衛星ATM網路

衛星ATM網路是一種由衛星通信網、地面ATM網和ATM衛星互動單元（ASIU， ATM satellite Interworking unit）三部分組成的網路。

衛星ATM網路的概念

隨著微電子技術、通信技術和全球個人通信的進展，衛星通信系統以其特有的優勢（如三維無縫隙覆蓋能力、任意點對多點和多點對多點廣域複雜網路的拓撲構成能力）可提供寬頻連線、通信距離不敏感性和安全可靠性等，成為地面各種傳輸手段必不可少的支持和補充，而且被認為是未來開發中國家通信體系以及已開發國家建設多媒體通信和信息高速公路的關鍵部分。

ATM是用於ISDN的一種交換和復用技術，它具有很強的靈活性和適應性，能向用戶提供包括語音、圖像和數據在內的綜合業務，並能根據需要分配資源，提高資源的利用率。儘管ATM產生於有線網，但由於衛星ATM網能綜合這兩種技術的優勢，以較少的投資就能為更廣闊的區域提供 ATM服務，所以受到廣泛的關注。

衛星ATM網路的體系結構

ASIU是該體系的關鍵部分，是連線地面ATM網路和衛星網路的橋樑，用於管理和控制系統資源，並具有管理整個系統的能力。ASIU的主要作用包括實時頻寬分配、網路接人控制、系統定時和同步控制、呼叫監測、錯誤控制和業務控制等。為了實現與ATM網路無縫連線，ASIU應支持現有的 ATM信元傳輸方式，如 SONET/ SIJH、 PDH、PLCP等。當攜帶ATM信元的 SONET/PDH/PLCP到達ASIU時，ATM信元就會從幀中被提取出來，然後根據業務類型將它們歸類，在送入衛星信道之前，每個歸類後的信元流都按照一定的優先次序放入一個緩衝區中。由於衛星AIM網有其自身的特點，對它的協定分層模型應作適當的修改。即仍然以ATM物理層、 ATM層、AAL層和高層這種四層結構為基礎，通過增加適合衛星通信的物理層。多址連線控制層和數據結構控制層來改造其下面三層低層結構，使之既具有與地面寬頻 ATM/B－ISDN網路良好的互連線性和互操作性，又能支持CBR、VBR、ABR、UBR業務的綜合傳輸以及多媒體業務的有效動態頻寬分配和統計復接功能，並實現用戶的有效三線可移動性。另外，還要採用適當的衛星ATM適配設備，或在地球站實施現有網路協定與ATM協定轉換，以證現有衛星通信網向衛星ATM網的平滑過渡和有效後向兼容。

衛星ATM網路的核心技術

3.1、衛星系統和頻率的選擇

根據衛星所在軌道的類型，可將衛星通信系統分為地球同步軌道系統（GEO）、中軌道系統（MEO）和低軌道系統（LEO）三類。GEO系統具有覆蓋範圍大、跟蹤/指令容易、空間段技術難度小和易於建網等優點，但缺點是有效EIRP值小，地球站天線尺寸大，空間線路傳輸時延大。 MEO/LEO系統的優點是衛星高度低，傳輸損耗和時延小，並能以較為合適的仰角覆蓋地球的任何角落，但是它不適合於傳輸優質視像多媒體綜合業務，而且系統非常複雜，需要承擔的風險也大。只有綜合運用各種衛星通信系統，才能取長補短，最終達到有效的三維無縫隙覆蓋目的。採用極高頻段（EHF）是未來衛星通信系統的發展趨勢，因為它能帶來下列好處：

（1）EHF具有更寬的頻帶，能容納更多的用戶。

（2）較小口徑的無線能產生高增益的窄波束，以致採用攜帶型終端成為可能，便於真正實現“動中通”。

（3）經閃爍環境後能較快恢復正常運行。大氣吸收和降雨對EHF傳輸性能的影響很大，使其性能惡化。然而，它們對UHF和SHF的影響較小，因此要實現全天候的可靠通信，就要做到多頻段結合和互補。

3.2、網路結構的選擇

衛星通信網的結構主要有三種形式，即完全格線型、完全星型和格線型與星型相結合的網路結構。在格線型結構網路中，任何站之間均可通過衛星直接進行通信，它能滿足一些實時性業務的要求。在星型結構網路中，小站之間的通信必須經過主站的轉發才能進行，它適用於傳輸對實時性要求不高的業務。對於格線型與星型相結合的網路結構，通信時採用格線型結構，申請信道和進行網路管理時則採用星型結構，這種網路構造比較靈活，最適用於稀路由場合，並能傳輸對實時性有要求的業務。由於各種網路結構均有各自的特點，因而必須要根據具體條件作出選擇。

