移动用户目标系统网络架构及性能分析

张华冲¹，陈 强²，张 保¹，韩 星¹，薄保林¹

(1.中国电子科技集团公司第五十四研究所，河北 石家庄 050081；(2.中国人民解放军73676部队，江苏 江阴 214400)

摘 要： 移动用户目标系统(Mobile User Objective System，MUOS)是美军新一代战术卫星通信系统，用于替代UHF频段后继星系统(UHF Follow-on，UFO)。介绍了移动用户目标系统的网络架构、系统组成和空中接口等，对其星上载荷、通信链路、业务流程和通信容量等进行了详细分析。通过对比核算，MUOS系统提供的容量是UFO系统的16倍。对移动用户目标系统的发展现状进行了分析。最后通过总结MUOS的特点说明了对我国发展卫星移动系统的有益启示。

关键词： 卫星移动通信；移动用户目标系统；网络架构；通信链路

0 引言

美国新一代军事通信卫星系统主要包括提供低速战术业务的窄带卫星通信系统、提供高速业务的宽带卫星通信系统和提供受保护业务的抗干扰卫星通信系统等三大部分，负责为美军提供多维信息链接和通信服务^[1]。其中窄带卫星通信系统主要为用户提供话音、低速率数据和移动通信等服务。

旋风分离器是通过气固两相流体从而实现旋转运动，并在离心力的作用下将固体颗粒从气流中进行有效分离的设备。可能会由于工作人员的安装和调试以及运行经验不足等问题，导致旋风分离器在运行的过程中出现堵塞的情况，如果没有及时发现并进行疏通操作，就会出现床温急剧升高，气温快速下降的情况，这样的情况非常容易导致床层或分离器结焦等问题，导致机组被迫停运。通过对75t/hCFB锅炉运用情况的分析和调试，总结出了有效解决和增加旋风分离器效率的办法。

窄带卫星通信系统采用UHF频段。由于UHF频段受气候和遮蔽等自然环境的影响较小，美军一直把该频段作为窄带卫星通信的主用频段。目前，美军卫星通信用户中，有超过60%的用户使用UHF频段进行通信，各军种部署的UHF频段卫星通信终端超过1.8万台，终端类型超过50种^[2]。

自年1978年至今，窄带卫星通信系统经历了从舰队卫星通信系统(FLTSAT)、特高频后继星通信系统(UFO)到MUOS的发展历程^[3]。

为了弥补UFO系统通信容量的不足以及战术通信使用便捷化等需求，美国海军的通信卫星项目管理办公室(PMW146)负责开发MUOS项目^[4]，并于2004年与洛克马丁公司等签订合同开始研制。

电视晚会作品的优质体现，所需要的是具有合理的故事结构、完善的艺术节奏等，还要有电视编导对其所展开的艺术创作与编排，才能使晚会节目表演与文化艺术融为一体。但是，在当今大数据时代发展背景之下，电视晚会编导在观念创新方面仍具有一些不足之处，这在某种意义上阻碍了我国电视晚会艺术性与创新性的可持续发展。

MUOS采用地面第三代移动通信宽带码分多址(WCDMA)技术，利用UHF频段卫星信道在全球范围内提供类似于手机的服务，支持业务类型包括话音、数据和视频等。相比于UFO系统，极大满足了美军窄带数据通信需求。

随着现代化科学技术的发展，在钢轨打磨技术的发展中也已经出现了新的发展趋势，将钢轨打磨技术发展实现智能化转变已经具备可能性。比如在打磨技术的应用发展中，将其技术的应用和现代化智能探照技术发展结合在一起，进而在技术的发展结合中，能够将对应的施工管理因素落实到施工管理中，通过智能化探照技术的分析，对钢表面的磨损情况做出分析之后，按照其分析进行对应区域施工，借助这种施工技术的应用，能够全面提升钢轨打磨技术的应用效果，对于提升整体的技术应用能力，具有重要性研究意义[4]。

MUOS系统是美军最新的窄带卫星通信系统，采用了大量先进技术，代表了窄带通信的发展方向。本文介绍了MUOS系统的网络架构，深入分析了其载荷配置、通信流程、复用及多址技术。通过与UFO对比，显示了MUOS在通信容量方面的巨大突破。总结了MUOS的发展现状，希望能对我国的军事卫星通信系统有所借鉴。

