衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸體制

1、衛(wèi)星通信基本知識(shí)衛(wèi)星通信基本知識(shí)衛(wèi)星通信系統(tǒng)傳輸體制分析與比較 目錄目錄一、前言一、前言二、衛(wèi)星通信體制基本概念二、衛(wèi)星通信體制基本概念三、衛(wèi)星通信多址方式三、衛(wèi)星通信多址方式四、衛(wèi)星通信多址方式的類(lèi)別四、衛(wèi)星通信多址方式的類(lèi)別五、常用的衛(wèi)星通信體制五、常用的衛(wèi)星通信體制六、傳輸體制特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)六、傳輸體制特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)一、前言在衛(wèi)星通信傳輸體制中，由于數(shù)據(jù)VSAT網(wǎng)是個(gè)不對(duì)稱(chēng)網(wǎng)，上行和下行傳輸應(yīng)選擇不同的體制，主要考慮的原則是： l上行傳輸：-主站發(fā)射信息量大，因此轉(zhuǎn)發(fā)器的頻帶和功率利用率必須很高；-小站接收信息量小，要求的設(shè)備盡可能簡(jiǎn)單。 l下行傳輸： -小站發(fā)射信息量小，要充分利用小站的發(fā)

2、射功率，盡量降低其發(fā)射功率，以使小站實(shí)用、經(jīng)濟(jì)； -主站接收來(lái)自多個(gè)小站的突發(fā)性業(yè)務(wù)，要求其信道解調(diào)設(shè)備能在足夠短的時(shí)間內(nèi)獲得載波同步及位定時(shí)同步。 對(duì)于數(shù)據(jù)VSAT網(wǎng)來(lái)說(shuō)，不同的產(chǎn)品、不同的系統(tǒng)主要表現(xiàn)在采用不同的上/下行信道多址方式。 二、衛(wèi)星通信體制基本概念在數(shù)據(jù)VSAT網(wǎng)中上行信道的基帶復(fù)用一般采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用的TDM方式，而下行信道一般采用分組復(fù)用方式。目前，衛(wèi)星系統(tǒng)的上行信道一般采用的方式有：lTDM方式，功率和頻帶利用率最高，TDM方式有一些區(qū)別如：采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用，采用擴(kuò)頻技術(shù)；lDVB方式，主要用于需要高速率（10M以上）上行信道時(shí)使用。上行信道的多址訪問(wèn)是通過(guò)幀格式中的地址域來(lái)完成

3、的，一般討論的衛(wèi)星體制主要是對(duì)上行信道回傳方式的體制問(wèn)題，即衛(wèi)星通信多址連接方式。 三、衛(wèi)星通信多址方式對(duì)于下行信道可采用固定分配、按申請(qǐng)分配和隨機(jī)爭(zhēng)用（指ALOHA一類(lèi)）等幾種多址訪問(wèn)方式； 多址方式是無(wú)線通信特有的術(shù)語(yǔ)。相對(duì)于有線通信使用各種電纜或者光纜作為傳輸介質(zhì)而言，無(wú)線通信使用的是電磁波作為其傳輸信號(hào)的載體。由于電磁波傳輸是在一個(gè)開(kāi)放的空間中進(jìn)行的，無(wú)法象有線通信一樣通過(guò)介質(zhì)隔離信道，尤其由于衛(wèi)星信道使用費(fèi)用相當(dāng)昂貴的原因，造成衛(wèi)星通信網(wǎng)中的登記用戶(hù)數(shù)常常遠(yuǎn)大于同一時(shí)刻實(shí)際請(qǐng)求服務(wù)的用戶(hù)數(shù)的現(xiàn)狀，因此，利用多址方式區(qū)別各小站下行信道的標(biāo)示，以確實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星信道的介質(zhì)隔離。三、衛(wèi)星通信多址

