衛(wèi)星通信導(dǎo)論（第5版） 課件 第5-11章 星載和地球站設(shè)備- 深空通信

第5章星載和地球站設(shè)備1提要（一）HPA和LNA（二）星載轉(zhuǎn)發(fā)器（三）通信地球站設(shè)備（四）其它類型的地球站（五）MSS移動(dòng)終端和信關(guān)站2衛(wèi)星通信系統(tǒng)框圖3圖4-1星載和地球站設(shè)備4一、HPA和LNA高功率放大器（HPA）行波管放大器（TWTA）速調(diào)管放大器（KPA）固態(tài)功率放大器（SSPA）5圖4-2不同頻段三種放大器的輸出功率6高功率放大器輸出功率帶寬功放管TWTA中50~800W水冷:10kw較寬C波段：500MHzKu和Ka波段:1000MHz真空管KPA大1KW以上較窄50-100MHz真空管SSPA小3-10W介于TWTA和KPA之間砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)半導(dǎo)體管三種放大器的性能比較7低噪聲放大器（LNA）參量放大器致冷砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)放大器常溫砷化鎵場(chǎng)效應(yīng)放大器(GaAsFET)8圖4-3三種LNA的內(nèi)部噪聲性能9LNA前端的接法LNA模塊只包含低噪聲放大器寬帶低噪聲下變頻模塊：LNA模塊除了低噪聲放大器以外，還包含寬帶下變頻器，帶寬約500MHz窄帶低噪聲下變頻模塊：LNA模塊除了低噪聲放大器以外，還包含窄帶下變頻器，帶寬約70MHz10二、星載轉(zhuǎn)發(fā)器星載轉(zhuǎn)發(fā)器由輸入設(shè)備、調(diào)制設(shè)備、本振設(shè)備、放大設(shè)備和發(fā)射設(shè)備組成，可以轉(zhuǎn)發(fā)兩地或多地的電報(bào)、電話、數(shù)據(jù)、傳真、電視、廣播等多類業(yè)務(wù)。轉(zhuǎn)發(fā)器接收來(lái)自地面的無(wú)線電波，經(jīng)過(guò)放大后，變換頻率再向地面發(fā)射，相當(dāng)于一個(gè)微波中繼站。11星上處理功能波束間、載波間交換，如射頻交換、中頻交換或基帶交換調(diào)制方式的變換，如上行PSK，下行DPSK多址方式的變換，如上行FDMA，下行TDMA速率變換，如將低速上行信道變換成高速的下行信道星上再生，如星上解調(diào)/再調(diào)制，解碼/再編碼等存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)和基帶處理，如信令處理、路由選擇、信息壓縮和重新組幀星上智能網(wǎng)控星間鏈路抗干擾保護(hù)，如自適應(yīng)天線調(diào)零，可控點(diǎn)波束，轉(zhuǎn)發(fā)器放大特性的智能控制12轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)量越多，衛(wèi)星的通信能力就越大。星載轉(zhuǎn)發(fā)器少于12個(gè)，功率小于1000瓦的通信衛(wèi)星稱為小容量衛(wèi)星；有24個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，功率在1000~3000瓦之間的衛(wèi)星稱為中容量通信衛(wèi)星；有48個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，功率在3000~7000瓦之間的衛(wèi)星稱為大容量通信衛(wèi)星；轉(zhuǎn)發(fā)器多于48個(gè)，功率在7000瓦以上的稱為超大容量通信衛(wèi)星。目前最大的通信衛(wèi)星平臺(tái)上可裝150個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。東方紅三號(hào)有24個(gè)C波段轉(zhuǎn)發(fā)器，6個(gè)電視和18個(gè)通信傳輸信道，可傳輸6套彩色電視節(jié)目和15000路電話或電報(bào)、傳真、數(shù)據(jù)信號(hào)，工作壽命為8年。13彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器（透明轉(zhuǎn)發(fā)器）結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性能可靠適用于衛(wèi)星有效載荷和電源功率嚴(yán)重受限的情況數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器載波處理轉(zhuǎn)發(fā)器比特流處理轉(zhuǎn)發(fā)器全基帶處理轉(zhuǎn)發(fā)器14（一）彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器（透明轉(zhuǎn)發(fā)器）圖4-4

星載微波轉(zhuǎn)發(fā)器功能圖15圖4-5彎管式轉(zhuǎn)發(fā)器方框圖16（二）轉(zhuǎn)發(fā)器的EIRP和G/TEIRP和G/T是轉(zhuǎn)發(fā)器射頻部分最重要的兩個(gè)指標(biāo)，除了決定于HPA輸出功率和LNA的等效噪聲溫度以外，還與星載天線的增益相關(guān)。天線增益G與半功率波束寬度

0.5的關(guān)系可以近似表示為G=27000/(0.5)2

對(duì)任意形狀服務(wù)區(qū)的覆蓋總希望天線對(duì)該區(qū)域提供大的增益，為此采用若干點(diǎn)波束的組合來(lái)對(duì)覆蓋區(qū)賦形。17全球波束天線波束的半功率寬度約等于17.4°，覆蓋衛(wèi)星對(duì)地球的整個(gè)視區(qū)一般由圓錐喇叭天線加上45°的反射板組成點(diǎn)波束天線覆蓋面積小，一般為圓形，半功率波束寬度為幾度天線通常為前饋拋物面天線，饋源為喇叭賦形波束天線可通過(guò)修改反射器形狀來(lái)實(shí)現(xiàn)也可利用多個(gè)饋源從不同方向經(jīng)反射器反射產(chǎn)生多波束的組合181920圖4-8

對(duì)覆蓋區(qū)賦形21衛(wèi)星多波束天線的典型方框圖22波束寬度與天線直徑的關(guān)系23（三）星載天線喇叭型天線拋物面反射型天線相控陣列天線24喇叭天線形狀似喇叭，如圓錐形、角錐形輻射效率高天線方向性強(qiáng)

25圖4-6中心饋源和偏置饋源的拋物面反射天線拋物面反射型天線26圖4-7中心饋源的阻擋效應(yīng)27（四）數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器具有處理和交換的功能數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器分類載波處理轉(zhuǎn)發(fā)器比特流處理轉(zhuǎn)發(fā)器全基帶處理轉(zhuǎn)發(fā)器

28三種數(shù)字處理轉(zhuǎn)發(fā)器比較載波處理轉(zhuǎn)發(fā)器以載波為單位直接對(duì)射頻信號(hào)進(jìn)行處理具有星上載波交換能力比特流處理轉(zhuǎn)發(fā)器增加了解調(diào)和再調(diào)制功能可能包括譯碼和重編碼設(shè)備、解擴(kuò)設(shè)備等全基帶處理轉(zhuǎn)發(fā)器具有星上再生能力具有基帶信號(hào)處理和交換能力解調(diào)、譯碼、存儲(chǔ)、交換、重組幀、重編碼和重調(diào)制等。29SS-TDMA轉(zhuǎn)發(fā)器的組成星上交換的TDMA轉(zhuǎn)發(fā)器30圖4-10交換矩陣示意圖31

通路時(shí)段上行下行波束波束上行下行波束波束上行下行波束波束上行下行波束波束T112213443T213223144T314233241T411243342表4.1交換矩陣示意圖32INTELSATVI衛(wèi)星的覆蓋圖和采用微波交換矩陣的SS-TDMA星上交換示意圖SWZ33圖4-9解調(diào)—再調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)器結(jié)構(gòu)解調(diào)再調(diào)制轉(zhuǎn)發(fā)器34星載路由器圖4-11星載中頻路由轉(zhuǎn)發(fā)器35圖4-12提供波束形成的轉(zhuǎn)發(fā)器36三、通信地球站設(shè)備射頻部分中頻與基帶處理部分地面接口與陸地鏈路陸地鏈路的選擇地面接口37

圖4-15地球站主要單元設(shè)備38天線卡塞格倫天線高功率放大器HPA波導(dǎo)耦合合路器濾波器型合路器低噪聲放大器LNA上、下變頻器（一）地球站射頻部分39圖4-16卡塞格倫天線原理圖40（二）中頻與基帶處理部分

具有調(diào)制/解調(diào)、編/解碼等功能

調(diào)制/解調(diào)是在IF載波上進(jìn)行具有復(fù)用的功能

41圖4-18地球站與交換局、用戶設(shè)備間的陸地鏈路陸地鏈路的設(shè)置和選擇42圖4-19微波和光纖兩種陸地鏈路所需投資的比較43地面接口圖4-20三種地面接口的示意圖44（四）其他類型的地球站TT&C地球站TV上行站和廣播中心TV單收站45TT&C地球站46（1）TT&C地球站射頻基帶處理部分指令子系統(tǒng)測(cè)距子系統(tǒng)遙測(cè)子系統(tǒng)地面接口單元：用于與SCC接口47（2）SCC衛(wèi)星運(yùn)行的神經(jīng)中樞軌道控制監(jiān)視衛(wèi)星的上行和下行鏈路的通信傳輸通道48TV單收站DTH系統(tǒng)的家用單收站單個(gè)接收機(jī)地面有線TV系統(tǒng)的“電纜前端”TVRO多個(gè)接收機(jī)49圖4-23

TVRO天線直徑與衛(wèi)星EIRP的關(guān)系50圖4-22具有衛(wèi)星前端的地面有線電視系統(tǒng)51圖4-24有線電視網(wǎng)前端的TVRO52（五）MSS移動(dòng)終端和信關(guān)站移動(dòng)終端車（船）載臺(tái)手持機(jī)項(xiàng)目平均發(fā)射功率(W)天線增益(dBi)G/T(dB/K)Iridium0.41.0-23Globalstar0.52.5-22表4-2Iridium和Globalstar系統(tǒng)手持機(jī)主要參數(shù)

