一种GEO卫星基于IP的星地转发和星间组网的一体化系统

摘要

本发明涉及一种GEO卫星基于IP的星地转发和星间组网的一体化系统，采用星间波束实现1号卫星和2号卫星的GEO卫星星间组网，1号卫星涵盖3个对地波束和1个星间波束，2号卫星涵盖1个对地波束和1个星间波束，包括1号卫星的4个上行变频模块，1个星载IP模块，4个下行变频放大模块；2号卫星的2个上行变频模块，2个上行混合桥，1个星载IP模块，2个下行混合桥，2个下行变频放大模块，采用卫星IP技术，实现了星上路由和交换功能，解决了卫星星间组网和星上交换的路由管理问题，极大提高了卫星的系统性能；适应不同波束数交换需求，不同卫星采用功能结构完全一样的星载IP模块，提高了系统的可继承性；实现2种工作模式切换使用，卫星不同波束可复用同一调制解调通道，实现了系统的小型化设计。

说明书

技术领域

本发明涉及GEO卫星基于IP的星地转发和星间组网的一体化系统，属 于卫星系统设计技术领域。

背景技术

传统的GEO卫星组网是以卫星作为中继星，信号被上传到GEO，由GEO 进行放大，频移后以广播的方式传送到GEO覆盖区，GEO相当于一个无线 的中继器，卫星之间不直接通信，无法实现GEO卫星星间组网和卫星星座。

传统GEO卫星组网的信息交换和共享主要在物理层和数据链路层进行， 这种组网方式是以地面网为主，路由和交换也主要在地面网完成，静止轨道 卫星网络主要是由透明转发器组成。随着无线资源管理的需要及多波束卫星 的出现，使星上交换成为提高系统性能的有效手段。传统的GEO卫星星上交 换技术采用ATM交换技术，如果采用星间链路组成网状的拓扑结构，那么卫 星网络的太空部分涉及到网络层，ATM交换技术无法解决由此产生的路由管 理问题。

目前GEO卫星采用Ku/Ka频段多个对地波束实现星地转发，采用星上交 换技术实现不同波束间及同波束内信息交换。各个GEO卫星实现星上交换的 波束数不同，星上交换设备根据波束数设计对应的端口数，不同卫星采用的 星上交换设备的结构不同，使得设备继承性差。不同波束或同一波束不同通 道分别对应星上交换设备中不同调制解调模块，模块数量较多，系统的体积， 重量和功耗均较大，不利于系统的小型化设计。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足。实现GEO卫星星间组网、 提高卫星的系统性能及对系统进行一体化、小型化设计，提出了GEO卫星基 于IP的星地转发和星间组网的一体化系统。该一体化系统实现了GEO不同 波束间及同波束内的多种业务通信及星间组网通信，实现了星上IP路由和交 换功能，适应不同卫星的不同波束数交换需求及2种工作模式切换使用。

本发明的目的是通过以下技术方案实现的，一种GEO卫星基于IP的星 地转发和星间组网的一体化系统，采用星间波束实现GEO卫星星间组网，1 号卫星涵盖3个对地波束和1个星间波束，2号卫星涵盖1个对地波束和1 个星间波束，所述系统包括：1号卫星的4个上行变频模块，1个星载IP模 块，4个下行变频放大模块；2号卫星的2个上行变频模块，2个上行混合桥， 1个星载IP模块，2个下行混合桥，2个下行变频放大模块，1号卫星和2号 卫星的星载IP模块结构和功能完全相同，其中：

1号卫星的4路波束上行信号经过各自的上行变频模块后，分别进入星载 IP模块的4个输入端口，经过星载IP模块信号处理及路由交换后，再分别从 星载IP模块的4个输出端口进入各自的下行变频放大模块，最后形成4路波 束下行信号；

2号卫星的2路波束上行信号经过各自的上行变频模块后，每路波束信号 通过上行混合桥后被分为2路，最终可输出4路，分别进入星载IP模块的4 个输入端口，经过星载IP模块信号处理及路由交换后，再分别从星载IP模块 的4个输出端口进入下行混合桥，下行混合桥将每2路输出合为1路后进入 下行变频放大模块，最后形成2路波束下行信号。

