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1、卫星通信技术,中继站升到天空的微波通信,概要,卫星通信的发展卫星通信的特点卫星通信系统组成卫星通信多址技术同步卫星通信系统移动卫星通信系统我国的卫星通信简介平流层通信系统介绍,什么是卫星通信,利用人造卫星构建的通信系统技术相当于中继站升到天空的微波通信卫星通信可以是电信网中的传输链路地位相当于地面接力微波通信、光缆独立的通信网络例如：卫星电视广播、卫星移动通信系统、VSAT系统等可能与公网连接或者不连接,与微波通信不一样的地方：,距离长坏处衰减大时延长好处可快速建立通信系统，成本与距离无关便于广播便于移动便于多址通信,与微波通信不一样的地方：,卫星可能在动坏处多普勒天线跟踪卫星会转到坏的方向好
2、处卫星会转到好的方向存储转发模式下，单星可覆盖全球,卫星通信发展,卫星通信实验期（19541964）无源卫星实验有源卫星椭圆轨道、同步轨道卫星通信实用阶段（1964）IntelsatInmarsat铱系统全球星,卫星通信的特点,通信距离远，通信成本与距离无关以广播方式，易于实现多址通信通信容量大，业务种类多,卫星通信技术特殊性,先进的空间电子技术信号时延大卫星姿态控制其他,卫星通信使用的频率,频率：无线电窗口,110G最理想此频段已给地面微波卫星也用，但需注意干扰10G以上降雨的影响不可忽视天线可以小一些,卫星通信系统组成,卫星通信系统组成,控制与管理系统星上系统地球站,卫星通信系统,卫星轨道
3、,轨道不同将导致技术的差别GEO：地球同步卫星HEO：高轨卫星MEO：中轨卫星LEO：低轨卫星,卫星轨道,GEO衰减大，覆盖全球需要的星少，发射成本高HEO高倾斜轨道覆盖特定地域LEO衰减小，需要的星多MEO兼有高低轨的优缺点,卫星轨道,圆轨道、椭圆轨道赤道轨道、倾斜轨道、极轨卫星高轨道覆盖好、通信时间长，但距离长低轨道覆盖小、通信时间短，但距离近,轨道,卫星通信多址技术,FDMA单址载波多址载波单路单载波TDMACDMASDMA随机多址,多址联接:FDMA,单址载波Single Destination Carrier多址载波Multiple Destination Carrier例如北京上星
4、、上海下，然后分路到上海、南京、杭州，从而借助卫星实现了北京分别到上海、南京、杭州的通信制式模拟：FDM/FM/FDMA数字：TDM/QPSK/FDMAOQPSK：非线性放大问题,多址联接：FDMA,单路单载波：SCPCSingle Circuit Per Carrier适用于稀路由通信DAMA：按需分配多址SPADE系统：忙闲表数字制式：DM或PCM/QPSK/FDMA,多址联接：FDMA,多路单载波：MCPCDCME：数字电路倍增器话音插空ADPCM典型倍增值：4FDMA的缺点保护带宽交调FDMA的优点简单载波的自主性：无需像TDMA那样需要同其它用户协调,多址联接：TDMA,无交调无需保
5、护带宽无需双工器需要中心控制站，以协调全网同步同步的捕获与跟踪星地时延可能远大于时隙突发方式制式：TDM/QPSK/TDMA,多址联接：CDMA,主要用于低速数据、移动业务、小站等多址的灵活性移动通信VSAT下行降低对数字微波的干扰小站往往在城市中，城市中微波频率也用于地面微波系统。扩频使卫星信号的功率谱密度降低上行降低对邻星的干扰小站指向性差,多址联接：SDMA,通过天线的指向性来区别不同的地球站多点波束卫星星上波束切换,多址联接：随机接入分组通信,ALOHAS-ALOHAPRMA,卫星通信系统的业务,固定业务（FSS）为固定点提供双向通信话音、数据广播业务（BSS）点到面的单向传输电视广播
