基于池化技術(shù)與獨(dú)立交換中心的衛(wèi)星通信中心站架構(gòu)方案*

萇敬輝 ，劉愛軍 ，邱文靜 ，高志祥 ，董超穎

（1.中國人民解放軍陸軍工程大學(xué)通信工程學(xué)院，江蘇 南京 210007；2.南京熊貓漢達(dá)科技有限公司，江蘇 南京 210014）

0 引 言

衛(wèi)星通信以其穩(wěn)定、快速、覆蓋廣的特點(diǎn)已被廣泛應(yīng)用于各個(gè)行業(yè)，不僅在軍事中發(fā)揮了關(guān)鍵性作用，也對人類的生產(chǎn)、生活方式產(chǎn)生了巨大影響[1］。

衛(wèi)星地球站是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的重要組成部分。它主要實(shí)現(xiàn)用戶業(yè)務(wù)接入、調(diào)制解調(diào)及無線信號的發(fā)射與接收功能。根據(jù)設(shè)備形態(tài)及安裝平臺的不同，一般可將地球站分為固定站、車載站、機(jī)載站、便攜站、背負(fù)站、手持站等類型；根據(jù)地球站在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的地位和承擔(dān)任務(wù)的不同，一般可以分為中心站、區(qū)域站、用戶站等類型[2］。

其中中心站作為衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的核心節(jié)點(diǎn)，具備其他站型所不能替代的功能與地位。目前，國內(nèi)的中心站一般都建有多頻段、大尺寸、高功放的天線，具備較強(qiáng)的通信傳輸能力；通常安裝配備多類衛(wèi)星地面系統(tǒng)，需要通過單獨(dú)設(shè)置的一個(gè)或多個(gè)交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通；射頻設(shè)備、中頻信道設(shè)備、交換設(shè)備、業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)設(shè)備的連接對應(yīng)關(guān)系相對固定，內(nèi)部鏈路需要進(jìn)行人為的預(yù)先規(guī)劃；調(diào)制解調(diào)器一般采用一體化機(jī)箱設(shè)計(jì)，不同功能模塊集成于同一機(jī)箱之中。

雖然現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)構(gòu)造簡單、安裝便捷、成本較低，但隨著衛(wèi)星通信的廣泛應(yīng)用，用戶間互聯(lián)互通困難、設(shè)備利用效率低、系統(tǒng)整體可靠性下降等問題卻也日益凸顯了出來。

1 衛(wèi)星通信中心站現(xiàn)狀

1.1 中心站具備的職能特點(diǎn)

（1）通信資源的統(tǒng)一規(guī)劃

中心站是各衛(wèi)星通信網(wǎng)的中心匯聚節(jié)點(diǎn)，應(yīng)負(fù)責(zé)對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、用戶地址等資源進(jìn)行科學(xué)、統(tǒng)一的規(guī)劃和分配。

中心站應(yīng)根據(jù)用戶實(shí)際需求科學(xué)調(diào)配各衛(wèi)星系統(tǒng)波束及轉(zhuǎn)發(fā)器的頻率資源，盡可能地提高衛(wèi)星資源的使用效率，并對已分配的頻率資源進(jìn)行嚴(yán)格的監(jiān)測管理，防止出現(xiàn)用戶違規(guī)占用頻率資源、信號發(fā)送功率超標(biāo)、天線極化泄漏等問題。

衛(wèi)星通信網(wǎng)的用戶地址、電話號碼是識別與定位用戶身份的重要標(biāo)志，為使衛(wèi)星通信網(wǎng)與地面固定電話網(wǎng)、地面移動電話網(wǎng)的號碼互相兼容且不出現(xiàn)沖突，應(yīng)由中心站負(fù)責(zé)統(tǒng)籌規(guī)劃、集中受理申請、統(tǒng)一分配下發(fā)，以保證用戶地址、號碼資源能夠被科學(xué)高效地利用。