所述的上行变频模块，下行变频放大模块，上行混合桥，下行混合桥根 据1号卫星和2号卫星的各个波束的不同特性进行独立设计。

所述星载IP模块可从1号卫星直接复用到2号卫星，而不需要重新设计。

星载IP模块包括2台多模式解调器，2台星载IP路由器，2台多模式调 制器；所述多模式解调器包括1个数字分频模块，1个开关，2路解调通道， 每路解调通道含有1个信号输入端口和2个信号输出端口；所述多模式调制 器包括1个数字合频模块，1个开关，2路调制通道，每路调制通道含有2个 信号输入端口和1个信号输出端口；所述星载IP路由器包含4个输入端口和 4个输出端口；所述多模式解调器的开关具有2种工作模式，独立波束工作模 式和合波束工作模式，独立波束工作模式是开关选通解调通道的输入端口和 多模式解调器的输入端口，合波束工作模式是开关选通解调通道的输入端口 和数字分频模块的输出端口，所述多模式调制器的开关具有2种工作模式， 独立波束工作模式和合波束工作模式，独立波束工作模式是开关选通调制通 道的输出端口和多模式调制器的输出端口，合波束工作模式是开关选通调制 通道的输出端口和数字合频模块的输入端口；1号卫星的上行变频模块或2 号卫星的上行混合桥的输出信号分别进入多模式解调器1的2个输入端口和 多模式解调器2的2个输入端口，进入多模式解调器1的2路信号(a1路和 b1路)其中a1路可直接通过开关进入解调通道1；b1路可通过数字分频模 块后分为2路(a11路和b11路)，其中a11路可通过开关进入解调通道1， b11路直接进入解调通道2，进入多模式解调器2的2路信号(a2路和b2路) 其中a2路直接通过开关进入解调通道3；b2通过数字分频模块后分为2路 (a21路和b21路)，其中a21路通过开关进入解调通道3，b21路直接进入 解调通道4，信号经过解调及相应处理后，解调通道1的第1路输出信号进入 星载IP路由器A的第1个输入端口，解调通道1的第2路输出信号进入星载 IP路由器B的第1个输入端口，解调通道2的第1路输出信号进入星载IP 路由器A的第2个输入端口，解调通道2的第2路输出信号进入星载IP路由 器B的第2个输入端口，解调通道3的第1路输出信号进入星载IP路由器A 的第3个输入端口，解调通道3的第2路输出信号进入星载IP路由器B的第 3个输入端口，解调通道4的第1路输出信号进入星载IP路由器A的第4个 输入端口，解调通道4的第2路输出信号进入星载IP路由器B的第4个输入 端口，信号经过星载IP路由器的信号处理和路由交换后，星载IP路由器A 和星载IP路由器B的第1路输出信号进入多模式调制器1的调制通道1，星 载IP路由器A和星载IP路由器B的第2路输出信号进入多模式调制器1的 调制通道2，星载IP路由器A和星载IP路由器B的第3路输出信号进入多 模式调制器2的调制通道3，星载IP路由器A和星载IP路由器B的第4路 输出信号进入多模式调制器2的调制通道4，信号经过调制及相应处理后，调 制通道1和调制通道3的输出信号可直接通过开关输出至1号卫星的下行变 频放大模块或2号卫星的下行混合桥，也可通过数字合频模块后输出至1号 卫星的下行变频放大模块或2号卫星的下行混合桥。调制通道2和调制通道4 的输出信号通过数字合频模块后输出至1号卫星的下行变频放大模块或2号 卫星的下行混合桥。