1 MUOS网络架构

MUOS由空间段、用户段和地面段三部分组成，MUOS系统网络架构^[5-6]如图1所示。地面段除了完成卫星和网络控制外，还提供与国防信息系统网络(DISN)和公共电话交换网络(PSTN)的接口，支持GIG的接入能力。

昨天下午，我正在教室里给学生上作文课，忽然就感觉讲台上光线一暗，李老黑堵在了教室门口。他像半截黑塔一样，把秋天明媚的阳光一下子拦截在了门外。李老黑先是表情威严地扫视了一遍学生，接着扫视了一眼黑板。几十双眼睛齐刷刷地望着李老黑，好一阵教室里只剩下了喘气的声音。李老黑巡视完以后，用食指对着我勾了勾，我就碎着小步跟在他的大屁股后面走了出去。

图1 MUOS卫星网络架构

1.1 空间段

MUOS系统的空间段包括5颗MUOS卫星，位于地球同步轨道，其中4颗主用卫星和1颗备用卫星。MUOS卫星主要功能是完成地面段的网关站与用户终端之间的信号转发。MUOS卫星的UHF频段波束覆盖地球表面的南北纬65°的全球区域。MUOS卫星的发射时间与轨位如表1所示。

这里说的资源主要是指学校的硬件设施、教学设备，要充分发挥设施设备的育人功能，物资管理的基本要求是有用、有序。有用就是从教学、学生的角度出发，用了效果会好一些、不用效果就会受影响，所以就要大胆用、多用，但不要搞成为了用而用的形式主义；有序就是要做好使用调度，让每位教师、每个班级有计划、有组织、有秩序地使用教学设备，避免出现没人使用时长期闲置、有人使用时分不过来的现象。

表1 MUOS卫星发射日期及轨位

1.2 地面段

MUOS地面段包括2个卫星控制站和4个无线接入站，不同的地面站之间通过光纤网络连接在一起，形成一个统一的网络。卫星控制站和无线接入站主要完成如下4个方面的功能：

① 卫星控制(Satellite Control Facility，SCF)：通过Ka频段和S频段测控链路控制卫星正常运行。② 网络管理(Network Management Facility，NMF)：管理地面网络运行，完成用户接入、资源规划以及干扰定位等功能。③ 无线接入(Radio Access Facility，RAF)：完成馈电链路无线信号的收发。④ 交换管理(Switching Facility，SF)：完成呼叫路由管理。

卫星控制站和无线接入站的位置及功能配置如表2所示。

码分复用是WCDMA空中接口的一大特点，主要表现在B2U UHF频段下行链路上，多个用户的业务内容分别承载在不同的扩频码道上，调制到同一个载波并发送给不同的终端用户。

表2 卫星控制站和无线接入站功能配置

1.3 用户段

MUOS的用户段包括便携式、车载、舰载、机载平台使用的各类型终端。MUOS终端采用公共空中接口(CAI)与MUOS卫星建立连接，通过MUOS无线接入站、商用网关连接到商用的移动卫星终端通信。MUOS用户也可以通过DISA电信港与其它军事通信卫星的用户进行通信。

时分复用主要体现在WCDMA空中接口的公共物理信道上，如PRACH信道就是划分了不同的接入时隙，多个用户接入信息可以复用到一条码道上。

典型终端有通用动力公司研发的AN/PRC-155双通道便携式终端是第一个实现与MUOS卫星通信的终端。哈里斯公司开发的猎鹰III AN/PRC-117G便携式终端^[7]基于软件无线电架构，是唯一支持加密算法套件Suite B的战术终端，重量仅为5.4 kg。罗克韦尔公司开发的ARC-210 RT-2063(C)机载终端，其特点是支持传统窄带波形(UFO)、宽带波形(MUOS)及其他多种V/UHF频段通信波形^[8]，提供超视距的数据、话音和图像传输。

MUOS终端的业务数据通过U2B链路^[11](包括UHF上行链路①和Ka下行链路②)，经过MUOS卫星的转发实现终端到地面站的通信。在地面站完成路由交换后，业务数据通过B2U链路(包括Ka上行链路③和UHF下行链路④)，经过MUOS卫星转发到终端B，实现双跳通信流程。两次转发可以在同一颗卫星、也可以在不同卫星间转发。若在不同卫星间转发，则需要地面站通过地面网络完成中继。

④http：//www.ted.com/talks/margaret_heffernan_the_dangers_of_willful_blindness.html。The danger of willful blindness。

