關(guān)于衛(wèi)星信號(hào)覆蓋弱地區(qū)雙向通信解決方案的討論

近年來，隨著數(shù)字他信息技術(shù)的發(fā)展和社會(huì)公眾對(duì)于多媒體信息量的需求突增，除卻電子商務(wù)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、遠(yuǎn)程教育、電視節(jié)目中繼轉(zhuǎn)發(fā)等衛(wèi)星通信傳統(tǒng)業(yè)務(wù)領(lǐng)域，多媒體、ISD業(yè)務(wù)(利用VSAT構(gòu)成廣域網(wǎng))以及流媒體、數(shù)字廣播等新興數(shù)字業(yè)務(wù)也紛紛將衛(wèi)星通信選作廣域組網(wǎng)的重要通信手段。這是由于相比較近幾年迅猛發(fā)展的地區(qū)有線光纖網(wǎng)及公用移動(dòng)通信網(wǎng)而言，衛(wèi)星通信擁有非常突出的優(yōu)點(diǎn)：無縫隙覆蓋及寬域的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)成能力。困此在組建廣域的通信網(wǎng)時(shí)，或無法預(yù)估的突發(fā)事件：(如最大自然災(zāi)害：洪水、地震、泥石流等)發(fā)生時(shí)，衛(wèi)星通信是不可或缺的重要道訊保障手段。

但是，在區(qū)域無線通信中普遍存在的一個(gè)問題是：由于地點(diǎn)或地理位置不同，信號(hào)覆蓋強(qiáng)度各有不同。如何保障位處不同信號(hào)覆蓋區(qū)的衛(wèi)星站點(diǎn)同樣住網(wǎng)通信且業(yè)務(wù)質(zhì)量良好?能否使用傳統(tǒng)衛(wèi)星電視的優(yōu)化方法挪決雙向通信的問題?下文將一一分析。

人造地球衛(wèi)星的通信覆蓋區(qū)

眾所周知，衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電信號(hào)，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。作為一種特殊的微波中繼，通信衛(wèi)星的性能和工作狀態(tài)是整個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的決定性因素。

衛(wèi)星上使用的天線有定向天線和全向天線，天線系統(tǒng)的選擇決定于地面覆蓋區(qū)的大小和形狀。衛(wèi)星的通信覆蓋區(qū)，通常用地面上相對(duì)下發(fā)天線波束中心，具有固定接收功率的輪廓線來表示，一般分為全球波束覆蓋、點(diǎn)波束覆蓋、區(qū)域波束(賦性波束)覆蓋。

如果在靜止軌道上看向整個(gè)地球，則覆蓋區(qū)就是全球波束。這種全球波束覆蓋，主要用于

國(guó)際通信，使相距很遠(yuǎn)的各個(gè)地球站建立通信鏈路。一般衛(wèi)星服務(wù)區(qū)只限于一個(gè)國(guó)家或一個(gè)地區(qū)，就衛(wèi)星的發(fā)送功率和頻譜使用而言，將它們發(fā)送到服務(wù)區(qū)之外是很不值得的。這種系統(tǒng)的覆蓋區(qū)，最好使用點(diǎn)波束或賦性波束天線提供。

在上行鏈路中，若在衛(wèi)星上采用能產(chǎn)生一個(gè)或多個(gè)指向上行發(fā)射地球站所在區(qū)域的“針狀”窄波束的接收天線，在相同輻射功率情況下，可使接收點(diǎn)的信號(hào)功率電平遠(yuǎn)大于全球波束覆蓋時(shí)的信號(hào)功率電平，因而對(duì)直播衛(wèi)星和移動(dòng)通信衛(wèi)星，就功率和頻譜利用而言。采用點(diǎn)波束天線覆蓋極為有效。

所謂賦性波束覆蓋，是指衛(wèi)里天線系統(tǒng)通過波束形成網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生與地面通信區(qū)域形狀相匹配的天線波束，如圖I所示。

覆蓋區(qū)內(nèi)各點(diǎn)接收到的衛(wèi)星功率，一般是中心區(qū)比較大，靠近區(qū)域邊緣時(shí)功率遞減，例如表l給出的是亞洲3s衛(wèi)星Ku波段東亞波束EIRP、G/T及SPD參考值表，由表中不難看出，西北地區(qū)的通信覆蓋明顯弱于東南沿海等經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)。

通信衛(wèi)星在設(shè)計(jì)時(shí)，不但要考慮通信容量、運(yùn)行時(shí)的空間環(huán)境和技術(shù)狀態(tài)要求，同時(shí)必須重點(diǎn)考慮的一個(gè)問題便是服務(wù)的地理區(qū)域。通常，根據(jù)衛(wèi)星的任務(wù)要求，通信覆蓋區(qū)的選擇也各有側(cè)重。例如，科學(xué)衛(wèi)星的目標(biāo)是收集科學(xué)數(shù)據(jù)，通信覆蓋區(qū)內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度力求平均;商業(yè)衛(wèi)星的目標(biāo)是盈利，通信覆蓋區(qū)內(nèi)信號(hào)強(qiáng)度則是按照業(yè)務(wù)需求量的分布來分配，東南沿海發(fā)達(dá)地區(qū)的信號(hào)覆蓋明顯優(yōu)于西北等偏遠(yuǎn)地區(qū)。

