第三章 衛(wèi)星通信系統(tǒng)

1、船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 第三章 衛(wèi)星通信系統(tǒng) 通信容量大、 信息質量高、 作用范圍廣、 通信速度快 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 微波通信微波通信 短波通信短波通信 衛(wèi)星通信以前， 常以短波通信和微波中繼通信方式實現遠距離通信。 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 一、什么是衛(wèi)星通信 船載站 車載站 機載 站 地面站 地面站 地面站 衛(wèi)星的類型 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 赤道軌道衛(wèi) 星 極軌道衛(wèi)星 傾斜軌道衛(wèi) 星 夾角分類 低軌道 中軌道 高軌道 高度分類 運動衛(wèi)星 靜止衛(wèi)星 相對狀態(tài) 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 覆蓋面大，衛(wèi)星跟蹤系統(tǒng)不復雜， 存

2、在盲區(qū)，衛(wèi)星數量有限。 地球同步衛(wèi)星 按 夾 角 按 高 度 赤道軌道（= 00，軌道面與赤道面重） 極軌道 （= 900，穿過南北極） 傾斜軌道（00 20000 km ） 2. 靜止衛(wèi)星 靜止衛(wèi)星：赤道軌道，高軌道，衛(wèi)星運行方向、周期與 地球自轉方向、周期相同(軌道高度36000km) 特 點： 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 衛(wèi)星覆蓋示意圖 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) *星蝕和日凌中斷 日凌中斷 日凌中斷 星蝕 太陽、衛(wèi)星、地球 依次排列為一直線 地球站天線對著衛(wèi)星的同 時也正對著太陽，太陽噪聲最大 每年春分、秋分前后，白天中午 太陽、地球、衛(wèi)星 依次排列為一直線 太陽能

3、電池不工作， 蓄電池工作，通信效果受影響 春分、秋分前后，夜間 條件： 原因： 時間： 條件： 原因： 時間： 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 二. 衛(wèi)星通信的特點 覆蓋區(qū)域大，通信距離遠 便于多址連接 機動靈活 頻帶寬、容量大 通信質量好，可靠性高 通信成本與距離無關 需要先進的空間技術 有一定的信號延遲 衛(wèi)星壽命短 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 三. 衛(wèi)星通信線路的信道復用 與多址鏈接 多路復用方式 調制方式 多址鏈接方式 分配制度 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) n 具體復用技術 n 同一信道，互不干擾傳輸多路信號， 收端能將各路信號分離 多用戶信號的合并和分離 FD

4、M （頻分多路） TDM （時分多路） CDM SDM 在基帶內復用 Frequency Division Multiplex Time 多路復用方式 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 頻分多路復用（FDM ） 定義 多路信號，用不同載 波，同時占用同一個信 道進行傳輸。 如何實現？ 頻譜搬移技術 特點 頻域上分開 時間上重疊 BCH 每一話路帶寬 Br 信道帶寬 21M1M f B r = M B CH 450 3100 45 0 B CH = 4000 話音FDM示意圖 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 時分多路復用（TDM） 定義 多路信號，用同一 載波，在不同時隙 交替占用同一

5、信道 進行傳輸。 如何實現？ 收發(fā)雙方同步傳輸 特點 時間上分開 頻域上重疊 發(fā)信者發(fā)信者 1 發(fā)信者發(fā)信者 2 發(fā)信者發(fā)信者 3 收信者收信者 1 收信者收信者 2 收信者收信者 3 發(fā)射發(fā)射 設備設備 接收接收 設備設備 K1 K2 同步轉換開同步轉換開 關關 傳傳 輸輸 系系 統(tǒng)統(tǒng) 122133 1幀幀 時隙時隙 時時 隙隙 分分 配配 TDM傳輸示意圖傳輸示意圖 t 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 調制方式 n 是指載波如何攜帶信息，或信息以什么方式寄存 于載波的某一參量之中 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 多址鏈接方式 n 是指衛(wèi)星覆蓋區(qū)內的多個地球站利用同一衛(wèi)星， 同時

