基于DVB－RCS的VSAT寬帶衛星通信技術與應用

郅 琦

(中國電子科技集團公司第39研究所通信部，陜西西安 710065)

1 VSAT數據網原理

VSAT數據網通常以主站為中心，通過衛星與各小站連成星形網。每個小站支持一組用戶終端或LAN，主站與數據處理中心或信息庫相連。

數據網的數據信息通常以分組的方式進行傳輸和交換。作為VSAT數據網，它提供開放系統互連體系結構OSI參考模型下三層，即物理層、數據鏈路層和物理層的服務。下三層所關心的是網絡的連接和通信。對于單節點衛星網絡來說，它對系統兩端所產生的分組起中繼作用，實現1～3層功能，如圖1所示。在第3層執行交換和路由選擇功能。各層的功能定義、協議標準和層間接口均有相關規定。由于衛星信道的共用性，在第2層實現用戶協議與VSAT網絡多址協議的轉換。

圖1 VSAT網絡數據OSI結構

2 VSAT網絡發展趨勢

VSAT衛星通信系統是20世紀末興起的一種新型衛星網絡。它的出現是衛星通信技術的重大突破，其不僅改變了當前衛星通信行業的產品結構和生產規模，還形成了新的組網概念。

隨著網絡的寬帶化和業務需求的多樣化，VSAT衛星通信系統正從傳統窄帶數據通信應用，向一個融合電信、廣播、計算機的寬帶衛星網絡發展。在提供傳統的話音、數據交互等業務的同時，寬帶化的VSAT設備還擴展了遠程教育、遠程醫療、電視會議等功能;隨著廣播業務的發展，利用衛星通信的廣域覆蓋特性和寬帶衛星廣播技術，實現新聞、數據分發和廣播，數據視頻音頻廣播到戶、衛星尋呼、Web廣播、視頻點播(VOD)、IP數據音頻和視頻廣播等。寬帶衛星數據傳輸作為計算機互連網的一部分，提供了方便的文件軟件下載和Internet接入、企業的Internet互連、ISP骨干業務、電子郵件、電子商務、金融證券等，并且還將隨著需求和技術更新，不斷提供更多樣的業務服務。

3 DVB－RCS開放標準

衛星寬帶接入從技術上的可行性已經論證多年，在已提出的幾項新技術和架構中，DVB－RCS開放標準已獲得了商業成功。DVB－RCS是衛星通信市場上第一個非專有的雙向VSAT標準，其市場和設備相對成熟。DVB－RCS標準是一個真正的開放型標準，允許不同執行DVB－RCS標準廠商的產品可以具有互操作性。

DVB－RCS標準:

出向信道:DVB/MPEG－2數據格式，IP封包，數據速率達到 45 Mbit·s－1。

回傳信道:MF －TDMA，QPSK，數據速率4 Mbit·s－1。

MF－TDMA(Multiple Access－Time Division Multiplex)多頻時分多址，它是從時間和頻率上分為一個二維幀，如圖2所示。上行線路的所有終端可以合用一個二維MF－TDMA幀，分為若干個不相覆蓋的時間頻率槽，如圖2所示，顯著提高了系統容量。由于每個終端發出的多媒體業務是突發的，因而多路合用必須是動態的。MF－TDMA的優勢在于:載波頻率和分配帶寬都可以靈活適應多變的多媒體傳輸要求，而且時隙和突發速率都可以根據網控中心的要求來改變，有效降低了終端功率和傳輸速率，從而降低終端成本。

由于DVB－RCS標準的出臺，結束了各個VSAT廠商各自為陣、標準不統一的局面，使得芯片的生產趨于標準化，這樣DVB－RCS設備在性能上與傳統的VSAT設備已經不可同日而語，而價格卻比傳統的VSAT設備擁有更強的市場競爭力。近年來，阿而卡特、Gilat、Viasat以及NewTech等業內知名公司宣布，他們的設備均遵從DVB－RCS標準，已經在世界范圍內建設有數百個完全依從DVB－RCS標準的系統。美軍計劃2008年開始投資1億美元在全球大規模部署DVB－RCS系統，作為寬帶數據鏈的組成部分。

圖2 MF－TDMA幀原理圖

自DVB－RCS標準推出以來，使得傳統的VSAT系統經歷了一場革命，在性價比上得到了前所未有的提升，使得寬帶雙向衛星通信系統在城市的地面互聯網迅速擴展的同時，也擴展到了偏遠農村那些地面線路無法覆蓋的地方，實現了與地面線路的無縫連接。

4 VSAT衛星通信系統在農村的應用

4.1 應用概述

“低成本、廣覆蓋、低功耗、易維護”是面向未來我國農村通信市場發展的技術特點，因其組網靈活，不受地形影響;通信容量大、覆蓋面廣、可同時傳輸數據和話音;具有多點廣播能力，便于擴容;既可與地面系統相結合，又可繞開復雜的地面網建立獨立的衛星網等適合農村通信的諸多優點。因此，自20世紀末以來，衛星通信在我國農村通信中就已經得到廣泛應用。隨著互聯網和信息化的快速發展，農村通信對寬帶業務的需求越來越大，VSAT寬帶衛星通信系統不僅能夠滿足農村日益增長的寬帶業務需求，而且成本較低，應用前景廣闊。伴隨著“村村通”工程的深入應用，其已成為目前解決我國農村通信問題的主要通信手段之一。

