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FDMA卫星通信网络系统 目录 FDMA系统概述系统工作原理及流程中心站组成及配置外围站组成及配置卫星调制解调器与TDMA比较及主要优缺点 1 系统概述 系统结构 从系统组成方面 包括中心站 通信卫星 外围站 从通信信道方面 包括TDM信道 ALOHA信道 业务信道 TDM信道 中心站发送 外围站接收 传输广播信息 网管命令 业务数据 ALOHA信道 外围站发送 中心站接收 传输网管命令 业务信道 中心站和外围站收发 传输业务数据 1 系统概述 系统结构 中心站包含网络管理系统 进行集中型网络和带宽管理 系统对外提供L频段中频接口 范围为950MHz 1450MHz 支持C Ku Ka频段同步卫星 可以组成星状 网状 混合型拓扑结构 对外提供标准网络接口 基于IP网络结构 固定站 便携站 动中通等多种站型 1 系统概述 技术指标 采用FDMA DAMA通信体制 支持4 8kbps 4096kbps通信能力 支持扩展 动态SCPC网络连接 自动建链 拆链 参数同步 自适应主叫 动态按需分配实际带宽 外围站识别 中心注册 ID认证 网络容量由可用带宽决定 1 系统概述 技术指标 TDM通信速率 9 6kbps 1024kbps 连续可设 TDM通信体制 BPSK 卷积码 TDM解调门限 Eb n0 6 2dB 1 2 ALOHA通信速率 9 6kbps 38 4kbps 连续可设 ALOHA通信体制 BPSK 卷积码 ALOHA突发捕获时间 60ms业务通信速率 4 8kbps 4096kbps 连续可设 业务通信体制 QPSK LDPC BCH 业务解调门限 3 0dB 1 2 1 系统概述 主要功能 提供网络配置 状态监控 业务通信 记录查询 故障诊断和性能分析等功能 具有两个外围站之间单跳通信功能及多个外围站之间的双跳广播通信功能 具有中心站和多个外围站星状集中通信功能 具有IP数据包压缩功能 提高带宽的利用率 具有上行功率自动控制功能 具有卫星频率自动校准功能 具有3xDes业务数据加密功能 1 系统概述 技术特点 带宽资源按需分配 自动管理调度 提高卫星资源的利用率 动态SCPC网络连接 减少延时和抖动 满足点对点的应用 支持星状 网状 混合拓扑结构 满足不同的应用需求 业务通信一跳实现 传输时延小 实时性强 IP数据压缩 有效减少空间数据流量 提高带宽的利用率 自动功率控制和自动校频功能 保证网络的稳定性和可靠性 自动化操作 参数自动匹配 无需人工操作 1 系统概述 应用类型 局域网互联 两个处于不同城市之间的局域网建立远程局域网连接 文件传输 从一个外围站向另外一个外围站发送数据文件 IP音视频 将外围站采集到的IP音视频传回到数据监管中心 VoIP语音 在两个外围站之间建立VoIP语音通信 数据广播 多个外围站之间的UDP组播 PSTN及相关应用 Internet及其应用 1 系统概述 应用方向 应用于地形复杂 不便架线和人烟稀少的边远地区 提供网络互联 数据传输 Internet等应用 直接装备到每个士兵 方便地开展任何两地话音 数据业务 用于军事有重要的意义 应用于每个哨所 对加强联系 指挥调度 快速通信有很大的好处 尤其在那些高山地带的单独哨所更实用 装载到武器装备发射平台 建立发射平台与上级指挥所之间的专用卫星通信链路 实现机动中的业务通信 提供应急通信 宽带多媒体等相关应用 2 工作原理 网络管理 FDMA卫星通信网络管理由一个TDM出向载波和一个或多个ALOHA入向载波实现 在中心站和外围站之间传输网管控制信息 所有外围站共用ALOHA入向载波 存在一定的碰撞概率 系统采用2秒超时重发和随机避让相结合的方式 减少ALOHA碰撞发生概率 提高ALOHA发送成功率 也可通过配置多台ALOHA信道机来减少碰撞发生概率 外围站开机启动 接收并锁定TDM载波后 通过ALOHA载波向中心站发送入网请求 加入网络 外围站需要进行数据传输时 通过ALOHA载波向中心站发送通信请求 中心站根据通信速率计算带宽需求 进行信道分配 参数同步 在通信的外围站之间建立SCPC通信链路 外围站之间通过SCPC通信链路进行实际业务数据传输 业务数据传输完成后 SCPC通信链路保持6秒钟 链路保持6秒钟超时后 中心站通过ALOHA载波向中心站报告通信完成 中心站拆除SCPC通信链路 回收卫星信道资源 实现资源的动态管理和调度 SCPC通信链路空闲超过1秒钟时 如果有其它业务数据 则先拆除原来链路 响应其它业务请求 2 工作原理 拓扑结构 FDMA卫星通信网络结合了星状拓扑结构的中心站和网状拓扑结构中端站对端站卫星单跳直连的优势 支持星状 网状 