《微波與衛(wèi)星通信》課件第7章

第7章大容量無線通信系統(tǒng)

7.1大容量微波通信系統(tǒng)

7.2衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

7.3VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)

7.1大容量微波通信系統(tǒng)

7.1.1

SDH技術(shù)的應(yīng)用特點

1．傳輸容量大

目前，數(shù)字微波中繼系統(tǒng)的單波道傳輸速率可達(dá)300Mb/s以上，但為了能夠適應(yīng)SDH傳輸速率的要求，可通過采用適當(dāng)?shù)恼{(diào)制方法來提高頻率的利用率?，F(xiàn)在多數(shù)情況下是通過采用多級調(diào)制方法來達(dá)到此目的的。但多級調(diào)制方法對波形形成技術(shù)的要求很高，就目前的技術(shù)手段而言，會使系統(tǒng)的誤碼增加。為保證系統(tǒng)的誤碼性能能夠滿足技術(shù)指標(biāo)的要求，因而需在系統(tǒng)中采用差錯編碼技術(shù)以降低系統(tǒng)的誤碼，從而滿足SDH傳輸速率的要求，提高系統(tǒng)的傳輸容量。

2．通信性能穩(wěn)定

在系統(tǒng)中由于使用了自適應(yīng)均衡、中頻合成和空間分集接收以及交叉極化消除等高新技術(shù)，可進(jìn)一步消除正交碼間干擾及多徑衰落的影響，從而達(dá)到完善系統(tǒng)性能的目的。

3．投資小、建設(shè)周期短

在微波通信中，由于采用無線通信方式，又因為地球曲率的影響，因而要求每隔大約50km左右建立一個微波接力站。而光纜通信則是典型的有線通信方式，敷設(shè)光纜的投資成本大、所需人力多、建設(shè)期長。與之相比，微波系統(tǒng)具有投資少、建設(shè)期短的特點。

4．便于進(jìn)行運行、維護(hù)、管理操作

在SDH幀結(jié)構(gòu)中，為運行、維護(hù)和管理提供了大量的開銷，因而當(dāng)SDH技術(shù)應(yīng)用于微波通信中時，還要加入專用的微波開銷字節(jié)。當(dāng)然，可利用這些開銷進(jìn)行運行、維護(hù)和管理操作以及開展微波公務(wù)路邊業(yè)務(wù)等。

7.1.2主要應(yīng)用技術(shù)

1．多級編碼調(diào)制技術(shù)

根據(jù)ITU－R建議，我國在4～11GHz頻段大都采用的波道間隔為28～30MHz及40MHz。由于SDH的傳輸容量很大，因而要在有限的頻帶內(nèi)傳輸SDH信號，則必須采用更高狀態(tài)（多級）調(diào)制技術(shù)。SDH微波與PDH微波在相同的波道間隔下，所需調(diào)制狀態(tài)數(shù)的區(qū)別如表7－1所示。

表7－1

SDH微波與PDH微波所需調(diào)制狀態(tài)數(shù)的區(qū)別

2．微波幀復(fù)用技術(shù)

在不同的微波通信系統(tǒng)中可以使用不同的微波幀結(jié)構(gòu)，而具體到微波幀結(jié)構(gòu)的選擇又與SDH同步傳輸模塊的速率、所插入的微波幀開銷比特速率以及調(diào)制方式等因素有關(guān)。下面就介紹幾種微波幀結(jié)構(gòu)。

1）STM－1微波幀結(jié)構(gòu)

根據(jù)微波信道的帶寬，STM－1同步傳輸模塊可以采用多級編碼的64QAM或128QAM調(diào)制（MLCM)，或采用128QAM的4維格型編碼調(diào)制（4D－TCM)。但它們的幀結(jié)構(gòu)存在較大的不同，下面就分別加以介紹。

(1）MLCM的幀結(jié)構(gòu)。用于多級編碼64QAM和128QAM的STM－1的微波幀附加開銷如圖7－1所示。

從圖7－1中可以看出，MLCM微波幀結(jié)構(gòu)是在原STM－1幀結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，增加了用于糾錯編碼、微波公務(wù)、旁路業(yè)務(wù)和系統(tǒng)控制的附加微波開銷(RFCOH)，具體內(nèi)容如下:

