本发明涉及一种基于互联网协议的宽带多媒体卫星通信半物理仿真系统，属于卫星通信技术领域。
背景技术：
目前国内外商用宽带多媒体卫星通信系统均采用了星上透明转发方式，充分利用星上有限资源实现大容量数据传输，其优点是研制技术难度较小，风险和成本较低。缺点主要表现在系统大容量支持能力不足，无线链路传输性能有限，地面应用终端性能不高。基于互联网协议的宽带多媒体卫星通信系统是指运行TCP/IP(Transport Control Protocol/Internet Protocol)协议族的宽带卫星通信系统，它是数字多媒体、卫星通信广播与互联网的有机结合，旨在为一系列新的应用提供统一的服务平台。通过星上IP处理交换，实现大容量宽带数据通信，系统的灵活组网，为用户提供高质量的Internet接入和各种互动式多媒体服务，通过增强终端反向接入能力进而降低终端功耗和成本，为建设天地一体化通信网络提供技术积累。
基于互联网协议的宽带多媒体卫星通信系统是一个由宽带多媒体卫星、地面应用系统、网络管理系统组成的天地一体化大系统，其中一个关键技术难点是如何在地面验证基于互联网协议的宽带多媒体卫星通信系统的各项关键技术，而目前还没有这样一个物理或半物理仿真系统。
技术实现要素：
本发明解决的技术问题为：克服现有技术不足，提供一种基于互联网协议的宽带多媒体卫星通信半物理仿真系统，将IP协议与MPLS数据帧相结合，提出了一种基于互联网协议的星地通信通信格式，真正实现并演示了IP数据交换在星地传输中的应用，充分利用卫星有限物理资源实现了大容量数据的传输。
本发明的技术解决方案为：一种基于互联网协议的宽带多媒体卫星通信半物理仿真系统，包括：通信卫星模拟器、信道模拟器、网络管理模拟器、信关站模拟器、用户模拟器1、用户模拟器2；
通信卫星模拟器，包括：星载处理模块和星载交换模块；
网络管理模拟器，包括：路由器、网管中心模块和射频中心模块；
信道模拟器，包括：网管中心波束信道、信关站波束信道、用户模拟器1波束信道和用户模拟器2波束信道；
网管中心模块将网控通告按照IP数据包格式打包并在数据包包头添加MPLS帧头形成网控通告数据帧，然后发送给射频中心模块；
射频中心模块、网管中心波束信道与通信卫星模拟器依次形成上行链路；通信卫星模拟器、网管中心波束信道与射频中心模块依次形成下行链路；射频中心模块接收到网管中心模块发送的网控通告数据帧，该网控通告数据帧为数字信号，设置上下行链路的频率、速率、编码方式、调制方式后，将网控通告数据帧转化为网控通告模拟信号，发送到网管中心波束信道；
网管中心波束信道接收到射频中心发送的网控通告模拟信号，对该信号进行带通滤波、加噪、衰减及时延处理后，发送至星载处理模块；
星载处理模块接收到信道模拟器的网管中心波束信道发送的网控通告模拟信号，经下变频、模数转换、上行解帧处理后，得到网控通告数据帧，将网控通告数据帧发送至星载交换模块；
星载交换模块接收到星载处理模块输出的网控通告数据帧，根据MPLS帧头指向的波束信道完成由网管中心波束信道到信关站波束信道、用户模拟器1波束信道和用户模拟器2波束信道切换，然后将网控通告数据帧发送给星载处理模块；
星载处理模块接收到星载交换模块输出的网控通告数据帧，对网控通告数据帧进行下行自适应滤波、下行自适应编码、下行自适应调制、下行自适应组帧、数模转换、上变频处理后形成网控通告下行模拟信号，将网控通告下行模拟信号发送到信关站波束信道、用户模拟器1波束信道和用户模拟器2波束信道；
信道模拟器的信关站波束信道、用户模拟器1波束信道和用户模拟器2波束信道接收到星载处理模块发送的网控通告下行模拟信号，进行时延、衰减、加噪和带通滤波处理后，分别发送给信关站模拟器、用户模拟器1和用户模拟器2；
信关站模拟器对处理后的网控通告下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到网控通告；
用户模拟器1对处理后的网控通告下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到网控通告；
