卫星通信第6章V3课件.ppt

1、1第六章 地球站和VSAT 6.1 引言引言 6.2 HPA&LNA 6.3 地球站射频基本性能地球站射频基本性能 6.4 天线、馈源和跟踪系统天线、馈源和跟踪系统 6.5 射频射频(RF)分系统分系统 6.6 通信公用和网络接口分系统通信公用和网络接口分系统 6.7 固定和广播卫星业务地球站固定和广播卫星业务地球站 6.8 很小孔径终端网络很小孔径终端网络(VSAT网络网络)6.1 引言卫星通信系统框图星载和地球站设备星载和地球站设备56.2 HPA和和LNA 高功率放大器（高功率放大器（HPA）行波管放大器（行波管放大器（TWTA）Traveling Wave Tube Amplifier

2、速调管放大器（速调管放大器（KPA）Klystron Power Amplifier固态功率放大器（固态功率放大器（SSPA）Solid State Power Amplifier6不同频段三种放大器的输出功率不同频段三种放大器的输出功率30002500200015001000 500 0C波段波段Ku波段波段Ka波段波段KPATWTASSPA射频功率输出射频功率输出(W）40W25W15W7放大器放大器输出功率输出功率带带 宽宽功放管功放管TWTA中中50800W水冷水冷:10kw较宽较宽C波段：波段：500MHzKu和和Ka波段波段:1000MHz真空管真空管KPA大大1KW以上以上较窄较

3、窄50-100MHz真空管真空管SSPA小小3-10W介于介于TWTA和和KPA之间之间砷化镓场效应砷化镓场效应半导体管半导体管三种放大器的性能比较三种放大器的性能比较8 低噪声放大器（低噪声放大器（LNA）参量放大器参量放大器致冷砷化镓场效应放大器致冷砷化镓场效应放大器常温砷化镓场效应放大器常温砷化镓场效应放大器(GaAsFET)9三种三种LNA的内部噪声性能的内部噪声性能 140 120 100 80 60 40 20 0C波段波段Ku波段波段Ka波段波段参量放大器参量放大器制冷制冷GaAsGaAs放大器噪声温度放大器噪声温度(K(K）10LNA前端接法前端接法LNA模块只包含低噪声放大器

4、模块只包含低噪声放大器宽带低噪声下变频模块：宽带低噪声下变频模块：LNA模块除了低噪声模块除了低噪声放大器以外，还包含宽带下变频器放大器以外，还包含宽带下变频器(1GHz)窄带低噪声下变频模块：窄带低噪声下变频模块：LNA模块除了低噪模块除了低噪声放大器以外，还包含窄带下变频器声放大器以外，还包含窄带下变频器(70MHz)136.3 地球站射频基本性能地球站射频基本性能描述地球站性能的一个最基本参量，是描述地球站性能的一个最基本参量，是接收天线接收天线增益对噪声温度比增益对噪声温度比(G/T)值，值，又称为地球站的又称为地球站的品质因数品质因数。它表示一个。它表示一个地球站的接收能力强弱，地球

5、站的接收能力强弱，G/T值越高就意值越高就意味着地球站的接收能力越强。因此，根味着地球站的接收能力越强。因此，根据提供业务和据提供业务和G/T值的不同，可以按此对值的不同，可以按此对地球站进行分类。地球站进行分类。14地球站分类地球站分类业务业务地球站类型地球站类型近似近似G/T值值（dB/K）注解注解FSS固定业务固定业务大大中中小小很小很小很小很小4030252012发送发送/接收接收单收单收MSS移动业务移动业务大大中中小小-4-12-24要求跟踪要求跟踪要求跟踪要求跟踪没有跟踪没有跟踪BSS直播业务直播业务大大小小158社区接收社区接收个体接收个体接收地球站设备一般组成地球站设备一般组