53信關(guān)站網(wǎng)絡(luò)（用戶）管理功能與地面公用網(wǎng)互連的功能交換功能（對(duì)透明轉(zhuǎn)發(fā)器而言）54第6章VSAT通信網(wǎng)55提要一、VSAT的概念、特點(diǎn)及其應(yīng)用二、VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的主要設(shè)備三、VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)四、VSAT數(shù)據(jù)網(wǎng)和VSAT電話網(wǎng)56一、VSAT的概念、特點(diǎn)及其應(yīng)用（一）VSAT的定義VSAT：早期稱為微型站、小型數(shù)據(jù)站或甚小孔徑終端。到80年代中期，人們習(xí)慣稱為VSAT終端或VSAT系統(tǒng)（網(wǎng)絡(luò)）。VSAT系統(tǒng)中小站設(shè)備的天線口徑通常為0.3-2.4m，由主站應(yīng)用管理軟件監(jiān)測(cè)和控制小型地球站。57（二）VSAT的特點(diǎn)VSAT系統(tǒng)可支持多種業(yè)務(wù)類型：數(shù)據(jù)、話音、圖象等VSAT系統(tǒng)可工作在C波段或Ku波段VSAT終端天線小、設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊密、功耗小、成本低、安裝方便、對(duì)環(huán)境要求低VSAT網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活、獨(dú)立性強(qiáng)，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能、設(shè)備特性和網(wǎng)絡(luò)管理都可以根據(jù)用戶的要求進(jìn)行設(shè)計(jì)和調(diào)整可以與計(jì)算機(jī)、ISDN聯(lián)網(wǎng)58（三）VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的特點(diǎn)1、與地面通信網(wǎng)相比較，VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)具有以下特點(diǎn)：覆蓋范圍大，通信成本與距離無(wú)關(guān)可對(duì)所有地點(diǎn)提供相同的業(yè)務(wù)種類和服務(wù)質(zhì)量靈活性好，多種業(yè)務(wù)可以在一個(gè)網(wǎng)內(nèi)并存可擴(kuò)容性好，擴(kuò)容成本低獨(dú)立性好，是用戶擁有的專用網(wǎng)互操作性好，采用不同標(biāo)準(zhǔn)的用戶可以跨越不同的地面網(wǎng)而在同一個(gè)VSAT網(wǎng)內(nèi)進(jìn)行通信傳播時(shí)延大592、與傳統(tǒng)衛(wèi)星通信網(wǎng)相比較，VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)具有以下特點(diǎn)：面向用戶而不是面向網(wǎng)絡(luò)小口徑天線，天線口徑0.3-2.4m智能化功能強(qiáng)，可無(wú)人操作低功率的發(fā)射機(jī)，一般幾瓦以下集成化程度高，VSAT從外表看只分為天線、室內(nèi)單元（IDU）和室外單元（ODU）三個(gè)部分VSAT站很多，但各站的業(yè)務(wù)量較小一般用作專用網(wǎng)，而不用作公用網(wǎng)60（四）VSAT系統(tǒng)分類國(guó)際上按照不同的多址方式、調(diào)制方式、傳輸速率和傳輸業(yè)務(wù)，將VSAT系統(tǒng)分為五類。61VSATVSAT(SS)USATTSATTVSAT天線直徑（m）1.2-1.80.6-1.20.3-0.51.2-3.51.8-2.4頻段Ku/CCKuKu/CKu/C出站速率(Kbps)56-5129.6-325656-1544入站速率(Kbps)16-1281.2-9.62.456-1544多址方式（入境）ALOHAS-ALOHAR-ALOHADA-TDMACDMACDMAPA多址方式（出境）TDMACDMACDMAPAPA62VSATVSAT(SS)USATTSATTVSAT調(diào)制方式BPSK/QPSKDSFH/DSQPSKFM有無(wú)樞紐站無(wú)/有有有無(wú)有支持的協(xié)議SDLC、X.25、BSC、ASYNC網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行共用/專用共用/專用共用/專用專用共用/專用

第1類是工作在Ku頻段的高速雙向交互型VSAT，采用不擴(kuò)頻相移鍵控調(diào)制和自適應(yīng)帶寬接入?yún)f(xié)議；第2類采用直擴(kuò)技術(shù)，可提供單向或雙向數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；第3類是目前最小的雙向數(shù)據(jù)通信地球站，稱做特小地球站，采用混合擴(kuò)頻調(diào)制和多址技術(shù)；第4類以T1或低于T1的速率用來(lái)雙向傳輸話音、數(shù)據(jù)和圖象的綜合業(yè)務(wù)，不需要中樞站；第5類是接收電視用的，也用來(lái)接收廣播質(zhì)量的話音和高速數(shù)據(jù)。

63（五）VSAT其它分類方法1）VSAT網(wǎng)根據(jù)業(yè)務(wù)性質(zhì)可分為三類：以數(shù)據(jù)通信為主的網(wǎng)，這種網(wǎng)除數(shù)據(jù)通信外，還能提供傳真及少量的話音業(yè)務(wù)。以話音通信為主的網(wǎng)，這種網(wǎng)主要是供公用網(wǎng)和專用網(wǎng)話音信號(hào)的傳輸和交換，同時(shí)也能提供交互型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。以電視接收為主的網(wǎng)，接收的圖像和伴音信號(hào)可作為有線電視的信號(hào)源通過(guò)電纜分配網(wǎng)傳送到用戶家中。642）根據(jù)不同的安裝方式可分為固定式、墻掛式、可搬移式、背負(fù)式、手提式、車載式、機(jī)載式、船載式等。3）按業(yè)務(wù)類型可分為小數(shù)據(jù)站、小通信站和TVRO

等。4）按業(yè)務(wù)性質(zhì)可分為固定業(yè)務(wù)的VSAT和移動(dòng)業(yè)務(wù)的VSAT兩種。5）按收發(fā)方式可分為單收站和雙向站。

65（六）VSAT的主要業(yè)務(wù)種類和典型應(yīng)用除了個(gè)別寬帶業(yè)務(wù)外，VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)幾乎可支持所有現(xiàn)有業(yè)務(wù)，包括話音、數(shù)據(jù)、傳真、LAN互連、會(huì)議電話、可視電話、低速圖像、可視電話會(huì)議、采用FR接口的動(dòng)態(tài)圖像和電視、數(shù)字音樂(lè)等。VSAT網(wǎng)可對(duì)各種業(yè)務(wù)分別采用廣播（點(diǎn)→多點(diǎn)）、收集（多點(diǎn)→點(diǎn)）、點(diǎn)—點(diǎn)雙向交互、點(diǎn)—多點(diǎn)雙向交互等多種傳遞方式，充分說(shuō)明了VSAT的靈活性。66業(yè)務(wù)應(yīng)用1.廣播和分配業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫(kù)、氣象、新聞、倉(cāng)庫(kù)管理、遙控、金融、商業(yè)、遠(yuǎn)地印刷品傳遞、報(bào)表、零售等圖像傳真（Fax）音頻單向新聞廣播、標(biāo)題音樂(lè)、廣告和空中交通管制電視

a）TVRO（電視單收）接收文娛節(jié)目b）BTV（商業(yè)電視）教育、培訓(xùn)和下行信息業(yè)務(wù)2.收集和監(jiān)控業(yè)務(wù)

數(shù)據(jù)新聞、氣象、監(jiān)測(cè)、管線狀態(tài)圖像圖表資料和凝固圖像視頻高壓縮監(jiān)視圖像3.雙向交互型業(yè)務(wù)(星形拓?fù)?

數(shù)據(jù)信用卡核對(duì)、金融事務(wù)處理、銷售點(diǎn)數(shù)據(jù)庫(kù)業(yè)務(wù)、集中庫(kù)存控制、CAD/CAM、預(yù)訂系統(tǒng)、資料檢索等雙向交互型業(yè)務(wù)（點(diǎn)對(duì)點(diǎn)）

數(shù)據(jù)CPU-CPU、DTE-CPU、LAN互連、電子郵件、用戶電報(bào)等話音稀路由話音和應(yīng)急話音通信電視壓縮圖像電視會(huì)議67國(guó)際VSAT應(yīng)用衛(wèi)星VSAT通信技術(shù)是在八十年代中期發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)在歐美地面通信極為發(fā)達(dá)的國(guó)家中，VSAT網(wǎng)絡(luò)也以其獨(dú)具的優(yōu)勢(shì)，迅速占領(lǐng)各類集團(tuán)公司專用網(wǎng)的市場(chǎng)VSAT通信的典型應(yīng)用方面包括：銷售管理、信貸核查確認(rèn)、電子定貨、債務(wù)處理、電子數(shù)據(jù)交換；電視會(huì)議、電視培訓(xùn)及商店廣告、背景音樂(lè)以及其它信息產(chǎn)業(yè)等68國(guó)內(nèi)VSAT應(yīng)用商品零售業(yè)、汽車工業(yè)及金融服務(wù)業(yè)占整個(gè)VSAT市場(chǎng)的75％以上，其它行業(yè)包括交通運(yùn)輸業(yè)、能源工業(yè)、制造工業(yè)、旅游業(yè)等大型企業(yè)、專業(yè)用戶和邊遠(yuǎn)地區(qū)紛紛建立VSAT網(wǎng)絡(luò)目前我國(guó)已建VSAT系統(tǒng)，除了電信部門的國(guó)家公用VSAT通信網(wǎng)和部隊(duì)的軍用VSAT通信網(wǎng)之外，在其它領(lǐng)域的應(yīng)用主要有：銀行、證券、國(guó)家專業(yè)部門、零售業(yè)、INTERNET接入、企業(yè)聯(lián)網(wǎng)、偏遠(yuǎn)地區(qū)電話、國(guó)際VSAT專線等69二、VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)的主要設(shè)備VSAT系統(tǒng)的主站設(shè)備RF終端基帶處理部分網(wǎng)管設(shè)備VSAT系統(tǒng)的小站設(shè)備小口徑天線室外單元室內(nèi)單元70圖5-3VSAT系統(tǒng)主站和小站設(shè)備框圖71VSAT小站框圖72VSAT系統(tǒng)主站與小站的比較主站發(fā)射功率大于小站主站的天線尺寸比小站大得多主站的軟件部分應(yīng)實(shí)現(xiàn)用戶接口與衛(wèi)星空間鏈路之間必要的協(xié)議轉(zhuǎn)換；小站的接口設(shè)備完成輸入信號(hào)和協(xié)議的轉(zhuǎn)換73三、VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)結(jié)構(gòu)VSAT星形網(wǎng)絡(luò)(Starnetwork)VSAT網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)(Fullmeshnetwork)VSAT混合型網(wǎng)絡(luò)(Hybridarchitecture)74圖5-1衛(wèi)星VSAT星形網(wǎng)的組成和路徑75圖5-2衛(wèi)星VSAT網(wǎng)狀網(wǎng)的組成和路徑76VSAT星形網(wǎng)絡(luò)點(diǎn)到多點(diǎn)的單向廣播VSAT系統(tǒng)。由主站向遠(yuǎn)端VSAT小站傳輸數(shù)據(jù)、圖象、新聞電視或商業(yè)電視等業(yè)務(wù)，而不需要VSAT小站向主站回傳業(yè)務(wù)信息。點(diǎn)到多點(diǎn)的雙向通信VSAT網(wǎng)絡(luò)。以主站為中心，與各個(gè)遠(yuǎn)端VSAT小站構(gòu)成星形通信網(wǎng)。主站既可以向全網(wǎng)廣播公共信息，也可以分別與各個(gè)VSAT小站以“單跳”方式建立各自的雙向通信業(yè)務(wù)聯(lián)系。并且主站可作為中樞站以“兩跳”方式溝通任意兩個(gè)VSAT小站之間的通信鏈路。信道分配可以采用預(yù)分配方式，也可以采用按需分配方式。按需分配為集中控制方式。星形網(wǎng)是以傳輸數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主的系統(tǒng)，它以數(shù)據(jù)包的分組交換為基礎(chǔ)。77VSAT網(wǎng)狀網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)絡(luò)不需要主站，各小站之間可以任意建立通信鏈路。網(wǎng)狀網(wǎng)是以話音通信為主的系統(tǒng)，一般采用按需分配方式來(lái)提高信道的利用率。網(wǎng)狀網(wǎng)的信道多址方式可以采用頻分多址即單路單載波(SCPC)方式，也可以采用時(shí)分多址信道分配為分散式控制。適合于話務(wù)量較大，各遠(yuǎn)端站之間通信業(yè)務(wù)較多的情況。在這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)中，任何兩站之間的通信不會(huì)出現(xiàn)“兩跳”問(wèn)題。78VSAT混合型網(wǎng)絡(luò)星形網(wǎng)與網(wǎng)狀網(wǎng)的混合體網(wǎng)絡(luò)比較大，傳輸業(yè)務(wù)范圍比較廣，適合于既有話音業(yè)務(wù)又有數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的情形。網(wǎng)絡(luò)采用混合的控制方式，即系統(tǒng)的信道分配，設(shè)備性能的監(jiān)控、計(jì)費(fèi)等由主站來(lái)完成（集中控制），而各VSAT站之間的話音業(yè)務(wù)是直接進(jìn)行通信，采用分散控制方式。79VSAT系統(tǒng)與其它電信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組網(wǎng)利用VSAT系統(tǒng)組建衛(wèi)星廣域網(wǎng)將VSAT系統(tǒng)接入ISDN網(wǎng)絡(luò)VSAT系統(tǒng)與地面蜂窩移動(dòng)通信相結(jié)合的通信網(wǎng)絡(luò)國(guó)際VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)80（一）VSAT數(shù)據(jù)網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)多址協(xié)議鏈路傳輸延時(shí)對(duì)用戶接入?yún)f(xié)議的影響四、VSAT數(shù)據(jù)網(wǎng)和VSAT電話網(wǎng)81網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

