卫星通信系统及其在应急通信中应用

1、专网通信IPSTAR宽带卫星通信系统及其在应急通信中应用中国电信贵阳分公司网络维护监控中心 余波摘要：本文简要介绍7IPSTAR卫星通信系统的特点和优势，以及IP STAR 系统在抗震救灾中的应用.由于其具有全疆域无缝覆盖、不受地面灾害和环境条件 的限制，可提供包括语音、数据、视频会议、互联网宽带接入、信息和视频广播等 综合业务的特点，在自然灾害突发时期，可在抗震救灾应急通信中发挥重要作用，是 国家在抗击自然灾害中不可或缺的基础设施。关键词:卫星通信系统抗震救灾卫星宽带关口站应用一、刖言地震、洪水、冰雪等自然灾害发生时的共同特点是都对交通、电力、通信广播、水利等 社会基础设施造成严重的损毁，致

2、使受灾地区对外通信、交通、电力中断，外部无法了解灾 区的实际情况，从而无法组织有效的救援；受灾地区无法对外报告受灾情况，无法得到与 灾情处置、次生灾害预防等相关的指令和信息，从而无法组织迅速有效的自救行动。2 0 0 8年的“ 51 2”汶川大地震就是典型例子。地震发生后，受灾地区的交通、 通信、电力被完全摧毁，使灾区成为信息孤岛，给救灾和次生灾害预防工作造成重大困难. 灾害发生后，在工业和信息化部的统一指挥下，中国卫星通信集团公司共向灾区调用了约 1500部卫星电话,23套宽带卫星通信系统，6 88兆卫星转发器带宽和大量的电源、油机等 配套设施，保证了灾区的应急通信保障（如第一时间进入灾区中

3、心映秀镇的卫星电话，唐 家山堰塞湖实时视频监视图象的回传等），为灾情报告、救援组织和堰塞湖等次生灾害的预 防决策提供了手段，被誉为灾区的“生命线。同时，为其他通信运营商开通了灾区移动通 信卫星基站，保障了移动通信系统的迅速恢复；为中央电视台、上海文广、成都电视台等几 百家媒体提供了卫星双向视频语音、新闻稿件和图片传输、卫星IP电话、卫星宽带上网 等服务，保障了抗震救灾信息的实时传递。由于电信行业重组，中国卫通的基础电信业务并入中国电信,IPSTAR卫星通信系统于2 0 09年4月1日划归中国电信。现在，卫星通信系统作为中国电信固网和移动网的有益 补充和应急保障，从而使中国电信网络形成了天地一体

4、和全疆域的无缝覆盖。二、IPSTAR卫星宽带通信系统特点系统描述IPSTAR卫星宽带通信系统由IPSTAR卫星、业务关口站和小口径天线地面终端组成， 是一个完全基于IP技术的宽带卫星通信广播系统。IPSTAR系统采用星状拓扑结构。关口站工作于Ka频段，端站工作于Ku频段，即关口站 到终端的前向链路为Ka上行，Ku下行;终端到关口站的返向链路为Ku上行，Ka下行。从关 口站到低成本地面终端的宽带数据流量，通过基于一个或多个正交频分复用(OFDM)信道之 上的时分复用(TDM)平台进行发送.为提升性能，这些前向信道还使用了高效的传输方式， 包括增强产品编码(TPC)和更高阶的调制(8PSK)。而在

5、小站到关口站的方向，也就是回传 链路方面，窄带信道使用同样有效的传输方式，并进行复用，还使用了基于应用条件的各种 多址方式，这些方式包括供登录信息使用的ALOHA，以及供回传数据使用的时隙ALOHA或TD MA.图1是I PSTAR卫星宽带系统的网络结构示意图。图1 IPSTAR系统网络结构图IPSATR为新一代宽带卫星，于2 0 05年8月11日在法国圭亚那发射，定点于东经119.5 度轨道位置，覆盖亚太17个国家和地区，提供Ku波段84个点波束、3个成型波束和7个 区域广播波束，以及18个Ka波段波束，共计114个转发器。该卫星由美国Space syste m/Loral (SS/L)制造

6、，卫星型号FS-13 0 0L，输出功率14KW，在轨寿命为12年。通过空分复用技术并结合卫星与关口站之间使用可用频率更宽的Ka波段，使有限的频 率资源在IPSATR卫星上得到了最充分和有效的利用.IPSATR卫星的总容量高达4 5Gbp s， 远远高于传统卫星，这有效地降低了单位带宽使用容量的成本，使更经济地为用户提供宽带 接入和通信服务解决方案成为了可能。图2是I PSATR卫星的关键技术参数。苛问做席一 TOIU1-OFDIV1 每个DFOM 帔醒向疫合最争 16 3 375MHzSlirtiiWEll I曲率：博嘲用安最高 可法曰，引 Mbps俞而4注iiEwrd）速率：职 高法13白

