卫星通信网 / Satcom networks

调制方式

纠错编码方式

多路复用和载波多址方式

典型的载波方式

典型的网络结构

卫星通信网的载波链路测算与分析

卫星通信网运营商网址

Ku频段SCPC载波的系统余量与SFD的选择

iPSTAR——系统特点与优势比较

调制方式

直到1980年代末期，卫星通信的对象仍以模拟制的话音载波和电视节目为主。模拟载波多采用调频方式，调制波的频率随基带信号的幅度而变。调频载波的系统传输质量以解调信号的信噪比S/N表示。信噪比S/N与未解调载波的载噪比C/N的对应关系通常为：在C/N的某个门限点之上，两者呈线性关系；在门限点之下，S/N将随C/N的下降而急剧恶化。由于卫星信道受到转发器的功率限制和长距离传播的衰耗影响，很难提高载波的C/N，为此，调频解调器多采用门限扩展技术，将门限点下移2到3dB，使C/N较低的载波也能被解调成可用的基带信号。

1990年代以来，卫星通信的对象逐渐转为数字信号。数字载波多采用调相方式。常用的四相调制（QPSK）方式以四个正交的载波相位（例如0度、90度、180度和270度）对应于基带信号的00、01、10和11这四种二进数组合，二相调制（BPSK）方式则以两个相反的载波相位（例如0度和180度）对应于基带信号的0和1这四个二进数。数字信号的传输质量通常用每比特信号能量与噪声功率谱密度之比Eb/N0表示。Eb/N0可由载波的C/N、信息速率、以及噪声带宽换算得到。调相方式的相数越高，同等带宽条件下所能传输的信息速率就越高，同时，对载波的C/N和Eb/N0要求也越高。数字信号也可采用最小移频键控（MSK）、以及正交振幅键控（QAM）等调制方式。

返回页首 纠错编码方式

卫星信道的传输条件较差，在接收站点还原的数字信号可能含有相当数量的误码。用于检测和纠正这些误码的差错控制多采用前向纠错（FEC）编码和解码方式。其工作原理为：在发送端，根据被传输数字信号的相关性，在信源信息中预先插入一定比例的纠错码；在接收端，利用纠错码检测并纠正被传输信号中的误码。引入纠错码 后，将增加被传输信息的数据量。例如，常用的3/4 FEC将以3:1的比例插入纠错码（当原始信息的数据量为3时，插入纠错码以后的信息总量为4），1/2 FEC则将以1:1的比例插入纠错码（当原始信息的数据量为1时，插入纠错码以后的信息 总量为2）。尽管插入纠错码意味着增大载波带宽，但它所带来的好处是得到纠错编码增益，即在经过纠错编解码之后，对传输系统的最低Eb/N0要求可以降低若干个dB。

纠错编码器通常置于调制器之前，纠错解码器通常置于解调器之后。市售的调制解调器通常都包含纠错编解码功能。近年来，已有纠错效率更高的Turbo纠错编解码技术、以及将纠错编解码与调制解调融为一体的格状编码调制（TCM）等新技术投入使用。

返回页首 多路复用和载波多址方式

模拟话音信道常用频分多路复用（FDM）方式。其原理为，将12路频率范围各为300到3400Hz的话音信号，以4kHz的频率间隔，逐个排列在从12kHz到60kHz的频带内，成为一个基群。n个60kHz带宽的基群信号，又可以被组合成12*n话路的群路信号。与对每一个话路都单独进行调制和传输相比，以包含许多话路的群路信号为对象， 统一进行载波调制和传输的方式，可以大大节省对设备数量和成本、以及传输信道带宽和成本的要求。

类似地，数字话音信道可以采用时分多路复用（TDM）方式，以不同数字话路的比特流分别断续插入各自时隙的形式，将许多话路的数字信号组合在一个高速数据通道中。

FDM和TDM多路复用方式适合于传输大容量通信干线的话音信号。对于每个站点只有一到数个话路的稀路由话音传输需求，则适合于采用单话路单载波（SCPC）方式。

多路复用是采用频分或时分方式，将多个话路组合成一个群路或载波。类似地，载波多址是采用频分、时分、或者码分方式，使多个载波共存于某个频段中。频分多址（FDMA）将各个载波安排在不同的频率区间，载波之间在频率上互不相重。时分多址（TDMA）将周而复始的连续时间 周期分为多个时隙，多个站点分别只在各自的时隙，以相同的载波参数，向同一个频段发送信息。码分多址（CDMA）的多个载波可以同时工作在同一个频段上，互相之间通过对 地址码的相干解调进行区别。

