衛(wèi)星QC小組活動成果匯報教學.ppt

1、衛(wèi)星”QC小組活動成果匯報,衛(wèi)星”QC小組活動成果匯報,節(jié)約衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器資源的研究,問題解決型小組,發(fā)表者 王建偉,衛(wèi)星QC小組 2012.12.30,小組簡介 于2012年6月成立了QC小組。從優(yōu)化質(zhì)量管理、加強現(xiàn)場過程控制著手，將優(yōu)化衛(wèi)星網(wǎng)資源到工作中，達到不斷提升衛(wèi)星網(wǎng)質(zhì)量的目的,一、課題選定,活動計劃,注,實際進度,計劃進度,二、設定目標,根據(jù)1-5月份的數(shù)據(jù)統(tǒng)計，現(xiàn)網(wǎng)衛(wèi)星站點帶寬使用285.01M，集團公司06年給予西藏公司約526.25M。現(xiàn)有衛(wèi)星網(wǎng)轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬資源使用率54%。優(yōu)化后衛(wèi)星網(wǎng)帶寬使用率為47%,目標值設定為43%。如下表實踐后QPSK每兆占用835KHZ，而8PSK每兆

2、占用600KHZ;且每兆帶寬可節(jié)約1/3的資源,目標值 理論分析：1、轉(zhuǎn)發(fā)器資源有限；2、租憑轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬昂貴、3、節(jié)約成本。 現(xiàn)網(wǎng)統(tǒng)計情況說明：現(xiàn)網(wǎng)在運行258個衛(wèi)星站點，占用轉(zhuǎn)發(fā)器資源284.26MHz帶寬。 QC團隊人員能力經(jīng)驗分析：1、人員技術(shù)水平有限；2、人員衛(wèi)星網(wǎng)優(yōu)化維護能力不足；3、集體團隊意識不強,小組成員通過對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的特點的研究，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器而言,其帶寬和功率都是恒定的,因此,無論占用了功率還是占用了帶寬,都是占用了寶貴的轉(zhuǎn)發(fā)器資源,衛(wèi)星運營商收費將綜合考慮帶寬和功率的占用情況來計算。如果占用的功率比例大于占用的帶寬的比例,就是功率受限,反之則是帶寬受限。系統(tǒng)設計時,應盡量使

3、占用的帶寬和功率達到平衡,節(jié)省轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬主要可以有多種技術(shù)手段，小組成員結(jié)合自身知識和多年優(yōu)化經(jīng)驗，集思廣益，通過“頭腦風暴法”，提出了一系列的解決意見,用適當?shù)木幋a調(diào)制方式，同樣的信息速率，調(diào)制方式8PSK會比調(diào)制方式QPSK大概節(jié)省百分之十六的帶寬。FEC3/4的編碼方式也會比FEC1/2大概節(jié)省百分之三十的帶寬。基本公式如下：符號速率 = （信息速率 / FEC編碼率 / R-S編碼率）* 調(diào)制因子，而載波噪聲帶寬和占用帶寬的取值一般分別為符號速率的1.2倍和1.4倍,降低信號來源數(shù)據(jù)的速率，采用Abis接口壓縮設備，降低Abis接口的數(shù)據(jù)速率,在有條件的地方，采用載波重疊技術(shù)，降低占

4、用的帶寬,頭腦風暴,三、提出方案,小組成員針對衛(wèi)星網(wǎng)帶寬資源問題進行了全面分析,方案一：編碼和調(diào)制方式的選擇 為了盡可能的節(jié)約轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬，減少每年的租用成本，采用Abis優(yōu)化設備已經(jīng)做到了很大限度的減少帶寬。如果想在此基礎上進一步減少租用的帶寬，從衛(wèi)星編碼調(diào)制方式的選擇上入手也可以節(jié)省一部分租用的帶寬。 在確定調(diào)制解調(diào)方式時，應考慮到衛(wèi)星信道的特點，充分利用有限而寶貴的衛(wèi)星頻率和功率資源。數(shù)字調(diào)制中，信號傳輸質(zhì)量主要取決于比特差錯率(以下簡稱BER),因此要盡可能采用在相同的每比特信號能量與噪聲功率譜密度比(Eb/No)的條件下的BER低的調(diào)制方式，以節(jié)省衛(wèi)星功率；另外，頻譜利用率(單位頻帶的

