毫米波通信技术

毫米波通信技术刘发林电子工程与信息科学系2010年11月28日第八章、典型的毫米波卫星通信系统中国科学技术大学研究生选修课ES452151第八章、典型的毫米波卫星通信系统§8.1先进通信技术卫星(ACTS)系统

8.1.1系统用途及组成8.1.2空间段8.1.3地面段8.1.4ACTS的新技术8.1.5千兆比卫星网络(GSN)§8.2军事战略与战术中继卫星(MilstarII)

8.2.1系统用途及组成8.2.2空间分系统

8.2.3地面应用系统§8.3Astrolink网络

8.3.1概述8.3.2网络组成8.3.3网络通信体制与结构§8.4Spaceway/Galaxy系统8.4.1概述8.4.2网络组成8.4.3服务体系结构8.4.4通信技术与网络管理8.4.5主要特点§8.5Teledesic网络网络§8.6Cyberstar网络8.6.1概述8.6.2网络组成及应用2军事战略与战术中继卫星(MilstarII)1系统用途及组成

Milstar又称“军事星”，20世纪80年代初开始起动，最初是美国军方计划用来为国家指挥当局在核战争期间与战略、战术部队保持联系，提供低数据速率的而具有极强保密和抗毁能力的通信手段。计划空间段由4颗GEO卫星工作、一颗备份和位于同步极轨道上3颗工作、一颗备份的卫星星座组成，另有一颗在地面作为用于发射的备份。进一步计划由6颗位于低、高倾斜轨道的卫星混合组成星座系统。低倾斜轨道卫星将用于覆盖大西洋、太平洋、印度洋和南北美；高倾斜轨道的卫星将用于覆盖极区、欧洲、非洲和西亚。系统采用EHF和UHF两种频段。8.2MilstarII中继卫星31系统用途及组成系统设计中汲取了现有空中和地面终端的优点，而克服了现有系统存在的缺点。导致系统极其庞大复杂,耗资巨大。高科技迅猛发展，先进的信息技术引入军事领域，这些格局和态势，对军事发展战略产生了深刻的影响。美国及西方军事大国最强调的两点是：（1）将远程精确打击武器配备上非常有效的传感器和指挥系统，将成为未来战争的主导因素；（2）信息战。信息技术大大地增强了收集、处理和传递近实时信息的能力，可对军事行动实施有效的支援。保护己方信息系统的有效性和连续作战，并能削弱、摧毁或破坏对手的作用，将成为作战中优先考虑的问题。通信、特别是卫星通信成为美军“新军事革命”不可分割的组成部分。正是基于上述指导思想，美军几次调整和修改了Milstar的计划。8.2MilstarII中继卫星4

MilstarI在防核加固方面下了不少功夫，其有效载荷具有高度坚固可靠的波形特征。它提供低数据速率（LDR）即75~2400bps的通信服务。系统的上行链路射频为44.5GHz，下行为20.7GHz或特高频。星上装有一副覆盖地球波束天线，几副在整个地球视场内增益比覆盖地球波束天线高的捷变天线，3副自适应调零天线。每颗星的有效载荷可提供192路通信信道，可支持UHF/SHF和EHF/UHF交链的通信服务。系统中的战略终端可在核战环境下工作。如此，卫星负担极重，系统设备造价极高。90年代初，曾提出4个供选方案。被采纳方案（MilstarII/先进的EHF）的基本点是：保持4颗MilstarII，并于国防年度1999年度首发，最终完全达到具有低数据速率（LDR）和中数据速率（MDR）的能力。同时利用先进技术研发先进的EHF卫星即MilstarIII，计划于国防年度2006年开始补充Milstar卫星。在地面段，MilstarII的终端不要求在核爆环境下工作，因而可做得更小、更轻，造价大为降低。8.2MilstarII中继卫星5通信优先权最高的是“硬核心”（Hardcore）需求，主要保证国家当局对指挥执行统一作战计划（SIOP）的部队，部队军情上报、战术预警和打击评估（TW/AA）及各总指挥官之间的通信需求；其次是主要对战区和应急作战的战术部队提供通信支援。主要需求包括移动用户设备（MSE）扩大覆盖范围，空中任务命令（ATO）的生成的分发，以及战斧巡航导弹任务数据更新（MDU）。此外，包括后勤补给、情报、禁毒等。Milstar系统由三个分系统组成：空间分系统。包括位于对地静止轨道上的、有星间链路的数颗卫星，卫星包括星体和通信有效载荷；任务控制分系统。包括执行卫星和有效载荷控制功能及支持任务分析的各单元；终端分系统。包括Milstar舰载、机载和地面终端及岸站，相应的技术保障和附属设备等。8.2MilstarII中继卫星62空间分系统图8.19为MilstarII卫星的外观图。表8.9则给出了卫星的主要参数。

Milstar

发挥了在EHF和SHF频带资源丰富的优点，提供了在较低频段达不到的抗干扰保护的水平，又因为处在较高的射频上，在核爆闪烁中仍具有良好的传输性能，与较低频段的军用卫星通信系统相比，能在核爆后迅速恢复通信。在MilstarEHF和SHF频段中，小的天线口径便能产生方向性强的窄波束而具有高的收、发增益。由于天线波束方向鉴别能力强，使卫星天线覆盖区外附近的干扰辐射进入卫星转发器前大大削弱；在地面段，小口径、窄波束的天线也是十分需要的，尤其是对于需要移动、低截获概率（LPI）、低检测概率（LPD）的用户更为迫切。8.2MilstarII中继卫星7图8.19MilstarII的外观图8.2MilstarII中继卫星8

表8.9MilstarII的主要参数

MilstarII主要参数

星座

在轨4颗卫星

轨道高度

对地静止轨道，38,000km

卫星质量4,536kg

功率

太阳能电池板，5000W

星体尺寸

长15.5m；太阳能电池板翼展（端到端）42.3m

射频

EHF：44.5GHz（上行链路）

SHF：20.7GHz（下行链路）

UHF：0.24~0.4GHz

连通性(Connectivity)65oS~65oN2星际链路：东、西方向各一

数据速率

LDR：75~2,400bpsMDR：4.8kbps~1.544Mbps

信道容量

LDR：192路

MDR：32路

8.2MilstarII中继卫星9

Milstar有效载荷可对上、下行链路信号波形进行星上处理，以有效地利用星上资源并使之达到最大的抗干扰性能；星上信号处理也保证地面（包括海、陆、空）终端的军用业务和其他用户之间完全的互操作性。

