【精品课件】星上路由交换与处理技术

第4章 星上路由交换与处理技术
目录
一、星上交换技术 二、卫星网络路由技术 三、星上处理技术 四、星载转发器 五、星上抗干扰技术
一、星上交换技术
• 星上交换是指根据用户信息的不同种类、目标地址， 对信息进行分类、打包和安排合适的传输路径，完 成信息的高效传输。卫星系统的业务数据、信令、 测控及网络管理信息，其交换均在星上完成。
• 对于星载基带交换，首先要将射频信号变成中频， 解调后得到基带信号，再进行交换。基带信号携带 目标信息，星上交换开关将传送到同一目标的信息 打包，提供给相应的转发器，经过调制并上变频后， 发往相应的目标。
星上交换的意义
• 减少传输时延，星载多波束通过交换来改 善业务传输的实时性，解决大容量的信息 高速传输问题
• 星间链路可以扩大覆盖范围，星间路由需 要星上交换来完成
• 上下行链路可以选择不同的频段和带宽， 且用户和用户之间的业务交换不必经过关 口站进行，频率利用效率高
星上交换需考虑的因素
• 业务类型
– 语音业务：电路交换 – 低速数据业务：分组交换 – 宽带多媒体业务：ATM快速分组交换
• 业务量
– 小业务量：电路或分组交换 – 大业务量：ATM交换
– 星载ATM交换：ATM信元为53字节的定长短包，实现对 链路资源的时分统计复用。在星上完成多路复用/分接、 信道编码/解码、星上快速分组交换。
– 星载IP交换：将数据封装在传输层协议数据单元中，然 后添加IP控制信息，形成IP分组。路由是核心，路由器 节点对分组进行选路、转发以及路由表的管理。
• 星载分组交换必须优化设计信元的长度和 格式以适应卫星通信系统的业务信息流程、 应用特点和要求
– 将星上接收的所有射频信号进行下变频到中频， 解调得到基带信号后再交换
宽带卫星通信中的交换
宽带卫星通信是未来的重点发展方向之一，需要很高的EIRP和G/T值，点波 束可以满足此要求。信息交换在波束之间进行，不仅在同一波束的不同用户 之间进行，还要在不同波束用户之间进行。以IPSTAR系统为例说明。
IPSTAR-1卫星
• 轨道位置：东经119.5o • 卫星容量
– 45 Gbps (前向25/回传20， 支持1300万用户)
– 以上为使用120cm天线计算 得出的标称容量
• 94个波束覆盖整个亚太地区 – 84 个点波束 – 3 个成形波束 – 7 个广播波束 以及18 个Ka-band馈电波束
• 缺点
– 每次建立链路需要通过控制信道向中心站申请， 信道频繁切换时效率低
– 不在星上解调，会使噪声累加，传输性能恶化 – 难以实现链路资源的统计复用
星载分组交换
• 星载分组交换：以数据分组为交换单位，数据分组 携带源地址、目的地址等信息，在星上交换节点采 用存储转发的传输方式。基于统计复用技术，分组 通过排队、调度等处理共享带宽资源。分为星载 ATM交换和星载IP交换。
Ka 用户1
Ka 用户2
频率
WGS的星载交换实现示意图
（以2个星地上行链路信道和2个星地下行链路信道为例）
星地上行链路信号采用FDMA方式，任何一个用户的信号可以占用1个 或者相邻的几个子频带，属于不同用户的子频带之间具有保护间隔。
星载电路交换的优缺点
• 优点
– 不需要在业务信号中携带通信协议 – 星上设备可靠性高，费用较低
• 可以采用两类长度的定长包格式来承载各 类业务、信令、测控和网管信息的传送
– 短包负责承载时延敏感的低速话音业务
– 长包针对数据业务、系统信令、测控和网络管 理信息的数据类信息传送
星载分组交换的优缺点
• 优点
– 对链路带宽资源采用时分统计复用，能够实现 带宽的按需分配
– 星地上下行链路分开设计，实现各自的最优化
• 现有星载电路交换技术
– 星载交换－时分多址（SS/TDMA）
– 星载交换－频分多址（SS/FDMA）
– 星载交换－码分多址（SS/CDMA）
星上交换－时分多址（SS-TDMA）
交换矩阵示意图
不同时隙的开关连接状态
通路 上行 下行
时段
波束 波束
T1
12
上行 下行 波束 波束
21
上行 下行 波束 波束
IPSTAR-1卫星对中国的覆盖
23个Ku波段双向 点波束覆盖中国 中东部地区
1个双向成形波束 覆盖中国西部地 区
1 个 Ku 波 段 单 向 广播波束重叠覆 盖中东部地区
通信容量:约12Gbps
3个关口站：北京、 上海、广州
成形波束
点波束
广播波束
星上交换体制
• 星载电路交换 • 星载分组交换
34
上行 下行 波束 波束
43
T2
1 3 2 23 1 4 4
T3
1 4 2 33 2 4 1
T4
1 1 2 43 3 4 2
星上交换－频分多址(SS-FDMA)
Ka 用户1 0
X 用户1 0
Ka 用户2
X 用户2
Ka 用户M
频率
X 用户N
频率
用户信 号分离
＋ 交换
＋ 交换后
合成
X 用户2 0
X 用户3 0
• 缺点
– 系统实现与特定的体制相关联，星上交换软件 升级困难
– 星载分组交换需要解调、译码变成基带后交换， 交换完成后需要重调制、重编码，增加了星上 载荷及系统的复杂性
电路交换和分组交换的比较
• 效率：电路交换为固定复用,利用效率低；分组交换 为统计复用,利用效率高。
• 切换：电路交换切换时需要复杂的信令处理重新进行 电路的建立、维护和拆除,实现切换较复杂。分组交 换不需要复杂的信令处理,实现切换较简单。
– 星载ATM交换 – 星载IP交换
• 星载MPLS
星载电路交换
• 收发双方在通信前建立一条被双方独占的物理传送通 路，占用资源可以是时隙/子频带/扩频码。若利用时 隙来承载业务，在通信过程中该时隙由收发双方固定 使用，只有当双方通信结束，其他用户才能再用。网 络资源利用效率较低。
• 在星间链路切换时，需要重新进行时隙电路的分配和 大量的信令处理，用户的服务质量很难得到保证。
• 网络结构
– 星形结构：交换在关口站进行 – 网状结构：主要的交换在星上进行，地面关口站主要承
担系统内用户与系统外用户之间的接口及简单交换任务
星上交换的实现方法
• 对微波射频信号进行交换
– 转发器装载具有交换功能的受控微波开关矩阵， 在多波束卫星上利用动态接续矩阵进行波束射频 信号的交换
• 对基带信号进行交换