“卫星”QC小组活动成果汇报.ppt

卫星”QC小组活动成果汇报,“卫星”QC小组活动成果汇报,,节约卫星转发器资源的研究,问题解决型小组,发表者 王建伟,卫星QC小组2012.12.30,小组简介 于2012年6月成立了QC小组从优化质量管理、加强现场过程控制着手，将优化卫星网资源到工作中，达到不断提升卫星网质量的目的一、课题选定,,,,,,,,,,,,,,活动计划,注：,,实际进度,,计划进度,,,,,,,,,,,,,,,,,二、设定目标,根据1-5月份的数据统计，现网卫星站点带宽使用285.01M，集团公司06年给予西藏公司约526.25M现有卫星网转发器带宽资源使用率54%优化后卫星网带宽使用率为47%,目标值设定为43%如下表实践后QPSK每兆占用835KHZ，而8PSK每兆占用600KHZ;且每兆带宽可节约1/3的资源目标值理论分析：1、转发器资源有限；2、租凭转发器带宽昂贵、3、节约成本现网统计情况说明：现网在运行258个卫星站点，占用转发器资源284.26MHz带宽QC团队人员能力经验分析：1、人员技术水平有限；2、人员卫星网优化维护能力不足；3、集体团队意识不强小组成员通过对卫星转发器的特点的研究，卫星转发器而言,其带宽和功率都是恒定的,因此,无论占用了功率还是占用了带宽,都是占用了宝贵的转发器资源,卫星运营商收费将综合考虑带宽和功率的占用情况来计算。

如果占用的功率比例大于占用的带宽的比例,就是功率受限,反之则是带宽受限系统设计时,应尽量使占用的带宽和功率达到平衡,节省转发器的带宽主要可以有多种技术手段，小组成员结合自身知识和多年优化经验，集思广益，通过“头脑风暴法”，提出了一系列的解决意见,用适当的编码调制方式，同样的信息速率，调制方式8PSK会比调制方式QPSK大概节省百分之十六的带宽FEC3/4的编码方式也会比FEC1/2大概节省百分之三十的带宽基本公式如下：符号速率 = （信息速率 / FEC编码率 / R-S编码率）* 调制因子，而载波噪声带宽和占用带宽的取值一般分别为符号速率的1.2倍和1.4倍降低信号来源数据的速率，采用Abis接口压缩设备，降低Abis接口的数据速率在有条件的地方，采用载波重叠技术，降低占用的带宽头脑风暴,三、提出方案,小组成员针对卫星网带宽资源问题进行了全面分析：,方案一：编码和调制方式的选择 为了尽可能的节约转发器带宽，减少每年的租用成本，采用Abis优化设备已经做到了很大限度的减少带宽如果想在此基础上进一步减少租用的带宽，从卫星编码调制方式的选择上入手也可以节省一部分租用的带宽 在确定调制解调方式时，应考虑到卫星信道的特点，充分利用有限而宝贵的卫星频率和功率资源。

数字调制中，信号传输质量主要取决于比特差错率(以下简称BER),因此要尽可能采用在相同的每比特信号能量与噪声功率谱密度比(Eb/No)的条件下的BER低的调制方式，以节省卫星功率；另外，频谱利用率(单位频带的传输比特率)要尽可能高，以节省宝贵的卫星频带当然，这两个目标往往是互相矛盾的，在实际进行系统设计时要在两者之间取得平衡对于常用的Turbo Codec编码相比其他方式有以下特性：Eb/N0性能大大优于同等带宽条件下的链接编码，占用带宽明显小于同等通信质量下的链接编码，编解码延时明显减小在使用FDMA的情况下，将卫星转发器的可用射频频带分割成若干互不重叠的部分，再分配给各地球站所要发送的各载波使用，FDMA方式中各载波的射频频率不同，发送的时间可以重合，但载波占用的频带是彼此严格分开的对此系统来说分配带宽=信息速率/ FEC码率/每符号比特率*分配带宽滚降系数 例：如用QPSK, 3/4FEC, (204,188)的RS码， 则 符号速率 = 信息速率×(4/3) ×(204/188) ×(1/2),Ku波段雨衰对编码调制方式选择的影响,以湖南为例，如果在湖南采用Ku 频段，由于湖南处在M 区，即使按99.95% 的可用度计算，上下行雨衰也分别达到了7.9dB 和6dB，从链路计算的结果看，当湖南上行有降雨时，则湖南基站—北京主站载波所占的转发器功率为0.3%，带宽为0.4%。