6、成地球站设备的一般原理性框图地球站设备的一般原理性框图 18地球站技术近期发展趋向地球站技术近期发展趋向最大的增长点是移动卫星业务。用户的最大的增长点是移动卫星业务。用户的数目在本世纪前数目在本世纪前10年会达到年会达到1千万以上。千万以上。大部分手持终端，都具有与地面移动系大部分手持终端，都具有与地面移动系统同时运行的能力。统同时运行的能力。196.3 地球站射频基本性能地球站射频基本性能6.3.1 有效全向辐射功率有效全向辐射功率(EIRP)的定义和计算的定义和计算 如果用如果用PT表示天线馈源口的输入功率，表示天线馈源口的输入功率，GT是发射天线增是发射天线增益，则地球站的有效全向辐射功

7、率就是：益，则地球站的有效全向辐射功率就是：EIRP=PTGT20接收系统噪声分析和品质因数接收系统噪声分析和品质因数G/T值计算值计算通常用天线增益对噪声温度比通常用天线增益对噪声温度比G/T，表表示地球站天线和低噪声放大器的性能，它示地球站天线和低噪声放大器的性能，它与接收机的灵敏度密切相关。参量与接收机的灵敏度密切相关。参量G是表是表示低噪声放大器输入端的接收天线增益。示低噪声放大器输入端的接收天线增益。21 1.通信系统中的噪声通信系统中的噪声 通信系统中有关噪声的论述时基于白噪通信系统中有关噪声的论述时基于白噪声的噪声形式，它的功率谱密度为声的噪声形式，它的功率谱密度为N0 0/2/

8、2，在很大的频率范围内是平滑的。在很大的频率范围内是平滑的。22在电子通信系统中，由噪声源送到匹配在电子通信系统中，由噪声源送到匹配负载的白噪声功率谱密度通常用负载的白噪声功率谱密度通常用W/Hz表示，为表示，为:2/2/0SkTN23 2.放大器的噪声温度和噪声系数放大器的噪声温度和噪声系数 系统噪声温度：eSTTT噪声系数噪声系数:0001TTBGkTNBGkTFen24 3.放大器级联噪声温度 用于等效噪声温度分析的级联二端口系统用于等效噪声温度分析的级联二端口系统 25n个系统噪声温度：121213121/nneeeeeGGGTGGTGTTTn个系统级联时的噪声系数个系统级联时的噪声系

9、数 121213121/)1(/)1(/)1(nnGGGFGGFGFFF26 4.无源器件的噪声温度 有损网络的损耗因子L等于它的噪声系数F 0)1(TLTe有损二端口网络的等效噪声温度为 27 5.天线噪声温度 天线噪声温度是通过天线进入到接收机的噪声的量度，它是由所有外部噪声源产生的噪声分量的积分：dTGTbA),(),(4102028 6.系统总噪声温度 用于等效噪声温度计算的地球站接收端用于等效噪声温度计算的地球站接收端 23201111GTTTLLLTTTTeeAeS296.4 天线、馈源和跟踪系统天线、馈源和跟踪系统1.天线是一种互易器件，当频率给定时，接收和天线是一种互易器件，当

10、频率给定时，接收和发送特性是相同的发送特性是相同的2.地球站天线可以用来作为定义各个参量的样本地球站天线可以用来作为定义各个参量的样本3.大部分地球站天线要求能沿着两根轴方向运动，大部分地球站天线要求能沿着两根轴方向运动，即仰角和方位角方向，以便能迅速跟踪卫星即仰角和方位角方向，以便能迅速跟踪卫星30 1.天线基础和辐射方向性图天线基础和辐射方向性图天线辐射方向性图天线辐射方向性图 31 2.天线主要特性参量天线主要特性参量 1.天线的半功率点波束宽度天线的半功率点波束宽度DN/hpN 场分布系数场分布系数工作波长工作波长 D 天线直径天线直径32 2.天线主要特性参量天线主要特性参量 2.2

