寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)ＲＳＭ－Ａ空中接口設(shè)計（二）

馮少棟　秦長路　常　江

[摘要]

針對寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)RSM-A進(jìn)行簡要介紹，其中包括系統(tǒng)組成、協(xié)議棧結(jié)構(gòu)、通信體制等，并對其空中接口物理層功能進(jìn)行闡述，為系統(tǒng)設(shè)計者提供參考。

作為衛(wèi)星通信的重要發(fā)展方向。寬帶衛(wèi)星通信日益受到人們的重視，2004年起，歐洲標(biāo)準(zhǔn)化組織ETSI相繼出臺了一系列寬帶衛(wèi)星通信的標(biāo)準(zhǔn)，為寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設(shè)計提供指導(dǎo)與參考。其中基于星上再生處理的網(wǎng)狀衛(wèi)星系統(tǒng)(Regenerative Satellite Mesh RSM-A)采用星上再生式處理轉(zhuǎn)發(fā)技術(shù)，可實現(xiàn)網(wǎng)內(nèi)用戶終端之間的單跳通信，日前已在休斯公司研制的寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)Spaceway3上成功應(yīng)用。

概述

1.系統(tǒng)組成及接口定義

(1)系統(tǒng)組成

RSM-A系統(tǒng)作為寬帶多媒體衛(wèi)星通信(Broadband Satellite Mesh BSM)系統(tǒng)的一種實現(xiàn)方式，主要由網(wǎng)絡(luò)運行控制中心、寬帶通信衛(wèi)星，用戶終端、用戶設(shè)備等實體組成，各實體功能如下：

網(wǎng)絡(luò)運行控制中心(Network OperatIon Control Center NOCC)：主要功能包括控制用戶終端接入控制，網(wǎng)絡(luò)實體的管理、地址解析及資源管理等相關(guān)功能。

衛(wèi)星載荷：衛(wèi)星的一部分，完成空中接口的功能。在本系統(tǒng)中，星上采用快速包交換方式，可在鏈路層為用戶終端提供單播、組播、廣播服務(wù)。

用戶終端(ST)：安裝在用戶側(cè)，可為IP業(yè)務(wù)在衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中的傳輸提供服務(wù)。

用戶設(shè)備：為運行應(yīng)用層程序的實體(通常為PC)，可以直接連接用戶終端，也可通過用戶網(wǎng)絡(luò)與用戶終端相連，用戶設(shè)備存有到一個或多個目的用戶終端的路由信息，可將IP數(shù)據(jù)通過衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)發(fā)送至目的用戶設(shè)備。(2)網(wǎng)絡(luò)接口定義

BSM系統(tǒng)中各實體之間的接口(見圖1)定義如下：

U接口：用戶終端與衛(wèi)星有效載荷之間的物理接口(也稱空中接口)，用戶終端發(fā)送和接收的所有數(shù)據(jù)(包括源終端發(fā)往目的終端的用戶數(shù)據(jù)，發(fā)往網(wǎng)絡(luò)運行控制中心的信令及管理數(shù)據(jù)等)都是通過該接口進(jìn)行傳輸。

T接口：用戶終端與用戶設(shè)備之間的物理接口。多臺用戶設(shè)備可通過該接口連接至一臺用戶終端。

N接口：用戶終端與網(wǎng)絡(luò)運行控制中心之間的邏輯接口，用于傳輸管理信息和信令。

P接口：用戶終端之間的邏輯接口，用于傳輸對等層面的信令和用戶數(shù)據(jù)。

2.系統(tǒng)工作原理

在BSM系統(tǒng)中，所有的用戶終端使用相同的空中接口，上行鏈路采用點波束，將衛(wèi)星覆蓋區(qū)域在地理上分成了許多小區(qū)，采用FDMA-TDMA傳輸方式，而下行鏈路采用TDM傳輸方式，其中點對點傳輸采用點波束，廣播服務(wù)采用區(qū)域波束。根據(jù)配置不同，用戶終端傳輸速率可為128kbps(等效為1／16E1速率)、512kbps(等效為1/4 E1速率)、2Mbps(等效為E1速率)或16Mbps(等效為8個E1速率)。

衛(wèi)星與NOCC共同完成上行鏈路的帶寬分配，衛(wèi)星將來自上行鏈路的信號還原為信息分組，按照分組頭中表明的地址送往指定下行波束。去往同一個波束的分組將重新打包編碼，通過高速TDM載波在下行鏈路傳輸。根據(jù)每一個方向的傳輸數(shù)據(jù)流，所有用戶終端及信關(guān)站終端以動態(tài)方式共享衛(wèi)星帶寬以保證各自業(yè)務(wù)的傳輸。

如圖2所示，BSM系統(tǒng)上下行鏈路采用不同的傳輸模式，其中上行鏈路由一組FDMA-TDMA載波構(gòu)成。每個上行鏈路小區(qū)分配數(shù)個獨立的載波。FDMA-TD MA有幾種可選擇的載波模式支持突發(fā)用戶數(shù)據(jù)在幾百kbps到幾Mbps的速率范圍內(nèi)傳輸。

下行鏈路為多個TDM載波。每一個TDM載波對一個指定的地理區(qū)域提供用戶通信，并且在每—個下行鏈路時隙這組載波能被重新分配用于服務(wù)不同的下行鏈路小區(qū)。根據(jù)需要，每顆衛(wèi)星下行鏈路的容量能夠在點對點服務(wù)與廣播服務(wù)之間分配。

2.3協(xié)議棧描述

RSM-A系統(tǒng)的空中接口在邏輯上可分為P接口和U接口，P接口是終端之間對等的接口。U接口是用戶終端與衛(wèi)星載荷之間的接口。圖3給出了以用戶終端為視角的RSM系統(tǒng)用戶面體系結(jié)構(gòu)。用戶終端提供各個層次的接口功能，保證空中接口協(xié)議與用戶接口協(xié)議(如以太網(wǎng)、USB)之間能夠?qū)崿F(xiàn)互聯(lián)。

3.物理層描述

3.1概述

RSM-A系統(tǒng)物理層所提供的服務(wù)如下：

初始捕獲與同步

根據(jù)MAC層的指示，將來自MAC層的分組送入指定的時隙及信道

將接收到的分組送往MAC層進(jìn)行過濾

當(dāng)檢測到鏈路不可用時通知相應(yīng)的無線資源管理層實體

根據(jù)無線資源管理層的指令進(jìn)行傳輸功率的調(diào)整

如前所述，上行鏈路與下行鏈路的特點決定其物理層的實現(xiàn)機制是不同的。圖4給出了物理層的實現(xiàn)流程及功能。

3.2幀結(jié)構(gòu)及載波模式設(shè)計

在RSM-A系統(tǒng)中，為了便于時間同步，上下行鏈路超幀長度均為768ms，每個上行鏈路超幀包括8個上行幀，幀長為96ms，每個下行鏈路超幀包括256個下行幀，幀長為3ms。上下行鏈路幀的對應(yīng)關(guān)系如圖5所示。

結(jié)束語

在RSM-A系統(tǒng)中，由于上行鏈路采用了MF-TDMA體制，用戶終端可以根據(jù)實際業(yè)務(wù)需求可以靈活改變傳輸速率，尤其是在幀結(jié)構(gòu)方面采用了獨特的設(shè)計，使系統(tǒng)能夠達(dá)到良好的同步性能。