宽带通信系统|光纤通信系统的概述

1. 宽带IP卫星通信技术介绍

一、卫星IP网络概述

TCP/IP（Transmission Control Protocol/Internet Protocol）即传输控制/网际协议，又称网络通信协议，是互联网的基础和核心协议。从本质上说，IP是带网络路径指针可指导网络上数据包从发端到达收端的包协议，TCP是负责确保数据在设备间进行端到端的可靠传输的协议。

利用TCP/IP进行数据传输已成为网络应用主流。基于Internet的应用在全球业务急剧膨胀导致对各种传输手段提供带宽的要求也不断增加，由于卫星通信的覆盖范围广，且具有良好的面状覆盖和广播功能，通信不受各种地域条件的限制，使得发展基于卫星信道的广域IP通信网络也越来越受到重视，并在目前及未来仍会发挥重要的作用。卫星通信也将成为无线Internet的重要组成部分和应用手段。因此利用卫星进行TCP/IP数据传输，构筑卫星IP网络已经进入到现实应用当中。

二、宽带IP卫星通信系统介绍

进一步提高卫星IP网络传输能力的要求，促使了宽带卫星IP网络技术的发展和应用。这里需要面对和解决的核心问题就是TCP传输效率，由于卫星链路固有的传输时延是不可避免的，因此在IPOver卫星应用时TCP的实时确认会极大降低卫星带宽的使用效率，解决的办法是在不断提高卫星信道质量、降低信道差错率的同时，利用协议响应的改进技术提供卫星链路的TCP增强协议（或叫TCP加速协议）来使数据流可充分利用卫星信道提供的宽带服务。

对宽带标准目前并没有统一的定义，现有的卫星链路技术已可提供高达150Mbps的单一卫星链路通信服务，虽然同地面网相比不算什么，但在空间传输上能提供2Mbps的稳定通信链路相对传统卫星通信而言就已经是宽带通信了。

在卫星通信中，宽带IP卫星通信是一个卫星高速通信全新概念，其主要目标就是为多媒体和高数据速率的Internet应用提供一种无所不在的通信方式。

由于卫星处在距地36000km的上空，其宽带IP通信具有如下的特点：

1）信息延时大。信息一次上星到对方应答需530ms左右。

2）卫星转发器资源租费比较高。由于卫星的空间资源有限，发射及运营成本较高，所以卫星带宽的使用需采用合理的卫星网络设计来实现。

3）卫星网络拓扑较为简单，但内部应用及路由日趋复杂。先期卫星的网络结构比较简单，分为常见形状网络和网状网络，随着用户业务需求的变化，其带宽调用方式及静动态路由变换的使用日趋复杂，功能日趋强大。

4）广播特性。可实现一个卫星站点对所有卫星站点的IP广播功能，延伸使用在数字多媒体广播、数字电视及股票金融信息的发布中。

三、VSAT技术组建宽带IP卫星通信网的组成结构及典型应用

利用VSAT的网络结构和技术来组建宽带IP卫星网是目前应用市场上最普遍的做法，不仅可以有针对性地构筑用户专有业务通信网，还可获得很好的投资性价比。

由于VSAT组网的灵活性很高，因此可以为各种用户的不同应用目的提供量身订制的专网设计。从通信体制（多址技术）选择、网络拓扑结构到空间带宽规划都有充分的选择余地来实现应用效率的最大化。

VSAT通信网的一些典型应用：广播电视网；应急通信网；有线通信的备份链路；偏远地区通信网。

四、VSAT技术组建宽带IP卫星网可实现业务及分类

1）早期的VSAT网络主要服务于远程电话，主要基于电路调度及传输；

2）基于VSAT技术发展数据传输网络也是从低速数据采集应用开始的，如地震台测震数据、水文监测数据以及电网远程控制数据等；

3）互联网的发展给了VSAT进入IP通信时代的机遇，随着VSAT系统可提供的应用带宽越来越大，使得VSAT真正进入了对卫星通信而言的宽带时期；

4）目前VSAT的应用已可提供满足高清视频传输的链路服务，可提供双向或非对称的业务传输：

5）在面对各种突发事件及灾害现场的应急通信方面，卫星通信更是发挥着无可替代的重要作用；

6）用宽带IP卫星技术构筑的VSAT网络已可以提供几乎所有的综合业务传输通道。

2. 计算机网络通信系统是( )