5、傳輸比特率)要盡可能高，以節(jié)省寶貴的衛(wèi)星頻帶。當然，這兩個目標往往是互相矛盾的，在實際進行系統(tǒng)設計時要在兩者之間取得平衡。對于常用的Turbo Codec編碼相比其他方式有以下特性：Eb/N0性能大大優(yōu)于同等帶寬條件下的鏈接編碼，占用帶寬明顯小于同等通信質(zhì)量下的鏈接編碼，編解碼延時明顯減小,在使用FDMA的情況下，將衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的可用射頻頻帶分割成若干互不重疊的部分，再分配給各地球站所要發(fā)送的各載波使用，F(xiàn)DMA方式中各載波的射頻頻率不同，發(fā)送的時間可以重合，但載波占用的頻帶是彼此嚴格分開的,對此系統(tǒng)來說 分配帶寬=信息速率/ FEC碼率/每符號比特率*分配帶寬滾降系數(shù) 例：如用QPSK, 3/

6、4FEC, (204,188)的RS碼， 則 符號速率 = 信息速率(4/3) (204/188) (1/2,Ku波段雨衰對編碼調(diào)制方式選擇的影響,以湖南為例，如果在湖南采用Ku 頻段，由于湖南處在M 區(qū)，即使按99.95% 的可用度計算，上下行雨衰也分別達到了7.9dB 和6dB，從鏈路計算的結(jié)果看，當湖南上行有降雨時，則湖南基站北京主站載波所占的轉(zhuǎn)發(fā)器功率為0.3%，帶寬為0.4%。而由于邊遠基站設備沒有上行功率控制功能，因此，為了保證系統(tǒng)在降雨時的余量，即使在晴天（上行雨衰為0），邊遠基站的發(fā)射功率也要足夠補償上行雨衰，而此時，湖南基站北京主站載波所占的轉(zhuǎn)發(fā)器功率則達到了1.9%，遠大于

7、帶寬占用的比例。由此會產(chǎn)生轉(zhuǎn)發(fā)器功率用滿時，帶寬仍有空余的情況。解決此問題的方法， 只能通過改變編碼調(diào)制方式或者采用C 頻段來實現(xiàn)。如果改用QPSK 方式時，當湖南上行有降雨時， 則湖南基站北京主站載波所占的轉(zhuǎn)發(fā)器功率為0.1%，帶寬為0.7%，晴天時所占的轉(zhuǎn)發(fā)器功率為0.8%，基本達到了平衡。如果采用C 頻段，由于C 頻段雨衰非常小，則基本不會受到降雨的影響。 如果對那些處于K 區(qū)的四川省基站采用Ku 頻段，當可用度為99.95%時，上下行雨衰分別為4.9dB和3.6dB，當四川站上行雨衰為0時，邊遠基站發(fā)射的載波占用的轉(zhuǎn)發(fā)器功率比例為1.3%，也遠大于帶寬占用的0.4% 的比例。但改為QP

8、SK 方式，則能夠?qū)崿F(xiàn)功率和帶寬的基本平衡。 C頻段的降雨衰耗通常都不會超出鏈路設計的余量。有資料顯示，新加坡和臺灣發(fā)送的C頻段電視載波的上行EIRP都曾在暴雨時出現(xiàn)過3到5dB的下降。用國際電聯(lián)所建議的雨衰計算公式并不能求得如此高的C頻段雨衰量。僅有的合理解釋為，這類現(xiàn)象出于高仰角天線的主反射面因暴雨而形成積水，從而使天線增益遭到的大幅度降低,降雨衰耗對Ku頻段衛(wèi)星通信的負面影響比預期的嚴重。在香港監(jiān)測Ku頻段衛(wèi)星信標時發(fā)現(xiàn)，夏季陣雨時的短時間下行降雨衰耗可達20dB甚至30dB。中國南部沿海某地所發(fā)的Ku載波在臺風季節(jié)的上行雨衰，曾有連續(xù)半小時維持在10dB以上的紀錄。即使是位于中國北方的

