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1、3.4 卫星通信系统,卫星通信：,指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在两个或多个地球站直接进行的通信，它是宇宙通信的形式之一。,卫星通信工作流程:,同一卫星覆盖区不同卫星覆盖区,卫星通信系统组成：,通信卫星地面站群：一般包括中央站（或中心站）和若干个基本地球站卫星通信控制中心:通信卫星监控站和卫星通信管理站,卫星通信的特点,卫星通信覆盖区域大，通信距离远。卫星通信具有多址传输能力。卫星通信的通信频带宽，传输容量大。卫星通信机动灵活。卫星通信的通信线路稳定可靠，传输质量高。,卫星通信工作频率,1、商业和国内区域：C频段(6/4GHz)f1=5.9256.425GHz f2=3.74.2
2、GHz 带宽500MHz2、军用和政府用：8/7GHz f1=7.98.4GHz f2=7.257.75GHz3、新开发的频率：KU频段14/11GHz f1=1414.5GHz f2=10.9511.2GHz、11.45GHz 11.7GHz或11.7GHz12.2GHz,通信卫星星座参数,1.轨道高度（H）及倾角(1)按卫星离地最大高度hmax的大小分：低轨卫星（LEO）：hmax20000公里，周期T大于12小时；同步卫星(GEO)：hmax约36000公里，周期24小时。,(2)按倾角I的大小，卫星可分为三类：,赤道轨道卫星：I0，轨道与赤道面重合；极地轨道卫星：I90，轨道面穿过地球
3、的南北两极，与赤道面垂直；倾斜轨道卫星：0I90，轨道面倾斜于赤道面。,2.与H有关的参数,(1)仰角和单星覆盖面积仰角小于20时，卫星移动通信系统的特性完全与地面移动通信信道特性一样，存在多径现象；仰角在2040之间时，其通信链路已基本不存在多径现象；仰角大于40，信道质量会更好；仰角大于70，则信道质量总是好的。高度越高，单星的覆盖面积就越大。,(2)自由空间损耗(3)信号传播延时 H越小，信号传播延时越小。LEO的传播延迟是535ms，MEO的传播延时是7080ms，GEO的传播延时是250270ms。,静止卫星的特点：,静止卫星的优点：卫星高度高，对地面的视区面积大；不需复杂的跟踪系统
4、；多卜勒可以忽略；通信连续，不会因更换卫星而中断；信道的绝大部分位于自由空间，工作稳定,静止卫星的缺点：,传输损耗和传输时延都较大；两极附近有盲区；静止同步轨道只有一条，容纳卫星数量有限。,3.4.3 通信卫星的组成,3.4.3.1 卫星天线分系统遥测指令天线 高频或者甚高频全向天线 接收指令并向地面发射遥测数据和信标 通信天线 微波天线:全球点波束天线、点波束天线、区域（赋形）波束天线,3.4.3.2 卫星转发器,转发器是通信卫星的核心 种类:单变频转发器(载波数量多、通信容量大的多址连接系统)双变频转发器(通信容量不大、所需带宽较窄的通信系统)星上处理转发器(信号转发和信号处理;数字卫星通
5、信系统)转发器的数目决定了卫星通信容量的大小(转发带宽36M,可以有12个转发器),3.4.3.3 电源分系统太阳能电池3.4.3.4跟踪、遥测、指令分系统遥测设备指令设备(接收地面站指令)信标发射设备3.4.3.5 控制分系统,3.4.4 国内外通信卫星系统介绍,3.4.4.1 鑫诺通信卫星组成:两颗卫星（SINOSAT-1和SINOSAT-2）卫星提供24个C波段转发器和14个Ku波段转发器及一对C-Ku波段互联转发器。SINOSAT-1通信卫星是一颗专为卫星电视直播和专用网服务的通信卫星。C波段覆盖亚太地区，Ku波段覆盖中国及周边国家和地区 SINOSAT-2是一颗纯Ku波段的广播通信卫
6、星，是一颗真正意义上的电视直播卫星。卫星波束分别覆盖中国和亚太地区,3.4.4.2 国际海事卫星,国际海事卫星（Inmarsat）是一个GEO卫星系统组成:空间段 地面站 移动终端,（1）空间段,空间段:通信卫星、网络控制中心和网络协调站组成通信卫星 Inmarsat分布在地球同步轨道上，距地球约为35800km。卫星收发采用L波段和C波段，天线采用圆激化方式。网络控制中心（NOC）负责检测、协调和控制网络内所有卫星的操作运行。网络协调站（NCS）的主要任务包括分配语音、数据和高速数据信道频率。,（2）地面站,地面站:设在海岸附近的地球站，它既是卫星系统与地面系统的接口，又是一个控制和接入中心