VSAT數(shù)據(jù)網(wǎng)通常以主站為中心，通過(guò)衛(wèi)星與各小站連成星形網(wǎng)。每個(gè)小站支持一組用戶終端或LAN，主站與主計(jì)算機(jī)或數(shù)據(jù)處理中心、信息庫(kù)相連。在較大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)中，可能存在多個(gè)主站，各主站之間由衛(wèi)星鏈路相連接。

圖5-6VSAT數(shù)據(jù)網(wǎng)的物理組成和協(xié)議結(jié)構(gòu)82多址協(xié)議

VSAT數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)業(yè)務(wù)大致可以分為三類（1）事務(wù)處理的交互式或查詢/響應(yīng)短信息，（2）電子郵件，（3）長(zhǎng)數(shù)據(jù)報(bào)文。ALOHA：適合于報(bào)文較短和小站速率較低的情況TDMA：適合于地球站業(yè)務(wù)量較大、數(shù)據(jù)傳輸速率較高的系統(tǒng)。該協(xié)議與報(bào)文長(zhǎng)度無(wú)關(guān)。DAMA/TDMA：可控按需分配多址方案，用戶首先在短的預(yù)約申請(qǐng)時(shí)隙內(nèi)以競(jìng)爭(zhēng)的方式發(fā)出預(yù)約申請(qǐng)信號(hào)，使多址碰撞只發(fā)生在預(yù)約層。一旦預(yù)約成功，系統(tǒng)按用戶的優(yōu)先等級(jí)和業(yè)務(wù)類型將預(yù)約時(shí)隙分配給各用戶終端，并通過(guò)公用信道進(jìn)行廣播，于是各用戶終端將在所預(yù)約的時(shí)隙上進(jìn)行無(wú)碰撞的傳輸。適合于報(bào)文較長(zhǎng)、能容忍較長(zhǎng)時(shí)延的業(yè)務(wù)。83鏈路傳輸延時(shí)對(duì)用戶接入?yún)f(xié)議的影響采用協(xié)議仿真或稱為協(xié)議“欺騙”的策略來(lái)解決衛(wèi)星鏈路長(zhǎng)延時(shí)問(wèn)題，具體做法是在VSAT衛(wèi)星站設(shè)置一個(gè)延時(shí)補(bǔ)償單元（SDU），在通信過(guò)程中兩用戶終端之間的握手信號(hào)由本地SDU提供應(yīng)答（并暫存用戶端來(lái)的數(shù)據(jù)），從而避免了這些需要往返傳輸?shù)奈帐中盘?hào)通過(guò)長(zhǎng)延時(shí)的衛(wèi)星鏈路傳輸?shù)膯?wèn)題，消除了因終端長(zhǎng)時(shí)間等待應(yīng)答而不能正常發(fā)送數(shù)據(jù)的影響，同時(shí)也減輕了衛(wèi)星鏈路傳送握手信號(hào)的負(fù)擔(dān)。84（二）VSAT電話網(wǎng)需要采用網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)多址方式宜采用SCPC、CDMA、TDMA，DAMA方式，而不宜采用ALOHA方式85圖5-12呼叫建立過(guò)程86圖5-13話終拆線過(guò)程87第7章衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)內(nèi)容提要一、衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)二、衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)三、星座與星間鏈路四、典型衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)一、衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的概念衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)是指提供衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)(MSS)的通信系統(tǒng)，其典型特征是利用衛(wèi)星作中繼站向用戶提供移動(dòng)業(yè)務(wù)。衛(wèi)星移動(dòng)通信是傳統(tǒng)的固定衛(wèi)星通信與移動(dòng)通信交叉結(jié)合的產(chǎn)物，從表現(xiàn)形式看，它既是一個(gè)提供移動(dòng)業(yè)務(wù)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，又是一個(gè)利用衛(wèi)星作為中繼站的移動(dòng)通信系統(tǒng)。衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的組成空間段：衛(wèi)星母體及星載設(shè)備地面段：衛(wèi)星測(cè)控中心及相應(yīng)的衛(wèi)星測(cè)控網(wǎng)絡(luò)、網(wǎng)絡(luò)控制中心以及各類關(guān)口站用戶段：由各種用戶終端組成，可以是手持機(jī)、便攜機(jī)、機(jī)（車、艦）載臺(tái)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)星形結(jié)構(gòu)網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)混合結(jié)構(gòu)GEOLEO/MEOHEO優(yōu)點(diǎn)配置簡(jiǎn)單寬波束覆蓋星地間時(shí)間恒定空間段控制系統(tǒng)簡(jiǎn)單傳播時(shí)延固定傳播時(shí)延短鏈路增益高發(fā)射容易支持手持式終端可覆蓋全球仰角高系統(tǒng)設(shè)計(jì)靈活缺點(diǎn)鏈路功率受限話音、ARQ分組數(shù)據(jù)傳播時(shí)延大高緯地區(qū)仰角低，不能覆蓋極地需大量衛(wèi)星星上處理復(fù)雜衛(wèi)星壽命短大量切換多普勒頻移大鏈路增益比MEO低星上天線大多普勒頻移大因周期性穿越VanAllen帶而使衛(wèi)星壽命縮短各種星座的移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)比較用戶鏈路饋電鏈路應(yīng)用系統(tǒng)頻段（GHz）傳輸方向頻段（GHz）傳輸方向2.4835~2.5001.610~1.62135下行上行5.091~5.2506.875~7.055上行下行Globalstar1.62135~1.6265上、下行29.1~29.419.3~19.623.18~23.38上行下行星間Iridium2.583~2.5001.610~1.6215下行上行29.1~29.419.3~19.6上行下行OdysseyS頻段C頻段ICO若干大LEO和MEO系統(tǒng)的用戶業(yè)務(wù)和饋送鏈路頻段二、衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)的特點(diǎn)與固定業(yè)務(wù)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)相比，衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)在技術(shù)上有以下特點(diǎn)：衛(wèi)星功率有限與移動(dòng)臺(tái)天線增益低之間的矛盾十分突出系統(tǒng)在非高斯信道中工作，電波傳播情況復(fù)雜，多徑效應(yīng)、陰影遮蔽、多普勒頻移等不可避免眾多用戶共享有限的衛(wèi)星資源（頻率與功率）移動(dòng)臺(tái)要求高度的機(jī)動(dòng)性，故小型化具有十分重要的意義三、星座與星間鏈路（一）星座設(shè)計(jì)（二）太陽(yáng)同步軌道（三）極軌道星座（四）傾斜軌道星座（五）星間鏈路（一）星座設(shè)計(jì)星座覆蓋的定義最佳星座星座設(shè)計(jì)參數(shù)星座設(shè)計(jì)方法星座設(shè)計(jì)軟件星座的覆蓋覆蓋的定義：根據(jù)地面用戶終端的最小仰角定義覆蓋區(qū)域地面上處于衛(wèi)星天線波束半功率角度范圍以內(nèi)的區(qū)域?yàn)楦采w區(qū)域。衛(wèi)星星座的覆蓋要求由星座所要完成的任務(wù)決定，根據(jù)不同的任務(wù)確定不同的覆蓋方式。最佳星座選取最佳的軌道傾角和升節(jié)點(diǎn)的位置。軌道高度盡可能低衛(wèi)星數(shù)量盡可能少最小仰角盡可能大對(duì)指定區(qū)域進(jìn)行全天候的持續(xù)性覆蓋星座設(shè)計(jì)參數(shù)圓軌道的星座設(shè)計(jì)參數(shù)包括：星座的衛(wèi)星數(shù)量衛(wèi)星軌道平面數(shù)量衛(wèi)星軌道平面的傾角不同軌道平面的相對(duì)間隔同一軌道平面內(nèi)衛(wèi)星的相對(duì)相位相鄰軌道平面衛(wèi)星的相對(duì)相位每顆衛(wèi)星的軌道高度（或軌道周期）星座設(shè)計(jì)方法圓極軌道全球覆蓋衛(wèi)星星座軌道平面傾角為90度對(duì)高緯度地區(qū)形成多重覆蓋傾斜圓軌道衛(wèi)星星座：Walker星座i:T/P/F(0≤F≤P-1)對(duì)某緯度帶均勻覆蓋持續(xù)覆蓋某區(qū)域的星座靜止軌道衛(wèi)星星座中軌衛(wèi)星星座特殊衛(wèi)星星座設(shè)計(jì)赤道軌道衛(wèi)星星座的設(shè)計(jì)橢圓軌道衛(wèi)星星座的設(shè)計(jì)星座設(shè)計(jì)軟件STK/Coverage覆蓋分析模塊