9、北京，Ku設備的 8dB上行功率控制量也不足以補償夏季陣雨所產(chǎn)生的降雨衰耗。由此看來，通常能為系統(tǒng)預留的下行降雨余量、以及上行功率補償量，都不能補償短時間的暴雨所產(chǎn)生的降雨衰耗。對于實時性不強的數(shù)據(jù)業(yè)務，由Ku雨衰所造成的誤碼和通信中斷可以通過重發(fā)等手段得到解決。對于必須保證實時傳輸質(zhì)量的數(shù)據(jù)業(yè)務，和音頻、視頻等連續(xù)的數(shù)據(jù)流業(yè)務，最好還是選擇在C頻段上工作。 雨衰估算結(jié)果表明，在同等的降雨條件下，不同頻率和極化的載波所遭受的雨衰也不相同。在Ku頻段，頻率高端的水平極化載波所受的雨衰最大，頻率高端的垂直極化和頻率低端的水平極化載波所受的雨衰居中，頻率低端的垂直極化載波所受的雨衰最小。在選擇Ku頻

10、段轉(zhuǎn)發(fā)器時，應該考慮這一因素,Ku波段雨衰對編碼調(diào)制方式選擇的影響,雨衰的計算公式為單位路程的雨衰量與電波穿越斜距以及路程縮短因子的乘積。其中，電波穿越斜距為降雨高度與天線仰角的正弦值之商。一般說來，天線仰角越低，穿越斜距越長，雨衰量越大。但是，路程縮短因子的計算公式考慮了電波穿越斜距在水平方向上的投影距離、以及降雨強度的影響。降雨高度越高，天線仰角越低，水平投影距離就越長，相應的路程縮短因子也就越小。其物理解釋為，水平投影距離越長，電波籠罩在雨團中的部分就越少。此外，降雨強度越高，路程縮短因子也越小。其解釋為，降雨強度越高，雨區(qū)在水平方向上的分布就越窄，電波被該強度雨區(qū)所籠罩的比例也就越小。

11、路程縮短因子的值在天線仰角較低和雨量較大時可小至0.4左右。為此，在考慮Ku頻段降雨衰耗時，不必過分強調(diào)天線仰角的影響。 Ku頻段衛(wèi)星通信通常采用上行站設備中的上行功率控制（UPC）、或者衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器中的自動電平控制（ALC）補償降雨衰耗對上行載波的影響。ALC的工作原理為根據(jù)接收到的載波強度調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)器的SFD靈敏度。它的使用條件為，轉(zhuǎn)發(fā)器中的所有載波都由同一個地點發(fā)送上星。ALC的初始設置方式為，通過調(diào)整轉(zhuǎn)發(fā)器 SFD，使在晴空條件下的載波上行功率略高于不采用ALC時。這是因為，若在晴空時不增加上行功率，降雨時就全靠提高SFD靈敏度以使下行EIRP維持不變。由于到達衛(wèi)星的功率因雨衰而降低，上行

12、C/N也隨之下降，從而使系統(tǒng)C/N變差。但是，晴空時的上行功率也不能過高，因為這將增大對鄰星和反極化轉(zhuǎn)發(fā)器的干擾。UPC的工作原理為，根據(jù)檢測到的當?shù)赜晁チ空{(diào)整上行功率。采用UPC方式時，上下行C/N基本保持不變，但它要求上行站擁有足夠的功率備余量,Ku波段雨衰對編碼調(diào)制方式選擇的影響,壓料板上凹槽明顯,從以上方面考慮，確定了Turbo 3/4 和QPSK 或者8PSK 作為村通工程的編碼調(diào)制方式。從實際使用的情況看，8PSK 的抗干擾、抗雨衰能力稍差，適宜用在降雨少的地區(qū)；QPSK 相對來說抗干擾能力較強，適合在降雨較多的地區(qū)采用,Ku波段雨衰對編碼調(diào)制方式選擇的影響,目前，在IDR/IBS