11、.天线方向性天线方向性 AVPPD,仰角仰角方位角方位角 PAV 平均辐射功率平均辐射功率33 2.天线主要特性参量天线主要特性参量 3.3.效率效率 抛物面天线抛物面天线5070%喇叭天线喇叭天线90%34 2.天线主要特性参量天线主要特性参量 4.4.增益函数增益函数 4/,iPPDG（圆形天线）（圆形天线）天线增益天线增益增益函数增益函数的最大值的最大值224DAG天线增益天线增益G与半功率点波束宽度与半功率点波束宽度hp的关系的关系,孔径效率孔径效率 60%366.4.2 天线系统天线系统 基于它们的几何形状，地球站可以使用基于它们的几何形状，地球站可以使用具有轴对称和非轴对称的天线结

12、构。具有轴对称和非轴对称的天线结构。371.轴对称结构轴对称结构喇叭抛物面天线结构图喇叭抛物面天线结构图 卡塞格伦天线结构图卡塞格伦天线结构图 极轴天线结构图极轴天线结构图 42 2.非轴对称结构非轴对称结构(偏馈天线偏馈天线)非轴对称非轴对称(偏馈偏馈)天线结构图天线结构图 443.天线安装天线安装天线安装结构图天线安装结构图:(a)方位角方位角仰角装置；仰角装置；(b)XY轴装置轴装置 456.4.3 馈源系统馈源系统1.主馈源系统功能主馈源系统功能l照射整个主反射器照射整个主反射器l将发射和接收信号频带隔离开将发射和接收信号频带隔离开l在双极化系统中分离和组合信号极化在双极化系统中分离和

13、组合信号极化l为某些类型的卫星跟踪系统提供误差信号为某些类型的卫星跟踪系统提供误差信号2.喇叭馈源喇叭馈源3.正交极化馈源正交极化馈源一种正交极化馈源系统的组成框图一种正交极化馈源系统的组成框图 一种正交极化馈源系统的组成框图一种正交极化馈源系统的组成框图 486.4.4 跟踪系统跟踪系统 在地球站天线处观察，当卫星漂移占地在地球站天线处观察，当卫星漂移占地球站天线半功率点波束宽度很大部分时，球站天线半功率点波束宽度很大部分时，为了避免使天线指向损耗过大，必须要为了避免使天线指向损耗过大，必须要采用跟踪系统，即：采用跟踪系统，即：S hphp/N 49对地球站天线跟踪系统的要求对地球站天线跟踪

14、系统的要求能部分或全部执行下列功能：能部分或全部执行下列功能：1.卫星搜索卫星搜索 2.自动跟踪自动跟踪 3.手工跟踪手工跟踪 4.程序跟踪程序跟踪(a)一种卫星跟踪系统的主要元件一种卫星跟踪系统的主要元件.(b)一种步进跟踪系统一种步进跟踪系统 51自动跟踪系统自动跟踪系统 1 步进跟踪系统步进跟踪系统 2 单脉冲跟踪技术单脉冲跟踪技术 3 智能跟踪智能跟踪 526.5 射频射频(RF)分系统分系统 6.5.1 发送设备发送设备1.HPA备份方式备份方式l1+1lN+12.多载波合成多载波合成3.功率合成功率合成 l提高输出功率提高输出功率l提高系统可靠性提高系统可靠性4.高功放的非线性高功

15、放的非线性536.5.2 接收设备(a)参量放大器原理电路框图。参量放大器原理电路框图。(b)一个一个GaAs FET低噪声放大器电路低噪声放大器电路 54参量放大器的等效噪声温度可以近似表参量放大器的等效噪声温度可以近似表示为：示为：Te f f S S To/f i i 55参量放大器可大致划分 不致冷的：To 环境温度+100 C 270 C=300 K；热电致冷的：To 500 C=223 K；深致冷的：To 2500 C=23 K。566.6 通信公用和网络接口分系统通信公用和网络接口分系统6.6.1 上变频器(UC)和下变频器(DC)l 变频l 一次变频一次变频l 二次变频二次变频

