FDMA衛(wèi)星通信網絡系統(tǒng)

FDMA衛(wèi)星通信網絡系統(tǒng)第1頁/共41頁目錄FDMA系統(tǒng)概述系統(tǒng)工作原理及流程中心站組成及配置外圍站組成及配置衛(wèi)星調制解調器與TDMA比較及主要優(yōu)缺點第2頁/共41頁1、系統(tǒng)概述-系統(tǒng)結構從系統(tǒng)組成方面：包括中心站、通信衛(wèi)星、外圍站；從通信信道方面：包括TDM信道、ALOHA信道、業(yè)務信道；TDM信道：中心站發(fā)送，外圍站接收，傳輸廣播信息、網管命令、業(yè)務數據；ALOHA信道：外圍站發(fā)送，中心站接收，傳輸網管命令；業(yè)務信道：中心站和外圍站收發(fā)，傳輸業(yè)務數據；第3頁/共41頁1、系統(tǒng)概述-系統(tǒng)結構中心站包含網絡管理系統(tǒng)，進行集中型網絡和帶寬管理；系統(tǒng)對外提供L頻段中頻接口，范圍為950MHz~1450MHz；支持C、Ku、Ka頻段同步衛(wèi)星；可以組成星狀/網狀/混合型拓撲結構；對外提供標準網絡接口，基于IP網絡結構；固定站/便攜站/動中通等多種站型；第4頁/共41頁1、系統(tǒng)概述-技術指標采用FDMA/DAMA通信體制；支持4.8kbps-4096kbps通信能力，支持擴展；動態(tài)SCPC網絡連接；自動建鏈/拆鏈；參數同步：自適應主叫；動態(tài)按需分配實際帶寬；外圍站識別：中心注冊+ID認證；網絡容量由可用帶寬決定；第5頁/共41頁1、系統(tǒng)概述-技術指標TDM通信速率：9.6kbps-1024kbps，連續(xù)可設；TDM通信體制：BPSK/卷積碼；TDM解調門限：Eb/n0≤6.2dB（1/2）ALOHA通信速率：9.6kbps-38.4kbps，連續(xù)可設；ALOHA通信體制：BPSK/卷積碼；ALOHA突發(fā)捕獲時間：<60ms業(yè)務通信速率：4.8kbps-4096kbps，連續(xù)可設；業(yè)務通信體制：QPSK/LDPC+BCH；業(yè)務解調門限：≤3.0dB（1/2）第6頁/共41頁1、系統(tǒng)概述-主要功能提供網絡配置、狀態(tài)監(jiān)控、業(yè)務通信、記錄查詢、故障診斷和性能分析等功能；具有兩個外圍站之間單跳通信功能及多個外圍站之間的雙跳廣播通信功能；具有中心站和多個外圍站星狀集中通信功能；具有IP數據包壓縮功能，提高帶寬的利用率；具有上行功率自動控制功能；具有衛(wèi)星頻率自動校準功能；具有3xDes業(yè)務數據加密功能；第7頁/共41頁1、系統(tǒng)概述-技術特點帶寬資源按需分配，自動管理調度，提高衛(wèi)星資源的利用率；動態(tài)SCPC網絡連接，減少延時和抖動，滿足點對點的應用；支持星狀、網狀、混合拓撲結構，滿足不同的應用需求；業(yè)務通信一跳實現，傳輸時延小，實時性強；IP數據壓縮，有效減少空間數據流量，提高帶寬的利用率；自動功率控制和自動校頻功能，保證網絡的穩(wěn)定性和可靠性；自動化操作，參數自動匹配，無需人工操作；第8頁/共41頁1、系統(tǒng)概述-應用類型局域網互聯：兩個處于不同城市之間的局域網建立遠程局域網連接；文件傳輸：從一個外圍站向另外一個外圍站發(fā)送數據文件；IP音視頻：將外圍站采集到的IP音視頻傳回到數據監(jiān)管中心；VoIP語音：在兩個外圍站之間建立VoIP語音通信；數據廣播：多個外圍站之間的UDP組播；PSTN及相關應用；Internet及其應用；第9頁/共41頁1、系統(tǒng)概述-應用方向應用于地形復雜，不便架線和人煙稀少的邊遠地區(qū)，提