4、方式多址技術(shù)要解決問(wèn)題是：l將有限的通信資源在多個(gè)用戶(hù)之間進(jìn)行有效的切割與分配；l在保證多用戶(hù)之間通信質(zhì)量的同時(shí)盡可能地降低系統(tǒng)的復(fù)雜度并獲得較高系統(tǒng)容量；l通過(guò)對(duì)多維無(wú)線信號(hào)空間的劃分，實(shí)現(xiàn)通信資源的切割與分配；l不同的維（時(shí)域、頻域和空域）的 不同劃分就對(duì)應(yīng)著不同的多址技術(shù)。多址方式所要完成的任務(wù)：將信號(hào)空間劃分，使得各用戶(hù)的無(wú)線信號(hào)之間在所劃分的維上達(dá)到正交，用戶(hù)共享有限的通信資源而不相互干擾。具體到衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，在同一顆通信衛(wèi)星覆蓋的區(qū)域里，地面站是通過(guò)通信衛(wèi)星的中繼與其他地面站進(jìn)行通信的，這個(gè)過(guò)程需要地面站分別與通信衛(wèi)星建立連接。那么，如何在各個(gè)地面站不相互干擾的情況下，識(shí)別接收到

5、的信號(hào)是誰(shuí)發(fā)的，又是發(fā)給誰(shuí)的，所有用戶(hù)如何合理的利用系統(tǒng)公用信道等等。四、衛(wèi)星通信多址方式的類(lèi)別我們可以把多址方式理解為衛(wèi)星通信在鏈路層的協(xié)議。多址方式分為以下幾大類(lèi)：lALOHA方式：隨機(jī)征用方式lFDMA方式：頻分多址方式lTDMA方式：時(shí)分多址方式lCDMA方式：碼分多址方式4.1 多址方式-ALOHA方式ALOHA方式又有純ALOHA（P-ALOHA）以及時(shí)隙ALOHA、選擇拒絕ALOHA等幾種變種；P-ALOHA是最早出現(xiàn)的多址方式，純ALOHA又叫異步ALOHA，各站使用共享信道是通過(guò)爭(zhēng)用的方式實(shí)現(xiàn)的，其信道不設(shè)置時(shí)隙，也沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)同步信號(hào)，各個(gè)端站可以隨時(shí)向信道發(fā)送信息；當(dāng)發(fā)生碰撞

6、時(shí)，解決的辦法是隨機(jī)的延遲重發(fā)受碰撞的分組數(shù)據(jù)，如下圖所示：站1站2tt沖突重發(fā)沖突重發(fā)4.2 多址方式-FDMA方式FDMA頻分多址方式是：各站在工作的時(shí)候分配一個(gè)固定的，頻率位置、帶寬不變載波，載波頻率不同，以此確定各站的發(fā)射和接收頻譜；各站利用基帶的頻分多路復(fù)用或時(shí)分多路復(fù)用將發(fā)往不同站的信號(hào)安排在不同的群路上，以識(shí)別并取出發(fā)到該站的信號(hào)；復(fù)用后的信號(hào)調(diào)制到分配給該站的載波上發(fā)往衛(wèi)星；各站接收衛(wèi)星信號(hào)，解調(diào)后各站由濾波器取出只屬于本站應(yīng)收的基群，便完成了兩站的信號(hào)傳送。4.2 多址方式-FDMA方式FDMA可分為單址載波方式和多址載波方式。單址載波方式是指一個(gè)載波僅包含發(fā)給一個(gè)地球站的信

7、號(hào)。一個(gè)地球站同多個(gè)地球站通信時(shí)則發(fā)多個(gè)載波，即為SCPC單路單載波方式；多址載波方式是指一個(gè)地球站只發(fā)一個(gè)載波，利用基帶中的頻分多路復(fù)用或時(shí)分多路復(fù)用區(qū)分將發(fā)往不同地球站的信號(hào)。單址載波改變線路容量比較容易，而地球站數(shù)量較多的頻分多址衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，多址載波可以減少轉(zhuǎn)發(fā)器上載波的個(gè)數(shù)，從而降低互調(diào)對(duì)系統(tǒng)的影響。下圖是頻分多址的兩種載波方式系統(tǒng)示意圖：4.2.1 FDMA-單址載波4.2.1 FDMA-多址載波4.3 多址方式-TDMA方式TDMA時(shí)分多址：各端站共享一個(gè)大的載波，將載波按時(shí)間分配給各端站使用，也即每個(gè)端站在同一帶寬以同一頻率按時(shí)間的先后順序發(fā)送自己的載波脈沖串。衛(wèi)星鏈路的容量

