CN113507310A - 支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站及通信方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，包含运载车，可运输式方舱，卫星通信子系统，供电设备和其他辅助设施。支持多星和宽频，具有较宽的工作频段范围。调制解调器支持三种模式：MF‑TDMA星状网，MF‑TDMA网状网和SCPC网络，可灵活切换，该调制解调器采用一体化设计，将支持三种网络模式的功能集成在一个设备里，具有高度集成化的特点。同时中继终端站支持多种数据安全级别和第三方加密算法定制，以提升卫星通信的保密性和安全性，具有机动灵活、操作简单方便、快速部署、环境适应性强等特点，可快速建立卫星通信链路，传输语音、视频、数据等业务，满足不同用户的使用需求。

Description

支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站及通信方法

技术领域

本发明属于卫星通信应用领域，涉及一种卫星通信中继终端和通信方法。

背景技术

卫星通信提供互联网接入、信息广播、应急通信与指挥调度、通信专网各种远程应用，互联网接入，通过卫星通信系统为远端用户提供因特网接入条件。信息广播服务，应用最为广泛的是电视直播业务，充分发挥一点对多点的传输特性，也可应用于证券、期货、教育和娱乐等行业。应急通信和指挥调度，在地面网络中断，可有效保障临时通信。通信专网为行业或政府部门提供专网服务，用于内部通信或视频会议。各种远程应用如远程视频会议、远程视频监控、远程医疗、远程教育等。

当前卫星通信终端站的网络架构比较单一，或者是星状网或者网状网，而鲜有将星状网、网状网以及SCPC点对点三种网络模式结合起来使用。在实际运用中，单种网络架构模式下的终端站无法直接切换到其他网络结构下使用，制约了终端站的通用性。

发明内容

本发明技术解决问题是：本发明提供了一种支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站和通信方法，能够解决因网络制式单一所带来的通用性差的问题，具有快速部署、操作简单、通信可靠等优点。多种模式各有优势，相互补充，对于多模的应用发展很有必要。同时可有效支持多种应用场景下的临时通信和应急通信，作为军民两用型，有助于卫星通信的推广，服务社会。

本发明所采用的技术方案是：支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，包含运载车，可运输式方舱，卫星通信子系统，供电设备和其他辅助设施；

可运输式方舱放置于运载车上，随运载车进行移动，方舱顶部搭载卫星通信子系统中的静中通天线、BUC和LNB设备，方舱内配备卫星通信子系统中的天线控制器、卫通modem(调制解调器)和交换机，方舱内搭载供电设备和其他辅助设施。

卫星通信子系统包含静中通天线、BUC、LNB、卫通modem、天线控制器和交换机；

静中通天线用于卫星链路信号的发射和接收，具有自动展开和收藏功能，自动定位，自动捕获卫星，自动对星和跟踪的功能；天线控制器通过控制线与方舱顶部的静中通天线相连，控制天线方位俯仰的转动；

BUC对卫通modem输出的L波段发射信号进行变频和功率放大，并将信号发送至静中通天线；BUC输入端与卫通modem相连，由卫通modem提供输入信号，BUC输出端与天线馈源相连，将BUC变频放大后的信号传递给静中通天线。

LNB将天线接收信号变频至L频段输出至卫通modem；LNB的输入端与天线馈源相连，输入天线接收下来的卫星信号，LNB输出端与卫通modem相连，LNB将放大变频后的信号传输给卫通modem；

交换机的其中一个网络接口与卫通modem相连，其他网络接口与各用户终端设备相连，实现数据交换的功能；

卫通modem用于IP数据的调制处理，同时对终端站天线接收的卫星下行信号进行解调处理；卫通modem的射频输出接口与BUC相连，射频输入接口与LNB相连，网络接口与交换机相连；

卫通modem支持三种模式的切换，三种模式包括MF-TDMA星状网、MF-TDMA网状网和SCPC网络，根据不同模式下的数据包的封装格式和BB(基带)帧所带信息对上述三种模式进行区分。

卫通modem具体的调制解调线路如下：

调制线路的流程为：封装，前向纠错编码，加扰，物理层成帧、成型滤波、调制和数模转换；其中，在封装过程中，MF-TDMA模式下为RLE封装，SCPC模式下为GSE封装，业务数据组包的同时，终端站向主站发送的入网和同步信令参数按照规定的格式进行封装；在前向纠错编码过程中，MF-TDMA模式下为Turbo编码，SCPC模式下为BCH+LDPC编码；