Milstar的有效载荷装有星上计算机，可完成通信资源控制，直接对来自用户的服务要求作出响应，而无须卫星操作员的干预，就能提供按优先级的点到点通信和网络业务。卫星还可适应用户连接需要变化，进行实时的网络重构，提供高度机动的战术用户要求的动态网络。

Milstar利用60GHz频段的空间—空间交叉链路建立了全球的连接。这种交叉链接使用户通信网络扩展到全球范围而无须通过中间地球站的中转（双跳或多跳）。交叉链路也提供对星座中每一Milstar卫星的全球指挥和遥测接入。通过来自一单个美国国土内的任务控制站的交叉链路，使Milstar星座运作，而不需要潜在的易损的国外控制点。

8.2MilstarII中继卫星10低数据速率（LDR）有效载荷LDR有效载荷通过9个EHF接收天线波束接收上行链路用户信号。上行链路信号经解调并按星上计算机所选择路由到达指定的目的地，也可通过交叉链路有效载荷接收到来自星座中其他Milstar的数据。接收到的用户数据可经路由选择到星上目的地，或到5副下行链路天线之一，或到交叉链路与其他Milstar卫星连接。SHF下行链路分系统进行调制并通过下行链路天线发送信号。UHF分系统提供互操作的UHF通信和舰队广播信道。LDR有效载荷的组成框图如图8.20所示。8.2MilstarII中继卫星11图8.20LDR有效载荷的组成框图8.2MilstarII中继卫星12由图可见，EHF有两副1m口径的窄波束天线，一副0.6m的宽点波束天线，一个覆盖地球波束喇叭，5副灵活可控波束天线。每一EHF可控波束天线利用37个波束组成的簇，覆盖可视地球部分。这些波束群中可按跳频逐跳从一波束转接到另一波束去。点波束天线是偏馈抛物面圆盘，在卫星的视区内可机械地控制波束指向任一点去。

EHF灵活可控波束天线和覆球波束喇叭仅用于接收。点波束为双频馈电，可同时收、发。

工作过程：EHF上行信号在43.5到45.5GHz频带内跳频。每一M进制频移键控（FSK）上行链路信号占用约200条频分复用（FDM）有效载荷接收信道之一。每一有效载荷接收信道亦被时分复用（TDM）到通信和接入控制数据。Milstar将通信数据从发射终端中继到一个或多个接收终端，取决于所建立网络的类型；接入控制数据可使终端利用Milstar星上计算机交换消息。8.2MilstarII中继卫星13每一接收天线的输出可看作一信号组（群），共有3个小组，3个中组和3个大组。信号组大小按可供使用的用户信道数而定。这9个信号组分别进行跳频解跳，并通过EHF下变频器变换为中频（IF）。

下变频器尽可能靠近每一天线，以获得最小损耗和低的系统噪声系数。中频接收机将信号放大，并将大、中、小组变换到不重叠的频带中去。声表面波（SAW）滤波器可使信号组通过，而对带外噪声和干扰具有良好的抑制。9个信号组进行合路，一次3个进入到超群，每一超群由相邻频带中的一个小组、一个中组和一个大组组成。EHF信号处理器ESP通过对3个超群中的每一个进行模拟快速傅立叶变换解调上行信号，在每一上行码元期间，一个超群是一串行的以超群带宽为间隔配置的M-维音；超群解调要确定哪一可能的位置实际包含的语音，并将信息解码为用户数据。8.2MilstarII中继卫星14模拟FFT是利用一种声表面波技术，即反射阵列压缩器（RAC）来完成的。ESP将每一接收信道时分解复接为通信数据和接入控制信息数据。从第4颗卫星开始，MilstarIILDR有效载荷将改用全数字的FFT解调器来取代ESP，这一新的解调器称为上行链路信号处理器（USP），以区别于ESP。USP将大大减少LDR处理器的尺寸、重量和直流功率。接入控制信息是由一基于1750A的星上计算机（称为Milstar

先进处理器（MAP））进行处理的。接入控制响应和其他控制数据由MAP产生，并经下行链路返回到用户终端。接入控制信息关系到Milstar的运作概念

—

将卫星资源的实时控制直接送到Milstar用户的手中。通过接入控制信息，Milstar用户可申请各种通信业务。8.2MilstarII中继卫星15通信数据是用信息处理器单元（MPU）和LDR交叉链路处理器（XLP）来处理的。MPU处理来自ESP的已解调的通信数据，来自通过XLP的入境交叉链路信道的数据，卫星遥测，接入控制信息响应，以及来自星上计算机的其他控制数据。MPU数据路由结构是由星上计算机基于来自用户终端的接入控制信息建成的。通过MPU将将数据选路，到达用于出境交叉链路数据信道的XLP、或到达用于将本有效载荷输出到地面的SHF下行链路分系统。SHF下行链路数据流形成TDM信号，每一用户占据某些时隙，一条下行链路在时间分享或循环的基础上为所有用户提供服务，这非常类似于一个主帧计算机同时为许多工作站提供服务。所有终端被同步到Milstar定时，并基于星上计算机控制信息，终端知道哪一下行链路时隙是要接收和处理的。发射机通过下行链路天线快速扫描，使每一用户有一连续的专用信道。8.2MilstarII中继卫星16下行链路数据流或采用MFSK或采用差分相移键控。调制方式可从一时隙到另一时隙变化，取决于用户的运作模式。已调信号是在20.2~21.2GHzSHF频段内跳频。功放为25W的TWTA。

一42路高频波束选择开关将TWTA连接到下行链路天线，发射信号可以在跳频之间的保护时间内在任二天线之间交换。42路高速开关输出端连接到37个SHF灵活的天线波束、2个窄点波束和一宽波束天线、SHF覆盖地球的喇叭天线及一测试口，该测试口仅用于地面测试。宽波束具有双频馈电，以完成EHF接收和SHF发射功能。SHF灵活波束天线和所有5副EHF灵活波束天线是仔细对准的，以使37个波束馈电组中的每一个对地球具有相同的视区。EHF37个灵活天线波束中心和37个SHF的是一一对应的。通过波束描准，可使一单个下行链路SHF波束天线，为经5个上行链路EHF灵活波束天线到达卫星转发器的用户提供服务。8.2MilstarII中继卫星17UHF分系统具有收、发双绕螺旋天线，能覆盖可视地球区域。该分系统接收和发射4条75bps跳频的与AFSA—IIR兼容的信道信号。海军舰队广播信道支持1200bpsBPSK的调制信号。UHF信道是与EHF和SHF全部频带交链的，它允许UHF网络与本星和交叉链接卫星上的EHF/SHF网络相连接。75bps的用户可通过UHF上行、SHF下行或EHF上行、UHF下行链路传输其信号。舰队广播上行馈送是在EHF上完成的，也可利用星座中的任一卫星通过交叉链路进行。

