卫星通信导论上课课件-第5章 VSAT

1第5章VSAT通信网2内容提要一、VSAT的概念、特点及其应用二、VSAT网络的网络结构三、VSAT卫星通信网络的主要设备四、VSAT卫星通信网结构五、VSAT网络的主要技术3一、VSAT的概念、特点及其应用（一）VSAT的定义VSAT：早期称为微型站、小型数据站或甚小孔径终端。到80年代中期，人们习惯称为VSAT终端或VSAT系统（网络）。VSAT系统中小站设备的天线口径通常为0.3-2.4m，由主站应用管理软件监测和控制小型地球站。4（二）VSAT的特点VSAT系统可支持多种业务类型：数据、话音、图象等VSAT系统可工作在C波段或Ku波段VSAT终端天线小、设计结构紧密、功耗小、成本低、安装方便、对环境要求低VSAT网络组网灵活、独立性强，其网络结构、技术性能、设备特性和网络管理都可以根据用户的要求进行设计和调整可以与计算机、ISDN联网5（三）VSAT卫星通信网的特点1、与地面通信网相比较，VSAT卫星通信网具有以下特点：覆盖范围大，通信成本与距离无关可对所有地点提供相同的业务种类和服务质量灵活性好，多种业务可以在一个网内并存可扩容性好，扩容成本低独立性好，是用户拥有的专用网互操作性好，采用不同标准的用户可以跨越不同的地面网而在同一个VSAT网内进行通信传播时延大62、与传统卫星通信网相比较，VSAT卫星通信网具有以下特点：面向用户而不是面向网络小口径天线，天线口径0.3-2.4m智能化功能强，可无人操作低功率的发射机，一般几瓦以下集成化程度高，VSAT从外表看只分为天线、室内单元（IDU）和室外单元（ODU）三个部分VSAT站很多，但各站的业务量较小一般用作专用网，而不用作公用网7（四）VSAT系统分类国际上按照不同的多址方式、调制方式、传输速率和传输业务，将VSAT系统分为五类。8VSATVSAT(SS)USATTSATTVSAT天线直径（m）1.2-1.80.6-1.20.3-0.51.2-3.51.8-2.4频段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）TDMACDMACDMAPAPA9VSATVSAT(SS)USATTSATTVSAT调制方式BPSK/QPSKDSFH/DSQPSKFM有无枢纽站无/有有有无有支持的协议SDLC、X.25、BSC、ASYNC网络运行共用/专用共用/专用共用/专用专用共用/专用第1类是工作在Ku频段的高速双向交互型VSAT，采用不扩频相移键控调制和自适应带宽接入协议；第2类采用直扩技术，可提供单向或双向数据业务；第3类是目前最小的双向数据通信地球站，称做特小地球站，采用混合扩频调制和多址技术；第4类以T1或低于T1的速率用来双向传输话音、数据和图象的综合业务，不需要中枢站；第5类是接收电视用的，也用来接收广播质量的话音和高速数据。10（五）VSAT网络分类1）VSAT网根据业务性质可分为三类：以数据通信为主的网，这种网除数据通信外，还能提供传真及少量的话音业务。以话音通信为主的网，这种网主要是供公用网和专用网话音信号的传输和交换，同时也能提供交互型的数据业务。以电视接收为主的网，接收的图像和伴音信号可作为有线电视的信号源通过电缆分配网传送到用户家中。112）从VSAT网采用的网络结构来看，可分为三类：星形结构的VSAT系统网状结构的VSAT系统星形和网状混合结构的VSAT系统123）根据不同的安装方式可分为固定式、墙挂式、可搬移式、背负式、手提式、车载式、机载式、船载式等。4）按业务类型可分为小数据站、小通信站和TVRO等。5）按业务性质可分为固定业务的VSAT和移动业务的VSAT两种。6）按收发方式可分为单收站和双向站。13（六）VSAT的主要业务种类和典型应用•除了个别宽带业务外，VSAT卫星通信网几乎可支持所有现有业务，包括话音、数据、传真、LAN互连、会议电话、可视电话、低速图像、可视电话会议、采用FR接口的动态图像和电视、数字音乐等。•VSAT网可对各种业务分别采用广播（点→多点）、收集（多点→点）、点—点双向交互、点—多点双向交互等多种传递方式，充分说明了VSAT的灵活性。14业务应用1.广播和分配业务数据数据库、气象、新闻、仓库管理、遥控、金融、商业、远地印刷品传递、报表、零售等图像传真（Fax）音频单向新闻广播、标题音乐、广告和空中交通管制电视a）TVRO（电视单收）接收文娱节目b）BTV（商业电视）教育、培训和下行信息业务2.收集和监控业务数据新闻、气象、监测、管线状态图像图表资料和凝固图像视频高压缩监视图像3.