计算机网络通信系统是：数据通信系统

数据通信系统是计算机与通信的结合。在20世纪50年代初期，美国建立了半自动地面防空（SAGE）系统，将远程雷达和其他设备与计算机连接起来，创建了早期的数据通信系统。随后，数据通信系统取得飞速发展，经历了集中式系统、分布式系统和计算机网的演变过程。

集中式数据通信系统是由一台中央计算机和多台远程数据终端设备组成，由中央计算机集中进行处理，系统管理和控制简单，但经济性和可靠性差。

随着中央计算机的分散设置，以及前置处理机、集中器和智能终端的出现，产生了以分散通信处理功能和数据处理功能为特征的分布式数据通信系统。60年代末期出现了多个独立的计算机系统互连，以达到资源共享为目的的计算机网。

(2)宽带通信系统扩展阅读

构成计算机网络系统的要素 :

（1）计算机系统：工作站（终端设备，或称客户机，通常是PC机）、网络服务器（通常都是高性能计算机）。

（2）网络通信设备（网络交换设备、互连设备和传输设备）：包括网卡、网线、集线器（HUB）、交换机、路由器等。

（3）网络外部设备：如高性能打印机、大容量硬盘等

（4）网络软件：包括网络操作系统，如Unix、NetWare、Windows NT等；客户连接软件（包括基于DOS、Windows、Unix操作系统的等）；网络管理软件等。

3. 什么是卫星宽带

卫星宽带，顾名思义，利用宽带卫星、卫星船站、卫星地面站以及服务云等实现天地一体、基于IP技术的宽带通信系统，多应用于海上，成为海上卫星宽带，包括近海、远洋、全洋区海上卫星宽带。

4. 按传输信号特征分类,通信系统分成哪几类

一般有一下几种分类方法：1,按信号带宽分为宽带通信系统和窄带通信系统。2，按信号调制方法分为调幅、调频和调相系统，3，按信号的波形特征分为数字通信和模拟通信系统，4，按信号的统计学特征分为随机信号和确知信号，5，按信号空间符号的对应方式分为编码系统和非编码系统。

5. 卫星宽带通信系统的技术基础

卫星通信的可用频谱资源很有限，建设宽带网必然要采用更高频率。宽带卫星业务基本是使用Ku频段和C频段，但Ku频段的应用已经非常拥挤，故计划中的宽带卫星通信网基本是采用Ka频段，通过同步轨道卫星、非静止轨道卫星或两者的混合卫星群系统提供多媒体交互式业务和广播业务。 Ka 频段卫星通信技术己有基础，卫星通信要利用Ka频段必须解决下列关键技术问题：*克服信号雨衰;*研制复杂的Ka频段星上处理器;*保证高速传输的数据没有明显的时延;*保持星座中有关卫星之间的有效通信;*通过星上交换进行数据包的路由选择。国际上特别是欧洲、美国，有关Ka频段卫星通信概念和关键技术的试验工作已做了不少，可以说，现代卫星通信技术的发展已为解决后四项关键技术打下了基础，而降雨对信号的衰减是波长在1～1.5cm之间的Ka频段的特殊问题。由于使用的波长和雨滴的大小相仿，雨滴将使信号发生畸变。目前正在设计的Ka频段的卫星通信系统，因降雨衰减而引起的通信中断平均每月要超过3小时。这就难于满足一般电信用户通信可利用率达到99.9%的要求。为了克服雨衰问题已提出的解决方法：(1)加大天线尺寸和信号功率，但这会增加卫星的成本；(2)设立更多的地面终端站，从而使信号能沿多条路径传送，但这会增加地面系统的成本；(3)通过控制功率分配，增大对降雨地区的传输功率。采用这个措施会增加卫星的复杂性，特别是提高了对控制软件的要求；(4)发展对信号畸变的校正技术；(5)采用地面光纤于卫星通信相结合的方式。Ka频段的卫星通信系统雨衰问题的解决，在一定程度上是服务质量和费用的折衷。若要保证Ka频段卫星通信业务的高可靠性和高利用率，就必须在链路设计中留有一定余量来避免因暴雨造成通信中断。但这种余量在正常的天气情况下却是一种浪费，会导致整个系统的成本增加和终端的价格上升。 低轨道卫星星座组网技术积累了经验以铱星、全球星和ICO为代表的非静止轨道卫星通信系统取得了很大进展，铱星系统已投入了运行。这些系统的建造促进了星座组网、星上处理和星间通信等技术的发展，开发过程中积累的卫星设计能力、卫星制造技术、大卫星系统集成和超大系统管理经验都将直接应用到全球宽带多媒体通信系统。可以说是全球个人移动电话系统奠定了发展全球宽带多媒体卫星通信系统的基础。

