【正文】 一般情況下，硬件的可靠性是表明它在設計條件下和規(guī)定的時間內，正常運行不出故障的概率。傳統(tǒng)的衛(wèi)星傳輸信道有“恒參信道”之稱，信號傳輸穩(wěn)定可靠。第二，衛(wèi)星數(shù)據(jù)通信的質量好壞還主要取決于差錯率，包括碼元差錯率、比特差錯率和碼組差錯率。語音編碼的數(shù)碼率和調制制度是通信技術體制選擇的問題。 (1)傳輸信號的質量。 在 VSAT網(wǎng)中，信道傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量一般以消息傳輸速率表示。 149 (2)業(yè)務量。 148 2)需求數(shù)量 (1)建設規(guī)模。 147 VSAT網(wǎng)最基本的網(wǎng)絡結構是星形數(shù)據(jù)網(wǎng)和網(wǎng)形電話網(wǎng)。要開通某種業(yè)務，就必須給地球站配置相應的硬件和軟件設備。 145 “用戶需求書”是 VSAT網(wǎng)總體方案設計的依據(jù)。 (2)技術總體。建設 VSAT網(wǎng)，首先要進行總體方案設計，要從使用、技術、工程及經(jīng)濟方面，優(yōu)化系統(tǒng)網(wǎng)絡構成。在控制子網(wǎng)中有兩種公用控制信道，中心站到遠端小站采用 TDM廣播信道，小站到中心站采用 ALOHA、 SALOHA或 其它改進型。 VSAT電話通信網(wǎng)的業(yè)務子網(wǎng)中，業(yè)務信道 (話音信道 )較多采用簡單易行的單路單載波按需分配的 SCPC/QPSK/DAMA方式，有時也可采用時分多址按需分配的 TDMA/DAMA方式，還有可變帶寬的 TDMA方式以及多路單載波 MCPC方式，模擬CFM方式也有應用，但已逐漸被數(shù)字系統(tǒng)所代替。網(wǎng)絡控制中心所在的站被稱為中心站。當信道數(shù) N一定時，話務量 A愈大，阻塞率 B也就愈大。圖 416是根據(jù)歐蘭表作出的 A、 N、 B函數(shù)關系曲線族的一小部分?？梢钥闯觯? (1)如果給定 N個信道，要求傳達話務量為 A，則阻塞率可由歐蘭 B公式算出。 134 (4)各個站的呼叫是隨機發(fā)生的，呼叫的占用時長服從指數(shù)分布，各站之間的呼叫是相互獨立的。 132 圖 415 典型的 24 h呼叫特性曲線 133 4)歐蘭 B公式 這里我們來討論信道數(shù) N、話務量 A和阻塞率 B之間的關系。一個系統(tǒng)的服務等級要看它在忙時的阻塞率如何，忙時的服務令人滿意，則其他時間就不成問題了。高峰的幅度是相對的，垂直標度的單位取決于所考慮的用戶抽樣的規(guī)模。通過對大量用戶的統(tǒng)計，就可能得到典型的一天平均呼叫的估計圖形。對于一定的用戶和一定的話務量而言，信道數(shù)越多，則阻塞率就越低，服務等級就越高，但信道效率卻 越低。 128 2)呼損率 (阻塞率 ) 呼損率即呼叫不通的概率，它只考慮因系統(tǒng)不能提供服務而丟失的呼叫，不包括因被叫忙而不通的呼叫。流入話務量 (或呼叫話務量 )是指每小時呼叫次數(shù)和每次呼叫平均占線時間的乘積。同時，還要避免使用過多的設施而造成費用過高，要做到這一點，工程技術人員就需要知道網(wǎng)路上載送的話務量 (或業(yè)務量 )的某些性質。 124 (4)組網(wǎng)要求不同。若因傳輸差錯而使原來的“ 0”變“ 1”或“ 1”變“ 0”，將會引起計算機的錯誤動作。 (2)通信內容不同。 118 圖 414 幾種多址協(xié)議特性曲線 (a)平均延遲與每信道 VSAT站數(shù) (基本參數(shù) )的關系； 119 圖 414 幾種多址協(xié)議特性曲線 (b)平均延遲和 95%延遲與每信道 VSAT數(shù)目之間的關系曲線 (基本參數(shù) )； 120 圖 414 幾種多址協(xié)議特性曲線 (c)總信道業(yè)務量與每信道 VSAT站數(shù)的關系 121 VSAT電話通信網(wǎng) 就傳送信息這一點來說，電話通信與數(shù)據(jù)通信并沒有明顯的區(qū)別，也就是說，所有通信的目的都是互換信息，而且話音信號經(jīng)過“數(shù)字化”處理，也可以數(shù)碼序列來表示，因此，也可以說它是數(shù)據(jù)的一種原始信息。