基于DVB_RCS和WiMAX的卫星宽带无线接入体系设计.doc

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(digital video broadcasting and return channel via satellite) 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??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