业余卫星通信技术

15.1　业余卫星PBBS通信技术

1. PBBS通信方式

有些业余卫星设计有“PBBS”通信模式，所谓PBBS就是“PacSat BBS”的缩写，全称为：PacKet Satellite Bulletin Board System。即“卫星包封电子公告栏”。它要依靠星载数字存储正向转发器（Digital Store Forward Transponder），并在PBBS通信软件的控制下才能实现其功能。这是一种无线电数据通信方式，它不但能够解决同一频道多架电台同时通信的难题，还能大大提高通信效率，甚至能帮助完成跨洋的“超视距”通信。令人兴奋的是：中国“希望一号”业余卫星同样也配备了这一现代数字通信系统。同学们，我们以“希望一号”卫星为例对卫星通信的PBBS方式进行分析，了解它的基本原理。

“希望一号”卫星的PBBS是采用什么频率进行通信的呢？同学们可能会感到意外的是：它居然采用了与调频转发器一样的频率！即：上行频率145.825 0 MHz（67.0 Hz亚音），下行频率435.675 0 MHz，使用FM载波调制方式。数字信号传输速率为1.2 Kbp/s（1 200波特），采用了AFSK（Audio Frequency Shift Keying），即音频频移键控方式调制数字信号。简言之：通过加载两种不同频率的音频信号分别代表0和1，通过约定的编码，组成不同的字符来传输或解调。基带调制解调器采用了ITU－T V.23标准，软件层面采用了AX.25和PACSAT通信协议文本，具体技术参数见表15－1。

表15－1　“希望一号”卫星PBBS通信基本参数表

同学们可能会有疑问：PBBS通信与语音通信频率重合，难道不会造成相互撞车和干扰吗？其实不必担心，只要了解PBBS通信硬件系统中必须配套的硬件和软件——“TNC”的工作原理和“通信协议”的运行方式，就能理解了。

所谓TNC就是“Terminal Node Controller”（终端节点控制器）的简写，它的作用和电脑使用电话机联网时必备的调制解调器（Modem）或计算机网卡有点类似。不同的是Modem或网卡是通过电话线或网线来连接远程电脑，而TNC则是通过无线电收发信机来让远程电脑连线并交换信息。综合作用有点像无线路由器。但TNC早在上世纪80年代就有无线电爱好者在跨国业余无线电网络上使用了。通过TNC和通信协议，各国的业余无线电爱好者早在二十年前就实现了全球无线联网数字通信。

经过多年的发展，TNC开发的种类也相当多，部分TNC还附加有AMTOR、SSTV、RTTY等功能。如：TNC－ 22、PK－ 232、KPC－ 4、KAM等品牌。虽然TNC品牌和功能有别，但通信的方式和原理却是相同的。因此不同年代的各型号TNC都可以通过相同的通信协议，顺畅地实现信息交换。当然各种型号的设置、操作指令和性能会有所不同。

TNC通过无线电波传送数字信号，采用单工通信方式。同学们知道：在无线电通信过程中（特别是远程无线电通信），传送的信号常常会被各种各样的干扰中断，即便是数字信号传输也不会例外。解决这个问题的关键是要根据通信协议，巧妙地进行“校对”。PBBS数字通信中，传送方式采用较特殊的PACKET（封包）方式发送。每个封包的大小可以自行修正，但通常都设定在64Bytes/BlocK或128Bytes/BlocK这两种状态。传输速率也可以根据通信频率的状况进行调整，从128 bps至9 600 bps。在UHF波段采用FM方式，一般设定在9 600 bps。

在无线电信号传输过程中，如果遇到干扰，接收方计算机会根据通信协议的规则自动甄别出其中的错误数据包编号并要求发送方计算机重发该数据包。并再次进行核对，直到正确为止。这个过程看起来似乎比较复杂，但由于完全由计算机自动处理，操作员一般不会察觉。发送方操作员根本不用去关心信息发送的过程与顺序，而接收方同样也不必有人守候，因为所接收的文件和信息计算机都会自动存盘。当然如果有必要，时间充裕，双方还可以发送电子短信。PBBS数字通信不但准确率高，而且速度极快，数千字的文件不到数秒就能完成传输。

在通信过程中，由于每两部TNC一经连线之后便会将其送出封包的头尾加上接收和发送端地址等信息作为标签^[1]，形为一个个“数据包”，因此PBBS允许多部TNC共同使用同一个频率。每部TNC都会自动侦测“忙音”（busy）信号，只要发现空中有人正在发送信号时，计算机就会指示本台TNC暂时等待，停止向电台发送发射指令和数据包，并收录和自己相关的数据包。只要“忙音”状态消失，TNC便迅速启动电台，在短短的数秒之内，将信息发送出去。同学们监听“希望一号”卫星PBBS数据通信，就会听到类似电话传真的音频信号。虽然频率上可能有好几个电台，由于通信协议的约束，它们之间的数字通信可以保持不冲突，从而实现多点交互通信。

利用业余通信卫星的星载数字通信系统，可以组成无线PBBS数字通信网络，通过TNC和通信协议，在同一通信频率多个电台可以有效避免空中无线电波的“撞车”。图15－1，15－2以两架地面电台间通信为例，描述卫星PBBS站通联的具体流程：

图15－1　地面站USER1与卫星PBBS交换信息

图15－2　地面站USER2与卫星PBBS交换信息

通过以上的流程图，你对卫星PBBS站的通联过程一定更加清晰了吧。另外，卫星和地面站的TNC会在计算机控制下，定时发送带有本台呼号的无线电信标（Beacon），告知其他电台目前的工作状态。发送信标的时间极为短促，通常不到1秒。但每次无线电信标发送的间隔可以预先设定（如从10秒至2 550秒），信标发送一般不会受到忙音“Busy”信号的影响，时间一到，立刻发送。

当有众多电台和计算机通过无线电波在空中相互联网，形成了PBBS（PacKsat BBS）数字通信网络时，其中各自担任的角色会有些差别。一部分电台将会成为其中的“节点”（管理者），起主要作用（如业余卫星中的PBBS系统），而大部分地面站都是用户。在上下交织的无线网络中，每组无线信息封包都标有发送方、接收方的字符标识，负责中转的数字通信台虽然有时会收到其他电台的数据包，但能根据信息封包的标识判断出：这些信息数据不是它的，所以只进行中继转发而不会将其解码。

了解业余无线电PBBS的基本通信原理后，如何进行TNC硬件及软件的设置？由于各型无线数字接口的连接与软件设置的方法和界面有所不同，以下就一般步骤和注意事项进行简要说明，见图15－3。

图15－3　业余卫星计算机数据通信硬件连接示意图

在硬件配置的过程中，要注意的是：卫星无线数据通信接口、计算机等硬件连接和地面无线电数字通信PBBS站相比，没有太大的差别。应用软件的设置过程和操作方法几乎一样。卫星PBBS和地面PBBS通信的区别主要是：卫星通信采用UV波段的J方式，收发是不同频的。需要对电台的收发频率、调制方式和功率进行正确预设。还要注意在上行频率上设置67 Hz亚音频，并预先在电脑中输入卫星PBBS电台的呼号。以“希望一号”卫星为例，地面站要预先在计算机中输入它的PBBS呼号：BJ1SA－ 12，这样星载数字通信系统才能正确甄别，“天与地”才能友好地“握手”。最后，为了提升信号强度，天线一般还需要对转向系统同步进行控制。