供網絡互聯、數據傳輸、Internet等應用；直接裝備到每個士兵，方便地開展任何兩地話音、數據業(yè)務，用于軍事有重要的意義；應用于每個哨所，對加強聯系，指揮調度、快速通信有很大的好處，尤其在那些高山地帶的單獨哨所更實用；裝載到武器裝備發(fā)射平臺，建立發(fā)射平臺與上級指揮所之間的專用衛(wèi)星通信鏈路，實現機動中的業(yè)務通信；提供應急通信、寬帶多媒體等相關應用；第10頁/共41頁2、工作原理-網絡管理FDMA衛(wèi)星通信網絡管理由一個TDM出向載波和一個或多個ALOHA入向載波實現，在中心站和外圍站之間傳輸網管控制信息；所有外圍站共用ALOHA入向載波，存在一定的碰撞概率，系統(tǒng)采用2秒超時重發(fā)和隨機避讓相結合的方式，減少ALOHA碰撞發(fā)生概率，提高ALOHA發(fā)送成功率；也可通過配置多臺ALOHA信道機來減少碰撞發(fā)生概率；外圍站開機啟動，接收并鎖定TDM載波后，通過ALOHA載波向中心站發(fā)送入網請求，加入網絡；外圍站需要進行數據傳輸時，通過ALOHA載波向中心站發(fā)送通信請求；中心站根據通信速率計算帶寬需求，進行信道分配、參數同步，在通信的外圍站之間建立SCPC通信鏈路；外圍站之間通過SCPC通信鏈路進行實際業(yè)務數據傳輸，業(yè)務數據傳輸完成后，SCPC通信鏈路保持6秒鐘；鏈路保持6秒鐘超時后，中心站通過ALOHA載波向中心站報告通信完成；中心站拆除SCPC通信鏈路，回收衛(wèi)星信道資源，實現資源的動態(tài)管理和調度；SCPC通信鏈路空閑超過1秒鐘時，如果有其它業(yè)務數據，則先拆除原來鏈路，響應其它業(yè)務請求；第11頁/共41頁2、工作原理-拓撲結構FDMA衛(wèi)星通信網絡結合了星狀拓撲結構的中心站和網狀拓撲結構中端站對端站衛(wèi)星單跳直連的優(yōu)勢，支持星狀/網狀/混合型拓撲結構；在星狀網絡結構中，所有遠端站可以和中心站直接相連，這對于公共點式的應用是十分理想的，如公共電話網、企業(yè)數據中心、互聯網訪問等；在網狀網結構中，外圍站能夠根據目標IP地址直接對其它外圍站發(fā)送IP數據報，數據一跳到達；在混合網絡結構中，外圍站自動識別IP數據類型，對于UDP組播數據，系統(tǒng)采用星狀網結構，數據包先發(fā)送到中心站，再由中心站發(fā)送到目標外圍站；對于點到點IP數據，系統(tǒng)采用網狀拓撲結構，數據包直接發(fā)送到目標外圍站；第12頁/共41頁2、工作原理-星狀拓撲結構所有遠端站可以和中心站直接相連，適用于公共點式的應用（公共電話網、企業(yè)數據中心、Internet等）第13頁/共41頁2、工作原理-網狀拓撲結構所有業(yè)務數據一跳到達，適用于實時業(yè)務的應用（語音、視頻等）第14頁/共41頁2、工作原理-信道管理FDMA衛(wèi)星通信網絡將衛(wèi)星頻譜資源按照10KHz的間隔劃分為獨立的信道，以信道的方式實現衛(wèi)星頻率資源的管理；支持非連續(xù)的頻譜資源，管理方便靈活，可實現對多個非連續(xù)的頻譜資源進行統(tǒng)一管理；頻譜應用類型分為TDM、ALOHA、業(yè)務及綜合四類，TDM類型只能分配給TDM信道使用，ALOHA類型只能分配給ALOHA信道使用，業(yè)務類型只能分配給業(yè)務信道使用，綜合類型可以分配給任何信道使用；在中心站進行TDM信道機配置、ALOHA信道機配置、頻帶配置時，自動為TDM信道機、ALOHA信道機分配衛(wèi)星信道；外圍站申請業(yè)務通信時，中心站根據通信速率計算帶寬需求，為通信雙發(fā)分配衛(wèi)星信道，建立SCPC通信連路，業(yè)務通信結束后，中心站拆除SCPC通信鏈路，回收衛(wèi)星信道；實現業(yè)務信道動態(tài)分配，提高信道資源利用率；第15頁/共41頁2、工作原理-功率控制FDMA衛(wèi)星通信網絡采用閉環(huán)方式，實現上行發(fā)送功率的自動控制；中心站TDM設備的發(fā)送功率通過網管系統(tǒng)界面進行配置，通過閉環(huán)接收信噪比檢測功率發(fā)送水平；外圍站ALOHA信道的發(fā)送功率通過中心站統(tǒng)一配置基準值，各個外圍站再根據實際站型配置（天線尺寸、功放類型等），在基準值的基礎上進行發(fā)送功率的調整，實現ALOHA信道發(fā)送功率的差異化控制；統(tǒng)一提高或者降低外圍站ALOHA信道的發(fā)送水平，可通過調整基準值來實現；各個外圍站業(yè)務信道的初始發(fā)送功率可通過中心站分別進行差異化配置（1024Kbps碼率），進行實際業(yè)務通信時，再根據通信速率進行調整；外圍站之間進行業(yè)務通信的過程中，以下行接收信號的信噪比為基準，進行動態(tài)功率控制；可以確保在雨衰或同轉發(fā)器鄰近設備上行發(fā)送功率突然升高的情況下，通過增大業(yè)務信道的上行發(fā)送功率水平，保證下行接收信號的信噪比，進而保證業(yè)務數據的有效傳輸。第16頁/共41頁2、工作原理-自動校頻FDMA衛(wèi)星通信網絡具有頻率自動校準功能，保證網絡的穩(wěn)定性和可靠性；中心站TDM設備通過自發(fā)自收，獲得衛(wèi)星頻偏，并通過廣播發(fā)送到外圍站；外圍站在進行ALOHA載波及業(yè)務載波發(fā)送前，根據設備自身的接收頻偏及衛(wèi)星頻偏，按照相關計算公式，調整發(fā)送頻率，實行自動校頻；第17頁/共41頁2、工作原理-數據壓縮對于承載音視頻數據RTP協議，采用獨特的壓縮方式，在空間鏈路上只傳輸音視頻數據及少量的控制信息，最多可以減少50%的帶寬需求；第18頁/共41頁2、工作原理-數據壓縮對于一般的IP業(yè)務數據，在IP層進行數據處理，采用IP包頭、UDP包頭、TCP包頭壓縮方式，剔除重復數據及MAC數據，從而實現IP數據壓縮，大大降低了對帶寬的需求量；第19頁/共41頁2、工作原理-數據加密系統(tǒng)支持3xDes加密，保證業(yè)務數據的安全性；由網絡管理中心啟動業(yè)務數據加密開關，加密過程啟動后，通過TDM廣播通知外圍站；加解密密鑰分接收密鑰和發(fā)送密鑰兩種，接收密鑰用來對數據進行解密，發(fā)送密鑰用來對數據進行加密；發(fā)送密鑰每次由通信的外圍站隨機產生，密鑰長度為128字節(jié)；外圍站進行業(yè)務數據通信前，實現收發(fā)密鑰的同步；一次一密，一發(fā)一密，確保數據安全；第20頁/共41頁3、中心站-系統(tǒng)組成設備間通過網絡接口進行數據交互；一側用以太網電纜連接到LAN，一側用同軸電纜連接到ODU；可通過以太網連接至PSTN、Internet等外部網絡;第21頁/共41頁3、中心站-系統(tǒng)組成TDM信道機：發(fā)送廣播數據：周期性發(fā)送，每秒鐘1次；發(fā)送網管命令：以事件驅動的方式觸發(fā)；發(fā)送業(yè)務數據：以事件驅動的方式觸發(fā)；具備自發(fā)自收功能，主要用來進行網絡調試；通過網管界面進行添加、刪除、配置；第22頁/共41頁3、中心站-系統(tǒng)組成ALOHA信道機：接收外圍站發(fā)送的網管命令；具備自發(fā)自收功能，主要用來進行網絡調試；通過網管界面進行添加、刪除、配置；根據需要，可配置多臺ALOHA信道機，最多支持10臺；業(yè)務信道機：接收及發