對于預約多址協(xié)議，這一差值則表示因預約業(yè)務開銷的大小。所以應該將“容量”理解為在穩(wěn)定運行的條件下采用一定的多址協(xié)議可能達到的最大吞吐量。采用爭用協(xié)議的 VSAT網(wǎng)，無論是用于傳輸數(shù)據(jù)報文，還是傳輸預約申請信息，都存在一個潛在的不穩(wěn)定問題。延遲分布又可用峰值延遲來表示，即以延遲分布為 95%時的數(shù)值來表示。 114 圖 413 幾種 VSAT網(wǎng)通信的平均速率與報文長度的關系 115 2)性能比較的指標 進行網(wǎng)絡設計時，要根據(jù) VSAT網(wǎng)的多址協(xié)議的性能來確定究竟選用哪一種協(xié)議。不難理解，圖中的長度分布參數(shù)是以平均值表示的。 1)VSAT網(wǎng)業(yè)務模型 對于交互型事務處理業(yè)務， VSAT站產(chǎn)生的報文一般是短的、長度可變的，且平均數(shù)率低于多址信道速率 (內向傳輸速率 )。它是以字符或二進制格式進行交換的大量數(shù)據(jù)用戶間的通信，譬如傳真、圖像數(shù)據(jù)、計算機軟件傳遞等，而且圖像數(shù)據(jù)和計算機數(shù)據(jù)性質上的差別還會影響到終端設備的收發(fā)方法。 111 (3)敘述 /記錄事務處理。這種業(yè)務雖然也具有突發(fā)性，但數(shù)據(jù)長短可能有相當大的變化，而且詢問與應答的數(shù)據(jù)規(guī)模往往也是不同的。 (1)交互型事務處理。 所謂自適應協(xié)議，即在輕業(yè)務負載下按隨機多址協(xié)議工作，當業(yè)務量增加時自動地變成預約協(xié)議。 107 RALOHA協(xié)議可以實現(xiàn)長報文和短報文的通信，能很好地解決長、短報文的兼容問題，具有較高的信道利用率，但信道的穩(wěn)定性問題仍未解決，其實現(xiàn)難度要大于 SALOHA。對傳輸信道而言，這是一種動態(tài)按需分配方式。正是由于 CRA有這樣一些優(yōu)點，且性能優(yōu)于 SALOHA，所以這種多址協(xié)議也受到了人們的關注，并仍在進一步研究和發(fā)展。 CRA是基于一種沖突分解算法，使碰撞的分組依次重發(fā)，或者說是基于有規(guī)則的重發(fā)程序和新報文入網(wǎng)規(guī)則。 103 對于 RACDMA來說， CDMA屬于寬頻帶、低信噪比工作方式。若對于遭受碰撞的報文采用某種適當?shù)摹芭鲎卜直嫠惴ā?，最終可以成功地重發(fā)。在 VSAT系統(tǒng)中， TDMA是與 FDMA及頻率跳變(FH)結合在一起發(fā)揮其優(yōu)點的。當使用 FEC糾錯后，容量可以提高到 ～ 。 97 CDMA是采用擴頻技術將信號在比信息帶寬大得多的帶寬上進行擴展，在接收機中通過與已知擴頻碼的相關處理就可以恢復信號，因此抑制了同一頻帶內其它發(fā)射的干擾。如前所述，對于突發(fā)性信號，使用 SCPC一般效率很低。 93 目前， VSAT數(shù)據(jù)通信網(wǎng)采用的多址協(xié)議有很多，這些協(xié)議是根據(jù)系統(tǒng)對信道延遲、系統(tǒng)容量、系統(tǒng)穩(wěn)定性和復雜性、業(yè)務數(shù)據(jù)類型等方面的不同要求而提出的。 (3)在信道出現(xiàn)擁塞的情況下具有穩(wěn)定性。 對于 VSAT網(wǎng)來說，大量分散的小型 VSAT站共享衛(wèi)星信道與中心站溝通。這種環(huán)境下，信道共享效率和不延遲是最重要的要求，而且可以用復雜的設備來實現(xiàn)。其典型協(xié)議如 。