13、系統(tǒng)中所能支持的調(diào)制方式主要有BPBK, QPBK, 8P8K, 16QAM等，而編碼則有1/2, 2/3, 3/4維特比編碼，TPC編碼，Reed-Solomon編碼等。不同的編碼調(diào)制方式，其門限Eb/No,以及頻譜利用率各不相同。不同的編碼調(diào)制方式，其門限Eb/No 以及頻譜利用率如表1所示,方案二：Abis接口壓縮設備和技術(shù)的引入,為了盡可能的節(jié)約轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬， 減少每年的租用成本，采用8PSK+Turbo 編碼方式，從衛(wèi)星編碼調(diào)制方式上看，已經(jīng)做到了很大限度的減少帶寬。如果想在此基礎上進一步減少租用的帶寬，只能從引入新的信源編碼方式考慮。近年市場上出現(xiàn)了很多針對Abis 接口壓縮的產(chǎn)品，

14、這些產(chǎn)品從實現(xiàn)原理上基本相同。由于G S M 系統(tǒng)A b i s 接口傳輸?shù)囊呀?jīng)是壓縮的13kbit/s編碼的話音信號，很難再對其進行進一步的壓縮，但在通話過程中，雙方一般不會同時說話，因此會產(chǎn)生靜音幀，通過分析Abis 信號中的靜音幀，并對其進行大幅度的壓縮，可以減少實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率。目前已經(jīng)有產(chǎn)品能夠支持這種應用， 其原理就是通過分析不同的數(shù)據(jù)類型進行不同的處理算法，如表2所示,該設備的引入不會影響原有的衛(wèi)星傳輸基站所支持業(yè)務的正常使用，包括話音、GPRS、V.110 傳真、調(diào)制解調(diào)器、WAP、短信、彩信等，而且具備擁塞處理能力，當話務量高時，不會影響原基站的話音接通率，同時話音壓縮率可

15、調(diào)， 可以根據(jù)希望達到的話音質(zhì)量調(diào)節(jié)壓縮比例。該技術(shù)的采用適合于載頻比較多的基站， 因為通話的數(shù)量越多，其統(tǒng)計分布特性越好。 Abis接口定義為基站子系統(tǒng)的兩個功能實體BSC(基站數(shù)據(jù)控制中心)和BTS(基站收發(fā)信臺)之間的通信接口，用于BTS與BSC之間的遠端互連方式，該接口支持所有向用戶提供的服務，并支持對BTS無線設備的控制和無線頻率的分配。其第一、第二、第三層接口協(xié)議分別滿足GSM建議書08.54、08.56、08.58的要求。其物理連接通過2Mb/s數(shù)據(jù)/鏈路實現(xiàn)，并且符合CCITTG. 703和G. 704要求。信號方式也采用開放互連結(jié)構(gòu)，Abis接口為私有接口，即BTS和BSC的

16、協(xié)議可以根據(jù)各設備商自行規(guī)定,近年市場上出現(xiàn)了很多針對Abis接口壓縮的產(chǎn)品，這些產(chǎn)品從實現(xiàn)原理上基本相同。 2 Mbit/s的鏈路通常劃分32個64kbit/s的E1時隙，除了一個時隙承載E1信令，其他31個時隙都可以承載業(yè)務。GSM語音業(yè)務一般為16 kbit/s每路，在實際應用時，每個E1時隙又通常劃分為4個16 kbit/s的時隙，每個16 kbit/s時隙對應1路語音。為傳輸一個完整的載頻數(shù)據(jù)，一般需要2個E1時隙，同時根據(jù)3GPP時隙0.852規(guī)定，每個載頻必須有一路無線信令線路（RSL），一路維護操作線路（OML）和一路2層管理線路（L2ML）。RSL/OML/L2ML需要占用多

