移动卫星通信终端在移动基站上的应用

移动卫星通信终端在移动基站上的应用

2006年1月8日，国务院发布了《国家突发事件总体应急措施》，要求“建立健全应急通信和应急广播支持体系，完善公共网络，建立在线通信和基于电信基础和移动通信系统的应急通信系统，确保通信顺畅。”。现有的GSM通信业务依赖于大量的基站,在基站覆盖不足的区域,以及基站受到自然灾害、人为破坏等毁坏时,就难于应用GSM进行应急通信,而且GSM在高速移动中的通信速率也难于支持多媒体业务。利用同步卫星Ku频段转发器的点波束和区域波束对我国大陆的覆盖,在移动平台上配置超小口径卫星通信终端,实现卫星移动通信业务,简称“动中通”,是实现应急通信的一种很好的选择。1u3000车辆载荷“动中通”通信系统由3个分系统组成,天线分系统:反射面天线与馈源、天线罩、天线座与传动组合,安装在载车车厢顶上的天线罩内;伺服分系统:各类传感器、天线控制器和跟踪接收机,安装在载车车厢顶上的天线罩内;通信终端分系统:LNB、BUC、Modem、路由器、终端设备,其中LNB与BUC安装在载车车厢顶上,其余安装在载车内。“动中通”通信系统的关键技术是当载车在高速运动、上下坡、颠簸、转弯条件下,天线伺服控制系统使天线波束始终精确对准卫星。因此,伺服系统的主要目标是:第一,实现对卫星的跟踪;第二,实现天线相对于大地的稳定。本系统采用了步进跟踪和圆锥扫描自动跟踪技术相结合的复合跟踪技术,天线控制器根据载车的地理位置和卫星的定点位置,计算出卫星相对于大地坐标的方位角和俯仰角,驱动电机,使天线波束指向卫星,一旦发现卫星信号电平大于设置的门限电平,则进入步进跟踪状态。此时天线波束根据实时监测的卫星信号电平指示,逐步逼近最大信号电平,然后,天线控制器控制天线进行圆锥扫描。为了隔离载车运动对天线指向的影响,本系统采用了方位、俯仰和横滚三轴角速率陀螺,分别感知三轴相对于惯性空间角位置变化的速度,通过坐标变换,驱动电机反向运动进行位置补偿,保持天线所需的姿态,实现方位、俯仰二轴数字稳定平台。系统框图如图1所示。2系统的基本情况安装在载车车顶的“动中通”卫星通信天线精确跟踪GEO,克服由于载车颠簸、转弯、上下坡等高速运动带来的卫星通信天线的指向误差,使移动站和主站组成点对点卫星通信链路。这条移动卫星通信链路使载车上GSM移动基站在运动中不间断地与主站GSM交换中心MSC链接,提供2Mbit/s的高速数据传输。系统特点如下。(1)卫星通信系统采用FDMA/MCPC/PAMA通信体制;(2)网络结构为多移动站到单主站的星型网,业务为混合网,可实现移动站与主站、移动站与移动站的互通;(3)全IP通信网络,实现语音、数据和视频通信业务;(4)系统扩展方便,根据用户的业务情况,只需要相应增加主站的信道量和转发器带宽,就可方便的扩大用户业务量、增加系统用户量,方便系统今后的扩容。3多种ncp网络协议应急卫星通信系统的链路层提供了移动基站与GSM系统间的可靠数据传输,PPP协议能够进行差错检测,支持多种协议,在连接时期允许协商IP地址,允许身份验证,并在SLIP上做了许多其它改进,它主要有三大功能。(1)采用类似HDLC的组帧方式,并提供差错控制;(2)LCP提供了线路建立、断开以及检查线路质量、协商的功能;(3)多种NCP,为不同的网络层协议,提供了配置网络层协议的功能。图3给出了利用PPP建立、使用和断开线路的流程。在PPP链路建立以后,PPP接口会每隔一段时间向对端发送keepalive报文,以进行链路质量计算,一般情况如果两次链路质量计算不合格,链路路由将中断,重新negotiate建立新的路由。由于我们系统是通过卫星链路实现双向通信,在实际应用中难免卫星短暂(t<1s)的被遮(如被路边高树、路标指示牌等遮挡),如果被遮时间过长将会造成通信链路路由的中断。如果keepalive周期设置太短,链路将常被中断;如果周期设置过长,可能导致链路长时间不能恢复。在跑车试验中我们得出keepalive周期为5s,negotiate时间为2s最佳。4信号传递的仿真PPP协议对卫星链路进行了优化,为了保证在长传输时延的环境下也能有效工作,我们采用了路由协议仿真技术。移动站与主站通信时需要进行协议转换。在转换过程中,本端站点模仿远端站点向本端用户发出确认或响应信号。避免这些信号通过卫星链路的长时延传送使得响应时间增长、信道建立缓慢,通过协议欺骗的方法可以减少响应时间,缩短信道的建立时间。在卫星通信网通信链路两端的通信设备相互仿真对方的用户终端,对用户终端的访问做出应答的“远端通信,本地应答”方式。通信过程中只有用户数据和有关建立链路、拆除链路等必要的管理控制信息经卫星链路传输外,通信过程中终端间的握手联络信号均由本端通信设备提供应答。采用这种方式,不仅可以克服卫星信道的长时延导致终端由于没有收到对方握手信号而不能建立链路正常传送数据的不利影响,同时也减轻了信道的额外负担,提高利用率。5宽带卫星通信系统基于车载“动中通”系统的应急通信是利用“动中