数字电视接收器工作原理是怎样的？

卫星数字电视接收机的工作原理

卫星数字电视接收系统一般由接收天线(包括馈源)、低噪声下变频器(高频头LNB)和卫星数字电视接收机三部分组成：其中天线、高频头称室外单元：卫星数字电视接收机称室内单元，或称综合解码接收机(即

IRD)，是当代计算机技术、数字通信技术和微电子技术融合的结晶。

1?IRD的功能框图

IRD的一般功能框图如图1所示。由图可知，一个典型的IRD包括：调谐器、第二中频信号解调、信道解码、MPEG一2传输流解复用、MPEG一2音／视频解码和模拟音／视频信号处理。

2．信道接收模块

c波段或Ku波段的卫星下行信号由犬线接收，经过LNB放大和下变频，形成950～2050?MHz第一中频信号，经电缆送到IRD的调谐器，高频调谐器根据所需接收的频率，通过PLL(锁相环)环路控制本机振荡器频率，把输入信号变频成第二中频(479．5?MHz)信号，送到正交检相器分解出I、Q两路模拟信号，经过A／D转换器再把这两路模拟信号分别转换成6比特的并行数字信号，进入QPSK解调电路和信道纠错电路。

QPSK解调器的核心部分起到载波恢复、寻址、位同步、反混叠、匹配滤波和自动增益控制(AGC)作用。

Butterworth型匹配滤波器用米完成升余弦滚降形状的脉冲形成滤波变换(α=O．35DVB或α=O.20DSS，DVB数字视频广播，DSS数字卫星业务)。

信道纠错部分包括：Viterbi卷积(1／2，2／3，3／4，5／6，6／7?和7／8，K=7)和RS解码(204、188DVB)。Viterbi解码可对误码率(BER)为10^-4～10^-2的数据流进行纠错，以达到RFR为10-4。RS解码主要对突发性片状误码进行纠错，以达到BER优于10^-10的结果，最后输出符合MPEG一2标准的传输流(TS)，每个数据包为188个字节。早期的信道接收模块由两片集成电路完成，如国产的xowJ—1型IRD由集成电路STV0190完成双路A／D变换，由集成电路sTV0196完成QPSK解调及前向纠错FEc，目前已将上述两块集成电路功能合成到一块芯片，如：STVD0199，ODM8511等。

3．解复用模块

TS码流是一种多路节目数据包(包含视频、音频和数据信息)，按MPEG协议复接而成的数据流。因此，在解码前，要先对Ts流进行解复用，根据所要收视节目的包识别号(PID)提取出相应的视频、音频和数据包，恢复出符合MPEG标准的打包的节目基本流(PES)。

解复用芯片内部集成了32个用户可编程的PID滤波器。其中1个用于视频PID，1个用于音频PID，余下的30个可用于节目特殊信息(PSI)、服务信息(SI)和专用数据的滤波。PID处理分两个步骤：

(1)PID预处理：仅进行PID匹配选择，过滤掉那些PID值不匹配的包，挑出所需收视节目的数据包。

(2)PID后处理：进行传输流(TS)层错误检查(包括包丢失、PID不连续性等)，同时滤除传输包的包头和调整段，找出有效载荷，按一定次序连接，组合成F'ES流。

系统时钟为27?MHz，由压控振荡器(VC。XO)产生，通过提取码流中的节目时钟基准(PCR)控制PLL环路，使IRD的系统时钟和输入节目的时钟同步。

芯片内部还嵌有RIsc?cPU，它具有很强处理能力，与系统软件一起，能处理IRD复杂的系统任务，如：传输字幕、屏幕显示(OSD)、图文电视、电子节目指导(EPC)等。

DRAM控制器支持16?MB?DRAM(动态随机存储器)，由CPU、传输和其他功能所共同分享。解复用芯片有CL9110、ST20—TP2等。

4?MPFG一2解码模块

符合CCIR601格式的视频数据流和PCM音频数据流，分别送到视频编码器和音频DAC(数模转换器)按一定电视制式(PAL或NTSC)生成模拟电视信号，供电视机接收。一般PEG一2解码器的结构如图2所示。

目前开发的MPEG-2解码模块将系统解复用模块集成到一起，有时称为单片机，如：ST公司(法国汤姆逊公司)的sTi5500、5505、5512、5518，Hyundai公司的ODM8211，富士通公司的MB87L2250及LSI公司的SC2000等，北京海尔公司也研制了可商品化的MPEG一1解码芯片，命名为“爱国者一号”。

