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1、主要内容,基本概念调制技术多址技术编码技术卫星通信网卫星通信系统,3.1 卫星通信的基本概念,一、基本概念卫星通信：是指地球站之间利用人造地球卫星转发信号实现的无线电通信。地球站：设在地球上（包括陆地、水上和大气层中的无线电通信站。通信卫星：用于转发各地球站信号的人造地球卫星。各地球站之间的通信都是通过它的转发实现的。,通信卫星的类型,按轨道平面与赤道平面的夹角（轨道倾角）不同（如图所示）可分为：赤道轨道卫星、极轨道卫星和倾斜轨道卫星；按卫星离地面最大高度h的不同可分为：低高度卫星（h5000km、中高度卫星（5000kmh20000km）高高度卫星（h20000km）。,卫星通信使用的频段,
2、目前，卫星通信使用的频段主要有：（）46GHZ（C波段）。上行频率为 5925GHZ 6.425GHZ，下行为 3.7GHZ 42GHZ，带宽达500MHZ。大部分国际卫星通信，尤其是商业卫星通信都使用此频段，国内卫星通信也多有使用。（2）78GHZ（C波段）。上行为79GHZ8.4GHZ，下行为7.25GHZ7.75GHZ，有些国家的政府和军事卫星通信使用此频段。它与46GHS系统分开，可避免干扰。,（3）11（或12）14GHZ（Ku波段）。上行为14GHZ14.5GHZ，下行为117GHZ12.2GHZ或1095GHZ112GHZ及1145GHZ117GHZ。国际通信卫星从第五代开始使用
3、此频段，一些国家的民用卫星通信和广播卫星业务也有使用的。它不仅可以缓解频谱拥挤和相互干扰，而且由于频率比46GHZ高一倍还多，故天线尺寸一定时，其波束宽度比 46GHZ的一半还窄，天线增益得到提高。低于2.5GHz(处于UHF频段）的频率目前大部分用于非同步卫星通信或移动业务的卫星通信。,二、卫星通信系统的基本构成卫星通信系统主要包括：发端地面站、收端地面站、上行线、下行线、通信卫星,当甲地一些用户要与乙地的某些用户通话时,甲地首先要把本站的信号组成基带信号,经过调制器变换为中频信号(70 MHz),再经上变频变为微波信号,经高功放放大后,由天线发向卫星(上行线)。卫星收到地面站的上行信号，经
4、放大处理,变换为下行的微波信号。,三、卫星通信的特点 与其他长途通信系统相比,卫星通信具有以下特点:覆盖面积大,通信距离远。一颗静止卫星可最大覆盖地球表面三分之一,三颗同步卫星可覆盖除两极外的全球表面,从而实现全球通信。设站灵活,容易实现多址通信。通信容量大,传送的业务类型多。卫星通信一般为恒参信道,信道特性稳定。电路使用费用与通信距离无关。建站快,投资省。其不足主要表现为:要求卫星严格,有高可靠性、长寿命。通信地球站设备较复杂、庞大。卫星传输信号有延迟。,四、卫星通信的基本工作原理,1、通信卫星控制分系统 当通信卫星进入静止轨道的预定位置后，不仅卫星位置会发生摄动，其姿态也会变化，如不进行位
5、置和姿态的控制，卫星天线的的波束指向会偏离其服务区，太阳能电池帆板无法始终朝向太阳，所以必须长期地对卫星进行各种控制。静止通信卫星上的控制分系统根据星上跟踪遥测指令分系统接收到的来自地面跟踪遥测指令站的指令，完成对卫星的各种控制任务。包括对卫星的位置控制、姿态控制、温度控制、各设备的工作状态控制及主备用切换等。,天线分系统通信卫星的天线有两类：一类是遥测、指令和信标的全向天线，可以在任意卫星姿态可靠地接收指令和向地面发射遥测数据及信标；另一类是定向通信天线，通常按其波束覆盖区的大小分为覆球波束天线、点波束天线、赋形波束天线。,星上转发器（通信分系统）,对转发器的基本要求：附加噪声和失真小、要有
6、足够的工作频带、要有足够大的总增益、频率稳定度和可靠性尽量高。转发器通常分为透明转发器和处理转发器两大类。,跟踪、遥测、指令分系统,一是为各地球站发送信标信号，供地球站天线跟踪卫星用。这由信标发射设备（即此分系统的跟踪部分）完成；二是通过各种传感器和敏感器件，不断测出卫星的在轨位置、姿态、各分系统设备的工作状态、环境参数等数据，经遥测发射设备发给地面的跟踪遥测指令站（TTC站）。这项任务由遥测部分完成；三是接收TTC站发来的控制指令，处理后送给控制分系统执行。这由指令部分完成。,电源分系统它是用来给卫星上的各种电子设备提供电能的。除要求体积小、重量轻、效率高外，还要求能在卫星寿命期间内保持输出
