VSAT卫星通信系统.doc

.VSAT卫星通信系统姓名：刘涛 班级：通信四班 学号：20122211VSAT 是 Very Small Aperture Terminal 的缩字，直译为甚小口径卫星终端站。所以也称为卫星小数据站（小站）或个人地球站（PES），这里的“小”字指的是VSAT卫星通信系统中小站设备的天线口径小，通常为0.3-1.4M。VSAT系统具有灵活性强，可靠性高，成本低，使用方便以及小站可直接装在用户端等特点。VSAT系统由一个主站及众多分散设置在各个用户所在地的远端VSAT组成，可不借助任何地面线路，不受地形、距离和地面通信条件限制，主站和VSAT间可直接进行高达2Mbps的数据通信。特别适用于有较大信息量和所辖边远分支机构较多的部门使用。VSAT系统可提供电话、传真、计算机信息等多种通信业务。该系统由288颗近地轨道构成，每颗星上由路由器通过光通信与相邻卫星连接构成空中互联网。地面服务商接入网关站（双向64Mbps）和一般移动用户（下行64Mbps，上行2Mbps）直接与卫星连接接入。1 按VSAT所承担主要业务的不同可分成两大类：一类是以数据为主的小型数据地球站（PES，Personal Earth Station）；另一类是以话务为主、数据兼容的小型电话地球站（TES，Telephone Earth Station）。VSAT由于应用了大规模集成电路、数字信号处理和微处理器等新技术，因而具有成本低、体积小、智能化、高可靠、信道利用率高和安装维护方便等特点，特别适用于缺乏现代通信手段、业务量小的专用卫星通信网。自VSAT问世以来，立即得到各国的重视，至80年代中期获得广泛应用，成为卫星通信中的热门领域之一。因此，将简要地介绍VSAT通信系统。（一）系统的组成VSAT系统由通信卫星转发器、天线口径较大的主站（中枢站）和众多甚小天线口径的小站组成。VSAT网中的空间通信由Ku频段（1114GHz）或C频段（46 GHz）的卫星转发器提供的。主站通常有主、备用两份设备，天线口径在3.511米之间。VSAT网小站（终端）除天线以外其它设备与主站的类似。终端通过设备之间的电缆，将室内单元连接到射频单元。射频单元与天线一起设置在室外，以提供频率变换等功能及收信机功能等。室外单元的射频设备包括：天线、低噪声放大器（LNA）、上下变频器、固态放大器（SSPA）。SSPA的一般输出功率为5W、l0W、30W不等。为减少信号功率的损耗和引入的噪声，一般都将SSPA、LNA 和上、下变频器直接安装在天线后面，并由室内经电缆供电。因室外工作环境恶劣，室外设备既要密封（为了防雨防潮），又要能承受温度的大范围变化，因此，对室外单元各个部件的要求极高。中频及基带部分属于室内单元，它们主要包括：调制解调器、前向纠错编译码器以及其它基带设备等，其具体组成根据业务类型不同而略有不同。从中枢站（主站）到VSAT小站的信道叫出境路由，系统中所有小站都有相同的出境路由。从VSAT小站到中枢站（主站）的信道称为入境路由，由于VSAT小站天线小、功率低，因此入境路由的速率要低于出境路由的速率。VSAT网络从传输方向上可分为2种：单向VSAT网络和双向VSAT网络；从传输方式上可分为4种：点对点、点对多点广播式、多点对点搜集式和点对多点的多边通信网络；基于网络功能特点VSAT网络可分为4种：数据交换、电路交换、视频音频数据分布网络和微型终端网络；从网络拓扑结构上可分为2种：星形拓扑结构和网状拓扑结构。（二）VSAT的接入方式（多址方式）接入方式是决定VSAT性能的关键要素之，同时也决定着系统的工作量和总延时，早期VSAT无例外地采用了频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）等多址方式。随着技术的进步，分组数据传输的大规模地兴起，VSAT系统又增添了不少新型多址连接方式，例如随机多址连接（RA）和按需分配的多址方式（DAMA）等。当然，在VSAT系统中，不同的网络拓扑结构，不同的传输链路，其接入方式也是不同的。下面就介绍5种常用的接入方式：1. TDM/FDMA（时分复用频分多址）方式这种方式通常用于星型网络中心站的出站链路，采用连续的TDM载波，典型的信息速率为：57.6、153.6、256和512kbps。在一个VSAT网络中，如果不能满足业务量要求，则可增加多个TDM 出站载波，即TDM/FDMA载波，每个TDM载波对应一群VSAT站。2. SCPC/FDMA（每载波单信道频分多址）方式这种方式通常用于各远程VSAT站向中心站发送数据的入站链路，每个VSAT站占用一个载波，这种方式典型的信息速率为：1.2、2.4、4.8、9.6kbps，其优点是线路延时小、线路专用；缺点是线路利用率低，灵活性差。