本发明与现有技术相比的优点在于：

(1)采用星间波束实现GEO卫星星间组网，可进一步进行卫星星座设 计，使卫星通信系统成为一个真正的自治系统；

(2)采用卫星IP技术，实现了星上路由和交换功能，解决了卫星星间 组网和星上交换的路由管理问题，极大提高了卫星的系统性能；

(3)适应不同波束数交换需求，不同卫星采用功能结构完全一样的星载 IP模块，提高了系统的可继承性；

(4)实现2种工作模式切换使用，卫星不同波束可复用同一调制解调通 道，实现了系统的小型化设计。

附图说明

图1是本发明的GEO卫星基于IP的星地转发和星间组网的一体化系统 示意图；

图2为本发明的星载IP模块示意图；

图3为合波束工作模式示意图；

图4为独立波束工作模式示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步说明。

如图1所示，1号卫星的4个上行变频模块，1个星载IP模块，4个下 行变频放大模块；2号卫星的2个上行变频模块，2个上行混合桥，1个星载 IP模块，2个下行混合桥，2个下行变频放大模块。

星载IP模块搭载于2颗GEO卫星上(1号卫星和2号卫星)，采用星载IP 模块为交换核心，组网形式支持网状、星状拓扑形式，支持基于IP的话音、 视频、数据等业务类型，能够实现不同波束间及同波束内的卫星业务通信。 同时，通过构建星间链路，星载IP模块提供了1号卫星和2号卫星间路由交 换的组网通信能力。卫星业务通信通过对地波束实现，星间组网通信通过星 间波束实现，卫星波束可工作于独立工作模式和合波束工作模式，独立工作 模式下2颗GEO卫星既实现对地业务通信，同时实现2颗GEO卫星的星间 组网通信；合波束工作模式下2颗GEO卫星各自独立实现对地业务通信，而 不具备星间组网功能。1号卫星涵盖3个对地波束和1个星间波束，2号卫星 涵盖1个对地波束和1个星间波束，以星载IP模块为核心，采用适应于多个 对地波束和星间波束的路由和交换的一体化系统设计，可以使2颗GEO卫星 采用功能结构完全一样的星载IP模块，实现卫星2种工作模式切换使用。

1号卫星的波束上行信号各自经过上行变频模块后，信号由Ku/Ka频段 变为C频段信号，分别进入星载IP模块的4个输入端口，经过星载IP模块 的信号再生、处理、路由和交换后，再分别从星载IP模块的4个输出端口进 入下行变频放大模块，信号由C频段变为Ku/Ka频段信号后分别从4个波束 下行输出。

2号卫星的波束上行信号各自经过上行变频模块后，信号由Ku/Ka频段 变为C频段信号，每路信号通过上行混合桥后分为2路，分别进入星载IP模 块的4个输入端口，经过星载IP模块的信号再生、处理、路由和交换后，再 分别从星载IP模块的4个输出端口进入下行混合桥，2路信号合为1路后进 入下行变频放大模块，信号由C频段变为Ku/Ka频段信号后从波束下行输出。

如图2所示，所述星载IP模块包括2台多模式解调器，2台星载IP路由 器，2台多模式调制器。1号卫星的星载IP路由器1台为主份(供正常工作 时使用)，1台为冷备份(正常工作时关机不工作)。2号卫星的多模式解调器、 星载IP路由器、多模式调制器各1台为主份(供正常工作时使用)，另1台 为冷备份(正常工作时关机不工作)。所述多模式解调器包括1个数字分频模 块，1个开关，2路解调通道，每路解调通道含有1个信号输入端口和2个信 号输出端口；所述多模式调制器包括2个数字合频模块，2个开关，2路调制 通道，每路调制通道含有2个信号输入端口和1个信号输出端口。所述星载 IP路由器包含4个输入端口和4个输出端口。

实施例1

如图3所示，1号卫星工作于合波束工作模式(对地波束1和对地波束3 工作)，2号卫星工作于合波束工作模式(对地波束工作)，2个卫星仅实现不 同波束间及同波束内的业务通信，不进行星间组网通信。