提供物理媒介上信息的可靠傳輸，傳送數(shù)據(jù)幀的同時還傳輸同步、差錯控制、流量控制的信息。下三層的主要功能及典型通信協(xié)議如下： (1)物理層。 86 VSAT數(shù)據(jù)通信網(wǎng)從信道共享的特點來看比較接近本地網(wǎng) (LAN)；從 VSAT網(wǎng)的覆蓋范圍來看，又是一個廣域網(wǎng)(WAN)；而從 VSAT單結點、無層次的網(wǎng)絡結構來看，其網(wǎng)內路由選擇功能比較簡單，也即其網(wǎng)絡層 (第三層 )協(xié)議功能比較簡單；從星形網(wǎng)絡結構來看，是一種不平衡鏈路結構。 85 (6)利用衛(wèi)星信道的廣播性質進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)男l(wèi)星通信網(wǎng)一般擁有大量低成本的地 球站。因而峰值和平均傳輸速率相差很遠，二者比值可高達數(shù)千。利用衛(wèi)星進行數(shù)據(jù)傳輸與話音傳輸相比具有許多不同的特點，概括起來有如下幾點： (1)數(shù)據(jù)傳輸和交換可以是非實時的。 81 綜上所述， VSAT網(wǎng)是一個集線路交換和分組交換于一身的網(wǎng)絡，根據(jù)業(yè)務性質可將其業(yè)務分別與地面程控 (線路 )交換機和分組交換機相連。當然，在主站這兩種交換機之間也可能是有信息交換的，如圖410所示。分組交換主要用于各分站的分組數(shù)據(jù)、突發(fā)性數(shù)據(jù)、主計算機和地面網(wǎng)來的數(shù)據(jù)。因此，在設計系統(tǒng)時必須考慮到 VSAT網(wǎng)的上述特點。后同步碼可包括維特比譯碼器刪除移位比特 (Veterbi decoder flushing out bit)。在一幀中，時隙的大小和時隙的數(shù)量取決于應用情況，時隙周期可用軟件來選瘛 76 圖 49 VSAT網(wǎng)內向傳輸?shù)?TDMA幀結構 77 在 VSAT網(wǎng)中，所有共享 RA/TDMA信道的小站都必須與幀起始 (SOF)時刻及時隙起始時刻保持同步，這種統(tǒng)一的定時是由主站在 TDM信道上廣播的 SOF信息獲得的。 TDMA信道分成一系列連續(xù)性的幀和時隙，每幀由 N個時隙組成。如果由于誤碼或分組碰撞造成傳輸失敗，小站收不到 ACK信號，則失敗的分組需要重傳。 74 許多分散的小站以分組的形式，通過具有延遲的RA/TDMA衛(wèi)星信道向主站發(fā)送數(shù)據(jù)。當主站沒有數(shù)據(jù)分組要發(fā)送時，它可以發(fā)送同步碼組。 VSAT網(wǎng)外向傳輸?shù)?TDM幀結構如圖 48所示。 70 1)外向傳輸 在 VSAT網(wǎng)中，由主站通過衛(wèi)星向遠端小站的外向傳輸 (或出境傳輸 )，通常采用時分復用 (TDM)或統(tǒng)計時分復用技術連續(xù)向外發(fā)送，即從主站向各遠端小站發(fā)送的數(shù)據(jù)，先由主計算機進行分組格式化組成 TDM幀，然后通過衛(wèi)星以廣播方式發(fā)向網(wǎng)中所有遠端小站?，F(xiàn)結合隨機接入時分多址(RA/TDMA)系統(tǒng)為例，簡要介紹 VSAT網(wǎng)的工作過程。由于主站發(fā)射 EIRP高，且接收系統(tǒng)的 G/T值大，因此網(wǎng)內所有的小站可以直接與主站通信，但若需要小站之間進行通信時，則因小站天線口徑小，發(fā)射的 EIRP低和接收 G/T值小，必須首先將信號發(fā)送給主站，然后由主站轉發(fā)給另一個小站。 65 4)衛(wèi)星單跳結構 衛(wèi)星單跳結構如圖 47(d)所示，其中 VSAT端站作為低速數(shù)據(jù)的終端或語音業(yè)務的網(wǎng)關 (Gateway)，用戶終端可以是個人計算機或某商業(yè)系統(tǒng)的分支機構。 