它适用于业务量固定且平稳的VSAT网。3. TDMA时分多址方式传统的TDMA方式是根据网络内站数的多少，给每个站划分一个固定时隙，而在VSAT网络中，它们与传统的TDMA方式有很大差异，比较典型的有：(1)S-ALOHA（时隙ALOHA）方式ALOHA和S-ALOHA均指随机争用卫星信道方式。ALOHA是纯随机方式，既没有预约也没有分配时隙，主要用于突发数据通信，发送短文等。S-ALOHA是时隙ALOHA方式，为普通使用的方式，与ALOHA相比，减少了碰撞概率，提高了传输率，这种方式常用于低业务突发通信且VSAT站数目的网络。(2)R-ALOHA（预约ALOHA）方式这是方式是在ALOHA信道上开一个预约时隙，对较长的分组采用预约方式来传输数据，对较短的数据则采用随机方式。在这种接入方式中，当VSAT站有数据要发送到中心站时，需发送一个申请给中心站的按需分配处理器，并表明需要发送的通信量，中心站把定量的TDMA时隙分配给相应的VSAT站。当有多个VSAT站同时向中心站发出申请时，则需排队等侯。这种方式可用于数据量变化较大的用户。(3) Stream（数据流）方式这种方式主要用于传输较长的连续数据，如大数据文件、话音及视频电话等。(4)AA-TDMA （自适应时隙分配）方式这是一种自适应调整TDMA方式。每个远程VSAT站按需使用时隙，并根据通信量的大小调整时隙的宽度。也可根据用户的业务情况，自动变换接入方式，如ALOHA、Stream和R-ALOHA。4.CDMA（码分多址）方式这种方式根据需要采用适当位数的扩频编码，不同的VSAT站采用不同的地址码。当中心站与若干个（如N个）VSAT站通信时，将所要传输的N个信号用指定的N种不同的伪随机码进行扩频调制，同时使用同一种出站载波频率传给N个VSAT站，只要各个VSAT站的接收机使用各自规定的伪随机码来解调，它们便可分别接收到相应的原始信号。这种通信方式具有抗窄带干扰能力及保密通信的能力。5.DAMA（按需分配多址）方式在路由较少环境中，采用保SCPC、传统的FDMA这样的固定分配方式是对空间段资源的浪费，为提高效率，可以使用DAMA技术。这可以在每呼叫（call by call）基础上建立卫星链路，大量的VSAT站按需享用卫星容量，以较好利用空间段资源。当DAMA技术用于FDMA网络时就被称为DAFDMA方式；用于TDMA网络中时就被称为DATDMA方式，或称为SCPCDAMA方式。（三）VSAT主要类型和特点目前已经开发出了4种类型的VSAT系统，这里简要的介绍它们的主要类型和特点。1.主要类型(1)非扩展频谱VSAT，这种类型的VSAT工作于Ku频段，具有高速度和双向的通信特点，采用无扩频相移键控调制技术和自适应带宽接入协议；(2)采用扩展频谱的VSAT，这种类型的VSAT工作于C频段，可提供单向或双向数据通信业务；(3)扩展频谱超小口径终端（USAT），它的天线口径通常为0.30.5米，是目前最小的双向数据通信地球站。(4)T型小口径终端（TSAT），这种类型的终端可以传输点对点双向综合数据、图像和话音，能与ISDN接口不需要主站就可以构成网状结构，是一种较高级的VSAT，TSAT系统一般采用2.4米口径天线，目前，有报道说可以采用口径更小的天线。TSAT系统通过Ku频段和C频段的卫星转发器工作，安装简便，网路结构容易改变，适合于多种应用场合。2.VSAT的特点(1)VSAT网主要用于传输实时数据业务，信道响应时间十分重要，它对信号质量和网络利用率影响很大。因此，信道响应时间就成为VSAT的网络资源之一。在一般情况下，较大的业务量和较快的信道响应时间将占用较多的网络资源；(2)从VSAT系统的业务性能分析，在整个系统中，参与组网的VSAT小站数目越多，网络的利用率就越高，这时每个小站所承担的费用也就越小。在一般情况下，组网小站数应为2005000个较为合理；(3)中枢站至小站采用广播式的传输方式，向全网发布信息。各小站按照一定的协议选取本站要接收的信息。因此，在系统设计时，为了保障出站链的数据高传输速率，以充分提高卫星转发器的利用率，中枢站天线口径选得较大；(4)通常小站至中枢站的业务量小，在系统设计时对于中枢站链路，应当优先考虑VSAT小站的高频功率放大器（HPA）的利用率。其多址接入规程大多采用SSMA或TDMA方式，以尽可能地缩小天线口径，降低高频功率放大器的输出功率；(5)VSAT站主要采用软件管理，易于控制。一般天线口径较小，G/T小于19.6dB/K，设备结构紧凑，全固体化，功耗小，环境条件要求不高，VSA