用户模拟器2对处理后的网控通告下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到网控通告；
信关站模拟器根据网控信息获取用于上行数据链路的信关站波束信道的速率，根据预配置的编码方式、调制方式、上行频率，配置上行数据链路，上行数据链路组成依次为：信关站模拟器、信关站波束信道、通信卫星模拟器，信关站模拟器向信关站波束信道发送网络业务数据信息按照IP数据包格式打包并在数据包包头添加MPLS帧头形成的网络业务数据信息数据帧；
信关站波束信道接收到信关站模拟器发送的网络业务数据信息数据帧，经带通滤波、加噪、衰减及时延处理后形成网络业务数据模拟信号，发送至星载处理模块；
星载处理模块接收到信道模拟器发送的网络业务数据模拟信号，经下变频、模数转换、上行解帧处理后得到网络业务数据信息数据帧，将网络业务数据信息数据帧发送至星载交换模块；
星载交换模块接收到星载处理模块输出的网络业务数据信息数据帧，根据MPLS帧头指向的波束信道完成由信关站波束信道到网管中心波束信道、用户模拟器1波束信道和用户模拟器2波束信道的切换，然后将网络业务数据信息数据帧发送给星载处理模块；
星载处理模块接收到星载交换模块输出的网络业务数据信息数据帧，对网络业务数据信息数据帧进行下行自适应滤波、下行自适应编码、下行自适应调制、下行自适应组帧、数模转换、上变频处理后形成网络业务数据下行模拟信号，将网络业务数据下行模拟信号发送到网管中心波束信道、用户模拟器1波束信道和用户模拟器2波束信道；
信道模拟器的网管中心波束信道、用户模拟器1波束信道和用户模拟器2波束信道接收到星载处理模块发送的网络业务数据下行模拟信号，进行时延、衰减、加噪和带通滤波处理后，分别发送给网络管理模拟器、用户模拟器1和用户模拟器2；
网络管理模拟器对处理后的网络业务数据下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到网控通告；
用户模拟器1对处理后的网络业务数据下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到网控通告；
用户模拟器2对处理后的网络业务数据下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到网控通告；
用户模拟器1根据网控信息获取用于上行数据链路的用户模拟器1波束信道的速率，根据预配置的编码方式、调制方式、上行频率，配置上行数据链路，上行数据链路组成依次为：用户模拟器1、用户模拟器1波束信道、通信卫星模拟器，用户模拟器1向用户模拟器1波束信道发送网络业务数据信息按照IP数据包格式打包并在数据包包头添加MPLS帧头形成的网络业务数据信息数据帧；
用户模拟器1波束信道接收到用户模拟器1发送的网络业务数据信息数据帧，经带通滤波、加噪、衰减及时延处理后形成网络业务数据模拟信号，发送至星载处理模块；
星载处理模块接收到信道模拟器发送的网络业务数据模拟信号，经下变频、模数转换、上行解帧处理后得到网络业务数据信息数据帧，将网络业务数据信息数据帧发送至星载交换模块；
星载交换模块接收到星载处理模块输出的网络业务数据信息数据帧，根据MPLS帧头指向的波束信道完成由用户模拟器1波束信道到信关站波束信道、网管中心波束信道和用户模拟器2波束信道的切换，然后将网络业务数据信息数据帧发送给星载处理模块；MPLS帧头的帧信息上含有源地址和目的地址端口号，信道模拟器的网管中心波束信道、信关站波束信道、用户模拟器1波束信道和用户模拟器2波束信道也分配有端口号，根据MPLS枕头目的端口号指向的目的信道，完成由用户模拟器1波束信道到信关站波束信道、网管中心波束信道和用户模拟器2波束信道的选择切换；
星载处理模块接收到星载交换模块输出的网络业务数据信息数据帧，对网络业务数据信息数据帧进行下行自适应滤波、下行自适应编码、下行自适应调制、下行自适应组帧、数模转换、上变频处理后形成网络业务数据下行模拟信号，将网络业务数据下行模拟信号发送到网管中心波束信道、信关站波束信道和用户模拟器2波束信道；
信道模拟器的网管中心波束信道、信关站波束信道和用户模拟器2波束信道接收到星载处理模块发送的网络业务数据下行模拟信号，进行时延、衰减、加噪和带通滤波处理后，分别发送给网络管理模拟器、信关站模拟器和用户模拟器2；