·MLCM（多級糾錯編碼監(jiān)督位）：用于多級編碼而增加的監(jiān)督碼位，其速率為11.84Mb/s。

·WS（旁路業(yè)務(wù)）：在微波幀結(jié)構(gòu)中共包括用于旁路業(yè)務(wù)的30路的PCM信號，其標(biāo)準(zhǔn)速率為2.048Mb/s。為了能夠與主數(shù)據(jù)系統(tǒng)使用同一時鐘，因而采用正碼速調(diào)整，將2.048Mb/s速率變換為2.24Mb/s，并送入微波復(fù)接電路。

圖7－1

MLCM微波幀附加開銷示意圖

·RSC（微波公務(wù)控制信號）：在微波幀結(jié)構(gòu)中共包括13路用于微波業(yè)務(wù)和控制的信號，因每路傳輸速率為64kb/s，那么13路的總速率應(yīng)為832kb/s。經(jīng)過碼速調(diào)制后，其速率變換為864kb/s。

·ID（路徑識別）：用于區(qū)別不同的微波波道，速率為32kb/s。

·XPIC（正交極化干擾抵消器遠(yuǎn)端復(fù)位）：在SDH微波傳輸條件下，為了提高天線信道的頻譜利用率，因而在同波道上采用了交叉極化頻率再用技術(shù)，這會增加交叉極化波間的干擾。為了減少這種干擾，在系統(tǒng)的遠(yuǎn)端引入了交叉極化干擾抵消器，XPIC比特正是用于完成交叉極化干擾抵消器遠(yuǎn)端復(fù)位功能的，其速率為16kb/s。

除上述開銷外，還有INI(切換命令），F(xiàn)A（幀同步碼），ATPC（自適應(yīng)發(fā)信功率控制）和DMY（空白）比特。微波幀附加開銷共占用243字節(jié)（9行×27列），其數(shù)據(jù)速率為155.52Mb/s，這樣使一個SDH微波幀共包含2673(243+270×9）字節(jié)，其微波傳輸數(shù)據(jù)速率為171.072Mb/s。

在SDH幀結(jié)構(gòu)中，使用了以字節(jié)為基礎(chǔ)的塊狀結(jié)構(gòu)，具有確定的排列次序，而在微波幀結(jié)構(gòu)中卻是以比特為基礎(chǔ)的。如圖7－2所示，它是將每一幀的微波附加開銷和原有STM－1幀數(shù)據(jù)排列組合成一個共6行的方陣復(fù)幀，每行包含3.564kb。每一個復(fù)幀又可分為兩個子幀，其寬度為1.776kb，由148個碼字構(gòu)成，而每個碼字的寬度為12bit，其中包括C1，C2。C1及C2為二級糾錯編碼監(jiān)督位，通常第一級使用卷積碼，第二級使用奇偶校驗碼。在一個復(fù)幀中總共用1480bit作為多級糾錯編碼監(jiān)督位，因而MLCM的速率為11.84Mb/s。在一個復(fù)幀中除上述兩個子幀外，還包括兩個寬度為6bit的幀同步碼字（FS)。

圖7－2微波幀結(jié)構(gòu)

(2）四維網(wǎng)格編碼調(diào)制（4D－TCM）微波幀結(jié)構(gòu)。四維網(wǎng)格編碼調(diào)制的SDH微波幀結(jié)構(gòu)如圖7－3所示。從圖中可以看出，該幀采用塊結(jié)構(gòu)，并且每幀包含6行2208列。與SDH幀結(jié)構(gòu)不同，其每一個單元為1bit。通常人們將一個微波幀分為6個子幀，這樣每個子幀的寬度為368bit。如果以6×46bit為一個碼字，那么每一個子幀將包含8個碼字，其中每個碼字的首列將作為微波幀附加開銷，如圖7-4所示。

