1.1.7 卫星通信的组网方式

卫星通信的多址接入方式解决了众多地球站如何利用同一个卫星转发器的频带资源的问题，每个地球站都能利用卫星转发器向别的地球站发送信号，且互不干扰。卫星通信的组网方式则描述地球站与地球站之间的互通关系，比如两两直通或经过转发等，可以用网络的拓扑图来描述。拓扑图由节点和连接节点的边组成，地球站就是网络拓扑的节点，经通信卫星一次中继转发（也称单跳）实现互通的两个节点之间就有一条边，这条边代表一条单跳互通的卫星链路。共享同一组（一颗或多颗）通信卫星的转发器资源来实现连通的所有节点（地球站）的集合就构成一个卫星通信网。

每个卫星通信网都有一定的网络拓扑结构，这也就是卫星通信网的组网方式。卫星通信网的拓扑结构相对地面网络要简单一些，可以简单地分为星状网、网状网和混合网。

卫星通信中，单跳互通是指一个地球站发送的信号只经通信卫星转发一次就被对方地球站接收到，如图1.7所示。双跳互通是指要经卫星两次转发才能被对方接收到的情况。图1.8（a）给出了收/发地球站在同一颗卫星波束覆盖下，经中央站中继/转发实现双跳互通的情况；图1.8（b）给出了收/发地球站分别位于两颗卫星波束覆盖下，借助在两颗卫星共同覆盖区域（共视区）的中央站中继/转发实现双跳互通的情况。三跳、四跳互通情况以此类推。

图1.7 单跳互通示意

图1.8 双跳互通示意

1.1.7.1 星状网

在星状网中，外围各远端站仅与中央站/中心站通过卫星单跳互通，各远端站之间不能通过卫星直接进行单跳互通。在该网络拓扑中，所有的远端站都有边到中央站，任何远端站之间都没有直达边，但任意两个远端站又都可以经过中央站连通。因此，远端站之间的互通可以经过中央站中继/转发实现。图1.9中给出了星状网结构的一般示意和拓扑图，中央站发送的信号只有远端站接收，远端站发送的信号只有中央站接收，拓扑图中远端站之间没有连线（不能直接互通）。

图1.9 星状网结构一般示意和拓扑图

采用星状网结构，所有的远端站只跟中央站单跳互通。根据1.1.5节的介绍，只要保持G_TG_R乘积足够大，就能满足卫星通信链路的互通条件。因此，如果中央站的G_T很大，远端站的G_R就可以小一些。根据这个原理，为唯一的中央站设计一个大天线，使其增益很大，则众多的远端站就可以采用较小的天线，不仅简单、廉价，也易于安装；在中央站实现集中的网络管理和控制比较方便；网络投资集中于中央站，后期的扩容（增加远端站）投资相对较小，并且可以在不影响在网远端站的情况下进行扩容。

星状网的缺点是，中央站成本高、功能复杂、天线口径大，中央站是全网数据交换的中心，若发生故障，则全网无法工作，因此其健壮性不如网状网；远端站之间的通信需要双跳，传播时延加倍，不太适合语音通信，且两次占用卫星信道，降低了信道利用率。

星状网适合远端站之间业务量不大，大部分业务都发生在远端站与中央站之间的情况，典型的星状网就是20世纪80年代兴起的VSAT网络。

1.1.7.2 网状网

在网状网中，任意两个远端站之间都可以通过通信卫星建立单跳互通，而不需要经过其他地球站中继/转发，如图1.10所示。图中，A、B、C、D、E都是远端站。

图1.10 网状网结构一般示意和拓扑图

网状网的优点是，无须专门的大型中央站；远端站之间互通只需单跳，传播时延一般可在300ms之内，更加适合语音通信，也只需占用一次卫星信道；远端站之间的数据不需要经中央站交换，网络功能相对于星状网更简单，系统健壮性更好；当网内存在大量远端站之间的信息传输时，信道利用率较星状网高。网状网的缺点是，由于远端站之间要实现单跳互通，所以每个远端站的G_T和G_R都比较大，天线口径较星状网的远端站要大一些，远端站设备相对较复杂，价格相对较高；实现集中的网络管理和控制不太方便，因为没有一个远端站同时跟所有远端站处于持续互通状态。

由此可见，语音业务、多媒体业务或点对点数据业务适合采用网状网结构。

1.1.7.3 混合网

前面已经介绍，星状网和网状网各自都有优缺点，适合不同的应用场合。混合网则是网状网和星状网的结合，试图充分利用它们的优点。混合网通常以星状网为基础，有大量的小型远端站，它们只能与中央站单跳互通；但把通信量较大的远端站又设计成两两能够单跳互通（包括与中央站），它们之间构成网状网。混合网吸取了网状网和星状网各自的优点，比较经济合理且存在一定的可靠性，是目前常用的一种形式，如图1.11所示。在混合网中，中央站可以与所有的远端站保持单跳互通，便于对全网实现集中管理与控制，但部分远端站之间的数据不必经中央站转发。混合网络适合为中央站与远端站之间提供数据传输业务（对时延不敏感），为各对单跳互通的远端站之间提供语音业务（无法忍受双跳时延）。

图1.11 混合网结构一般示意和拓扑图