3.3、衛星電路的多址方式

在衛星通信系統中，FDMA、TDMA、CDMA以及它們的組合是主要的多址方式，在衛星ATM網路中，選用何種多址方式則要根據網路結構及所要傳輸業務的性質。在格線型網路結構中，由於 TDMA/ DA較適用於綜合業務環境，並能充分利用衛星多點對多點通信的優點，因而可作為首選的多址方式。在星型網路結構中，各站業務量相對較小，多載波TDMA是較好的多址方式，它實現起來簡便，信道利用率高，從而能降低終端的成本。另外，為了平衡各載波之間的業務量，並使採用同一載波各站的忙時錯開，還需要按業務量和忙時將所有的站分類。在格線型與星型相結合的網路結構中， SCPC/ DAMA將會得到較大的發展。這種多址方式除了綜合SCPC網路擴展方便和 DAMA 信道利用率高的優點之外，還能帶來網路操作可靠、管理簡單。能同時接受所支持的各種業務靈活組合等好處。實施SCPC/DAMA技術後，專用SCPC信道用於ATM信號傳送。當用戶發出呼叫後，由 AIM UNI接口產生呼叫建立信息，該信息被捕入到ATM信元中，並利用專用的SCPC信道，將AIM信元傳送到衛星網路。呼叫建立過程結束後，ATM用戶信號藉助於可用的SCPC信進行傳送。 近年來，空分多址（SDMA）因能很好地與各種多址方式兼容，並能大大提高信道利用率而迅速發展。SIDMA是指把衛星要覆蓋的區域分割成許多個小區，衛星陣列天也產生多個不同空間指向的波束，每個小區被一個波束覆蓋，這樣不同波束覆蓋的小區可以重複使用同一頻率，大大提高了頻率利用率和通信容量。SDMA是依靠DBF（digital beamforming）技術來實現的，DBF的基礎是將射頻模擬信號轉變成數位訊號，這還使得在衛星上進行再生中繼和信號處理成為現實。採用這些技術的衛星通信系統具有通信線路質量好，上/下行線傳輸速度快、可靠性高，以及不同系統之間連線方便等優點。

3.4、調製解調技術

衛星信道是功率受限信道，通常選用功率利用率最高的相移鍵控（PSK）調製方式。PSK的變形有BPSK、QPSK和OQPSK，它們有相同的功率利用率。從頻寬效率來看，後兩者是前者的兩倍；從抗干擾性能和複雜性來看，BPSK最簡單，同時抗干擾效果最差， OQPSK抗干擾能力最強，但實現起來最複雜，QPSK的兩項指標均居於中間。採用T/4QPSK後，帶限濾波器引起的包絡起伏和非線性放大引起的頻譜失真都大大減小，所以非常適合作為衛星ATM網的調製方式。

3.5、差錯控制技術

在衛星ATM網中，採用交織技術能降低信元丟失率和檢測不出錯誤的機率。在ATM 信元頭引入交織技術後，能將突發錯誤分散到各個信元頭中，於是只有一個隨機比特錯誤的信元頭可藉助於ATM信元中的HEC加以糾正。ATM信息域的交織技術要根據AAL特點的不同而有所不同。對於AAL1，只要對 SAR－PUD的前 8個位元組採用全速交織技術，就能有效地防止突發錯誤。對於 AAL3/ 4，則需要對整個SAR－PUD進行交織。為了提高衛星ATM網路的可靠性，還需要引人糾錯編碼技術，一般認為級聯編碼方式是一種比較有效的方法。級聯碼的特點是在編碼之前增加外碼，外碼與內碼呈級聯關係。與單一碼相比，它更易獲得高的編碼增益。在衛星通信系統中，通常選擇FEC碼作為卷積內碼，能夠糾正突發錯誤的R－S（ Reed－Solomon）碼則被認為是一種非常適合於與FEC內碼級聯的外碼。此外，R－S碼還能帶來的好處是：（1）不需要在傳輸鏈路中增加額外功率，就能把它加到發射數據機中；（2）它以碼元為基礎，為了使突發碼元錯誤以隨機形式分布，需要對碼元進行深交織和去交織，這也使接收端的R－S解碼器能更有效地處理錯誤。當然，在ATM網中，需選擇最佳的交織深度，以最大限度地提高糾錯能力。

3.6、信源傳輸方式

SDH是在改進PDH基礎上發展起來，並廣泛使用的，它的優勢在於有效的插/分能力，快速自愈能力，標準信號接口以及簡單的網路運行、維護、管理和供應，特別是恢復能力和與淨負荷結構無關的公用傳送。SDH傳輸的最大特點是採用指針來指示SDH幀信息域中第一個位元組的位置，避免了信息域與幀之間細微的相位和頻率變化所引起的數據丟失。基於SDH的ATM信元傳輸能通過引入信元描述機制，在網路接收端能更好地實現對ATM信元的捕獲和同步。

衛星ATM網路的發展現狀和特點

近年來國外正在實施的衛星ATM網計畫，說明它的可行性和發展現狀。 衛星ATM網綜合了衛星通信和ATM技術的優勢，具有以下特點：

1．可適應靈活的路由和業務需求特徵，實現資源高效利用。

2．利用衛星的點對多點和多點對多點連線能力，可為大量用戶提供有效的接續。

3．用戶不用花費太多，就可根據需要進入衛星ATM綜合業務網路。

4．採用相應的技術措施後，衛星ATM可提供攜載業務的透明性，並具有靈活機動的組網能力。

5．以較小的投入就能有效地為廣域稀散用戶和邊遠地區提供綜合業務

6．結合各類接入手段和SDH衛星子系列運行，可適應不同比特率用戶和系統的接入。