圖7－3

4D－TCM微波幀結(jié)構(gòu)

圖7－4微波開銷的用途及插入位置

在第1行和第6行所對應(yīng)的每個碼字（微波附加開銷）中，都標(biāo)示出所插入的微波開銷的用途，未加以標(biāo)示的開銷可作其他用途，而中間的四行則全部用于插入路旁業(yè)務(wù)。

該微波幀的中頻為12kHz，這樣經(jīng)計算可知，一幀中所插入的微波幀附加開銷為6×8×6=288bit，那么附加開銷的傳輸速率將達(dá)到3.456Mb/s（288×12×103b/s）。

2)STM－4微波幀結(jié)構(gòu)

STM－4微波幀結(jié)構(gòu)如圖7－5所示。通常在使用這種結(jié)構(gòu)的微波設(shè)備中，采用512梯形QAM作為其數(shù)字調(diào)制方式。

(1）STM－4幀結(jié)構(gòu)。如圖7－5所示，SDH微波傳輸中的一個STM－4幀是由兩個2×STM－1

的幀結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，并且通過兩個不同的微波信道傳輸。因而人們通常將兩個STM－1幀排列在一個微波復(fù)幀中。

(2）復(fù)幀結(jié)構(gòu)。在一個微波復(fù)幀中，包含了兩個STM－1幀結(jié)構(gòu)，即每行包含540個字節(jié)，共4320bit,為了便于管理，我們通常又將其分為4個子幀。子幀結(jié)構(gòu)如圖7－5(b)所示，每個子幀的每一行包含1120bit,這樣一個復(fù)幀的每一行共包含4480bit，這將比圖7－5(a)中所示的每一行比特數(shù)多出160bit。這些比特可在微波傳輸中用于通道管理、控制所需的開銷（ROH)。其分配如圖7－5（c）所示，每個子幀中每行多包含33bit的前向糾錯監(jiān)督位（FECROH）和7bit的其他開銷。

在圖7－5（c）中詳細(xì)地給出了每一個子幀的結(jié)構(gòu)，可見其中包括了ROH、段開銷、凈負(fù)荷和前向糾錯監(jiān)督位（FECROH)。具體占有比特數(shù)在圖的下部以數(shù)字標(biāo)出，并在圖7－5(d）中指示出7列ROH中的數(shù)據(jù)內(nèi)容，其中RP1,RP2和RP3分別代表微波處理數(shù)據(jù)，如表7－2所示。

圖7－5

STM－4微波幀結(jié)構(gòu)圖7－5STM-4微波幀結(jié)構(gòu)表7－2

RP在各子幀內(nèi)的分配

3．交叉極化干擾抵消（XPIC）技術(shù)

由于SDH微波傳輸容量大，為了能夠提高頻譜利用率，因此在數(shù)字微波系統(tǒng)中除采用多級調(diào)制技術(shù)（64QAM,128QAM或512QAM調(diào)制）外，還采用了雙極化頻率復(fù)用技術(shù)，使單波道數(shù)據(jù)傳輸速率成倍增長。但在微波傳輸中，由于存在多徑衰落現(xiàn)象，會導(dǎo)致交叉極化鑒別率（XPD）下降，從而產(chǎn)生交叉極化干擾。為了抑制交叉極化干擾的影響，因此使用一個交叉極化抵消器。其工作原理如下:首先從與所傳輸信號相正交的干擾信道中取出部分信號，然后經(jīng)過處理，并與所用信道的信號相疊加，從而抵消疊加在有用信號上的正交極化干擾信號。通常上述干擾抵消過程可以在射頻、中頻或基帶上進(jìn)行，因而采用XPIC技術(shù)之后，對干擾的抑制能力可達(dá)15dB左右。

4．自適應(yīng)頻域和時域均衡技術(shù)

