卫星通信技术 一文让你明白卫星通信系统

自从1964年国际卫星通信组织(Intelsat)在美国成立，第一颗商业通信卫星(“Early Bird”)于次年发射以来，卫星通信技术蓬勃发展，卫星通信作为地面通信的补充通信方式取得了巨大成功，成为人们生活中不可或缺的一部分。

VSAT科技时代

在卫星通信技术的早期，VSAT解决了天线尺寸和成本对卫星通信发展的限制，这也决定了天线系统的基本拓扑结构是由一个大型中心站和大量小口径天线终端组成的星形网络，小口径天线造成的链路余量不足的弱点由中心站天线的高G/T值来补偿。早期基于VSAT的卫星通信系统是一种窄带通信系统，其通信频带集中在L、S和C频带。

随着技术的发展和人民生活水平的提高，对宽带卫星通信的需求应运而生。由于L、S、C的带宽资源有限，国外在八九十年代开始研究Ka波段的宽带卫星通信技术。2005年，美国Wild Blue通信公司成功发射了世界上第一颗Ka波段宽带通信卫星，并进行了试点应用。此后，各国的Ka波段宽带通信卫星开始向系统容量更高、用户终端更小、服务速率更高的方向发展。

多波束天线技术时代

由于VSAT天线系统缺乏灵活性，无法利用频率复用技术提高频谱效率，卫星通信天线的发展转向多波束天线。多波束天线自2000年以来发展迅速。由于它可以实现高增益点波束覆盖和广域覆盖下的频率复用，因此在卫星通信天线系统中得到了广泛的应用。

与数字波束形成不同，多波束天线使用大量点波束实现广域覆盖，可用带宽划分为多个子带，使得每个子带可以在大量空独立点波束之间复用，类似于陆地蜂窝通信网络，显著提高频谱利用率和卫星通信容量。多波束天线技术提高了转发器的功率效率和频谱资源利用率，是发展大容量卫星通信系统、增强卫星通信市场竞争力的关键技术。高通量通信卫星时代随之而来。

窄带卫星通信VS宽带卫星通信VS高通量卫星通信

从早期实现基础卫星通信的窄带卫星通信系统，到以Ka频段、大容量为标志并提供宽带互联网接入的Ka宽带卫星通信，开辟了卫星互联网接入的新业务，再到以多点波束、频率复用(可在任意频段复用，目前大部分使用Ka频段)和高波束增益为标志的HTS(高通量卫星)，通过分配频谱和取频次数，通信容量得到了极大的提升。

高通量卫星已经成为宽带卫星通信的主流。在使用相同频率资源的情况下，高吞吐量通信卫星大大增加了容量，降低了单位带宽成本。单个容量可以达到几十Gbps到几百Gbps，通信容量是传统通信卫星的几倍甚至几十倍。

市场主流卫星通信系统概述

随着卫星通信技术的发展和通信容量的需求，卫星通信已经从窄带走向宽带，现在已经进入高通量时代。卫星通信系统作为连接底层卫星天线和上层通信应用的重要环节，正在不断发展和演变。结合我参加2016年和2017年中国卫星应用大会的经历和共同关心的问题，现将目前市场上主流的卫星通信系统整理如下。有些系统数据不足，需要进一步改进。

康泰公司的制高点系统

2017年5月，Comtech EF Data公布了Heights动态网络接入(H-DNA)技术的性能优势。通过H-DNA，Heights网络平台提高了卫星终端用户的体验质量。

Comtech为Heights网络平台的回传链路设计了H-DNA。它给用户、服务提供商和卫星运营商带来了许多新的好处。新波形、增强的带宽管理算法和多级服务质量(QoS)的应用使回程链路接入方案能够自动响应实时流量需求，并根据客户的服务级别协议和网络策略提供最佳解决方案。

H-DNA提供了亚秒级的响应时间来改变用户需求和链路条件，并且没有带来通常与其他回程链路接入技术相关的过度抖动和延迟。此外，H-DNA还采用了versacec-2高性能低密度奇偶校验(LDPC)波形、自适应编码调制、动态功率控制、互联网协议优化、更低的帧开销、多级QoS和广域网优化。与其他类似的解决方案相比，h-DNA每赫兹提供的用户IP数据最多。

H-DNA根据网络的需求分配容量，保证随着需求的变化，立即向网络中的用户和站点提供带宽。它还可以根据用户的需求和服务协议级别将所有可用的带宽分配给用户，以确保所有容量都可以随时使用。

