【正文】 (c)碼速調整法連接 30 需要指出，由于衛(wèi)星的攝動，使其軌道位置偏移，從而導致傳播延遲、信號的幀長和時鐘頻率都將隨之變化 (多普勒頻移 )。 28 1)完全同步連接 這種方法是設在長途交換中心局的 PCM復用終端和時分制交換機都按地球站送來的幀定時工作，而后者是與衛(wèi)星TDMA系統(tǒng)保持同步的。 為此，當地面線路與 TDMA衛(wèi)星鏈路直接進行數字接口時，必須解決好 TDMA衛(wèi)星鏈路與地面數字線路間的同步問題，在數字地面接口處設置緩沖器吸收時鐘差異。通常 TDMA系統(tǒng)與地面數字線路是準同步連接的，即兩者的時鐘獨立，但應具有相同的標稱頻率和精度。當衛(wèi)星鏈路和地面線路都數字化以后，地球站與長途交換中心之間的中繼將會變得比較簡單，數字設備可以直接在一次群接口上連接，如圖 45所示。 25 圖 44 TDMA地球站與地面模擬線路的連接 26 地球站按 TDMA方式工作，地面中繼采用數字線路。這種復用轉換器，既能以模擬方式也能以數字方式實現，并可按多種規(guī)格設計。即將輸入的模擬基帶信號 (FDM)分接成單獨信道，再進行 PCM編碼和 TDMA復接，如圖 44(a)所示。為完成與地面模擬通信網的接口，需要進行 FDM與 TDMA的轉換。這種工作方式分為兩類，一類是數字話音插空(TDMA/DSI)，另一類是非數字話音插空 (TDMA/DNI)?？紤]到今后的發(fā)展，下面以地面中繼線路與 TDMA方式的地球站連接為主進行介紹。目前絕大多數地球站采用的是 FDM、SCPC、 TDMA或 IDR(中等數據速率 )方式工作。然而，對于 20 km以上的地面中繼線路，光纜所需的投資比微波和電纜要大。 21 因此，線路須視應用的具體要求 (有效性、可靠性和經濟性等 )而定。光纜傳輸的優(yōu)點是：第一，傳輸距離長，單模光纖每公里衰減可做到 ～ dB，是同軸電纜損耗的 1%；第二，傳輸容量大，一根光纖可傳輸幾十路以上的視頻信號，若采用多芯光纜，則容量成倍增長；第三，抗干擾性能好，不受電磁干擾；第四，傳輸質量高，由于光纖傳輸不像同軸電纜那樣需要相當多的中繼放大器，因而沒有噪聲和非線性失真疊加，且基本上不受外界溫度變化的影響。 同軸電纜的最大缺點是中繼距離短 (～ km)、維修不便和造價較高。中同軸電纜也可用作地面中繼線路，而且特別適用于傳送電視信號。通常用作地面中繼的小同軸電纜是 300路系統(tǒng)，其傳輸頻帶為60～ 1300 kHz，如圖 43所示。為了克服線路衰減的影響，通常每隔 13 km設一增音站。這種線路一般采用雙纜四線制單邊帶傳輸方式。 17 可以用作長途通信的電纜主要有對稱電纜和同軸電纜。由于工作頻段高于 10 GHz時因降雨引起的吸收衰減較大，可能會影響正常通信，同時考慮到避免與其它地面微波通信系統(tǒng)的相互干擾，最好不使用 4～ 6 GHz，故在一般情況下，以選用 2 GHz、 7～ 8 GHz為宜。目前用得較多的是微波線路、電纜線路和光纜線路。在通信過程中，地面網一個用戶的電話信號要經過當地市話網、長途電話網的交換機以及傳輸設備接至地球站，才能經衛(wèi)星轉發(fā)到達另一城市的地球站，再經地面線路進入公用網，最后達到另一用戶，這樣才完成信息的傳輸。由于電波傳播和電磁干擾等原因，一般大、中型地球站都是設置在遠離城市的郊區(qū)，而衛(wèi)星通信的用戶和公用網中心都是集中在城市市區(qū)。