卫星通信第6章V3.

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1、第六章 地球站和VSAT 6.1 引言 6.2 HPA 全固态化，功耗小，成本低； 覆盖范围大，对环境条件要求不高； 安装组网灵活方便，网络结构、性能指标、 设备特性和管理等，都可按照用户的需要来 进行设计。 VSAT小站的主要特征 85 VSAT卫星通信网的特点 1、与地面通信网相比较 覆盖范围大，通信成本与距离无关 可对所有地点提供相同的业务种类和服务质量 灵活性好，多种业务可以在一个网内并存 可扩容性好，扩容成本低 独立性好，是用户拥有的专用网 互操作性好，采用不同标准的用户可以跨越不同 的地面网而在同一个VSAT网内进行通信 传播时延大 86 VSAT卫星通信网的特点（2） 2、与传统

2、卫星通信网相比较 面向用户而不是面向网络 小口径天线，天线口径0.3-2.4m 智能化功能强，可无人操作 低功率的发射机，一般几瓦以下 集成化程度高，VSAT从外表看只分为天线、室 内单元（IDU）和室外单元（ODU）三个部分 VSAT站很多，但各站的业务量较小 一般用作专用网，而不用作公用网 87 VSAT系统分类 分类依据 n多址方式 n调制方式 n传输速率 n传输业务 88 VSATVSAT(SS)USATTSATTVSAT 天线直径 （m） 1.2-1.80.6-1.20.3-0.51.2-3.51.8-2.4 频段Ku/CCKuKu/CKu/C 出站速率 (Kbps) 56-5129

3、.6-325656-1544 入站速率 (Kbps) 16-1281.2-9.62.456-1544 多址方式 （入境） ALOHA S-ALOHA R-ALOHA DA-TDMA CDMACDMAPA 多址方式 （出境） TDMACDMACDMAPAPA 89 VSATVSAT(SS)USATTSATTVSAT 调制方式BPSK/ QPSK DSFH/DSQPSKFM 有无 枢纽站 无/有有有无有 支持的 协议 SDLC、X.25、BSC、ASYNC 网络运行共用/专用共用/专用共用/专用专用共用/专用 90 说 明 l 第1类是工作在Ku频段的高速双向交互型VSAT，采 用不扩频相移键控调

4、制和自适应带宽接入协议 l 第2类采用直扩技术，可提供单向或双向数据业务 l 第3类是目前最小的双向数据通信地球站，称做特小 地球站，采用混合扩频调制和多址技术 l 第4类以T1或低于T1的速率用来双向传输话音、数据 和图象的综合业务，不需要中枢站 l 第5类是接收电视用的，也用来接收广播质量的话音 和高速数据 91 VSAT网络分类 (1) 根据业务性质 以数据通信为主的网，除数据通信外，还能提供 传真及少量的话音业务 以话音通信为主的网，主要是供公用网和专用网 话音信号的传输和交换，同时也能提供交互型的 数据业务。 以电视接收为主的网，接收的图像和伴音信号可 作为有线电视的信号源通过电缆分

5、配网传送到用 户家中。 92 VSAT网络分类（2） VSAT网采用的网络结构 星形结构的VSAT系统 网状结构的VSAT系统 星形和网状混合结构的VSAT系统 93 VSAT网络分类（3） 根据不同的安装方式 n固定式、墙挂式、可搬移式、背负式、手提式 、车载式、机载式、船载式等 按业务性质 n固定业务 n移动业务 按收发方式 n单收站 n双向站 94 VSAT的主要业务种类和典型应用 除了个别宽带业务外的几乎所有现有业务 n话音、数据、传真、LAN互连、会议电话、可视 电话、低速图像、可视电话会议、采用FR接口的 动态图像和电视、数字音乐等。 VSAT网可对不同业务分别采用 n广播（点多点