7、。主要功能有：对从船舶或陆上来的呼叫分配和建立信道；信道状态（空闲、正在受理申请、占线等）的监视和排队的管理；,船舶识别码的编排和核对；登记呼叫，产生计费信息；遇难信息监收；卫星转发器频率偏差的补偿；通过卫星的自环测试；在多岸站运行时的网络控制功能；对船舶终端进行测试。,（3）移动终端,移动终端信号上达卫星，再经地面站，通过国际或国内的邮电公众通信网与其他的用户通信。反过来，公众网用户也可以通过卫星与卫星移动终端联系。,3.4.5 卫星通信体制,通信体制:是指通信系统所采用的信号传输方式和信号交换方式3.4.5.1 基带信号形式包括:模拟/数字制，何种信源编码，何种信源调制方式，单路传输还是多
8、路传输等方面,3.4.5.2 中频（或射频）调制制度,模拟:调频（FM）调幅（AM）调相（PM）数字:频移键控（FSK）相移键控（PSK）,3.4.5.3 多路复用方式,单路制 一个用户的一路信号调制一个载波，即单路单载波方式 群路制 多个要传输的信号按某种多路复用方式组合在一起，构成基带信号再去调制载波，即多路复用方式 频分多路（FDM）时分多路（TDM）,3.4.5.4 多址连接方式,单址接入 卫星上的一个转发器通道被来自地球站的一个发送信号全部占用，那么这种方式称为单址接入工作模式 一个调制载波占用整个转发器的可用带宽 大业务量路由，需要使用大口径天线,多址接入:,如果多个载波共用一个转
9、发器，并且这些载波可能来自许多地球站，或者一个地球站同时发射一个或多个载波，则这种工作模式称为多址接入 分类:频分多址（FDMA）时分多址（TDMA）码分多址（CDMA）空分多址（SDMA）,（1）频分多址（FDMA）,分为:预分配FDMA,按需分配FDMA.预分配FDMA是将频隙预先分配给相应地球站的模拟或数字信号使用。优点:多址接入简单，缺点:可能造成频谱的浪费。按需分配FDMA是将频隙动态地分配给相应的申请用户使用。,（2）时分多址（TDMA）,在任意时刻只有一个载波使用转发器，不存在多载波下由于非线性放大所造成的互调干扰 分为:预分配和按需分配两种方式。预分配TDMA:将一帧的每个时隙
10、（分帧）预先分配给相应的用户使用。按需分配TDMA:将时隙按照每个用户业务量的大小来动态分配时隙，这样可以保证每帧资源的有效利用。,（3）码分多址（CDMA）,基本特征:各站所发的信号在结构上相同并且相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间、空间上都是可以重叠的 信号接收:对于某一地址码，只有与之相应的接收机才能检测出信号,优点：具有较强的抗干扰性；有一定的保密能力；改变地址比较灵活；具有软容量。,缺点:要占用较宽的频带；频带利用率一般较低；要选择数量足够的可用地址码比较困难，接收时，对地址码的捕获与同步需要一定的时间。,（4）空分多址（SDMA）,基本特征:发射站天线（如卫星天线）有多个
11、点波束或赋形波束，它们分别指向不同区域的地球站，利用波束在空间指向的差异来区分不同的地球站,优点：,天线增益高；发射功率可以得到合理有效的利用，针对不同区域接收站所发射的信号在空间互不重叠，即使在同一时间用相同频率，也不会相互干扰，可以实现频率复用。,缺点：,天线设备复杂；在卫星上对卫星姿态的稳定及控制提出了很高的要求。,3.4.5.5 信道分配与交换制度,信道的分配方式有:预定分配（预分配，记为PA）按申请分配（按需分配，记为DA）随机占用,航空移动卫星通信系统,一、AMSS的发展(一)初期开发活动 1、早在60年代，民航界己开始研究利用卫星进行飞机与地面通信的可行性，主要集中在利用VHF频