STK/Coverage用于對(duì)衛(wèi)星、地面站、車輛、導(dǎo)彈、飛機(jī)、船舶進(jìn)行全面的覆蓋性能分析。

STK/Coverage可以分析各種覆蓋問(wèn)題，如一顆失靈的衛(wèi)星對(duì)整個(gè)星座覆蓋情況產(chǎn)生的影響，何處區(qū)域因當(dāng)?shù)氐匦蔚挠绊懺斐尚l(wèi)星通信阻塞，何時(shí)何地出現(xiàn)覆蓋間隙，何時(shí)出現(xiàn)多個(gè)衛(wèi)星同時(shí)可見(jiàn)一個(gè)對(duì)象的機(jī)會(huì)。

GlobalStar工作組利用STK進(jìn)行星座設(shè)計(jì)，包括地面站可見(jiàn)時(shí)間，覆蓋分析，鏈路預(yù)算等等。GlobalStar利用STK星座設(shè)計(jì)（二）太陽(yáng)同步軌道地球非球形引起的衛(wèi)星軌道面的旋轉(zhuǎn)問(wèn)題，視軌道傾角i

不同的取值范圍而有所不同：當(dāng)0

i<90o時(shí)，軌道面西退（從地球上看），即軌道面的旋轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相反；當(dāng)90o<i

180o時(shí)，軌道面東進(jìn)，即軌道面的旋轉(zhuǎn)方向與地球自轉(zhuǎn)方向相同；當(dāng)i=90o時(shí)，軌道面不旋轉(zhuǎn)。

軌道面旋轉(zhuǎn)的“退”或“進(jìn)”，統(tǒng)稱為軌道面的“進(jìn)動(dòng)”。“進(jìn)動(dòng)”用軌道升交點(diǎn)（經(jīng)度為

）的變化來(lái)表示。軌道面的“進(jìn)動(dòng)”速度d/dt除與i有關(guān)外，還與軌道的半長(zhǎng)軸a和偏心率e有關(guān)。對(duì)于圓形軌道（e=0），若選擇大于90°的適當(dāng)i和a（e=0時(shí)，a即為軌道高度h），可以使軌道的向東進(jìn)動(dòng)(角)速度與地球繞太陽(yáng)公轉(zhuǎn)的平均角速度（每天平均0.9856°）同步，則稱該軌道為“太陽(yáng)同步軌道”，也就是說(shuō)，太陽(yáng)同步軌道的軌道面每年（共365.25天）向東進(jìn)動(dòng)360°，即

0.9856×365.25=360(度)

由于太陽(yáng)同步軌道的i>90°，所以它是逆行軌道。太陽(yáng)同步軌道

?軌道平面與太陽(yáng)間幾乎固定的幾何關(guān)系表征在：軌道平面與黃道面的交線與地心-日心連線的夾角保持固定的一個(gè)角度θ ?這種固定的空間幾何關(guān)系使得太陽(yáng)同步軌道的衛(wèi)星總是在相同的本地時(shí)（LST）經(jīng)過(guò)某一區(qū)域的上空太陽(yáng)同步軌道

?圓太陽(yáng)同步軌道的軌道高度和軌道傾角之間的制約關(guān)系

?根據(jù)上式可知：

①由于cosi的取值始終為負(fù)，因此傾角i的取值范圍為(90o,180o]，所以太陽(yáng)同步軌道一定是逆行軌道；

②由|cosi

|=4.773×10-15×(h+Re)3.5≤1，可知圓軌道太陽(yáng)同步軌道的高度是受限的，最高高度為5974.9km。

太陽(yáng)同步軌道星座

?太陽(yáng)同步軌道也能夠用于實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)，如由288顆衛(wèi)星構(gòu)成的Teledesic系統(tǒng)

圖7-8太陽(yáng)同步軌道傾角與高度的關(guān)系（三）極軌道星座

極軌道:衛(wèi)星軌道平面傾角為90°時(shí)，軌道通過(guò)地球南、北極。極軌道星座對(duì)高緯度地區(qū)可形成多重覆蓋，當(dāng)其衛(wèi)星軌道高度和最小覆蓋仰角確定之后，即可大致估算所需的軌道數(shù)目和每個(gè)軌道面上衛(wèi)星的數(shù)目。極軌道星座的衛(wèi)星分布特性

由于極軌道星座的特殊軌道結(jié)構(gòu)（90o傾角，所有軌道面交于南北極點(diǎn)），星座中的衛(wèi)星在天球上的分布是不均勻的：衛(wèi)星在赤道平面上最稀疏，相互間的間隔距離最大；在兩極處最密集，相互間的間隔距離最小。 因此，在考慮極軌道星座對(duì)全球的覆蓋時(shí)，只需考慮對(duì)赤道實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋；在考慮對(duì)球冠區(qū)域的覆蓋時(shí)，只需考慮對(duì)球冠的最低緯度圈實(shí)現(xiàn)連續(xù)覆蓋。(四）傾斜軌道星座

傾斜軌道星座的衛(wèi)星可以比較“均勻”地覆蓋服務(wù)區(qū)，常采用Walker星座。全球星系統(tǒng)和奧德賽（Odyssey）系統(tǒng)都采用了Walker星座。星座參數(shù)有四個(gè)，表示為i:T/P/F

其中：i為軌道平面傾角

T是星座中總的衛(wèi)星數(shù)目

P為軌道平面的數(shù)目

F是相位因子傾斜圓軌道星座的基本特性

?多個(gè)傾角和高度相同的軌道平面

?各軌道平面具有相同數(shù)量的衛(wèi)星

?各軌道平面內(nèi)衛(wèi)星在面內(nèi)均勻分布

?各軌道平面的右旋升交點(diǎn)在參考平面內(nèi)均勻分布

?相鄰軌道相鄰衛(wèi)星間存在確定的相位關(guān)系傾斜圓軌道星座

WalkerDelta星座Ballard玫瑰（Rosette）星座Delta星座

?Delta星座使用相鄰軌道面內(nèi)，相鄰衛(wèi)星的初始相位差來(lái)確定星座中各衛(wèi)星的相對(duì)空間位置關(guān)系

?相鄰軌道面相鄰衛(wèi)星相位差Delta星座標(biāo)識(shí)法

Walker采用3個(gè)參數(shù)來(lái)描述Delta星座：T/P/F。

?

T代表星座的衛(wèi)星總數(shù)；

?

P代表星座的軌道面數(shù)量；

?

F稱為相位因子，

?Delta星座按下式確定相鄰軌道相鄰衛(wèi)星的初始相位差玫瑰星座

?Rosette星座中，衛(wèi)星的初始相位與其所在軌道面的右旋升交點(diǎn)赤經(jīng)（或經(jīng)度值）成一定的比例關(guān)系

?Ballard使用3個(gè)不變的方向角和一個(gè)時(shí)變的相位角來(lái)確定衛(wèi)星在運(yùn)行天球面上的瞬時(shí)位置玫瑰星座標(biāo)識(shí)法

Ballard采用3個(gè)參數(shù)來(lái)描述玫瑰星座:(N,P,m) ?N代表星座的衛(wèi)星總數(shù)；

?P代表星座的軌道面數(shù)量；

?m稱為協(xié)因子，確定了衛(wèi)星在軌道面內(nèi)的初始相位。

?協(xié)因子m是一個(gè)非常重要的玫瑰星座參數(shù)，它不僅影響衛(wèi)星初始時(shí)刻在運(yùn)行天球上的分布，也影響衛(wèi)星組成的圖案在天球上的旋進(jìn)速度。協(xié)因子m的特性

?協(xié)因子m可以是整數(shù)也可以是不可約分?jǐn)?shù)；

?如果m是0到N－1的整數(shù)，表示星座中每一個(gè)軌道平面上只有一顆衛(wèi)星；

?如果協(xié)因子m為不可約分?jǐn)?shù)，則一定以S為分母，表示星座中每一個(gè)軌道平面上有S顆衛(wèi)星。

共地面軌跡星座的特性

?包含多個(gè)軌道高度和傾角相同軌道面；

?每軌道面一顆衛(wèi)星；

?所有衛(wèi)星沿不變的地面軌跡運(yùn)行；

?適合于實(shí)現(xiàn)區(qū)域覆蓋衛(wèi)星通信系統(tǒng)。（五）星間鏈路在衛(wèi)星之間建立星間通信鏈路（激光鏈路或毫米波鏈路），每顆衛(wèi)星將成為空間網(wǎng)的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，使通信信號(hào)能不依賴于地面通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行傳輸，提高傳輸?shù)男屎拖到y(tǒng)的獨(dú)立性，對(duì)于組建全球通信網(wǎng)將是十分方便和靈活的。星間鏈路特性

?仰角的時(shí)變特性

天線的動(dòng)態(tài)指向特性

?方位角的時(shí)變特性

天線的動(dòng)態(tài)指向特性

?星間距離的時(shí)變特性

功率的動(dòng)態(tài)控制特性相同軌道高度衛(wèi)星間的星間鏈路

?同一軌道平面內(nèi)的軌內(nèi)星間鏈路：同一軌道面內(nèi)的兩顆衛(wèi)星能夠基本保持不變的相對(duì)位置，軌內(nèi)星際鏈路的星間距離、方位角和仰角變化很小，建立相對(duì)容易

?不同軌道平面之間的軌間星間鏈路：由于不同軌道面內(nèi)兩顆衛(wèi)星存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，軌間星際鏈路的方位角、仰角和星間距離一般隨時(shí)間而變化，建立相對(duì)比較困難星間鏈路的仰角和距離計(jì)算?根據(jù)右圖所示的幾何關(guān)系容易推出

星間鏈路的方位角計(jì)算

?方位角的度量以衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方向?yàn)榛鶞?zhǔn)，沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)到衛(wèi)星連線方向。