LDR有效载荷支持的用户数据率在所有2情况下，为75bps到2400bps。按键通话网络、全双工网络、广播网络和返回报告网络，可通过发送接入控制信息到LDR有效载荷来建立。8.2MilstarII中继卫星18中等数据速率（MDR）有效载荷在MilstarII中，除LDR有效载荷外，还有MDR有效载荷，大大增加了系统的容量，可用以支持执行新的任务，如军队移动用户设备（MSE），海军岸站和海上舰船之间的高容量链路，以及为空军的空中指挥命令的快速传递等。图8.21给出了MDR有效载荷的组成框图。MDR有效载荷的设计继承了LDR的框架和运作概念，其不同之处仅在于不能将LDR方法扩展到MDR数据速率。基于LDR和MDR之间的共同性，使空间段、命令控制段和终端段开发者能从LDR中学习汲取分析、设计、实践等方面的长处。将调零天线用到MDR是不同于LDR的最重要之处。这是为了使在较高的MDR速率下达到所要求的性能而必要的措施。另一方面，诸如时间和频率参考、功能的产生等，两种有效载荷共享，以避免重复，并降低重量和功率。8.2MilstarII中继卫星19图8.21MDR有效载荷的组成框图8.2MilstarII中继卫星20MDR有效载荷有8副点波束天线，满足用户需要。最典型的是陆军和海军的覆盖要求。陆军在相当小的战场上布署大量的军队，因而需要大量的陆军通信。因此，陆军要用1或2副天线覆盖小的地理区域。海军的作战舰只在某一或某几个海洋上且在世界范围内设有岸站，因此海军需要尽可能多的天线来覆盖地球全部。对于接近前沿作战的陆军，战场内的敌方干扰是一种严重的威胁；而海军基地和载体与前线有相当的距离，因此很少会遇到处于相同范围内的干扰。两副MDR点波束天线具有星上自适应调零能力，以大大降低波束内和波束外的干扰。此外，有6副较小天线产生无调零的点波束，称为分布式用户覆盖天线（DUCA）。调零天线最好用来满足“战场型”的要求，而DUCA最好用来满足分散的“全球型”的要求。8.2MilstarII中继卫星21MDR没有覆球天线，8副MDR天线波束覆盖外的用户可以利用LDR将通信信息送到MDR有效载荷或接收来自MDR有效载荷的信息。调零天线设计是基于1m（40英寸）口径的偏馈卡塞格伦反射面天线，用一13阵元馈电阵列照射。调零天线的原理框图如图8.22所示，其工作原理进一步说明如下。

由LNA、复杂的波导元件和13路射频合路器组成的波束形成器，可构建接收方向图。利用一种变型的Howell-Applebaum算法来控制波束形成器的加权元件。当干扰存在时，由相关器单元产生误差信号，调零天线处理器（NAP）更新波束形成器加权系数，将这些误差推到零值。随着相关器误差下降，便在干扰

源方向上的天线图幅值形成零点，阻隔干扰进入到MDR接收机内。加权值更新速度很快，使得各种干扰策略的影响最小。

8.2MilstarII中继卫星22图8.53MDR调零天线的原理框图8.2MilstarII中继卫星23DUCA是偏馈的0.43m口径的反射面天线，整个天线是不能转动的，仅DUCA反射面是万向的，而馈源和支撑结构是固定的。每一DUCA可独立控制。这种设计使天线重量很轻，从而使6副DUCA天线的重量符合MilstarII的要求。

MDR有效载荷处理32条上行链路信道，每条信道可支持速率高达1.544Mbps的单个用户，或多个低速率、其总和低于2Mbps的若干用户。MDR上行链路信号采用SDBPSK调制且在EHF频带上跳频。SDBPSK是一种最为通用的DPSK调制方式的变型，选择它是为了降低邻道干扰。LDR中用的MSK在这里未选用，因为它不支持MDR数据速率。如同在LDR中一样，MDR信道是将通信数据和接入控制数据作时分复接（TDM）处理的。通信数据时间间隔进一步分成用户接入周期，以便信道共享。8.2MilstarII中继卫星24MDR上行链路信号每8条信道分为4组处理。上行链路信道分配到各天线由地面指定。在解调器开关矩阵（DSM）中的指令开关提供一定范围内运作的灵活性，即在一极端情况下，从连接16条信道到每一调零器，零条信道到DUCA；而至另一极端情况下，分配10条信道给每一个调零器，将余下的12信道分给DUCA。一MDR有效载荷用于战术战场上，可能有大多数信道分配到调零器。例如，当一MDR有效载荷覆盖中太平洋时，其信道将更为均匀地分配到所有天线。MDR有效载荷RF接收设备完成与LDR中的相同的功能。MDR信号解跳、并利用位于天线处的EHF下变频器将其变换为中频，下变频器输出的带宽为16条信道的带宽。这里有两种中频接收机：A型单元处理靠低端的8条信道；B型单元处理高端的8条信道。中频接收机放大、滤除带外噪声和干扰，并将8条信道组变换到公共中心频率以便解调。8.2MilstarII中继卫星25MDR解调硬件构成4组、每组8个SDPSK解调器，每组解调器将一频分复用的8路信号群分解出来，然后对每一用户上行链路信道信号进行解调。一单独的SDPSK解调器用于每一MDR上行链路信道。解调器利用一角度量化器来估计用户信号的角度，这些相位估值变换为数据比特。若仿照LDR有效载荷中那样，对多信道同时解调，在理论上是可行的，但因MDR速率甚高，在硬件实现时遇到了困难。MDR数据路由器和MDR交叉链路处理器（MXP）两者都具有与LDR对应部件相同的功能。数据路由器处理来自MDR解调器的通信数据、来自通过MXP进入交叉链路的数据、接入控制响应以及MDR星上计算机的其他控制数据。该路由器是由基于来自用户终端MDR接入控制信息的MDRMAP构成的。数据由MDR数据路由器选路到出交叉信道的MXP，或到SHF分系统供本有效载荷发送到地面。8.2MilstarII中继卫星26MDR下行链路信号是进行DPSK调制、并在1GHzSHF频段内跳频，由发射机将信号馈送给下行链路天线，这里是从一天线到另一天线快速扫描的。数据为TDM格式，用户数据被指定到MDR下行链路的一些时隙上。地面终端接收到来自MDRMAP计算机的下行链路接入控制信息，据此来精确地确定哪一时隙是需要接收和处理的。为保证足够的下行Eb/No，下行功放采用了60W的TWTA。这不同于LDR有效载荷的采用的25WTWTA，原因是：要在下行链路传送MDR速率，且在全天候保证能利用小型战术终端，如陆军小型移动抗干扰鲁棒的战术终端（SMART-T），采用较高功率的发射机是必要的。8.2MilstarII中继卫星27一8路高速波束选择开关连接TWTA到下行链路天线。所有8副MDR天线均具有发射和接收的能力。DUCA具有双频EHF/SHF喇叭，调零天线具有“二色性”的副反射器，就是说，它可将EHF反射到调零波束形成器，而同时容许SHF信号从发射机通过此反射面到达主反射面上。8个高速开关输出端连接到两副调零天线和6副DUCA。MDR有效载荷支持的数据率范围是4.8kbps到1.544Mbps，共有三种数据速率系列：4.8kbps~19.2kbps（2），8kbps~1.024Mbps(8k2），1.544Mbps，与商用标准T1兼容。除返向报告外，所有LDR有效载荷通信网络类型也是在MDR上得到支持的。8.2MilstarII中继卫星28LDR和MDR有效载荷的比较从总体上说，LDR和MDR有效载荷共享一共同的体系结构，而MDR插入了许多80年代中期获得的新技术，使MDR有效载荷复杂度较小，重量和功耗都较低。MDR采用了数字和微波IC，这是LDR有效载荷也采用了的。MDR采用此技术使MilstarII平台不超过重量和功率的容限。与LDR有效载荷相比，最大不同是MDR有效载荷采用了自适应调零天线。此外，MDR有效载荷中在RF和数字分系统中采用了更高的集成度技术和工艺：8.2MilstarII中继卫星29（1）数字分系统。LDR有效载荷数字处理分系统的基础是1.5µm金属氧化物半导体（CMOS）做成的大规模集成（LSI）电路，每器件数字门最大数约为5,000。LDR处理芯片组计及USP但不包括MAP计算机，包含35种传统的LSI设计。这些芯片设计在多处理器及主设备中可复用多次。在每一MilstarII有效载荷中共有630块这样的定做的集成电路。在MDR数字处理分系统中，处理器是基于现代工艺的0.8µmCMOS专用集成电路（ASIC），每器件可达100,000数字门。因ASIC对于每一种应用仅仅部分是订做的，与全部订做的器件相比，其设计时间和开发风险降低了。MDR数字部分除MAP外，仅有14个独特的ASIC设计，用于MDR数字处理器所需LSI器件总数为397。在MDR数字处理设备中，ASIC工艺具有较高集成度水平，从而节省了尺寸、重和功耗。8.2MilstarII中继卫星30（2）射频（RF）设备。MDR的射频设备采用了GaAsMMIC技术，例如，调零天线中的LNA是全集成的4级HEMT全部在一小于250平方密耳的单芯片上。二LNA芯片（主备各一）封装到一重量轻、体积小于4.9cm3的波导盒内。完全备份封装的LNA单元重量小于0.091kg，功耗小于0.5W。