双向交互型业务(星形拓扑)数据信用卡核对、金融事务处理、销售点数据库业务、集中库存控制、CAD/CAM、预订系统、资料检索等双向交互型业务（点对点）数据CPU-CPU、DTE-CPU、LAN互连、电子邮件、用户电报等话音稀路由话音和应急话音通信电视压缩图像电视会议15国际VSAT应用•卫星VSAT通信技术是在八十年代中期发展起来的新技术•在欧美地面通信极为发达的国家中，VSAT网络也以其独具的优势，迅速占领各类集团公司专用网的市场•VSAT通信的典型应用方面包括：销售管理、信贷核查确认、电子定货、债务处理、电子数据交换；电视会议、电视培训及商店广告、背景音乐以及其它信息产业等16国内VSAT应用•商品零售业、汽车工业及金融服务业占整个VSAT市场的75％以上，其它行业包括交通运输业、能源工业、制造工业、旅游业等•大型企业、专业用户和边远地区纷纷建立VSAT网络•目前我国已建VSAT系统，除了电信部门的国家公用VSAT通信网和部队的军用VSAT通信网之外，在其它领域的应用主要有：银行、证券、国家专业部门、零售业、寻呼、INTERNET接入、企业联网、偏远地区电话、国际VSAT专线等17二、VSAT系统的网络结构18图5-1卫星VSAT星形网的组成和路径19图5-2卫星VSAT网状网的组成和路径20三、VSAT卫星通信网的主要设备•VSAT系统的主站设备RF终端基带处理部分网管设备•VSAT系统的小站设备小口径天线室外单元室内单元21图5-3VSAT系统主站和小站设备框图22VSAT小站框图23VSAT系统主站与小站的比较主站发射功率大于小站主站的天线尺寸比小站大得多主站的软件部分应实现用户接口与卫星空间链路之间必要的协议转换；小站的接口设备完成输入信号和协议的转换24四、VSAT卫星通信网结构•星形VSAT网络(Starnetwork)•网状VSAT网络(Fullmeshnetwork)•混合型VSAT网络(Hybridarchitecture)•VSAT网络与其它电信网络联合组网25•星形VSAT网络点到多点的单向广播VSAT系统。由主站向远端VSAT小站传输数据、图象、新闻电视或商业电视等业务，而不需要VSAT小站向主站回传业务信息。点到多点的双向通信VSAT网络。以主站为中心，与各个远端VSAT小站构成星形通信网。主站既可以向全网广播公共信息，也可以分别与各个VSAT小站以“单跳”方式建立各自的双向通信业务联系。并且主站可作为中枢站以“两跳”方式沟通任意两个VSAT小站之间的通信链路。信道分配可以采用预分配方式，也可以采用按需分配方式。按需分配为集中控制方式。星形网是以传输数据业务为主的系统，它以数据包的分组交换为基础。26•网状VSAT网络网络不需要主站，各小站之间可以任意建立通信链路。网状网是以话音通信为主的系统，一般采用按需分配方式来提高信道的利用率。网状网的信道多址方式可以采用频分多址即单路单载波(SCPC)方式，也可以采用时分多址信道分配为分散式控制。适合于话务量较大，各远端站之间通信业务较多的情况。在这种网络结构中，任何两站之间的通信不会出现“两跳”问题。27•混合型VSAT网络星形网与网状网的混合体网络比较大，传输业务范围比较广，适合于既有话音业务又有数据业务的情形。网络采用混合的控制方式，即系统的信道分配，设备性能的监控、计费等由主站来完成（集中控制），而各VSAT站之间的话音业务是直接进行通信，采用分散控制方式。28•应用VSAT系统与其它电信网络联合组网利用VSAT系统组建卫星广域网将VSAT系统接入ISDN网络VSAT系统与地面蜂窝移动通信相结合的组合通信网络国际VSAT卫星通信网络29（一）VSAT数据网•网络体系结构•多址协议•链路传输延时对用户接入协议的影响30•网络体系结构VSAT数据网通常以主站为中心，通过卫星与各小站连成星形网。每个小站支持一组用户终端或LAN，主站与主计算机或数据处理中心、信息库相连。在较大规模的网络中，可能存在多个主站，各主站之间由卫星链路相连接。图5-6VSAT数据网的物理组成和协议结构31•多址协议VSAT数据网中传输的数据业务大致可以分为三类（1）事务处理的交互式或查询/响应短信息，（2）电子邮件，（3）长数据报文。ALOHA：适合于报文较短和小站速率较低的情况TDMA：适合于地球站业务量较大、数据传输速率较高的系统。该协议与报文长度无关。DAMA/TDMA：可控按需分配多址方案，用户首先在短的预约申请时隙内以竞争的方式发出预约申请信号，使多址碰撞只发生在预约层。一旦预约成功，系统按用户的优先等级和业务类型将预约时隙分配给各用户终端，并通过公用信道进行广播，于是各用户终端将在所预约的时隙上进行无碰撞的传输。适合于报文较长、能容忍较长时延的业务。32•链路传输延时对用户接入协议的影响采用协议仿真或称为协议“欺骗”的策略来解决卫星链路长延时问题，具体做法是在VSAT卫星站设置一个延时补偿单元（SDU），在通信过程中两用户终端之间的握手信号由本地SDU提供应答（并暂存用户端来的数据），从而避免了这些需要往返传输的握手信号通过长延时的卫星链路传输的问题，消除了因终端长时间等待应答而不能正常发送数据的影响，同时也减轻了卫星链路传送握手信号的负担。33（二）VSAT电话网•需要采用网状结构•多址方式宜采用SCPC、CDMA、TDMA，DAMA方式，而不宜采用ALOHA方式34图5-12呼叫建立过程35图5-13话终拆线过程