网络管理模拟器对处理后的网络业务数据下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到网控通告；
信关站模拟器对处理后的网络业务数据下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到网控通告；
用户模拟器2对处理后的网络业务数据下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到网控通告；
用户模拟器2根据网控信息获取用于上行数据链路的用户模拟器2波束信道的速率，根据预配置的编码方式、调制方式、上行频率，配置上行数据链路，上行数据链路组成依次为：用户模拟器2、用户模拟器2波束信道、通信卫星模拟器，用户模拟器2向用户模拟器2波束信道发送网络业务数据信息按照IP数据包格式打包并在数据包包头添加MPLS帧头形成的网络业务数据信息数据帧；
用户模拟器2波束信道接收到用户模拟器2发送的网络业务数据信息数据帧，经带通滤波、加噪、衰减及时延处理后形成网络业务数据模拟信号，发送至星载处理模块；
星载处理模块接收到信道模拟器发送的网络业务数据模拟信号，经下变频、模数转换、上行解帧处理后得到网络业务数据信息数据帧，将网络业务数据信息数据帧发送至星载交换模块；
星载交换模块接收到星载处理模块输出的网络业务数据信息数据帧，根据MPLS帧头指向的波束信道完成由用户模拟器2波束信道到信关站波束信道、网管中心波束信道和用户模拟器1波束信道的切换，然后将网络业务数据信息数据帧发送给星载处理模块；
星载处理模块接收到星载交换模块输出的网络业务数据信息数据帧，对网络业务数据信息数据帧进行下行自适应滤波、下行自适应编码、下行自适应调制、下行自适应组帧、数模转换、上变频处理后形成网络业务数据下行模拟信号，将网络业务数据下行模拟信号发送到网管中心波束信道、信关站波束信道和用户模拟器1波束信道；
信道模拟器的网管中心波束信道、信关站波束信道和用户模拟器1波束信道接收到星载处理模块发送的网络业务数据下行模拟信号，进行时延、衰减、加噪和带通滤波处理后，分别发送给网络管理模拟器、信关站模拟器和用户模拟器1；
网络管理模拟器对处理后的网络业务数据下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到网控通告；
信关站模拟器对处理后的网络业务数据下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到网控通告；
用户模拟器1对处理后的网络业务数据下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到网控通告。
所述网控通告为网络控制信息，即广播通知信息，该网络控制信息包含：用于上行数据链路的信关站波束信道的速率、用于上行数据链路的用户模拟器1波束信道的速率、用于上行数据链路的用户模拟器2波束信道的速率。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明实现了基于互联网协议的用户间宽带多媒体卫星通信过程模拟，包括入网注册、路由表更新、无线资源申请与分配、交换路径建立、业务传输与交换、系统运行管理控制、退网注销等过程。同时验证了基于互联网协议的宽带多媒体卫星系统方案设计的可行性、各项关键技术突破情况以及综合业务支持能力。通过半物理仿真系统，开展系统总体性能综合评估和优化设计，从而为宽带多媒体卫星系统工程化奠定基础。
附图说明
图1基于互联网协议的宽带多媒体卫星通信半物理仿真系统示意图。
具体实施方式
本发明的基本思路为：提出一种基于互联网协议的宽带多媒体卫星通信半物理仿真系统，将IP协议与MPLS数据帧相结合，提出了一种基于互联网协议的星地通信通信格式，真正实现并演示了IP数据交换在星地传输中的应用，充分利用卫星有限物理资源实现了大容量数据的传输，可为宽带多媒体通信卫星发展提供技术支撑。该系统将最为关键的星载交换机模拟器、星载处理器模拟器、宽带卫星信道模拟器、信关站模拟器和用户终端模拟器作为真实部件置于通信系统回路中，在降低研制费用的同时可使基于互联网协议的宽带多媒体卫星通信系统方案得到更真实有效的验证。