(fā)送業(yè)務數據；通過網管界面進行添加、刪除、配置；根據需要，可配置多臺業(yè)務信道機；第23頁/共41頁3、中心站-設備組成數據庫服務器：運行數據庫管理軟件，用來存儲網絡配置信息、通信記錄、統(tǒng)計信息等數據；業(yè)務服務器：運行協議解析及業(yè)務處理服務軟件，進行網絡管理的協議解析及業(yè)務數據處理；監(jiān)控計算機：運行網絡管理監(jiān)控軟件，進行網絡管理及狀態(tài)監(jiān)控；數據庫管理軟件、協議解析及業(yè)務處理服務軟件網絡管理監(jiān)控軟件可配置在同一臺設備上第24頁/共41頁3、中心站-主要功能網絡配置：配置網絡的組成元素,主要包括TDM信道機配置、ALOHA信道機配置、業(yè)務信道機配置、衛(wèi)星帶寬配置、外圍站配置；狀態(tài)監(jiān)控:設置TDM信道機、ALOHA信道機、業(yè)務信道機、衛(wèi)星帶寬、外圍站等設備的工作參數并通過查詢的方式監(jiān)視各個設備的工作狀態(tài)；業(yè)務處理:進行外圍站注冊、入網退網、信道分配、參數同步、信道回收、數據轉發(fā)等和業(yè)務有關的操作；記錄查詢:支持按通信時間、通信站ID等條件對通信記錄進行查詢，并支持查詢結果打印及導出到文件（excel）；性能分析:對一段時間內的通信成功率、通信鏈路的平均建鏈時間進行統(tǒng)計分析，并支持統(tǒng)計結果打印及導出到文件（excel）；故障診斷:對設備連接狀態(tài)、網絡工作狀態(tài)進行故障診斷，并支持一定的自修復功能；第25頁/共41頁3、中心站-配置流程第26頁/共41頁3、中心站-配置流程創(chuàng)建網絡：創(chuàng)建一個網絡，包括網絡ID，網絡說明等；添加網絡設備:添加TDM信道機、ALOHA信道機、業(yè)務信道機、注冊外圍站，ALOHA信道機根據需要可以添加多臺；配置網絡參數設置TDM信道機、ALOHA信道機、業(yè)務信道機、衛(wèi)星頻帶、外圍站等設備的工作參數及系統(tǒng)工作參數，主要參數包括TDM通信速率、ALOHA通信速率、ALOHA發(fā)送功率、外圍站初始發(fā)送功率、系統(tǒng)功率偏移量、網絡拓撲結構、數據加密開關等；啟動網絡:啟動網絡后，中心站開始發(fā)送廣播數據，啟動TDM自發(fā)自收功能，進行TDM發(fā)送功能測試，啟動ALOHA自發(fā)自收功能，進行ALOHA接收功能測試；業(yè)務通信/狀態(tài)監(jiān)控/統(tǒng)計分析:進行外圍站注冊、入網退網、信道分配、參數同步、信道回收、數據轉發(fā)等和業(yè)務有關的操作、網絡狀態(tài)監(jiān)控及統(tǒng)計分析等功能第27頁/共41頁3、中心站-網管系統(tǒng)采用C/S系統(tǒng)架構及分層設計模式，集中管理所有中心站和外圍站：實現配置管理、性能管理、載波管理、故障管理、業(yè)務管理等功能；可同時可支持多個網絡，多個主站的管理，實現功能的集中統(tǒng)一；提供網絡性能分析、通信記錄存儲功能，全面監(jiān)視網絡的運行狀態(tài)、性能指標，以使用戶全面掌控網絡的運行；配置靈活，網絡監(jiān)控軟件、協議及業(yè)務解析處理服務軟件、數據庫軟件可分別配置到不同的硬件平臺上，方面遠程監(jiān)控；圖像化操控界面，用戶應用體驗性好；自動化程度高，信道管理、故障診斷等功能采用自動化方式實現，無須人工參與；第28頁/共41頁3、中心站-網理系統(tǒng)第29頁/共41頁4、外圍站-設備組成結構簡單，設備間通過網絡接口進行數據交互；一側用以太網電纜連接到LAN，一側用同軸