基于dvb_rcs和wimax的卫星宽带无线接入体系设计

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1、研究与开发研究与开发基于DVB-RCS和WiMAX的卫星宽带无线接入体系设计*秦勇，张军，张涛（北京航空航天大学北京100191）宽带移动卫星通信系统在无线接入方面的技术需求。虽然目前不少学者对基于DVB-RCS的卫星宽带无线接入技术进行了深入研究，但仍主要集中在无线资源分配算法、MAC协议等单个接入技术方面。对于如何构建和完善卫星宽带无线接入体系的研究则很少。地面宽带无线接入技术目前得到了较好的研究和发展，出现了多种宽带无线接入技术体系和标准，其中WiMAX技术[4]由于其突出的特点，如针对分组数据传输、适合全IP网络结构、面向连接的接入技术、完善的QoS机制、支持动态带宽分配机制、支持多种

2、物理层技术等，得到了广泛的关注。但是，由于卫星通信的特殊性，比如网络结构不同、信道特性差异、多波束特点、传输长时延、接入用户数量众多、业务类型复杂以及低轨道卫星的频繁切换等问题，使得地面的宽带无线接入技术体系不能直接应用于卫星网络。本文将针对卫星网络宽带无线接入的需求和特点，以DVB-RCS技术为基础，借鉴WiMAX的技术优势，提出一种卫星宽带无线接入体系结构，并就其中的主要功能设计和1引言随着地面宽带多媒体通信的迅猛发展，可以承载语音、数据、视频及Internet宽带多媒体应用业务的宽带多媒体卫星通信系统受到了高度关注，其关键技术之一的卫星宽带无线接入技术则是目前研究的热点。DVB-RCS(

3、digitalvideobroadcastingandreturnchannelviasatellite)技术规范[1]是欧洲电信标准协会（ETSI）于2003年发布的用于卫星反向链路接入的技术标准，是第一个真正的宽带卫星标准[2]。DVB-RCS的设计目的是通过卫星实现宽带连接，然而，该技术规范实际上仍然仅仅是一个出色的物理层标准[2]，虽然在2006年发布的技术报告[3]中对原标准进行了完善，并补充了星上处理和资源分配相关的内容，但仍然缺乏链路层主要控制功能的定义，比如服务质量（QoS）保证机制、无线资源管理体系、移动性支持等宽带无线接入的重要功能，未构成一个类似于地面无线接入标准的较完整

4、的卫星宽带无线接入体系结构，不能满足未来摘要卫星宽带通信已成为目前研究的热点。现有的DVB-RCS卫星无线接入标准以物理层规范为主，尚未构成完整的卫星宽带无线接入体系。本文基于DVB-RCS技术，针对卫星宽带无线接入的需求和特点，结合地面WiMAX宽带无线接入技术，给出了卫星宽带无线接入体系的功能架构设计，并具体分析了各主要功能的设计与实现方法。关键词卫星通信；宽带无线接入；体系架构；DVB-RCS；WiMAX图1卫星宽带无线接入体系的功能结构平面、控制平面、管理平面与物理层、数据链路层。数据平面负责物理层和链路层的数据包/帧的所有处理功能，完成数据的格式转换和可靠传输。控制平面是无线接入体系

5、的控制核心，负责用户接入、连接建立、连接维护、资源分配、QoS保障等一系列与用户通信过程及通信质量相关的控制功能。管理平面提供与整个无线接入系统相关的管理功能和提供各个面之间的协调功能。无线接入体系从分层的角度又分为物理层和数据链路层，链路层又分为汇聚子层（CS）、媒体接入控制子层（MAC）和安全子层（SS）3个子层，数据平面、控制平面和管理平面的各功能则分布在各层中。各层之间通过服务接入点（SAP）连接。链路层在数据平面主要实现数据包与MAC帧之间的转换及帧重传等功能，在控制平面则主要实现无线接入系统的核心控制功能。CS子层是链路层与网络层之间的承接，在数据平面的主要功能是从上层接收数据包并

6、封装成为特定的MAC数据帧传送到MAC层的SAP，以及反向操作，在控制平面的主要功能是在MAC子层的管理下，通过服务流控制功能模块对数据平面的包分类器进行管理；MAC子层是无线接入体系的控制核心，将在后面章节进行详细设计；安全子层是一个相对独立的可选的功能，提供认证、密钥交换及加密等功能。PHY层主要实现数据帧在无线信道的传输和接收功能。2卫星宽带无线接入的需求和特点随着卫星通信向着宽带化方向发展，对于卫星无线接入技术提出了更多的要求。未来宽带卫星网需要传输多媒体数据业务，现有主流的数据传输协议（如IP、ATM、MPLS等）在网络层都是采用数据分组传输方式，卫星通信支持分组数据传输也是必然的发

7、展趋势。因而，卫星宽带无线接入体系必须采用分组传输机制，以支持多媒体数据业务的分组传输，同时，为兼容地面现有多种网络协议，也需要无线接入体系能够灵活支持不同的网络层协议。另外，由于多媒体业务一般具有各自不同的QoS要求，需要无线接入体系能为不同业务提供其需要的QoS保证，同时由于多媒体业务的带宽需求具有较强的突发性，如何保证有限的卫星无线资源的高利用率是宽带无线接入体系面临的挑战之一。最后，卫星宽