7、足够的电能。常用的卫星电源分系统由太阳能电池、化学电池及电源控制电路组成。,2 地球站,地球站的分类（1）按安装方式分：有固定站、可搬移站和移动站（如船载站、车载站、机载站等）。（2）按天线口径大小分：有15m站、10m站、7m站、3m站等。地球站天线口径小到零点几米，大到几十米（如早期的30m站）。（3）按用途分：有民用通信站、军用通信站、电视广播站等。（4）按业务系统不同分：有国际卫星通信地球站、国内卫星通信地球站等。（5）按技术标准分：国际通信卫星组织（INTELSAT）制定了相应的适合各频段和不同业务需求的各种地球站的技术标准。凡符合这些标准的地球站均称为标准地球站。到目前为止，已有A
8、、B、C、D、E、F、G、Z等各种标准。,地球站的性能指标,（1）全向有效辐射功率（EIRP）将天线发射功率P与该天线增益G的乘积称为全向有效辐射功率，记为EIRP。通常用分值表示，即EIRP PTGT（dBW），EIRP代表为了使接收天线接收到相同的功率，一个各向同性天线必须发射的等效功率。（若地球站发射机的输出功率为1000w，为使其EIRP达到56dBW，地球站天线增益至少应为多少dB？）（2）品质因数（GT）接收系统天线增益与等效噪声温度之比。表征接收来自卫星的微弱信号的能力的接收灵敏度。G越高，T越低，则为了保证一定的通信质量（信噪比 SN或误码率）所需的卫星功率越小。增大天线口径或
9、提高天线效率可提高G，低噪声的接收机可减少T。,地球站的组成设备,3.2 调制技术,对于中频或射频信号的调制，在模拟卫星通信系统中一般采用调频制，因为调频可以改变信噪比；对于数字信号的传输，卫星通信中多采用2或4相移相键控（PSK）。当数字卫星通信采用高速率的SDH数字卫星通信时,可参照SDH数字微波采用MQAM 调制技术。,3.3 多址技术,多址方式是指在卫星覆盖区内的多地球站,通过一颗卫星的转发信号,建立以地球站为站址的两址或多址间的通信。这里的多址是指在卫星转发器频带的射频信道的复用。,实现多址联接的技术基础是信号分割，只要各信号之间在某一参量上有差别，就可把这些信号分割开。依据信号的不
10、同参量来分割，有不同的多址联接方式，常见的有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）、空分多址（SDMA）。,一、频分多址(FDMA)方式：所谓频分多址,是指按地面站分配的射频不同来区别地球站的站址，使各地球站的地址频率,在卫星转发器频带内不发生重叠,而且还要留有保护频带,。,频分多址方式的主要优缺点,优点是频分多址是可以沿用地面微波通信的成熟技术和设备，设备比较简单，不需要网同步。缺点是卫星处于多载波同时工作，容易产生互调噪声和串话；不能充分利用卫星的功率和频带，且因各载波之间要留有足够宽的保护频带，故随着载波数的增多，卫星的有效容量将急剧降低；另外各站发射功率必须严
11、格控制，使之保持稳定，否则会发生强信号抑制弱信号的现象。,二、时分多址(TDMA)方式 时分多址就是指用时间的间隙来区别地球的站址，各地球站的信号只在规定的时隙通过卫星转发器。,三、空分多址(SDMA)方式：空分多址是以卫星天线指向地面的波束来区别站址的。,四、码分多址(CDMA)方式：所谓码分多址,就是用码型来区别地球站站址。码分多址方式属拓宽频带、低信噪比的工作方式,利用了扩展频谱的方法,使在C/N较小的条件下,仍然能得到相同的通信质量。,五、多址分配制度,就是如何将信道分给系统内需要通信的两个站。对于FDMA、TDMA、SDMA、CDMA，就是怎样将转发器的频带、时隙、窄波束、地址码分配
12、给各站使用。解决这一问题的制度称为多址分配制度（或称信道分配制度）。常用的多址分配制度有预分配（PA）、按申请分配（DA）、随机分配（RA）等3大类。,3.4 编码技术,差错控制编码组成,交织码可以纠正突发性错误,3.5 VSAT卫星通信系统,VSAT是Very Small Aparture Terminal的缩写,指天线口径小于1.8米,可直接延伸到用户住地的地球站。大量这类小站与主站协同工作,构成VSAT数字卫星通信网,它能支持范围广泛的单向或双向数据、语音、图像、计算机通信和其他,如多媒体等综合电信的数字信息业务。它能够建立直接面向用户、面向家庭，甚至面向个人的通信系统。VSAT系统代表