2 MUOS特点及性能分析

2.1 双载荷配置

最为最新一代的卫星移动通信系统，MUOS在系统建设、试验和应用各个方面经历了许多困难。

试验方面，美海军利用MUOS卫星开展了多次通信试验，验证了MUOS波形的通信能力^[17]。2013年，使用PRC-155终端采用WCDMA波形经过MUOS-1卫星转发，首次实现了MUOS卫星话音与数据通信^[18]。2014年，多次在阿拉斯加地区开展试验，通信时长突破了8 800分钟，最远点到达了89.5°N，突破了MUOS卫星仅能覆盖南北纬65°的设计能力，进一步验证了MUOS卫星为北极地区的提供通信业务的能力^[19]。

WCDMA载荷使用一副口径为14 m的多波束天线(MBA)收发UHF频段信号,比UFO系统中使用的全球波束天线增益更大。MBA天线在地球表面可视区域形成16个波束，每个波束承载上下行各4个WCDMA载波，每个载波带宽为5 MHz。每个用户在给定的WCDMA载波中分配一个扩频码，实现业务通信。

2.2 双跳通信流程

MUOS的通信链路包括用户链路和馈电链路：用户链路指MUOS终端和卫星之间的通信链路，上行频段为300～320 MHz，下行频段为360～380 MHz；馈电链路指MUOS地面站和卫星之间的通信链路，上行频段为30～31 GHz，下行频段为20.2～21.2 GHz。

MUOS终端之间的典型通信过程为双跳通信^[10]，通信流程如图2所示。

图2 MUOS通信流程

MUOS终端一般采用JTRS的体系结构，可以对装备到用户的大量UFO终端进行波形升级即可支持MUOS系统。

在U2B链路中，卫星采用处理转发方式对可视区域内的2个地面站实现数据转发^[5]。卫星上的MBA天线接收UHF频段16个点波束的64个上行WCDMA载波信号，分为2组，每组32个WCDMA载波，对每组信号完成二次调制后，实现UHF-Ka的转发。2组Ka频段信号转发到MUOS卫星可视区域的2个地面站。

二次调制过程包括AD变换、信道化、去相关、Hadmard变换、量化、Turbo编码与8PSK调制等过程。8PSK的符号速率为384 Msps，3个载波信号采用极化复用方式承载在1 GHz频带内^[12]。8PSK信号的频率规划^[13]如图3所示。

图3 卫星到关口站的频率计划

在B2U链路中，卫星采用透明转发的方式实现Ka频段UHF频段不同波束的WCDMA载波的转发。地面站的2幅Ka频段天线分别指向2颗MUOS卫星，2条Ka上行链路分别承载32个WCDMA载波。32个WCDMA载波采用FDM的方式承载在Ka上行频段上。

2.3 综合采用多种复用技术

MUOS综合采用码分、时分、频分和空分等多种复用技术，一方面发挥了WCDMA通信体制业务承载灵活的优势，另一方面大大提高了通信容量。

从图4可以看出，不同耕作方式下，深松耕土壤的可溶性氮含量最高，且显著大于常规耕作和免耕方式(P<0.05)，深松耕土壤硝态氮含量最高，显著高于常规耕作和免耕方式(P<0.05)。免耕方式土壤铵态氮含量最高，显著大于深松耕和常规耕作(P<0.05)。

传感器供5V直流电，输出信号经三极管来控制负载。当感知人进入感应范围输出高电平，离开时自动延时关闭高电平后输出低电平。调节距离电位器和延时电位器可调整感应距离和延时长短，本项目中逆时针旋转距离电位器以减少感应距离，顺时针旋转延时电位器以加长延时。

1.实现矫正外部性功能和引导消费习惯、调节收入分配功能的协调。当经济实体的活动以市场机制之外的途径影响他人福利时，就产生外部性问题。根据英国经济学家庇古提出的控制外部性的“庇古税”方案，在个人的独自行为不能得到有效解决的情况下，政府可以通过对特定市场活动征税来实现外部性成本内化的问题。[23]

频分复用主要体现在B2U馈电链路，地面站把32个WCDMA载波分别调制到Ka上行频段的不同的频点上发送到MUOS卫星。

空分复用，MUOS卫星采用16个UHF频段点波束覆盖，每个点波束可以使用相同的频点、扩频码，通信容量提高了16倍。

为了对我国中间品进口对制造业创新的影响进行深入研究，对2008年-2015年我国制造业企业数据库同海关数据库的匹配数据进行研究。传统研究人员面向中间品贸易时主要对中间品进口对企业创新的干扰进行研究，存在一定的局限性。因此，本文对中间品进口分区实施了划分，同时研究了中间品进口的分区划分对企业创新造成的影响，并考虑不同中间品来源国的影响差异，全面分析中间品进口对制造业创新的影响。