隨著數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)需求的爆發(fā)以及網(wǎng)絡(luò)全I(xiàn)P化的趨勢，中心站作為各衛(wèi)星通信網(wǎng)與地面IP網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)樞紐，應(yīng)預(yù)先對不同系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的IP地址進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，劃分不同網(wǎng)段，配置相應(yīng)的網(wǎng)關(guān)、防火墻等網(wǎng)絡(luò)設(shè)備，避免出現(xiàn)IP沖突、黑客入侵、網(wǎng)絡(luò)風(fēng)暴等情況。

（2）衛(wèi)星通信網(wǎng)的開通與運(yùn)行控制

通過所配備的天線、射頻設(shè)備、信道設(shè)備以及網(wǎng)管設(shè)備，中心站可組建網(wǎng)狀網(wǎng)、星狀網(wǎng)等不同拓?fù)漕愋偷男l(wèi)星通信網(wǎng)。另外中心站具有較強(qiáng)的參數(shù)優(yōu)化能力，可通過固定預(yù)分配的方式，為各衛(wèi)星通信網(wǎng)選定所需的衛(wèi)星、波束、轉(zhuǎn)發(fā)器、頻段等通信資源，統(tǒng)一調(diào)配全網(wǎng)用戶的調(diào)制方式、業(yè)務(wù)速率、發(fā)射功率閥值等通信參數(shù)。

（3）用戶設(shè)備的實(shí)時(shí)監(jiān)控與管理

中心站可以實(shí)現(xiàn)用戶入網(wǎng)驗(yàn)證和網(wǎng)內(nèi)運(yùn)行兩個(gè)階段的管理工作。在用戶使用衛(wèi)星通信網(wǎng)前，中心站會聯(lián)合用戶對其衛(wèi)星通信設(shè)備的通用性能指標(biāo)進(jìn)行測試，具體包括：極化隔離度、品質(zhì)因數(shù)、EIRP的穩(wěn)定性、信號的頻譜形狀等內(nèi)容，以確定地球站是否具有入網(wǎng)并承擔(dān)業(yè)務(wù)的能力。另外中心站通過管理信道可與用戶設(shè)備實(shí)現(xiàn)信令的交互，受理其入網(wǎng)/退網(wǎng)、通信建鏈/斷鏈的業(yè)務(wù)申請，下發(fā)通信參數(shù)修改、工作狀態(tài)變更等控制命令，以保證網(wǎng)內(nèi)各用戶正常有序的運(yùn)行，同時(shí)也可實(shí)現(xiàn)對在網(wǎng)用戶狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，以及參數(shù)配置的遠(yuǎn)程操作。

（4）地面通信網(wǎng)的接入與系統(tǒng)間互聯(lián)

雖然用戶通過星上路由（現(xiàn)有的部分衛(wèi)星系統(tǒng)已具有星載交換、星間通信設(shè)備，例如美軍AEHF衛(wèi)星的星間鏈路速率已由第二代軍事星的10 Mb/s提升到了60 Mb/s[3］）可以實(shí)現(xiàn)信息的交換和互聯(lián)，但在接入地面通信網(wǎng)、不同衛(wèi)星系統(tǒng)互聯(lián)等方面，中心站仍具有不可替代的功能與地位。中心站一般建有與地面通信網(wǎng)（包括公共電話網(wǎng)、地面移動通信網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、地面專網(wǎng)等）連接的高速專線（或在本地建有接入樞紐），并提供標(biāo)準(zhǔn)的接入接口?？梢酝ㄟ^程控交換機(jī)、專用網(wǎng)關(guān)，支持衛(wèi)星用戶對地面網(wǎng)的接入以及不同衛(wèi)星網(wǎng)間用戶的互聯(lián)功能。