6. 卫星宽带通信系统的背景

自1994年以来，陆续出现了许多雄心勃勃的空中互联网方案，其中有些采用的技术及业务在地理上和种类上的覆盖都有着重大突破，对通信业界乃至整个社会生活都将产生影响。对此很多国家都提出过自己的宽带卫星通信系统方案，其中一些将可能发展成为全球信息高速公路的重要组成部分，成为实现全球无缝隙个人通信、互联网空中高速通道必不可少的手段。我们正在进入“Internet时代”，全球商务活动的需要和人们对信息无止境的追求，刺激了企业网和互联网的爆炸性增长，用户一直在努力寻求可给他们带来更多数据的解决方案，结果导致对带宽需求的猛长。近些年来，缺乏带宽的用户以惊人的速度尝试了Tl线，ADSL，CableModem，ATM和各种无线技术。对更高带宽的追求导致了一个新市场的开拓：一种付得起费的、可靠的、安全的、可无缝隙地嵌入陆地网的卫星宽带通信方案。卫星宽带通信也称多媒体卫星通信，指的是通过卫星进行语音、数据、图像和视像的处理和传送。因为卫星通信系统的带宽远小于光纤线路，所以几十兆比特每秒就称为宽带通信了。提供更大带宽仅是卫星通信方案的一部分，基于卫星的通信也为许多新应用和新业务提供了机会。1994年休斯网络系统公司在世界上首先开发出能与个人计算机互联的DirecPC接收系统，使PC机用户可利用电视直播卫星的小口径接收天线高速下载因特网上的大容量信息，在拥挤不堪的地面互联网线路之外另辟了一条高速的空中下载通道。紧随其后，许多大的卫星公司纷纷推出了用于互联网和增值业务的VSAT系统，它们已经成为世界性互联网高速发展的一个组成部分。更引人注目的是基于非静止轨道卫星群星座的全球宽带卫星通信系统的宏大计划的提出和实施，更展示了卫星在未来的宽带、高速和多媒体通信应用中的美好前景。这些卫星系统主要用于多信道广播、Internet和Intranet的远程传送和作为地面多媒体通信系统的接入手段。