1号卫星星载IP模块5中的星载IP路由器B冷备份(正常情况下关机不 工作)。1号卫星的对地波束1上行信号经过第2上行变频模块2后，信号由 Ku/Ka频段变为C频段信号，信号进入星载IP模块5的多模式解调器1的数 字分频模块1，多模式解调器1的开关1选通解调通道1的输入端口和数字 分频模块1的第1个输出端口，信号均分2部分，分别进入解调通道1和解 调通道2，每个解调通道信号占用对地波束1信号一半带宽，信号经解调及相 应处理后，解调通道1的1路输出信号和解调通道2的1路输出信号分别进 入星载IP路由器A的第1个输入端口和第2个输入端口，经过星载IP路由 器A的路由和交换后，通过星载IP路由器A的第1个输出端口和第2个输出 端口分别进入多模式调制器1的调制通道的1个输入端口和调制通道2的1 个输入端口，多模式调制器1的开关选通调制通道1的输出端口和数字合频 模块1的第1个输入端口，从而调制通道1和调制通道2的输出信号通过数 字合频模块被合成后进入第2下行变频放大模块7后通过对地波束1下行输 出到地面站。

1号卫星的对地波束3上行信号经过第4上行变频模块4后，信号由 Ku/Ka频段变为C频段信号，信号进入星载IP模块5的多模式解调器2的数 字分频模块2，多模式解调器2的开关2选通解调通道3的输入端口和数字 分频模块2的第1个输出端口，信号均分2部分，分别进入解调通道3和解 调通道4，每个解调通道信号占用对地波束3信号一半带宽，信号经解调及相 应处理后，解调通道3的1路输出信号和解调通道4的1路输出信号分别进 入星载IP路由器A的第3个输入端口和第4个输入端口，经过星载IP路由 器A的路由和交换后，通过星载IP路由器A的第3个输出端口和第4个输出 端口分别进入多模式调制器2的调制通道3的1个输入端口和调制通道4的 1个输入端口，多模式调制器2的开关4选通调制通道3的输出端口和数字 合频模块2的第1个输入端口，从而调制通道3和调制通道4的输出信号通 过数字合频模块被合成进入第4下行变频放大模块9后通过对地波束3下行 输出到地面站。

2号卫星星载IP模块14中的多模式解调器2，星载IP路由器B，多模 式调制器2均为冷备份(正常情况下关机不工作)。2号卫星的对地波束上行 信号经过第2上行变频模块11后，信号由Ku/Ka频段变为C频段信号，信 号进入第2上行混合桥13后被分成完全相同的2路(主路和备路)，主路信 号进入星载IP模块14的多模式解调器1的数字分频模块1，多模式解调器1 的开关1选通解调通道1的输入端口和数字分频模块1的第1个输出端口， 信号均分2部分，分别进入解调通道1和解调通道2，每个解调通道信号占用 对地波束信号一半带宽，信号经解调及相应处理后，解调通道1的1路输出 信号和解调通道2的1路输出信号分别进入星载IP路由器A的第1个输入端 口和第2个输入端口，经过星载IP路由器A的路由和交换后，通过星载IP 路由器A的第1个输出端口和第2个输出端口分别进入多模式调制器1的调 制通道1的1个输入端口和调制通道2的1个输入端口，多模式调制器1的 开关3选通调制通道1的输出端口和数字合频模块1的第1个输入端口，从 而调制通道1和调制通道2的输出信号通过数字合频模块被合成依次进入第2 下行混合桥16、第2下行变频放大模块18后通过对地波束下行输出到地面 站。

实施例2

如图4所示，1号卫星工作于独立波束模式(星间波束及对地波束1、2、 3工作)，2号卫星工作于独立波束模式(星间波束及对地波束工作)，2个卫 星既实现业务通信，同时实现星间组网通信。

1号卫星星载IP模块5中的星载IP路由器B冷备份(正常情况下关机不 工作)。1号卫星的星间波束上行信号经过第1上行变频模块1后，信号由 Ku/Ka频段变为C频段信号，星载IP模块5的多模式解调器1的开关1选通 解调通道1的输入端口和多模式解调器1的第1个输入端口，星间波束上行 信号进入多模式解调器1的解调通道1，解调通道1的1路输出信号进入星 载IP路由器A的第1个输入端口，经过星载IP路由器A的信号路由和交换 后，信号通过星载IP路由器A的第1个输出端口进入多模式调制器1的调制 通道1，多模式调制器1的开关3选通调制通道1和输出端口和多模式调制 器1的第1个输出端口，输出信号进入第1下行变频放大模块5后通过星间 波束下行发送至2号卫星星间波束上行，形成2颗卫星的星间组网通信。