6、進行雙邊或者多邊通信的一種鏈接方式 多址聯(lián)接技術 FDMA（頻分多址） TDMA（時分多址） SDMA（空分多址） CDMA（碼分多址） 在射頻信道復用 Frequency Division Multiple Access Time Space 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 頻分多址（FDMA ） 定義 衛(wèi)星頻段分成若干互不重疊 的部分，分配給各地球站，作 為其載波。 FDMA的三種方式 單址載波 多址載波 單路單載波（SCPC） 單路單載波（SCPC） 每個地球站 按需分配 載波。 主要特點 信道利用率 高 地球站 A 地球站 B 地球站 C 衛(wèi)星轉發(fā) 器 頻帶分配 f 保護頻帶 F

7、DMA示意圖 Single Channel per Carrier 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 時分多址（TDMA） C A1 C1 B1 R2 B2 A2 C0 R1 A B 基準站R 基準子幀 Co R1 A1 B1 C1 R2 A2 B2 TDMA幀 分幀 轉發(fā)器上分幀排列 T 衛(wèi)星轉發(fā)器 時間分配 主要特點 ： 衛(wèi)星上一個 轉發(fā)器，無 互調干擾 需網同步 技術設備較 復雜 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 空分多址（SDMA） 特征 衛(wèi)星有多個窄 波束，每個波束 覆蓋地球表面一 定區(qū)域。 主要特點 要求衛(wèi)星功率 大；系統(tǒng)通信容 量大；衛(wèi)星對其 它地面系統(tǒng)的干 擾?。恍l(wèi)星控

8、制 要求高。 SDMA示意圖 地球站 12 地球站 11 地 球 站 1n 地 球 站 m1 地 球 站 m2 地 球 站 mn 衛(wèi)星（含轉換開關） 點波束 1 點波束 m 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 限全球波束覆蓋（Inmarsat F F、B B、C C、D D、E E、M M） POR Tel: 872 TLX:582 AOR -W Tel: 874 TLX:584 Mini-MMini-M覆蓋區(qū) AOR-E Tel: 871 TLX:581 IOR Tel: 873 TLX:583 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 分配制度 n 進行

9、信道分配的目的，是為了提高衛(wèi)星轉發(fā)器的 信道利用率 預分配 方式 按需分 配方式 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 總部 N “INMARSATINMARSAT”意為意為 國際海事衛(wèi)星組織國際海事衛(wèi)星組織 始創(chuàng)與1979年，我國是創(chuàng) 始成員國之一， 目的是通過空中人造衛(wèi)星， 為航行在全球海域內的各 國船舶提供便利可靠的通 信服務。1994年更名為 “國際移動衛(wèi)星國際移動衛(wèi)星”， 成為全球唯一的能夠為海、 陸、空及遇險與安全衛(wèi)星 移動通信提供服務的國際 組織。 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) INMARSAT系統(tǒng)的組成及作用 系統(tǒng)組成：空間段、地面站、移動地球站 船舶通信與導航 13船

10、舶電氣技術專業(yè) SAT （通信衛(wèi)星）： 中繼轉發(fā)，四顆靜止衛(wèi)星，四顆備用衛(wèi)星 覆蓋洋區(qū)。 監(jiān)測跟蹤衛(wèi)星，獲取衛(wèi)星參數 （姿態(tài)、穩(wěn)態(tài)、燃料消耗等）。 TTC 地面衛(wèi)星測控站： SCC 衛(wèi)星控制中心： 根據TT&C送來的參數，調整、 控制衛(wèi)星，保證正常工作。 空間段 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 四顆衛(wèi)星無縫隙覆蓋除南 北極地區(qū)外的全球區(qū)域 重疊區(qū)內的用戶可靈活選 擇不同的衛(wèi)星 目前使用的是第三、四代 衛(wèi)星 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 地面站 NCC： 網絡控制中心 LES/CES： 岸站 NCS： 網絡協(xié)調站 協(xié)調和管理本洋區(qū)的通信、發(fā)布廣 播業(yè)務、發(fā)送TDM載波、處理遇險。