（5）全面的設(shè)施配備與較強(qiáng)的通信能力

中心站配備有多頻段、大口徑、大功放的天線以及各類信道設(shè)備，可以滿足各類衛(wèi)星不同波束覆蓋區(qū)域內(nèi)的通信需求，確保不同規(guī)格型號設(shè)備的業(yè)務(wù)接入和中繼轉(zhuǎn)接；通過功能全面的網(wǎng)管系統(tǒng)，中心站可實(shí)現(xiàn)對各類衛(wèi)星通信網(wǎng)的集中統(tǒng)一管理，進(jìn)一步提高中心站工作人員系統(tǒng)維護(hù)和管理的效率；中心站內(nèi)部核心設(shè)備一般采用1:1備份方式，重點(diǎn)設(shè)備采用N:1備份方式。另外在每顆衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)，一般設(shè)置兩個(gè)互為備份的中心站，當(dāng)某一中心站出現(xiàn)故障并需要排查原因時(shí)，可以將故障設(shè)備切換至備份鏈路或者在不影響整個(gè)系統(tǒng)的情況下直接關(guān)閉部分設(shè)備或者將部分功能切換到與之備份的中心站上。

1.2 中心站現(xiàn)有系統(tǒng)架構(gòu)

中心站現(xiàn)有的基本架構(gòu)（如圖1所示）一般由天線及伺服跟蹤分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接收分系統(tǒng)、調(diào)制解調(diào)分系統(tǒng)、業(yè)務(wù)接入分系統(tǒng)、管理控制分系統(tǒng)以及供配電分系統(tǒng)等七個(gè)部分組成[2］。

圖1 衛(wèi)星通信中心系統(tǒng)架構(gòu)現(xiàn)狀

（1）調(diào)制解調(diào)器的一體化設(shè)計(jì)

現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)中，為了降低成本、提高設(shè)備的集成度，一般將調(diào)制器和解調(diào)器進(jìn)行一體化設(shè)計(jì)[2］，使A/D和D/A變換、基帶處理、業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)等主要功能模塊整合為一個(gè)獨(dú)立信道機(jī)箱。每路調(diào)制解調(diào)器機(jī)箱相互獨(dú)立，且都具備中頻信號調(diào)制解調(diào)以及實(shí)現(xiàn)各類業(yè)務(wù)傳輸?shù)木C合通信功能，如圖2所示。

圖2 調(diào)制解調(diào)器機(jī)箱構(gòu)成

另外按照功能，一般將調(diào)制解調(diào)器分為網(wǎng)管信道調(diào)制解調(diào)器和業(yè)務(wù)信道調(diào)制解調(diào)器兩類（如圖1所示）。其中網(wǎng)管調(diào)制解調(diào)器負(fù)責(zé)與網(wǎng)管設(shè)備進(jìn)行信息交互，通過衛(wèi)星鏈路下發(fā)廣播信息或處理用戶申請，實(shí)現(xiàn)對通信網(wǎng)和用戶的實(shí)時(shí)管理功能。業(yè)務(wù)信道調(diào)制解調(diào)器可以通過衛(wèi)星鏈路與衛(wèi)星網(wǎng)中的用戶建立通信鏈接，可以在業(yè)務(wù)接入分系統(tǒng)中，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)、話音、視頻等本地業(yè)務(wù)，也可以為用戶提供接入地面通信網(wǎng)的服務(wù)。

（2）業(yè)務(wù)交換與用戶間互聯(lián)形式

目前需要通過中心站實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通的主要有三類典型應(yīng)用場景，一般需要通過站內(nèi)配置的交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)等設(shè)備進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，具體為：

①衛(wèi)星網(wǎng)用戶接入地面通信網(wǎng)；

②使用衛(wèi)星資源不同，但地面設(shè)備相同的用戶間互聯(lián)互通；

③使用衛(wèi)星資源不同，地面設(shè)備也不同的用戶間互聯(lián)互通。

舉例說明，例如使用不同衛(wèi)星資源的用戶1和用戶2實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，需要經(jīng)過如下流程（如圖3所示）：用戶1-上星-中心站調(diào)制解調(diào)器1-程控交換機(jī)尋址-中心站調(diào)制解調(diào)器2-上星-用戶2。

