關于衛星信號覆蓋弱地區雙向通信解決方案的討論

近年來，隨著數字他信息技術的發展和社會公眾對于多媒體信息量的需求突增，除卻電子商務、遠程醫療、遠程教育、電視節目中繼轉發等衛星通信傳統業務領域，多媒體、ISD業務(利用VSAT構成廣域網)以及流媒體、數字廣播等新興數字業務也紛紛將衛星通信選作廣域組網的重要通信手段。這是由于相比較近幾年迅猛發展的地區有線光纖網及公用移動通信網而言，衛星通信擁有非常突出的優點：無縫隙覆蓋及寬域的復雜網絡拓撲構成能力。困此在組建廣域的通信網時，或無法預估的突發事件：(如最大自然災害：洪水、地震、泥石流等)發生時，衛星通信是不可或缺的重要道訊保障手段。

但是，在區域無線通信中普遍存在的一個問題是：由于地點或地理位置不同，信號覆蓋強度各有不同。如何保障位處不同信號覆蓋區的衛星站點同樣住網通信且業務質量良好?能否使用傳統衛星電視的優化方法挪決雙向通信的問題?下文將一一分析。

人造地球衛星的通信覆蓋區

眾所周知，衛星通信是指利用人造地球衛星作為中繼站轉發或反射無線電信號，在兩個或多個地球站之間進行的通信。作為一種特殊的微波中繼，通信衛星的性能和工作狀態是整個衛星通信系統的決定性因素。

衛星上使用的天線有定向天線和全向天線，天線系統的選擇決定于地面覆蓋區的大小和形狀。衛星的通信覆蓋區，通常用地面上相對下發天線波束中心，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、點波束覆蓋、區域波束(賦性波束)覆蓋。

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

國際通信，使相距很遠的各個地球站建立通信鏈路。一般衛星服務區只限于一個國家或一個地區，就衛星的發送功率和頻譜使用而言，將它們發送到服務區之外是很不值得的。這種系統的覆蓋區，最好使用點波束或賦性波束天線提供。

在上行鏈路中，若在衛星上采用能產生一個或多個指向上行發射地球站所在區域的“針狀”窄波束的接收天線，在相同輻射功率情況下，可使接收點的信號功率電平遠大于全球波束覆蓋時的信號功率電平，因而對直播衛星和移動通信衛星，就功率和頻譜利用而言。采用點波束天線覆蓋極為有效。

所謂賦性波束覆蓋，是指衛里天線系統通過波束形成網絡產生與地面通信區域形狀相匹配的天線波束，如圖I所示。

覆蓋區內各點接收到的衛星功率，一般是中心區比較大，靠近區域邊緣時功率遞減，例如表l給出的是亞洲3s衛星Ku波段東亞波束EIRP、G/T及SPD參考值表，由表中不難看出，西北地區的通信覆蓋明顯弱于東南沿海等經濟發達地區。

通信衛星在設計時，不但要考慮通信容量、運行時的空間環境和技術狀態要求，同時必須重點考慮的一個問題便是服務的地理區域。通常，根據衛星的任務要求，通信覆蓋區的選擇也各有側重。例如，科學衛星的目標是收集科學數據，通信覆蓋區內信號強度力求平均;商業衛星的目標是盈利，通信覆蓋區內信號強度則是按照業務需求量的分布來分配，東南沿海發達地區的信號覆蓋明顯優于西北等偏遠地區。

一般組建的廣域衛星通信網，使用的都是商業衛星.如何解決衛星信號覆蓋弱的偏遠地區站點正常在網運行，是大多數通信網絡設計必須考慮的問題。

實例分析

在衛星通信傳統應用中，按照業務傳輸方向，一般采用提高上行站發射功率從而提高接收站接收信號質量，這種解決方案在衛星電視節目中繼轉發中應用較多。衛星信號覆蓋強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值提高衛星信號覆蓋弱地區站點接收信號強度。由于衛星電視業務是單向傳輸，這樣的方案不僅解決了衛星信號覆蓋弱的站點接收問題，并且可以大大降低小站的硬件成本。但對于需要進行雙向業務通信的VSAT衛星網來說，提高所有通信站點的發射功率是不現實的，受到經濟條件、站點環境等多方面因素的限制。

下文將以某西北區域VSAT衛星專網為例進行具體分析。

1. VSAT'D星網系統參數

衛星轉發器資源：亞洲四號Ku頻段水平極化轉發器

站點類型：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)

業務類型：實時視頻通信

業務終端：視頻會議終端及MCU視頻會議控制主機

衛星通信體制：MF—TDMA

業務拓撲結構：業務中心發送一路組播視頻，最多同時有3個遠端小站回程單路視頻。

2. 衛星覆蓋參數

亞洲四號衛星在西北地區的覆蓋較弱，典型站點的衛星信號參數值如表2。業務中心站點C信號覆蓋較強，遠端站A、E、D、F的信號覆蓋比較差。

3.解決方案

若想滿足系統通信要求，遠端站必須按照傳統解決方案增加天線口徑及衛星功放的輸出功率。但對于靜中通車載站來說，裝載平臺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，此時單靠提高衛星功放功率以滿足多業務通信的需求，將大大增加系統的建設成本，經濟實用性下降。

利用MF—TDMA體制的多載波特點，結合鏈路計算結果，有以下幾步解決措施：

(1)分割通信載波帶寬。如圖2，將原帶寬調整為多個載波，遠端站與業務中心各自在不同

的載波上進行業務傳輸，降低對室外功放的要求。

(2)降低糾錯碼率，降低信號門限值。原網內系統進行組網通信時統一使用前向糾錯碼FEC=3/4，調制方式QPSK，現可將遠端站發送載波參數調整為FEC=1/2或3/4RS方式。降低門限值2—3dB。

(3)根據實際系統組成和通信業務量仔細核算，嚴格控制線路損耗。

(4)部分信號覆蓋較差的站點建議只建設固定站，在建設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)不建議建設動中通或箱式站等小口徑天線的衛星站型。

結束語

在某些專用衛星網的建設過程中，由于通信業務涉及地域廣泛，衛星信號覆蓋強度不同造成全網站點業務組網困難。系統設計時需要結合衛星通信技術體制的專有特點：平衡技術可行性和經濟負擔。