17、個16 kbit/s時隙，實際上信令往往不足6 kbit/s，而且這些大部分都在重復使用，因此，這些數(shù)據(jù)可以統(tǒng)計使用。 不管一個基站的載頻數(shù)為多少，有用數(shù)據(jù)占據(jù)的E1時隙有多少，2 Mbit/s的地面鏈路傳輸?shù)亩际?2個E1時隙，然而由于基站載頻數(shù)的不同，其中有用的E1時隙各不相同。另外，時隙主要傳送幀定位信號、循環(huán)兀余校驗和對端告警指示等，衛(wèi)星MODEM之間不傳輸時隙，時隙在地面鏈路重新恢復。 由此可見，在載頻數(shù)小的情況下，傳輸32個E1時隙對帶寬造成了很大的浪費。采用衛(wèi)星MODEM的時隙提取功能可以進行有用的時隙進行傳輸，有效的節(jié)約衛(wèi)星帶寬。 時隙提取分為“取出”和“插入”兩部分功能?！叭?/p>

18、出”功能使用戶可以從地面線路來的E1幀結(jié)構(gòu)中取出一些需要通過衛(wèi)星信道來傳送的時隙，送給衛(wèi)星調(diào)制器發(fā)向衛(wèi)星信道?！安迦搿惫δ軇t負責在地球站收到衛(wèi)星傳來的數(shù)據(jù)后，插入到地面E1幀結(jié)構(gòu)中。 時隙提取功能為通過衛(wèi)星傳輸PCM數(shù)據(jù)提供了一個較好的傳送部分E1電路的方式，從而使得衛(wèi)星地面站之間可以采用NX 64 kbit/s的速率進行通信，信道的利用更加的靈活。由于時隙提取功能只是去除空閑時隙，對活躍的時隙不進行任何的操作，因此，對通信不會產(chǎn)生任何不良的通話效果,衛(wèi)星MODEM時隙的提取,GSM系統(tǒng)靜音幀的過濾,由于GSM系統(tǒng)Abis接口傳輸?shù)囊呀?jīng)是壓縮的13kbit/s編碼的話音信號，很難再對其進行進一

19、步的壓縮，但在通話過程中，一方在說話的過程中另一方往往處于靜音狀態(tài)，為了降低空中干擾，提高GSM系統(tǒng)容量和質(zhì)量，同時為了降低電源消耗，增加手機的電池使用壽命，通常GSM系統(tǒng)采用非連續(xù)傳輸，即移動電話僅在有語音信號時才進行傳輸。如果通話一方處于靜音狀態(tài)，Abis接口會傳輸帶有SID或者BFI標志的幀。此類幀僅僅是做個標記或僅含有少量靜音參數(shù)而已，無實際語音編碼，在實際數(shù)據(jù)傳輸過程中可以只傳送必要的比特位，在對端通過標記對數(shù)據(jù)進行還原。該方式對有用的語音信息不進行處理，因此對語音質(zhì)量影響很小。 因此會產(chǎn)生靜音幀，通過分析Abis信號中的靜音幀，并且對其進行大幅度的壓縮，可以減少實際傳輸?shù)臄?shù)據(jù)速率。

20、對現(xiàn)有的語音網(wǎng)統(tǒng)計可知，一般的全網(wǎng)靜音比例都超過40%,即網(wǎng)絡中有40%的語音數(shù)據(jù)是靜音幀，而SID占用的比特位僅占個幀數(shù)據(jù)的90%左右。如果只傳輸SID或BFI可以節(jié)省36%以上的語音數(shù)據(jù)帶寬。 目前已經(jīng)有產(chǎn)品能夠支持這種應用，其原理就是通過分析不同的數(shù)據(jù)類型進行不同的處理算法,具體工程實現(xiàn)某網(wǎng)絡構(gòu)成如圖,其中cx1010即為Abis優(yōu)化設備，Abis接口中數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu),Abis傳輸線路中的信號屬性： （1）每個64kbps時隙被分為4個子信道，稱之為TCH （2）信令：OML、RSL，分為64kbps、32kbps和16kbps （3)話音:全速率,半速率,SID (4)數(shù)據(jù)（任何非信令和話音