在SDH數(shù)字微波通信中，采用了無線通信方式，因而多徑衰落的影響不容忽視。加之系統(tǒng)中采用了多級調(diào)制方式，要達(dá)到ITU－R所規(guī)定的性能指標(biāo)的要求，就必須采用相應(yīng)的措施抑制多徑衰落的影響。在各種抗衰落技術(shù)中，除了分集接收技術(shù)外，最常用的技術(shù)是自適應(yīng)均衡技術(shù)，包括自適應(yīng)頻域均衡技術(shù)和自適應(yīng)時域均衡技術(shù)。

頻域均衡主要是利用中頻通道中所插入的補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)的頻率特性來補(bǔ)償實際信道頻率特性的畸變，從而減少頻率選擇性衰落的影響。時域自適應(yīng)均衡則用于消除各種形式的碼間干擾、正交干擾以及最小相位和非最小相位衰落等。

7.2衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)

7.2.1衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)及其分類

1．衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的組成如圖7－6所示，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)通常包括空間段和地面段兩部分?？臻g段是指衛(wèi)星星座，而地面段是指包括衛(wèi)星測控中心、網(wǎng)絡(luò)操作中心、關(guān)口站和衛(wèi)星移動終端在內(nèi)的地面設(shè)備。

圖7－6衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的基本組成

各部分工作過程如下：

(1)按一定規(guī)則分布的衛(wèi)星構(gòu)成一個衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的衛(wèi)星星座。不同的衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)對組成衛(wèi)星星座的衛(wèi)星數(shù)量、運行軌道等性能有不同的要求。雖然結(jié)構(gòu)各異，但衛(wèi)星星座的作用都是提供地面段各設(shè)備間信號收/發(fā)的轉(zhuǎn)接或交換處理。

(2)衛(wèi)星測控中心完成對衛(wèi)星星座的管理，如修正衛(wèi)星軌道、診斷衛(wèi)星工作故障等，保障衛(wèi)星在預(yù)定的軌道上無故障運行，為可靠通信提供前提。

(3）網(wǎng)絡(luò)操作中心具有管理衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)的功能，如路由選擇表的更新、計費以及各鏈路和節(jié)點工作狀態(tài)的監(jiān)視等。

(4）衛(wèi)星移動終端是一終端設(shè)備，通過該終端設(shè)備，移動用戶可在移動環(huán)境中，如空中、海上及陸地上實現(xiàn)各種通信業(yè)務(wù)。

(5)關(guān)口站一方面負(fù)責(zé)為衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)與地面固定網(wǎng)、地面移動通信網(wǎng)提供接口以實現(xiàn)彼此間的互通，另一方面還負(fù)責(zé)衛(wèi)星移動終端的接入控制工作，從而保證通信的正常運行。衛(wèi)星的關(guān)口站分為歸屬關(guān)口站和本地服務(wù)關(guān)口站。

歸屬關(guān)口站負(fù)責(zé)衛(wèi)星移動終端的注冊登記。任何一個衛(wèi)星移動終端一定歸屬于某一個歸屬關(guān)口站，由此關(guān)口站決定是否該通信終端有權(quán)建立呼叫或使用某項業(yè)務(wù)。

由于衛(wèi)星移動終端具有移動性，因而時常遠(yuǎn)離自己的歸屬關(guān)口站。這樣，我們將遠(yuǎn)離自己歸屬關(guān)口站的衛(wèi)星移動終端附近的關(guān)口站稱為本地服務(wù)關(guān)口站，該關(guān)口站具有為此衛(wèi)星移動終端提供呼叫服務(wù)的功能。

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的使用頻段為0.3～10GHz，此時大氣損耗小。

2．衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的分類

衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的性質(zhì)、用途不同，所采用的技術(shù)手段也不同，因此存在多種分類方法，它們各自反映了衛(wèi)星移動通信的不同側(cè)面。具體分類如下：

(1)按衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)進(jìn)行劃分有海事衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（MMSS)、航空衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（AMSS)和陸地衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（LMSS)。

(2)按衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的衛(wèi)星軌道進(jìn)行劃分有以下三種：

·靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：其系統(tǒng)衛(wèi)星位于地球赤道上空約35786km附近的地球同步軌道上，衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)與地球自轉(zhuǎn)的周期和方向相同。

