卫星通信VSAT在移动通信网络中的应用

卫星通信是以卫星作为中继的一种微波通信，由于卫星通信基本上不受地域的限制，体现它高度灵活机动特性，作为其他无线通信的中继是一把好手。目前无论是GSM，CDMA的移动通信或集群移动通信（TETRA、IDEN）若将卫星通信作为其中继，犹如猛虎添翼，为移动通信完美运营添上绚丽的一笔。

1.移动通信传输存在的问题和解决的方法

目前移动通信碰上了三个难题：一是在大型体育比赛，大型集会或群体事件等引起的通信阻塞，移动通信需要进一步吸收话务量进行疏网；二是由于自然灾害，重大事故，局部战争等引起移动通信网的瘫痪，移动通信需要建立临时移动通信；三是无光缆的偏远地区、海上轮船等移动通信的覆盖问题需要中继-卫星通信。实际上概括起来即临时移动通信、应急移动通信以及移动通信无条件建立基站的三大问题。这三大问题即便有卫星通信作为中继解决了传输问题，但根据不同的情况也存在移动通信局号的三种状态：一是预期的临时局号运用，即临时移动通信，例如：大型体育比赛，大型集会或群体事件的发生；二是预先安排的跨省局号运用，即应急移动通信，例如：自然灾害，重大事故，局部战争等发生；三是预先安排的非跨省局号运用，即取决于卫星通信作为中继的无条件建立基站的移动通信，例如：无光缆的偏远地区、海上轮船的移动通信的覆盖问题。由于成本问题、技术问题等我国电信运营商尚未涉及海上轮船的移动通信的覆盖这一领域。除此以外，由于卫星通信在双向传输中存在500多毫秒的延时，要解决卫星通信的延时对于移动通信的影响问题，目前对于GSM，CDMA语音延时则用G168语音回音抑制来解决，UDP/IP数据和图像仅有时延其他无根本影响，而TETRA等数字集群通信如果将卫星通信作为传输中继，由于原数字集群系统接通受时间限制，大大低于卫星通信的延时时间，要使得TETRA系统正常运营，必须在TETRA系统核心侧与卫星通信作为传输中继相关的基站因卫星通信传输的时延而修改数据，否则将无法进行正常的集群通信。

移动通信网将卫星通信作为传输中继，分为固定的移动通信网传输中继和可移动的移动通信网传输中继。一般来说，卫星通信传输中继固定地球站和卫星通信传输中继可移动的地球站。可移动的地球站分为FLYAWAY便携站、车载站、船载站等。

移动通信网将卫星通信作为传输中继时，用户BTS的发射数据通过DDF接口接入卫星通信系统的调制解调器，以实现数据的调制和编码等数据处理和操作，数据调制成L波段信号后，将信号传送到BUC然后通过天线进行发射；数据的接收是通过天线将信号送给LNB，由LNB传送给解调器进行数据处理，最后通过数据线将信号回传到BTS。由于我国CDMA移动通信的传输大都需要1～4个E₁，作为中继的卫星通信系统的调制解调器一般选用具备能同时传输4个E₁的。例如：选用COMTECH EF DATA的DM625（L），CDEM625（L）-MODEM支持4个E₁接口（QDI），并将4路E₁数据合成一个载频，CDEM625（L）-MODEM并具备每个E₁可独立设置插入/提取（D&I++），由于帧头开销低，提高了E₁MO-DEM数据利用度，由于4路E₁数据合成一个载频又避免了发射多个载频时功放的回退，大大节省了功放的功率。采取插入/提取（D&I++）功能，可以对每个E₁中的1～31个时隙进行任意的插入/提取操作。接收的移动通信数据通过卫星通信系统的解调器进行数据处理后，最后经过数据线回传给BTS。

2.以卫星通信作为中继的车载CDMA系统

移动通信网将卫星通信作为传输中继的卫星通信传输中继固定地球站和卫星通信传输中继可移动地球站的传输原理和方法基本相同，不同的是一个是固定的，一个是移动的，另外，根据需要局号的配置有所不同。车载卫星地球站是如何支持CDMA移动通信中继的呢？

以卫星通信作为中继的车载CDMA系统的组成分为两部分：卫星通信系统和CDMA系统。卫星通信系统主要由卫星天线系统、BUC、LNB、输入输出中频为L波段的MODEM等组成；而CDMA系统则由CDMA的基站BTS设备和CDMA的天线等组成。具体两系统连接，如图2-69所示。

图2-69 车载CDMA运营方框图

以卫星通信作为中继的车载CDMA移动通信系统，由于以卫星链路作为传输的延伸不受地域的影响，不受光纤到不到位的牵制，可预先做好局数据，不用现场临时再做局数据，解决了CDMA移动通信系统临时通信找中继的困难和现场临时再做局数据的费时，卫星通信作为中继的车载CDMA移动通信系统，灵活方便、迅速到位，特别对于临时大型活动的网络优化、吸收话务量或替代存在故障的CDMA基站BTS以及自然灾害等造成的CDMA基站损坏，可临时替代也可迅速撤离，具有其他中继不可替代的优势。另外，以卫星通信作为中继的另一支移动通信，即车载数字集群的移动通信，例如：TETRA、IDEN系统经常用于突发事件、应急通信等，由于卫星通信作为中继的介入，使得车载数字集群基站可在卫星覆盖的任何地方进行灵活机动的集群通信，在面对突发事件、自然灾害恢复起到了重要作用。