關于衛(wèi)星數據通信網與地面通信網之間的連接，由于要涉及到數據傳輸規(guī)程與接口等方面的問題，因此將放在 VSAT衛(wèi)星通信網一節(jié)中進行介紹。該網絡可以為中心站與遠端地球站之間提供數據業(yè)務，為各遠端地球站之間提供話音業(yè)務。 11 為此，將單跳與雙跳結構相結合，可以得到一種混合網絡，如圖 42所示。但是必須利用一個中心站控制與管理網絡內各地球站的活動，并按需分配信道。 對于星形網絡，各遠端地球站可通過單跳鏈路與中心站直接進行話音和數據的通信，而各遠端地球站之間一般都是通過中心站間接地進行通信，因此信號會經歷兩跳的延遲。但是網形網絡的缺點也很明顯，即網絡結構較為復雜，建造成本高，對于衛(wèi)星的數量要求較多等。 采用網形網絡的優(yōu)點是：星間鏈路的冗余備份充分，系統(tǒng)可靠度高，可擴展性強；星間鏈路的傳輸帶寬可以很高，數據的傳輸速度快，延遲小，可以實現全球覆蓋。 9 網形網絡 圖 41(b)所示為網形網絡，它將各地球站彼此相互直接連接在一起。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，可以改善其自動化管理、發(fā)布或收集信息等。中心站執(zhí)行控制和轉發(fā)功能，使得通信系統(tǒng)的故障容易隔擴容。兩個地球站之間若有通信要求時，必須經中心站轉發(fā)，才能進行連接和通信。 衛(wèi)星通信網的網絡結構 6 圖 41 衛(wèi)星通信的網絡結構 (a)星形網； (b)網形網 7 星形網絡 圖 41(a)所示為星形網絡，它是一種由中心站與各地球站之間的相互連接而形成的網絡。本章主要介紹 VSAT衛(wèi)星通信網的基本概念與原理，以及典型的衛(wèi)星通信網絡系統(tǒng)。對于大量分散、稀路由、低速的數字衛(wèi)星通信系統(tǒng)，還可組成 VSAT(甚小口徑天線終端 )衛(wèi)星通信網。 4 根據使用目的和要求的不同，可以組成各種不同的衛(wèi)星通信網。它具有全球覆蓋的能力，不僅能夠保證高傳輸速率和較寬的帶寬，而且支持靈活的、大規(guī)模的網絡結構。從物理結構或硬件設施方面看，通信網由終端設備、交換設備和傳輸鏈路三要素所組成。1 第 4章 衛(wèi)星通信網 ? 衛(wèi)星通信網的網絡結構 ? 衛(wèi)星通信網與地面通信網的連接 ? VSAT ? ? 2 所謂通信網，就是將各種通信設備互連在一起的通信網絡。通信網也可描述為由各個通信節(jié)點 (端節(jié)點、交換節(jié)點、轉接點 )及連接各節(jié)點的傳輸鏈路組成的互相依存的有機結合體，以實現兩點或多個規(guī)定點間的通信。 3 所謂衛(wèi)星通信網，就是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉發(fā)無線電波，在地球站之間進行通信的網絡。衛(wèi)星通信網不但可以作為地面網絡的補充和完善，而且可以單獨構成天基衛(wèi)星網絡，使得來自陸地、海洋、天空乃至于太空的信息流能夠順利通過衛(wèi)星網絡傳輸。例如，根據衛(wèi)星在軌高度，可分為 GEO衛(wèi)星通信網、 MEO衛(wèi)星通信網和 LEO衛(wèi)星通信網；根據通信用途，可分為民用衛(wèi)星通信網和軍事衛(wèi)星通信網；根據服務范圍，可分為國際衛(wèi)星通信網、國內衛(wèi)星通信網、區(qū)域衛(wèi)星通信網，等等。