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摘 要：文章依据用户卫星通信系统的具体需求，在详细分析各项要求的基础上，完成了卫星通信系统的总体系统设计和具体业务传输实现设计。卫星通信系统适于需要远距离、高速宽带、直接稳定通信的需求，满足发事件的应急服务需要，在重大突发事件发生情况下，迅速开赴现场，对现场的数据、图像、声音进行实时传输，实现远程和现场的指挥调度、应急救援等行动。
关键词：调度自动化；卫星通信；突发速率；调度数据网；网络拓扑结构
1 用户需求和分析
毛里塔尼亚120MW双燃料电厂目标是建设固定卫星通信系统，支持调度自动化，由2个固定站组成；话音业务、数据业务、视频传输为网状网络拓扑结构；各站之间可以同时进行数据、视频和话音业务通信。卫星端站系统接口为10BaseT，通信协议为TCP/IP、UDP，系统设备具有TCP加速功能。卫星系统具有网管功能，在现场可对卫星系统进行管理和配置。卫星系统使用泛美卫星C频段转发器。
2 系统技术方案设计
在认真阅读、仔细分析用户需求后，建议采用在业界享有极高信誉的基于TDMA/DAMA/FHOP（即时分多址/按需分配/载波跳频）技术基础的VSATPlus 3卫星通信系统。加拿大POLARSAT公司的VSATPlus 3系统，是一个工作于全网状网，智能式，无主站、无单一故障点的卫星通信系统，不仅可以实现对话音、E-Mail、数据传输、视频会议、INTERNET服务等业务的支持，同时还可以利用系统自身提供FR/DAMA/BOD功能，充分利用卫星信道资源，提高信道使用效率，降低信道使用费用。根据系统需要的功能、完成的业务和以往的工程经验，本建议书按照“实用可靠、一网多用、技术成熟、资源优化、性价比最优”的原则完成了本设计技术文件。
2.1 系统总体设计
系统初期由2个固定站组成。使用VSATPlus 3系统组网，其中VSATPlus 3终端直接支持IEEE802.3标准的以太网。卫星设备通过以太网与VSATPlus 3终端相连，通过卫星信道构建一个数据传输网络，在系统站点之间实现数据传输、话音和视频服务。鉴于VSATPlus 3系统灵活的组网功能，可以灵活的配置为点对点、星状网，网状网，树状网，多级子网等拓扑结构，所以当未来需求变化时，只需要灵活的修改一下网络配置，就能使网络变成适应新的业务要求的网络结构。
本方案采用網状网络拓扑结构，系统内的站点之间可以进行卫星单跳通信，同时根据具体要求可以灵活组建星状、树状和混合网络结构。突发速率和载波布局与系统需要的卫星带宽有关。设计TDMA系统中的突发速率需要综合考虑以下因素是：支持用户的总业务信息量的传输要求；载波承载业务满足不同大小数据信道的要求，且业务信道的安排灵活方便；突发速率的大小不能导致远端站的天线和功放配置过大；多数端站均可以通过载波跳频功能使其功放工作于单载波方式。根据实际网络的业务流向和流量进行灵活配置和修改。将来网络扩容升级，业务量增加，还可以增加TDMA载波的速率或数量来满足更高的业务量需求。系统所支持DAMA/BOD功能，并且这种调整是动态实时的。这种动态式的DAMA BOD运行方式能充分发挥星上资源共享的功能，并兼顾VSAT网的服务质量保证。本方案设计的TDMA载波速率为1200kbps。以这样的速率使任一站点的业务涵盖在一个载波内，同时充分利用VSATPlus3系统的多载波跳频功能，降低远端站的室外设备配置。系统利用2个1200kbps TDMA载波完成业务传输。由于VSATPlus3系统设备采用先进的低滚降系数滤波技术，因此在相邻VSATPlus3系统TDMA 载波之间载波空间系数为1.2，在两端与其他系统载波的保护将根据卫星组织的要求则为 1.4。全网2个载波等间隔排列，载波中心频率间隔为一个载波占用带宽，也即1.2倍的载波突发符号速率，即1.2*（1200Kbps/2）=720KHz。因此，总的占用带宽为（1.2+0.7×2）×（1200Kbps/2）=1.56MHz