·中軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：其系統(tǒng)衛(wèi)星距地面5000～15000km。

·低軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：其系統(tǒng)衛(wèi)星距地面500～1500km左右。

(3)按衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的通信覆蓋區(qū)域進(jìn)行劃分有國際衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)、區(qū)域衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)和國內(nèi)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。

3．衛(wèi)星移動通信的特點

衛(wèi)星移動通信是以大氣作為傳輸介質(zhì)的，它與地面的任何通信方式都不同。特別是隨著移動通信的迅速發(fā)展，衛(wèi)星移動通信吸取了傳統(tǒng)衛(wèi)星通信和移動通信的長處，為個人通信的實現(xiàn)提供了一整套完備的方案，其特點如下：

(1）通信距離遠(yuǎn)，具有全球覆蓋能力，能滿足陸地上、海洋中、空中、立體化、全方位的多址通信的需求，從而實現(xiàn)真正意義上的全球通信和個人通信。這是衛(wèi)星移動通信的優(yōu)勢所在。

(2)系統(tǒng)容量大，可提供多種通信業(yè)務(wù)，從而使通信業(yè)務(wù)向多樣化和綜合化方向發(fā)展，滿足用戶多方面的需求。

(3)在使用靜止軌道的同時，也可使用中、低軌道衛(wèi)星，使業(yè)務(wù)性能更優(yōu)良，但在星座設(shè)計和技術(shù)上更為復(fù)雜。

7.2.2衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的傳輸技術(shù)

1.數(shù)字調(diào)制技術(shù)

在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，一般要求調(diào)制解調(diào)技術(shù)有較高的功率利用率和頻帶利用率，此外衛(wèi)星通信信道的非線性，還要求調(diào)制是恒包絡(luò)的調(diào)制。因此，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)主要采用的是功率利用率高的移相鍵控(PSK)調(diào)制及其衍生形式。采用最為廣泛的是四相移相鍵控(QPSK)調(diào)制方式。

2.差錯控制技術(shù)

在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，廣泛采用差錯控制技術(shù)，以提高系統(tǒng)的抗干擾性和衛(wèi)星功率受限情況下的通信容量。常用的方式是在低層協(xié)議中采用循環(huán)冗余校驗(CRC)和前向糾錯(FEC)技術(shù)；在高層協(xié)議中采用分組接收和拒絕系統(tǒng)(導(dǎo)致重發(fā))對數(shù)據(jù)傳輸提供附加的保護(hù)，以防止出現(xiàn)差錯。衛(wèi)星通信普遍使用前向糾錯技術(shù)來對付信號傳輸時延大的問題，同時大量應(yīng)用維特比譯碼來獲得比一般方式更高的編碼增益，完成前向糾錯，提高信道抗干擾能力。

3.多址技術(shù)

多個地球站不論相互距離多么遠(yuǎn)，只要位于同一顆衛(wèi)星天線波束的覆蓋范圍內(nèi)，都可以同時利用這顆衛(wèi)星的信道進(jìn)行雙邊或多邊的通信。多址技術(shù)是指在衛(wèi)星覆蓋區(qū)的多個地球站，通過同一顆衛(wèi)星的中繼建立兩址和多址之間的通信技術(shù)。目前，實用的多址技術(shù)主要有頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)、空分多址(SDMA)、隨機(jī)多址(ALOHA)和預(yù)留隨機(jī)多址(R－ALOHA)。其中空分多址作為衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的特色技術(shù)得以廣泛使用。它利用空間區(qū)域來區(qū)分不同的關(guān)口站，即利用衛(wèi)星天線的多個窄波束的空間指向差異(分別指向不同區(qū)域關(guān)口站)來區(qū)分不同的地球站。這種方式有著明顯的優(yōu)點：衛(wèi)星天線增益高，衛(wèi)星功率可以得到合理有效的利用，不同區(qū)域的地球站所發(fā)信號在空間互不重疊，可以實現(xiàn)頻率重復(fù)使用，從而成倍擴(kuò)大通信容量。