16、l 中频l 70MHz（36MHz转发器）转发器）l 140MHz（72MHz转发器）转发器）576.6.1 上变频器和下变频器上变频器和下变频器1.上变频过程和上变频器原理BPF10uBPF 110uBPF 22一次变频一次变频二次变频二次变频586.6.1 上变频器和下变频器上变频器和下变频器 卫星通信中只发送一个混频边带 发送频率u要求能够快速改变 一般采用二次变频 两个一次变频的级联596.6.1 上变频器和下变频器上变频器和下变频器2.转发器跳跃、极化跳跃和上变频器备份l转发器跳跃在一帧内地球站将发送载波从一个转发器跳到另一个转发器l极化跳跃地球站将载波从一个极化的转发器跳跃到另一个

17、极化的转发器3.下变频过程二次变频606.6.2 频率合成器频率合成器所谓的所谓的频率合成器频率合成器，就是用一个高稳定度，就是用一个高稳定度的基音晶体振荡器作为基准频率源；然后的基音晶体振荡器作为基准频率源；然后对它进行数学四则运算，用电路中的混频、对它进行数学四则运算，用电路中的混频、倍频、分频电路来实现；最后采用锁相技倍频、分频电路来实现；最后采用锁相技术，使它产生步长一定、与基准频率源具术，使它产生步长一定、与基准频率源具有同样稳定度的大量频率分量输出。有同样稳定度的大量频率分量输出。(a)发送频率合成器原理图发送频率合成器原理图(b)接收频率合成器原理图接收频率合成器原理图 上、下变

18、频合用一种微波频率合成器上、下变频合用一种微波频率合成器 646.6.3 中频放大、滤波和均衡中频放大、滤波和均衡 放大、滤波、和群时延均衡功能是在中放大、滤波、和群时延均衡功能是在中频实施的。频实施的。在中频滤波中的幅度和群时延限制在中频滤波中的幅度和群时延限制 666.6.4 调制和解调卫星通信中，调制和解调是在中频实现的。调制和解调系统的类型，应与多址联接方式(FDMA或TDMA等)、基带信号数量(多个或一个信道)、基带信号调制载波类型(数字相位调制或模拟调频)相适应.676.6.5 基带信号处理在发送端调制前和接收端解调后，根据信号的类型和传输特性，要对基带信号进行多项信号处理。686

19、.6.6 网络接口分系统这个分系统是地球站的通信系统设备，和地面网络基带信号之间的接口。主要功能是信号复用和去复用、数字话音插空(DSI)和信道倍增(DCME)、回波抑制和消除，以及图像信号压缩编码(DVB/MPEG-2)等。706.6.6 网络接口分系统 陆地链路选择n 地面微波n 光缆n 电缆PSTN、PNRF 终端终端716.6.6 网络接口分系统 地面接口n 电话通信n 模拟电话：四线制，模拟电话：四线制，0/5Vn 数字电话：数字电话：E1，G.703 T1，G.703726.6.6 网络接口分系统网络接口分系统 地面接口地面接口n数据通信数据通信n 低速（低速（SCPC）：）：RS

20、232，56kb/sn 中速（中速（IDR）（）（MCPC)）：）：64k45Mb/sn 高速（高速（TDMA）：）：120Mb/s n 电视传输：单向，复合电视信号电视传输：单向，复合电视信号746.6.7 其他类型地球站其他类型地球站 TT&C地球站地球站n 1013米天线米天线n RF终端终端n 地面接口地面接口n 基带设备基带设备n 指令子系统指令子系统n 测距子系统测距子系统n 遥测子系统遥测子系统766.6.7 其他类型地球站（其他类型地球站（2）TV上行站上行站n 大型地球站大型地球站n 视频数字化视频数字化n 多路压缩传输多路压缩传输776.6.7 其他类型地球站（其他类型地球