圖3 使用不同衛(wèi)星資源用戶間互聯(lián)互通流程

2 現(xiàn)有架構(gòu)中存在的問題

現(xiàn)有的調(diào)制解調(diào)器一體化機(jī)箱設(shè)計(jì)及中繼交換方式具有結(jié)構(gòu)簡單、集成度高、建設(shè)安裝便捷的優(yōu)點(diǎn)，對于機(jī)載站、車載站、便攜站等搭載平臺有限的中小型站型，可以在配置設(shè)備數(shù)量有限、可利用空間有限的條件下，實(shí)現(xiàn)多樣化的綜合通信業(yè)務(wù)。但對于中心站等大型固定站點(diǎn)，卻會造成交換能力不足、設(shè)備利用率不高、系統(tǒng)可靠性下降的問題。

2.1 交換能力不能滿足實(shí)際需求

（1）交換能力易于受限

中心站的交換能力易受到所配置的調(diào)制解調(diào)器機(jī)箱數(shù)量及交換機(jī)交換能力的限制，無法完全滿足大規(guī)模用戶的交換需求。如圖3中，實(shí)現(xiàn)用戶1與用戶2的互通需要占用1對調(diào)制解調(diào)器以及程控交換機(jī)上載波中繼板的1路硬件資源。

（2）鏈路中存在多次數(shù)模轉(zhuǎn)換

以通過中心站進(jìn)行話音互聯(lián)（如圖3所示）為例，整個(gè)傳輸鏈路中話音信號經(jīng)過了多次模數(shù)轉(zhuǎn)換，必然會帶來一定的信息傳輸損傷，如圖4中，相對于用戶間直接通信（如圖5所示），在調(diào)制解調(diào)器1和2以及程控交換機(jī)收發(fā)端共多了4次數(shù)模轉(zhuǎn)換。

圖4 兩用戶互聯(lián)通信的通信鏈路

圖5 兩用戶直接通信的通信鏈路

2.2 設(shè)備利用效率較低

（1）調(diào)制解調(diào)器機(jī)箱內(nèi)部各功能模塊使用效率不均衡

當(dāng)調(diào)制解調(diào)器機(jī)箱采用一體化設(shè)計(jì)時(shí)，各類功能模塊和接口均處于高度集成的狀態(tài)，使得單個(gè)機(jī)箱可以實(shí)現(xiàn)多頻段信號的接入以及多類型業(yè)務(wù)的實(shí)現(xiàn)。但在實(shí)際使用中，各類模塊使用需求的不同勢必會造成機(jī)箱內(nèi)各模塊利用效率不均衡的情況，部分模塊很可能會處于閑置或使用率較低的狀態(tài)。尤其是調(diào)制解調(diào)器機(jī)箱專用于某項(xiàng)業(yè)務(wù)時(shí)，這類問題會更加嚴(yán)重，例如專用于接入地面電話網(wǎng)的調(diào)制解調(diào)器機(jī)箱，日常只會使用到其內(nèi)部與話音中繼有關(guān)的模塊，而E1、IP、同步、異步等其他功能模塊和相應(yīng)接口基本處于閑置狀態(tài)，造成了設(shè)備資源的浪費(fèi)。

（2）調(diào)制解調(diào)器專用性強(qiáng)，無法根據(jù)使用需求進(jìn)行動態(tài)調(diào)配

中心站設(shè)備安裝位置和后端連接的線纜相對固定，所以調(diào)制解調(diào)器一般只能根據(jù)后端接線的類型和所分配的專有用途來實(shí)現(xiàn)特定業(yè)務(wù)，同一時(shí)間只能用于業(yè)務(wù)通信、地面網(wǎng)接入或者用戶間互聯(lián)互通。而當(dāng)特定業(yè)務(wù)類型或者特定頻段內(nèi)業(yè)務(wù)的需求突然增大時(shí)，只能通過人工的方式臨時(shí)加裝調(diào)換新的設(shè)備，而無法靈活地動態(tài)調(diào)配設(shè)備資源，造成了整體系統(tǒng)的使用效率較為低下。