综合总的结果是：LDR有效载荷总重约1089.6kg，功耗1500W；而MDR有效载荷总重约454kg，功耗1000W。要说明的是，MDR没有UHF分系统，且MDR有效载荷分享了LDR有效载荷中的频率参考，这些也是要占一定重量的。但无论如何，MDR的加入，为Milstar系统用户提供了更高数据速率的服务，也扩大了系统的容量，而又未突破原有平台的限制，是很成功的。

为对LDR和MDR有效载荷在功能方面的比较有更完整的了解，表8.10列出了这两种有效载荷的比较。8.2MilstarII中继卫星31

表8.10LDR有效载荷与MDR有效载荷的比较

关键设计性能

LDRMDR

EHF/SHF天线

可控点波束##

调零点波#37捷变波束#

覆盖地球喇叭#

EHF上行链路波形43.5~45.5GHz频段##

跳频##

MFSK调制#

SDPSK调制#

FDM信道化##

TDM多址（接入）##

接入控制信道##

8.2MilstarII中继卫星32

关键设计性能

LDRMDR星上处理

解调/再调##

数据路由##

网络服务##

交叉链路互连##

资源控制##

与UHF的交链#

调零天线控制#

SHF下行链路波形20.2~21.2GHz频段##

跳频##

DPSK调制##

TDM多址（接入）##

天线时分使用##8.2MilstarII中继卫星33

“天上交换机”技术

Milstar

在星上安装了接入/资源控制器，称之为“天上交换机”，又称为“星基交换机”，它使卫星突破了一贯的“转发”传统功能，成为自主（自治）的卫星。舰队卫星—7、8（FLTSATCOM－7/8）的EHF组件（FEP）上安装了这种接入/资源控制器，FEP被认为是Milstar的前身。

FLTSATCOM7于1986年发射到达对地静止轨道。FLTSAT－COM8于1989年发射升空，通过实验验证了其性能及可行性。此后，便是在Milstar上的实用化。在军事通信中，要求卫星通信系统能同时连接上百成千个分散的用户，在民用的个人通信中也遇到此问题。卫星信道必须动态配置，即所谓的“按申请分配”（DAMA）信道。8.2MilstarII中继卫星34

“天上交换机”技术在没有引进星上交换机之前，实现DAMA是通过地面控制站（可以是集中或分散的）来进行的。在此方式中，用户的通信链路要靠控制站来建立，由于信道申请和分配几经卫星与控制站之间，传输时延大，网络重构很慢；而且，当转发型卫星为多波束覆盖时，在覆盖控制站波束之外的用户是无法或难以实现DAMA的。相比之下，星上交换机是能最有效地利用宝贵的卫星资源的一种方式。8.2MilstarII中继卫星35（1）系统工作原理系统工作原理如图8.23所示。具有DAMA功能即装有星上交换机的卫星，可通过不同的天线波束自动建立起数据信道来支持各用户的需要。来自每一用户终端计算机的用户业务申请为星上接入控制器所接收，控制器依次建立被申请业务并通过一下行传号线通知有关的用户终端计算机，这样便在主叫与被叫用户终端之间建立起通信链路。这种卫星采用一中心电话交换机对用户申请响应相同的方式，能对多波束中的用户申请迅速分配信道。在卫星交换机系统中，用户终端直接发送控制信息到卫星，控制信息可以申请通信业务，如同通常拨电话号码一样。交换机负责分配卫星的频率和功率资源，；当用户终端挂机时即发送另一控制信息，释放卫星资源而供其他终端使用。8.2MilstarII中继卫星36图8.23利用星上交换机的卫星系统交换机的上、下行链路处理器含有许多表格，用来确定哪一条信道数据将要处理和如何处理。交换机通过IEEE-488并行数据总线控制这些表格；若此总线遭到破坏，较慢的支持串行的总线即激活取代其工作。8.2MilstarII中继卫星37用图8.23来说明DAMA的工作过程。在DAMA系统中，都设有控制信道，给终端用来申请通信业务（下面称为C2控制信息）和接收信道分配信息（这里由星上交换机发出，下面称为C3控制信息）。设终端1和终端2位于不同的波束内，这里进行的是一个半双工终端到终端的呼叫。当终端1要呼叫终端2时，它就发送一格式化的控制信息（C2）给星上交换机，此即初始的业务申请。这些信息规定了数据率，并告诉交换机：终端1要同终端2通话。交换机便检查其数据库看终端2有无加入系统。若没有登记，交换机便发一信息（C3）给终端1，通知它终端2没有注册；若终端2已加入系统，交换机便发一信息（C3）给终端2呼叫一振铃信息，类似于一电话振铃。接着，终端2对振铃响应，通过C2信息给出一呼叫应答，告知交换机它正在接收呼叫。之后交换机检查其数据库有无空闲频道和下行链路时隙来构成链路。8.2MilstarII中继卫星38若有可供使用的频道和时隙，交换机便经上行链路处理器激活频道，经下行链路处理器激活时隙，接着通过C3业务分配信息给这两个终端分配信道。链路建立后，终端1就可开始发射信号。来自终端1的数据由上行链路处理器处理，然后接通到下行处理器再发射给终端2，数据在上、

