2.2 卫星通信网络

2.2.1 卫星通信网络概述

本节以静止轨道卫星与地面设备和用户终端组成的宽带通信网络为例来阐述卫星通信网络的一般情况。

一个完整的宽带通信网络由用户终端、核心网、接入网和分发网四部分构成，如图2-4所示。其中，核心网（也称为骨干网）由高速交换节点（交换机或路由器）组成，负责大容量的高速连接和交换；接入网位于网络边缘，与用户终端系统进行交互，为用户提供接入服务；分发网介于核心网与接入网之间，用于连接接入网和核心网，并以广播或组播方式将互联网内容推送至边缘的ISP（互联网服务提供商）缓存服务器。

宽带卫星通信系统是全球宽带通信网络的一部分。由于该系统具有带宽资源丰富、覆盖域广和组网灵活等特点，因此在核心网、分发网和接入网中都得到了应用。它的典型应用如图2-5所示。表2-3～表2-5给出了宽带多媒体卫星通信系统在不同网域中的具体应用模式。

2.2.2 接入网的组网方式

接入网应用的基本组网方式有网状网、星状网、组播网、广播网4种。其中，在网状网中，用户终端之间通过卫星可以直接通信（见图2-6）；而在星状网中，用户终端之间不能互通，需要通过中心站进行中转（见图2-7）。网状网和星状网可提供双向通信服务，而广播网、组播网仅能提供单向通信服务。

在4种组网方式中，系统实现难度由低到高依次为广播网、组播网、星状网和网状网。系统实现难度决定了终端的造价，因此，实现难度越大，终端造价也就越高。从实现角度来看，如图2-8所示，通常后一种组网方式能够兼容实现前一种组网方式。

2.2.3 星座通信网络

1.“天星地网”式网络

“天星地网”式网络的卫星采用透明转发器，卫星之间无星间链路。其特点是卫星之间不组网，而是通过星地链路与由地面网络连接的全球分布的地球站组网。它是国外全球覆盖的卫星通信网络主要采用的方式。例如，位于地球静止轨道的国际通信卫星（Intelsat）系统和国际海事卫星（Inmarsat）通信系统、位于低轨道的美国全球星（Globalstar）卫星通信系统和轨道通信（ORBCOMM）卫星通信系统都采用这种方式。

以图2-9所示的全球星网络作为“天星地网”示例，其特征是无星间链路，需求的信关站数量多，信关站间需要地面网络互联。

2.“天网地站”式网络

“天网地站”式网络的每颗卫星都是一个具有星上处理能力的网络交换器或路由器，卫星之间有星间链路。其特点是用星间组网的方式构成独立的空间网络，整个系统可以不依赖地面网络独立运行。例如，位于地球静止轨道的军事星（Milstar）通信系统、位于低轨道的铱（Iridium）系统都采用这种方式。以图2-10所示的铱系统作为“天网地站”示例，其特征是有星间链路，需求的信关站数量少，信关站间不需要地面网络互联。

3.“天网地网”式网络

“天网地网”式网络介于“天星地网”式网络与“天网地站”式网络之间，它是空间和地面两张网络相互配合共同构成的天地一体化信息网络。例如，位于地球静止轨道的转型卫星（TSAT）通信系统就采用这种方式。

2.2.4 全球通信网络

本书主要讨论的天地一体化卫星通信网络是全球覆盖的天地一体化卫星通信网络。全球覆盖的天地一体化卫星通信网络都由星座组成。其中星座可以由单层的低轨道、中轨道、高轨道或静止轨道的卫星组成，也可由多层轨道卫星组成。国外现在主要的全球覆盖的天地一体化卫星通信网络如表2-6所示。由表2-6可知，其都是单层轨道网络，尚无多层轨道网络。