21、站（3）TV单收站（单收站（TVRO）n DTH（直接到户）（直接到户）n 单接收机单接收机n 小天线小天线n Cable Head Endn 多接收机多接收机n 大天线大天线TVRO天线直径与卫星天线直径与卫星EIRP的关系的关系具有卫星前端的地面有线电视系统具有卫星前端的地面有线电视系统6.6.8 MSS移动终端和信关站 移动终端 n GEO：舰（船）载、机载、车载n LEO/MEO：便携式典型手机参数典型手机参数系 统平均发射功率天线增益G/TIridium0.4W1.0 dBi-23Globalstar0.5W2.5dBi-22826.6.8 MSS移动终端和信关站移动终端和信关站 信

22、关站信关站 网络（用户）管理功能网络（用户）管理功能与地面公用网互连的功能与地面公用网互连的功能交换功能（路由分配功能）交换功能（路由分配功能）836.7 VSAT网络网络VSAT的概念的概念lVSAT：早期称为微型站、小型数据站或甚：早期称为微型站、小型数据站或甚小孔径终端。到小孔径终端。到80年代中期，人们习惯称为年代中期，人们习惯称为VSAT终端或终端或VSAT系统（网络）。系统（网络）。lVSAT系统中小站设备的天线口径通常为系统中小站设备的天线口径通常为0.3-2.4m，由主站应用管理软件监测和控制，由主站应用管理软件监测和控制小型地球站。小型地球站。84VSAT的特点的特点l可支持

23、多种业务类型：数据、话音、图象等可支持多种业务类型：数据、话音、图象等l可工作在可工作在C波段或波段或Ku波段波段lVSAT终端天线小、设计结构紧密、功耗小、终端天线小、设计结构紧密、功耗小、成本低、安装方便、对环境要求低成本低、安装方便、对环境要求低l组网灵活、独立性强，其网络结构、技术性能、组网灵活、独立性强，其网络结构、技术性能、设备特性和网络管理都可以根据用户的要求进设备特性和网络管理都可以根据用户的要求进行设计和调整行设计和调整l可以与计算机、可以与计算机、ISDN联网联网85天线孔径小，设备结构紧凑天线孔径小，设备结构紧凑;全固态化，功耗小，成本低；全固态化，功耗小，成本低；覆盖范

24、围大，对环境条件要求不高；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备特性和管理等，都可按照用户的需要来进行设计。设计。VSAT小站的主要特征小站的主要特征86VSAT卫星通信网的特点卫星通信网的特点1、与地面通信网相比较、与地面通信网相比较覆盖范围大，通信成本与距离无关覆盖范围大，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，扩容成本低可扩容性好，扩

25、容成本低独立性好，是用户拥有的专用网独立性好，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地面网而在同一个VSAT网内进行通信网内进行通信传播时延大传播时延大87VSAT卫星通信网的特点（卫星通信网的特点（2）2、与传统卫星通信网相比较、与传统卫星通信网相比较面向用户而不是面向网络面向用户而不是面向网络小口径天线，天线口径小口径天线，天线口径0.3-2.4m智能化功能强，可无人操作智能化功能强，可无人操作低功率的发射机，一般几瓦以下低功率的发射机，一般几瓦以下集成化程度高，集成化程度高，VSAT从外表看只分为天线、室

26、内从外表看只分为天线、室内单元（单元（IDU）和室外单元（）和室外单元（ODU）三个部分）三个部分VSAT站很多，但各站的业务量较小站很多，但各站的业务量较小一般用作专用网，而不用作公用网一般用作专用网，而不用作公用网88VSAT系统分类系统分类分类依据分类依据n多址方式多址方式n调制方式调制方式n传输速率传输速率n传输业务传输业务VSATVSAT(SS)USATTSATTVSAT天线直径天线直径（m）1.2-1.80.6-1.20.3-0.51.2-3.51.8-2.4频段频段Ku/CCKuKu/CKu/C出站速率出站速率(Kbps)56-5129.6-325656-1544入站速率入站速率