而由于边远基站设备没有上行功率控制功能，因此，为了保证系统在降雨时的余量，即使在晴天（上行雨衰为0），边远基站的发射功率也要足够补偿上行雨衰，而此时，湖南基站—北京主站载波所占的转发器功率则达到了1.9%，远大于带宽占用的比例由此会产生转发器功率用满时，带宽仍有空余的情况解决此问题的方法， 只能通过改变编码调制方式或者采用C 频段来实现如果改用QPSK 方式时，当湖南上行有降雨时， 则湖南基站—北京主站载波所占的转发器功率为0.1%，带宽为0.7%，晴天时所占的转发器功率为0.8%，基本达到了平衡如果采用C 频段，由于C 频段雨衰非常小，则基本不会受到降雨的影响 如果对那些处于K 区的四川省基站采用Ku 频段，当可用度为99.95%时，上下行雨衰分别为4.9dB和3.6dB，当四川站上行雨衰为0时，边远基站发射的载波占用的转发器功率比例为1.3%，也远大于带宽占用的0.4% 的比例但改为QPSK 方式，则能够实现功率和带宽的基本平衡 C频段的降雨衰耗通常都不会超出链路设计的余量有资料显示，新加坡和台湾发送的C频段电视载波的上行EIRP都曾在暴雨时出现过3到5dB的下降用国际电联所建议的雨衰计算公式并不能求得如此高的C频段雨衰量。

仅有的合理解释为，这类现象出于高仰角天线的主反射面因暴雨而形成积水，从而使天线增益遭到的大幅度降低降雨衰耗对Ku频段卫星通信的负面影响比预期的严重在香港监测Ku频段卫星信标时发现，夏季阵雨时的短时间下行降雨衰耗可达20dB甚至30dB中国南部沿海某地所发的Ku载波在台风季节的上行雨衰，曾有连续半小时维持在10dB以上的纪录即使是位于中国北方的北京，Ku设备的 8dB上行功率控制量也不足以补偿夏季阵雨所产生的降雨衰耗由此看来，通常能为系统预留的下行降雨余量、以及上行功率补偿量，都不能补偿短时间的暴雨所产生的降雨衰耗对于实时性不强的数据业务，由Ku雨衰所造成的误码和通信中断可以通过重发等手段得到解决对于必须保证实时传输质量的数据业务，和音频、视频等连续的数据流业务，最好还是选择在C频段上工作 雨衰估算结果表明，在同等的降雨条件下，不同频率和极化的载波所遭受的雨衰也不相同在Ku频段，频率高端的水平极化载波所受的雨衰最大，频率高端的垂直极化和频率低端的水平极化载波所受的雨衰居中，频率低端的垂直极化载波所受的雨衰最小在选择Ku频段转发器时，应该考虑这一因素Ku波段雨衰对编码调制方式选择的影响,雨衰的计算公式为单位路程的雨衰量与电波穿越斜距以及路程缩短因子的乘积。

其中，电波穿越斜距为降雨高度与天线仰角的正弦值之商一般说来，天线仰角越低，穿越斜距越长，雨衰量越大但是，路程缩短因子的计算公式考虑了电波穿越斜距在水平方向上的投影距离、以及降雨强度的影响降雨高度越高，天线仰角越低，水平投影距离就越长，相应的路程缩短因子也就越小其物理解释为，水平投影距离越长，电波笼罩在雨团中的部分就越少此外，降雨强度越高，路程缩短因子也越小其解释为，降雨强度越高，雨区在水平方向上的分布就越窄，电波被该强度雨区所笼罩的比例也就越小路程缩短因子的值在天线仰角较低和雨量较大时可小至0.4左右为此，在考虑Ku频段降雨衰耗时，不必过分强调天线仰角的影响 Ku频段卫星通信通常采用上行站设备中的上行功率控制（UPC）、或者卫星转发器中的自动电平控制（ALC）补偿降雨衰耗对上行载波的影响ALC的工作原理为根据接收到的载波强度调整转发器的SFD灵敏度它的使用条件为，转发器中的所有载波都由同一个地点发送上星ALC的初始设置方式为，通过调整转发器 SFD，使在晴空条件下的载波上行功率略高于不采用ALC时这是因为，若在晴空时不增加上行功率，降雨时就全靠提高SFD灵敏度以使下行EIRP维持不变。

