络。 信关：要求同时支持几种标准网络协议。 用户终端：用户终端设备通过其中的接口单元（ TIU ）与信关相连接。 网络控制站：用于完成如配置管理、资源分配、性能管理和业务量管理等各种控制和管理功能。 接口是指与外部专用网络或公众网络的互连接口。

7.4 7.4 微波与卫星通信技术的微波与卫星通信技术的发展展望发展展望

近来在微波与卫星通信领域中的热点话题层出不穷，但大多集中在两个方面：一个是有关卫星移动通信的发展问题；另一个是关于宽带 IP 卫星系统的讨论。但要满足未来的需要，必须解决卫星网与服务质量（ QOS ）有关的系统设计问题。

11 ． 系统结构． 系统结构 近年来 IP 和多媒体技术在卫星中的应用已成为一个研究热点。

22 ． 移动管理． 移动管理 为了解决目前的移动管理协议效率低的问题，近期提出了一系列的移动管理方案，例如一种基于 ATM面向连接和面向非连接方式的混合模型的高效移动管理方案。其路由策略依据逻辑子网原理进行优化，提供满足 QOS 要求的业务。

33 ． 星上处理． 星上处理 在使星上设备小型化方面，提出使用FPGA （现场可编程门阵列）。最新的FPGA 具有先进的封装技术、抗辐射能力和现场可编程能力，在工程上容易实现星上处理硬件的高度小型化，而且速度较快，利于大批量生产。

4 ． 多址技术和调制技术 为了提高宽带移动卫星通信系统的容量和业务质量，必须发展新的传输技术和调制技术。近年来 CDMA 多址技术和OFDM （正交频分复用）多载波调制方式受到通信产品制造商的重视。

55 ． 信道编码． 信道编码

宽带卫星系统要求在较差的信道误码率情况下传输高速数据，这就要求有高效率的信道编 / 解码技术，以满足各类多媒体业务 QOS 的要求。