移動(dòng)衛(wèi)星通信終端在移動(dòng)基站上的應(yīng)用

移動(dòng)衛(wèi)星通信終端在移動(dòng)基站上的應(yīng)用

2006年1月8日，國(guó)務(wù)院發(fā)布了《國(guó)家突發(fā)事件總體應(yīng)急措施》，要求“建立健全應(yīng)急通信和應(yīng)急廣播支持體系，完善公共網(wǎng)絡(luò)，建立在線(xiàn)通信和基于電信基礎(chǔ)和移動(dòng)通信系統(tǒng)的應(yīng)急通信系統(tǒng)，確保通信順暢。”?，F(xiàn)有的GSM通信業(yè)務(wù)依賴(lài)于大量的基站,在基站覆蓋不足的區(qū)域,以及基站受到自然災(zāi)害、人為破壞等毀壞時(shí),就難于應(yīng)用GSM進(jìn)行應(yīng)急通信,而且GSM在高速移動(dòng)中的通信速率也難于支持多媒體業(yè)務(wù)。利用同步衛(wèi)星Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器的點(diǎn)波束和區(qū)域波束對(duì)我國(guó)大陸的覆蓋,在移動(dòng)平臺(tái)上配置超小口徑衛(wèi)星通信終端,實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù),簡(jiǎn)稱(chēng)“動(dòng)中通”,是實(shí)現(xiàn)應(yīng)急通信的一種很好的選擇。1u3000車(chē)輛載荷“動(dòng)中通”通信系統(tǒng)由3個(gè)分系統(tǒng)組成,天線(xiàn)分系統(tǒng):反射面天線(xiàn)與饋源、天線(xiàn)罩、天線(xiàn)座與傳動(dòng)組合,安裝在載車(chē)車(chē)廂頂上的天線(xiàn)罩內(nèi);伺服分系統(tǒng):各類(lèi)傳感器、天線(xiàn)控制器和跟蹤接收機(jī),安裝在載車(chē)車(chē)廂頂上的天線(xiàn)罩內(nèi);通信終端分系統(tǒng):LNB、BUC、Modem、路由器、終端設(shè)備,其中LNB與BUC安裝在載車(chē)車(chē)廂頂上,其余安裝在載車(chē)內(nèi)?！皠?dòng)中通”通信系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是當(dāng)載車(chē)在高速運(yùn)動(dòng)、上下坡、顛簸、轉(zhuǎn)彎條件下,天線(xiàn)伺服控制系統(tǒng)使天線(xiàn)波束始終精確對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。因此,伺服系統(tǒng)的主要目標(biāo)是:第一,實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的跟蹤;第二,實(shí)現(xiàn)天線(xiàn)相對(duì)于大地的穩(wěn)定。本系統(tǒng)采用了步進(jìn)跟蹤和圓錐掃描自動(dòng)跟蹤技術(shù)相結(jié)合的復(fù)合跟蹤技術(shù),天線(xiàn)控制器根據(jù)載車(chē)的地理位置和衛(wèi)星的定點(diǎn)位置,計(jì)算出衛(wèi)星相對(duì)于大地坐標(biāo)的方位角和俯仰角,驅(qū)動(dòng)電機(jī),使天線(xiàn)波束指向衛(wèi)星,一旦發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星信號(hào)電平大于設(shè)置的門(mén)限電平,則進(jìn)入步進(jìn)跟蹤狀態(tài)。此時(shí)天線(xiàn)波束根據(jù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的衛(wèi)星信號(hào)電平指示,逐步逼近最大信號(hào)電平,然后,天線(xiàn)控制器控制天線(xiàn)進(jìn)行圓錐掃描。為了隔離載車(chē)運(yùn)動(dòng)對(duì)天線(xiàn)指向的影響,本系統(tǒng)采用了方位、俯仰和橫滾三軸角速率陀螺,分別感知三軸相對(duì)于慣性空間角位置變化的速度,通過(guò)坐標(biāo)變換,驅(qū)動(dòng)電機(jī)反向運(yùn)動(dòng)進(jìn)行位置補(bǔ)償,保持天線(xiàn)所需的姿態(tài),實(shí)現(xiàn)方位、俯仰二軸數(shù)字穩(wěn)定平臺(tái)。系統(tǒng)框圖如圖1所示。2系統(tǒng)的基本情況安裝在載車(chē)車(chē)頂?shù)摹皠?dòng)中通”衛(wèi)星通信天線(xiàn)精確跟蹤GEO,克服由于載車(chē)顛簸、轉(zhuǎn)彎、上下坡等高速運(yùn)動(dòng)帶來(lái)的衛(wèi)星通信天線(xiàn)的指向誤差,使移動(dòng)站和主站組成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)衛(wèi)星通信鏈路。這條移動(dòng)衛(wèi)星通信鏈路使載車(chē)上GSM移動(dòng)基站在運(yùn)動(dòng)中不間斷地與主站GSM交換中心MSC鏈接,提供2Mbit/s的高速數(shù)據(jù)傳輸。