2.3 核心設(shè)備冗余備份能力不足

調(diào)制解調(diào)器采用整信道機(jī)箱的架構(gòu)，導(dǎo)致其內(nèi)部大部分模塊處于高度集成的結(jié)構(gòu)，當(dāng)機(jī)箱內(nèi)任何一個(gè)模塊出現(xiàn)故障時(shí)都可能會影響設(shè)備的正常運(yùn)行，降低了系統(tǒng)整體的可靠性。同時(shí)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，也不便于維護(hù)人員對故障節(jié)點(diǎn)進(jìn)行更加細(xì)致的定位判斷，需要將整個(gè)機(jī)箱送廠維修，使故障設(shè)備的維修程序與周期更為冗長。另外在現(xiàn)有架構(gòu)下，設(shè)備備份一般采用整機(jī)箱備份的方式，帶來了較高的備份成本。并且在替換故障設(shè)備時(shí)，也需要在相應(yīng)機(jī)柜上進(jìn)行設(shè)備的拆裝固定和線纜的重新連接，流程繁雜，中間環(huán)節(jié)易出現(xiàn)操作失誤。

2.4 系統(tǒng)擴(kuò)容升級改造不便利

調(diào)制解調(diào)器的一體化機(jī)箱設(shè)計(jì)，會導(dǎo)致中心站在擴(kuò)容升級或建設(shè)新系統(tǒng)時(shí)占用大量機(jī)房和機(jī)柜空間，加之需要新建相配套的制冷單元及電源等基建設(shè)施，使得系統(tǒng)整體的建設(shè)成本較高。另外，為與原有系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，一般還要單獨(dú)購置和配置相關(guān)的網(wǎng)關(guān)及交換設(shè)備。

3 新架構(gòu)方案設(shè)計(jì)

針對以上問題，我們可以提出一種新的衛(wèi)星地面站架構(gòu)（如圖6所示）。將原先信道機(jī)箱中的各個(gè)模塊（A/D和D/A變換、基帶處理、業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)等模塊）進(jìn)行拆分，通過池化技術(shù)，形成基帶處理池、聲碼器池等硬件資源池。另外設(shè)置獨(dú)立的交換中心，通過與網(wǎng)管設(shè)備協(xié)作，對基帶信息進(jìn)行分析處理、路由規(guī)劃和實(shí)時(shí)交換，以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)管信息的傳輸、用戶與中心站本地業(yè)務(wù)（話音、視頻、數(shù)據(jù)）的連接、地面通信網(wǎng)（互聯(lián)網(wǎng)、公共電話網(wǎng)）的接入、不同衛(wèi)星系統(tǒng)用戶間的互聯(lián)等功能。

圖6 新方案架構(gòu)

3.1 新架構(gòu)可實(shí)現(xiàn)的功能

（1）分離的可疊加射頻設(shè)備

射頻設(shè)備一般由天線及其所配套的高功放、低噪放、上下變頻器等設(shè)備構(gòu)成。在原有架構(gòu)中，各射頻設(shè)備與相對的中頻信道設(shè)備處于固定的連接對應(yīng)關(guān)系，且在需要時(shí)只能通過人工的方式對連接線纜進(jìn)行調(diào)整。而在新方案中，我們通過D/A和A/D模塊、高速交換背板以及網(wǎng)管和站控設(shè)備的相互配合，可以使來自射頻設(shè)備的中頻信號能夠按照網(wǎng)管實(shí)時(shí)規(guī)劃的動態(tài)路由，接入到所需的基帶處理池中進(jìn)行調(diào)制解調(diào)。以此打破了射頻設(shè)備與中頻信道設(shè)備的固定連接，提升了設(shè)備使用的靈活性。