1号卫星的对地波束1经过第2上行变频模块2后，信号由Ku/Ka频段 变为C频段信号，信号经过数字分频模块1但不进行任何处理直接输出进入 多模式解调器1的解调通道2，解调通道2的输出信号进入星载IP路由器A 的第2个输入端口，经过星载IP路由器A的信号路由和交换后，信号通过星 载IP路由器A的第2个输出端口进入多模式调制器1的调制通道2，信号经 过数字合频模块1但不进行任何处理直接输出进入第2下行变频放大模块7 后通过对地波束1下行输出到地面站。

1号卫星的对地波束2上行信号经过第3上行变频模块3后，信号由 Ku/Ka频段变为C频段信号，星载IP模块5的多模式解调器2的开关2选通 解调通道3的输入端口和多模式解调器2的第1个输入端口，星间波束上行 信号进入多模式解调器2的解调通道3，解调通道3的1路输出信号进入星 载IP路由器A的第3个输入端口，经过星载IP路由器A的信号路由和交换 后，信号通过星载IP路由器A的第3个输出端口进入多模式调制器2的调制 通道3，多模式调制器2的开关4选通调制通道3的输出端口和多模式调制 器1的第1个输出端口，输出信号进入第3下行变频放大模块8后通过对地 波束2下行输出到地面站。

1号卫星的对地波束3经过第4上行变频模块4后，信号由Ku/Ka频段 变为C频段信号，信号经过数字分频模块2但不进行任何处理直接输出进入 多模式解调器2的解调通道4，解调通道4的输出信号进入星载IP路由器A 的第4个输入端口，经过星载IP路由器A的信号路由和交换后，信号通过星 载IP路由器A的第4个输出端口进入多模式调制器2的调制通道4，信号经 过数字合频模块2但不进行任何处理直接输出进入第4下行变频放大模块9 后通过对地波束3下行输出到地面站。

2号卫星星载IP模块14中的多模式解调器2，星载IP路由器B，多模 式调制器2均为冷备份(正常情况下关机不工作)。2号卫星的星间波束上行 信号经过第1上行变频模块10后，信号由Ku/Ka频段变为C频段信号，通 过第1上行混合桥后分为完全相同的2路(主路和备路)，星载IP模块14的 多模式解调器1的开关1选通解调通道1的输入端口和多模式解调器1的第 1个输入端口，主路信号进入多模式解调器1的解调通道1，解调通道1的1 路输出信号进入星载IP路由器A的第1个输入端口，经过星载IP路由器A 的信号路由和交换后，信号通过星载IP路由器A的第1个输出端口进入多模 式调制器1的调制通道1，多模式调制器1的开关3选通调制通道1和输出 端口和多模式调制器1的第1个输出端口，输出信号依次进入第1下行混合 桥15、第1下行变频放大模块17后通过星间波束下行发送至1号卫星星间 波束上行，形成2颗卫星的星间组网通信。

2号卫星的对地波束经过第2上行变频模块11后，信号由Ku/Ka频段变 为C频段信号，通过第2上行混合桥13后分为完全相同的2路(主路和备 路)，主路信号经过数字分频模块1但不进行任何处理直接输出进入多模式解 调器1的解调通道2，解调通道2的输出信号进入星载IP路由器A的第2个 输入端口，经过星载IP路由器A的信号路由和交换后，信号通过星载IP路 由器A的第2个输出端口进入多模式调制器1的调制通道2，信号经过数字 合频模块1但不进行任何处理直接输出依次进入第2下行混合桥16、第2下 行变频放大模块18后通过对地波束下行输出到地面站。