11、監(jiān)控、協(xié)調、控制整個網絡（4 個洋區(qū) ）的通信。 分配、建立、監(jiān)控、管理信道； 網絡服務（受理啟用申請、環(huán)路測試、 性能測試、計費等）； 監(jiān)視并接收遇險信息。 承擔通信接續(xù)處理的網關，移動站與陸地公網的接口。 每個系統(tǒng)有其自己的NCS，每個系統(tǒng)的每一個洋區(qū)有一個NCS 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 移動地球站 包括各種船載、車載和機載等衛(wèi)星通信設備，可以通過衛(wèi)星、岸站和國際國內的 通信交換網，實現與陸上用戶之間的互相通信，也可實現移動地球站間的相互通信 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) INMARSAT系統(tǒng)在GMDSS中的作用 1.可實現船至岸遇險報警 2.可實現岸至船遇險報警 3

12、.可實現搜救協(xié)調通信 4.可實現常規(guī)通信 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 第三節(jié) EGCEGC系統(tǒng)及EGC業(yè)務 世界航行警告業(yè)務 Enhanced Group Calling 近洋 沿海 遠洋 A1、A2海區(qū)NAVTEX岸臺播發(fā) A3 A4海區(qū) EGC系統(tǒng)播發(fā) HF NBDP 播發(fā) EGC系統(tǒng) NAVTEX系統(tǒng) 相互結合構成完整的MSI業(yè)務 EGC系統(tǒng)的主要作用：向系統(tǒng)的主要作用：向A3海區(qū)提供海上安全信息和船隊信息海區(qū)提供海上安全信息和船隊信息 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 系統(tǒng)組成： EGC系統(tǒng) 信息提供部門 Inmarsat C系統(tǒng) EGC接收機 信息播發(fā)： 在NCS TD

13、M 公共信道上播發(fā) 船隊網信息 MSI信息 信息提信息提 供部門供部門 SES EGC接收機接收機 NCS LES Inm-C系統(tǒng)系統(tǒng) 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) EGC接收設備分類： Egc Only 可發(fā)遇險信息 Log Out 可收EGC信息 2類C站的二種 工作模式 EGC系統(tǒng) C站分類 0 類（標準的EGC接收機） 1 類（標準C站，不能收EGC信息） 2 類（標準C站+EGC，不能同時工作） 3 類（標準C站+EGC，且能同時工作） 合用模式（收CES電文時，不能收 EGC，空閑時收） EGC接收模式（只能收EGC信息） Inm-CEgc Only 船舶通信與導航 13船

14、舶電氣技術專業(yè) 預先定義的某海域預先定義的某海域 經緯度表示的海域經緯度表示的海域 如：如： 矩形和圓形海域矩形和圓形海域 普通廣播尋址（全呼） 向本洋區(qū)的所有移動終端播發(fā)信息。 CNID碼尋址（群呼） 向相同CNID的移動終端組播發(fā)信息。 個別尋址（單呼） 向某一個移動終端播發(fā)信息。 區(qū)域尋址 向 特定區(qū)域 的所有移動終端播發(fā)信息。 EGC信息發(fā)送的尋址方式 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 矩形海域 圓形海域 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) EGC信息的接入 等等 級級 碼碼業(yè)業(yè) 務代務代 碼碼地地 址址 碼碼頻頻 度度 限限 碼碼 文本顯示體文本顯示體 EGC業(yè)務的業(yè)務的2 位