（2）軟件化可擴(kuò)展的基帶處理資源

基帶處理單元主要完成基帶數(shù)字信號的信號波形產(chǎn)生、數(shù)字波束形成、信號波形調(diào)制/解調(diào)、編碼/譯碼、擴(kuò)頻/解擴(kuò)、干擾抑制等處理[4］。在新架構(gòu)中，將基帶處理單元從一體化的調(diào)制解調(diào)器機(jī)箱抽離，并將其整合形成為一個(gè)集中化的基帶處理池。這使得新架構(gòu)中的基帶處理資源不屬于任何一個(gè)單一的基帶單元，而是整個(gè)資源池，也讓基帶處理資源能夠在整個(gè)池內(nèi)進(jìn)行動態(tài)分配。這種集中化的基帶處理池在有效地提升基帶處理資源的利用率的同時(shí)，還可以實(shí)現(xiàn)高效的信息交換，減輕所占用機(jī)房機(jī)柜的空間面積，降低配套設(shè)備建設(shè)（例如空調(diào)、供電設(shè)備）帶來的成本，便于對各基帶處理單元進(jìn)行擴(kuò)容升級和維護(hù)維修[5-8］。

（3）分類集中設(shè)置的業(yè)務(wù)接口

中心站一般需要配置話音、IP、E1等業(yè)務(wù)接口，用于中心站業(yè)務(wù)人員與用戶之間衛(wèi)星電話、視頻傳輸質(zhì)量的測試，便于協(xié)助用戶排查相關(guān)的故障問題，提高用戶的使用體驗(yàn)，在現(xiàn)有架構(gòu)中業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)模塊與接口集成于一體化的調(diào)制解調(diào)器機(jī)箱內(nèi)。

業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)模塊和接口的主要作用是將基帶池中解調(diào)出的基帶信息通過數(shù)模轉(zhuǎn)換或者協(xié)議封裝，以生成特定類型的業(yè)務(wù)（例如話音、IP數(shù)據(jù)、E1數(shù)據(jù)、同步數(shù)據(jù)等），反向可將特定的業(yè)務(wù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的基帶信息以接入基帶池進(jìn)行調(diào)制。所以即使各衛(wèi)星通信系統(tǒng)的通信體制各有不同，但在具體的業(yè)務(wù)生成部分可以共享統(tǒng)一的功能模塊及接口資源。故在新架構(gòu)中，計(jì)劃將業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)模塊和接口（例如聲碼器、E1協(xié)議生成模塊等）從一體化的調(diào)制解調(diào)器機(jī)箱中抽離，進(jìn)行集中的分類放置，并通過池化技術(shù)形成相應(yīng)的硬件資源池。即使是不同的衛(wèi)星地面系統(tǒng)都可按照需求實(shí)現(xiàn)動態(tài)的接入，以提高硬件資源的共享與高效利用。

（4）集中的監(jiān)控和資源管理

中心站的網(wǎng)管設(shè)備主要實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星通信網(wǎng)的管理與控制，具體包括資源規(guī)劃、網(wǎng)絡(luò)開通、參數(shù)調(diào)配等功能，并且可對網(wǎng)內(nèi)的用戶和衛(wèi)星資源進(jìn)行全面有效的監(jiān)測。站控設(shè)備則用以實(shí)現(xiàn)對中心站內(nèi)各類設(shè)備的狀態(tài)查詢及遠(yuǎn)程操控，以提高業(yè)務(wù)人員巡檢維護(hù)的效率。在新架構(gòu)中，計(jì)劃將不同地面系統(tǒng)的網(wǎng)管和站控設(shè)備進(jìn)行統(tǒng)一的融合。通過標(biāo)準(zhǔn)統(tǒng)一的網(wǎng)管和站控設(shè)備，可實(shí)現(xiàn)對所有衛(wèi)星通信系統(tǒng)的集中管控，對衛(wèi)星資源及站內(nèi)硬件資源（基帶池、業(yè)務(wù)模塊池等）的動態(tài)調(diào)配，保證了各衛(wèi)星通信網(wǎng)高效、可靠、有序地運(yùn)行。