解调线路的流程为：模数转换、信道化、匹配滤波、载波同步、捕获、译码和解扰；将解调的数据恢复成GSE数据包，并进行数据还原。

供电设备向天线控制器、卫通modem、交换机和各用户终端设备供电，其中BUC和LNB由卫通modem馈电。

辅助设施包含WiFi终端；WiFi终端将卫通modem解调出的信息转换成无线信号，供给用户手持终端接入。

支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，在Ku VSAT网络中，通过Transec、IPsec动态VPN加密方式，对在IP层和链路层对Hub主站与端站之间传输的业务数据进行加密；MF-TDMA访问模式是Hub主站对所有支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站入网进行身份认证。

支持多模互联互通的卫星通信中继终端站的工作流程，主要包括如下步骤：

步骤1，将供电设备启动，然后将天线控制器、卫通modem、交换机及用户终端设备开机启动；

步骤2，根据实际使用卫星转发器的资源，以及当前天线射频设备的规格参数，设置天线控制器和卫通modem参数；

步骤3，操作天线控制器，使静中通天线自动对星；

步骤4，卫通modem向Hub主站系统发出入网申请，通过后，支持多模互联互通的卫星通信中继终端站接入当前卫星网络；

步骤5，支持多模互联互通的卫星通信中继终端站的用户终端通过交换机与卫通modem互连，接入到卫星网络，与Hub主站系统或者另外接入到卫星网络中的其他终端站进行业务传输。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)本发明支持多星和宽频。本发明的多网多模互联互通的卫星通信中继站具有较宽的工作频段范围，如图3所示，用户可根据需求灵活地选择卫星资源，支持标准Ku和扩展Ku频段。

(2)本发明支持星状网、网状网和SCPC网络拓扑。卫星通信中继终端站的调制解调器支持三种模式：MF-TDMA星状网，MF-TDMA网状物和SCPC网络，可灵活切换。使用模式易于改变，不同拓扑模式下的终端可以通过一个Hub站互联互通，终端的模式可以通过终端按钮和终端的网页管理界面或主站的网管系统进行切换，切换的时间大约3分钟。

(3)本发明具备高安全通信。为提升卫星通信的保密性和安全性，避免被窃听、篡改和冒充支持多网多模互联互通的卫星通信，中继站支持多种数据安全级别和第三方加密算法定制，即4种层级的安全级别(IPsec动态VPN、MF-TDMA访问模式、Transec和用户加密)。

(4)本发明提出的支持多模互联互通的卫星通信中继终端站，可实现不同的业务应用场景，组网灵活，采用业界主流的技术，具有高安全性，能够快速部署，灵活切换网络模式，同时可与多种地面网络或其他卫星网络互联互通，提高了卫星通信中继终端站的实用性。有效支持多种应用场景下的临时通信和应急通信，作为军民两用型，有助于卫星通信的推广，服务社会。

附图说明

图1为卫星通信中继终端站的组成示意图；

图2为终端灵活组网拓扑图；

图3为卫星通信中继终端站的应用场景示意图。

具体实施方式

结合实施例和附图对本发明进行说明。

支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，包含运载车，可运输式方舱，卫星通信子系统和供电设备和其他辅助设施。如图1～3所示。

可运输式方舱放置于运载车上，可随运载车进行移动，方舱顶部搭载卫星通信子系统中的静中通天线、BUC(上变频功率放大器)和LNB设备(低噪声下变频器)，方舱内配备卫星通信子系统中的天线控制器、卫通modem(调制解调器)和交换机，同时方舱内还搭载一套供电设备和其他辅助设施。

多网多模互联互通卫星通信中继终端站的组成模块功能如下所示：

(1)运载车

运载车的功能是承载和运输方舱。

(2)可运输式方舱

可运输式方舱(不含载车)，用于承载卫通和辅助设备。

(3)卫星通信子系统

卫星通信子系统包含静中通天线、BUC、LNB、卫通modem、天线控制器和交换机；

静中通天线用于卫星链路信号的发射和接收，具有自动展开和收藏功能，自动定位(含GPS)，自动捕获卫星，自动对星和跟踪的功能。天线控制器通过控制线与方舱顶部的静中通天线相连，控制天线方位俯仰的转动。

BUC用于实现对modem输出的L波段发射信号进行变频和功率放大，并将信号发送至天线。BUC输入端与卫通modem相连，由modem提供输入信号，BUC输出端与天线馈源相连，将BUC变频放大后的信号传递给天线。