由于到达卫星的功率因雨衰而降低，上行C/N也随之下降，从而使系统C/N变差但是，晴空时的上行功率也不能过高，因为这将增大对邻星和反极化转发器的干扰UPC的工作原理为，根据检测到的当地雨衰量调整上行功率采用UPC方式时，上下行C/N基本保持不变，但它要求上行站拥有足够的功率备余量Ku波段雨衰对编码调制方式选择的影响,压料板上凹槽明显,,从以上方面考虑，确定了Turbo 3/4 和QPSK 或者8PSK 作为村通工程的编码调制方式从实际使用的情况看，8PSK 的抗干扰、抗雨衰能力稍差，适宜用在降雨少的地区；QPSK 相对来说抗干扰能力较强，适合在降雨较多的地区采用Ku波段雨衰对编码调制方式选择的影响,目前，在IDR/IBS系统中所能支持的调制方式主要有BPBK, QPBK, 8P8K, 16QAM等，而编码则有1/2, 2/3, 3/4维特比编码，TPC编码，Reed-Solomon编码等不同的编码调制方式，其门限Eb/No,以及频谱利用率各不相同不同的编码调制方式，其门限Eb/No 以及频谱利用率如表1所示：,方案二：Abis接口压缩设备和技术的引入,为了尽可能的节约转发器带宽， 减少每年的租用成本，采用8PSK+Turbo 编码方式，从卫星编码调制方式上看，已经做到了很大限度的减少带宽。

如果想在此基础上进一步减少租用的带宽，只能从引入新的信源编码方式考虑近年市场上出现了很多针对Abis 接口压缩的产品，这些产品从实现原理上基本相同由于G S M 系统A b i s 接口传输的已经是压缩的13kbit/s编码的话音信号，很难再对其进行进一步的压缩，但在通话过程中，双方一般不会同时说话，因此会产生静音帧，通过分析Abis 信号中的静音帧，并对其进行大幅度的压缩，可以减少实际传输的数据速率目前已经有产品能够支持这种应用， 其原理就是通过分析不同的数据类型进行不同的处理算法，如表2所示：,该设备的引入不会影响原有的卫星传输基站所支持业务的正常使用，包括话音、GPRS、V.110 、调制解调器、WAP、短信、彩信等，而且具备拥塞处理能力，当话务量高时，不会影响原基站的话音接通率，同时话音压缩率可调， 可以根据希望达到的话音质量调节压缩比例该技术的采用适合于载频比较多的基站， 因为通话的数量越多，其统计分布特性越好 Abis接口定义为基站子系统的两个功能实体BSC(基站数据控制中心)和BTS(基站收发信台)之间的通信接口，用于BTS与BSC之间的远端互连方式，该接口支持所有向用户提供的服务，并支持对BTS无线设备的控制和无线频率的分配。

其第一、第二、第三层接口协议分别满足GSM建议书08.54、08.56、08.58的要求其物理连接通过2Mb/s数据/链路实现，并且符合CCITTG. 703和G. 704要求信号方式也采用开放互连结构，Abis接口为私有接口，即BTS和BSC的协议可以根据各设备商自行规定近年市场上出现了很多针对Abis接口压缩的产品，这些产品从实现原理上基本相同2 Mbit/s的链路通常划分32个64kbit/s的E1时隙，除了一个时隙承载E1信令，其他31个时隙都可以承载业务GSM语音业务一般为16 kbit/s每路，在实际应用时，每个E1时隙又通常划分为4个16 kbit/s的时隙，每个16 kbit/s时隙对应1路语音为传输一个完整的载频数据，一般需要2个E1时隙，同时根据3GPP时隙0.852规定，每个载频必须有一路无线信令线路（RSL），一路维护操作线路（OML）和一路2层管理线路（L2ML）RSL/OML/L2ML需要占用多个16 kbit/s时隙，实际上信令往往不足6 kbit/s，而且这些大部分都在重复使用，因此，这些数据可以统计使用不管一个基站的载频数为多少，有用数据占据的E1时隙有多少，2 Mbit/s的地面链路传输的都是32个E1时隙，然而由于基站载频数的不同，其中有用的E1时隙各不相同。

另外，时隙主要传送帧定位信号、循环兀余校验和对端告警指示等，卫星MODEM之间不传输时隙，时隙在地面链路重新恢复由此可见，在载频数小的情况下，传输32个E1时隙对带宽造成了很大的浪费采用卫星MODEM的时隙提取功能可以进行有用的时隙进行传输，有效的节约卫星带宽 时隙提取分为“取出”和“插入”两部分功能取出”功能使用户可以从地面线路来的E1帧结构中取出一些需要通过卫星信道来传送的时隙，送给卫星调制器发向卫星信道插入”功能则负责在地球站收到卫星传来的数据后，插入到地面E1帧结构中时隙提取功能为通过卫星传输PCM数据提供了一个较好的传送部分E1电路的方式，从而使得卫星地面站之间可以采用NX 64 kbit/s的速率进行通信，信道的利用更加的灵活由于时隙提取功能只是去除空闲时隙，对活跃的时隙不进行任何的操作，因此，对通信不会产生任何不良的通话效果。