13、了当前卫星通信发展的一个重要方向，它的产生和发展奠定了卫星通信设备向多功能化、智能化、小型化方向发展的基础。,一、VSAT系统的基本概念和特点,所谓VSAT（Very Small Aperture Terminals）终端，通常是指天线口径小于2.5，由主站应用管理软件高度监测和控制的小型地球站。是由一个枢纽主站和若干个VSAT终端组成的卫星通信系统。,主站也称为中心站或枢纽站，它是一个较大的地球站，具有全网的出、入站信息传输、交换和控制功能。网络管理系统也设在主站，负责全网各站设备工作状态的监控及故障部件的切换。VSAT系统可工作在C波段或Ku波段。VSAT网络组网灵活，独立性强，其网络结构
14、、技术性能、设备特性和网络管理等都可以根据用户的要求设计和调整。VSAT终端具有天线小、设计结构紧密、功耗小、成本低、安装方便、对环境条件要求低的特点。,VSAT 网络的通信业务范围一个VSAT网络由一座主站和数百个或上千个VSAT远端小站组成，形成一个公用或专用通信网络。每一个VSAT远端小站可根据其业务需要分别和数据、图像、话音或计算机等终端设备连接，从而组成功能完整的传输网络，将各种业务传输到主站或任一个远程VSAT终端。VSAT网络提供的通信业务种类：（1）星形单向业务（数据、图像、音频、电视）（2）数据采集和监控（实时的数据和图像）（3）双向交互业务（主要为数据业务，如信用卡确认、电
15、子邮件等）,VSAT网络的技术特点,VSAT是微电子技术、数字处理技术和计算机等新型技术相结合的产物。（l）VSAT能够承担高速数据业务（出站链路速率最大为 512Kb/s，入站链路速率最大为 128Kb/s）系统中的出站链路与入站链路的业务量是不对称的，这是VSAT系统与一般卫星通信系统的主要区别。（2）系统拥有的远端小站数目越多，网络的利用率越高。其小站数至少应大于300个，最多可达6000个。,二 VSAT网络结构,典型的VSAT卫星通信网络主要由主站、卫星和许多远端小站(VSAT)三部分组成。从网络结构上分为星型网、网状网和混合网三种。,1、星状VSAT网络：主要用于由主站向远端VSA
16、T小站传输数据、图像、新闻电视或商业电视等业务，不需要VSAT小站向主站回传业务信息。当前应用于国家信息中心向全国各地发布经济、新闻、气象、水文等信息资料。,2 网状VSAT网络（Full mesh Network）网络不需要主站，各小站之间可以任意建立通信链路。这种网状网是以话音通信为主的系统，一般采用按需分配方式来提高信道的利用率，仅在通话时才占用信道，一旦通话结束，将所占信道交给网络重新支配。按需分配根据用户的要求可及时建立或拆除任何两个VSAT小站之间的通信链路。网状网的信道多址方式可以采用频分SCPC方式，也可以采用时槽分配的 TDMA方式。这种系统适合于话务量较大且各远端站之间通信
17、业务较多的情况。,3 混合型VSAT网络 混合型网络结构是星状网与网状网的混合体。这样的VSAT网络比较大，传输业务范围也比较广。如果一部分用户以数据业务为主，另一部分用户以话音业务为主，这时应用混合型网络比较合适。它可以充分满足不同用户的要求，又能有效地提高整个通信网的效率。,4 应用VSAT系统与其他电信网络联合组网根据国际卫星通信技术发展的新动向，由于VSAT系统有建站容易、使用灵活方便、系统投资省、卫星通信传输距离远的优势，人们考虑使用VSAT系统与其他电信网络联合组网。（1）利用VSAT系统组建卫星广域网（SWAN）（2）将 VSAT系统接入 ISDN网络（3）VSAT系统与地面蜂窝移动通信相结合的组合通信网络,利用VSAT系统组建卫星广域网,将 VSAT系统接入 ISDN网络,VSAT系统与地面蜂窝移动通信相结合的组合通信网络,本章作业,1、卫星通信系统由哪几部分组成？各部分的功能分别是什么？2、卫星通信正在使用的工作频段有哪几个？3、透明转发器和处理转发器有何区别？目前的星上处理技术有哪些？4、星上跟踪、遥测、指令分系统的作用是什么？5、卫星通信地球站的组成有哪些？各部分设备的功能分别是什么？6、什么是码分多址？有何优点？7、什么是多址联接？常见多址联接方式有哪些？8、什么是VSAT系统？它有什么优点？,