载波多址方式还有预分配和按需分配之分。预分配载波固定工作在自己的频段或时隙上，按需分配载波只在需要发送信息时，才申请并占用某个频段或时隙。按需分配方式可以节省信道资源，但其申请和分配操作将增加系统的复杂性。

返回页首 典型的载波方式

FDM/FM/FDMA，多个频分多路话音信号的调频载波，以频分多址方式共用一个转发器。这是早期国际卫星电话干线所普遍采用的载波方式，现已被淘汰。

(TDM/)PSK/FDMA，（多个时分多路数字话音信号的）数字调相载波，以频分多址方式共用一个转发器。目前仍为卫星电话干线或数据专线所采用的载波方式。国际卫星组织以IDR（中等数据速率）和IBS（Intelsat商用业务）为名，对各种数据速率的这种载波方式制订了 统一的规范格式。

(TDM/)PSK/TDMA，（多个时分多路数字话音信号的）数字调相载波，以时分多址方式共用一个转发器，或者转发器中的一个频段。当TDMA载波并没有占满整个转发器带宽时，它将以FDMA方式，与其他载波共存于一个转发器之中。

当某个地球站需要和n个站点建立通信联系时，如果采用FDMA多址方式，它就必须同时接收n个由其他站点发来载波；但若采用TDMA多址方式，它 所要接收的则是由它和其他站点分时发送的同一个载波中，对应于n个其他站点的时隙。此外，目前的卫星PSK/FDMA和PSK/TDMA载波多以数据通信为主，少有用于纯数字话音业务。

SCPC/FM/FDMA和SCPC/PSK/FDMA，分别采用调频和调相方式的单话路单载波业务。前者已被淘汰。后者因采用数字方式，所传送的信号内容可以是话音，也可以是数据，目前仍被广泛用于VSAT小站中。

返回页首 典型的网络结构

卫星通信网通常采用星状、网状、或者混合型网络结构。星状网通常有一个主站，网内的其他站点均只与主站建立连接关系。网状网中的每个站点均可与所有的其他站点建立连接关系。混合型网络中 的各个站点之间，可以根据需要，选用星状或网状连接关系。

点对点连接，所有需要互相通信的站点之间都建有固定的信道。适用于站点之间的通信需求相对固定的系统。

SCPC/DAMA，多个SCPC信道以按需分配方式共用同一段频率资源。其好处在于可以节省系统所用的频率资源，从而降低信道成本。 网管系统通常为星状结构，小站需要先向网管主站申请信道，然后建立通信连接。小站之间可以采用网状方式直接相连，也可采用星状方式，通过主站双跳连接。 这种网络结构适用于站点之间的信息传送需求随机发生、而且流量较小的系统。

TDMA，网状网络结构，多个地球站以时分方式共用一个或多个TDMA载波，进行通信联系。适用于每个站点所需发送的信息流量大致相当并且相对固定的系统。

TDM/TDMA，一种星状VSAT网络结构，名称与前述传送时分多路话音信号的纯TDMA载波方式有些混淆。网管主站发送的TDM出向载波，以时分 复用（或者多播、广播）方式，向各个远端站发送信息；由不同远端站发送的TDMA入向载波，以时分多址方式，向主站回传信息。 这种网络结构主要适用于业务量主要存在于一个中心站点与许多个小站之间，而且中心站发往小站的数据量远高于小站回传量的系统。

返回页首 卫星通信网的载波链路测算与分析

在工作于Ku频段的某卫星通信网中，含有若干对预分配SCPC信道、以及一个按需分配的TDMA网。在不同的转发器SFD设置条件下，对SCPC和TDMA载波作链路估算。由其中一个SCPC载波的实测分析结果可知，相关载波C/N的实测值与链路估算结果大致相符，证明所用的链路估算方法是准确可行的。对网内SCPC和TDMA载波所作的系统余量分析， 还估算主站的功率余量，比较不同SFD设置时的系统余量，从而提出较为合理的SFD设置值。）

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