6、） n收集（多点点） n点点双向交互 n点多点双向交互 95 业务应用 1.广播和分配业务 数据 数据库、气象、新闻、仓库管理、遥控、金融、商业、远地 印刷品传递、报表、零售等 图像传真（Fax） 音频单向新闻广播、标题音乐、广告和空中交通管制 电视 a）TVRO（电视单收）接收文娱节目 b）BTV（商业电视）教育、培训和下行信息业务 2.收集和监控业务 数据新闻、气象、监测、管线状态 图像图表资料和凝固图像 视频高压缩监视图像 3.双向交互型业务(星形拓扑) 数据 信用卡核对、金融事务处理、销售点数据库业务、集中库存 控制、CAD/CAM、预订系统、资料检索等 双向交互型业务（点对点） 数据

7、CPU-CPU、DTE-CPU、LAN互连、电子邮件、用户电报等 话音稀路由话音和应急话音通信 电视压缩图像电视会议 96 国际VSAT应用 二十世纪八十年代中期发展起来的新技术 在欧美地面通信极为发达的国家中，迅速占领各 类集团公司专用网的市场 典型应用方面包括 n销售管理 n信贷核查确认 n电子定货 n债务处理 n电子数据交换 n 电视会议 n 电视培训及商店广告 n 背景音乐 n 其他信息产业等 97 国内VSAT应用 商品零售业、汽车工业及金融服务业占整个VSAT 市场的75以上，其它行业包括交通运输业、能 源工业、制造工业、旅游业等 大型企业、专业用户和边远地区纷纷建立VSAT网 络

8、 目前我国已建VSAT系统，除了电信部门的国家公 用VSAT通信网和部队的军用VSAT通信网之外， 在其他领域的应用主要有：银行、证券、国家专 业部门、零售业、INTERNET接入、企业联网、 偏远地区电话、国际VSAT专线等 98 VSAT 网络结构和组网方案 用在VSAT网络中的主要结构 n星型结构 n广播网络 n网状或总节点连接 99 1. 网络结构组网方案 星型网结构 网状 (或总节点) 网连接 星形和网状网的混合结构连接 卫星单跳结构 远地终端 100 卫星VSAT星形网的组成和路径双跳结构 101 卫星VSAT网状网的组成和路径单跳结构 102 中心站 中心站 中心站 VSAT L

9、AN 远地终端 卫星或光纤链路 卫星链路 103 2. 组网方式 共用网方案 VSAT系统的共用网方案共享HUB 104 3.VSAT卫星通信网的主要设备 VSAT系统的主站设备 RF终端 基带处理部分 网管设备 105 主站 VSAT系统典型语音通信主站原理框图 106 107 3.VSAT卫星通信网的主要设备(2) VSAT系统的小站设备 小口径天线 室外单元 室内单元 108 VSAT站 (又称远端小站) VSAT系统端站: (a) 原理框图. (b) 外形结构 109 110 111 VSAT系统主站和小站设备框图 112 VSAT小站框图 113 VSAT系统主站与小站的比较 主站发

10、射功率大于小站 主站的天线尺寸比小站大得多 主站的软件部分应实现用户接口与卫星 空间链路之间必要的协议转换；小站的 接口设备完成输入信号和协议的转换 114 星形VSAT网络 点到多点的单向广播系统。由主站向远端VSAT 小站传输数据、图象、新闻电视或商业电视等 业务，而不需要VSAT小站向主站回传业务信息 。 点到多点的双向通信网络。以主站为中心，与 各个远端VSAT小站构成星形通信网。主站既可 以向全网广播公共信息，也可以分别与各个 VSAT小站以“单跳”方式建立各自的双向通信业 务联系。并且主站可作为中枢站以“两跳”方式 沟通任意两个VSAT小站之间的通信链路。 115 星形VSAT网络

11、（2） 信道分配可以采用预分配方式，也可以采用按 需分配方式。按需分配为集中控制方式。 星形网是以传输数据业务为主的系统，它以数 据包的分组交换为基础。 116 网状VSAT网络 网络不需要主站，各小站之间可以任意建立通 信链路。 网状网是以话音通信为主的系统，一般采用按 需分配方式来提高信道的利用率。 网状网的信道多址方式可以采用频分多址即单 路单载波(SCPC)方式，也可以采用时分多址 信道分配为分散式控制。 适合于话务量较大，各远端站之间通信业务较 多的情况。在这种网络结构中，任何两站之间 的通信不会出现“两跳”问题。 117 网状系统中的传输技术 (1). DAMA / SCPC (2

