一种卫星通信多业务复接与解复接方案的设计与实现

周琳凯，黄智伟，阮智利，徐 亮

（1.南京熊猫汉达科技有限公司，江苏 南京 210003；2.航天系统部装备部军事代表局，北京 100000）

0 引言

近年来，我国的通信行业经历了快速发展，其中，卫星通信以其通信容量大，不受地理环境限制，系统开设简单等众多优点，获得了巨大的关注和发展。特别是在遇险救生、抢险救灾、海上航行等领域，卫星通信有着无可比拟的优势。因此，对于卫星通信的研究有着长足的现实和应用意义[1]。

1 典型卫星通信系统组成及卫星业务流程

1.1 典型卫星通信系统组成

通常，卫星通信系统可分为空间段、测控段、用户段，在此基础上我们也可将卫星通信系统分为通信卫星、测控系统、应用系统、运控系统等几个分系统。空间段主要指通信卫星，通信卫星运行在卫星轨道上，运行卫星通信转发器等卫星通信载荷；测控段主要指测控系统，测控系统主要负责对通信卫星在轨运行姿态、角度等工作状态进行跟踪、遥测、指令分发与控制；用户段主要由运控系统和应用系统组成，其中运控系统主要负责卫星通信系统的业务测控、应用管理、决策支持，应用系统主要指卫星通信终端设备以及地面的卫星通信网络管理系统[2]。

1.2 卫星通信业务流程

卫星通信系统一般采用星状组网，控制方式采用地面站集中管理控制的方式，业务采用点到点的通信方式。

卫星通信终端携带终端身份参数，通过控制信令发送入网注册信令，网络管理系统进行身份鉴权验证，如合法则允许进入规划的卫星通信网，如不合法则拒绝该终端的注册请求[3]。

当卫星通信终端A需要与卫星通信终端B进行通信业务时，主要流程如下。

（1）终端A通过控制信令向地面网络管理系统发送呼叫请求，参数内容包括卫星业务的类型、通信速率、呼叫号码等。

（2）网络管理系统收到终端A发送的业务呼叫请求后，进行被叫侧的忙闲检测，如不具备通信条件，则向主叫发送呼叫拒绝消息。

（3）如果被叫具备通信条件，网络管理系统则进行卫星资源运算并进行资源分配，告知通信双方相应的通信参数。

（4）终端A和终端B收到通信参数分配后进行本地参数设置，设置完后，通信双方间即建立起了点到点的通信链路，通信双方即可在业务通道上进行业务交互。

（5）当通信结束后，通信双方中的任一方可通过控制信令发送通信结束请求，网络管理系统收到通信结束请求后，通过控制信令向通信双方发送通信结束应答消息，拆除通信，释放卫星资源。

2 多业务复接与解复接方案

2.1 多业务复接与解复接方案的提出

点对点卫星通信系统中，针对每次具体的卫星通信业务需求，发起卫星链路建立流程，每次建立的卫星通信链路只能用来传输此次特定业务类型卫星业务数据，网络管理系统会根据每种业务类型和特点，进行相应的资源分配。卫星通信终端只能针对同一种业务数据进行采样、调制、发射等工作，这样针对每一个业务进行卫星链路的建立和拆除，可以很好的保障单个业务的通信质量和稳定性[4]。用户需要多路业务时，就需要建立多条卫星链路。

在很多情况下，用户需要能够同时提供多种业务，比如，语音、视频、IP数据等业务同时进行，又不用建立多条卫星链路。为此，我们通过卫星通信终端应用层和物理层进行联合设计，设计了一种多业务复接和解复接帧结构，在发送端通过对不同业务数据进行不同的业务帧封装，最后形成统一的复接帧在卫星链路上进行传输，在接收端按特定的复接帧结构进行解调和解析，对不同类型的业务数据进行处理和分发，由此实现在同一卫星链路上实现多种业务传输和处理[5]。这样可以免去建立多条卫星链路带来的链路开销，提高了卫星资源的利用率。

2.2 多业务复接与解复接方案的设计

2.2.1 业务复接与解复接的方案设计

针对目前通用的几种业务类型进行分类设计，对于数据量较大速率较高的视频业务，我们在建立卫星链路时根据视频终端的实际使用情况，分配固定的通信带宽，同时采用高速FPGA直接进行数据采样，来保证视频数据的采样准确性和及时性，并由视频数据复接组帧模块对复接业务帧进行组帧，之后将视频复接帧传送到FPGA接口收发模块进行统一处理。其他类型的业务数据使用CPU应用层进行处理，对于多路语音和传真业务，通过群路声码语音模块进行多路语音/传真的数据采集，并在应用层由专门的处理线程进行语音/传真复接帧的组帧处理；对于IP数据，通过在CPU侧对网卡进行原生套接字抓包的方法来实现网卡IP数据包的捕获，实现透明传输网络数据的功能，捕获数据后由应用层专门的处理线程来进行IP数据复接帧的组帧处理；同理，对于异步数据，由异步数据处理模块采集完异步数据后由应用层专门的处理线程进行异步数据的复接帧组帧处理[6]。

在CPU应用层进行了语音优先保证算法设计，在与HDLC模块进行数据读写时，对实时性要求较高的语音队列进行优先处理，使得在IP数据量较大、带宽资源较为紧张时，能最大程度的保障用户语音通信的感受。

将FPGA传输的视频复接帧数据和CPU采集的其他复接帧都传输到HDLC模块，由FPGA进行数据校验和调制发送。

当卫星通信终端作为接收方时，首先接收到完整的业务复接帧，之后按照帧结构进行解析，并将不同的业务帧发送到不同的处理线程进行处理解析，由各专门的处理模块来完成与各业务终端的交互，实现多业务的解复接。如图2所示。

2.2.2 复接帧结构设计

为了在同一卫星链路上传输多种类型业务数据，实现多种业务的复接和解复接，在此我们设计了一种通用复接业务帧结构，将不同类型的业务数据由不同的处理模块进行数据采集并分别进行数据处理和帧结构封装，最后由HDLC模块进行收发数据的效验和时序处理，以确保需要传输数据的完整性和准确性，复接帧结构如图3所示。

图3 复接业务帧结构

3 结束语

本文主要提出了一种点对点卫星通信中多业务复接与解复接方案，首先介绍了典型的卫星通信系统组成并详细介绍了卫星通信业务的流程，其次重点介绍了卫星通信多业务复接与解复接的原理和方案。该方案通过设计独有的多业务复接帧，可将单一的卫通业务通道扩展为语音、传真、IP数据、视频、异步数据等多种业务共同复用的综合业务通道，极大地扩展了卫星通信的应用、满足多种场景下对卫星通信的不同需求，可以极大地节约卫星带宽资源，具备较强的推广应用意义。