12、谱(118136MHz)方面；2、1968年，国际民航组织(ICAO)研究为了满足越洋飞行时的需要，可以先建立低容量卫星系统，以后逐步随着技术的发展过渡到高容量卫星系统。,(二)可行性实验,19711973年和19741975年，人们分别利用ATS-5和ATS-6卫星完成了几项实验，证明了用1516GHz的l频段提供飞机用卫星通信是可行的。(三)INMARSAT的贡献 国际海事卫星组织-改为国际移动卫星组织-1987年日本航空公司成功利用INMARSAT的太平洋卫星进行了卫星电话通信-1991年新加坡航空公司为旅客提供卫星电话服务-1996年发射INMARSATIII卫星，具有点波束功能-现在
13、，INMARSAT是唯一能够提供全球服务的航空卫星系统。,二、AMSS的组成,空间段(卫星转发器)地面地球站(GES)机载地球站(AES)网络协调站(NCS),(一)空间段(卫星转发器),1、平台(服务窗)包括姿态和轨道控制系统，跟踪、遥测和指令系统，机械骨架及通信载荷和电源分系统。2、通信载荷(通信转发器)正向转发器 反向转发器,正向转发器,接收GES发来的(C或KU)频段信号，变为L频段信号，转发至AES。反向转发器接收AES发来的L频段信号，变为C(或KU)频段信号，转发至GES。,(二)地面地球站(GES),1、组成 天线 C或KU频段收发机 L频段收发机 网络管理设备,天线 C频段天
14、线直径913米，远离干扰严重的郊区；Ku频段天线直径7米，近郊区及城内C或KU频段收发机L频段收发机网络管理设备,(三)机载地球站(AES),组成 天线分系统 航空电子设备分系统 天线类型：低增益(0dBi)、中增益(6dBi)、高增益(12dBi)功能：为通信和机载机载电子设备提供接口,(三)网络协调站,每一个卫星覆盖区内可以设一个NCS功用 NCS和各GES的接口，目的是管理卫星资源的分配，即卫星功率和通信信道在各GES间的分配。,三、AMSS的性能要求、工作情况,(一)AMSS的业务种类 1、数据通信 2、自动相关监视(ADS)3、话音通信 应急通信及驾驶员与管制员间的非常规通信仍需用话
15、音通信。,(二)AMSS提供的服务,空中交通服务（ATS）航务管理通信（AOC）航空行政管理通信（AAC）航空旅客通信（APC）其中ATS和AOC属于安全通信，AAC和APC属于非安全通信。,(三)AMSS的信道,数据信道：P信道 R信道 T信道话音信道：C,P信道,时分复用分组方式数据信道 仅用于正向(GES到AES)，传送信令和用户数据Psmc信道-系统管理功能Pd信道-其他功能,R信道,随机多址存取信道 仅用于反向(AES到GES)，传送信令和小量用户数据,以突发方式工作,多架飞机可以共用一条R信道。Rsmc信道-系统管理功能Rd信道-其他功能,T信道,预约时分多址信道 仅用于反向 传送
16、较大的报文数据工作时先用R信道为T信道预约一定数量的时隙,(四)AMSS工作情况,1、高交通密度海洋地区工作情况 在洋区首选AMSS;数据和话音，包括ADS。2、低交通密度/陆地上空工作情况 数据和话音通信，但两极不能覆盖3、高交通密度陆地上空航路及终端区工作情况 AMSS话音和数据通信将与VHF、HF话音和数据通信及S模式SSR数据链共存，AMSS的ADS业务与SSR监视共存,4、注册入网联机(log-on)过程,(1)log-on申请(发自AES)(2)log-on批准(发自GES)(3)log-on答谢(发自AES)(4)log-on认可(发自GES)，同时发生以下动作：A、将log-o
17、n信息存入GES内部的联机状态表；B、将log-on信息送至同一卫星区域的其他GES，以通知它们该AES已入网联机。,思考题：,1、卫星通信有何特点？2、静止卫星的特点有哪些？3、AMSS的组成如何？4、ANSS有哪些信道？5、AMSS的业务种类有哪些？,宇宙通信,以宇宙飞行体或通信转发体为对象的无线电通信称为宇宙通信。它主要包括三种形式：地球站与宇宙站之间的通信宇宙站之间的通信通过宇宙站的转发或反射进行地球站与地 球站间的通信,上行线路f1,下行线路f2,返回,1957年10月，原苏联发射了第一颗人造地球卫星。,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,返回,