LNB具备低噪放和下变频的功能，将天线接收信号变频至L频段输出至modem。LNB的输入端与天线馈源相连，输入天线接收下来的卫星信号，LNB输出端与卫通modem相连，LNB将放大变频后的信号传输给modem。

交换机某网络接口与modem相连，其他网络接口与用户各种终端相连，实现数据交换的功能。

卫通modem用于IP数据的调制处理，同时对终端站天线接收的卫星下行信号进行解调处理。卫通modem的射频输出接口与BUC相连，射频输入接口与LNB相连，网络接口与交换机相连。

卫通modem支持三种模式(MF-TDMA星状网、MF-TDMA网状网和SCPC网络)的切换，根据不同模式下的数据包其封装格式不同和BB(基带)帧所带信息也不同等方式对上述三种模式进行区分。

Modem具体的调制解调线路如下：

调制线路的流程为：封装(MF-TDMA模式下为RLE封装，SCPC模式下为GSE封装，业务数据组包的同时，终端站向主站发送的入网和同步等信令参数按照规定的格式进行封装)，前向纠错编码(FEC，MF-TDMA模式下为Turbo，SCPC模式下为BCH+LDPC)，加扰，物理层成帧、成型滤波、调制和数模转换。

解调线路的流程为：模数转换、信道化、匹配滤波、载波同步、捕获、译码和解扰。将解调的数据恢复成GSE数据包，并进行数据还原。

(4)供电设备

供电设备向天线控制器、modem、交换机和用户终端设备供电，其中BUC和LNB由modem馈电。

(5)辅助设施

辅助设施包含机柜、防雷装置、WiFi终端和指南针等。WiFi终端将卫通modem解调出的信息转换成无线信号，供给用户手持终端接入。

支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，在Ku VSAT网络中，通过Transec、IPsec动态VPN加密方式，对在IP层和链路层对Hub主站与端站之间传输的业务数据进行加密；MF-TDMA访问模式是Hub主站对所有支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站入网进行身份认证。

实施例

支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，其卫星通信子系统中Ku静中通天线为1.2米天线口径，BUC规格为8W，后续可根据具体业务使用需求，更换其它规格的天线和BUC。三模终端(Anovo卫星通信终端)支持MF-TDMA星状、MF-TDMA网状和SCPC组网三种模式。可通过终端按键或者web管理界面可以进行终端模式切换，通过主站网管界面由运营人员也可以进行模式切换。星状网络模式，终端与终端之间通信需通过主站进行转发，因此终端可以配置小型口径天线，以适用于广播分发等场景；MF-TDMA网状模式，终端与终端之间可实现单跳通信，终端站需配置较大口径天线，以适用于语音和视频等对延时较敏感的业务。

在Ku VSAT网络中，通过Transec、IPsec动态VPN加密方式在IP层和链路层对HUB与端站之间传输的业务数据实现加密。MF-TDMA访问模式是HUB站对所有卫星通信中继终端站(Ku)入网进行身份认证，防止未授权终端接入，避免系统资源非法占用。

此外，通过部署单独的加解密终端在各卫星通信终端站(Ku)，配合新建或利用现有加密中心实现用户加密，进一步提升系统加密等级和抗破坏性，满足用户的军事高安全卫星通信需求。

电源供电设备中车载UPS(含电池)是将蓄电池与主机相连接，通过主机逆变器等模块电路将直流电转换成市电，对电压过高或电压过低都能提供保护，且供电不小于10分钟。

支持多模互联互通的卫星通信中继终端站的工作流程，主要包括如下步骤：

步骤1，设备开机启动。将供电设备启动，可接市电供电，或发电机启动供电。电源供电完成后，将各设备(天线控制器、卫通modem、交换机及用户终端设备等)开机启动。

步骤2，参数配置。根据实际使用卫星转发器的资源，以及当前天线射频设备的规格参数，正确设置天线控制器和卫通modem参数。

步骤3，天线对星。操作天线控制器，使静中通天线自动对星。

步骤4，终端入网认证。卫通modem向主站系统发出入网申请，通过后终端站便可接入当前卫星网络。

步骤5，传输业务。卫星通信中继终端站的用户终端通过交换机与卫通modem互连，接入到卫星网络，与Hub主站或者另外接入到卫星网络中的其他终端站便可进行正常业务传输(如语音，数据，视频等)。