星間鏈路性能隨軌道高度的變化星間鏈路性能隨軌道傾角的變化

不同軌道高度衛(wèi)星間的星間鏈路

?衛(wèi)星的仰角滿足關(guān)系式

?可見(jiàn)：軌道高度較高的衛(wèi)星將始終有負(fù)的仰角值，而高度較低的衛(wèi)星的仰角則可正可負(fù)五、典型衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)（一）銥系統(tǒng)(Iridium)（二）全球星系統(tǒng)(Globalstar)（三）亞洲蜂窩系統(tǒng)(ACeS)（四）Thuraya系統(tǒng)（一）銥系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)多址技術(shù)應(yīng)用和業(yè)務(wù)與GSM系統(tǒng)的比較圖1銥系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖表5用戶鏈路、饋電鏈路和星間鏈路的參數(shù)Iridium系統(tǒng)的用戶“銥”自身的用戶，是指使用銥用戶終端(ISU）的用戶，用戶直接訪問(wèn)“銥”衛(wèi)星，主要是地面網(wǎng)絡(luò)尚沒(méi)有覆蓋到的地區(qū)的用戶。PSTN／PDN用戶，包括家庭用戶在內(nèi)的地面公共交換網(wǎng)和分組數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶可通過(guò)關(guān)口站進(jìn)入“銥”衛(wèi)星網(wǎng)。GSM用戶，“銥”系統(tǒng)與GSM系統(tǒng)兼容，通過(guò)“銥”系統(tǒng)可為全世界的各個(gè)GSM蜂窩網(wǎng)提供全球漫游。其他地面蜂窩網(wǎng)用戶，通過(guò)使用“銥連網(wǎng)單元”(IIU)，“銥”系統(tǒng)可提供銥蜂窩漫游業(yè)務(wù)。IIU可將不同的蜂窩標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行變換。Iridium系統(tǒng)的用戶和業(yè)務(wù)“銥”系統(tǒng)可以提供以下業(yè)務(wù)：全雙工2400或4800b/s的數(shù)字電話，采用間斷傳輸，即在話音間隙無(wú)信號(hào)發(fā)射數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，速率2400b/s，含傳真?zhèn)骱魳I(yè)務(wù)，文字型全球傳呼業(yè)務(wù)及雙向短消息業(yè)務(wù)。無(wú)線電定位（RDSS）業(yè)務(wù)，可在手機(jī)上顯示用戶當(dāng)時(shí)所處的經(jīng)緯度（誤差小于1.6公里）慢掃圖象及無(wú)線電調(diào)度Iridium和GSM系統(tǒng)的比較

“銥”系統(tǒng)是以GSM數(shù)字式地面蜂窩系統(tǒng)技術(shù)為基礎(chǔ)的，在網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成、基本體制、呼叫處理等方面有許多共同的地方。有人把“銥”系統(tǒng)說(shuō)成是“倒置”的GSM，也就是說(shuō)，其基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)在天上，基站處理在星上完成，“銥”系統(tǒng)與GSM網(wǎng)技術(shù)上是兼容的，甚至關(guān)口站交換設(shè)備也是相同的。（二）全球星系統(tǒng)系統(tǒng)構(gòu)成頻率計(jì)劃多址技術(shù)系統(tǒng)容量主要特點(diǎn)提供的業(yè)務(wù)圖5“全球星”系統(tǒng)的總體結(jié)構(gòu)圖6“全球星”天線波束的排列圖案

L波段接收多波束天線S波段發(fā)射多波束天線表6Globalstar主要參數(shù)

Globalstar的主要特點(diǎn)完全與地面PSTN和PLMN綜合采用碼分多址技術(shù)采用路徑分集技術(shù)和功率控制技術(shù)軟切換技術(shù)Globalstar系統(tǒng)提供的業(yè)務(wù)話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能直接接到PSTN無(wú)線電定位業(yè)務(wù)（定位和位置消息）話音和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，能直接連接各種專用網(wǎng)傳呼和消息。通過(guò)GLOBALSTAR可獲得目前移動(dòng)電話用戶能獲得的任何具體通信業(yè)務(wù)，例如電話、數(shù)據(jù)和傳真亞洲蜂窩衛(wèi)星通信系統(tǒng)ACeS ?ACeS系統(tǒng)的第一顆衛(wèi)星Garuda-1于2000年2月發(fā)射，定位于東經(jīng)123o上空

?Garuda-1衛(wèi)星由美國(guó)LockheedMartin公司制造，使用該公司的A2100AX衛(wèi)星共用艙

?Garuda-1衛(wèi)星的星載傘裝賦形天線直徑為12米，具有140個(gè)點(diǎn)波束，在地面產(chǎn)生140個(gè)宏小區(qū)，覆蓋亞洲24個(gè)國(guó)家和地區(qū)，覆蓋面積超過(guò)2850萬(wàn)平方公里，覆蓋區(qū)人口超過(guò)30億（三）亞洲蜂窩系統(tǒng)（ACeS）Garuda-1衛(wèi)星的覆蓋特性ACeS的地面設(shè)備

信關(guān)站天線Ericsson手持機(jī)ACeS通信鏈路

?用戶鏈路使用L頻段：上行1626.5-1660.5MHz，下行1525.0-1559.0MHz；上行用戶信道帶寬50kHz，采用GMSK調(diào)制方式和FDD/TDMA/FDMA多址接入方式

?饋電鏈路采用C頻段，上行6.425-6.725GHz，下行3.400-3.700GHz；上行用戶信道帶寬200KHz，采用OQPSK調(diào)制方式和FDD/TDMA/FDMA多址接入方式（四）Thuraya系統(tǒng)Thuraya系統(tǒng)

?Thuraya公司1997年在阿聯(lián)酋創(chuàng)立，是一個(gè)私營(yíng)股份制公司，目前共有21個(gè)股東，主要是一些國(guó)家的主要電信業(yè)務(wù)提供商和國(guó)際投資機(jī)構(gòu)，系統(tǒng)的總投資為11億美元

?Thuraya系統(tǒng)提供區(qū)域性的衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù)，支持包括語(yǔ)音、傳真、短消息、數(shù)據(jù)傳輸和GPS定位服務(wù)

?Thuraya系統(tǒng)的空間段計(jì)劃由3顆地球同步軌道衛(wèi)星組成，每顆衛(wèi)星均裝配高功率多點(diǎn)波束天線和移動(dòng)通信有效載荷

Thuraya系統(tǒng)空間段

?衛(wèi)星Thuraya-1和Thuraya-2已分別于2000年10月21和2003年6月發(fā)射入軌，分別定位于東經(jīng)28.5o和44o，軌道傾角為6.3o ?Thuraya系統(tǒng)目前的覆蓋區(qū)域包括歐洲決大部分地區(qū)、中東、北部和中部非洲、西亞、中亞和南亞的共110個(gè)國(guó)家和地區(qū)，覆蓋區(qū)人口數(shù)超過(guò)23億Thuraya系統(tǒng)衛(wèi)星

?Thuraya-1衛(wèi)星裝配有TRW公司新型的直徑為12.25米的L頻段孔徑收發(fā)天線，結(jié)合波音公司的星上數(shù)字信號(hào)處理器，形成動(dòng)態(tài)相控陣天線，產(chǎn)生250-300個(gè)在軌可重定向的點(diǎn)波束來(lái)形成覆蓋區(qū)域內(nèi)的宏小區(qū)

?極限情況下，Thuraya-1衛(wèi)星可以將總功率的20%分配給單個(gè)的點(diǎn)波束，產(chǎn)生熱點(diǎn)（hotspot）波束

?Thuraya-2由美國(guó)波音公司制造，采用和Thuraya-1相同的技術(shù)，但比Thuraya-1增加了10%的星上電能儲(chǔ)備和40%的通信容量，使得Thuraya-2有更長(zhǎng)的使用壽命和更大的系統(tǒng)容量

Thuraya系統(tǒng)通信體制

?Thuraya系統(tǒng)采用FDD/TDMA/FDMA接入方式，采用QPSK調(diào)制技術(shù)，系統(tǒng)阻塞率低于2％

?用戶鏈路采用L頻段，上行頻帶1626.5-1660.5MHz，下行1525.0-1559.0MHz ?饋電鏈路采用C頻段，上行6425.0-6725.0MHz，下行3400.0-3625.0MHz

第8章衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)

目錄一、概述二、衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)三、衛(wèi)星TCP技術(shù)四、衛(wèi)星IP技術(shù)五、國(guó)外衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)參考文獻(xiàn)ZhiliSun.SatelliteNetworkingPrincipleandProtocols.JohnWiley&Sons,Ltd.,2005陳振國(guó)等.衛(wèi)星通信系統(tǒng)與技術(shù).北京：北京郵電大學(xué)出版社，2003DOUGLASE.COMER著，林瑤等譯.用TCP/IP進(jìn)行網(wǎng)際互連.北京：電子工業(yè)出版社，1998Chotikapong,Y.;Sun,Z.EvaluationofApplicationPerformanceforTCP/IPviaSatelliteLinks.SatelliteServicesandtheInternet,IEESeminaron17Feb.2000,Page(s):4/1–4/4.一、概述隨著人類社會(huì)對(duì)信息需求的不斷增長(zhǎng)，對(duì)Internet網(wǎng)絡(luò)依賴性的不斷提高，Internet業(yè)務(wù)和寬帶綜合業(yè)務(wù)已經(jīng)逐步取代傳統(tǒng)的低速話音和數(shù)據(jù)通信，成為通信網(wǎng)絡(luò)中的主要業(yè)務(wù)Internet業(yè)務(wù)和寬帶綜合業(yè)務(wù)也自然地成為了衛(wèi)星通信當(dāng)前迅速發(fā)展的應(yīng)用領(lǐng)域衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)的特點(diǎn)及功能特點(diǎn)傳輸速率高，如吉萊特（Gilat）公司與微軟等合作推出的利用雙向VSAT實(shí)現(xiàn)的Internet接入服務(wù)，能提供下行40Mb/s，上行153.6Kb/s的數(shù)據(jù)速率（但個(gè)人用戶只能獲得下行400Kb/s、上行56～100Kb/s的速率）為了獨(dú)立于地面網(wǎng)絡(luò)，多數(shù)衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)使用微波或激光星間鏈路實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星互連，構(gòu)成空間骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)由于衛(wèi)星鏈路的傳輸損耗大，在高速傳輸情況下，要求用戶使用具有較大口徑的天線。因此，短時(shí)間內(nèi)衛(wèi)星寬帶系統(tǒng)將無(wú)法支持手持終端移動(dòng)中的高速通信。功能為用戶或用戶群提供Internet骨干網(wǎng)的高速接入作為骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，連接不同地理區(qū)域的Internet網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)商西歐衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器（36MHz）數(shù)目的供求情況