IRD的附加功能模块包括条件接收模块IC卡接口、视／音频输出接口、数据流接口、遥控器和电源等部分。

与中国电信业有关的无线通信或卫星通信前沿技术

IPv6

IPv6是“Internet Protocol Version 6”的缩写，它是IETF设计的用于替代现行版本IP协议-IPv4-的下一代IP协议。

目前我们使用的第二代互联网IPV4技术，核心技术属于美国。它的最大问题是网络地址资源有限，从理论上讲，IPV4技术可使用的IP地址有43亿个，其中北美占有3/4，约30亿个，而人口最多的亚洲只有不到4亿个，中国只有3千多万个，只相当于美国麻省理工学院的数量。地址不足，严重地制约了我国及其他国家互联网的应用和发展。

与IPV4相比，IPV6具有以下几个优势：首先就是网络地址近乎无限，根据这项技术，其网络地址可以达到2的128次方个，如果说IPV4的地址总数为一小桶沙子的话，那么IPV6的地址总数就像是地球那么大的一桶沙子。其次就是由于每个人都可以拥有一个以上的IP地址，网络的安全性能将大大提高。第三就是数据传输速度将大大提高。IPv6的主要优势还体现在以下几方面：提高网络的整体吞吐量、改善服务质量(QoS)、支持即插即用和移动性、更好实现多播功能。 根据这项技术，如果说IPV4实现的只是人机对话，而IPV6则扩展到任意事物之间的对话，它不仅可以为人类服务，还将服务于众多硬件设备，如家用电器、传感器、远程照相机、汽车等，它将是无时不在，无处不在的深入社会每个角落的真正的宽带网。而且它所带来的经济效益将非常巨大.当然，IPv6并非十全十美、一劳永逸，不可能解决所有问题。IPv6只能在发展中不断完善，也不可能在一夜之间发生，过渡需要时间和成本，但从长远看，IPv6有利于互联网的持续和长久发展。 目前，国际互联网组织已经决定成立两个专门工作组，制定相应的国际标准。

IPv6 FAQ

1. 什么是IP? 什么是IPv4? 什么是IPv6?

目前的全球因特网所采用的协议族是TCP/IP协议族。IP是TCP/IP协议族中网络层的协议，是TCP/IP协议族的核心协议。目前IP协议的版本号是4(简称为IPv4)，它的下一个版本就是IPv6。IPv6正处在不断发展和完善的过程中，它在不久的将来将取代目前被广泛使用的IPv4。

2. IPv6与IPv4相比有什么特点和优点？

1)更大的地址空间。IPv4中规定IP地址长度为32，即有2^32-1个地址；而IPv6中IP地址的长度为128，即有2^128-1个地址。

2)更小的路由表。IPv6的地址分配一开始就遵循聚类(Aggregation)的原则，这使得路由器能在路由表中用一条记录(Entry)表示一片子网，大大减小了路由器中路由表的长度，提高了路由器转发数据包的速度。

3)增强的组播(Multicast)支持以及对流的支持(Flow-control)。这使得网络上的多媒体应用有了长足发展的机会，为服务质量(QoS)控制提供了良好的网络平台.

4)加入了对自动配置(Auto-configuration)的支持.这是对DHCP协议的改进和扩展,使得网络(尤其是局域网)的管理更加方便和快捷.

5)更高的安全性.在使用IPv6网络中用户可以对网络层的数据进行加密并对IP报文进行校验,这极大的增强了网络安全.

3. 我们需要2^128-1个IP地址吗?

需要.随着电子技术及网络技术的发展,计算机网络将进入人们的日常生活,可能身边的每一样东西都需要连入全球因特网.并且,准确的说,使用IPv6的网络并没有2^128-1个能充分利用的地址.首先,要实现IP地址的自动配置,局域网所使用的子网的前缀必须等于64,但是很少有一个局域网能容纳2^64个网络终端;其次,由于IPv6的地址分配必须遵循聚类的原则,地址的浪费在所难免.

4. 我想了解一下IPv6,该怎么做呢?

看RFC! 这是最省钱也是最保险的办法,就是枯燥一点.目前国内介绍IPv6的书至少有一本: IPv6--the new Internet protocol(second edition)/新因特网协议IPv6(第二版),清华大学出版社,1999 介绍IPv6网络编程(Unix平台)的书也至少有一本: Unix Network Programming Volume I (Second Edition)/Unix网络编程卷一(第二版),清华大学出版社,1998

5. 我想试一试IPv6,该做些什么呢?

你需要三样东西:支持IPv6的操作系统;支持IPv6的软件;与因特网的连接.