63 2)網(wǎng)形結構 網(wǎng)形結構如圖 47(b)所示，這種結構使得 VSAT可與其它任一端站通信，因而使端站的設備復雜得多。Hub站的規(guī)模取決于系統(tǒng)參數(shù)和預期網(wǎng)絡的增長情況。VSAT站之間的業(yè)務通過中心站 (Hub Station)進行轉接。另外，美國赤道公司 (Equatorial)采用直序擴頻技術的微型地球站 (Micro Earth Station)，主要工作在 C頻段，當其它非擴頻系統(tǒng)工作在 C頻段時，則需要較大的天線和較大的功率放大器，并占用衛(wèi)星轉發(fā)器較多的 功率。 雖然 Ku頻段的傳播損耗，特別是降雨影響大，但實際鏈路設計時都有一定的余量，鏈路可用性很高。相反地，如果使用 Ku頻段，則具有以下一些優(yōu)點： 57 (1)不存在與地面微波通信線路的相互干擾，架設時不必考慮地面微波線路，可隨地安裝。但由于與地面微波通信使用的頻段相同，需要考慮這兩種系統(tǒng)間的相互干擾問題，功率通量密度不能太大。它的組成及工作原理與一般轉發(fā)器基本一樣，只是具體參數(shù)有所不同而已。原有話音、數(shù)據(jù)相應的協(xié)議和地址在 VSAT主站的接收端恢復。室外單元主要包括 GaAsFET固態(tài)功率放大器、低噪聲 FET放大器、上 /下變頻器及其監(jiān)測電路等，整個室外單元可以集成在一起安裝在天線支架上。為了便于重新組合，主站一般采用模塊化結構，設備之間采用高速局域網(wǎng)的方式互連。主站由高功率放大器 (HPA)、低噪聲放大器 (LNA)、上 /下變頻器、調制 /解調器以及數(shù)據(jù)接口設備等組成。為了便于了解和比較，在表 41中列出了這 5種 VSAT的主要特點。不過，目前許多公司推出的產(chǎn)品都是兼有多種功能，例如美國休斯公司的 PES系統(tǒng)以數(shù)據(jù)為主，兼?zhèn)?16 kb/s聲碼話音，而 TES系統(tǒng)則以 32 kb/sADPCM話音為主，兼?zhèn)鲾?shù)據(jù)和圖像。 (3)按網(wǎng)絡結構可分為三類：星形結構的 VSAT系統(tǒng)，如PES；網(wǎng)形結構的 VSAT系統(tǒng)，如 TES；星形和網(wǎng)形混合結構的 VSAT系統(tǒng)。 (4)直接面向用戶，特別適合于用戶分散、稀路由和業(yè)務量小的專用通信網(wǎng)。它可以直接安裝在用戶的樓頂上、庭院內或汽車上等，還可以直接與用戶終端接口，不需要地面鏈路作引接設備。 (2)天線口徑小，一般為 ～ m；發(fā)射機功率低，一般為 1～ 2 W；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、墻壁等。 (2)靈活性好，多種業(yè)務可在一個網(wǎng)內并存，對一個站來說，支持的業(yè)務種類、分配的頻帶和服務質量等級可動態(tài)調整；可擴容性好；擴容成本低；開辟一個新的通信地點所需時間短。 VSAT專用網(wǎng)和公用網(wǎng)不斷建成投入使用。 VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)是 20世紀 80年代發(fā)展起來的衛(wèi)星通信網(wǎng)，它的產(chǎn)生是衛(wèi)星通信采用一系列先進技術的結果，例如大規(guī)模 /超大規(guī)模集成電路，微波集成和固態(tài)功率放大技術，高增益、低旁瓣小型天線，高效多址聯(lián)接技術，微機軟件技術，數(shù)字信號處理，分組通信，擴頻、糾錯編碼，高效、靈活的網(wǎng)絡控制與管理技術，等等。如果在長途交換中心與電視廣播中心之間利用微波線路進行轉接，也可以采用中頻轉接方式。如果需要在某些場合利用衛(wèi)星進行電視實況轉播時，一般把電視信號從現(xiàn)場送到電視廣播中心，再經(jīng)長途交換中心送到地球站發(fā)向衛(wèi)星。因為 FDM、 SCPC、 TDMA和 IDR等多種方