轉(zhuǎn)發(fā)器需求業(yè)務(wù)19951997199920042009傳統(tǒng)語(yǔ)音和數(shù)據(jù)177223298204163Internet中繼0017.1147200Internet接入00.49.913143電視和視頻5275285859641207二、衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)交互式衛(wèi)星寬帶Internet接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)非對(duì)稱衛(wèi)星寬帶接入系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

衛(wèi)星寬帶骨干傳輸系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

三、衛(wèi)星TCP技術(shù)幾個(gè)概念：（1）往返延時(shí)RTT發(fā)送端從開(kāi)始發(fā)送數(shù)據(jù)到它收到來(lái)自接收端的應(yīng)答，所需時(shí)間為信息傳輸?shù)耐笛訒r(shí)。（2）連接容量（或帶寬延時(shí)乘積）發(fā)送端在接收到返回的應(yīng)答信息之前所能發(fā)送的最大數(shù)據(jù)量，它受到接收窗口(接收窗口為帶寬延時(shí)乘積)的限制。連接容量=帶寬

RTT（3）長(zhǎng)粗管道對(duì)于給定的最大窗口尺寸(帶寬延時(shí)乘積)

，大的往返延時(shí)將限制連接帶寬(即傳輸速率)，通常把帶寬延時(shí)乘積較大的數(shù)據(jù)連接稱為“長(zhǎng)粗管道”。TCP協(xié)議特點(diǎn)

?面向連接的、端對(duì)端、進(jìn)程對(duì)進(jìn)程的可靠傳輸協(xié)議，為用戶提供字節(jié)流傳輸服務(wù)

?基于不可靠的IP服務(wù)來(lái)提供可靠的數(shù)據(jù)傳輸，采用了端對(duì)端流量控制、擁塞控制和差錯(cuò)控制機(jī)制來(lái)保證服務(wù)的可靠性

?使用滑動(dòng)窗口協(xié)議來(lái)實(shí)現(xiàn)端對(duì)端流量控制

?使用慢啟動(dòng)、擁塞避免、快速重傳和快速恢復(fù)算法來(lái)完成擁塞控制

?使用確認(rèn)信息包、定時(shí)器和重傳機(jī)制來(lái)實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制（一）TCP概述1、滑動(dòng)窗口協(xié)議

?接收端公告窗口即是發(fā)送滑動(dòng)窗口，是接收端通告發(fā)送端的窗口大小數(shù)值

2、擁塞控制機(jī)制

?TCP擁塞控制策略是在20世紀(jì)80年代后期由VanJacobson提出

?TCP的擁塞控制機(jī)制隨TCP協(xié)議版本的不同而不同，在目前常見(jiàn)的TCP-Reno中，擁塞控制機(jī)制由慢啟動(dòng)算法、擁塞避免算法、快速重傳和快速恢復(fù)算法構(gòu)成圖7-6慢啟動(dòng)-擁塞避免算法中CWND變化示意圖

3、慢啟動(dòng)/擁塞避免機(jī)制例題1

按照?qǐng)D7-6所示的慢啟動(dòng)－擁塞避免算法，假設(shè)TCP在一條往返延時(shí)為100ms的移動(dòng)衛(wèi)星鏈路上傳輸一個(gè)400KB的文件。如果TCP發(fā)送的報(bào)文段大小為1KB，則：（1）發(fā)送完該文件需要用多少RTT？（2）此次傳輸?shù)挠行掏铝渴嵌嗌伲拷猓海?）傳輸完400KB大小的文件，需要用RTT數(shù)為24

（2）此次傳輸?shù)挠行掏铝繛椋海?00×8）/（24×0.1）=133.3(Kbps)例題2

假設(shè)TCP在衛(wèi)星通信鏈路上實(shí)現(xiàn)一個(gè)擴(kuò)展：允許窗口大小遠(yuǎn)大于64KB。假設(shè)你正用這個(gè)擴(kuò)展TCP在一條往返延時(shí)為100ms的1Gbps移動(dòng)衛(wèi)星鏈路上傳送一個(gè)10MB的文件，而且TCP接收窗口為1MB。如果TCP發(fā)送的報(bào)文段大小為1KB，在網(wǎng)絡(luò)無(wú)擁塞、無(wú)分組丟失的情況下：（1）當(dāng)慢啟動(dòng)打開(kāi)發(fā)送窗口達(dá)到1MB時(shí)，用了多少RTT？（2）發(fā)送該文件用了多少RTT？（3）如果發(fā)送文件的時(shí)間由所需的RTT的數(shù)量與鏈路延遲的乘積給出，這次傳輸?shù)挠行掏铝渴嵌嗌伲挎溌穾挼睦寐适嵌嗌伲?/p>

解：（1）當(dāng)慢啟動(dòng)打開(kāi)發(fā)送窗口達(dá)到1MB時(shí)，所需RTT數(shù)量為：（2）按照慢啟動(dòng)/擁塞避免算法，發(fā)送該文件所需要的RTT數(shù)量為：35

（3）這次傳輸?shù)挠行掏铝繛椋?/p>

10/（35*0.1）=2.857(MB/s)

鏈路帶寬的利用率為：（2.857*8）/1000=2.2856%TCP在衛(wèi)星通信系統(tǒng)種存在什么樣的問(wèn)題？？（二）TCP在衛(wèi)星通信系統(tǒng)種存在的問(wèn)題1、衛(wèi)星通信鏈路傳播延時(shí)較大2、衛(wèi)星通信鏈路信息傳輸?shù)恼`碼率較高，造成數(shù)據(jù)丟失，而這種可能被協(xié)議解釋為由擁塞所引起的3、衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的帶寬延時(shí)乘積大4、衛(wèi)星鏈路的非對(duì)稱性1、長(zhǎng)延時(shí)對(duì)TCP協(xié)議性能的影響

?在新的TCP連接建立后，收發(fā)雙方都不清楚傳輸網(wǎng)絡(luò)的業(yè)務(wù)負(fù)載情況，因此使用慢啟動(dòng)來(lái)逐步探測(cè)傳輸鏈路的有效帶寬

?對(duì)1個(gè)TCP連接，傳輸速率b約為

?在TCP使用每報(bào)文段確認(rèn)時(shí)傳輸比特速率達(dá)到B所需的時(shí)間

?在TCP使用延時(shí)確認(rèn)時(shí)，傳輸比特速率達(dá)到B所需的時(shí)間 式中，l為報(bào)文段的平均長(zhǎng)度（比特?cái)?shù)） ?假設(shè)發(fā)送的數(shù)據(jù)報(bào)文段的平均長(zhǎng)度為1KB，則在不同的速率B和不同的確認(rèn)方式下，TCP協(xié)議的慢啟動(dòng)過(guò)程持續(xù)時(shí)間如下表軌道類型tSS（s）每報(bào)文段確認(rèn)延遲確認(rèn)B=1MbpsB=10MbpsB=155MbpsB=1MbpsB=10MbpsB=155Mbps低軌0.180.350.550.280.560.90中軌1.492.323.312.373.795.48靜止軌道3.915.737.916.299.4113.13RTT取值：GEO－550ms，MEO－250ms，LEO-50ms；延遲確認(rèn)：每收到2個(gè)報(bào)文段確認(rèn)一次。2、高差錯(cuò)率對(duì)TCP協(xié)議性能的影響

?地面有線傳輸網(wǎng)的差錯(cuò)率很低，典型的誤碼率值低于10-10，而衛(wèi)星鏈路的誤碼率通常在10-2～10-6之間（無(wú)糾錯(cuò)編碼時(shí)）

?傳輸差錯(cuò)從三個(gè)方面影響了TCP的吞吐率性能：

1）因出錯(cuò)而丟失的報(bào)文段必須被重傳，因此增加了網(wǎng)絡(luò)資源的消耗；

2）TCP發(fā)送端始終將報(bào)文段的丟失理解為網(wǎng)絡(luò)擁塞，因而降低其傳輸速率，使得網(wǎng)絡(luò)資源的利用率急劇下降；

3）反向鏈路上的確認(rèn)包丟失將會(huì)導(dǎo)致已經(jīng)接收到的報(bào)文段的超時(shí)重傳，進(jìn)一步降低協(xié)議的吞吐率性能。

?衛(wèi)星鏈路的差錯(cuò)具有突發(fā)性，而快速重傳和快速恢復(fù)算法通常不能處理單個(gè)窗口內(nèi)的多個(gè)錯(cuò)誤，因此TCP協(xié)議的擁塞避免機(jī)制將嚴(yán)重限制窗口的增長(zhǎng)

3、帶寬延時(shí)積對(duì)TCP協(xié)議性能的影響

?一個(gè)TCP連接中，鏈路的最大有效帶寬與連接的往返程時(shí)間RTT之積稱為帶寬延時(shí)積BDP ?BDP說(shuō)明了一個(gè)TCP鏈路在一個(gè)RTT內(nèi)的最大吞吐量BDP（KB）帶寬128Kbps244Kbps1Mbps2Mbps45Mbps155Mbps低軌(RTT=50ms)0.81.5256.2512.5281.25968.75中軌(RTT=250ms)47.62531.2562.51406.254843.75靜止軌道(RTT=550ms)8.816.77568.75137.53093.7510656.25 ?TCP的流量控制通過(guò)連接雙方通告自己的窗口大小來(lái)實(shí)現(xiàn)

?在TCP頭部中，窗口大小是一個(gè)16位的域段，也就是說(shuō)窗口的最大值為216=65535字節(jié)，即64KB ?發(fā)送端在發(fā)送報(bào)文段的過(guò)程中，在未收到已發(fā)送報(bào)文段的確認(rèn)信息之前，發(fā)送端發(fā)送的數(shù)據(jù)量不應(yīng)超過(guò)該窗口的大小

?衛(wèi)星系統(tǒng)傳輸延時(shí)較大，為了充分利用帶寬資源，必須在接收到確認(rèn)信息之前發(fā)送足夠多的數(shù)據(jù)到網(wǎng)絡(luò)中，這就需要

