卫星第5章

第5章VSAT通信网VSATAVSATBVSATCVSATDHub5.1VSAT网络结构和地面设备5.1.1VSAT网络结构图5-1卫星VSAT星形网的组成和路径示意图VSATVSATVSATVSATVSATVSAT(b)VSATAVSATBVSATCVSATDHubHub(a)卫星信道图5-2卫星网状电话网的组成和路径示意图VSATVSATVSATVSATVSATVSAT(b)VSATAVSATBVSATC(a)5.1VSAT网络结构和地面设备5.1VSAT网络结构和地面设备5.1.2VSAT系统的主站和小站设备图5-3VSAT系统主站和小站设备框图网络管理控制台LAN环境主站小站室外设备RF终端演播室设施数据数据数据话音话音VSAT网络基带设备主机服务器PBXPBX数据话音室内单元集群控制器视频接收机端口5.1VSAT网络结构和地面设备1、主站(Hub)主站的设备配置比远端小站复杂，同时发射功率高，天线也大得多，它有支持上千小站接入的能力。主站较强的功能可使小站得以简化和降低成本，而众多小站的价格在整个系统成本中占支配地位。5.1VSAT网络结构和地面设备除通常意义下的大的主站之外，还有分配式主站和小型主站：1）分配式主站又称中型主站。用于当VSAT网中有若干个相对独立的子网时。2）小型主站适于小站数目不多（300～400个）的VSAT网，天线尺寸2～5m。表5-1典型的主站参数发送频带14.0~14.5GHz（Ku频段）5.925~6.425GHz（C频段）接收频带10.7~12.75GHz（Ku频段）3.625~4.2GHz（C频段）天线形式轴对称双反射器天线尺寸2~5m（小型）5~8m（中型）8~10m（大型）极化方式线极化（Ku频段）圆极化（C频段）5.1VSAT网络结构和地面设备表5-1典型的主站参数（续）极化隔离35dB（沿轴向）功率放大器输出功率3~5WSSPA（Ku频段）5~20WSSPA（C频段）50~100WTWTA（Ku频段）100~200WTWTA（C频段）接收机噪声温度80~120K（Ku频段）35~55K（C频段）5.1VSAT网络结构和地面设备5.1VSAT网络结构和地面设备2、小站(VSAT)VSAT远端小站可以具有“全业务”，即双向的话音、数据和视频单收业务。VSAT小站的室内单元的尺寸与一台PC机接近。室外设备为由接收的LNB和发送SSPA与上变频器组成的RF模块，通常与天线装配在一起。5.1VSAT网络结构和地面设备表5-2典型的VSAT小站参数发送频带14.0~14.5GHz（Ku频段）5.925~6.425GHz（C频段）接收频带10.7~12.75GHz（Ku频段）3.625~4.2GHz（C频段）天线形式偏置反射器天线尺寸1.8~3.5m（C频段）1.2~1.8m（Ku频段）极化方式线极化（Ku频段）圆极化（C频段）5.1VSAT网络结构和地面设备表5-2典型的VSAT小站参数（续）极化隔离30dB（沿轴向）功率放大器输出功率0.5~5WSSPA（Ku频段）3~30WSSPA（C频段）低噪声接收机接收机噪声温度80~120K（Ku频段）35~55K（C频段）EIRP44~55dBW（Ku频段）43~53dBW（C频段）G/T13~14dB/K（C频段）19~23dB/K（Ku频段，99.99%的时间）14~18dB/K（Ku频段，晴朗天空）5.1VSAT网络结构和地面设备5.1VSAT网络结构和地面设备3、小站对相邻卫星的干扰问题由于VSAT小站的天线较小，波束宽度较宽，相邻卫星也在其波束范围内。如果两个卫星系统采用了相同的频率和极化方式，将对相邻卫星形成干扰。5.1VSAT网络结构和地面设备图5-5VSAT小站上行对相邻卫星的干扰VSAT小站被干扰卫星天线指向VSAT站的增益，GsWSATUSATVSAT站天线在被干扰卫星方向上的增益，GuVSAT站天线的主瓣和第一旁瓣目标卫星方向上的增益，GW(dB)5.2VSAT数据网5.2.1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。每个小站支持一组用户终端或本地LAN，而主站与主计算机或数据处理中心、信息库相连。