根據業(yè)務性質、容量和特點的不同，組成的網絡結構也將有所不同。 5 由多個地球站構成的衛(wèi)星通信網絡可以歸納為兩種主要形式，即星形網絡和網形網絡，如圖 41所示。 在星形網絡中，各遠端地球站都直接與中心站 (或稱主站 )發(fā)生聯(lián)系，而各遠端地球站之間則不能經衛(wèi)星直接進行通信。無論遠端地球站與中心站進行通信，還是各地球站經中心站進行通信，都必須經過衛(wèi)星轉發(fā)器。 8 星形網絡最適合于廣播、收集等進行點到多點間通信的應用環(huán)境。但這種結構非常不利的一點是，中心站必須具有極高的可靠性，因為一旦出問題，將影響整個系統(tǒng)的工作。這種點對點連接而成的網絡，又稱為全互連網絡，其中每個地球站皆可經由衛(wèi)星彼此相互進行通信。因此，網形網絡比較適合于點到點之間進行實時性通信的應用環(huán)境，比如建立單位內的 VSAT專用電話網等。 10 混合網絡 在衛(wèi)星通信網絡中，根據經過衛(wèi)星轉發(fā)器的次數，衛(wèi)星通信網絡又可分為單跳和雙跳兩種結構。 在網形網絡中，任何兩個遠端地球站之間都是單跳結構，因而它們可以直接進行通信。顯然，單跳星形結構是最簡單的網絡結構，而網形網絡結構則是最復雜的網絡結構，它具有全連結特性，并能按需分配衛(wèi)星信道。在這種網絡中，網絡的信道分配、監(jiān)測管理與控制等由中心站負責，但是通信不經中心站連接。從網絡結構來說，話音信道是網形網，數據信道是星形網，因而它是一種很有吸引力的網絡結構 12 圖 42 衛(wèi)星通信的單跳與雙跳混合結構 13 下面結合電話傳輸來介紹衛(wèi)星通信網與地面通信網之間的連接問題。 14 一個衛(wèi)星通信系統(tǒng)，當考慮到它與地面通信網連接時，地球站的作用猶如一個地面中繼站。因此，衛(wèi)星通信鏈路必須通過地面線路與長途通信網及市話網連接，才能構成完整的通信網。 衛(wèi)星通信網與地面通信網的連接 15 地面中繼傳輸線路 為保證衛(wèi)星進行多路通信，應采用大容量并與地球站的容量相匹配的地面中繼線路。 16 微波線路的工作頻段可在 2～ 13 GHz之間選擇。若在降雨較少的地區(qū)，且距離較近時 (小于等于 30 km)，也可選用 10～ 13 GHz的頻段 至于地面微波中繼線路的容量，則應根據衛(wèi)星鏈路確定，并留有一定余量。 對稱電纜的特點是頻帶較窄、容量較小。一個 4芯組可以傳輸 120路，且收、發(fā)信使用同樣的頻帶，均為 12～ 252 kHz。 18 同軸電纜具有路際串音小、頻帶寬、容量大等優(yōu)點。小同軸電纜的容量也可擴大到 960路，這時傳輸頻帶為 60～ 4028 kHz，但必須縮短增音站間的距離和增加增音站的數目。若增音站之間的距離選擇適當，中同軸電纜可以傳輸 1800路或 4380路電話。 19 圖 43 小同軸電纜工作頻譜 20 地面中繼線路除了可以采用微波線路和電纜線路外，還可以采用光纜線路。其缺點就是造價較高，施工的技術難度較大。實際上，如果用于站內的設備間鏈路 (IFL，Interfacility Link)，如大型地球站射頻機房與天線之間的連接， VSAT終端的室外單元 (ODU)與室內單元 (IDU)之間連接或 VSAT終端與用戶之間連接時，光纜是最好的選擇，因為光纜噪聲少，沒有電磁干擾。 