3.2 與原有架構(gòu)對比分析

（1）交換能力方面

①支持大規(guī)模用戶互聯(lián)互通

以話音互聯(lián)（如圖3所示）為例，參考COMTECH和國內(nèi)的調(diào)制解調(diào)器技術(shù)水平，可將現(xiàn)有架構(gòu)中的一體化調(diào)制解調(diào)器機(jī)箱劃分為1U、2U、3U、4U等不同規(guī)格，程控交換機(jī)的指標(biāo)與交換能力參考NGL04型交換機(jī)（8U）。在新架構(gòu)中，按照國內(nèi)技術(shù)水平，10U規(guī)格的基帶池機(jī)箱、10U規(guī)格的D/A與A/D模塊機(jī)箱以及15U規(guī)格的交換中心，足以支持200對用戶的話音互聯(lián)。

由圖7可以看出，隨著互聯(lián)用戶數(shù)量的增長，現(xiàn)有架構(gòu)中所需配置的設(shè)備數(shù)量會迅速增加。尤其是當(dāng)互聯(lián)用戶數(shù)量達(dá)到150對時(shí)，預(yù)計(jì)所需配置的設(shè)備數(shù)量會有384U到1296U，換算后大約需要占用13到43個(gè)機(jī)柜的空間。這不僅會使中心站系統(tǒng)增加較高的復(fù)雜度和維護(hù)難度，同時(shí)也會極大地提高建設(shè)成本。所以如果以現(xiàn)有的架構(gòu)來實(shí)現(xiàn)大規(guī)模用戶間的互聯(lián)互通的話，是不符合經(jīng)濟(jì)與建設(shè)實(shí)際的。

而新架構(gòu)中只需根據(jù)互聯(lián)業(yè)務(wù)的增長，對基帶池機(jī)箱、D/A和A/D模塊機(jī)箱、交換中心的硬件資源進(jìn)行相應(yīng)板卡的擴(kuò)容即可。在圖7中，隨著互聯(lián)率的增長，新架構(gòu)所需占用機(jī)柜的空間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于現(xiàn)有的架構(gòu)，具備實(shí)現(xiàn)大規(guī)模用戶互聯(lián)的可能。

圖7 所需配置設(shè)備數(shù)量（U）與互聯(lián)用戶數(shù)量（對）的關(guān)系

②信號處理流程

相較于圖3中現(xiàn)有架構(gòu)的話音互聯(lián)鏈路，新架構(gòu)可以通過增加的交換中心，實(shí)現(xiàn)基帶信息的交換，從而不需要將基帶信息轉(zhuǎn)換為話音模擬信號，通過程控交換機(jī)再進(jìn)行尋址，避免了鏈路中多次數(shù)模轉(zhuǎn)換的產(chǎn)生，如圖8所示。

（2）設(shè)備使用效率方面

新架構(gòu)將原先調(diào)制解調(diào)器機(jī)箱的各模塊按照功能進(jìn)行了拆分，通過池化技術(shù)，形成了基帶處理池、聲碼器池等不同資源池結(jié)構(gòu)。網(wǎng)管設(shè)備可對各類硬件資源進(jìn)行集中的管控，按照用戶需求規(guī)劃所使用的資源與路由，實(shí)現(xiàn)各類硬件資源間的動態(tài)調(diào)配，打破了現(xiàn)有架構(gòu)中射頻設(shè)備、基帶處理單元、業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)模塊及接口之間固定對應(yīng)的連接方式，避免了一體化機(jī)箱內(nèi)部的各功能模塊使用效率不均衡，各設(shè)備間調(diào)配不靈活等問題。