下行处理器之间流通。若终端2的某人想成为主动发话者，他便选择通话按键，他的终端便发送一控制信息到交换机申请重建电路。交换机随后置定电路，并给二终端发送一控制信息，终端2便可在上行链路发射信号。8.2MilstarII中继卫星39要强调指出，对于转发型卫星来说，当需要在波束间交换容量时，必需交换一大组信道；利用星上交换机则不同，它可在波束间交换个别信道。来自一上行链路的信号，可选择路由成为相同波束的下行信号，或到其他波束、或到所有波束作为下行信号。星上交换机的其他协议也支持全双工终端到终端呼叫以及多用户网络（如会议呼叫）。交换机也可提供优先级的呼叫，它是由终端通过C2申请开始呼叫建立的。当交换机没有足够可使用的上、

下行链路资源来建立服务时，它便检查其数据库查看有无较你优先级的，如发现有，便发送C3信息给那些业务，通知要占用它们，然后组构较高等级的服务。申请较高等级优先服务的终端并不知道要抢占。这种处理仅需数秒。这样通信资源就不必保留在系统中来保证重要呼叫的接通。8.2MilstarII中继卫星40除接收来自用户终端的C2控制信息外，交换机还能接收来自操作中心的指令，诸如：激活/去激活特殊控制信号（某些终端特别是潜艇使用的）；利用特殊的上行频道和下行时隙建立固定的通信链路，类似于传统的卫星那样。这种指令占用用于任何业务的资源，而使其脱离分配库；接通/断开通过遥测进行的诊断信息输出。8.2MilstarII中继卫星41（2）关键器件与技术微处理防辐射问题

。卫星暴露在辐射环境下，因此要求交换机中处理器必须具有防辐射的能力。通过对若干微处理器进行辐射效应测试，最终选定TI公司的I2L型9900。该微处理器性能及运行性况均佳。软件。图8.24给出了交换机软件的概括。该软件是一实时多任务系统，图中每一方框表示一任务或进程，它们是并行操作的。顶部方框为输出处理器，当一终端登记（注册）时，定时捕获器（TAP）通过一信息通知交换机。接着由TAPIN程序处理该信息，TAPIN寻找数据库一可资用的C2信道，它通过IEEE-488总线发送数据，由上行处理器激活该信道，并给终端发送一C3信息通知其所分配的信道。8.2MilstarII中继卫星42图8.24交换机软件组成概要

8.2MilstarII中继卫星43任何C2信息发送到交换机进行处理使用LC2IN程序。例如，C2信息为申请通信链路时，LC2IN检查数据库查看有无足够的上行频道和下行时隙用来构成链路。如果有，LC2IN便发送数据通过IEEE-488总线到上、下行链路处理器激活信道，然后程序发一C3信息给终端通知其所分配的信道。如C2信息是申请转动点波束到所需方向且信息来自特权终端，则程序LC2IN便发送数据到天线指向接口，控制该波束指向，而后LC2IN发一C3信息到终端，通知它该点波束已转到指定方向。

为避免死锁，输出进程通常较输入进程给予较高的优先等级，但MAIN进程除外，MAIN是指令输入处理器，若在轨出现故障，则必须能发出一指令清除故障和/或清洗交换机存储器的部分，这要在地面通过遥测分析后作出。希望没有故障，但应具备诊断能力并进行完全的测试。8.2MilstarII中继卫星44数据库。交换机数据库占交换机存储量的25%。2/3的数据库用于堆栈，它包含统计分配数据，诸如上行链路频道表和下行链路时隙表等。其余数据库称为堆（heap），由动态分配数据分组组成，这些堆根据用户终端的激活程度收缩和扩展。它由终端分组（包含用于每个注册终端）、业务分组（含每一激活通信链路的业务参数）、暂停分组（等待C2响应），以及用于交换机输入、输出排队的I/O分组。图8.25给出了星上数据库的组成框图。

堆分为备用段（reservedsection）和普通的非备用段。在初始化期间，交换机软件将通用堆保留若干段，每一段称之为分堆，用作一种数据库单元。它们有交换机输入、输出排队分堆，终端分组分堆，业务分组分堆等等。8.2MilstarII中继卫星45动态配置数据库终端终端终端业务业务业务U/L，D/L波束1U/L，D/L波束2D/L时隙D/L时隙D/L时隙D/L时隙D/L时隙D/L时隙静态配置数据库通信U/L信道表D/L时隙表C2信道表图8.25星上数据库的组成框图（仅画出2波束）8.2MilstarII中继卫星46备用堆有如下两种功能：（a）防止数据库存储碎片。堆分组的大小是可变的，由于堆扩展和收缩（对用户激活性作出的响应），数据库存储分片，可能总的存储大到足以作为一分组，而继续存储失效。在一分段中为保持相同大小的分组，必须防止存储碎片；（b）防止系统中不平衡。这点比上一点更重要。例如，当太多的终端登记进入时，用于保持业务参数的充足的存储可能供不应求，此时，通信链路便不能建立。故应预先留出一定数量的终端和业务分组，以及各种输入输出和暂停排队的存储空间。当超过原先规定数的终端登记进入系统时，这些终端便“溢出”到备用堆，从而保证了系统适当的平衡。8.2MilstarII中继卫星47安全性。在一个星上交换机系统中，交换机处理器必须顺畅地执行它的任务，因此要测试处理器的消耗情况。但系统必须实时运行，要测试每一可能的实况是行不通的。解决的办法是建立一种广泛报告性能的遥测进入交换机，利用报告性能，地面操作员能监视交换机的“健康状况”。若交换机硬件发生故障，发一指令能使交换机进入死亡状态。在此状态下，特设（专用）硬件读出交换机指令，并将指令数据直接送到备用串联总线。在此模式下，能重新构成上、