Comtech的Vipersat系统

Vipersat系统主站由570L、564L/562L、VMS、VCS、VNO服务器等组成。远程站由570L、564L/562L组成，带有网络端口，可以直接传输IP数据。

Vipersat的网络管理系统由VMS服务器(1:1热备份)、VMS客户端、VCS服务器和VNO服务器组成。出站时分复用载波和入站S-时分多址载波，其中时分复用载波为64kbps，S-时分多址载波为128kbps。网络是星形网络。

Vipersat系统的业务传输采用dSCPC(动态SCPC)载波，modem570L将自动检测网络端口接收的数据(根据服务质量、协议等)。)，并根据要求向主站发送服务申请。主站收到业务申请后，通过时分复用载波发送配置参数，调整远程站(主站-远程通信或(远程-远程)参数，建立2M或以上的SCPC通信连接。当通信结束时，当modem570L检测到网络端口没有接收到类似的数据时，它向主站发送一个应用程序。主站通过时分复用发布配置参数，断开SCPC链路，远程站改为发送时分多址载波。

Vipersat系统中使用的570L的调制编码和纠错方法为DVB-S，调制方式为BPSK/QPSK/8PSK16QAM等。，前向纠错编码方式有TPC、viterb、RS、TCM码。

IDirect sySTEm of ste

iDirect系统主站是一个插件设备，主要由电源板、调制板、解调板、IP加速板、服务器板、协议处理器板等板组成。主站的所有板卡都是1:1热备份。有许多网络端口，该工作站是标准的1U或2U设备，而不是插件类型。

IDirect的网络管理系统由主站板组成:NMS服务器(1:1热备份)、协议处理器(1:1热备份)、NMS客户端。出站TDM载波和入站D-TDMA载波，其中TDM载波为大载波，一般为4M以上，D-TDMA载波为小载波，384K-2Mbps，星型网络。

中频时分多址载波用于直接系统的业务传输，10个(假设的)远程站共享一个时分多址载波。当有100个站时，将使用10个时分多址载波。可以使用TDMA载波回程，也可以使用iSCPC载波回程。其iSCPC载波为SCPC，每个载波只有一个时隙，但接收频率不变，也是接收主站的TDM载波。

iDirect主站设备采用的调制编码和纠错方式为DVB-S2系统，调制方式为QPSK/8PSK/16APSK，前向纠错编码方式为LDPC。它具有自适应编码和调制功能。

中电54家研究所的实验室系统

Latice的系统架构:1。卫星资源分为网段进行管理。支持多卫星、多网关、多波束/单波束。2.两级网络管理。支持集线器子网管理和集中式网络管理。3.扩展性好。支持按需添加网段和设备，按需扩展网关站。4.完美冗余设计。

Latice系统的业务传输采用多样灵活的反向回程构成，支持MF-TDMA、DSPC、SCPC回程系统。HRC dSCPC回程技术具有多维统计复用能力和非常灵活的调整能力。它可以根据业务需求和信道条件，在1秒的周期内调整载波速率、功率和MODCOD。它具有良好的统计复用能力，可以提供高可用性。非常适合固定费率服务。当当地降雨量下降时，可以通过使用带宽裕量来选择MODCOD，保持信息速率不变。公共带宽余量可以在网络中共享，并由每个终端统计地重用；对于不同的带宽要求和共享级别，可以选择不同的系统；支持NMS终端操作模式的远程切换。

Latice系统的用户站支持固定站、方便站、静态通信车载站、移动通信车载站、船舶站，并配备不同的天线。

Latice系统支持DVB-S2和S2X标准。支持七种服务类型:实时服务1、实时服务2、实时服务3、关键数据1、关键数据2、关键数据3、尽力服务。采用四层整形架构分配带宽。网络优化技术集成了TCP加速、数据包压缩、HTTP预取和服务加密，支持TCP加速和负载压缩。

