关于卫星信号覆盖弱地区双向通信解决方案的讨论

近年来，随着数字他信息技术的发展和社会公众对于多媒体信息量的需求突增，除却电子商务、远程医疗、远程教育、电视节目中继转发等卫星通信传统业务领域，多媒体、ISD业务(利用VSAT构成广域网)以及流媒体、数字广播等新兴数字业务也纷纷将卫星通信选作广域组网的重要通信手段。这是由于相比较近几年迅猛发展的地区有线光纤网及公用移动通信网而言，卫星通信拥有非常突出的优点：无缝隙覆盖及宽域的复杂网络拓扑构成能力。困此在组建广域的通信网时，或无法预估的突发事件：(如最大自然灾害：洪水、地震、泥石流等)发生时，卫星通信是不可或缺的重要道讯保障手段。

但是，在区域无线通信中普遍存在的一个问题是：由于地点或地理位置不同，信号覆盖强度各有不同。如何保障位处不同信号覆盖区的卫星站点同样住网通信且业务质量良好?能否使用传统卫星电视的优化方法挪决双向通信的问题?下文将一一分析。

人造地球卫星的通信覆盖区

众所周知，卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号，在两个或多个地球站之间进行的通信。作为一种特殊的微波中继，通信卫星的性能和工作状态是整个卫星通信系统的决定性因素。

卫星上使用的天线有定向天线和全向天线，天线系统的选择决定于地面覆盖区的大小和形状。卫星的通信覆盖区，通常用地面上相对下发天线波束中心，具有固定接收功率的轮廓线来表示，一般分为全球波束覆盖、点波束覆盖、区域波束(赋性波束)覆盖。

如果在静止轨道上看向整个地球，则覆盖区就是全球波束。这种全球波束覆盖，主要用于

国际通信，使相距很远的各个地球站建立通信链路。一般卫星服务区只限于一个国家或一个地区，就卫星的发送功率和频谱使用而言，将它们发送到服务区之外是很不值得的。这种系统的覆盖区，最好使用点波束或赋性波束天线提供。

在上行链路中，若在卫星上采用能产生一个或多个指向上行发射地球站所在区域的“针状”窄波束的接收天线，在相同辐射功率情况下，可使接收点的信号功率电平远大于全球波束覆盖时的信号功率电平，因而对直播卫星和移动通信卫星，就功率和频谱利用而言。采用点波束天线覆盖极为有效。

所谓赋性波束覆盖，是指卫里天线系统通过波束形成网络产生与地面通信区域形状相匹配的天线波束，如图I所示。

覆盖区内各点接收到的卫星功率，一般是中心区比较大，靠近区域边缘时功率递减，例如表l给出的是亚洲3s卫星Ku波段东亚波束EIRP、G/T及SPD参考值表，由表中不难看出，西北地区的通信覆盖明显弱于东南沿海等经济发达地区。

通信卫星在设计时，不但要考虑通信容量、运行时的空间环境和技术状态要求，同时必须重点考虑的一个问题便是服务的地理区域。通常，根据卫星的任务要求，通信覆盖区的选择也各有侧重。例如，科学卫星的目标是收集科学数据，通信覆盖区内信号强度力求平均;商业卫星的目标是盈利，通信覆盖区内信号强度则是按照业务需求量的分布来分配，东南沿海发达地区的信号覆盖明显优于西北等偏远地区。

一般组建的广域卫星通信网，使用的都是商业卫星.如何解决卫星信号覆盖弱的偏远地区站点正常在网运行，是大多数通信网络设计必须考虑的问题。

实例分析

在卫星通信传统应用中，按照业务传输方向，一般采用提高上行站发射功率从而提高接收站接收信号质量，这种解决方案在卫星电视节目中继转发中应用较多。卫星信号覆盖强的上行站采用大口径天线及高功率射频功放，通过上行站提高EIRp值提高卫星信号覆盖弱地区站点接收信号强度。由于卫星电视业务是单向传输，这样的方案不仅解决了卫星信号覆盖弱的站点接收问题，并且可以大大降低小站的硬件成本。但对于需要进行双向业务通信的VSAT卫星网来说，提高所有通信站点的发射功率是不现实的，受到经济条件、站点环境等多方面因素的限制。

下文将以某西北区域VSAT卫星专网为例进行具体分析。

1. VSAT'D星网系统参数

卫星转发器资源：亚洲四号Ku频段水平极化转发器

站点类型：静中通车载站(1.2米天线/40W功放)、固定站(4.5米天线/8w功放)

业务类型：实时视频通信

业务终端：视频会议终端及MCU视频会议控制主机

卫星通信体制：MF—TDMA

业务拓扑结构：业务中心发送一路组播视频，最多同时有3个远端小站回程单路视频。

2. 卫星覆盖参数

亚洲四号卫星在西北地区的覆盖较弱，典型站点的卫星信号参数值如表2。业务中心站点C信号覆盖较强，远端站A、E、D、F的信号覆盖比较差。

3.解决方案

若想满足系统通信要求，远端站必须按照传统解决方案增加天线口径及卫星功放的输出功率。但对于静中通车载站来说，装载平台的尺寸受到道路交通、安全因素等多种限制，静中通天线的口径无法超过2.4米，此时单靠提高卫星功放功率以满足多业务通信的需求，将大大增加系统的建设成本，经济实用性下降。

利用MF—TDMA体制的多载波特点，结合链路计算结果，有以下几步解决措施：

(1)分割通信载波带宽。如图2，将原带宽调整为多个载波，远端站与业务中心各自在不同

的载波上进行业务传输，降低对室外功放的要求。

(2)降低纠错码率，降低信号门限值。原网内系统进行组网通信时统一使用前向纠错码FEC=3/4，调制方式QPSK，现可将远端站发送载波参数调整为FEC=1/2或3/4&RS方式。降低门限值2—3dB。

(3)根据实际系统组成和通信业务量仔细核算，严格控制线路损耗。

(4)部分信号覆盖较差的站点建议只建设固定站，在建设成本允许的情况下可以配备大功率功放的静中通车载站。

(5)不建议建设动中通或箱式站等小口径天线的卫星站型。

结束语

在某些专用卫星网的建设过程中，由于通信业务涉及地域广泛，卫星信号覆盖强度不同造成全网站点业务组网困难。系统设计时需要结合卫星通信技术体制的专有特点：平衡技术可行性和经济负担。

随着数字通信技术和高分子复合材料技术的发展，未来的通信卫星日趋复杂和完善，卫星信号覆盖不均的问题也会逐步随之改善;但在现有的技术条件和空间环境下，广域卫星网的建设仍是一个需要统筹规划、综合考量的挑战性课题。