下链路处理器，使卫星作为常规通信卫星在地面的直接控制下运作。另一种备用选择是，上、下行处理器可以被指令到固定的、有缺陷的结构中去。这样，当卫星星上交换机发生严重故障时，有效载荷仍能按静态可分配的通信卫星运作，指令信道用来激活这些备用模式不受交换机故障影响。8.2MilstarII中继卫星483地面应用系统系统组成及应用

地面应用系统即前面述终端分系统。据报道，Milstar终端的总数约1500部，比原计划减少了500部，全部费用在30亿到50亿美元之间。海军用终端

所使用的终端为AN/USC－38（V），可根据实际应用配备不同口径的天线：岸站用1.8m天线；舰载站用0.87m天线；潜艇用14cm天线。此外，还研制了一种EHF通信控制器，通过它可将NTCS—A用户接入EHF卫星通信信道，同时可具有与现有UHF系统（如TADIKS和OTCI－XS）的向下兼容性。美军潜艇上的高速率（HDR）多频带SATCOM系统综合了EHF、SHF和GBS计划（PMW176－4）的要求，在潜艇上实现多功能通信塔，所支持传输速率高达256kbps，可用于传输图象、数据和视频信息。8.2MilstarII中继卫星49空军用终端

布署的是用于战略和战术目的的指挥所终端，如指挥控制节点、综合战术预警和攻击评估网的并键节点以及Milstar任务的控制节点等。终端包括固定的和可搬运式，其中一种新型低费用终端可安装在B-1B和B-2轰炸机上。陆军用终端

主要有AN/TSC－124单信道终端、Milstar地面指挥所（GNDCP）终端AN/TRC-194、SMART-T机动抗干扰保密战术终端和AN/PSC-11单信道抗干扰背负式（SCAMP）终端等。

AN124终端在全球应急作战时提供机动和高度保密的指挥、控制设备。由终端、机动车、天线和安装发电机的拖车组成。在战术条件下可用1.25吨的卡车装载，3kW发电机则安装在一0.75吨的拖车上。终端架设安装三人30分钟内完成。通信能力是：可容纳4路速率为75bps至2.4kbps的数据或话音，利用用户控制接口器（UCID）控制其传输速率，有线遥控距离可达758m。具有强的生存能力。8.2MilstarII中继卫星50AN-194地面指挥所（GNDCP）是用来提供指挥所（CP）高容量的通信指挥使用的，包括一任务控制段接口，部队定向、总指挥网（CINCNET）运作和全波束管理能力。终端可以是固定也可用飞机、船舶或卡车搬运。终端主要技术特性如下：通信能力：发射4路速率75-2400bps，4路速率75-300bps；接收16路速率75-2400bps，16路UHFDAMA到SHF（20GHz）的信道。保密：KG-84A和KGV-11A通信加密。天线：固定站用口径为2.3m的抛物面天线，有天线罩；车载（5吨卡车）用2.4m口径天线，无天线罩。安装：固定站设在作战指挥中心内；可搬运站装在一5吨卡车上的S-280内。电源：固定站用商用电力；可搬运站用2台30kW发电机。8.2MilstarII中继卫星51图8.26AN/TRC-194的外观图（上为固定式，下为可搬运式）图8.27SMART-T的外观图（上为终端展开，下为行进时）8.2MilstarII中继卫星52SMART-T机动抗干扰保密战术终端，可安装在HM-MWV那样的拖车上，所用天线口径为1.37m，用以在高度机动作战中提供保密通信，具有低截获和低检测概率。其通信能力如下：吞吐量：可支持多个同时的LDR（75-2400bps）和MDR（4.8kbps）速率的数据流复接成高达2.24Mbps的速率。其速率有4种：128、256、512或1024kbps；另外为T-1（1.544Mbps）数据流。传输保密：内建，具有空中钥控（OTAR）能力。图8.27为SMART-T展开和行进时的外观图。8.2MilstarII中继卫星53AN/PSC-11单信道抗干扰便携式（SCAMP）终端。它是一种单路半双工终端，可传输数据、传真和话音，适合野外通信指挥员使用。终端的基本特性如下：单信道；抗干扰；低截获/检测概率（LPI/LPD）；加固；75—2400话音和数据（LDR）；嵌入通信保密/传输保密（COMSEC/TRANSEC）；区域公共用户系统/战斗网无线电接口，用于扩展通信距离；对高空电磁脉冲的防护能力；防化学保护；一般用途用户；重量：分两种，一种重16.8kg；另一种重5.5~6.8kg（有寻呼能力）。8.2MilstarII中继卫星54

90年代初，还报道了一种EHF相控阵背负式终端的设计。根据美国国会通过的议案，Milstar应侧重于战术应用，其在战场的应用主要有：（1）扩大移动用户设备（MSE）的通信范围。MSE为陆军军以下梯队提供保密话音和数据通信，是陆军地面部队实施指挥控制的主要通信系统。系统中各单元，是经大容量中继无线电设备连接起来的。由于作战部队的分散，有的甚至深入对方腹地即所谓的“飞地”中，从而需要借助于卫星将其通信范围延伸。如图8.28所示。这里要说明的是，野战战场上常常是“短兵相接”的，卫星处于作战双方的共视区内，面临着干扰的威胁，为保证可靠的通信，必须解决此问题。Milstar中的MDR有效载荷具有调零天线，以及宽带跳频、星上处理等多种高效的抗干扰手段，其生存能力是其他卫星所不能相比的。8.2MilstarII中继卫星55

图8.28利用Milstar扩大MSE的通信范围8.2MilstarII中继卫星56（2）支持空中任务传送。

空中打击是美军作战的主要手段之一。联合特遣部队所属空军指挥官将空中任务命令（ATO）发布给旗舰、对空攻击舰、防空作战平台及地面战术空军部队，如图8.29所示。每天的ATO包括作战行动所需要的打击计划和目标信息。由于作战中飞机出动的架次是大量的，为达精确打击目的所需之目标及有关信息如气象等，也是极大量的，而且还要进行打击后果评估，根据目标毁伤程度和选择新的目标，向作战部队提供最新的指令……这就要求这些任务信息传送是大容量的、实时或近实时的、可靠的和可互连的。