6、、音频广播、IP广播移动业务（MSS）为移动终端提供通信业务移动到移动 移动到固定,固定业务,以Intelsat为代表，包括许多的国际及国内卫星系统业务包括国际国内电话电视节目传送数据业务：电报、传真、电子印刷、Internet链路等,广播业务,也称DBS（Direct Broadcasting Satellite）Broadcast Satellite Service(BSS)Direct To Home(DTH)service特点Link between terminal and publicHome dishes小天线、机顶盒,广播卫星的制式,模拟FM方式传输全电视信号数字DVB-SMP
7、EG2:压缩、组成MPEG流FEC:RS+CCQPSK多址FDMA为主，也有TDMA,广播卫星,覆盖,Intelsat组织及其系统,1965年成立，世界性的商业组织世界上最早、发展最迅速、遍及全球的国际卫星通信系统。承担大部分国际通信业务和全球性电视广播业务。,Intelsat卫星发展,Intelsat业务,100多种业务国际电话、电视为主要业务数据业务：电报、传真、电子印刷等,同步卫星通信系统,同步卫星通信系统,三颗星覆盖全球不能覆盖极地多数卫星通信系统用GEO例如：干线传输（电信）VSAT（企业）电视直播某些移动系统,星蚀与日凌,星蚀地球挡住了太阳太阳能电池日凌地球站、星、日成一条线，地球
8、站直指太阳太阳辐射,卫星姿态控制,保证通信天线指向地球的预订区域陀螺原理自旋稳定消旋三轴稳定方向探测地球、太阳等的红外辐射,波束,全球波束覆盖卫星所见的地球表面半球波束点波束赋性波束只覆盖特定地理区域（如中国）波束越窄，则星上的天线增益越高利于频率复用,若干术语,仰角高仰角好方位角星下点星地距离用来算损耗及时延,若干术语,转发器：transponder=数字微波之中继站转发器一般为射频转接星上处理使转发器有后处理功能再生式转发星上交换,同步卫星系统,同步卫星通信系统,卫星天线分系统卫星通信分系统卫星电源分系统跟踪遥测指令分系统控制分系统,卫星通信分系统,单变频转发器,卫星通信分系统,双变频转发
9、器,卫星通信分系统,星上处理转发器,移动卫星通信系统,移动卫星通信系统特点高轨移动卫星通信系统（GEO）中轨移动卫星通信系统（MEO）低轨移动卫星通信系统（LEO）,移动卫星通信系统特点,范.艾伦辐射带（高能粒子带）1500km5000km13000km20000km卫星多波束技术移动台和卫星在移动，带来多径众多移动台共享卫星，需要合理的多址方式和信道分配方式移动台要求小型化,移动卫星通信系统：结构,结构,ISC(international switching center)NCC(Network Control Center)：管理波束频率，发布路由信息SCC（Satellite Contr
10、ol Center）：控制卫星的轨道及位置ISL（Inter-Satellite Link）,频率,Mobile link（星到用户）little LEO 用140M、450M；Big LEO 用1.6G、2.5GFeeder Link（星到关口站）5/7GHz,15GHz,and20/30GHzISL:星际23G、60G,系统与网络,移动性管理：mobility management(MM)无线资源管理：radio resource management(RR).呼叫控制：connection/call control(CC)切换：Handover（HO）星际路由ISL routing,系统
11、与网络,MM处理用户位置不确定的问题位置登记：Location update寻呼：Paging漫游：RoamingRR有效管理无线信道资源Fixed channel allocationChannel borrowingDynamic channel allocation,系统与网络,CC呼叫的建立、撤销Handover通话过程中的切换波束切换、卫星切换、关口切换ISL routing选择为MS及GW服务的卫星选择星间路由,与地面移动的互联,网络规划,用户数、分布情况、话务情况卫星星座图卫星覆盖区、波束的形状 关口（gateway）的位置与数量长途业务的路由策略,Inmarsat,高轨道系统，