混合型拓扑结构 在星状网络结构中 所有远端站可以和中心站直接相连 这对于公共点式的应用是十分理想的 如公共电话网 企业数据中心 互联网访问等 在网状网结构中 外围站能够根据目标IP地址直接对其它外围站发送IP数据报 数据一跳到达 在混合网络结构中 外围站自动识别IP数据类型 对于UDP组播数据 系统采用星状网结构 数据包先发送到中心站 再由中心站发送到目标外围站 对于点到点IP数据 系统采用网状拓扑结构 数据包直接发送到目标外围站 2 工作原理 星状拓扑结构 所有远端站可以和中心站直接相连 适用于公共点式的应用 公共电话网 企业数据中心 Internet等 2 工作原理 网状拓扑结构 所有业务数据一跳到达 适用于实时业务的应用 语音 视频等 2 工作原理 信道管理 FDMA卫星通信网络将卫星频谱资源按照10KHz的间隔划分为独立的信道 以信道的方式实现卫星频率资源的管理 支持非连续的频谱资源 管理方便灵活 可实现对多个非连续的频谱资源进行统一管理 频谱应用类型分为TDM ALOHA 业务及综合四类 TDM类型只能分配给TDM信道使用 ALOHA类型只能分配给ALOHA信道使用 业务类型只能分配给业务信道使用 综合类型可以分配给任何信道使用 在中心站进行TDM信道机配置 ALOHA信道机配置 频带配置时 自动为TDM信道机 ALOHA信道机分配卫星信道 外围站申请业务通信时 中心站根据通信速率计算带宽需求 为通信双发分配卫星信道 建立SCPC通信连路 业务通信结束后 中心站拆除SCPC通信链路 回收卫星信道 实现业务信道动态分配 提高信道资源利用率 2 工作原理 功率控制 FDMA卫星通信网络采用闭环方式 实现上行发送功率的自动控制 中心站TDM设备的发送功率通过网管系统界面进行配置 通过闭环接收信噪比检测功率发送水平 外围站ALOHA信道的发送功率通过中心站统一配置基准值 各个外围站再根据实际站型配置 天线尺寸 功放类型等 在基准值的基础上进行发送功率的调整 实现ALOHA信道发送功率的差异化控制 统一提高或者降低外围站ALOHA信道的发送水平 可通过调整基准值来实现 各个外围站业务信道的初始发送功率可通过中心站分别进行差异化配置 1024Kbps码率 进行实际业务通信时 再根据通信速率进行调整 外围站之间进行业务通信的过程中 以下行接收信号的信噪比为基准 进行动态功率控制 可以确保在雨衰或同转发器邻近设备上行发送功率突然升高的情况下 通过增大业务信道的上行发送功率水平 保证下行接收信号的信噪比 进而保证业务数据的有效传输 2 工作原理 自动校频 FDMA卫星通信网络具有频率自动校准功能 保证网络的稳定性和可靠性 中心站TDM设备通过自发自收 获得卫星频偏 并通过广播发送到外围站 外围站在进行ALOHA载波及业务载波发送前 根据设备自身的接收频偏及卫星频偏 按照相关计算公式 调整发送频率 实行自动校频 2 工作原理 数据压缩 对于承载音视频数据RTP协议 采用独特的压缩方式 在空间链路上只传输音视频数据及少量的控制信息 最多可以减少50 的带宽需求 2 工作原理 数据压缩 对于一般的IP业务数据 在IP层进行数据处理 采用IP包头 UDP包头 TCP包头压缩方式 剔除重复数据及MAC数据 从而实现IP数据压缩 大大降低了对带宽的需求量 2 工作原理 数据加密 系统支持3xDes加密 保证业务数据的安全性 由网络管理中心启动业务数据加密开关 加密过程启动后 通过TDM广播通知外围站 加解密密钥分接收密钥和发送密钥两种 接收密钥用来对数据进行解密 发送密钥用来对数据进行加密 发送密钥每次由通信的外围站随机产生 密钥长度为128字节 外围站进行业务数据通信前 实现收发密钥的同步 一次一密 一发一密 确保数据安全 2020 3 18 21 可编辑 3 中心站 系统组成 设备间通过网络接口进行数据交互 一侧用以太网电缆连接到LAN 一侧用同轴电缆连接到ODU 可通过以太网连接至PSTN Internet等外部网络 3 中心站 系统组成 TDM信道机 发送广播数据 周期性发送 每秒钟1次 发送网管命令 以事件驱动的方式触发 发送业务数据 以事件驱动的方式触发 具备自发自收功能 主要用来进行网络调试 通过网管界面进行添加 删除 配置 3 中心站 系统组成 ALOHA信道机 接收外围站发送的网管命令 具备自发自收功能 主要用来进行网络调试 通过网管界面进行添加 删除 配置 根据需要 可配置多台ALOHA信道机 最多支持10台 业务信道机 接收及发送业务数据 通过网管界面进行添加 删除 配置 根据需要 可配置多台业务信道机 3 中心站 设备组成 数据库服务器 运行数据库管理软件 用来存储网络配置信息 通信记录 统计信息等数据 业务服务器 运行协议解析及业务处理服务软件 