MilstarII的MDR有效载荷可有效地支持空中任务的生成和分发，保证生成和分发时间在数分钟内完成。而通过Milstar系统的通用波形、通信协议和基带接口，在不同的终端平台之间提供前所未有的互通能力。8.2MilstarII中继卫星57图8.29空中任务命令的生成和通过Milstar的分发8.2MilstarII中继卫星58（3）构成总指挥官互连网

现代战争是立体化的，需要陆、海、空三军的协同及处于海外的前线指挥与国家统帅部之间保持密切的联系。特别是在全球范围内态势多变的情况下，对这种态势出现的危机进行迅速评估，协调部队的指挥，需要一个高层的通信网络，如图8.30所示。美军的作战前线往往是远离其国土的，这种指挥互连网的最佳选择是利用卫星。

Milstar的LDR有效载荷及星间链路可在全球范围内为高层指挥互连网提供保密、抗干扰和抗截获的可靠通信手段。8.2MilstarII中继卫星59图8.30利用Milstar建立的总指挥官互连网8.2MilstarII中继卫星60EHF相控阵背负式终端的设计

Milstar系统中，高度机动的战术用户迫切需要一种具有抗干扰、低截获概率的背负式终端。曾有一实现方案，其基本点是：采用0.6m口径的抛物面圆盘天线和低功耗发射机，整个终端重约13kg，可支持一路2.4kbps话或数据，或一路75bps的电传报通信。由于天线是高增益、窄波束（波束宽度为0.75o）的，用户须停下来组装设备，瞄准卫星后方可通信。为实现“动中通”，提出了一种EHF背负式终端的功能设计，这种终端采用产生适当的波束宽度的相控阵天线以及惯性参考信号传感系统和有源步进跟踪扫描接收机组合的方法，能在运动中进行2.4kbps的话音通信而满足抗干扰、抗截获的要求。8.2MilstarII中继卫星61（1）设计特点

该终端又称移动式个人终端—相控阵（MTP—PA），采用5对相控阵发射和接收天线，它们安装的一小型正六面体的5个面上。接收机组件位于正六面体内，电源和输入/输出电子设备则安装在背负式装置内。耳机和送话器由用户戴着，或安装在头盔内，并有一小型键盘，以便于随时通信。图8.32为终端的组成框图。该终端的收、发设备是常规的，但应是高度集成的，以保证其小型化。最具特色的是收、发天线阵及惯性指向功能。其工作过程是：用户运动时，运动预补偿系统跟踪用户的运动，同时产生一误差信号，用于确定利用哪一对收、发天线阵列瞄准卫星，以及产生所需之波束加权。在跳频工作方式中，由惯性信号传感器产生的天线指向变动值小于或等于跳频速率，从而确保天线波束指向变化过程中每跳都能对准卫星。接收天线波束通过步进跟踪保持对卫星的指向。8.2MilstarII中继卫星62图8.31MPT—PA终端8.2MilstarII中继卫星63图8.32MPT—PA的组成框图8.2MilstarII中继卫星64（2）相控阵天线收、发相控阵天线为平面阵列，各有64个阵元组成，所形成的3dB波束宽度为15o。天线阵元是直径为/3的圆形微带贴片，阵元排列如图8.33所示。相邻阵元间隔为/2。发射阵列每边长2.72cm；接收阵列每边长6cm，这是假设天线基片相对介电常数为1时计算而得的。由于在正六面体的5个面上都有收、发阵列，每一面上所需最大的扫描角为45o，便可保证终端在运动过程中天线主波束指向卫星。

考虑到天线波束扫描时峰值增益的下降、天线跟踪损耗以及波束加权损耗等因素，收、

发天线的实际增益各为17.6dBi。

在发射相控阵中，每阵元的发射功率为3/4W，故总的发射EIRP为34.4dBW；设接收机的噪声系数是4dB，则其G/T为8.8dB/K。8.2MilstarII中继卫星658.2MilstarII中继卫星图8.33相控阵天线阵元的排列66（3）传输性能

这种背负式终端是通过MilstarII的LDR有效载荷进行通信的。链路计算表明，MPT-PA在上行链路中可支持3kbps的话音传输，在下行链路中可支持110kbps速率的业务。此时上、下行链路的备余量分别为12dB和5dB。

抗干扰性能方面，在上行链路，当采用跳频扩频的带宽为2GHz时，若可容许的码元能量(Eb)对干扰功率密度(Noj)比（Eb/Noj）为10~15dB，则干扰容限为98~119dBW。8.2MilstarII中继卫星674结论

Milstar

是世界上第一个使用EHF的实用化的军事卫星通信系统，无论是在技术上还是应用上都有着鲜明的军事特色，突出了恶劣战争环境下的生存能力如抗干扰、低截获和低检测概率性能等。其中许多技术至今仍是世界上最先进的，以下几点给我们的印象尤为深刻：（1）超大型卫星平台。卫星重约4.5吨，其结构尺寸是目前已有通信卫星中最为庞大的。巨大的平台为星上设置众多的天线、能进行星上处理及资源控制的有效载荷提供了足够的空间；（2）强有力的抗干扰措施。包括宽带（上行2GHz、下行1GHz）跳频、星上解跳/跳频调制，以及MDR有效载荷自适应天线调零等，地面终端则使用高方向性天线，使系统具有极强的抗干扰和低截获性能；8.2MilstarII中继卫星684结论（续1）（3）星间链路。通过工作于60GHz的星间链路将分布在全球上空对地静止轨道上的几颗卫星连接起来，构成能基本覆盖全球的卫星通信网络，对卫星及系统的许多指令可由位于国内的控制中心发出而无须利用境外地球站，大大地增强了系统的安全性；（4）星上自治（自主）。

利用星上接入/资源控制器，可实现卫星资源的动态分配即DAMA，这样就大地减少了系统运行对地面的依赖性，如此不仅能提高其时效性，适应有大量用户且广为分散的系统的需要，而且增强了系统在战争环境下的生存能力；8.2MilstarII中继卫星694结论（续2）（5）信号波形、基带接口及通信协议的通用性。在现代化战争中，为了实施联合作战，要求把过去各自为政的烟囱式军事信息系统改变为一体化的军事信息系统，这就要各系统（网络）间能互连互通，Milstar系统很好地解决了此关键问题，故而能应用于上面介绍的各个方面。实际上，在商（民）用系统中此问题也是需要解决的，因此也可从其中得到启迪。据报道，下一代更为高度安全的卫星—先进的EHF（AEHF）通信卫星系统即MilstarIII，在保证其生存能力的前提下，将进一步增加通信容量，每颗卫星可提供50条信道，每信道传输速率达8.2Mbps，总流量为500Mbps。卫星由洛克希德--马丁公司总承，而休斯公司则负责有效载荷的研发。上述的卫星系统的先进性是毫无疑问的，但这种高技术的庞大而复杂的卫星将以极高的经费投入和极高的风险为代价。8.2MilstarII中继卫星70