12、采用同步轨道应用范围海事、航空、陆地业务电话、电传、传真、电子邮件和数据连接 飞行数据、位置与状态的报告 运输车队的调度、位置报告、车队管理等,Inmarsat,Inmarsat,空间段通信卫星4颗同步卫星，并有备用星大西洋区：东区：西经16度大西洋区：西区：西经54度印度洋区：东经65度太平洋区：东经178度 卫星转发器执行频率转发功能岸到船：从6GHz 1.5GHz船到岸：从1.6GHz 4GHz,ICO,主要投资人：Inmarsat，含中国移动中轨道系统提供话音和低速数据业务轨道10355km，102颗星每颗卫星提供163点波束波束位置固定（不随星动）TDMA方式，25KHz带宽上6个时
13、隙弯管转发器（Bent Pipe）,ICO:覆盖及波束,GlobalStar,美国LQSS于1991年提出不单独组网，是地面网的延伸bent pipe transponder卫星只是一个联接手机到GW的弯管采用CDMA技术覆盖地球南北纬80度范围星必须能看见GW,GlobalStar,GlobalStar：空间段,488颗星8条轨道，轨道高1389km倾角52度覆盖半径：3800km可同时看到两颗星、卫星分集,GlobalStar,覆盖区与波束,GlobalStar,GlobalStar,地面段关口站与网控中心相连，且与地面网相连用户至卫星、卫星至关口采用CDMA技术每个关口可与3颗星同时通信
14、呼叫建立和处理在关口进行卫星控制中心控制卫星姿态、运行轨道纠正、卫星波束切换网络控制中心通过分组网与各关口站相连完成数据库管理、计费和呼叫路由选择、接入系统管理各国都有自己的网控中心，控制本国用户,GlobalStar,GlobalStar,GlobalStar,用户段用户设备一般设计成双模模式，尽量利用地面网,GlobalStar基本工作原理,移动用户1发出呼叫经卫星至关口1关口至网控中心经处理后转到离被叫用户最近的关口2经关口2至卫星卫星至用户2,铱系统,Motorola于1990年发布计划1998年底，全部66颗卫星发射成功1999年8月申请破产保护2000底被美国铱星公司收购,铱系统,
15、采用星上处理及星际链路用户可以不经过地面网相连等效于将地面移动系统搬到天上转发器不是bent pipe极轨卫星100覆盖全球可提供地球上任意两点之间的无线连接真正意义上的全球覆盖,铱系统,铱系统,6个极地轨道，倾角86.4度每轨11星，每星48波束覆盖半径：2209km轨道周期：100分钟零28秒地面固定点平均可视时间9分钟同时可见12颗星,覆盖区与波束,铱系统,铱系统：传输方式,FDMA/TDMA混合多址结构10.5MHz带宽分成240条信道每条信道TDMA为4个用户制式FDMA/TDMA/TDD/QPSK突发方式50kbps（8.64ms 432bit）,铱系统,用户段用户终端，全球寻呼、
16、语音、低速数据地面段地面关口与地面网底接口地面控制中心遥控、遥测、卫星姿态控制、轨道控制网控中心整个卫星网的管理,铱系统：传输方式,铱系统工作原理,与GSM系统的处理类似。移动用户1呼叫用户2经星至呼叫用户2的归属关口站，读取用户2的位置经关口站至覆盖用户2的星星至用户2,Teledesic,主要投资人Craig McCaw、Bill Gates、沙特王储波音、Motorola288颗LEO星（原计划840颗）700Km高度，圆轨道用户速率：2Mbps,星座,平流层通信系统,1997年ITU会议提出在平流层（23km）提供稳定电信平台与地面设备进行无线通信SKY公司的离子推进器提供了平流层电信平台定位的技术ITU划分频段47/48GHz供平流层通信用,一些国家的平流层通信计划,日本100200个平台，提供高速无线接入印度瑞典意大利美国,无线通信网,平流层通信业务,数字电话（64Kb/s）全运动视听业务（256kb/s）WebTV，高速Web Surfing（512kb/s-1.5Mb/s）E1（2048kb/s，45Mb/s）OC3（155Mb/s）,