8、等于單位時(shí)間內(nèi)發(fā)送的比特?cái)?shù)TDMA方式中，如果某端站想獲得與采用FDMA相同的射頻鏈路容量，則該站必須發(fā)送較高的比特率。而載波所需功率與其比特率成正比，再考慮到端站突發(fā)之間的保護(hù)時(shí)隙，對(duì)端站的功放而言，TDMA方式要比FDMA方式所需的功率大很多。4.3.1 TDMA/DAMA/FH方式純TDMA方式要求的大功率阻礙了技術(shù)的應(yīng)用，為降低TDMA方式所需的功率，加入了DAMA以及跳頻FH(Frequency Hopping)技術(shù)：lDAMA技術(shù)：端站的分配時(shí)隙按業(yè)務(wù)量的大小改變；lFH技術(shù)：將大載波分成幾個(gè)小載波，必要可變換不同載波工作。多載波TDMA/DAMA/FH方式避免了使用大的TDMA載

9、波，降低了小站發(fā)射功率和成本，但引入了衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和端站功放的多載波功率回退問(wèn)題，所以必須在設(shè)計(jì)時(shí)找到一個(gè)最佳的折衷點(diǎn)。下圖為T(mén)DMA方式示意圖：4.3.2 TDMA方式示意圖4.4 多址方式-CDMA方式CDMA碼分多址：各端站使用不通的識(shí)別碼實(shí)現(xiàn)站點(diǎn)之間業(yè)務(wù)信息傳輸區(qū)別；CDMA方式結(jié)合擴(kuò)頻技術(shù)，可有效的增加信號(hào)識(shí)別率（解調(diào)門(mén)限值），提高信息傳輸?shù)目垢蓴_能力，降低了站點(diǎn)發(fā)射功率需求，同時(shí)也造成了衛(wèi)星頻帶占用的增加。目前來(lái)說(shuō)，CDMA方式主要為各國(guó)軍方使用，民用系統(tǒng)還沒(méi)有采用此種方式的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。五、常用的衛(wèi)星通信體制目前國(guó)際上主流的VSAT系統(tǒng)傳輸體制有以下幾種：lTDM（DVB）/TDM

10、A；lTDM/SCPC/DAMA；lMF-TDMA；lDVB-S25.1 TDM（DVB）/TDMA傳輸體制TDM（DVB）/TDMA系統(tǒng)為典型的星狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng):出境信道為T(mén)DM或DVB載波，入境信道為T(mén)DMA載波；5.2 TDM/SCPC/DAMA傳輸體制TDM/SCPC/DAMA系統(tǒng)為系統(tǒng),可組成星狀、網(wǎng)狀網(wǎng):主站出向?yàn)門(mén)DM廣播信道，小站回傳為頻率DAMA池，根據(jù)小站業(yè)務(wù)需求，主站分配頻率，小站在DAMA池內(nèi)指定頻點(diǎn)上發(fā)射載波。5.3 MF-TDMA傳輸體制 MF-TDMA體制又稱(chēng)純TMDA體制，典型網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)，同組各站均發(fā)射相同帶寬衛(wèi)星載波，同時(shí)接受此載波，實(shí)現(xiàn)站與站之間雙跳連接。多業(yè)務(wù)

11、情況下，以跳頻方式實(shí)現(xiàn)業(yè)務(wù)大帶寬需求。六、傳輸體制特點(diǎn)及優(yōu)缺點(diǎn)根據(jù)不同的用戶(hù)需求的不同，選擇適合體制衛(wèi)星通信系統(tǒng)：lTDM/TDMA：初期投資較大、業(yè)務(wù)靈活、帶寬利用率較高、運(yùn)營(yíng)成本一般，擴(kuò)容成本較低；lDVB/TDMA：初期投資最大，最高速率出向載波最高，適合高出境低回傳不對(duì)稱(chēng)業(yè)務(wù)，初期投資最高，擴(kuò)容成本較低，運(yùn)營(yíng)成本最高；lTDM/SCPC/DAMA：初期投資較低，業(yè)務(wù)靈活，帶寬利用率高，運(yùn)營(yíng)成本低，擴(kuò)容成本較低；lMF-TDMA：小網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)中，建設(shè)成本低，業(yè)務(wù)靈活，帶寬利用率一般、運(yùn)營(yíng)成本較低，擴(kuò)容成本最高；lDVB-S2：新的傳輸體制，雙向DVB載波，建設(shè)成本高，終端設(shè)備昂貴，運(yùn)營(yíng)成本