27、(Kbps)16-1281.2-9.62.456-1544多址方式多址方式（入境）（入境）ALOHAS-ALOHAR-ALOHADA-TDMACDMACDMAPA多址方式多址方式（出境）（出境）TDMACDMACDMAPAPAVSATVSAT(SS)USATTSATTVSAT调制方式调制方式BPSK/QPSKDSFH/DSQPSKFM有无有无枢纽站枢纽站无无/有有有有有有无无有有支持的支持的协议协议SDLC、X.25、BSC、ASYNC网络运行网络运行共用共用/专用专用共用共用/专用专用共用共用/专用专用专用专用共用共用/专用专用91说说 明明l 第1类是工作在Ku频段的高速双向交互型VSAT

28、，采用不扩频相移键控调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 92VSAT网络分类网络分类(1)根据业务性质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

29、传输和交换，同时也能提供交互型的数据音信号的传输和交换，同时也能提供交互型的数据业务。业务。以电视接收为主的网，接收的图像和伴音信号可作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配网传送到用户家为有线电视的信号源通过电缆分配网传送到用户家中。中。93VSAT网络分类（网络分类（2）VSAT网采用的网络结构网采用的网络结构星形结构的星形结构的VSAT系统系统网状结构的网状结构的VSAT系统系统星形和网状混合结构的星形和网状混合结构的VSAT系统系统94VSAT网络分类（网络分类（3）根据不同的安装方式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、固定

30、式、墙挂式、可搬移式、背负式、手提式、车载式、机载式、船载式等车载式、机载式、船载式等按业务性质按业务性质n固定业务固定业务n移动业务移动业务按收发方式按收发方式n单收站单收站n双向站双向站95VSAT的主要业务种类和典型应用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、话音、数据、传真、LAN互连、会议电话、可视电互连、会议电话、可视电话、低速图像、可视电话会议、采用话、低速图像、可视电话会议、采用FR接口的动态接口的动态图像和电视、数字音乐等。图像和电视、数字音乐等。VSAT网可对不同业务分别采用网可对不同业务分别采用n

31、广播（点广播（点多点）多点）n收集（多点收集（多点点）点）n点点点双向交互点双向交互n点点多点双向交互多点双向交互业务业务应用应用1.广播和分配业务广播和分配业务数据数据数据库、气象、新闻、仓库管理、遥控、金融、商业、远地数据库、气象、新闻、仓库管理、遥控、金融、商业、远地印刷品传递、报表、零售等印刷品传递、报表、零售等图像图像传真（传真（Fax）音频音频单向新闻广播、标题音乐、广告和空中交通管制单向新闻广播、标题音乐、广告和空中交通管制电视电视a）TVRO（电视单收）（电视单收）接收文娱节目接收文娱节目b）BTV（商业电视）（商业电视）教育、培训和下行信息业务教育、培训和下行信息业务2.收集

32、和监控业务收集和监控业务数据数据新闻、气象、监测、管线状态新闻、气象、监测、管线状态图像图像图表资料和凝固图像图表资料和凝固图像视频视频高压缩监视图像高压缩监视图像3.双向交互型业务双向交互型业务(星形拓扑星形拓扑)数据数据信用卡核对、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、控制、CAD/CAM、预订系统、资料检索等、预订系统、资料检索等双向交互型业务（点对点）双向交互型业务（点对点）数据数据CPU-CPU、DTE-CPU、LAN互连、电子邮件、用户电报等互连、电子邮件、用户电报等话音话音稀路由话音和应急话音通信稀路由话音和应急话音通信

33、电视电视压缩图像电视会议压缩图像电视会议97国际国际VSAT应用应用二十世纪八十年代中期发展起来的新技术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集团公司专用网的市场典型应用方面包括典型应用方面包括n销售管理销售管理n信贷核查确认信贷核查确认n电子定货电子定货n债务处理债务处理n电子数据交换电子数据交换n 电视会议电视会议n 电视培训及商店广告电视培训及商店广告n 背景音乐背景音乐n 其他信息产业等其他信息产业等98国内国内VSAT应用应用商品零售业、汽车工业及金融服务业占整个商品零售业、汽车