2.2 卫星系统设备选择
采用在业界享有极高信誉的基于TDMA/DAMA/FHOP（即时分多址/按需分配/载波跳频）技术基础的VSATPlus3卫星通信系统设备。VSATPlus3系列产品作为一套完整的通信方案，与市场上其他同类的系统相比较之所以具有优势，就是因为VSATPlus3具有了如下一些重要的特点：
（1）灵活的组网结构及网络可靠性高：采用无主站、全网状结构，可以满足星状、网状及混合网连接的多种需求，任意两站之间的控制和业务信息传输可实真正的卫星单跳连接。网络独特的分布式控制，使得网络没有单一故障点，运行十分可靠。
（2）高度灵活的可扩展性及先进的多载波调频TDMA技术：VSATPlus3有两个关键的、由软件控制的强大功能。这两个功能可单独或共同向用户提供灵活高效的网络扩展能力。首先，VSATPlus3终端的载波传输速率是可变的，从128kbps到10Mbps，这使得网络容量可随业务需求的增加而增加。其次，用户还可在网络中通过载波跳频（FHOP）技术扩展网络的整体业务容量，在不改变射频功率和天线尺寸的条件下，可将网络传输能力提高至32倍。这两个功能完全通过软件来控制，不需要改变或增加硬件。这些功能加上TDMA/DAMA的灵活性（可用软件控制的数据速率、网状拓扑结构、DAMA业务等），使VSATPlus3能组成当前最灵活的，最容易扩展的网络系统。TDMA系统运行时，数个站点或全网的所有站点共同使用一个或多个载波。全网各站都能进行跳频，所用的跳频数可以从1个频率到最多32个频率。所以VSATPlus3站点的不同的突发，按照预定的速率在不同的时间可以发送到一个或多个载波上。突发速率可以任意设定为最小128kbps到最大10Mbps。采用VSATPlus3 FHOP跳频技术，每当增加一个载波，网络容量将增加一倍。TDMA技术与SCPC技术相比较的一个明显优势是网络及各地面站通过增加TDMA跳频载波来实现扩容。与采用SCPC技术体制的卫星网不同，TDMA网络容量的增加不需要增加天线的尺寸和射频功放的大小。 （3）分布式的DAMA呼叫管理及动态性的带宽按需分配（BoD）：共用信令信道CSC的功能是完成终端管理、网络管理、控制及DAMA呼叫管理控制。每个终端使用CSC支持它的DAMA呼叫操作，每个终端均具有完成全部DAMA操作必要的智能。所以，这种网络的操作没有单一故障点，网络管理者可以多种方式优化网络容量。DAMA共享公共的话音信道容量，快速重新配置网络连接、带宽、业务组合等参数，对不同业务动态分配卫星空间资源，使利用率接近100%。
（4）无主站功能及TCP/IP增强：VSATPlus3系统由于采用分布式网管控制设计，将使Ku卫星通信网络的每一个终端设备均具有一定的网管控制能力，系统中心站点出现故障的时候，不会造成全网的中断，各种业务可以继续正常传输，整个系统完全可以在无主站的情况下进行工作，避免因单一故障点造成系统瘫痪。且提供一个统一的TCP/IP平台，同时支持数据、图像、话音、传真等多种业务的传输，也是业内唯一的具有纯TDMA多载波跳频全网状TCP/IP协议压缩和加速传输能力的综合业务系统。基于工业标准的强大TCP/IP加速与压缩功能，通过使用不同的IP地址配置，为不同的用户建立专用IP网。
（5）站点自动入网：当远端站出现掉电、人为关机、复位等操作时，不会影响设备内存储的各种信息，当重新开机后，终端设备内存储的各种软件可以自动运行，在不需要网控系统做任何操作的情况下，远端站能够自动重新入网。