12、最高；6.1 TDM（DVB）/TDMA傳輸體制TDM/TDMA系統(tǒng)為典型的星狀網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),可以分為兩種:一是以休斯PES和Gilat的SkyBlaster為代表的低速TDM/TDMA（Aloha）系統(tǒng)，主要特點(diǎn)是出/入境速率較低，僅為幾百Kbps，而且該體制系統(tǒng)產(chǎn)品也僅能支持星狀網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用，已不能滿足當(dāng)前市場(chǎng)的需求，逐漸退出市場(chǎng)；二是以ViaSat的Linkstar、iDrecit、休斯的Directway7000以及Gilat的SkyEdge系統(tǒng)為代表的新一代的TDM（DVB）/TDMA系統(tǒng)。新一代的系統(tǒng)具有出入境速率高（出境2Mbps45Mbps，入境最高24Mbps），支持星狀網(wǎng)絡(luò)。6.1

13、TDM（DVB）/TDMA傳輸體制（續(xù)）出境載波使用帶寬不靈活，采用DVB出向信道的話最小必須占用2M以上帶寬；TDM/TDMA體制只支持星狀網(wǎng)絡(luò)，遠(yuǎn)端小站的業(yè)務(wù)通信只能通過(guò)主站轉(zhuǎn)發(fā)，網(wǎng)絡(luò)靈活度差；遠(yuǎn)端小站目前最高只支持4M回傳速率，不利于用戶(hù)需要的大數(shù)據(jù)視頻傳輸；TDM(DVB)/TDMA傳輸體制由于共享載波，時(shí)分爭(zhēng)用信道，所以建鏈時(shí)間長(zhǎng)、傳輸時(shí)延大。典型的TCP傳輸時(shí)延在衛(wèi)星“單跳”連接時(shí)，信道時(shí)延一般為750毫秒，在衛(wèi)星“雙跳”的情況下，傳輸時(shí)延可達(dá)1500毫秒，不能滿足實(shí)時(shí)要求性高的信息傳輸要求。6.2 TDM/SCPC/DAMA傳輸體制TDM/SCPC/DAMA體制具有體制簡(jiǎn)單、理解

14、容易、便于安裝使用等特點(diǎn)。目前最新的SCPC系統(tǒng)由于采用新的網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，而且集成最新的調(diào)制、解調(diào)、IP等技術(shù)，也發(fā)展成為帶寬利用率高、網(wǎng)絡(luò)支持能力強(qiáng)、系統(tǒng)配置簡(jiǎn)單、終端價(jià)格低的高性?xún)r(jià)比產(chǎn)品:l支持星狀、網(wǎng)狀、樹(shù)狀和混合狀網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?，可以支持中心站和多?jí)節(jié)點(diǎn)站網(wǎng)狀連接；l帶寬使用的靈活，根據(jù)用戶(hù)的需求，可以使用非常少的帶寬（幾百KHz）就可以使系統(tǒng)處于正常運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài),同時(shí)可以迅速轉(zhuǎn)換到高速傳輸狀態(tài)；l遠(yuǎn)端小站支持最高為5-8M的回傳速率；6.3 MF-TDMA傳輸體制 MF-TDMA體制是一個(gè)較為復(fù)雜的技術(shù)體制，但經(jīng)過(guò)近十年的應(yīng)用和完善，在VSAT系統(tǒng)中已成為一個(gè)成熟和可靠的系統(tǒng)體制，可以在一個(gè)衛(wèi)星平臺(tái)實(shí)現(xiàn)綜合實(shí)現(xiàn)高速同步/異步數(shù)據(jù)、話音、視頻會(huì)議、多協(xié)議數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)的全網(wǎng)狀應(yīng)用;具有支持混合網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、支持多種業(yè)務(wù)傳輸、設(shè)備配置簡(jiǎn)單、接口豐富、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn);傳統(tǒng)的MF-TDMA系統(tǒng)對(duì)IP協(xié)議支持較弱，與目前地面網(wǎng)絡(luò)普遍使用的TC