TCP連接的窗口足夠大4、鏈路的不對(duì)稱性對(duì)TCP協(xié)議性能的影響

?衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)中TCP的前向和反向鏈路在帶寬上通常有著很大的不對(duì)稱性，即前向鏈路的有效帶寬遠(yuǎn)大于反向鏈路的帶寬

?考慮到大量TCP傳輸?shù)膯蜗蛱匦裕ㄈ鐝木W(wǎng)絡(luò)服務(wù)器到遠(yuǎn)程主機(jī)），較慢的反向鏈路在很大程度上是可以接收的?當(dāng)反向鏈路只具有有限帶寬時(shí)，確認(rèn)包的聚集和丟失使得確認(rèn)信號(hào)流具有突發(fā)特性，帶來(lái)3種影響：

1）發(fā)送的數(shù)據(jù)流變得更具突發(fā)性；

2）降低擁塞窗口CWND的增長(zhǎng)速度；

3）快速恢復(fù)機(jī)制的效率降低

（三）改善衛(wèi)星TCP性能的方法

?主要的解決技術(shù)可以粗略地分為兩大類

1、端對(duì)端的解決方法：對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TCP協(xié)議中一些基本參數(shù)的調(diào)整及協(xié)議的擴(kuò)展，改進(jìn)定時(shí)機(jī)制，采用更先進(jìn)的流控和分組丟失恢復(fù)算法等

2、基于中間件（middleware）的解決方法：利用性能增強(qiáng)代理將網(wǎng)絡(luò)中的長(zhǎng)延時(shí)和高差錯(cuò)率部分與其余部分隔離，通過(guò)在長(zhǎng)延時(shí)和高差錯(cuò)率部分使用專用的協(xié)議來(lái)增強(qiáng)系統(tǒng)性能

TCP增強(qiáng)技術(shù)－增大初始窗口

?慢啟動(dòng)算法中初始窗口很小（僅為1），使慢啟動(dòng)時(shí)間較長(zhǎng)，RFC2414針對(duì)這一情況提出按下式確定初始窗口

?按照這種方法，在每報(bào)文段確認(rèn)時(shí)，慢啟動(dòng)算法中所需要的最大接收窗口恢復(fù)時(shí)間可以縮短為:

其中Wmax為最大允許接收窗口，Winit為初始窗口

1、端對(duì)端的解決方法TCP增強(qiáng)技術(shù)－字節(jié)計(jì)數(shù)

?字節(jié)計(jì)數(shù)是一種TCP確認(rèn)計(jì)算方式

?在字節(jié)計(jì)數(shù)方式中，擁塞窗口的增加數(shù)量是由每個(gè)確認(rèn)所覆蓋的先前未確認(rèn)的字節(jié)數(shù)目來(lái)決定的，而不是由確認(rèn)的數(shù)目決定的

?有兩種字節(jié)計(jì)數(shù)的算法：無(wú)限字節(jié)計(jì)數(shù)（UBC）和受限字節(jié)計(jì)數(shù)（LBC）。 ?UBC每接收到一個(gè)確認(rèn)就簡(jiǎn)單的根據(jù)確認(rèn)覆蓋的未確認(rèn)字節(jié)數(shù)目來(lái)增加擁塞窗口，而LBC則限制擁塞窗口的增加為2段

?LBC與UBC相比，防止了大量線性增加的突發(fā)數(shù)據(jù)，從而減少了數(shù)據(jù)的丟失并提高了傳輸效率?延遲確認(rèn)是指接收端不是對(duì)每一個(gè)收到的報(bào)文段進(jìn)行確認(rèn)，而是收到第2個(gè)完整的報(bào)文段時(shí)才確認(rèn)

?在慢啟動(dòng)過(guò)程中TCP發(fā)送端根據(jù)接收到的確認(rèn)數(shù)目來(lái)增加擁塞窗口的大小，而延遲確認(rèn)將接收端發(fā)出的確認(rèn)數(shù)目減少了一半，因此擁塞窗口大小增加的速度就減慢了

?在慢啟動(dòng)后才使用延遲確認(rèn)，這樣在TCP連接主動(dòng)增加擁塞窗口大小時(shí)提供了足夠多的確認(rèn)，而在

TCP連接穩(wěn)定后減少確認(rèn)數(shù)目以節(jié)約網(wǎng)絡(luò)資源 TCP增強(qiáng)技術(shù)－慢啟動(dòng)后的

延遲確認(rèn)DAASS ?選擇確認(rèn)是一種糾正發(fā)生多個(gè)數(shù)據(jù)段丟失時(shí)的TCP

處理的策略

?使用選擇確認(rèn)，接收端可以告訴發(fā)送端所有接收成功的數(shù)據(jù)段序列號(hào)，從而使發(fā)送端只重發(fā)那些確實(shí)丟失的數(shù)據(jù)段，提高了TCP傳輸?shù)男阅?/p>

?在衛(wèi)星信道中使用SACK比標(biāo)準(zhǔn)的TCP在性能上有很大改進(jìn)TCP增強(qiáng)技術(shù)－選擇性確認(rèn)SACK ?在網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始擁塞時(shí)，顯式通告機(jī)制將IP包頭中1比特ECN域設(shè)置為1來(lái)通知終端節(jié)點(diǎn)。相應(yīng)地，終端節(jié)點(diǎn)減小其傳輸速率

?發(fā)送端可以在重傳定時(shí)器超時(shí)或接收到3個(gè)重復(fù)確認(rèn)之前就可以收到顯式的擁塞信息，因此，如果一個(gè)報(bào)文段丟失而沒(méi)有擁塞指示，則該報(bào)文段的丟失就一定是由鏈路的差錯(cuò)造成的，發(fā)送端無(wú)需降低其傳輸速率TCP增強(qiáng)技術(shù)－顯式擁塞通告ECNTCPVegas：使用傳輸速率來(lái)實(shí)現(xiàn)擁塞控制TCPPeach：針對(duì)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的擁塞控制方案：突發(fā)啟動(dòng)和高速恢復(fù)SCPS-TP：針對(duì)標(biāo)準(zhǔn)TCP協(xié)議在空間通信系統(tǒng)種存在的問(wèn)題進(jìn)行擴(kuò)展和改進(jìn)STP：衛(wèi)星傳輸協(xié)議，提供面向字節(jié)流的數(shù)據(jù)傳輸服務(wù)，其自動(dòng)重傳請(qǐng)求機(jī)制使用選擇性否定確認(rèn)其它端對(duì)端的解決方法 ?基于中間件解決方案的衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)

2、基于中間件的解決方案 ?TCP分裂法將整個(gè)通信系統(tǒng)分為衛(wèi)星段和非衛(wèi)星段兩個(gè)部分，在非衛(wèi)星段中采用標(biāo)準(zhǔn)的地面網(wǎng)絡(luò)TCP協(xié)議，在衛(wèi)星段采用專用的衛(wèi)星傳輸協(xié)議

?位于地面的TCP信關(guān)站通過(guò)地面網(wǎng)絡(luò)建立和維護(hù)與系統(tǒng)的地面節(jié)點(diǎn)TCP連接，通過(guò)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)建立和維護(hù)與遠(yuǎn)端信關(guān)站的連接

?在某些情況下，信關(guān)站需要完成不同版本TCP協(xié)議的轉(zhuǎn)換

?因?yàn)橹饕母倪M(jìn)都在信關(guān)站實(shí)現(xiàn)，TCP分裂法無(wú)需修改終端用戶的TCP協(xié)議棧TCP分裂法（TCPSplitting） ?TCP欺騙法中，信關(guān)站作為一個(gè)欺騙代理，接收源節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)報(bào)文段并代替目的節(jié)點(diǎn)向源節(jié)點(diǎn)發(fā)送應(yīng)答信號(hào)，使得源節(jié)點(diǎn)可以更快地發(fā)送數(shù)據(jù)；同時(shí)，它還負(fù)責(zé)將接收的數(shù)據(jù)報(bào)文段可靠地發(fā)送到真正的目的節(jié)點(diǎn)

?因?yàn)橹饕母膭?dòng)都在信關(guān)站實(shí)現(xiàn)，TCP欺騙法無(wú)需修改終端用戶的TCP協(xié)議棧TCP欺騙法（TCPSpoofing） ?TCP欺騙法中信關(guān)站的一種典型結(jié)構(gòu)四、衛(wèi)星IP技術(shù)衛(wèi)星IPQoS隧道技術(shù)衛(wèi)星星座路由技術(shù)衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)組播技術(shù) ?從網(wǎng)絡(luò)層來(lái)看基于IP的QoS管理機(jī)制，有兩種方法：

1）差別服務(wù)DS，通過(guò)配置優(yōu)先權(quán)域來(lái)區(qū)分服務(wù)質(zhì)量和服務(wù)種類；

2）資源預(yù)保留協(xié)議RSVP，依靠信令來(lái)預(yù)保留帶寬來(lái)滿足一定的服務(wù)質(zhì)量。衛(wèi)星IPQoS ?隧道技術(shù)往往用于使分組路由通過(guò)異種網(wǎng)絡(luò)傳送到接收方，也常用于在不改變現(xiàn)有Internet的基礎(chǔ)上支持新的網(wǎng)絡(luò)功能隧道（tunneling）技術(shù) ?寬帶衛(wèi)星IP網(wǎng)絡(luò)可能將隧道技術(shù)用在以下幾個(gè)方面

1）將孤立的地面主機(jī)通過(guò)衛(wèi)星接入Internet或是與其他孤立的地面主機(jī)或網(wǎng)絡(luò)相連接；

2）小路由器利用隧道技術(shù)將其自身所在的局域網(wǎng)（LAN）通過(guò)衛(wèi)星接入到地面Internet或與其他地面主機(jī)/網(wǎng)絡(luò)相連?一個(gè)完全支持IP路由的系統(tǒng)可以很好地支持IP業(yè)務(wù)，但是卻不一定可以很好支持非IP業(yè)務(wù)，如ATM分組和幀中繼分組

?IP和ATM異種網(wǎng)絡(luò)的互聯(lián)產(chǎn)生了一系列問(wèn)題，特別是在IP組播路由和QoS管理方面

?解決在ATM中進(jìn)行IP組播的一個(gè)方案是采用組播地址解析服務(wù)器，將IP組播地址映射為ATM服務(wù)器地址

?多協(xié)議標(biāo)簽交換MPLS已經(jīng)被證明非常適合于IP-over-ATM

的狀況，而且很有可能成為ITU推薦的IP-over-ATM的方案異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián) ?地面網(wǎng)的Internet路由協(xié)議，如開(kāi)放式最短路徑優(yōu)先OSPF和路由信息協(xié)議RIP，需要在任何連接拓?fù)渥兓瘯r(shí)交換全部網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湫畔?。在低軌衛(wèi)星系統(tǒng)中，拓?fù)湫畔⒌母淖內(nèi)绱酥欤豢赡茏龅娇焖俚母氯W(wǎng)信息