3.以卫星通信作为中继的CDMA灾备系统的应用

目前CDMA的固定基站一般均通过光缆和核心网进行通信连接，当地震、洪灾、泥石流、火灾等各类自然灾害或人为损害造成的光缆中断，便直接影响到基站的正常通信。VSAT卫星通信与CDMA-3G业务的融合无疑成为CDMA基站最好的应急支撑模式和天（卫星）地（光纤）备份。(www.xing528.com)

为了应对自然灾害进行灾备，我国CDMA三大移动通信运营商动足了脑筋。特别是中国电信，采用了卫星中继的方式使各地预先配置的车载CDMA应急入网，并集中建立了全国CDMA应急入网的平台，将各地的2Mbit/s调度到这个平台上。CDMA的卫星通信中继应急入网平台充分利用了VSAT卫星通信不受地域和地理条件影响、组网灵活方便，系统开通快捷的特点和优势，同时通过异地地面传输迂回入网，大大提高了应急情况下开通CDMA基站电路的时间要求和可靠性。以图2-70所示的CDMA应急入网的网络构成框图描述了CDMA系统以卫星中继应急入网的基本构成。当现场事发地出现突发事件或应急情况，需要临时开通CDMA基站时，现场所属机动局（应急通信局）派出以VSAT卫星通信作为中继的CDMA车载基站赶往现场，现场所属机动局相关工程技术人员预先将BSC（基站控制器）所对应的2Mbit/s的中继编号告知平台所属的卫星地球站，该卫星地球站进行2Mbit/s电路预调度。现场所属机动局的CDMA车载基站到达现场后与卫星地球站测试开通2Mbit/s卫星中继链路和CDMA的BTS设备，最终实现利用CDMA车载基站利用卫星通信中继异地传输的快速迂回入网。

图2-70 CDMA应急入网的网络构成框图

图2-71所示的CDMA应急入网的卫星地球站数据传输构成框图描述了CDMA应急入网的卫星地球站系统的数据传输的设备和传输流程。其中BUC即上变频+功放，其输入为L频段，输出为射频（Ku或C频段）；LNB即低噪声放大+下变频，其输入为射频（Ku或C频段），输出为L频段；美国的COMTECH EF DATA CDM625L-MODEM输出为L频段，常用于卫星通信的传输，是目前世界上先进的MODEM含有载频叠加等高科技性能，传输稳定可靠。

图2-71 CDMA应急入网的卫星地球站数据传输构成框图

目前，我国工信部所属下的中国电信、中国联通、中国移动三大3G CDMA运营商在以卫星通信作为中继的CDMA灾备系统的应用方面是下了功夫的。特别是中国电信CDMA平台建成后，先后在国庆60周年通信保障、2010年青海玉树地震、甘肃及四川泥石流、2010年和2011年南北洪灾和森林火灾及上海世博会等各类突发事件和重大事件中发挥了重要作用。卫星通信已经逐步成为中国CDMA移动通信业务不可替代的补充手段。

4.移动通信在卫星传输中的网络优化

移动通信在卫星传输中的网络优化是目前大家所关注的，特别是当前在卫星作为CDMA的传输中继情况又是怎样的呢？

CDMA的内层走的仍然是IP，在传输时可以配置成为IP传输（就是IP化基站）和E₁传输。所谓的E₁传输就是把IP数据封装成为HDLC的包（类似帧中继的数据包），再在E₁信道上进行传输。与GSM不同，3G的WCDMA的E₁尽管是E₁，但是从CDMA传输角度上看不再有时隙的概念。例如：如果是全E₁（31个64Kbit/s时隙），信道是个1984Kbit/s的信道，而不是31个64Kbit/s的信道。由于已经进行了IP化处理，所以空闲时隙，空闲信道，静音等语音内容都已经被去除了。所以在CDMA中被传输的全部都是“内容”。尽管传输信道是E₁，但是在E₁中所承载的信息量是根据实际传输的业务量来的。如果没有语音业务，数据等业务量也是在整个1984Kbit/s的信道上跑的。如果业务多，那么业务量就比较大，如果语音和数据业务都很多，那么也就会使用到接近1984Kbit/s。

在移动通信GSM网络优化中，表现相当好的COMTECH EF DATA的MEMOTEC CX-U网络优化设备，由于以上的原因，在卫星作为CDMA的传输中继的时候，CX-U在网络优化处理的时候，能够做到的是把1984Kbit/s信道中没有被使用的部分压缩掉！但是对实际的业务，压缩度并不高。