系統(tǒng)特點(diǎn)如下。(1)衛(wèi)星通信系統(tǒng)采用FDMA/MCPC/PAMA通信體制;(2)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為多移動(dòng)站到單主站的星型網(wǎng),業(yè)務(wù)為混合網(wǎng),可實(shí)現(xiàn)移動(dòng)站與主站、移動(dòng)站與移動(dòng)站的互通;(3)全I(xiàn)P通信網(wǎng)絡(luò),實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音、數(shù)據(jù)和視頻通信業(yè)務(wù);(4)系統(tǒng)擴(kuò)展方便,根據(jù)用戶(hù)的業(yè)務(wù)情況,只需要相應(yīng)增加主站的信道量和轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬,就可方便的擴(kuò)大用戶(hù)業(yè)務(wù)量、增加系統(tǒng)用戶(hù)量,方便系統(tǒng)今后的擴(kuò)容。3多種ncp網(wǎng)絡(luò)協(xié)議應(yīng)急衛(wèi)星通信系統(tǒng)的鏈路層提供了移動(dòng)基站與GSM系統(tǒng)間的可靠數(shù)據(jù)傳輸,PPP協(xié)議能夠進(jìn)行差錯(cuò)檢測(cè),支持多種協(xié)議,在連接時(shí)期允許協(xié)商IP地址,允許身份驗(yàn)證,并在SLIP上做了許多其它改進(jìn),它主要有三大功能。(1)采用類(lèi)似HDLC的組幀方式,并提供差錯(cuò)控制;(2)LCP提供了線(xiàn)路建立、斷開(kāi)以及檢查線(xiàn)路質(zhì)量、協(xié)商的功能;(3)多種NCP,為不同的網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議,提供了配置網(wǎng)絡(luò)層協(xié)議的功能。圖3給出了利用PPP建立、使用和斷開(kāi)線(xiàn)路的流程。在PPP鏈路建立以后,PPP接口會(huì)每隔一段時(shí)間向?qū)Χ税l(fā)送keepalive報(bào)文,以進(jìn)行鏈路質(zhì)量計(jì)算,一般情況如果兩次鏈路質(zhì)量計(jì)算不合格,鏈路路由將中斷,重新negotiate建立新的路由。由于我們系統(tǒng)是通過(guò)衛(wèi)星鏈路實(shí)現(xiàn)雙向通信,在實(shí)際應(yīng)用中難免衛(wèi)星短暫(t<1s)的被遮(如被路邊高樹(shù)、路標(biāo)指示牌等遮擋),如果被遮時(shí)間過(guò)長(zhǎng)將會(huì)造成通信鏈路路由的中斷。如果keepalive周期設(shè)置太短,鏈路將常被中斷;如果周期設(shè)置過(guò)長(zhǎng),可能導(dǎo)致鏈路長(zhǎng)時(shí)間不能恢復(fù)。在跑車(chē)試驗(yàn)中我們得出keepalive周期為5s,negotiate時(shí)間為2s最佳。4信號(hào)傳遞的仿真PPP協(xié)議對(duì)衛(wèi)星鏈路進(jìn)行了優(yōu)化,為了保證在長(zhǎng)傳輸時(shí)延的環(huán)境下也能有效工作,我們采用了路由協(xié)議仿真技術(shù)。移動(dòng)站與主站通信時(shí)需要進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。在轉(zhuǎn)換過(guò)程中,本端站點(diǎn)模仿遠(yuǎn)端站點(diǎn)向本端用戶(hù)發(fā)出確認(rèn)或響應(yīng)信號(hào)。避免這些信號(hào)通過(guò)衛(wèi)星鏈路的長(zhǎng)時(shí)延傳送使得響應(yīng)時(shí)間增長(zhǎng)、信道建立緩慢,通過(guò)協(xié)議欺騙的方法可以減少響應(yīng)時(shí)間,縮短信道的建立時(shí)間。在衛(wèi)星通信網(wǎng)通信鏈路兩端的通信設(shè)備相互仿真對(duì)方的用戶(hù)終端,對(duì)用戶(hù)終端的訪(fǎng)問(wèn)做出應(yīng)答的“遠(yuǎn)端通信,本地應(yīng)答”方式。通信過(guò)程中只有用戶(hù)數(shù)據(jù)和有關(guān)建立鏈路、拆除鏈路等必要的管理控制信息經(jīng)衛(wèi)星鏈路傳輸外,通信過(guò)程中終端間的握手聯(lián)絡(luò)信號(hào)均由本端通信設(shè)備提供應(yīng)答。采用這種方式,不僅可以克服衛(wèi)星信道的長(zhǎng)時(shí)延導(dǎo)致終端由于沒(méi)有收到對(duì)方握手信號(hào)而不能建立鏈路正常傳送數(shù)據(jù)的不利影響,同時(shí)也減輕了信道的額外負(fù)擔(dān),提高利用率。5寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)基于車(chē)載“動(dòng)中通”系統(tǒng)的應(yīng)急通信是利用“動(dòng)中