7. 光纤通信系统的概述

光纤即为光导纤维的简称。光纤通信是以光波作为信息载体，以光纤作为传输媒介的一种通信方式。从原理上看，构成光纤通信的基本物质要素是光纤、光源和光检测器。光纤除了按制造工艺、材料组成以及光学特性进行分类外，在应用中，光纤常按用途进行分类，可分为通信用光纤和传感用光纤。传输介质光纤又分为通用与专用两种，而功能器件光纤则指用于完成光波的放大、整形、分频、倍频、调制以及光振荡等功能的光纤，并常以某种功能器件的形式出现。光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，被称之为“有线”光通信。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。1966年英籍华人高锟(Charles Kao)发表论文提出用石英制作玻璃丝(光纤)，其损耗可达20dB/km，可实现大容量的光纤通信。当时，世界上只有少数人相信，如英国的标准电信实验室(STL)、美国的Corning玻璃公司，Bell实验室等领导。2009年高锟因发明光纤获得诺贝尔奖。1970年，Corning公司研制出损失低达20dB/km，长约30 m的石英光纤，据说花费了3000千万美元。1976年Bell实验室在华盛顿亚特兰大建立了一条实验线路，传输速率仅45Mb/s，只能传输数百路电话，而用中同轴电缆可传输1800路电话。因为当时尚无通信用的激光器，而是用发光二极管(LED)做光纤通信的光源，所以速率很低。1984年左右，通信用的半导体激光器研制成功，光纤通信的速率达到144Mb/s，可传输1920路电话。1992年一根光纤传输速率达到2.5Gb/s，相当3万余路电话。1996年，各种波长的激光器研制成功，可实现多波长多通道的光纤通信，即所谓“波分复用”(WDM)技术，也就是在1根光纤内，传输多个不同波长的光信号。于是光纤通信的传输容量倍增。在2000年，利用WDM技术，一根光纤光纤传输速率达到640Gb/s。有人对高锟1976年发明了光纤，而2010年才获得诺贝尔奖有很大的疑问。事实上，从以上光纤发展史可以看出，尽管光纤的容量很大，没有高速度的激光器和微电子仍不能发挥光纤超大容量的作用。电子器件的速率才达到吉比特/秒量级，各种波长的高速激光器的出现使光纤传输达到太比特/秒量级(1Tb/s=1000 Gb/s)，人们才认识到“光纤的发明引发了通信技术的一场革命!” 常规的光纤通信系统的主要组成部分是光纤、光源和光检测器。光纤包括单模和多模光纤，光源包括半导体激光器和发光二极管。中、长距离系统采用单模光纤和半导体激光器，新开发的高速系统用分布反馈（DFB）激光器，短距离系统可以采用多模光纤和发光二极管。常规的光纤通信系统系指发送端对光源进行强度调制，接收端用光电检测器对收到的光信号进行直接检测（IM/DD）的系统，又称强度调制直接栓波光纤通信系统，它是90年代初实际使用主。其基本结构以2.488Gbit/s系统为例，如图2所示。图的左方为发送端电的时分复用器，它把输入的155Mbit/s的数字信号复合为2.488Gbit/s的信号。该信号直接强度调制一只分布反馈激光器，再将已调光输出传送给单模光纤。图的右方先由光一电检测器把已调光直接检测，得出2.488Gbit/S的数字信号，再经时分解复器得出一组155Mbit/s的数字信号。常规的光纤通信系统的中继设备如图3所示。2.2 应用范围光纤通信首先在电话局之间得到应用，构成光纤本地网，接着作为长途通信构成全国性的光纤网，它将成为宽带通信网的骨架。又发展海底光缆系统作越洋通信或作短距离越岛、沿海岸等通信，著名的有横跨大西洋和太平洋的各海底光缆通信系统。例如1988年12月开始商用的最早一个横跨大西洋系统TAT—8，光缆里有3对光纤，2对使用，1对备用。每对信息率为280Mbit/s。全长6 700km，平均中继站间距为67knu波长1.3μm，采用常规的单模光纤。各发达国家正在规划设计和建设光纤用户网，即光纤到户（FTTH）或光纤到马路边（FTTC）。其它的应用，如各种规模，在各种场合应用的光纤局域网等。 （1)通信容量大、传输距离远；一根光纤的潜在带宽可达20THz。采用这样的带宽，只需一秒钟左右，即可将人类古今中外全部文字资料传送完毕。400Gbit/s系统已经投入商业使用。光纤的损耗极低，在光波长为1.55μm附近，石英光纤损耗可低于0.2dB/km，这比任何传输媒质的损耗都低。因此，无中继传输距离可达几十、甚至上百公里。(2)信号干扰小、保密性能好；(3）抗电磁干扰、传输质量佳，电通信不能解决各种电磁干扰问题，唯有光纤通信不受各种电磁干扰。(4）光纤尺寸小、重量轻，便于铺设和运输；(5）材料来源丰富，环境保护好，有利于节约有色金属铜。