Astrolink

网络

1概述

Astrolink

网络是一个全球卫星/地面基础设施，可提供宽带多媒体通信和宽带按申请服务。系统采用多颗对地静止卫星组成的星座，工作于Ka（30/20GHz）频段。系统由LockheedMartin、TRW和Telespazio公司研发，计划于2003年投入商用。网络的基本参数如下：工作频率：上行链路29.5~30.0GHz（用户链路）；29.25~29.5GHz(信关链路)下行链路19.7~20.2GHz（用户链路）；18.30~18.80GHz（信关链路）星间链路54.25~58.2GHz，59.0~64.0GHz

覆盖：全球多址方式：FDMA，TDMA

容量：7.7Gbps/每星8.3Astrolink网络712网络组成1.空间段（1）卫星星座由9颗对地静止卫星星座组成空间段。图8.34为系统的星座配置，由图可见，在970W（美洲地区）、21.50W（大西洋）、380E（欧洲地区、西亚）和1300E（亚洲地区）上空5个对地静止轨道位置上各配置两颗卫星，其极化是正交的，如此可使容量加倍，即达到15.4Gbps。

轨道位置是精心选择确定的，以使全球主要陆地的用户获得高的仰角，而选择另二海洋区是为了实现各大洲之间的互连。星间链路工作于60GHz，以1Gbps的容量提供围绕全球的路由业务。图8.35是系统的容量分配。这是系统全部建成后的情况；在初期，则只有3颗卫星提供全球服务与互连。

8.3Astrolink网络72图8.34Astrolink的星座配置8.3Astrolink网络7315.4Gbps美洲欧、非东亚澳西亚1750E970E1300E21.50W1Gbps7.7Gbps15.4Gbps15.4Gbps2Gbps15.4Gbps380E2Gbps2Gbps图8.35Astrolink系统的容量配置8.3Astrolink网络74（2）卫星平台

Astrolink卫星平台如图8.36所示。它采用的是洛克希德.马丁公司的A2100TM卫星平台，其特点是重量较轻，而在卫星指向、热控和功率等性能上有很大改进，以适应各种有效载荷的需要。该卫星平台采用了重量轻的复合构件和用于位置保持的高效电弧喷气（arcjet）推进器，从而大大降低了发射质量，其得益可用来增加有效载荷容量，或减少发射成本。由于采用复合构件，星上总的零件数量减少，提高了卫星的可靠性和便于生产，有利于降低成本和延长卫星寿命。

Astrolink

卫星平台可向有效载荷输送10kW的电源功率，从而为星上交换处理器和和多波束天线的应用提供了充足的能源。8.3Astrolink网络75图8.36Astrolink卫星平台8.3Astrolink网络76（3）有效载荷链路波束

Astrolink

有效载荷的简化框图如图8.37所示。每星有最多可达80个上行链路用户波束、52个下行链路用户波束，采用圆极化，每一波束的半功率波束宽度为0.80。上行链路用户波束连续地照射地球表面上的80个覆盖小区；下行用户波束可选择连续照射或各覆盖区中各小区之间跳动指向。最多可有16个覆盖小区用两种正交圆极化的波束提供服务，这样可使这些小区的通信容量加倍。图8.38给出了典型的波束覆盖图。除用户波束外，卫星上还有各8个信关上、下行链路波束；每一个上行或下行信关链路波束可在三个信关位置之间跳动连接，如此每颗卫星最多可为24信关站提供连接链路。8.3Astrolink网络778.3Astrolink网络图8.37Astrolink卫星有效载荷简化框图IFAD/C-2DemU/C-1U/C-2U/C-1ModU/C-2D/C-2DemDD/C-2DemDU/C-1ModU/C-2数字信号处理器TWTAISLISLTWTAU/C-1ModU/C-2DALNALNAIFAD/C-1DemD/C-1DemIFALNA用户波束网关波束网关波束用户波束60GHz收/发天线（东向）60GHz收/发天线（西向）接收天线（30GHz）发射天线（20GHz）80馈源80馈源80D/C-280D/C-152888248DAD波束选择开关D24IFALNAD/C-1IFATWTA波束选择开关DAIFA：输入滤波器组合D/C：下变频器U/C：上变频器DA：激励放大器D：双工器TWTADA波束选择开关78图8.38典型的Astrolink卫星多波束覆盖图8.3Astrolink网络79多波束天线为达上述要求，卫星有效载荷采用了多波束天线技术。星上装有8副反射面天线，收、发各4副。每一反射面天线与多馈源喇叭配合，可产生一种或两种圆极化的多点波束。每一发射天线工作于4条用户下行链路之一的射频上，而接收天线则产生相应的点波束。信关链路被复接到馈源喇叭，为信关站提供服务。为了进一步提高有效载荷效能，下一代卫星将采用有源阵列有效载荷。这是考虑到全球用户密度分布的不均匀和对卫星资源城求的动态变化，有源阵列可随时作出响应。8.3Astrolink网络80星上处理采用星上处理和ATM交换，由图8.37可见，它是通过数字信号处理器实现的，处理的吞吐量达5Gbps，其功能有：FDM信道恢复，解调，解码，路由选择，缓冲存储，信号重组，编码和再调制等。这些处理包括上、下行用户链路波束之间、上、下行信关链路波束之间，以及星间链路等。各信号包（分组）从每一上行链路中提取，并选择路由，这是在ATM级上进行的，然后到达下行链路；信关链路和星间链路提供用户所需要的互连。通过多波束天线实现对通信区域的覆盖，特别是将天线“足印”设置在人口稠密的地区（城市、郊区、农村等），以提高卫星资源的利用率。卫星有效载荷的电子设备包括RF（LNA除外）、解调器和ATM交换/缓冲以及遥测、遥控设备均安放在星体的U形构架上，构架高6.1m，宽、深各2.44m；LNA安装在天线上，以减少馈线损耗，提高卫星接收系统的G/T值。8.3Astrolink网络812.地面段（1）用户终端

Astrolink

系统有三种基本类型的用户终端，即A、B、C型，各选择适当的天线口径，来获得给定的业务和可用度(优于99.5%)下最佳的性能