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VSAT衛星通信網

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VSAT衛星通信網一般是由大量VSAT小站與一個主站(Hub)協同工作,共同構成的一個廣域稀路由(站多,各站業務量小)的衛星通信網。

1簡介

VSAT是VERYSMALL APERTURE TERMINAL 的縮寫,直譯為「甚小孔徑終端」,意譯應是「甚小天線地球站」。由於源於傳統衛星通信系統,所以也稱為衛星小數據站或個人地球站〈IPES〉,這裡的小指的是VSAT系統中小站設備的天線口徑小,通常為0.3m-2.4m。VSAT是80年代中期利用現代技術開發的一種新的衛星通信系統。利用這種系統進行通信具有靈活性強,可靠性高,成本低,使用方便以及小站可直接裝在用戶端等特點。藉助VSAT用戶數據終端可直接利用衛星通道與遠端的計算機進行聯網,完成數據傳遞、文件交換或遠程處理,從而擺脫了本地區的地面中繼線問題,這在地面網路不發達、通信線路質量不好或難於傳輸高速數據的邊遠地區,使用VSAT 作為數據傳輸手段是一種很好的選擇。目前,廣泛應用於銀行、飯店、新聞、保險、運輸、旅遊等部門。由眾多甚小天線地球站組成的衛星通信網,叫做「VSAT網」。

2VSAT網的分類

VSAT網根據業務性質可分為三類:
(1)以數據通信為主的網,這種網除數據通信外,還能提供傳真及少量的話音業務;
(2)以話音通信為主的網,這種網主要是供公用網和專用網話音信號的傳輸和交換,同時也能提供交互型的數據業務。
(3)以電視接收為主的網,接收的圖像和伴音信號可作為有線電視的信號源通過電纜分配網傳送到用戶家中。

3VSAT網的特點

與傳統衛星通信網相比,VSAT網的特點
1、面向用戶而不是面向網路,VSAT與用戶設備直接通信而不是如傳統衛星通信網中那樣中間經過地面電信網路后再與用戶設備進行通信;
2、小口徑天線,天線口徑一般小於2.4m,某些環境下可達到0.5m;
3、智能化(包括操作智能化、介面智能化、支持業務智能化、通道管理智能化等)功能強,可無人操作;
4、安裝方便,只需簡單的安裝工具和一般的地基(如普通水泥地面、樓頂、牆壁等);
5、低功率的發射機,一般幾瓦以下;
6、集成化程度高,VSAT從外表看只能分為天線、室內單元(IDU)和室外單元(ODU)三個部分;
7、VSAT站很多,但各站的業務量較小。
8、一般用作專用網而不像傳統衛星通信網那樣主要用作公用通信網。

4VSAT衛星通信網發展概況

自80年代以來,VSAT得到了迅速的發展,究其原因,除了VSAT本身技術上的進步外,還在於VSAT的設計思想一開始就是面向專用網的:一是面向覆蓋範圍大而業務量又較小的應用環境(即稀路由應用環境)和面向點—多點之間通信的應用環境(包括廣播電台、收集、雙向交互等通信方式);二是在保證性能要求的前提下,盡量降低VSAT小站成本,以利於推廣普及;三是盡量簡化VSAT小站台票操作,使用戶易學易用。由於VSAT具有許多優點,特別適用於建立專用網,所以VSAT在與地面網競爭時就佔有一定的優勢,促進了VSAT網的發展。
早期的VSAT網大部分在北美,並且都以數據通信網為主,採用星狀網結構。不具備話音通信功能或僅提供話音質量較差的聲碼話。隨著VSAT網在地面電話網不是很普及或不很發達的發展中國家的推廣使用,產生了在VSAT網中進行高質量話音通信的要求,因此出現了以話音業務為主的VSAT衛星通信網(例如TES),簡稱話音VSAT網。而隨著進行綜合業務通信要求的出現,出現了綜合業務的VSAT衛星通信網(例如TSAT)。