进行网络管理的协议解析及业务数据处理 监控计算机 运行网络管理监控软件 进行网络管理及状态监控 数据库管理软件 协议解析及业务处理服务软件网络管理监控软件可配置在同一台设备上 3 中心站 主要功能 网络配置 配置网络的组成元素 主要包括TDM信道机配置 ALOHA信道机配置 业务信道机配置 卫星带宽配置 外围站配置 状态监控 设置TDM信道机 ALOHA信道机 业务信道机 卫星带宽 外围站等设备的工作参数并通过查询的方式监视各个设备的工作状态 业务处理 进行外围站注册 入网退网 信道分配 参数同步 信道回收 数据转发等和业务有关的操作 记录查询 支持按通信时间 通信站ID等条件对通信记录进行查询 并支持查询结果打印及导出到文件 excel 性能分析 对一段时间内的通信成功率 通信链路的平均建链时间进行统计分析 并支持统计结果打印及导出到文件 excel 故障诊断 对设备连接状态 网络工作状态进行故障诊断 并支持一定的自修复功能 3 中心站 配置流程 3 中心站 配置流程 创建网络 创建一个网络 包括网络ID 网络说明等 添加网络设备 添加TDM信道机 ALOHA信道机 业务信道机 注册外围站 ALOHA信道机根据需要可以添加多台 配置网络参数设置TDM信道机 ALOHA信道机 业务信道机 卫星频带 外围站等设备的工作参数及系统工作参数 主要参数包括TDM通信速率 ALOHA通信速率 ALOHA发送功率 外围站初始发送功率 系统功率偏移量 网络拓扑结构 数据加密开关等 启动网络 启动网络后 中心站开始发送广播数据 启动TDM自发自收功能 进行TDM发送功能测试 启动ALOHA自发自收功能 进行ALOHA接收功能测试 业务通信 状态监控 统计分析 进行外围站注册 入网退网 信道分配 参数同步 信道回收 数据转发等和业务有关的操作 网络状态监控及统计分析等功能 3 中心站 网管系统 采用C S系统架构及分层设计模式 集中管理所有中心站和外围站 实现配置管理 性能管理 载波管理 故障管理 业务管理等功能 可同时可支持多个网络 多个主站的管理 实现功能的集中统一 提供网络性能分析 通信记录存储功能 全面监视网络的运行状态 性能指标 以使用户全面掌控网络的运行 配置灵活 网络监控软件 协议及业务解析处理服务软件 数据库软件可分别配置到不同的硬件平台上 方面远程监控 图像化操控界面 用户应用体验性好 自动化程度高 信道管理 故障诊断等功能采用自动化方式实现 无须人工参与 3 中心站 网理系统 4 外围站 设备组成 结构简单 设备间通过网络接口进行数据交互 一侧用以太网电缆连接到LAN 一侧用同轴电缆连接到ODU 向ODU提供供电和10MHz参考频率 可通过以太网连接到局域网 传感网等子网络 4 外围站 设备组成 网管信道机 接收并处理中心站发送的TDM广播 接收并处理中心站发送的网管命令 接收并处理中心站发送的业务数据 向中心站发送ALOHA网管命令 业务信道机 通过卫星链路收发业务数据 对外提供网络接口 连接工作PC VoIP语音网关 IP视频终端等 4 外围站 主要功能 入网退网 外围站开机并接收到中心站发送的TDM广播后 发送入网申请 加入网络 4 外围站 主要功能 业务通信 外围站加入网络后 当对外网络接口收到业务数据后 根据网络拓扑结构向中心站发送业务通信请求 待中心站成功建立SCPC卫星链路后 将网络接口收到的业务数据发送到卫星链路 将卫星链路收到的业务数据发送到网络接口 实现双向业务通信 业务通信完成后 向中心站上报状态 中心站拆除SCPC卫星链路 回收卫星信道资源 外围站加入网络后 当接收到中心站通过TDM载波转发的业务数据后 将业务数据发送到本地网络上 4 外围站 主要功能 功率控制 外围站ALOHA信道的发送功率在中心站统一配置的基准值的基础上 参照外围站实际站型配置 天线尺寸 功放类型等 进行调整 增加或者减少 外围站业务信道的初始发送功率按照中心站的配置设置 在业务通信过程中 接收并处理功率动态调整指令 实现发送功率的动态调整 频率校准 外围站ALOHA信道及业务信道发送前 根据中心站广播的卫星频偏及设备自身的接收频偏 校准发送频率 数据加解密外围站根据中心站的加解密开关 执行发送密钥生成 收发密钥同步 数据3xDes加解密等功能 数据压缩 解压缩外围站自动判断数据的类型 通过卫星链路发送前 进行数据压缩 从卫星链路接收后 进行数据解压缩 4 外围站 配置流程 配置网管信道机接收参数 按照中心站的TDM广播发送参数 配置外围站网管信道机的接收参数 配置完成并接收到中心站发送的TDM广播数据后 外围站发送入网申请 加入网络 配置业务发送速率 外围站入网后 根据需求配置业务信道的发送速率 配置完成后业务数据按照配置的速率进行发送 接收端自动适应发