1)目前支持IPv6的操作系统有:Windows Vista,Linux(内核版本至少是2.2.1,最好是2.2.12以上),FreeBSD(4.x系列已经支持IPv6,更早的版本需要给内核打补丁),WindowsNT/2000(需要去微软的网站下一个补丁程序),NetBSD,OpenBSD,Solaris(这些就不熟了),等等等等.目前肯定不支持IPv6的操作系统是(我知道的)Windows系列中Windows98及其以前的版本.

2)支持IPv6的操作系统一般都会自带一些支持IPv6的网络程序(Linux的情况比较特殊,有的软件可能本身支持IPv6但在编译的时候没有打开相应的选项,这是因为不同的发布商对IPv6重要性及可用性的看法各不相同).但是,这些操作系统自带的程序往往并不是最好的,你可能需要到网上去找一些好用的支持IPv6的软件.

3)如果你想真正尝试IPv6,一定要连网,起码要有一个局域网环境.

IPv6包头

IPv6包头对IPv4包头做了部分改进，去掉了一些不必要或很少用的字段，增加了部分能更好提供实时支持的字段。

IPv6包结构

IPv6包由IPv6包头、扩展包头和上层协议数据单元三部分组成，见图1。

图1、IPv6包结构

·IPv6包头

40字节固定长度，在本文的稍后部分将有详细论述。

·扩展包头

IPv6包头设计中对原IPv4包头所做的一项重要改进就是将所有可选字段移出IPv6包头，置于扩展头中。由于大多数IPv6扩展头不受中转路由器检查，因此改进后的IPv6包头可以提高路由器转发效率。

IPv6扩展头可以没有，也可以有一个或多个。IPv6所做的另一个改进之处是：与IPv4选项不同，IPv6扩展头长度不固定，便于日后扩充新增选项，这一特征加上选项的处理方式使得IPv6选项能得以真正的利用。

·上层协议数据单元（PDU）

PDU由传输头及其负载（如ICMPv6消息、或UDP消息等）组成。而IPv6包有效负载则包括IPv6扩展头和PDU，通常所能允许的最大字节数为65，535字节，大于该字节数的负载可通过使用扩展头中的Jumbo Payload选项进行发送。

IPv6包头

图2、IPv6包头格式

IPv6包头长度固定为40字节，去掉了IPv4中一切可选项，只包括8个必要的字段，因此尽管IPv6地址长度为IPv4的四倍，IPv6包头长度仅为IPv4包头长度的两倍。

Version（版本号）：4位，IP协议版本号，值= 6。

Traffice Class（通信类别）：8位，指示IPv6数据流通信类别或优先级。功能类似于IPv4的服务类型（TOS）字段。

Flow Label（流标记）：20位，IPv6新增字段，标记需要IPv6路由器特殊处理的数据流。该字段用于某些对连接的服务质量有特殊要求的通信，诸如音频或视频等实时数据传输。在IPv6中，同一信源和信宿之间可以有多种不同的数据流，彼此之间以非“0”流标记区分。如果不要求路由器做特殊处理，则该字段值置为“0”。

Payload Length（负载长度）：16位负载长度。负载长度包括扩展头和上层PDU，16位最多可表示65，535字节负载长度。超过这一字节数的负载，该字段值置为“0”，使用扩展头逐个跳段（Hop-by-Hop）选项中的巨量负载（Jumbo Payload）选项。

Next Header（下一包头）：8位，识别紧跟IPv6头后的包头类型，如扩展头（有的话）或某个传输层协议头（诸如TCP，UDP或着ICMPv6）。

Hop Limit（跳段数限制）：8位，类似于IPv4的TTL（生命期）字段。与IPv4用时间来限定包的生命期不同，IPv6用包在路由器之间的转发次数来限定包的生命期。包每经过一次转发，该字段减1，减到0时就把这个包丢弃。

Source Address（源地址）：128位，发送方主机地址。

Destination Address（目的地址）：128位，在大多数情况下，目的地址即信宿地址。但如果存在路由扩展头的话，目的地址可能是发送方路由表中下一个路由器接口。

IPv6扩展包头

IPv6将所有的可选项都移出IPv6包头，置于扩展头中。由于除Hop-by-Hop选项扩展头外，其他扩展头不受中转路由器检查或处理，这样就能提高路由器处理包含选项的IPv6分组的性能。

通常，一个典型的IPv6包，没有扩展头。仅当需要路由器或目的节点做某些特殊处理时，才由发送方添加一个或多个扩展头。与IPv4不同，IPv6扩展头长度任意，不受40字节限制，但是为了提高处理选项头和传输层协议的性能，扩展头总是8字节长度的整数倍。