4.2 系統介紹

該VSAT寬帶衛星通信系統基于DVB－RCS，工作于Ku頻段，由一個中心主站和若干個遠端站組成，并且遠端站可隨需求增減。系統基于IP平臺設計，基本通信體制為 TDM/MF－TDMA，出向支持 DVBS/S2，入向支持 DVB － RCS。出向速率 15 Mbit·s－1，回傳速率:1.6～2 Mbit·s－1。組網規模靈活。該系統的基本拓撲結構為星狀和網狀，如圖3所示。

圖3 VSAT寬帶衛星通信系統拓撲結構示意圖

中心主站到遠端站是廣播式的TDM載波，遠端站到中心主站采用適當速率的多載波TDMA。這種方式是將若干遠端站的發射信號編為一組以TDMA方式組合，再調制到一個載波上發射出去，同時，主站將以多個載波的TDMA形式接收來自遠端小站的信息。在這種方式下，各站接收和發射的頻率和時隙是可調的。由于采用TDM、MF－TDMA的組合，系統的靈活性增強，容量顯著提高。一個衛星轉發器能夠容納幾千個遠端站。中心主站擔負全網的系統管理職能，對網絡進行監測和控制。遠端站周期性地從主站發出的信號中診斷本站的工作狀態。

系統業務包括:(1)實時的電視電話會議。(2)高清晰圖像傳輸。(3)文件數據傳輸。(4)Internet接入。(5)話音服務。(6)信息共享。

系統特點:(1)靈活的組網方式。數據傳輸為星狀拓撲，話音通信為網狀拓撲。因此既可以支持遠端站到主站之間的一跳通信，也可以支持兩個遠端站之間的一跳通信。(2)支持多業務。(3)接口多樣。(4)動態帶寬分配。(5)高可靠性設計，保障系統的高可用度。(6)系統自動識別語音信號，支持QoS設計，為話音預留帶寬，使得話音通信在任何時候都享有最高優先級。(7)主站模塊化設計，易于擴展、維護、升級。(8)遠端站無人值守，安裝、維護簡單。(9)網管界面友好，功能強大。

4.3 子系統配置說明

4.3.1 中心站配置

中心站是VSAT寬帶系統的核心，使用Ku頻段6 m天線。由天線/控制子系統、高功率放大器SSPB、低噪聲放大器LNA、信道子系統、IP子系統和網管子系統等組成。因主站關系到整個VSAT網的運行，所以采用1∶1設備備份冗余。

中心站提供整個VSAT網接入外部通信網的接口。VSAT網可以看作是一個由衛星建立連接的局域網，語音、視頻、數據通過IP來傳輸，可同時接收10路圖像(1.5 Mbit·s－1×10)。在中心站，通過VoIP語音網關和PBX使VSAT網內電話與PSTN連接，支持120路話音通道;通過路由器使VSAT網與Internet連接起來，滿足專網對外網訪問的要求。中心站的系統基本構架如圖4所示。

圖4 主站架構示意圖

系統主站的基本組成架構為4個子系統:

(1)前向鏈路子系統(FLSS)。完成中心站與遠端站話音、圖像及數據等信息的廣播。

(2)回傳鏈路子系統(RLSS)。完成遠端站與中心站的回傳包括控制等信息的通信。

(3)IP子系統(IPSS)。負責廣播及控制信息的數據處理，將所傳信息打包成IP包，完成不同接口的統一IP傳輸。

(4)網管子系統(NetManager)。由網管系統對整個系統的運行情況、操作系統、指揮/控制系統、保持狀況及統計信息進行管理。系統管理員可通過Internet這樣一個靈活的方式，訪問網絡管理子系統，包括用戶管理、QoS管理、SLA管理、配置管理等。

4.3.2 遠端站配置

遠端站由1.8 m天線、功放、低噪聲放大器、變頻器、調制解調器、數據終端等組成，如圖5所示。通常采用固化部件，便于安裝與維護，可直接與數據終端連接。天線直徑可依據雨衰量大小，采用不同直徑。遠端站可通過VOIP網關連接至話音網關或PC及PSTN，傳輸1路圖像 (1.5 Mbit· s－1)，2 路 VoIP，1 路 數據(64 kbit·s－1)。衛星modem連接一個交換機，交換機上連接各種應用設備，例如電話、計算機、視頻終端等。

圖5 遠端站組成結構圖

5 結束語

VSAT衛星通信網向寬帶業務發展已是必然趨勢，但由于以往建設的VSAT衛星通信系統標準不統一、各自為陣，使得終端設備的投入成本較昂貴，使其在市場上的推廣受限。如何積極地統一標準、研發新技術以期使衛星寬帶接入大幅降低成本，能被廣泛地接受，是目前研究和應用的熱點。其中，基于DVBRCS標準因其開放性好越來越被重視，尤其在解決我國偏遠農村地區的寬帶衛星通信，將發揮重要作用，并具有廣闊的應用前景。

［1］Green R.DVB －RCS Bandwidth efficiencies in the return and forword links［M］.Germany:Springger Conpration，2001.

［2］吳詩其，李興.衛星通信導論［M］.北京:電子工業出版社，2002.

［3］安韜.寬帶衛星移動通信網的介紹與應用［C］.北京:第五屆衛星通信新業務新技術學術年會，2009.