综上，卫星通信中继终端站的工作流程简单，操作便捷，可快速部署，建立卫星通信链路，可进行多种模式下的网络通信。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。本领域的技术人员在本发明技术方法范围内进行的通常变化和替换都应包含在本发明的保护范围内。

Claims (8)

1.一种支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，其特征在于，包含运载车，可运输式方舱，卫星通信子系统，供电设备和其他辅助设施；

可运输式方舱搭载卫星通信子系统，可运输式方舱放置于运载车上，随运载车进行移动，可运输式方舱内搭载供电设备和其他辅助设施；供电设备用于供电；卫星通信子系统实现卫星与各用户终端设备的通信。

2.根据权利要求1所述的一种支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，其特征在于，卫星通信子系统包含静中通天线、BUC、LNB、卫通modem、天线控制器和交换机；可运输式方舱顶部搭载卫星通信子系统中的静中通天线、BUC和LNB设备，可运输式方舱内配备卫星通信子系统中的天线控制器、卫通modem和交换机；

静中通天线用于卫星链路信号的发射和接收，具有自动展开和收藏功能，自动定位，自动捕获卫星，自动对星和跟踪的功能；天线控制器通过控制线与方舱顶部的静中通天线相连，控制天线方位俯仰的转动；

BUC对卫通modem输出的L波段发射信号进行变频和功率放大，并将信号发送至静中通天线；BUC输入端与卫通modem相连，由卫通modem提供输入信号，BUC输出端与天线馈源相连，将BUC变频放大后的信号传递给静中通天线；

LNB将天线接收信号变频至L频段输出至卫通modem；LNB的输入端与天线馈源相连，输入天线接收下来的卫星信号，LNB输出端与卫通modem相连，LNB将放大变频后的信号传输给卫通modem；

交换机的其中一个网络接口与卫通modem相连，其他网络接口与各用户终端设备相连，实现数据交换的功能；

卫通modem用于IP数据的调制处理，同时对终端站天线接收的卫星下行信号进行解调处理；卫通modem的射频输出接口与BUC相连，射频输入接口与LNB相连，网络接口与交换机相连。

3.根据权利要求2所述的一种支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，其特征在于，卫通modem支持三种模式的切换，三种模式包括MF-TDMA星状网、MF-TDMA网状网和SCPC网络，根据不同模式下的数据包的封装格式和BB帧所带信息对上述三种模式进行区分。

4.根据权利要求3所述的一种支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，其特征在于，卫通modem的调制解调线路如下：

调制线路的流程为：封装，前向纠错编码，加扰，物理层成帧、成型滤波、调制和数模转换；

其中，在封装过程中，MF-TDMA模式下为RLE封装，SCPC模式下为GSE封装，业务数据组包的同时，终端站向主站发送的入网和同步信令参数按照规定的格式进行封装；在前向纠错编码过程中，MF-TDMA模式下为Turbo编码，SCPC模式下为BCH+LDPC编码；

解调线路的流程为：模数转换、信道化、匹配滤波、载波同步、捕获、译码和解扰；将解调的数据恢复成GSE数据包，并进行数据还原。

5.根据权利要求4所述的一种支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，其特征在于，供电设备向天线控制器、卫通modem、交换机和各用户终端设备供电，其中BUC和LNB由卫通modem馈电。

6.根据权利要求5所述的一种支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，其特征在于，辅助设施包含WiFi终端；WiFi终端将卫通modem解调出的信息转换成无线信号，供给用户手持终端接入。

7.根据权利要求6所述的一种支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站，其特征在于，在Ku VSAT网络中，通过Transec、IPsec动态VPN加密方式，对在IP层和链路层对Hub主站与端站之间传输的业务数据进行加密；MF-TDMA访问模式是Hub主站对所有支持多网多模互联互通的卫星通信中继终端站入网进行身份认证。

8.使用如权利要求1～7任一所述支持多模互联互通的卫星通信中继终端站的通信方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，将供电设备启动，然后将天线控制器、卫通modem、交换机及用户终端设备开机启动；

步骤2，根据实际使用卫星转发器的资源，以及当前天线射频设备的规格参数，设置天线控制器和卫通modem参数；

步骤3，操作天线控制器，使静中通天线自动对星；

步骤4，卫通modem向Hub主站系统发出入网申请，通过后，支持多模互联互通的卫星通信中继终端站接入当前卫星网络；

步骤5，支持多模互联互通的卫星通信中继终端站的用户终端通过交换机与卫通modem互连，接入到卫星网络，与Hub主站系统或者另外接入到卫星网络中的其他终端站进行业务传输。

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