目前，RFC 2460中定义了以下6个IPv6扩展头：Hop-by-Hop（逐个跳段）选项包头、目的地选项包头、路由包头、分段包头、认证包头和ESP协议包头。

1）Hop-by-Hop选项包头

包含分组传送过程中，每个路由器都必须检查和处理的特殊参数选项。

Hop-by-Hop选项包头中的选项描述一个分组的某些特性或用于提供填充。这些选项有：

·Pad1选项（选项类型为0），填充单字节。

·PadN选项（选项类型为1），填充2个以上字节。

·Jumbo Payload选项（选项类型为194），用于传送超大分组。使用Jumbo Payload选项，分组有效载荷长度最大可达4,294,967,295字节。负载长度超过65,535字节的IPv6包称为“超大包”。

·路由器警告选项（选项类型为5），提醒路由器分组内容需要做特殊处理。路由器警告选项用于组播收听者发现和RSVP（资源预定）协议。

2）目的地选项包头

需要被中间目的地或最终目的地检查的信息。有两种用法：

·如果存在路由扩展头，则每一个中转路由器都要处理这些选项。

·如果没有路由扩展头，则只有最终目的节点需要处理这些选项。

3）路由包头

类似于IPv4的松散源路由。IPv6的源节点可以利用路由扩展包头指定一个松散源路由，即分组从信源到信宿需要经过的中转路由器列表。

4）分段包头

提供分段和重装服务。当分组大于链路最大传输单元（MTU）时，源节点负责对分组进行分段，并在分段扩展包头中提供重装信息。

IPv6包的不可分段部分包括：IPv6包头、Hop-by-Hop选项包头、目的地选项包头（适用于中转路由器）和路由包头。IPv6包的可分段部分包括：认证包头、ESP协议包头、目的地选项包头（适用于最终目的地）和上层协议数据单元PDU。

注：a、在IPv6中，只有源节点才能对负载进行分段。 b、IPv6超大包不能使用该项服务。

5）认证包头

提供数据源认证、数据完整性检查和反重播保护。认证包头不提供数据加密服务，需要加密服务的数据包，可以结合使用ESP协议。

6）ESP协议包头

提供加密服务。

UWB(Ultra-Wideband，超宽带)脉冲无线传输技术是近两三年在国际上兴起的一种无线通信革命性的通信技术，与其他无线通信技术相比有很大不同：不需要使用载波，而是依靠持续的、时间非常短的基带脉冲信号(通常情况下)传输数据，因而占用的频带非常宽，通常在几GHz量级。

UWB技术与下列名词是同义的：极短脉冲、无载波、时域、非正弦、正交函数和大相对带宽无线/雷达信号。UWB脉冲通信由于其优良独特的技术特性，越来越受到通信学术界和产业界的重视，并且也为社会各界所关注，将会在小范围和室内大容量高速率无线多媒体通信、雷达、精密定位、穿墙透地探测、成像和测量等领域获得日益广泛的应用。

2、UWB概述

目前研究的UWB实质上是以占空比很低(低达0.5%)的冲击脉冲作为信息载体的无载波扩谱技术。它是通过对具有很陡上升和下降时间的冲击脉冲进行直接调制。典型的UWB直接发射冲击脉冲串，不再具有传统的中频和射频的概念，此时发射的信号可看成基带信号(依常规无线电而言)，也可看成射频信号(从发射信号的频谱分量考虑)。冲击脉冲通常采用单周期高斯脉冲，一个信息比特可映射为数百个这样的脉冲。单周期脉冲的宽度在ns级，具有很宽的频谱。UWB开发了一个具有GHz容量和最高空间容量的新无线信道。

基于CDMA的UWB脉冲无线收发信机的基本组成如图1所示。在发送端时钟发生器产生一定重复周期的脉冲序列，用户要传输的信息和表示该用户地址的伪随机码分别或合成后对上述周期脉冲序列进行一定方式的调制，调制后的脉冲序列驱动脉冲产生电路，形成一定脉冲形状和规律的脉冲序列，然后放大到所需功率，再耦合到UWB天线发射出去。