34、工业及金融服务业占整个VSAT市场的市场的75以上，其它行业包括交通运输业、能源以上，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大型企业、专业用户和边远地区纷纷建立VSAT网网络络目前我国已建目前我国已建VSAT系统，除了电信部门的国家公系统，除了电信部门的国家公用用VSAT通信网和部队的军用通信网和部队的军用VSAT通信网之外，在通信网之外，在其他领域的应用主要有：银行、证券、国家专业部其他领域的应用主要有：银行、证券、国家专业部门、零售业、门、零售业、INTERNET接入、企业联网、偏远地接入、企业联网、偏远地区电话、国

35、际区电话、国际VSAT专线等专线等99VSAT 网络结构和组网方案网络结构和组网方案用在用在VSAT网络中的主要结构网络中的主要结构n星型结构星型结构n广播网络广播网络n网状或总节点连接网状或总节点连接1001.网络结构组网方案网络结构组网方案 星型网结构星型网结构 网状网状(或总节点或总节点)网连接网连接 星形和网状网的混合结构连接星形和网状网的混合结构连接 卫星单跳结构卫星单跳结构 远地终端远地终端 卫星卫星VSAT星形网的组成和路径星形网的组成和路径双跳结构双跳结构卫星卫星VSAT网状网的组成和路径网状网的组成和路径单跳结构单跳结构中心站中心站中心站中心站中心站中心站VSATLAN远地终

36、端远地终端卫星或光纤链路卫星或光纤链路卫星链路卫星链路1042.组网方式组网方式 共用网方案共用网方案VSAT系统的共用网方案系统的共用网方案共享共享HUB 1053.VSAT卫星通信网的主要设备卫星通信网的主要设备VSAT系统的主站设备系统的主站设备RF终端终端基带处理部分基带处理部分网管设备网管设备106主站主站VSAT系统典型语音通信主站原理框图系统典型语音通信主站原理框图 1083.VSAT卫星通信网的主要设备卫星通信网的主要设备(2)VSAT系统的小站设备系统的小站设备小口径天线小口径天线室外单元室外单元室内单元室内单元109VSAT站站(又称远端小站又称远端小站)VSAT系统端站系

37、统端站:(a)原理框图原理框图.(b)外形结构外形结构 VSAT系统主站和小站设备框图系统主站和小站设备框图VSAT小站框图小站框图114VSAT系统主站与小站的比较系统主站与小站的比较主站发射功率大于小站主站发射功率大于小站主站的天线尺寸比小站大得多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接口设备完成输入信号和协议的转换115星形星形VSAT网络网络点到多点的单向广播系统。由主站向远端点到多点的单向广播系统。由主站向远端VSAT小站传输数据

38、、图象、新闻电视或商业电视等业小站传输数据、图象、新闻电视或商业电视等业务，而不需要务，而不需要VSAT小站向主站回传业务信息。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，与各点到多点的双向通信网络。以主站为中心，与各个远端个远端VSAT小站构成星形通信网。主站既可以小站构成星形通信网。主站既可以向全网广播公共信息，也可以分别与各个向全网广播公共信息，也可以分别与各个VSAT小站以小站以“单跳单跳”方式建立各自的双向通信业务联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系。并且主站可作为中枢站以“两跳两跳”方式沟通方式沟通任意两个任意两个VSAT小站之间的通信链路。

39、小站之间的通信链路。116星形星形VSAT网络（网络（2）信道分配可以采用预分配方式，也可以采用按需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。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。包的分组交换为基础。117网状网状VSAT网络网络网络不需要主站，各小站之间可以任意建立通信网络不需要主站，各小站之间可以任意建立通信链路。链路。网状网是以话音通信为主的系统，一般采用按需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。分配方式来提高信道的利用率。