15、數字表征位數字表征 地地 址址 播發(fā)次數播發(fā)次數 文本格式。目前文本格式。目前“00”有效，國際五號碼（有效，國際五號碼（IANo5） EGC 業(yè)務 二級選擇 ： 用接入碼進入LES EGC業(yè)務系統(tǒng)； 用C碼具體選擇播發(fā)的EGC信息 C碼的組成： C1 C2 C3 C4 C5 EGC業(yè)務分類 安全網（Safety NET）：播發(fā)海上安全信息（MSI） 船隊網（Fleet NET）：播發(fā)船隊管理和公共信息 0：常規(guī)：常規(guī) 1：安全：安全 2：緊急：緊急 3：遇險：遇險 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 12 12 例1： EGC 業(yè)務 C 碼為 1：22：123：03：00 說明什么？ 安全

16、等級為 _ 信息種類為 _ 通過 _ 網播發(fā) 尋址方式為 _ 播發(fā) _ 次 輸出文字格式為 _ 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) EGC業(yè)務特點 EGC 業(yè)務 覆蓋范圍廣（準全球覆蓋） 可靠性高（不受氣候、環(huán)境影響） 方便靈活（可選擇接受） 費用低 （有許多免費業(yè)務） 保密強（二級選擇） 重重 疊疊 區(qū)區(qū) 大風警告、遇險報告每顆衛(wèi)星不定時發(fā) 氣象預報、航行警告規(guī)定衛(wèi)星，定時發(fā) 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 設置： 船位、海區(qū)、電文種類 接收：緊急和遇險電文（聲光報警，需人工復原） 日常和安全電文（蜂鳴聲，打印后鳴聲停） 管理：定時清理、打印電文 EGC 接收機 EGC接收機的功能

17、連續(xù)接收NCS公共TDM信號，并能處理EGC電文； 自動識別個別尋址和由操作員選定的海域范圍； 自動識別CNID碼尋址（操作員應做相應設置）； 自動響應加載或取消CNID碼。 EGC接收機的使用 重復發(fā)信息，不重復打印 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 第四節(jié) 衛(wèi)星搜救系統(tǒng)及EPIRB 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) COSPAS/SARSAT系統(tǒng)是利用近極軌道衛(wèi)星進行搜 救定位的系統(tǒng)，適用于海、陸、空遇險事件的搜 救業(yè)務。 系 統(tǒng) 的 組 成 1.1.示位標示位標 2.2.極軌道衛(wèi)極軌道衛(wèi) 星星 3.3.區(qū)域用戶區(qū)域用戶 終端終端 4.4.執(zhí)行

18、控制執(zhí)行控制 中心中心 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 1.1.示位標示位標 示位 標 航空示位 標（ELT） 121.5MHz 個人陸 用示位 標（PLB） 船用示位 標（EPIRB） 406MHz 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 低近極軌道衛(wèi)星 衛(wèi)星組成 同步軌道衛(wèi)星 相互補充 定位原理 衛(wèi)星和示位標相對運動 衛(wèi)星所收遇險信號頻率發(fā)生變化 由多普勒頻移曲線、衛(wèi)星軌道參數、時間算出位置 利用多普勒頻移 任務 變頻、存儲、轉發(fā) 2 2. .極軌道衛(wèi)星極軌道衛(wèi)星 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 低近極軌道衛(wèi)星 低近極軌道上共有4顆衛(wèi)星（2顆 cospas衛(wèi)星，2顆sarsat衛(wèi)星），分 布在4個軌道平面上。 提供兩極區(qū)域覆蓋。 具有定位功能。 由于衛(wèi)星相對于信標是連續(xù)運動的， 所以極少發(fā)生信標信號被阻擋。 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 同步軌道衛(wèi)星 同步軌道上共有5顆衛(wèi)星， 除兩極外全球覆蓋 實時轉發(fā)，無報警延時 無定位功能 MSG INSAT GOES-E GOES-W GOES-9 船舶通信與導航 13船舶電氣技術專業(yè) 工作模式 收后轉發(fā)/存儲 一定時間后再轉發(fā) 全球覆蓋 延時報警 實時模式 實 時 模 式 存儲轉發(fā)模式