在接收端，UWB天线接收的信号经低噪声放大器放大后，送到相关器的一个输入端，相关器的另一个输入端，加入一个本地产生的与发端同步的经用户伪随机码调制的脉冲序列，接收端信号与本地同步的伪随机码调制的脉冲序列一起经过相关器中的相乘、积分和取样保持运算，产生一个对用户地址信息经过分离的信号，其中仅含用户传输信息以及其他干扰。然后对该信号进行解调运算，即根据发端的调制方式对每个脉冲进行判决，恢复出所传输的信息。同步电路包括捕获和跟踪电路，其作用是准确提取时钟脉冲的位置和重复周期的信息，并将其作用到本地的定时电路，产生接收机所需的各种时钟和定时信号。

2.1 UWB主要指标

频率范围：3.1-10.6GHz；

系统功耗：1-4mW；

脉冲宽度：0.2-1.5 ns，重复周期：25ns-1ms；

发射功率：＜-41.3dBm/MHz；

数据速率：几十到几百Mbit/s；

分解多路径时延：≤1ns；

多径衰落：≤5dB；

系统容量：大大高于3G系统；

空间容量：1000kB/m?。

3、UWB的关键技术

3.1 脉冲信号的产生

从本质上讲，产生脉冲宽度为纳秒级(10-9 s)的信号源是UWB技术的前提条件，单个无载波窄脉冲信号有两个特点：一是激励信号的波形为具有陡峭前后沿的单个短脉冲，二是激励信号包括从直流到微波的很宽的频谱。目前产生脉冲源的两类方法为：(1)光电方法，基本原理是利用光导开关的陡峭上升/下降沿获得脉冲信号。由激光脉冲信号激发得到的脉冲宽度可达到皮秒(10-12 s)量级，是最有发展前景的一种方法。(2)电子方法，基本原理是利用晶体管PN结反向加电，在雪崩状态的导通瞬间获得陡峭上升沿，整形后获得极短脉冲，是目前应用最广泛的方案。受晶体管耐压特性的限制，这种方法一般只能产生几十伏到上百伏的脉冲，脉冲的宽度可以达到1ns以下，实际通信中使用一长串的超短脉冲。

3.2 UWB的调制及多址方式

3.2.1 调制方式

UWB的传输功率受传输信号的功率谱密度限制，因而在两个方面影响调制方式的选择：一是对于每比特能量调制需要提供最佳的误码性能；二是调制方案的选择影响了信号功率谱密度的结构，因此有可能把一些额外的限制加在传输功率上。

在UWB中，信息是调制在脉冲上传递的，既可以用单个脉冲传递不同的信息，也可以使用多个脉冲传递相同的信息。

(1)单脉冲调制

对于单个脉冲，脉冲的幅度、位置和极性变化都可以用于传递信息。适用于UWB的主要单脉冲调制技术包括：脉冲幅度调制(PAM)、脉冲位置调制(PPM)、通断键控(OOK)、二相调制(BPM)和跳时/直扩二进制相移键控调制TH/DS-BPSK等。

PAM是通过改变脉冲幅度的大小来传递信息的一种脉冲调制技术。PAM既可以改变脉冲幅度的极性，也可以仅改变脉冲幅度的绝对值大小。通常所讲的PAM只改变脉冲幅度的绝对值。BPM和OOK是PAM的两种简化形式。BPM通过改变脉冲的正负极性来调制二元信息，所有脉冲幅度的绝对值相同。OOK通过脉冲的有无来传递信息。在PAM、BPM和OOK调制中，发射脉冲的时间间隔是固定不变的。实际上，我们也可以通过改变发射脉冲的时间间隔或发射脉冲相对于基准时间的位置来传递信息，这就是PPM的基本原理。在PPM中，脉冲的极性和幅度都不改变。

PAM、OOK和PPM共同的优点是可以通过非相干检测恢复信息。PAM和PPM还可以通过多个幅度调制或多个位置调制提高信息传输速率。然而，PAM、OOK和PPM都有一个共同的缺点：经过这些方式调制的脉冲信号将出现线谱。线谱不仅会使UWB脉冲系统的信号难以满足一定的频谱要求(例如，FCC关于UWB信号频谱的规定)，而且还会降低功率的利用率。

就上述5种调制方式而言，综合考虑可靠性、有效性和多址性能等因素，目前广泛受关注的是后两种调制方式TH-PPM和TH/DS-BPSK。两者的区别在于当采用匹配滤波器的单用户检测情况下，TH/DS-BPSK的性能要优于TH-PPM。而对TH/DS-BPSK而言，在速率较高时，应优先选择DS-BPSK方式；速率较低时，由于TH-BPSK受远近效应的影响较小，应选择TH-BPSK方式。在采用最小均方误差(MMSE)检测方式的多用户接收机应用情况时，两者差别不大；但在速率较高时，TH/DS-BPSK的性能还是要优于TH-PPM系统。而BPM则可以避免线谱现象，并且是功率效率最高的脉冲调制技术。对于功率谱密度受约束和功率受限的UWB脉冲无线系统，为了获得更好的通信质量或更高的通信容量，BPM是一种比较理想的脉冲调制技术。