40、网状网的信道多址方式可以采用频分多址即单路网状网的信道多址方式可以采用频分多址即单路单载波单载波(SCPC)方式，也可以采用时分多址方式，也可以采用时分多址信道分配为分散式控制。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，任何两站之间的通的情况。在这种网络结构中，任何两站之间的通信不会出现信不会出现“两跳两跳”问题。问题。118网状系统中的传输技术网状系统中的传输技术(1).DAMA/SCPC (2).TDM/SCPC (3).TDMA (4).CDMA 119混合型混合型VSAT网络网络星形网与网状网的混

41、合体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。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，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（集中控设备性能的监控、计费等由主站来完成（集中控制），而各制），而各VSAT站之间的话音业务是直接进行站之间的话音业务是直接进行通信，采用分散控制方式。通信，采用分散控制方式。120VSAT系统与其它电信网络联合组网系统与其它电信网络联合组网利用利用VSAT系统组建卫星广域网系统组建卫星广域网将将VSAT系统接入

42、系统接入ISDN网络网络VSAT系统与地面蜂窝移动通信相结合的组系统与地面蜂窝移动通信相结合的组合通信网络合通信网络国际国际VSAT卫星通信网络卫星通信网络122空间段空间段主要部分是卫星转发器主要部分是卫星转发器n多数是多数是Ku波段波段n也仍然有也仍然有C波段波段n传播条件好传播条件好n受降雨衰减影响小受降雨衰减影响小n可靠性高可靠性高nCDMA多址方式或大天线多址方式或大天线 123 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124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。

43、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。VSAT小型地球站网络小型地球站网络 127卫星多址联接方案 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128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

44、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AA/TDMA的幀格式和分组格式的幀格式和分组格式 130链路传输特性对协议和系统性能的影响 对协议和通信流量的影响n卫星链路一跳延时约260msn 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10-610-7n 光网络信道的误比特率10-9131解决措施协议变换协议变换协议仿真协议仿真误差控制误差控制 ARQ流量控制流量控制分散控制分散控制+集中控制集中控制 132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

45、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。1332.VSAT电话网 采用网状-单跳结构 采用多址方式nSCPC/FDMAnCDMAnTDMA EIRP和G/T要求高134呼叫建立过程呼叫建立过程DAMA方式的VSAT电话网话终拆线过程话终拆线过程136VSAT电话通信系统实例 TES该电路通信网主要特征是该电路通信网主要特征是BP

46、SK或或QPSK调调制。制。TDM，1/2 FEC率卷积编码，维特比率卷积编码，维特比译码。译码。P T=5 50 W，T=80 K。多址方式：多址方式：DAMA/SCPC(SCPC/PSK/FDMA),或或PA/SCPC。137频率分配方案 频率分配方案是频率分配方案是FDMA多址方式，可分多址方式，可分配频带被分成业务信道和控制信道两部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分，信道分配方案绘出如图3-59所示。所示。图图3-59 TES系统的信道频率分配方案系统的信道频率分配方案 139TES系统的原理框图系统的原理框图 TES系统的室外单元由天线中频单元和射系统的室外

47、单元由天线中频单元和射频单元等组成。室内单元由地面接口设备频单元等组成。室内单元由地面接口设备(TIE)语音信道单元语音信道单元(VCU)数据信道单元数据信道单元(DCU)监控信道单元监控信道单元(MCU)和中频分路盘等所组和中频分路盘等所组成，如图成，如图3-603-60所示。所示。图图3-60 小功率小功率TES系统的系统的(a)设备框图设备框图 图图3-60 小功率小功率TES系统系统 (b)结构外形结构外形 图图3-61 (a)TES系统小功率室外单元的原理框图系统小功率室外单元的原理框图 图图3-61 (b)TES系统小功率室外单元的结构外形系统小功率室外单元的结构外形 图图3-62 CONTEL系统的系统的CDMA系统系统1456.8.4 90年代后期年代后期 VSAT网络的发展网络的发展 1.用于用于Internet连接的连接的VSAT网络网络lIPlDVB2.宽带宽带VSAT的工业化的工业化l内向信道内向信道64k512kbpsl外向信道外向信道48M64Mbps