7、Mbps回faSKi MF-TDMAIPSTAR-132i. 琴觇的W, 11 E #通型里高 支抻-1 MLpsZiffiW闭J气廉口浊:率:投明福妾轰 高可活4 MbpsNOa a 口Lmdksii OianribiBr B MfedhwciiFk.BUC： O. 2Sa L 2WIm Km谕为壬蜷图2 IPSTAR卫星关键技术参数图IPSTAR卫星专门设置了覆盖中国地区的波束，其中23个Ku波段双向点波束覆盖中国 中东部地区，一个双向成型波束覆盖中国西部地区，通过点波束合成产生的一个Ku波段单向广播波束重叠覆盖中东部地区。这些波束可以为中国用户提供约12Gbps的通信容量。图3是中国及周

8、边地区波束覆盖情况，其中：点波束中心平均EIRP =58.7dBW，成型波束中心平均EIRP =5 3.4dBW，广播波束边缘处（EOC） EIRP =50。1dBW;国内关口站 有北京、广州、上海.图3是中国及周边地区波束覆盖图。图3中国及周边地区波束覆盖图23个Ku波段双向 点盗束邂盖中国 心布鲫址lx1个双向成形波 束覆盖中国两部 址I区1个Ku波段单向 广播波束重叠滑 盖中宗鄂地区通诘容量：约12Gbps 中国地区）3个关口站：北京r上 札广州（二）IPSTAR 关口站IPSTAR卫星宽带系统共设置18座业务关口站，分布于中国、韩国、日本、泰国、东南 亚、澳大利亚等卫星服务区。IPST

9、AR卫星的有效载荷为弯管式转发器，不做任何星上处理和交换，用户地面终端 与地面宽带网络以及相互之间的业务连接和交换均由关口站完成，因此可以说关口站是整个 IPSTAR宽带卫星系统的核心。服务于中国地区的关口站有三座,分别位于北京、上海和广州，相互之间通过地面光缆相 连接，使覆盖中国地区的点波束、成形波束和广播波束以及约12Gbps的卫星容量成为一 个整体，从而构建了一座覆盖中国全境，提供经济的双向宽带接入服务，又可提供广播服务 的天基宽带网络.图4为关口站构成图。图4关口站构成图（三）地面用户终端高度集成化的IPSTAR用户终端由一台高性能、低成本的卫星调制解调器（IDU）和一 组室外单元套件

10、（ODU ）组成。以当前最高效的I PSTAR宽带卫星平台为基础，再配合先进 的IPSTAR关口站和高效的IPSTAR空中接口，IPSTAR用户终端可以为用户提供丰富的宽 带卫星解决方案。与IPSTAR卫星调制解调器（IDU）配合工作的各种室外单元（ODU）,都是经过特别设 计与定制的，符合IPSTAR规格要求。IPSTAR室外单元包含天线（直径从0.84到1.8米）、 上变频器模块（12W）、LNB和馈源。一般,点波束下使用的天线口径为0.84 1。2米，区域波束下使用的天线口径为1. 8 米，广播波束下使用的单收天线口径为0。84米.（四）技术特点从卫星、终端设备以及应用等方面来看，IPS

11、TAR宽带卫星系统具有以下特点：1、IPSTAR卫星采用先进天线技术所提供的“蜂窝状”多点波束，有效提高了带宽和 频率的利用率。2、新的动态功率管理系统可以根据气候环境的变化优化每个波束的功率输出，从而提 高星上载荷功率的利用率并保持良好的链路可用度。3、普通转发器1-2Gbps的容量只能满足几十万用户的使用，而I PSTAR卫星45G bps的容量可为1 3 0 0万用户提供服务（使用1.2米天线计算得出的标称容量）。4、可以灵活、快速而大范围地提供服务，快速实现规模效应，有效降低成本，提高经济 效益.5、IPSTAR系统所提供的IP宽带卫星平台可与地面有线和无线网络实现灵活、无缝 连接,有

12、效提供最后“一公里接入.6、上、下行链路灵活的传输模式为广大用户提供了一个共享带宽的公共平台，特别适 合于如宽带接入这样不对称传输和在时间、流量上不均匀的应用。7、新的编码和调制技术的采用，大大提高了信道的传输效率（达到2. 43。5bps/ Hz），降低了地面设备对功率的需求（可以使用更小的天线和功放，从而降低了硬件成本）， 提高了卫星链路的可用度.8、动态带宽管理系统（DLA）可根据天气的随时变化动态调整编码和调制方式，从而 可以最大限度地降低降雨给同心链路带来的影响，减小传输链路的中断率三、IPSTAR卫星宽带通信系统优势（一）系统得到最优化设计I PSTAR卫星宽带系统是由IPSTAR