2.3 系统业务设计
卫星通信网实际传输数据业务包括：视频会议、话音、数据文件、Email、Web浏览等。视频图像需经过视频编解码器处理后通过以太网口接入卫星终端。视频编码器将现场摄像机拍摄的实时视频图像转换成IP数据信号再由卫星终端通过卫星信道传输到对方站。视频编码器将VSATPlus3卫星终端送来的IP信号转换成视频信号并通过A/V接口或VGA接口送到相应得显示设备。视频图像的编码速率在384kbps～2.048Mbps范围之间。视频业务速率大、实时性强，因此采取UDP协议和Mulitcast方式进行传输设计。
依据用户话音传输需求，站點话音采用VOIP方式，站点配置IDA设备，站点间话音要求卫星单跳完成。IDA控制协议为H.323 、SIP；语音编码为G.711A、G.711μ、G.729、G.723、G.726可选；每站话音数量为2路，2路话音可以通过卫星单跳信道同时和网内不同站点进行话音通信；每路话音传输信道通信速率在16kbps～64kbps范围之间；VOIP网关通过以太网口接入卫星终端。同时依据用户数据传输的需求分析：支持TCP/IP、IP增强，数据传输采用TCP/IP协议，站点间数据传输卫星单跳完成。数据传输信道通信速率在32kbps～2048kbps范围之间；用户计算机等终端设备通过以太网口接入卫星终端；站点计算机等设备可以通过卫星单跳信道同时和网内不同站点进行数据传输。
2.4 卫星通信站型设计
固定站由Ku波段天线、室外ODU和室内卫星通信终端设备部分构成。室外单元Ku波段固定天线以某一固定的方向在卫星地面站同卫星之间收发信号。支持的频率范围为C波段。天线具有自动对星功能。20W C波段BUC和45KLNB：BUC提供L波段信号到C波段射频信号的频率变换和功率放大。LNB提供低噪声放大和C波段射频信号到L波段信号的下变频。室内单元由1个VSATPluS 3终端（L-band）；提供10Base-T Ethernet接口，用于接入本地局域网、VOIP话音网关、视频编解码器（可选）、网络交换机组成。
3 VSATPlus 3系统及通信网管
VSATPlus 3 TDMA终端由一个重量轻，结构完整、紧凑的一个U的标准机箱和一块MODEM卡及电源系统组成。每一个终端都有内置的硬件使它能自动完成DAMA操作和网管功能。通过一个本地操作终端，可以检查本地TDMA状态及与网络参数设定。VSATPlus3系统的网管可以连接在任何一个系统终端设备上，与网管连接的终端设备仅承担网管信令广播、网管监控和操作信令等的发送和接收工作，不承担全网的实时业务分配和管理工作。网管功能由网内所有终端共同完成，因此VSATPlus3系统是一个无主站的全网状网络系统。当连接网管终端的VSATPlus3终端出现故障，可以将网管连接到其他终端上，继续进行监控管理操作，不会导致系统和业务运行的瘫痪，不影响全网的业务运行。系统的网管支持SNMP协议，该接口具备双向的信息交互，使卫星网管接入通信网综合网管，传送：配置数据信息、故障数据信息和性能数据信息。VSATPlus3的网管系统能够实现网络业务的动态安排和调整，网管系统采用无主站方式，系统由于采用分布式网管控制设计，将使Ku卫星通信网络的每一个终端设备均可作为网管的备份，网管可以放置于网络内的任意站点完成系统网络管理和配置，系统中心站点出现故障的时候，不会造成全网的中断，各种业务可以继续正常传输，全网络无单一故障点。
从整个技术建议来看，卫星通信系统总体上完全满足毛里塔尼亚120MW双燃料电厂通信系统设计和具体业务传输要求。
参考文献
[1]潘申富编著.宽带卫星通信技术[M].国防工业出版社，2015.