5VSAT衛星通信網的組成

VSAT通信網由VSAT小站、主站和衛星轉發器組成。數據VSAT衛星通信網通常採用星狀結構,採用星狀結構的典型VSAT衛星通信網。
VSAT小站
VSAT小站由小口徑天線、室外單元(ODU)和室內單元(IDU)組成。  
在相同的條件下(例如相同的頻段、相同的轉發器條件)話音VSAT網的小站為了實現小站之間的直接通信,其天線明顯大於只與主站通信的數據VSAT小站。
網路拓撲結構、特點及應用環境
VSAT衛星通信網的網路結構可分為星狀網、網狀網和混合網(星狀+網狀)等三種。
採用星狀結構的VSAT網最適合於廣播、收集等進行點到多點間通信的應用環境,例如具有眾多分支機構的全國性或全球性單位作為專用數據網,以改善其自動化管理、發布或收集信息等。
採用網狀結構VSAT網(在進行通道分配、網路監控管理等時一般仍要用星形結構)較適合於點到點之間進行實時性通信的應用環境,比如建立單位內的VSAT專用電話網等。
採用混合結構的VSAT網最適合於點到點或點到多點之間進行綜合業務傳輸的應用環境。此種結構的VSAT網在進行點到點間傳輸或實時性業務傳輸時採用網狀結構,而進行點到多點間傳輸或數據傳輸時採用星狀結構;在星狀和網狀結構時可採用不同的多址方式。此種結構的VSAT網綜合了前兩種結構的優點,允許兩種差別較大的VSAT站(即小用戶用小站,大用戶用大站)在同一個網內較好地共存,能進行綜合業務傳輸,能擇優選擇最合適的多址方式,估計會有較大的發展。
選擇傳輸體制的考慮原則
傳輸體制包括基帶復用方式、調製方式、編碼方式、多址方式和通道分配方式等。
由於VSAT系統通常是功率受限而不是頻率受限系統,故要採用功率利用率最高的調製方式,因此,一般採用相干BPSK或與之相近的QPSK。  
VSAT網中編碼目前一般採用1/2率卷積編碼的軟判決維特比解碼(編碼增益可達4dB~5dB)。
VSAT網的通道分配一般採用按申請分配或爭用方式。
話音VSAT網的傳輸體制
對於話音VSAT網來說,不論採用哪一種多址方式和交換方式,最終應實現等效的線路交換方式。  
話音VSAT網控制子網的傳輸體制與數據網是一致的,而業務子網則是典型的網狀網結構。要實現網狀網,SCPC是一種簡單可行的通道多址方式,SCPC通道分配則採用DAMA(按申請分配或稱為按需分配)方式。目前,投入實用的系統大部分是採用DAMA-SCPC方式的話音VSAT網。為了兼顧少數大業務量站間業務,可以配置部分點對點預分配(固定分配)的通道。  
這種網狀網的業務通道除了用於話音業務之外,也可以用於數據業務,分配方式和交換方式與話音業務類似。  
話音VSAT網的通道分配方式通常是按需分配與預分配結合。
按需分配的呼叫過程有三個基本階段:  
(1)呼叫建立 主叫方通過控制通道向網控中心發出呼叫申請信息,網控中心在確認衛星通道和被叫方設備有空閑的條件下,向主叫方和被叫方分配衛星通道,主叫方和被叫方進行導通測試,建立線路。在這個階段,網控系統的主要任務是在規定的時間內建立線路,並使插入的附加呼損儘可能小。  
(2)通話 線路建立后,兩方即可進行通話或數據傳輸。  
(3)拆線通話結束后,由通話的主叫方或通話雙方(取決於系統設計)向網控中心發出通話結束信息,網控中心發回確認並回收資源(包括衛星通道和用戶通道設備)。在這個階段,網控中心的主要任務是及時、準確地回收空間資源和地面資源。  
除了SCPC多址方式以外,TDMA方式也是一種適合話音業務乃至綜合業務的多址方式。TDMA的特點是子通道按時隙劃分,兩種交換方式具有良好的兼容性,很適於構成綜合業務VSAT網。TDMA用於話音業務時,由於每載波容納的用戶站數目不夠多,網內站數較多時,可能不得不採用多載波方式。隨著衛星通信技術的發展和設備成本的降低,採用TDMA方式的VSAT網將會有較大發展。

6數據VSAT網中的通信協議

數據VSAT網的協議結構
從通道共享的特點來看,VSAT數據網比較接近本地網(LAN),從VSAT網的覆蓋範圍來看又是一個廣域網(WAN),而從VSAT網單結點、無層次的網路結構來看,其網內路由選擇功能比較簡單,也即其第三層協議功能比較簡單,從星狀網路結構來看,是一種不平衡鏈路結構,所有通信都是一個主站與其它小站之間進行的。據此,可得到VSAT網的協議結構如圖2所示。圖2中有關各層協議的具體內容請參閱相應的標準。

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