21、的信息） (5)Idle（空閑） 優(yōu)化原理包括：初級，時隙插??；中級，包處理；高級，包處理QoS；超級，動態(tài)擁塞控制。 此Abis優(yōu)化技術(shù)是一種超越去除E1中不用時隙的深層次優(yōu)化。打開Abis 信道實時探查和識別各種子信道(SIG, Voice, Data, OAM, IDLE)，空閑(IDLE)信道數(shù)據(jù)刪除，正在工作的話音信道中，刪除靜音幀(SID)（需要打開DTX功能)，信令信道(RSL和OML)優(yōu)化，用戶數(shù)據(jù)業(yè)務(GPRS/EDGE/V110)透明傳輸。優(yōu)化后的Abis業(yè)務重新封裝(幀中繼或IP),以包交換進行傳輸。 優(yōu)先級:QoS 1: Abis的信令；QoS 2: 話音；QoS 3:

22、 EDGE,方案三：載波重疊技術(shù)的引入,目前，Moden編碼調(diào)制技術(shù)的發(fā)展使帶寬和功率的使用效率接近理論的極限，載波重疊技術(shù)使用先進的數(shù)字處理(DSP)技術(shù)，從另一個方面開辟了節(jié)省轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬的新方法。 所謂載波重疊技術(shù)是指在同一個頻點上傳送兩個功率和帶寬不同的載波。在變頻器與調(diào)制解調(diào)器之間插入一臺載波重疊設備，抵消其中自己的載頻，只要抵消后的殘余很小，就能保證正確接收對方的載頻。其原理與回聲抵消器一樣，在調(diào)制器的輸出將信號分成兩路，一路被發(fā)射，一路經(jīng)延時、放大、反相后送到解調(diào)器輸入端，與從衛(wèi)星接收的信號相加，由于與調(diào)制器發(fā)射的信號在相位上相反，幅度相等，延時相同，所以相加時互相抵消。 這種系統(tǒng)

23、可以有3種主要的應用模式: 3.3.1在同樣的帶寬上利用載波重疊技術(shù)在每個鏈路上達到史高的數(shù)據(jù)率; 3.3.2在維持同樣的數(shù)據(jù)率情況下，應用載波重秀技術(shù)可以使每個鏈路連接占用史少的帶寬。這樣就能使得每個網(wǎng)絡能支持史多的用戶,3.3.3在維持同樣的數(shù)據(jù)率和同樣的帶寬下，在每個鏈路上應用載波重秀技術(shù)后可使信道編碼速率降低。這樣將帶寬增益轉(zhuǎn)換為編碼增益，以提高鏈路的抗干擾容限，或者減少維持同等的通信質(zhì)量的情況下所需的功率。 例如某工程需要在位于北京地球站和位于境外某地地球站之間建立一條衛(wèi)星電路，用于傳輸網(wǎng)管等IP數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)帶寬為12Mbps，采用了CDM625載波疊加功能。 CDM625的載波疊加功

24、能提供了一種針對512Kbps以上大載波節(jié)省帶寬的方式。 帶寬壓縮是Carrier-in-Carrier（載波重疊技術(shù)）的設計目標，以應用信號技術(shù)公司DoubleTalk技術(shù)為基礎，DoubleTalk采用了一種名稱為“自適應減擾”的專利技術(shù)，該技術(shù)可以使雙向衛(wèi)星鏈路在轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬的同一頻點和頻段內(nèi)同時發(fā)射業(yè)務載波,可以使占用帶寬減少50%以上,減擾處理包括時延和頻率估計與跟蹤、自適應濾波和相干合成。向衛(wèi)星發(fā)送載波的同時，調(diào)制器把一份發(fā)射載波的拷貝留下來。Modem對本地發(fā)射信號拷貝和其下行鏡象之間的所有參數(shù)差異進行連續(xù)性的估算和跟蹤，通過專用的自適應濾波和鎖相環(huán)路處理，動態(tài)地對本地發(fā)射載波拷貝的延時、