[2]王丽娜，王兵主编.卫星通信系统（第2版）[M].国防工业出版社，2014.
（作者单位：中国重型机械有限公司）
关键词：调度自动化；卫星通信；突发速率；调度数据网；网络拓扑结构
1 用户需求和分析
毛里塔尼亚120MW双燃料电厂目标是建设固定卫星通信系统，支持调度自动化，由2个固定站组成；话音业务、数据业务、视频传输为网状网络拓扑结构；各站之间可以同时进行数据、视频和话音业务通信。卫星端站系统接口为10BaseT，通信协议为TCP/IP、UDP，系统设备具有TCP加速功能。卫星系统具有网管功能，在现场可对卫星系统进行管理和配置。卫星系统使用泛美卫星C频段转发器。
2 系统技术方案设计
在认真阅读、仔细分析用户需求后，建议采用在业界享有极高信誉的基于TDMA/DAMA/FHOP（即时分多址/按需分配/载波跳频）技术基础的VSATPlus 3卫星通信系统。加拿大POLARSAT公司的VSATPlus 3系统，是一个工作于全网状网，智能式，无主站、无单一故障点的卫星通信系统，不仅可以实现对话音、E-Mail、数据传输、视频会议、INTERNET服务等业务的支持，同时还可以利用系统自身提供FR/DAMA/BOD功能，充分利用卫星信道资源，提高信道使用效率，降低信道使用费用。根据系统需要的功能、完成的业务和以往的工程经验，本建议书按照“实用可靠、一网多用、技术成熟、资源优化、性价比最优”的原则完成了本设计技术文件。
2.1 系统总体设计
系统初期由2个固定站组成。使用VSATPlus 3系统组网，其中VSATPlus 3终端直接支持IEEE802.3标准的以太网。卫星设备通过以太网与VSATPlus 3终端相连，通过卫星信道构建一个数据传输网络，在系统站点之间实现数据传输、话音和视频服务。鉴于VSATPlus 3系统灵活的组网功能，可以灵活的配置为点对点、星状网，网状网，树状网，多级子网等拓扑结构，所以当未来需求变化时，只需要灵活的修改一下网络配置，就能使网络变成适应新的业务要求的网络结构。
本方案采用網状网络拓扑结构，系统内的站点之间可以进行卫星单跳通信，同时根据具体要求可以灵活组建星状、树状和混合网络结构。突发速率和载波布局与系统需要的卫星带宽有关。设计TDMA系统中的突发速率需要综合考虑以下因素是：支持用户的总业务信息量的传输要求；载波承载业务满足不同大小数据信道的要求，且业务信道的安排灵活方便；突发速率的大小不能导致远端站的天线和功放配置过大；多数端站均可以通过载波跳频功能使其功放工作于单载波方式。根据实际网络的业务流向和流量进行灵活配置和修改。将来网络扩容升级，业务量增加，还可以增加TDMA载波的速率或数量来满足更高的业务量需求。系统所支持DAMA/BOD功能，并且这种调整是动态实时的。这种动态式的DAMA BOD运行方式能充分发挥星上资源共享的功能，并兼顾VSAT网的服务质量保证。本方案设计的TDMA载波速率为1200kbps。以这样的速率使任一站点的业务涵盖在一个载波内，同时充分利用VSATPlus3系统的多载波跳频功能，降低远端站的室外设备配置。系统利用2个1200kbps TDMA载波完成业务传输。由于VSATPlus3系统设备采用先进的低滚降系数滤波技术，因此在相邻VSATPlus3系统TDMA 载波之间载波空间系数为1.2，在两端与其他系统载波的保护将根据卫星组织的要求则为 1.4。全网2个载波等间隔排列，载波中心频率间隔为一个载波占用带宽，也即1.2倍的载波突发符号速率，即1.2*（1200Kbps/2）=720KHz。因此，总的占用带宽为（1.2+0.7×2）×（1200Kbps/2）=1.56MHz