(2)多脉冲调制

实际上，为了降低单个脉冲的幅度或提高抗干扰性能，在UWB脉冲无线系统中，往往采用多个脉冲传递相同的信息，这就是多脉冲调制的基本思想。

当采用多脉冲调制时，把传输相同信息的多个脉冲称为一组脉冲，那么，多脉冲调制过程可以分两步：第一步为每组脉冲内部单个脉冲的调制；第二步为每组脉冲作为整体被调制。在第一步中，每组脉冲内部的单个脉冲通常采用PPM或BPM调制；在第二步中，每组脉冲作为整体通常可以采用PAM、PPM或BPM调制。一般把第一步称为扩谱，而把第二步称为信息调制。因而在第一步中，把PPM称为跳时扩谱(TH-SS)，即每组脉冲内部的每一个脉冲具有相同的幅度和极性，但具有不同的时间位置；把BPM称为直接序列扩谱(DS-SS)，即每组脉冲内部的每一个脉冲具有固定的时间间隔和相同的幅度，但具有不同的极性。在第二步中，根据需要传输的信息比特，PAM同时改变每组脉冲的幅度，PPM同时调节每组脉冲的时间位置，BPM同时改变每组脉冲的极性。这样，把第一步和第二步组合起来不难得到以下多脉冲调制技术：TH-SS PPM、DS-SS PPM、TH-SS PAM、DS-SS PAM、TH-SS BPM和DS-SS BPM等。

一、引言

随着移动通信系统的发展，卫星移动通信系统在其中起着越来越重要的作用。卫星通用移动通信系统(SUMTS)将为UMTS用户提供全球性的覆盖，使用户在任何地方都可以进行通信。要为将来的固定和移动通信提供全球性的覆盖，卫星系统是必不可少的。卫星部分将在全球信息基础结构(GII)中起一个很重要的作用，欧洲的COST252工作组正在制定相关的卫星个人通信标准。3G移动系统的数据速率为144kb/s到2Mb/s，卫星部分速率上限是144kb/s。在ACTS项目和Ka频段的商用系统中，卫星部分的目标是为固定和移动终端提供更高的数据速率。3G全球多卫星多波束系统采用码分多址技术，如欧洲ESA的宽带CDMA卫星系统(SW-CDMA)，它是卫星宽带/时分多址接入技术与CDMA技术的结合。

二、卫星系统结构

卫星系统有助于基于TCP/IP的Internet应用的增长，尤其是要求高带宽和带宽点播灵活性的多媒体业务。因此，ATM、TCP/IP和卫星技术将会是未来全球系统联网的基础。

卫星是网络基础设施的一部分，它与地面骨干网络的互操作性很重要，有助于提供QoS和兼容不同类型的业务。

1.系统情况

SUMTS----SUMTS网络与地面网络相接，以提供2Mb/s的数据速率。

SATM(卫星异步转移模式)----在卫星ATM的分层实现上，存在两种不同的观点，一种是不改变现有卫星的协议结构，只是将ATM协议放在非ATM的卫星协议平台上。另一种观点是卫星网采用完全的ATM结构，其中卫星部分的ATM层是S-ATM(以区别地面固定网中的ATM层)，支持传统的ATM业务、TCP/IP应用和UDP/IP应用。前者的优点是卫星平台对不同用户终端的协议标准是透明的；卫星访问协议止于关口站，不会为外界网看到；不需要修改现行的卫星标准。缺点是很难为各种不同的协议提供最好的性能。具有这种分层结构的卫星ATM称之为在非ATM上的ATM封装。后者的优点是适用于一个高度集成的星地ATM环境，缺点是协议复杂，需要修改现有的各种卫星协议和网间接口协议。

SIP(卫星IP)----使用IP传输，可以直接连接到IP骨干网，也便于采用Internet的新标准，如IPv6、RSVP、移动IP等。有卫星星际链路(ISL)的卫星系统能够使用冗余的路径，可以避免网络的拥塞。在低轨道(LEO)卫星网络中，使用IP路由很有吸引力，它支持组播和与地面IP网络的连网，但是它不适合电路交换网络。不同的商用系统采用不同的方法：Celestri和SkyBridge将ATM并入到卫星交换；Teledesic使用专用的无连接自-适应路由协议，提供快速的分组交换。