13、卫星、关口站和用户终端有机结合的一个天地一 体的全IP宽带接入网络。自IPSTAR项目之始，卫星载荷、关口站和用户终端既是作为整 个系统的子系统进行优化设计的，因此相互之间可以做到有机的结合和协调.与I PSTAR系 统相对比，常规卫星VSAT系统建立在传统通信卫星上，卫星、VSAT系统设备分别由不同的 厂商提供，往往不能做到最优化的配置。（二）链路可靠性高为解决Ka和Ku波段卫星通信降雨衰耗大的问题,IPSTAR系统采用了星上动态功率 管理和动态带宽管理（DLA）等新技术。IPSTAR系统可以根据天气的变化自动调整星上的 功率分配，同时自适应地调整卫星链路的调制和纠错编码方式以保证降雨时通信

14、链路的畅 通.这些新技术的采用，使IPSTAR系统的链路可靠性和传输性能得到了最大的保证.上述 技术的采用是基于卫星和地面系统的配合，而这一点是建立在传统卫星上的VSAT网络无 法实现的。动态带宽管理技术在某些VSAT系统中虽已得到应用，但还远未到成熟、商用的 程度。（三）系统安全性高IPSTAR系统采用Ka+Ku频段空间交链技术和跳频技术，可有效防止不法信号对卫星 的干扰，较之完全开放的传统卫星通信有更高的安全性。同时，对于企业专网应用，作为IPSTAR系统的一个子网，其内部传输采用VPN技术，可以充分保证该子网内的信息传输 安全。（四）系统容量大，服务成本低IPSTAR卫星总容量达4 5G

15、bps,是一颗传统通信卫星容量的2 0 30倍。I PSTAR系 统可提供中国地区使用的容量达12Gbps,是目前可提供中国使用的其它传统卫星容量的 总和.由于卫星总容量是传统通信卫星容量的2 0-30倍，使IPSATR卫星的单位带宽容量 的成本远低于传统卫星，也使得IPSTAR宽带系统较传统的VSAT系统具有更高的性能价 格比.IPSTAR系统是针对消费者市场而设计，目标终端数量将达数百万，这足以将用户终端 的设备价格降到最低，这一点任何VSAT系统是难以做到的。（五）应用种类全IPSTAR系统是一座完全基于IP包交换技术的天基宽带通信系统,用户终端的接收速率 可达4 Mbps，回传速率可达

16、2Mbps，可提供包括语音、数据、会议电视、互联网宽带接入、 信息和视频广播的综合业务.同时根据用户需要，可与公众网相连，提供VoIP电话和互联网 接入IPSTAR系统还具有广播信道，可提供双向数据、语音等业务的同时，支持单向DVB 视频及数据广播业务.（六）使用方便灵活，节省设备投资对于企业专网应用，IPSTAR系统组网方便灵活，用户不需要投资VSAT主站,只需利 用光缆将关口站与用户数据中心相连即可。四、IPS TAR卫星通信系统在应急通信中的应用（一）唐家山堰塞湖中应用设备使用的是便携式及固定式卫星通信终端，带宽上下行均为2M独享。音视频及水文数据传输路由：1.唐家山卫星端站一ipsta

17、r卫星-ipstar广州关口 站f绵阳抗震指挥中心；2.唐家山卫星端站f ipstar卫星一ip star广州关口站一 ipstar北京关口站一国家应急办。此卫星通信终端通过广州关口站连接中科院专网，最终将水文监测数据、音视频信息传 输到四川绵阳抗震指挥中心和国家应急办.图5为唐家山堰塞湖系统拓扑图。图5唐家山堰塞湖系统拓扑图（二）都江堰新闻采集回传中的应用设备使用的是便携式卫星通信终端，带宽上下行均为2M独享.音视频及I nternet传输路由：都江堰卫星端站一ipstar卫星一ipstar广州关口 站一i pstar北京关口站一中央电视台信息中心。此卫星通信终端主要通过广州关口站、北京关口

18、站连接中央电视台信息中心。实现SNG 新闻采集回传以及Internet通信.图6为都江堰新闻采集回传系统拓扑图图6都江堰新闻采集回传系统拓扑图五、结束语由此可见，IP S TAR卫星通信系统由于其具有全疆域无缝覆盖、不受地面灾害和环境 条件的限制，可提供包括语音、数据、视频会议、互联网宽带接入、信息和视频广播等综合 业务的特点。在灾害发生的特殊时期，可在抗震救灾发挥不可替代的巨大作用。但是，如果 在“5 - 12抗震救灾中，一是能够让地面救援人员和受灾群众个体在移动和固定状态下都 能够直接接收卫星移动广播系统广播的卫星语音和电视信号;二是各种通信广播卫星、导航 和遥感卫星能和地面的国家灾害应急管理指挥中心连接成一个完整、统一的管理平台,那么,