2.2 卫星系统设备选择
采用在业界享有极高信誉的基于TDMA/DAMA/FHOP（即时分多址/按需分配/载波跳频）技术基础的VSATPlus3卫星通信系统设备。VSATPlus3系列产品作为一套完整的通信方案，与市场上其他同类的系统相比较之所以具有优势，就是因为VSATPlus3具有了如下一些重要的特点：
（1）灵活的组网结构及网络可靠性高：采用无主站、全网状结构，可以满足星状、网状及混合网连接的多种需求，任意两站之间的控制和业务信息传输可实真正的卫星单跳连接。网络独特的分布式控制，使得网络没有单一故障点，运行十分可靠。
（2）高度灵活的可扩展性及先进的多载波调频TDMA技术：VSATPlus3有两个关键的、由软件控制的强大功能。这两个功能可单独或共同向用户提供灵活高效的网络扩展能力。首先，VSATPlus3终端的载波传输速率是可变的，从128kbps到10Mbps，这使得网络容量可随业务需求的增加而增加。其次，用户还可在网络中通过载波跳频（FHOP）技术扩展网络的整体业务容量，在不改变射频功率和天线尺寸的条件下，可将网络传输能力提高至32倍。这两个功能完全通过软件来控制，不需要改变或增加硬件。这些功能加上TDMA/DAMA的灵活性（可用软件控制的数据速率、网状拓扑结构、DAMA业务等），使VSATPlus3能组成当前最灵活的，最容易扩展的网络系统。TDMA系统运行时，数个站点或全网的所有站点共同使用一个或多个载波。全网各站都能进行跳频，所用的跳频数可以从1个频率到最多32个频率。所以VSATPlus3站点的不同的突发，按照预定的速率在不同的时间可以发送到一个或多个载波上。突发速率可以任意设定为最小128kbps到最大10Mbps。采用VSATPlus3 FHOP跳频技术，每当增加一个载波，网络容量将增加一倍。TDMA技术与SCPC技术相比较的一个明显优势是网络及各地面站通过增加TDMA跳频载波来实现扩容。与采用SCPC技术体制的卫星网不同，TDMA网络容量的增加不需要增加天线的尺寸和射频功放的大小。 （3）分布式的DAMA呼叫管理及动态性的带宽按需分配（BoD）：共用信令信道CSC的功能是完成终端管理、网络管理、控制及DAMA呼叫管理控制。每个终端使用CSC支持它的DAMA呼叫操作，每个终端均具有完成全部DAMA操作必要的智能。所以，这种网络的操作没有单一故障点，网络管理者可以多种方式优化网络容量。DAMA共享公共的话音信道容量，快速重新配置网络连接、带宽、业务组合等参数，对不同业务动态分配卫星空间资源，使利用率接近100%。
（4）无主站功能及TCP/IP增强：VSATPlus3系统由于采用分布式网管控制设计，将使Ku卫星通信网络的每一个终端设备均具有一定的网管控制能力，系统中心站点出现故障的时候，不会造成全网的中断，各种业务可以继续正常传输，整个系统完全可以在无主站的情况下进行工作，避免因单一故障点造成系统瘫痪。且提供一个统一的TCP/IP平台，同时支持数据、图像、话音、传真等多种业务的传输，也是业内唯一的具有纯TDMA多载波跳频全网状TCP/IP协议压缩和加速传输能力的综合业务系统。基于工业标准的强大TCP/IP加速与压缩功能，通过使用不同的IP地址配置，为不同的用户建立专用IP网。
（5）站点自动入网：当远端站出现掉电、人为关机、复位等操作时，不会影响设备内存储的各种信息，当重新开机后，终端设备内存储的各种软件可以自动运行，在不需要网控系统做任何操作的情况下，远端站能够自动重新入网。
2.3 系统业务设计