下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明以用户模拟器1与用户模拟器2进行视频会议为例，结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1所示，本发明的一种基于互联网协议的宽带多媒体卫星通信半物理仿真系统，包括：通信卫星模拟器、信道模拟器、网络管理模拟器、信关站模拟器、用户模拟器1、用户模拟器2；
通信卫星模拟器，包括：星载处理模块和星载交换模块；
网络管理模拟器，包括：路由器、网管中心模块和射频中心模块；
信道模拟器，包括：网管中心波束信道、信关站波束信道、用户模拟器1波束信道和用户模拟器2波束信道；
本发明中为了实现用户1与用户2的视频会议通信，用户模拟器1、用户模拟器2以及信关站模拟器需要根据网管中心全网广播的网控通告信息(包括上下行链路的可用频率资源、速率、编码方式、调制方式等)，各自完成入网注册流程，从而通信卫星模拟器具有全网用户的路由信息。
用户模拟器1根据网控信息获取用于上行数据链路的用户模拟器1波束信道的速率，根据预配置的编码方式、调制方式、上行频率，配置上行视频会议数据链路，上行数据链路组成依次为：用户模拟器1、用户模拟器1波束信道、通信卫星模拟器，用户模拟器1把视频会议数据信息按照IP数据包格式打包并在数据包包头添加MPLS帧头形成视频数据帧并向用户模拟器1波束信道发送；调制方式包括BPSK、QPSK、8PSK；编码方式和译码方式包括：LDPC；上行工作频率、下行工作频率为Ka频段
用户模拟器1波束信道接收到用户模拟器1发送的视频数据帧，经带通滤波、加噪、衰减及时延处理后形成网络业务数据模拟信号，发送至星载处理模块。
星载处理模块接收到信道模拟器发送的视频数据模拟信号，经下变频、模数转换、上行解帧处理后得到视频数据帧，将视频数据帧发送至星载交换模块；
星载交换模块接收到星载处理模块输出的视频数据帧，根据MPLS帧头指向的波束信道完成由用户模拟器1波束信道到用户模拟器2波束信道的切换，然后将视频数据帧发送给星载处理模块；
星载处理模块接收到星载交换模块输出的视频数据帧，对网络业务数据信息数据帧进行下行自适应滤波、下行自适应编码、下行自适应调制、下行自适应组帧、数模转换、上变频处理后形成网络业务数据下行模拟信号，将视频数据下行模拟信号发送到用户模拟器2波束信道；
用户模拟器2波束信道接收到星载处理模块发送的视频数据下行模拟信号，进行时延、衰减、加噪和带通滤波处理后，发送给用户模拟器2；
用户模拟器2对处理后的视频数据下行模拟信号依次进行下变频、模数转换、解帧处理、解调、解码后得到实时会议视频，从而实现用户模拟器1与用户模拟器2的实时会议视频通信。
网管中心模块,发送的是全网所有资源的管理、控制信息，便于用户按照预先设置的方式入网，都是IP数据包带有MPLS帧头，IP数据包承载的信息是全网所有资源的管理、控制信息，网管中心模块还能实现用户模拟器、通信卫星模拟器参数的配置以及状态参数的回传显示。
射频中心模块，把所有数据帧的基带信号进行上变频，进行载波数据传输。
信关站模拟器，能够与地面网络(例如英特网)互联互通，由于发送的数据帧的格式是IP数据包加上MPLS枕头，所以在信关站模拟器端很容易转换成与地面完全兼容的IP数据包，真正实现星地大容量(支持多用户，单用户Mbps以上)宽带多媒体通信的互联互通，
按照上述方式同时实现用户模拟器2与用户模拟器1之间的实时会议视频通信，从而完成用户模拟器1与用户模拟器2之间的双向视频会议通信过程。本发明的系统最大容量能达到10Gbps以上。
在这个双向视频会议通信过程中，用户模拟器1和用户模拟器2发向对方的IP视频数据信息，可以在通信卫星模拟器端直接实现IP数据切换，从而实现大容量宽带多媒体数据信息的星载处理交换。实时测试结果表明：用户模拟器1和用户模拟器2能够同时接收到来自对方的实时高清会议视频，通信效果良好。