5.2VSAT数据网VSATHubVSAT用户终端主计算机卫星基带接口（室内）用户终端用户终端用户终端基带接口（室内）用户终端用户终端基带接口（室内）5~7层传输层网络层数据链路层物理层用户终端5~7层传输层网络层数据链路层物理层主计算机网络层网络层数据数据链路控制链路层卫星信道接入控制物理层FEC、调制-解调Hub基带接口网络层网络层数据链路控制数据卫星信道接入控制链路层FEC、调制-解调物理层VSAT基带接口卫星信道图5-6VSAT数据网的物理组成和协议结构图5.2.2卫星链路传输特性对协议和系统性能的影响卫星链路与地面通信链路相比的特点：传播延时大、比特差错率高。（静止）卫星链路端-端延时260ms。在卫星信道上采用前向纠错编码后，能达到的比特差错率约为10-6~10-7。5.2VSAT数据网数据通信网中通常采用自动请求重传(ARQ)的方式进行数据分组传输，在链路比特差错率较高的卫星数据网中更显重要。卫星链路通常采用协议仿真或称协议“欺骗”的策略。5.2VSAT数据网ARQ通常有三种方式：1）S-W协议：在发送一帧数据之后，主计算机处于等待状态，直至接收到有效的应答ACK，再发送下一帧数据。5.2VSAT数据网(1)fcSWbRTDPRT每帧信息比特数连接的信息比特率往返延时帧差错率2）GBn协议：主机在未收到无效应答NACK之前，将连续发送数据帧。在收到第n帧的无效应答NACK时，发端将重发第n帧及其后续所有帧的数据。5.2VSAT数据网(1)(1)fcGBfbRTfDPLPRTP帧长3）SR协议：主机在未收到无效应答NACK之前，将连续发送数据帧。在收到第n帧的无效应答NACK时，发端只插入需要重发的第n帧，然后继续发送数据帧。5.2VSAT数据网(1)fcSRDPL5.2VSAT数据网5.2.3VSAT星形数据网多址协议ALHOA是卫星数据网采用的主要多址方式。1、VSAT数据网中传输的数据业务1）事务处理的交互式（I/A）业务或查询/响应（Q/R）短信息5.2VSAT数据网2）电子邮件3）长的数据报文5.2VSAT数据网5.2VSAT数据网5.2VSAT数据网最佳工作区域是指报文长度范围和终端传输速率范围在该区域内时，采用相应的多址协议可以使系统容量最大5.2VSAT数据网2、最佳工作区域的补充说明1）ALOHA类型此类多址协议适合于报文较短和小站平均数据率较低的情况。5.2VSAT数据网5.2VSAT数据网2）DAMA/TDMA该协议只适合于报文较长和能容忍较长延时的业务，如电子邮件。3）TDMA在VSAT数据网中，对于地球站业务量较大、数据传输速率较高的系统比较适合采用TDMA方式。同时，该协议与报文长度无关。5.2.4VSAT数据网的响应时间从用户终端发出查询信息到收到响应信号的时间称为VSAT数据网的响应时间。5.2VSAT数据网5.3VSAT电话网5.3.1VSAT电话网的特点与VSAT数据网比较有两个显著的不同：网络结构和多址技术。支持话音业务的VSAT网必须使用网状结构，方能使两个通信小站之间直接建立单跳的通信链路。5.3VSAT电话网图5-10VSAT小站间单跳和经Hub双跳的系统参数比较示意图容量增加EIRP(EIRP)Hub(EIRP)VSATG/T(G/T)VSAT(G/T)HubABC出站链路(Hub→VSAT)入站链路(VSAT→Hub)曲线2：双跳曲线1：单跳给定BER5.3.2VSAT电话网的多址方式通常采用FDMA、TDMA或两者组合的方式。5.3VSAT电话网5.3VSAT电话网5.3.3VSAT电话网的DAMA方式VSAT系统是一种小站众多，但话务量较小的稀路由网络。在VSAT电话网的DAMA控制系统中，将全网的话音信道集中于网管中心统一管理和分配。同时，系统有公用信令信道用作用户申请信道和网管中心分配、管理信道的信息传输。5.3VSAT电话网5.3VSAT电话网摘机图5-12呼叫建立过程示意图主呼端(PBX)主呼站(VCU)网控中心(SCC)被呼站(VCU)被呼端(PBX)确认电话号码呼叫申请信道分配信道分配话音信道测试送铃流用户链路5.3VSAT电话网挂机图5-13话终拆线过程用户端(PBX)卫星站(VCU)网控中心(SCC)卫星站(VCU)用户端(PBX)话终响应通话完毕确认挂机拆线拆线确认休斯公司推出的TES系统是一种VSAT电话网。系统可工作于C频段或Ku频段，VSAT站天线尺寸1.8m×2.4m、2.4m×2.4m、3.7m×2.4m、5.5m×2.4m多种，可传输32kb/sADPCM话音或16kb/sRELP话音或5.6kb/sCELP话音，以及数据、图像、电视信号等。固态放大器输出功率为：C频段有5W、10W、20W、50W四种，Ku频段有1W、3W、5W三种。对于多址方式，通信信道为SCPC/FDMA，信令信道为ALOHA。5.3VSAT电话网