卫星通信网实际传输数据业务包括：视频会议、话音、数据文件、Email、Web浏览等。视频图像需经过视频编解码器处理后通过以太网口接入卫星终端。视频编码器将现场摄像机拍摄的实时视频图像转换成IP数据信号再由卫星终端通过卫星信道传输到对方站。视频编码器将VSATPlus3卫星终端送来的IP信号转换成视频信号并通过A/V接口或VGA接口送到相应得显示设备。视频图像的编码速率在384kbps～2.048Mbps范围之间。视频业务速率大、实时性强，因此采取UDP协议和Mulitcast方式进行传输设计。
依据用户话音传输需求，站點话音采用VOIP方式，站点配置IDA设备，站点间话音要求卫星单跳完成。IDA控制协议为H.323 、SIP；语音编码为G.711A、G.711μ、G.729、G.723、G.726可选；每站话音数量为2路，2路话音可以通过卫星单跳信道同时和网内不同站点进行话音通信；每路话音传输信道通信速率在16kbps～64kbps范围之间；VOIP网关通过以太网口接入卫星终端。同时依据用户数据传输的需求分析：支持TCP/IP、IP增强，数据传输采用TCP/IP协议，站点间数据传输卫星单跳完成。数据传输信道通信速率在32kbps～2048kbps范围之间；用户计算机等终端设备通过以太网口接入卫星终端；站点计算机等设备可以通过卫星单跳信道同时和网内不同站点进行数据传输。
2.4 卫星通信站型设计
固定站由Ku波段天线、室外ODU和室内卫星通信终端设备部分构成。室外单元Ku波段固定天线以某一固定的方向在卫星地面站同卫星之间收发信号。支持的频率范围为C波段。天线具有自动对星功能。20W C波段BUC和45KLNB：BUC提供L波段信号到C波段射频信号的频率变换和功率放大。LNB提供低噪声放大和C波段射频信号到L波段信号的下变频。室内单元由1个VSATPluS 3终端（L-band）；提供10Base-T Ethernet接口，用于接入本地局域网、VOIP话音网关、视频编解码器（可选）、网络交换机组成。
3 VSATPlus 3系统及通信网管
VSATPlus 3 TDMA终端由一个重量轻，结构完整、紧凑的一个U的标准机箱和一块MODEM卡及电源系统组成。每一个终端都有内置的硬件使它能自动完成DAMA操作和网管功能。通过一个本地操作终端，可以检查本地TDMA状态及与网络参数设定。VSATPlus3系统的网管可以连接在任何一个系统终端设备上，与网管连接的终端设备仅承担网管信令广播、网管监控和操作信令等的发送和接收工作，不承担全网的实时业务分配和管理工作。网管功能由网内所有终端共同完成，因此VSATPlus3系统是一个无主站的全网状网络系统。当连接网管终端的VSATPlus3终端出现故障，可以将网管连接到其他终端上，继续进行监控管理操作，不会导致系统和业务运行的瘫痪，不影响全网的业务运行。系统的网管支持SNMP协议，该接口具备双向的信息交互，使卫星网管接入通信网综合网管，传送：配置数据信息、故障数据信息和性能数据信息。VSATPlus3的网管系统能够实现网络业务的动态安排和调整，网管系统采用无主站方式，系统由于采用分布式网管控制设计，将使Ku卫星通信网络的每一个终端设备均可作为网管的备份，网管可以放置于网络内的任意站点完成系统网络管理和配置，系统中心站点出现故障的时候，不会造成全网的中断，各种业务可以继续正常传输，全网络无单一故障点。
从整个技术建议来看，卫星通信系统总体上完全满足毛里塔尼亚120MW双燃料电厂通信系统设计和具体业务传输要求。
参考文献
[1]潘申富编著.宽带卫星通信技术[M].国防工业出版社，2015.
[2]王丽娜，王兵主编.卫星通信系统（第2版）[M].国防工业出版社，2014.
（作者单位：中国重型机械有限公司）