(6）无辐射，难于窃听，因为光纤传输的光波不能跑出光纤以外。(7)光缆适应性强，寿命长。(8）质地脆，机械强度差。(9）光纤的切断和接续需要一定的工具、设备和技术。(10）分路、耦合不灵活。(11）光纤光缆的弯曲半径不能过小（>20cm）(12）有供电困难问题。利用光波在光导纤维中传输信息的通信方式．由于激光具有高方向性、高相干性、高单色性等显著优点，光纤通信中的光波主要是激光，所以又叫做激光－光纤通信． 光纤通信的原理是：在发送端首先要把传送的信息（如话音）变成电信号，然后调制到激光器发出的激光束上，使光的强度随电信号的幅度（频率）变化而变化，并通过光纤发送出去；在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息．随着信息技术传输速度日益更新，光纤技术已得到广泛的重视和应用。在多微机电梯系统中，光纤的应用充分满足了大量的数据通信正确、可靠、高速传输和处理的要求。光纤技术在电梯上的应用，大大提高了整个控制系统的反应速度，使电梯系统的并联群控性能有了明显提高。电梯上所使用的光纤通信装置主要由光源、光电接收器和光纤组成。 微机控制系统输出的信号为电信号，而光纤系统传输的是光信号，因此，为了把微机系统产生的电信号在光纤中传输，首先要把电信号转换为光信号。光源就是这样一种电光转换器件。光源首先将电信号转换成光信号，再向光纤发送光信号。在光纤系统中，光源具有非常重要的地位。可作为光纤光源的有白炽灯、激光器和半导体光源等。半导体光源是利用半导体的 PN结将电能转换成光能的，常用的半导体光源有半导体发光二极管（LED）和激光二极管（LD） 。半导体光源因其体积小、重量轻、结构简单、使用方便、与光纤易于相容等优点，在光纤传输系统中得到了广泛的应用。 光纤是光信号的传输通道，是光纤通信的关键材料。光纤由纤芯、包层、涂敷层及外套组成，是一个多层介质结构的对称圆柱体。纤芯的主体是二氧化硅，里面掺有微量的其它材料，用以提高材料的光折射率。纤芯外面有包层，包层与纤芯有不同的光折射率， 纤芯的光折射率较高， 用以保证光信号主要在纤芯里进行传输。 包层外面是一层涂料，主要用来增加光纤的机械强度，以使光纤不受外来损害。光纤的最外层是外套，也是起保护作用的。光纤的两个主要特征是损耗和色散。损耗是光信号在单位长度上的衰减或损耗，用db/km表示，该参数关系到光信号的传输距离，损耗越大，传输距离越短。多微机电梯控制系统一般传输距离较短，因此为降低成本，大多选用塑料光纤。光纤的色散主要关系到脉冲展宽。 在三菱电梯控制系统中， 光纤通信主要用于群控与单梯间的数据传送及两台并联的单梯之间的数据传送。三菱电梯所用的光纤装置主要由光源、光接收器和光纤组成，其中光源和光接收器被封装在光纤接插件的定插头内，光纤与动插头相连。 发送：CPU 通过专用 IC芯片将并行数据串行化，并根据通信格式插入相应位码（起始、停止、校验位等） ，由输出端 TXD将信号送入光纤接插件（即定插头） ，再由光纤接插件中的光源进行电—光转换，转换后的光信号通过光纤动插头向光纤发送光信号，光信号在光纤中向前传播。接收：来自光纤的光信号经光纤接插件的动插头，向定插头的接收器发送，接收器将接受到的光信号进行光—电还原，从而得到相应的电信号，该电 信号送入到专用的 IC 芯片的RXD输入端，经专用 IC芯片将串行数据改为并行数据后，再向 CPU传送。 光纤通信的应用领域是很广泛的，主要用于市话中继线，光纤通信的优点在这里可以充分发挥，逐步取代电缆，得到广泛应用。还用于长途干线通信过去主要靠电缆、微波、卫星通信，现以逐步使用光纤通信并形成了占全球优势的比特传输方法；用于全球通信网、各国的公共电信网（如中国的国家一级干线、各省二级干线和县以下的支线）；它还用于高质量彩色的电视传输、工业生产现场监视和调度、交通监视控制指挥、城镇有线电视网、共用天线（CATV）系统，用于光纤局域网和其他如在飞机内、飞船内、舰艇内、矿井下、电力部门、军事及有腐蚀和有辐射等中使用。光纤传输系统主要由：光发送机、光接收机、光缆传输线路、光中继器和各种无源光器件构成。要实现通信，基带信号还必须经过电端机对信号进行处理后送到光纤传输系统完成通信过程。它适合于光纤模拟通信系统中，而且也适用于光纤数字通信系统和数据通信系统。在光纤模拟通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、预调制等处理，而电信号反处理则是发端处理的逆过程，即解调、放大等处理。在光纤数字通信系统中，电信号处理是指对基带信号进行放大、取样、量化，即脉冲编码调制（PCM ）和线路码型编码处理等，而电信号反处理也是发端的逆过程。对数据光纤通信，电信号处理主要包括对信号进行放大，和数字通信系统不同的是它不需要码型变换。