22 地面中繼方式 地球站與長途交換中心之間的中繼分式可以是各種各樣的，具體采用哪一種方式取決于地球站和中繼線路及長途交換網的工作方式。因此地面中繼線路也是分為模擬線路和數字線路。 23 地球站按 TDMA方式工作，地面中繼采用模擬傳輸線路。在實際使用中， DSI設備均以 240路為一個單元。這種轉換可使用標準的 FDM復接 /分接設備后接 TDMA復接設備來實現。也可以用復用轉換器在 60路超群接口直接轉換和連接完成相同的功能， 24 這樣便降低了成本和尺寸并增強了可靠性，如圖 44(b)所示。實際上，對于 Mb/s的信號，通常用一個 60路的 FDM超群轉換成兩個 30路的 TDM/PCM信號(每個信號速率為 Mb/s)。 目前這種方式雖然較少使用，但隨著通信網數字化程度的不斷提高，將會用得越來越多。 27 圖 45 TDMA地球站與地面數字線路的連接應該指出，各地球站所發(fā)信號的幀定時是與基準站的幀定時同步的，可是在這種連接方式中，它與地面線路的幀同步是不相關的，這是因為數字地面接口處于數字地面線路和 TDMA終端設備之間，它要接受來自兩個方向的時鐘。按照 CCITT建議 72天滑動一次的要求，時鐘的精度應為 1 10－ 11。根據同步方法的不同，直接數字接口有以下三種。其系統(tǒng)組成如圖 46(a)所示。因此，地球站發(fā)送信號的幀周期便不可能與接收信號的幀周期相等。不過，考慮到衛(wèi)星的位置只是在有限范圍內變化，所以可以通過設置適當容量的緩沖存儲器來補償這種幀周期的差值。 31 采用完全同步連接方式時，由于系統(tǒng)內所有的地球站以及所組成的通信網的同步，都從屬于基準站，因此，一旦基準站發(fā)生故障就會影響到整個網絡的正常工作，這是它的主要缺點。采用這種方法連接的系統(tǒng)組成如圖 46(b)所示。只要緩沖存儲器兩端的信號頻率不同，即使差異及其微小，存儲器的寫入和讀出都會產生微小的偏移。采用跳幀法連接，雖然損失了一幀信息，但不會破壞系統(tǒng)的幀同步。 33 3)碼速調整法進行連接 這種方法使衛(wèi)星系統(tǒng)的時鐘頻率比地面系統(tǒng)的時鐘頻率略高。接收端接收到信號后再把不含有信息的脈沖去掉，同時將數據流進行勻滑。其優(yōu)點是相互獨立同步的兩個數字線路或通信網之間，可以不丟失任何信息完成數字連接。 34 上面分別介紹了幾種典型的地球站與地面通信網連接時的地面中繼方式。因為 FDM、 SCPC、 TDMA和 IDR等多種方式同時使用，而且地面通信網中模擬與數字通信方式也還要并存一段時間，所以地面中繼方式也往往不止一種。 35 電視信號傳輸中的地面中繼 目前，通過衛(wèi)星傳送的電視信號還都是模擬信號，因此地球站與長途交換中心或電視廣播中心之間的地面中繼線路也都是模擬微波線路。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場送到電視廣播中心，再經長途交換中心送到地球站發(fā)向衛(wèi)星。所以對傳輸質量的監(jiān)視是十分方便的。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。 VSAT衛(wèi)星通信網 38 而 VSAT衛(wèi)星通信網 (簡稱 VSAT網 )是指利用大量小口徑天線的小型地球站與一個大站協(xié)調工作構成的衛(wèi)星通信網。 VSAT衛(wèi)星通信網是 20世紀 80年代發(fā)展起來的衛(wèi)星通信