北斗卫星通信天网系统

SKYWAN 5G是德国ND卫星通信公司为满足现代市场需求和面向未来发展而开发的最新一代VSAT卫星通信系统。SKYWAN 5G有一个独特的设计，它的所有IDU室内机都有相同的硬件。都是内置MF-TDMA调制解调器和DVB接收机的卫星IP路由器，可以轻松搭建包括星型网络、多星型网络、全网状网络、混合网络等各种拓扑网络。SKYWAN 5G网络中的每个站都可以用作中心站或远程站。它可以建立一个集业务融合(集线器)、网络控制(主站)和网络管理(NMS)为一体的单中心站网，也可以建立一个具有更高可靠性、可用性、安全性和抗毁性的多中心站网。SKYWAN 5G网络的拓扑可以随时间变化，根据需要可以分解成若干个小网络，也可以合并成一个大网络。SKYWAN 5G站支持IDU室内机级联，可同时接收更多频道。此外，作为一个选项，DVB可以添加到SKYWAN 5G网络中出站流量大的站点。DVB配置与卫星通信网的信令无关，可以根据需要调整同一个SKYWAN 5G网络中的DVB载波，DVB网关站的自动登录功能可以进一步简化网络的运营和运营。

卫星路径的天空开关系统

SkySwitch系统号称是卫星行业第一个也是唯一一个具有第三层路由分组交换功能的VSAT网络。20世纪90年代，互联网业务在全球范围内迅速发展，这使得VSAT产业面临挑战。要提供高速业务，降低带宽租金，这是上个世纪旧的TDMA技术所不支持的。因此，具有分组交换PSMA功能的VSAT网络平台是非常必要的。

IP分组交换已经成为数字网络通信的标准模式。分组交换将所有传输的数据组合成具有可变比特流的分组，而不管它们的内容、类型或格式如何。无连接数据包交换，也称为数据报交换，是一种可以独立地从数据源走到目的地的数据包。每个数据包携带完整的目的地址和路由信息，每个数据包独立传输。与面向连接的通信相比，SkySwitch具有报头少的优点，还可以进行组播和广播操作。当同一数据需要传输到多个接收点时，可以节省大量网络资源。相反，传统的VSAT平台是基于点对点或点对多点定向连接通信，如SCPC或时分多址系统。在定向连接网络中，必须先建立逻辑或物理数据通道或连接，然后才能进行用户数据交换。为了建立定向连接信道，需要根据它们的多址模式添加报头来传输，这需要占用更多的带宽。结果，运营成本增加，传输延迟增加，并且业务通信量减少。

在认识到当今VSAT平台的缺陷后，卫星路径的工程师们利用单向连接分组交换技术开发了天空交换网络。在天空交换网络中，两个节点之间的通信不再需要预先建立的连接或链路，用户数据包从一个节点到目的地的传输是通过分组交换载波进行的，该载波中的数据包只由其目的站接收。在SkySwitch网络中，TDMA连接通信不需要复用帧头，SkySwitch的每个智能终端都有内置的路由器，与网络控制服务器(NCS)协同工作，以最高效的方式利用转发器带宽为通信业务建立卫星路由。在SkySwitch网络中，节点之间的虚拟连接是永久性的，NCS负责为按需启动的每一条链路提供瞬时带宽资源。服务路由上卫星之前，必须根据网络路由设置确认合理有效。

SkySwitch无连接通信系统是MCPC/PSMA(多信道单载波/分组交换多址)技术。每个天空交换站发送一个MCPC/PSMA载波，该载波可以被一个或多个目的站(包括主站)接收。每个MCPC多通道载波中的每个通道只能连接到一个目的地。MCPC/PSMA运营商的100%带宽用于传输IP网络服务，没有复用报头。无论是高速、低速还是突发流量，MCPC/PSMA运营商都可以在ABOD(按需自适应带宽分配)模式下为各种应用和连接提供高质量的传输服务。

Gilat的SkyEdge II系统

吉列基于X-Architecture的SkyEdge系统是卫星通信的地面架构平台，支持固定和移动卫星通信应用，支持VSAT网络同时配置多颗传统宽波束卫星和/或高通量通信卫星。

SkyEdge II支持双向QoS，TCP和HTTP加速压缩，以及DNS缓存，提供最高级别的安全认证，包括X.509终端认证和无线链路加密，并使用用户认证来保证基于HTTP的网络管理的安全性。

天合光能拥有完整的VSAT产品组合应用，包括从高速VSAT服务宽带应用到超高性能VSAT服务蜂窝回程和移动应用。通过使用SkyEdge的TotalNMS管理系统，虚拟网络运营商可以完全控制自己的调制解调器卡、数据协议服务器和终端，灵活定义和管理自己的服务。VNO还可以获得详细的监控数据，如VSAT状态、带宽使用和射频水平。

传统的宽波束卫星和多点波束的高通量通信卫星可以通过SkyEdge II平台灵活支持。随着需求的增加，容量可以从任何卫星和任何频段选择。

第二次会议