4.均衡技術(shù)和分集技術(shù)

和其他移動通信系統(tǒng)一樣，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)也采用了均衡技術(shù)和分集接收技術(shù)。均衡技術(shù)用以減小碼間干擾，采用自適應(yīng)均衡器來實時跟蹤移動通信信道的時變特性。分集接收技術(shù)則用來改進(jìn)鏈路性能，是抵抗移動通信特有的多徑干擾的一種有效接收技術(shù)，被各種衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)所采用。

7.3

VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)

7.3.1

VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的基本概念

所謂VSAT(VerySmallApertureTeminal）衛(wèi)星通信網(wǎng)，是指利用大量小口徑天線的小型地球站與一個大站協(xié)調(diào)工作構(gòu)成的衛(wèi)星通信網(wǎng)。這是20世紀(jì)80年代發(fā)展起來的一種衛(wèi)星通信網(wǎng)。通常可以通過它進(jìn)行單向或雙向數(shù)據(jù)、語音、圖像及其他通信業(yè)務(wù)，VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)是采用一系列先進(jìn)技術(shù)的結(jié)果。譬如：大規(guī)模／超大規(guī)模集成電路；高增益、低旁瓣小型天線；微機(jī)軟件；數(shù)字信號處理；分組通信；擴(kuò)頻、糾錯編碼；高效、靈活的網(wǎng)絡(luò)控制與管理技術(shù)等等。

由于VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)有許多優(yōu)點，所以它出現(xiàn)后不久，便受到了廣大用戶單位的普遍重視，發(fā)展非常迅速。現(xiàn)在它已成為現(xiàn)代衛(wèi)星通信的一個重要發(fā)展方面。VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的主要優(yōu)點如下：

(1）地球站設(shè)備簡單，體積小，重最輕，造價低，安裝與操作簡便。一般來說，VSAT小站由0.3～2m的天線,2W左右的發(fā)射機(jī)以及不大的終端構(gòu)成。它可以直接安裝在用戶所在的樓頂上、庭院內(nèi)或汽車上等等。因為它可以直接與用戶終端連接，所以不再需要地面線路作引接設(shè)備。

(2)組網(wǎng)靈活方便。由于網(wǎng)絡(luò)部件模塊化，便于調(diào)整網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，易于適應(yīng)用戶業(yè)務(wù)量的變化。

(3）通信質(zhì)量好，可靠性高，適于多種業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)率，且易于向ISDN過渡。

(4)由于它直接面向用戶，特別適合于用戶分散、稀路由和業(yè)務(wù)量小的專用通信網(wǎng)。

VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)可以采用星形、網(wǎng)形或混合網(wǎng)絡(luò)節(jié)構(gòu)。不過，在目前多數(shù)還是采用星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。

目前，VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)使用的頻段為C波段或Ku波段。使用C波段時，電波傳播條件好，特別是受降雨影響小，路徑可靠性較高，而且可以利用地面微波通信的成熟技術(shù)，系統(tǒng)造價也較低。但是，由于它與地面微波通信使用的頻段相似，并且要考慮這兩種系統(tǒng)間的相互干擾問題，功率通量密度不能太大，因此限制了天線尺寸的進(jìn)一步小型化，并且在干擾功率密度較強(qiáng)的大城市選址比較困難。為此，當(dāng)使用C波段時，通常都采用擴(kuò)頻技術(shù)以便降低功率譜密度，減小天線尺寸。相反地，如果使用Ku波段，則有以下一些優(yōu)點：

(1)不存在與地面微波通信線路的相互干擾。

(2)由于允許功率通量密度較高，天線尺寸便可以進(jìn)一步減小。如果天線尺寸相同，Ku波段的天線增益可達(dá)6～10dB。

(3)可以傳輸更高的數(shù)據(jù)速率。

盡管Ku波段的傳播損耗受降雨的影響較大，但由于進(jìn)行衛(wèi)星線路設(shè)計時都留有一定的余量，可用率仍然較高。如果是在多雨和衛(wèi)星波束覆蓋的邊緣地區(qū)，使用口徑稍大一些的天線，便可獲得必要的余量。因此，目前多數(shù)VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)都是工作在Ku波段。在我國，因為受空間資源的限制、目前使用的VSAT網(wǎng)基本上還是工作在C波段。