2.系统要求

容量----SUMTS为单个用户提供的数据速率可以达到144kb/s。使用Ka频段的宽带卫星系统为每个用户提供的数据速率如下：Teledesic全球卫星系统的上行链路为16kb/s？2Mb/s，下行链路为16kb/s？64Mb/s；Spaceway的上行链路为16kb/s？6Mb/s，下行链路高达92Mb/s；Astrolink的上行链路最高可达20Mb/s，下行链路最高可达155Mb/s。

频段----目前，UMTS的频段为1885？2025MHz和2110？2200MHz，为卫星部分留出的只有30MHz。卫星移动通信(MSS)的上下行链路分别在L和S频段运行，反馈链路在C频段提供传统的窄带业务，要提供宽带业务，就得使用Ka频段(20？30GHz)和极高频(EHF)频段(40？50GHz)。

3.卫星星座

现在的多数卫星系统采用地球静止轨道(GEO)卫星系统。GEO的性能受传输时延的影响，时延为0.5秒，这是从卫星到地面的传播时间。这对实时业务流来说，是很不利的。

新一代的宽带系统要求很低的时延，这就要求在非地球静止轨道(NGEO)星座有更多的低中轨道卫星。LEO卫星(高度为500？2000km)的时延为10-40ms，但是LEO卫星的覆盖范围比较小，传输时有很大的多普勒频移。为了保持实时传输不被中断，这需要频繁的星际切换，这意味着波束之间的切换需要巨大的信令开销(一个波束相当于地面蜂窝系统中的一个小区)。

中轨道(MEO)卫星(高度为2000？20000km)处在GEO和LEO卫星之间。在用户切换到下一个卫星之前可以持续一个小时。

也可以使用其他的卫星星座。例如，高椭圆轨道(HEO)卫星系统，它的远地点和近地点相距很远。商用Ellipso和Pentriad系统就是使用的HEO卫星，当卫星沿着远地点缓慢地移动时，可以提供通信业务。但是，这些系统仅仅限于特定的业务。

移动性治理机制一一当在运营商之间进行呼叫切换时，由于在NGEO星座中卫星动态的移动，采用GSM中的方式进行移动性治理会导致很大的信令开销，可以通过计算用户呼叫时需要FES切换的概率来克服这一点。在这种移动性治理机制中，移动终端离开FES一定距离时，就进行位置更新。用户的移动性由基于卫星的定位系统检测。FES区域的终端可以进行位置更新，在一定范围内可能不需要进行FES切换。业务提供商的QoS(包括FES切换概率，呼叫丢失率等)决定该FES服务区域的大小。

SATM----许多移动性问题都与无线ATM网络相关，比如虚拟连接树，可以用于动态卫星FES网络，根据最初的虚拟连接树算法，移动终端可以在一个很大的区域内自由地漫游。该区域由几个无线接入点覆盖，并且使用预定义的虚电路执行切换。在呼叫建立时，一个移动用户接入到虚拟连接树，在连接树的中间交换点建立查询表。

在S-ATM网络中，连接树的根可以是一个GTW站，或者是一个ATM交换机。叶子节点为输入部分，即一个或者一组波束。虚拟树将根据卫星地移动动态地建立和释放。当一个移动用户接入到一个卫星站时，发起一次呼叫后，它的位置就能够准确地计算出来，它的下一个切换时间也能够很准确地猜测。在呼叫建立阶段，根据移动的多波束状态可以猜测用户切换的次数和方向。从这一点看，它比地面移动系统更有优势，因为所访问的波束列表可以预先定义。

8.协议

S-ATM----主要有两种协议用于宽带卫星网络：

ATM协议封装和快速分组交换，在卫星部分使用，用于用户建立和治理。根据卫星的接口和网关，卫星协议支持不同的协议标准。现有的协议无需修改，但是会使分组的开销增大，导致协议的效率下降。

一个与ATM协议栈高度综合的方案是，用S-ATM层取代标准的ATM层，只需对信元头和功能进行相应的修改，MAC使用多频时分多址(MF-TDMA)或者CDMA。

这两种协议有很多相似性，都存在一个大小固定的信息单元，通过不同的网络接口，可以运载控制数据和用户数据。在网络连通时，在不同的高层协议建立、保持、释放和传输用户数据。在未来的2？5年内，多数在Ka频段的标准将采用新版的ATM协议层。S-ATM信元头中包括必要的路由和控制信息，不同的技术如部分分组丢弃(PPD)技术，可以用来检测卫星交换中的错误信元。