12、). TDM / SCPC (3). TDMA (4). CDMA 118 混合型VSAT网络 星形网与网状网的混合体 网络比较大，传输业务范围比较广，适合于既 有话音业务又有数据业务的情形。 网络采用混合的控制方式，即系统的信道分配 ，设备性能的监控、计费等由主站来完成（集 中控制），而各VSAT站之间的话音业务是直接 进行通信，采用分散控制方式。 119 VSAT系统与其它电信网络联合组网 利用VSAT系统组建卫星广域网 将VSAT系统接入ISDN网络 VSAT系统与地面蜂窝移动通信相结合的 组合通信网络 国际VSAT卫星通信网络 120 121 空间段 主要部分是卫星转发器 n多数是Ku

13、波段 n也仍然有C波段 n传播条件好 n受降雨衰减影响小 n可靠性高 nCDMA多址方式或大天线 122 6.8.3 VSAT系统工作原理 1. VSAT系统的数据通信网 网络体系结构 多址协议 链路传输特性对协议和系统性能的影响 及解决措施 123 网络体系结构 VSAT数据网通常以主站为中心，通过卫星与 各小站连成星形网。 主站发射的EIRP高，接收G/T值大，故而所 有小站都可直接与它互通。 每个小站支持一组用户终端或LAN 主站与主计算机或数据处理中心、信息库相 连 在较大规模的网络中，可能存在多个主站， 各主站之间由卫星链路相连接。 124 VSAT小型地球站网络 125 126 卫

14、星多址联接方案 VSAT数据网中传输的数据业务大致可以分为 三类 n事务处理的交互式或查询/响应短信息 n电子邮件 n长数据报文 ALOHA（RA-TDMA）：报文较短和小站速 率较低 TDMA：业务量较大、数据传输速率较高 DAMA/TDMA：适合于报文较长、能容忍较 长时延的业务 127 卫星多址联接方案 自适应分配TDMA(AA/TDMA)：既适用 于要求低时延的短信息交换，也适用于 批量数据文件传输 外向数据 (Outbound)传输：TDM/TDMA 内向数据(Inbound) 传输：RA/TDMA 分帧长度可变 128 AA/TDMA的幀格式和分组格式 129 链路传输特性 对协议

15、和系统性能的影响 对协议和通信流量的影响 n卫星链路一跳延时约260ms n 3000km光缆链路延时10ms 对传输性能的影响 n 卫星信道的误比特率10-610-7 n 光网络信道的误比特率10-9 130 解决措施 协议变换 协议仿真 误差控制 ARQ 流量控制 分散控制 + 集中控制 131 解决措施 采用协议仿真或称为协议“欺骗”的策略来解 决卫星链路长延时问题，具体做法是在VSAT 卫星站设置一个延时补偿单元 （SDU），在 通信过程中两用户终端之间的握手信号由本 地SDU提供应答（并暂存用户端来的数据） ，从而避免了这些需要往返传输的握手信号 通过长延时的卫星链路传输的问题，消除

16、了 因终端长时间等待应答而不能正常发送数据 的影响，同时也减轻了卫星链路传送握手信 号的负担。 132 2. VSAT电话网 采用网状-单跳结构 采用多址方式 nSCPC/FDMA nCDMA nTDMA EIRP和G/T要求高 133 呼叫建立过程 DAMA方式的VSAT电话网 134 话终拆线过程 135 VSAT电话通信系统实例 TES 该电路通信网主要特征是BPSK或QPSK 调制。TDM，1/ 2 FEC率卷积编码，维特 比译码。P T = 5 50 W，T = 80 K。 多址方式： DAMA/SCPC(SCPC/PSK/FDMA), 或PA/SCPC。 136 频率分配方案 频率分配方案是FDMA多址方式，可分 配频带被分成业务信道和控制信道两部 分，信道分配方案绘出如图3-