除了上述幾種基本的VSAT網(wǎng)以外，還有一些其他特點的VSAT網(wǎng)，例如LCET、SO/SAT網(wǎng)等。LCET站與現(xiàn)行SCPC小站的區(qū)別是它采用2CPC，每路載波可以提供2路模擬話音通路，小站還可通過交換局或直接與用戶終端連接。LCET站采用了現(xiàn)有SCPC系統(tǒng)的成熟技術(shù)，如窄帶調(diào)頻、音節(jié)壓擴(kuò)、話控載波以及信道按需分配等。LCET站工作在C波段，使用3m天線。

7.3.2

VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的組成及其工作原理

1．VSAT網(wǎng)的組成

典型的VSAT網(wǎng)由主站（亦稱中心站）、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和許多遠(yuǎn)端VSAT小站組成?？紤]到目前采用星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)較多，故下面主要結(jié)合這種VSAT網(wǎng)進(jìn)行介紹。

1）主站

主站是VSAT網(wǎng)的核心，與普通地球站一樣,它使用大型天線，Ku波段為3.5～8m，C波段為7～13m。主站由高功率放大器、低噪聲放大器、上／下變頻器、調(diào)制/解調(diào)器以及數(shù)據(jù)接口設(shè)備等組成。主站通常與主計算機(jī)配置在一起，也可通過地面線路與主計算機(jī)連接。

主站發(fā)射機(jī)的高功率放大器輸出功率的大小，取決于通信體制、工作頻段、數(shù)據(jù)速率、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器特性、發(fā)射的載波數(shù)以及遠(yuǎn)端接收站G/T值的小大等多種因素，一般為數(shù)十瓦到數(shù)百瓦。

為了對全網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測、控制、管理與維護(hù)，在主站還設(shè)有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與管理中心，對全網(wǎng)運行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控管理，如監(jiān)測小站及主站本身的工作狀況、信道質(zhì)量負(fù)責(zé)信道分配、統(tǒng)計、計費等。由于主站關(guān)系到整個VSAT網(wǎng)的運行，所以它通常配有常用設(shè)備。為了便于重新組合，主站一般都采用模塊結(jié)構(gòu)，設(shè)備之間以高速局域網(wǎng)的方式進(jìn)行互連。

2）小站

小站由小口徑天線、室外單元和室內(nèi)單元三部分組成。室內(nèi)單元和室外單元通過同軸電纜連接。VSAT小站可以采用常用的正饋天線，也可采用增益高、旁瓣小的偏饋天線。室外單元包括GaAs固態(tài)功率放大器、低噪聲FET放大器、上/下變頻器及其監(jiān)測電路等，并把它們組裝在一起作為一個部件，配置在天線饋源附近。室內(nèi)單元包括調(diào)制/解調(diào)器、編/譯碼器和數(shù)據(jù)接口等。

3）衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器

衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器亦稱空間段，目前主要使用C波段或Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器，它的組成及工作原理與一般衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的一樣，只是具體參數(shù)不同而已。

2．VSAT網(wǎng)的工作原理

現(xiàn)以星形網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)為例，介紹VSAT網(wǎng)的工作原理。由于主站發(fā)射的EIRP高，且接收系統(tǒng)的G/T值大，所以網(wǎng)內(nèi)所有的小站都可直接與主站通信。對于小站，則由于它們的天線口徑和G/T值小，EIRP低，若需要在小站間進(jìn)行通信時，必須經(jīng)主站轉(zhuǎn)發(fā)，以“雙跳”方式進(jìn)行。