電纜連接到ODU；向ODU提供供電和10MHz參考頻率；可通過以太網連接到局域網、傳感網等子網絡；第30頁/共41頁4、外圍站-設備組成網管信道機：接收并處理中心站發(fā)送的TDM廣播；接收并處理中心站發(fā)送的網管命令；接收并處理中心站發(fā)送的業(yè)務數據；向中心站發(fā)送ALOHA網管命令；業(yè)務信道機：通過衛(wèi)星鏈路收發(fā)業(yè)務數據；對外提供網絡接口，連接工作PC、VoIP語音網關、IP視頻終端等；第31頁/共41頁4、外圍站-主要功能入網退網：外圍站開機并接收到中心站發(fā)送的TDM廣播后，發(fā)送入網申請，加入網絡；第32頁/共41頁4、外圍站-主要功能業(yè)務通信:外圍站加入網絡后，當對外網絡接口收到業(yè)務數據后，根據網絡拓撲結構向中心站發(fā)送業(yè)務通信請求，待中心站成功建立SCPC衛(wèi)星鏈路后，將網絡接口收到的業(yè)務數據發(fā)送到衛(wèi)星鏈路，將衛(wèi)星鏈路收到的業(yè)務數據發(fā)送到網絡接口，實現雙向業(yè)務通信；業(yè)務通信完成后，向中心站上報狀態(tài)，中心站拆除SCPC衛(wèi)星鏈路，回收衛(wèi)星信道資源；外圍站加入網絡后，當接收到中心站通過TDM載波轉發(fā)的業(yè)務數據后，將業(yè)務數據發(fā)送到本地網絡上；第33頁/共41頁4、外圍站-主要功能功率控制:外圍站ALOHA信道的發(fā)送功率在中心站統(tǒng)一配置的基準值的基礎上，參照外圍站實際站型配置（天線尺寸、功放類型等）進行調整（增加或者減少）；外圍站業(yè)務信道的初始發(fā)送功率按照中心站的配置設置，在業(yè)務通信過程中，接收并處理功率動態(tài)調整指令，實現發(fā)送功率的動態(tài)調整；頻率校準:外圍站ALOHA信道及業(yè)務信道發(fā)送前，根據中心站廣播的衛(wèi)星頻偏及設備自身的接收頻偏，校準發(fā)送頻率；數據加解密外圍站根據中心站的加解密開關，執(zhí)行發(fā)送密鑰生成、收發(fā)密鑰同步，數據3xDes加解密等功能；數據壓縮/解壓縮外圍站自動判斷數據的類型，通過衛(wèi)星鏈路發(fā)送前，進行數據壓縮，從衛(wèi)星鏈路接收后，進行數據解壓縮；第34頁/共41頁4、外圍站-配置流程配置網管信道機接收參數：按照中心站的TDM廣播發(fā)送參數，配置外圍站網管信道機的接收參數，配置完成并接收到中心站發(fā)送的TDM廣播數據后，外圍站發(fā)送入網申請，加入網絡；配置業(yè)務發(fā)送速率:外圍站入網后，根據需求配置業(yè)務信道的發(fā)送速率，配置完成后業(yè)務數據按照配置的速率進行發(fā)送，接收端自動適應發(fā)送端的通信速率，進行數據正確接收；；第35頁/共41頁5、衛(wèi)星調制解調器采用高效物理層幀結構、先進的編譯碼技術及帶寬壓縮技術，提供高速數據傳輸能力并支持擴展;對外提供以太網數據接口，支持衛(wèi)星通信網絡管理，具有出色的功率和帶寬效率;可作為中心站TDM信道機、中心站ALOHA信道機、外圍站網管信道機、外圍站業(yè)務信道機使用，通過加載不同的軟件在同一平臺上實現不同功能；第36頁/共41頁5、衛(wèi)星調制解調器調制體制：BPSK/QPSK編碼方式：卷積碼/LDPC+BCH數據速率：9.6kbps~4096kbps連續(xù)可設捕獲范圍：±100kHz中頻范圍：950~1450MHz具有網管模式和單機模式，支持組網應用及點對點應用自動功率控制（AUPC）為BUC提供10MHz參考和直流供電為LNB提供10MHz參考和可選LNB直流供電第37