一般組建的廣域衛(wèi)星通信網(wǎng)，使用的都是商業(yè)衛(wèi)星.如何解決衛(wèi)星信號(hào)覆蓋弱的偏遠(yuǎn)地區(qū)站點(diǎn)正常在網(wǎng)運(yùn)行，是大多數(shù)通信網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)必須考慮的問題。

實(shí)例分析

在衛(wèi)星通信傳統(tǒng)應(yīng)用中，按照業(yè)務(wù)傳輸方向，一般采用提高上行站發(fā)射功率從而提高接收站接收信號(hào)質(zhì)量，這種解決方案在衛(wèi)星電視節(jié)目中繼轉(zhuǎn)發(fā)中應(yīng)用較多。衛(wèi)星信號(hào)覆蓋強(qiáng)的上行站采用大口徑天線及高功率射頻功放，通過上行站提高EIRp值提高衛(wèi)星信號(hào)覆蓋弱地區(qū)站點(diǎn)接收信號(hào)強(qiáng)度。由于衛(wèi)星電視業(yè)務(wù)是單向傳輸，這樣的方案不僅解決了衛(wèi)星信號(hào)覆蓋弱的站點(diǎn)接收問題，并且可以大大降低小站的硬件成本。但對(duì)于需要進(jìn)行雙向業(yè)務(wù)通信的VSAT衛(wèi)星網(wǎng)來說，提高所有通信站點(diǎn)的發(fā)射功率是不現(xiàn)實(shí)的，受到經(jīng)濟(jì)條件、站點(diǎn)環(huán)境等多方面因素的限制。

下文將以某西北區(qū)域VSAT衛(wèi)星專網(wǎng)為例進(jìn)行具體分析。

1. VSAT'D星網(wǎng)系統(tǒng)參數(shù)

衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源：亞洲四號(hào)Ku頻段水平極化轉(zhuǎn)發(fā)器

站點(diǎn)類型：靜中通車載站(1.2米天線/40W功放)、固定站(4.5米天線/8w功放)

業(yè)務(wù)類型：實(shí)時(shí)視頻通信

業(yè)務(wù)終端：視頻會(huì)議終端及MCU視頻會(huì)議控制主機(jī)

衛(wèi)星通信體制：MF—TDMA

業(yè)務(wù)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：業(yè)務(wù)中心發(fā)送一路組播視頻，最多同時(shí)有3個(gè)遠(yuǎn)端小站回程單路視頻。

2. 衛(wèi)星覆蓋參數(shù)

亞洲四號(hào)衛(wèi)星在西北地區(qū)的覆蓋較弱，典型站點(diǎn)的衛(wèi)星信號(hào)參數(shù)值如表2。業(yè)務(wù)中心站點(diǎn)C信號(hào)覆蓋較強(qiáng)，遠(yuǎn)端站A、E、D、F的信號(hào)覆蓋比較差。

3.解決方案

若想滿足系統(tǒng)通信要求，遠(yuǎn)端站必須按照傳統(tǒng)解決方案增加天線口徑及衛(wèi)星功放的輸出功率。但對(duì)于靜中通車載站來說，裝載平臺(tái)的尺寸受到道路交通、安全因素等多種限制，靜中通天線的口徑無法超過2.4米，此時(shí)單靠提高衛(wèi)星功放功率以滿足多業(yè)務(wù)通信的需求，將大大增加系統(tǒng)的建設(shè)成本，經(jīng)濟(jì)實(shí)用性下降。

利用MF—TDMA體制的多載波特點(diǎn)，結(jié)合鏈路計(jì)算結(jié)果，有以下幾步解決措施：

(1)分割通信載波帶寬。如圖2，將原帶寬調(diào)整為多個(gè)載波，遠(yuǎn)端站與業(yè)務(wù)中心各自在不同

的載波上進(jìn)行業(yè)務(wù)傳輸，降低對(duì)室外功放的要求。

(2)降低糾錯(cuò)碼率，降低信號(hào)門限值。原網(wǎng)內(nèi)系統(tǒng)進(jìn)行組網(wǎng)通信時(shí)統(tǒng)一使用前向糾錯(cuò)碼FEC=3/4，調(diào)制方式QPSK，現(xiàn)可將遠(yuǎn)端站發(fā)送載波參數(shù)調(diào)整為FEC=1/2或3/4RS方式。降低門限值2—3dB。

(3)根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)組成和通信業(yè)務(wù)量仔細(xì)核算，嚴(yán)格控制線路損耗。

(4)部分信號(hào)覆蓋較差的站點(diǎn)建議只建設(shè)固定站，在建設(shè)成本允許的情況下可以配備大功率功放的靜中通車載站。

(5)不建議建設(shè)動(dòng)中通或箱式站等小口徑天線的衛(wèi)星站型。

結(jié)束語

在某些專用衛(wèi)星網(wǎng)的建設(shè)過程中，由于通信業(yè)務(wù)涉及地域廣泛，衛(wèi)星信號(hào)覆蓋強(qiáng)度不同造成全網(wǎng)站點(diǎn)業(yè)務(wù)組網(wǎng)困難。系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)需要結(jié)合衛(wèi)星通信技術(shù)體制的專有特點(diǎn)：平衡技術(shù)可行性和經(jīng)濟(jì)負(fù)擔(dān)。