卫星通信系统及其在应急通信中应用

专网通信

IPSTAR宽带卫星通信系统

及其在应急通信中应用

□中国电信贵阳分公司网络维护监控中心余波

摘要：本文简要介绍了IPSTAR卫星通信系统的特点和优势,以及IPSTAR系统在抗震救灾中的应用。由于其具有全疆域无缝覆盖、不受地面灾害和环境条件的限

制，可提供包括语音、数据、视频会议、互联网宽带接入、信息和视频广播等综合

业务的特点，在自然灾害突发时期，可在抗震救灾应急通信中发挥重要作用，是国

家在抗击自然灾害中不可或缺的基础设施。

关键词：卫星通信系统抗震救灾卫星宽带关口站应用

一、前言

地震、洪水、冰雪等自然灾害发生时的共同特点是都对交通、电力、通信广播、水利等社会基础设施造成严重的损毁，致使受灾地区对外通信、交通、电力中断，外部无法了解灾区的实际情况，从而无法组织有效的救援；受灾地区无法对外报告受灾情况，无法得到与灾情处置、次生灾害预防等相关的指令和信息，从而无法组织迅速有效的自救行动。

2008年的“5·12”汶川大地震就是典型例子。地震发生后，受灾地区的交通、通信、电力被完全摧毁，使灾区成为信息孤岛，给救灾和次生灾害预防工作造成重大困难。灾害发生后，在工业和信息化部的统一指挥下，中国卫星通信集团公司共向灾区调用了约1500部卫星电话，23套宽带卫星通信系统，688兆卫星转发器带宽和大量的电源、油机等配套设施，保证了灾区的应急通信保障(如第一时间进入灾区中心映秀镇的卫星电话，唐家山堰塞湖实时视频监视图象的回传等)，为灾情报告、救援组织和堰塞湖等次生灾害的预防决策提供了手段，被誉为灾区的“生命线”。同时，为其他通信运营商开通了灾区移动通信卫星基站，保障了移动通信系统的迅速恢复；为中央电视台、上海文广、成都电视台等几百家媒体提供了卫星双向视频语音、新闻稿件和图片传输、卫星IP 电话、卫星宽带上网等服务，保障了抗震救灾信息的实时传递。

由于电信行业重组，中国卫通的基础电信业务并入中国电信，IPSTAR卫星通信系统于2009年4月1日划归中国电信。现在，卫星通信系统作为中国电信固网和移动网的有益补充和应急保障，从而使中国电信网络形成了天地一体和全疆域的无缝覆盖。

二、IPSTAR卫星宽带通信系统特点

（一）系统描述

IPSTAR卫星宽带通信系统由IPSTAR卫星、业务关口站和小口径天线地面终端组成，是一个完全基于IP技术的宽带卫星通信广播系统。

IPSTAR系统采用星状拓扑结构。关口站工作于Ka频段，端站工作于Ku频段，即关口站到终端的前向链路为Ka上行，Ku下行；终端到关口站的返向链路为Ku上行，Ka下行。从关口站到低成本地面终端的宽带数据流量，通过基于一个或多个正交频分复用（OFDM）信道之上的时分复用（TDM）平台进行发送。为提升性能，这些前向信道还使用了高效的传输方式，包括增强产品编码（TPC）和更高阶的调制（8PSK）。而在小站到关口站的方向，也就是回传链路方面，窄带信道使用同样有效的传输方式，并进行复用，还使用了基于应用条件的各种多址方式，这些方式包括供登录信息使用的ALOHA，以及供回传数据使用的时隙ALOHA或TDMA。图1是IPSTAR卫星宽带系统的网络结构示意图。

图1 IPSTAR系统网络结构图

IPSATR为新一代宽带卫星，于2005年8月11日在法国圭亚那发射，定点于东经119.5度轨道位置，覆盖亚太17个国家和地区，提供Ku波段84个点波束、3个成型波束和7个区域广播波束，以及18个Ka波段波束，共计114个转发器。该卫星由美国Space system/Loral(SS/L)制造，卫星型号FS-1300L，输出功率14KW，在轨寿命为12年。

通过空分复用技术并结合卫星与关口站之间使用可用频率更宽的Ka波段，使有限的频率资源在IPSATR卫星上得到了最充分和有效的利用。IPSATR卫星的总容量高达45Gbps，远远高于传统卫星，这有效地降低了单位带宽使用容量的成本，使更经济地为用户提供宽带接入和通信服务解决方案成为了可能。图2是IPSATR卫星的关键技术参数。

图2 IPSTAR卫星关键技术参数图

IPSTAR卫星专门设置了覆盖中国地区的波束，其中23个Ku波段双向点波束覆盖中国中东部地区，一个双向成型波束覆盖中国西部地区，通过点波束合成产生的一个Ku波段单向广播波束重叠覆盖中东部地区。这些波束可以为中国用户提供约12Gbps的通信容量。图3是中国及周边地区波束覆盖情况，其中：点波束中心平均EIRP =58.7dBW ,成型波束中心平均EIRP =53.4dBW ,广播波束边缘处（EOC）EIRP =50.1dBW；国内关口站有北京、广州、上海。图3是中国及周边地区波束覆盖图。

图3 中国及周边地区波束覆盖图

（二）IPSTAR关口站

IPSTAR卫星宽带系统共设置18座业务关口站，分布于中国、韩国、日本、泰国、东南亚、澳大利亚等卫星服务区。

IPSTAR卫星的有效载荷为弯管式转发器，不做任何星上处理和交换，用户地面终端与地面宽带网络以及相互之间的业务连接和交换均由关口站完成，因此可以说关口站是整个IPSTAR宽带卫星系统的核心。

服务于中国地区的关口站有三座，分别位于北京、上海和广州，相互之间通过地面光缆相连接，使覆盖中国地区的点波束、成形波束和广播波束以及约12Gbps的卫星容量成为一个整体，从而构建了一座覆盖中国全境，提供经济的双向宽带接入服务，又可提供广播服务的天基宽带网络。图4为关口站构成图。

图4 关口站构成图

（三）地面用户终端

高度集成化的IPSTAR用户终端由一台高性能、低成本的卫星调制解调器（IDU）和一组室外单元套件（ODU）组成。以当前最高效的IPSTAR宽带卫星平台为基础，再配合先进的IPSTAR 关口站和高效的IPSTAR空中接口，IPSTAR用户终端可以为用户提供丰富的宽带卫星解决方案。

与IPSTAR 卫星调制解调器（IDU）配合工作的各种室外单元（ODU），都是经过特别设计与定制的，符合IPSTAR规格要求。IPSTAR 室外单元包含天线（直径从0.84 到1.8 米）、上变频器模块（1-2W）、LNB 和馈源。

一般，点波束下使用的天线口径为0.84-1.2米，区域波束下使用的天线口径为1.8米，广播波束下使用的单收天线口径为0.84米。

（四）技术特点

从卫星、终端设备以及应用等方面来看，IPSTAR宽带卫星系统具有以下特点：

1、IPSTAR卫星采用先进天线技术所提供的“蜂窝状”多点波束,有效提高了带宽和频率的利用率。

2、新的动态功率管理系统可以根据气候环境的变化优化每个波束的功率输出，从而提高星上载荷功率的利用率并保持良好的链路可用度。

3、普通转发器1-2Gbps的容量只能满足几十万用户的使用，而IPSTAR卫星45Gbps的