2.4 多址接入方式

MUOS卫星数字载荷采用CDMA接入方式，比UFO卫星的TDMA/DAMA体制信道利用率更高。

在UFO卫星中，为了实现按需分配，每个频率信道划分为多个时隙，每个用户占用不同的时隙。为了有效的分配、回收时隙资源，需要专门配置网控时隙传输信令，网控时隙就会占用时隙资源；另外，UFO系统通常为专用网络预留一个转发器或者按需分配多址时隙，这就严重限制了可服务的用户数量。因此，系统中的网络大多以非常低的占空比运行，浪费了大部分容量。

在U2B UHF频段上行链路，终端采用不同的扰码发射上行信号，多个用户共享同一频点。而在B2U UHF频段下行链路，不同点波束使用不同的下行扰码，16个点波束共享4个频点。而加扰只需对发射机的扩频后码片级数据进行异或运算；解扰处理只需对接收机同步后的码片级数据进行异或运算即可。信道的时间、频率利用率可以达到100%。

2.5 通信容量

MUOS每个波束内的每个WCDMA载波有512个码道，除去导频、广播信道等占用18个码字，有494个码字可供用户使用，理论上可支持494个用户同时通信。实际上，WCDMA系统是自干扰系统，原因在于信道化码和扰码并非完全正交，每增加一个用户就会对系统中其他同频用户造成干扰。若所有信道化码都使用时，则由于自干扰，会导致所有用户无法通信。另外，卫星载荷功率是有限的，若所有信道化码都使用，则卫星载荷由于功率耗尽而瘫痪。

根据PMW-146报告，MUOS的WCDMA载荷可同时支持4 083路2.4 kbps话音，其传统载荷可同时支持106路2.4 kbps的话音业务。因此，单颗卫星可同时支持4 189路2.4 kbps话音，即总带宽容量为10.05 Mbps^[14]。

在MUOS卫星的同一覆盖区，存在2颗UFO卫星，每颗UFO卫星配置了21个5 kHz信道(可支持1路2.4 kbps话音)17个25 kHz信道^[13-14](可同时支持5路2.4 kbps话音)。则2颗UFO卫星的的带宽容量为支持0.51 Mbps。因此，单颗MUOS卫星的通信容量是UFO卫星的近20倍。整个MUOS系统容量为40.2 Mbps，是UFO系统容量的16倍^[15]。

另外，MUOS还通过波束重叠覆盖和备用星进一步提高通信容量。在南北纬65°之间超过70%的地区都有2颗卫星覆盖^[16]，在波束重叠区域，通信容量加倍，且可以调整业务量实现承载业务量均衡。MUOS系统还配置了备用卫星，根据通信业务需求可以漂移到预定轨位，增加热点地区的通信容量。

3 MUOS发展现状

UFO卫星发射于1993～2003年之间，目前，大部分卫星已经进入了寿命末期，通信能力已经下降。MUOS卫星配置了2个载荷：一个是新型的WCDMA载荷，另一个是与UFO卫星和UFO终端兼容的传统载荷。这样在MUOS卫星替代UFO卫星的过程中，就保证了窄带卫星通信业务的平稳过渡。在卫星上，2种载荷的通信业务不支持互联互通^[9]。

系统建设方面，卫星发射和地面站建设经过了多次推迟，于2016年完成用户交付，使得整个系统联试时间推迟。首颗卫星的传统载荷于2012年投入使用，到2018年2月，所有MUOS卫星的传统载荷都已投入使用。2016年7月，WCDMA载荷进入了早期作战使用阶段，经过多种业务测试和评估后于2018年7月进入了非作战任务应用阶段。

传统载荷与UFO-11卫星兼容，采用下行频段采用244～270 MHz，上行频段采用292～318 MHz，支持17个25 kHz信道和21个5 kHz信道。采用专用信道波形和TDMA波形，比如按需分配多址(DAMA)和集成波形(Integrated Waveform)。资料表明，窄带通信服务一直持续到2025年。

在试验与应用过程中也发现了诸多问题。一是，终端与波形的集成问题，WCDMA波形做了适应性改变后应用于卫星信道，MUOS波形标准到2014年12月才被批准使用，波形集成需要一个成熟过程；二是地面站联网测试问题，在地面站测试中，发现在态势感知，网络管理、容量、抗赛博攻击方面等问题存在问题，需要进一步完善。

