宽带卫星通信系统ＲＳＭ－Ａ空中接口设计（二）

冯少栋　秦长路　常　江

[摘要]

针对宽带卫星通信系统RSM-A进行简要介绍，其中包括系统组成、协议栈结构、通信体制等，并对其空中接口物理层功能进行阐述，为系统设计者提供参考。

作为卫星通信的重要发展方向。宽带卫星通信日益受到人们的重视，2004年起，欧洲标准化组织ETSI相继出台了一系列宽带卫星通信的标准，为宽带卫星通信系统的设计提供指导与参考。其中基于星上再生处理的网状卫星系统(Regenerative Satellite Mesh RSM-A)采用星上再生式处理转发技术，可实现网内用户终端之间的单跳通信，日前已在休斯公司研制的宽带卫星通信系统Spaceway3上成功应用。

概述

1.系统组成及接口定义

(1)系统组成

RSM-A系统作为宽带多媒体卫星通信(Broadband Satellite Mesh BSM)系统的一种实现方式，主要由网络运行控制中心、宽带通信卫星，用户终端、用户设备等实体组成，各实体功能如下：

网络运行控制中心(Network OperatIon Control Center NOCC)：主要功能包括控制用户终端接入控制，网络实体的管理、地址解析及资源管理等相关功能。

卫星载荷：卫星的一部分，完成空中接口的功能。在本系统中，星上采用快速包交换方式，可在链路层为用户终端提供单播、组播、广播服务。

用户终端(ST)：安装在用户侧，可为IP业务在卫星网络中的传输提供服务。

用户设备：为运行应用层程序的实体(通常为PC)，可以直接连接用户终端，也可通过用户网络与用户终端相连，用户设备存有到一个或多个目的用户终端的路由信息，可将IP数据通过卫星网络发送至目的用户设备。(2)网络接口定义

BSM系统中各实体之间的接口(见图1)定义如下：

U接口：用户终端与卫星有效载荷之间的物理接口(也称空中接口)，用户终端发送和接收的所有数据(包括源终端发往目的终端的用户数据，发往网络运行控制中心的信令及管理数据等)都是通过该接口进行传输。

T接口：用户终端与用户设备之间的物理接口。多台用户设备可通过该接口连接至一台用户终端。

N接口：用户终端与网络运行控制中心之间的逻辑接口，用于传输管理信息和信令。

P接口：用户终端之间的逻辑接口，用于传输对等层面的信令和用户数据。

2.系统工作原理

在BSM系统中，所有的用户终端使用相同的空中接口，上行链路采用点波束，将卫星覆盖区域在地理上分成了许多小区，采用FDMA-TDMA传输方式，而下行链路采用TDM传输方式，其中点对点传输采用点波束，广播服务采用区域波束。根据配置不同，用户终端传输速率可为128kbps(等效为1／16E1速率)、512kbps(等效为1/4 E1速率)、2Mbps(等效为E1速率)或16Mbps(等效为8个E1速率)。

卫星与NOCC共同完成上行链路的带宽分配，卫星将来自上行链路的信号还原为信息分组，按照分组头中表明的地址送往指定下行波束。去往同一个波束的分组将重新打包编码，通过高速TDM载波在下行链路传输。根据每一个方向的传输数据流，所有用户终端及信关站终端以动态方式共享卫星带宽以保证各自业务的传输。

如图2所示，BSM系统上下行链路采用不同的传输模式，其中上行链路由一组FDMA-TDMA载波构成。每个上行链路小区分配数个独立的载波。FDMA-TD MA有几种可选择的载波模式支持突发用户数据在几百kbps到几Mbps的速率范围内传输。

下行链路为多个TDM载波。每一个TDM载波对一个指定的地理区域提供用户通信，并且在每—个下行链路时隙这组载波能被重新分配用于服务不同的下行链路小区。根据需要，每颗卫星下行链路的容量能够在点对点服务与广播服务之间分配。

2.3协议栈描述

RSM-A系统的空中接口在逻辑上可分为P接口和U接口，P接口是终端之间对等的接口。U接口是用户终端与卫星载荷之间的接口。图3给出了以用户终端为视角的RSM系统用户面体系结构。用户终端提供各个层次的接口功能，保证空中接口协议与用户接口协议(如以太网、USB)之间能够实现互联。

3.物理层描述

3.1概述

RSM-A系统物理层所提供的服务如下：

初始捕获与同步

根据MAC层的指示，将来自MAC层的分组送入指定的时隙及信道

将接收到的分组送往MAC层进行过滤

当检测到链路不可用时通知相应的无线资源管理层实体

根据无线资源管理层的指令进行传输功率的调整

如前所述，上行链路与下行链路的特点决定其物理层的实现机制是不同的。图4给出了物理层的实现流程及功能。

3.2帧结构及载波模式设计

在RSM-A系统中，为了便于时间同步，上下行链路超帧长度均为768ms，每个上行链路超帧包括8个上行帧，帧长为96ms，每个下行链路超帧包括256个下行帧，帧长为3ms。上下行链路帧的对应关系如图5所示。

结束语

在RSM-A系统中，由于上行链路采用了MF-TDMA体制，用户终端可以根据实际业务需求可以灵活改变传输速率，尤其是在帧结构方面采用了独特的设计，使系统能够达到良好的同步性能。