在星形VSAT網(wǎng)中進(jìn)行多址連接時，可以采用不同的多址協(xié)議，其工作原理也因此有所不同。在這里主要是結(jié)合隨機(jī)接入時分多址（RA/TDMA）方式介紹VSAT網(wǎng)的工作原理。網(wǎng)中任何一個VSAT小站入網(wǎng)傳送數(shù)據(jù)，一般都是以分組方式進(jìn)行傳輸與交換。數(shù)據(jù)報文在發(fā)送以前，先將其劃分成若干個數(shù)據(jù)段，并加入同步碼、地址碼、控制碼、起始標(biāo)志以及終止標(biāo)志等，這樣便構(gòu)成了通常所說的數(shù)據(jù)分組。到了接收端再將各分組按原來“打包”時的順序，將數(shù)據(jù)分組組裝起來，恢復(fù)出原來的數(shù)據(jù)報文。

在VSAT網(wǎng)內(nèi)，由主站通過衛(wèi)星向遠(yuǎn)端小站發(fā)送數(shù)據(jù)通常稱為外向傳輸，由各小站向主站發(fā)送數(shù)據(jù)稱為內(nèi)向傳輸。

1）外向傳輸

由主站向各遠(yuǎn)端小站的外向傳輸，通常采用時分復(fù)用或統(tǒng)計時分復(fù)方式。首先，由計算機(jī)將發(fā)送的數(shù)據(jù)進(jìn)行分組并構(gòu)成TDM幀，以廣播方式向網(wǎng)內(nèi)所有小站發(fā)送，而網(wǎng)內(nèi)某小站收到TDM幀以后，根據(jù)地址碼從中選出發(fā)給本小站的數(shù)據(jù)。根據(jù)一定的尋址方案，一個報文可以只發(fā)給一個指定的小站，也可以發(fā)給一群指定的小站或所有的小站。為了使各小站可靠地同步，數(shù)據(jù)分組中的同步碼特性應(yīng)能保證VSAT小站在未加糾錯碼和誤比特率達(dá)到10-3時仍能可靠地同步。而且主站還應(yīng)向網(wǎng)內(nèi)所有地面終端提供TDMA幀的起始信息，TDM幀結(jié)構(gòu)如圖7－7所示。當(dāng)主站不發(fā)送數(shù)據(jù)分組時，則只發(fā)送同步分組。

圖7－7

VSAT網(wǎng)外向傳輸?shù)腡DM幀結(jié)構(gòu)

2）內(nèi)向傳輸

在RA/TDMA方式的VSAT網(wǎng)中，各小站用戶終端一般采用隨機(jī)突發(fā)方式發(fā)送數(shù)據(jù)。根據(jù)衛(wèi)星信道共享的多址協(xié)議，網(wǎng)內(nèi)可同時容納許多小站。當(dāng)遠(yuǎn)端小站通過具有一定延時的衛(wèi)星信道向主站傳送數(shù)據(jù)分組時，由于VSAT小站受EIRP和G/T值的限制，一般收不到自己所發(fā)的數(shù)據(jù)信號，因而小站不能采用自發(fā)自收的方法監(jiān)視本站數(shù)據(jù)傳輸?shù)那闆r。如果是爭用信道，則必須采用肯定應(yīng)答（ACK）方式。也就是說，當(dāng)主站成功地收到小站數(shù)據(jù)分組后，需要通過TDM信道回傳一個ACK信號，表示已成功地收到了小站所發(fā)的數(shù)據(jù)分組。相反地，如果由于分組發(fā)生碰撞或信道產(chǎn)生誤碼，以致使小站收不到ACK信號時，則小站需要重新發(fā)送這一數(shù)據(jù)分組。

RA/TDMA是一種爭用信道，例如S－ALOHA方式就屬于這一種。各小站可以利用爭用協(xié)議，共享衛(wèi)星信道。根據(jù)S－ALORA方式的工作原理與協(xié)議，各小站只能在時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)分組，而不能超越時隙界限。換句話說，數(shù)據(jù)分組長度可以改變，但最大長度不允許超過一個時隙的長度。在一幀內(nèi)，時隙的多少和它的長短，可以利用軟件程序根據(jù)應(yīng)用情況進(jìn)行確定。T