研究发现，粉丝社群内部管理非常严格，如明文规定禁止发表不良言论、禁止互相攻击等，但是，粉丝社群内部的矛盾关系却或隐或显地在日常中表现出来。尤其在各类粉丝属性出现和发展壮大之后，粉丝群体内部的分崩离析就更为明显。具体来说，在TF boys的粉丝社群中有“凯唯”“源唯”“千唯”三类唯粉群体；凯源CP、千凯CP、千源CP三类CP粉群体；还有取名为“四叶草”的团粉。基于此，粉丝社群内部大致存在着以下四组不同的冲突关系：

预计到2020年，MUOS进入标准的全球作战应用阶段，具备全系统运行能力。

4 结束语

卫星移动通信是卫星通信中的一个重要分支，近年来在系统建设、业务容量方面增长非常快。我国也在努力发展自己的卫星移动通信系统。总结MUOS的系统特点及发展中的问题，可以为我国发展卫星移动通信系统有益的参考。

基于滤波规则的HVDC交流过电压快切滤波器控制策略//卢东斌,薛海平,沈全荣,尹健,张庆武,王永平//(15):192

在技术方面，要积极引进地面移动通信的成熟技术及MUOS卫星的相关技术。虽然目前MUOS存在一些应用方面的问题，但不可否认地面WCDMA技术引入到卫星通信的成功。MUOS中的多波束天线、星上处理技术等都是我们需要关注的地方。

在系统应用方面，要有前瞻性，考虑重点区域和全球覆盖。随着“一带一路”经济带的发展，沿线地区移动通信业务需求会急剧上升，因此急需建设覆盖沿线地区甚至全球的卫星移动通信系统提供通信保障^[20]。

星地网络建设方面要同步，发挥最大效益。MUOS系统明显反映出了卫星发射相对超前、地面建设滞后的特点，这就导致了很长时间内卫星资源的闲置与浪费。在整个系统建设方面，必须保持卫星与终端、地面站的同步发展，才能使系统效能最大化。

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Analysis of Network Architecture and Performance of Mobile User Objective System

ZHANG Huachong¹,CHEN Qiang²，ZHANG Bao¹,HAN Xing¹,BO Baolin¹

(1.The 54th Research Institute of CETC ,Shijiazhuang 050081,China ；2.Unit 73676,PLA ,Jiangyin 214400,China )

Abstract ：Mobile User Objective System(MUOS),which will replace UHF Follow-on(UFO)communication system,is a new generation tactical satellite communication system of US Army.The network architecture,system composition and air interface is overviewed,and many key system aspects including the payload design,communication link,operation flow,and traffic capacity are discussed in particular.Compared with UHF-Follow-On system,the capacity of MUOS is 16 times of that of UFO.The present development of MUOS is analyzed in detail.Finally,the features of MUOS are summarized and some references are provided for development of mobile satellite communication in China.

Key words ：mobile satellite communication;mobile user objective system;network architecture;communication link

中图分类号： TN911

文献标志码： A

开放科学标识码(OSID)：

文章编号： 1003-3106( 2019) 12-1042-05

doi: 10.3969/j.issn.1003-3106.2019.12.004

引用格式： 张华冲，陈强，张保，等.移动用户目标系统网络架构及性能分析[J].无线电工程,2019,49(12):1042-1046.[ZHANG Huachong,CHEN Qiang，ZHANG Bao,et al..Analysis of Network Architecture and Performance of Mobile User Objective System[J].Radio Engineering,2019,49(12):1042-1046.]

收稿日期： 2019-09-25

基金项目： 河北省重大科技成果转化专项基金资助项目(14040322Z)

作者简介

张华冲 男，(1974—)，毕业于通信测控技术研究所通信与信息系统专业，硕士，高级工程师。主要研究方向：通信对抗。

中南大学非计算机工科专业大多已将“数据库技术与应用”作为重要的公共课程列入培养方案。但该课程的教学模式应对新工科人才培养的要求，还存在以下问题：

陈 强 男，(1975—)，高级工程师。主要研究方向：通信对抗。

张 保 男，(1987—)，硕士，高级工程师。主要研究方向：通信对抗。

韩 星 男，(1982—)，硕士，高级工程师。主要研究方向：通信对抗。

薄保林 男，(1986—)，硕士，工程师。主要研究方向：调制解调。

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