?星座系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)有其自身的特點(diǎn)和規(guī)律：

1）由于星座運(yùn)行的有規(guī)律性，拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)變化可預(yù)知；

2）利用回歸星座時(shí)，空間段呈周期變化；

3）衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的數(shù)目相對(duì)固定。因此，星座系統(tǒng)的路由是極具動(dòng)態(tài)而又易于捕捉前后關(guān)系的衛(wèi)星星座路由技術(shù)衛(wèi)星星座路由策略

?目前常用的路由策略包括：

1）動(dòng)態(tài)虛擬拓?fù)渎酚桑浩浠舅枷胧抢眯亲負(fù)涞闹芷谛院涂深A(yù)測(cè)性來(lái)優(yōu)化路由；

2）虛擬節(jié)點(diǎn)路由：利用星座拓?fù)渥兓囊?guī)律性來(lái)屏蔽衛(wèi)星的移動(dòng)性；

3）基于拓?fù)渥兓牟呗裕盒枰鞔_知道衛(wèi)星拓?fù)涞淖兓??組播（Multicast）協(xié)議是目前運(yùn)用于具有廣播能力的網(wǎng)絡(luò)中的一種IP層協(xié)議

?組播技術(shù)覆蓋了網(wǎng)絡(luò)的許多領(lǐng)域，包括視頻和遠(yuǎn)程會(huì)議、多媒體簡(jiǎn)報(bào)、新聞發(fā)布以及遠(yuǎn)程教育等

?到目前為止組播是基于無(wú)連接的，但是隨著業(yè)務(wù)需求的變化，需要在組播應(yīng)用系統(tǒng)中加入必要的控制來(lái)提供QoS，包括安全級(jí)別、帶寬、延遲、抖動(dòng)、誤碼率、成本等服務(wù)參數(shù)的控制衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)組播技術(shù)五、國(guó)外衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)概況

系統(tǒng)名稱工作頻段系統(tǒng)衛(wèi)星和軌道特征覆蓋范圍預(yù)計(jì)系統(tǒng)容量*（Gb/s）星際鏈路星上交換投資（億美元）SkyBridgeKu20個(gè)軌道平面，4衛(wèi)星/軌道平面，1469公里軌道，53o傾角

70o215無(wú)無(wú)40HughesLINK?Ku1個(gè)赤道平面，8顆衛(wèi)星，軌道高度15000公里；2個(gè)傾斜軌道平面，7衛(wèi)星/軌道平面，15000公里軌道，45o傾角全球155光鏈路衛(wèi)星交換時(shí)分多址＋基帶交換26Virgo?Ku15個(gè)軌道平面，1衛(wèi)星/軌道平面，軌道偏心率0.66，遠(yuǎn)地點(diǎn)高度27300公里，63.4o傾角9個(gè)區(qū)域性服務(wù)區(qū)100光鏈路無(wú)26.4AstrolinkKa靜止軌道，9顆衛(wèi)星全球9.6快速包交換40Teledesic*Ka24個(gè)軌道平面，12衛(wèi)星/軌道平面，軌道高度1375公里，傾角84.7o全球13.3快速包交換90SEKa靜止軌道，8顆衛(wèi)星準(zhǔn)全球59.5光鏈路微波交換矩陣23StarLynxQ/V靜止軌道和中軌，4＋20南北緯80o≤5.9和≤6.3光鏈路基帶交換29M-starQ/V12個(gè)軌道平面，6衛(wèi)星/軌道平面，軌道高度1350公里，傾角47o南北緯60o約3.6微波鏈路微波交換矩陣＋衛(wèi)星交換時(shí)分多址64部分衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)的主要參數(shù)

*信關(guān)站到用戶的容量

系統(tǒng)名稱點(diǎn)波束特性波束寬度EIRP(dBW)/前向載波末期功率（W）重量（公斤，無(wú)燃料）工作壽命（年）SkyBridge24個(gè)雙向極化跟蹤點(diǎn)波束約28o≤21.4350012508HughesLINK?50固定可選點(diǎn)波束（25個(gè)/極化方向）2.5o≤43.99100260012Virgo?28個(gè)用戶跟蹤點(diǎn)波束，4個(gè)信關(guān)站跟蹤點(diǎn)波束2.26o50.510500277812Astrolink64個(gè)跳躍波束＋3個(gè)固定波束＋1個(gè)跟蹤波束1o5610500218512Teledesic64個(gè)跳躍波束不清楚50640074710SE640-2o（收），0.3o（發(fā)）6413500約300015StarLynx40（GEO）＋32（MEO）0.15o和0.6o70.5和5615000350015/12M-star32約1.1o21-29（信關(guān)站），33-43（用戶）153010048部分衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)衛(wèi)星的主要參數(shù)

第9章衛(wèi)星數(shù)字電視廣播系統(tǒng)電子科技大學(xué)主要內(nèi)容引言衛(wèi)星數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的組成衛(wèi)星電視廣播系統(tǒng)中的糾錯(cuò)編碼衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)信源編碼與MEPG-2標(biāo)準(zhǔn)條件接收和視頻點(diǎn)播數(shù)據(jù)廣播衛(wèi)星遠(yuǎn)程教育傳輸系統(tǒng)9.1引言衛(wèi)星電視廣播技術(shù)的發(fā)展概況模擬數(shù)字DTH(DBS)9.2衛(wèi)星數(shù)字電視廣播系統(tǒng)的組成上行站結(jié)構(gòu)9.3衛(wèi)星廣播電視系統(tǒng)中的糾錯(cuò)編碼糾錯(cuò)碼分組碼卷積碼衛(wèi)星廣播系統(tǒng)中的糾錯(cuò)碼：級(jí)聯(lián)碼（RS碼＋卷積碼）級(jí)聯(lián)碼的結(jié)構(gòu)：外碼：RS碼（標(biāo)準(zhǔn)：（204，188））內(nèi)碼：卷積碼（包括：（2，1，7）或打孔卷積碼）交織器級(jí)聯(lián)碼的性能9.4衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)國(guó)際衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)歐洲：DVB-S(數(shù)字電視傳播標(biāo)準(zhǔn)DVB的衛(wèi)星部分)美國(guó)：ATSC的衛(wèi)星直播部分(AdvancedTelevisionSystemsCommittee)DirectTV日本：ISDB(IntegratedServicesDigitalBroadcasting)DVB-S傳輸標(biāo)準(zhǔn)適用范圍：Ku波段（11/12GHz）傳輸多路標(biāo)準(zhǔn)清晰度電視（SDTV）和高清晰度電視（HDTV）的信道編碼和調(diào)制系統(tǒng)主要內(nèi)容：發(fā)送端的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)與信號(hào)編碼、調(diào)制等方式。DVB-S傳輸標(biāo)準(zhǔn)發(fā)送端系統(tǒng)結(jié)構(gòu)DVB-S傳輸標(biāo)準(zhǔn)信源部分：MPEG2標(biāo)準(zhǔn)信道部分：1.RS+交織＋卷積級(jí)聯(lián)編碼

2.升余弦滾降濾波＋QPSK調(diào)制DVB-S支持的傳輸速率帶寬（MHz）信息碼率（Mb/s）1/2卷積2/3卷積3/4卷積5/6卷積7/8卷積5438.951.858.364.868.03625.934.638.943.245.42719.425.929.232.434.0我國(guó)的衛(wèi)星數(shù)字電視傳輸標(biāo)準(zhǔn)1999年標(biāo)準(zhǔn)：與DVB-S大體一致，兩點(diǎn)修改：將頻段擴(kuò)展到C頻段增加BPSK調(diào)制9.5信源編碼與MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)信源編碼流的復(fù)用方式MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC13818,“活動(dòng)圖像及伴音信息的通用編碼”編碼器流程：MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)MPEG-2不同圖象質(zhì)量對(duì)應(yīng)碼率名質(zhì)量等級(jí)顯示分辯率典型碼率（Mb/s)LDTV家用VCD質(zhì)量約300線1.15SDTV專業(yè)廣播質(zhì)量約400線4~5SDTV廣播級(jí)演播室質(zhì)量500線以上8~9MPEG-2標(biāo)準(zhǔn)我國(guó)DVB-S標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)類別凈碼率（Mb/s）實(shí)際碼率視頻55.112音頻（4聲道）0.5120.544圖文電視（22行/幀）0.2050.338數(shù)據(jù)0.01920.0192節(jié)目特定信息碼0.0300.030總碼率5.76626.0512衛(wèi)星直播（DBS）中的音頻壓縮MPEG-1標(biāo)準(zhǔn)DBS系統(tǒng)中的MPEG-2應(yīng)用與MPEG-1兼容采用子帶壓縮技術(shù)9.6條件接收和視頻點(diǎn)播條件接收:確保被授權(quán)用戶能接收到加權(quán)節(jié)目視頻點(diǎn)播:按用戶指令將視頻節(jié)目各別傳送到用戶條件接收視頻點(diǎn)播TVOD:應(yīng)觀眾要求個(gè)別播放節(jié)目，需要極大的帶寬負(fù)荷NVOD:在N條信道上反復(fù)播放某一節(jié)目，用戶在最近的時(shí)刻接入9.7數(shù)據(jù)廣播基本原理和IPoverDVB將數(shù)字化的視/音頻、圖形、軟件包和計(jì)算文件等數(shù)據(jù)信息，通過(guò)數(shù)字電視廣播信道以“推送”方式傳送到用戶的機(jī)頂盒、個(gè)人電腦或相關(guān)移動(dòng)設(shè)備的新型業(yè)務(wù)標(biāo)準(zhǔn)：EN303.192,簡(jiǎn)稱DAB-DATA標(biāo)準(zhǔn)，基于MPEG-2.應(yīng)用類型：數(shù)據(jù)管道、數(shù)據(jù)流、多協(xié)議封裝、數(shù)據(jù)輪播，對(duì)象輪播數(shù)據(jù)輪播數(shù)據(jù)輪播：服務(wù)器周期性地將數(shù)據(jù)模塊重復(fù)循環(huán)廣播數(shù)據(jù)輪播規(guī)范中，信息數(shù)據(jù)流被封裝為模塊（modules），而模塊又可分割為數(shù)據(jù)塊（block