PRMA----典型的分组预约多址协议(PRMA)用于地面蜂窝系统。它基于时隙ALOHA接入技术和TDMA传输模式，与时隙预约机制的随机接入相结合。通过利用通话中的平静期，可以在一个信道上复用多个通话。因此，给终端分配的时隙并不固定，而是根据当前的活动终端动态地进行处理。PRMA在治理语音和数据流，容量改进方面都优于TDMA。

在语音业务中的实时可变比特率VBR业务和数据业务中的可用的比特率ABR业务中，可以使用一种改进的PRMA机制，PRMA-HS。当终端等待接收预约结果时，终端并不停止竞争。这种机制可以提供更高的效率，它对LEO系统中的时延并不敏感。因此，对未来移动通信系统来说，PRMA-HS可以作为一个统一的MAC协议解决方案。

9.空中接口

卫星中的传播和卫星分集是两个主要的问题，因为将来的移动和卫星业务可能采用NGEO卫星星座。对LEO、MEO、HEO和GEO系统在L频段上的测试已经进行了。在EHF，一些相关的测试表明在直接路径上传播的信号有阴影效应，在郊区的道路上很少出现回声。与L频段相比，EHF频段的回声更少，衰减更高。在市区，信号的阴影效应更明显。

在EHF频段，Lntz提出了一个信道模型，它有两种：好的信道服从Ricean分布，差的信道服从瑞利分布，分别对应于无阴影效应和有阴影效应两种情况。考虑到上行链路上的功率限制，减少阴影效应的措施有：路径分集，卫星分集。

使用主动天线阵列，可以通过配置卫星天线来覆盖固定波束，或者外形和大小，动态地改变波束业务区。在这两种情况下，最重要的要求是不断的覆盖业务区。

动态覆盖答应系统的容量有很大的提高，也有很高的卫星分集概率(>90%)，因此，这对未来系统的设计很有吸引力。

三、CDMA系统

3G中的SUMTS采用WCDMA，它适合可变速率业务，CDMA技术是S-UMTS的基础。

1.TCH码

TCH码是一类二进制、非线性、非系统的循环分组码，其长度n=2m，它在FEC和最大似然判决解码中表现出了很好的性能，在译码器中使用DSP就可以实现。

TCH序列有很好的自相关和互相关特性，这一点很重要，因为CDMA系统不仅仅靠互相关特性来减少用户之间的干扰，也靠自相关特性来进行同步处理，因此，TCH码可以使用简单的相关接收机来检测CDMA中不同的用户。

2.CDMA接收机

CDMA使用有时变结构的节点，用多用户检测来减少多径衰落。由于多址干扰(MAI)，传统的CDMA通信系统中的单用户接收机性能不是很好。

尽管最佳多用户检测算法提供了很高的容量潜力和性能改善，但是它实施起来比较复杂。故提出了次优的方案，如去相关检测或者多阶段接收机。一个SW-CDMA中的多用户消除检测机制，接收机有一个分级结构，对所有干扰用户，根据用户需求，在进行最后的判决前，在一个选择的基础上(S-PIC)执行并行干扰消除多用户检测器(PIC)。接收机的基本假设是，将匹配滤波器的输出分为两个不同的组，根据接收信号的功率。可靠信号在整个接收的信号中直接检测和取消。在判定不可靠的信号或者复制之前，不需要进一步的处理时延。

因此，并行干扰消除方法比RAKE接收机有更好的性能，并且复杂度也比较低。

不同的盲自适应多用户检测，在使用BPSK的DS-CDMA卫星通信系统中，需要对LEO、MEO卫星移动通信系统进行分析和性能估计。接收机在基站的上行卫星链路端点使用，在使用有多径衰落的卫星信道用户中，通信系统缺乏同步。这些机制基于盲自适应多用户检测，由Verli，Honig，Madhow提出，在前一种机制中，一个盲接收机包括不同的检测器，后者垂直检测整个接收信号。它在复杂度和性能之间有一个很好的协调。与传统的单用户接收机相比，多用户检测系统对远近效应有很好的效果，它不需要练习序列，仅仅需要必要的用户信息(如活动的用户数、处理增益等)。

四、结束语

为了给将来的移动和个人通信系统提供全球的覆盖，卫星系统是必须的。本文描述COST252中的新一代卫星个人通信系统，COST252的工作包括：MF-TDMAMAC协议的程序实体；路由算法(DT-DVTR)和LEO系统中的星际链路度量；资源治理，GEO和LEO星座中的DCA技术；使用PRMA的协议等。下一代移动和固定卫星业务都将使用IP技术，这是将来的一个研究方向。

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