8. 宽带无线通信系统如何应对ISI（符号间干扰）

无线信号在空间传播时，多径反射、折射的一个后果是时延扩展（delay spread)。如果时延扩展小于符号持续时间，一个符号的多径分量就会对之前或者之后的符号产生干扰，这叫做符号间干扰（ISI，Intersymbol Interference）。CDMA系统，从IS-95、IS-2000到EVDO，符号速率都是1.2288 Msps，也就是说每个符号的持续时间是0.81微秒。CDMA系统解决符号间干扰的主要方法是接收分集（或者叫rake接收机）。Rake接收机能够识别多径分量，并且将多径分量的功率累积起来，组合成最终的接收信号。但是，CDMA rake接收机不能识别和累加时延扩展小于0.82us且功率很小的多径分量。而这正是密集市区无线环境（比如上海）的场景，那里多径分量的时延扩展往往小于0.81us，而且由于基站密度很高，往往需要调低基站发射功率。3.84 Msps，这样理论上WCDMA rake接收机可以处理时延扩展大于0.26us的多径分量。OFDM则用另一种策略对付ISI

9. 什么是宽带通信是宽带通信，不是宽带哦！详细定义！

宽带，顾名思义是传输带宽很宽的意思。通常是相对于传统的窄带的电信网而言的，其本身其实并没有很严格的定义，主要是指在同一传输介质上，使用特殊的技术或者设备，利用不同的频道进行多重（并行）传输，并且速率在256Kbps以上。至于到底多少速率以上算作宽带，目前没有国际标准，有人说大于56K就是宽带，有人说1Mbps以上才能算宽带，并没有定论。国际电联在早些时候召开过关于宽带通信的会议，美国提出把200Kbps以上的传输带宽定义为宽带，即每秒传输20万个"比特"，相当于2.5万个英文字符或1.25万个中文字符。200Kbps的带宽使计算机上的小窗口图像能够比较清晰，如果用来传声音，质量极高。目前我们使用的电话，尽管其传输带宽在64K以下，但已经可以通过音质分辨熟悉的人了，而且随着数字压缩技术的发展，8Kbps的带宽就完全可以传输连贯的声音了。 宽带的通信质量和能力都远远超越了我们目前普遍使用的窄带通信系统，主要表现在数据通信能力、图像通信能力方面。我们可以想象眨眼之间就看到纽约、东京证交所的大屏，每一处细微的抖动都清晰可见；我们也可以想象在家里随时点播某一曲MTV或是一部好莱坞大片；宽带网甚至可以为分布在世界各地的人召开电视会议，看清彼此的动作、表情、语气，就像只相距1米一样。换句话说，只要带宽足够宽，任何信息都能够最迅速和准确的传递。 宽带通信近年在世界上发展非常快。目前，在宽带网的建设和使用普及率上居世界首位的是韩国，其宽带网普及率为57.3％；美国的宽带网普及率为11.l％；欧盟各国也正在发展各自的宽带网络。我国则是刚刚起步，但发展速度很快。 宽带主要有以下特点： 传输速率高（提供100兆到大楼、10兆到桌面的高速接入）。每个用户的最大速率都远远大于56K和ISDN。这样，有效地保证了图像、声音、数据传送的清晰度和连贯性，无论是通过电子邮件收发大型文件还是下载图像或软件均可在瞬间完成。 提供各种多媒体服务（视频点播、远程教育、远程医疗、电子商务、举行电视会议、拨打视频电话等）。 相对费用低。一方面高速的连接节约了大量网上等待时间，使上网费用大大降低。另一方面，宽带接入技术都不通过传统的电话网络交换机，不存在占用电话线的问题，无需交纳电话费，进一步减少了用户的上网费用。 24小时随意上网，不受时间限制。 结构简单，维护方便（只需增加一个附加设备即可） 可靠性和安全性高、扩展性强。