圖8 新架構(gòu)中兩用戶互聯(lián)通信的通信鏈路

（3）系統(tǒng)可靠性方面

通過將基帶處理單元和業(yè)務(wù)實(shí)現(xiàn)等模塊分別形成不同的硬件資源池，使原先多模塊集成結(jié)構(gòu)變?yōu)榱硕鄠€(gè)池化結(jié)構(gòu)。各機(jī)箱板卡間即可相互備份，提高了系統(tǒng)整體的可靠性。另外當(dāng)出現(xiàn)故障時(shí)，只需替換相應(yīng)的板卡即可消除故障隱患，便于業(yè)務(wù)人員進(jìn)行故障定位及恢復(fù)。

針對現(xiàn)有架構(gòu)和新方案架構(gòu)（如圖9所示）的系統(tǒng)可靠性，可進(jìn)行如下對比分析。

圖9 原有架構(gòu)與新架構(gòu)系統(tǒng)模型

一般對于電子設(shè)備的可靠性（Reliability），這里可以使用泊松分布進(jìn)行估計(jì)[9］，假設(shè)故障率為λ(t)，實(shí)踐證明大多數(shù)設(shè)備的故障率λ(t)是時(shí)間的函數(shù)，具有明顯的階段性（浴盆曲線），具體可劃分為早期故障期，偶然故障期，嚴(yán)重故障期等三個(gè)階段。大部分設(shè)備在投入使用之后，會處在第二階段的偶然失效期，所以以此階段為研究環(huán)境時(shí)，可將故障率λ(t)設(shè)為常數(shù)λ，使可靠性（Reliability）R(t)的表達(dá)式簡化為：

通過可靠性的仿真（如圖10所示）可以看出，隨著運(yùn)行時(shí)間的增長，現(xiàn)有架構(gòu)和新架構(gòu)的系統(tǒng)可靠性都會逐漸下降。但在運(yùn)行相同的時(shí)間條件下，新架構(gòu)的系統(tǒng)可靠性會相對更高。

圖10 原有架構(gòu)與新架構(gòu)可靠性對比

（4）新系統(tǒng)建設(shè)與擴(kuò)容改造方面

在新架構(gòu)中，當(dāng)系統(tǒng)容量不滿足用戶需求、需要進(jìn)行擴(kuò)容時(shí)，只需在資源池中增加相應(yīng)的板卡模塊，即可完成硬件資源的擴(kuò)充。這種以池化機(jī)箱代替信道機(jī)箱的方式能夠?qū)崿F(xiàn)更加便捷的擴(kuò)容改造，并且可以更加高效地利用有限的機(jī)柜空間和節(jié)省供電能耗。另外在新系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，可以將新系統(tǒng)統(tǒng)一接入現(xiàn)有的交換中心或?qū)⑿陆ǖ慕粨Q中心與現(xiàn)有交換中心相連，始終使新老系統(tǒng)間具備互聯(lián)互通的能力。

4 結(jié) 語

在中心站現(xiàn)有的系統(tǒng)架構(gòu)中，調(diào)制解調(diào)器的一體化機(jī)箱設(shè)計(jì)及交換方式雖然具有易于實(shí)現(xiàn)、集成度高的優(yōu)點(diǎn)，但在中繼交換能力、設(shè)備利用率和可靠性等方面已暴露出了眾多實(shí)際問題。本文提出了一種基于池化技術(shù)與獨(dú)立交換中心的系統(tǒng)架構(gòu)方案，能夠具備大規(guī)模用戶互聯(lián)互通、簡化信息處理流程、提升設(shè)備使用效率、增強(qiáng)系統(tǒng)可靠性、降低擴(kuò)容改造成本等多種優(yōu)勢，可為后續(xù)中心站的改造和建設(shè)提供一種思路和選擇。