集美大學(xué)GMDSS教案：第八節(jié)

1、第二篇國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)及設(shè)備 GMDSS通信系統(tǒng):分地面通信和衛(wèi)星通信地面通信： 地面臺之間通過天、地波直接通信. 信道由操作員選定.衛(wèi)星通信： 地球站之間的電波穿過大氣層、電離層，由衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)通信. 信道由管理機(jī)構(gòu)用指令指定，設(shè)備按指令自動選定. 此為兩者差異: : :第八章 衛(wèi)星通信與Inmarsat8.1 衛(wèi)星通信基本知識一、衛(wèi)星通信： 用衛(wèi)星作中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，實現(xiàn)地球站間的通信二、地球站：(分固定和移動地球站) 設(shè)在地面、海洋、大氣層中的通信站 實現(xiàn)衛(wèi)星通信地球站必須在衛(wèi)星電波覆蓋區(qū)內(nèi),并且與衛(wèi)星天線互指 8.2 通信衛(wèi)星 一、衛(wèi)星的組成及作用組成：通信、控制、電源裝置 轉(zhuǎn)發(fā)

2、器和天線 太陽能和蓄電池作用：中繼轉(zhuǎn)發(fā)變頻放大 變頻器接收機(jī)發(fā)射機(jī)雙工器天線通信裝置組成框圖 二、衛(wèi)星軌道分類 按傾角分：軌道面與赤道面夾角 1.赤道軌道: 0度 重合（一條） 2.極軌道: 90度垂直（無數(shù)） 3.傾斜軌道: 0-90度 （無數(shù)） 按高度分：高度（公里） 運(yùn)行周期（小時）1.高軌道: 大于2萬 大于12 2.中軌道:3.低軌道: 小于5千 小于4三、靜止衛(wèi)星 條件：1、圓赤道軌道2、高3萬6千公里，周期24小時3、衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)方向、速度與地球自轉(zhuǎn)方向、角速度相同 球與星相對靜止盲區(qū):大于南北緯75度同一區(qū)內(nèi)兩站一跳完成通信時單程時延0.27秒(雙程2倍)不在同一區(qū)內(nèi)兩站經(jīng)兩跳完成

3、通信(需重疊區(qū)地球站轉(zhuǎn)發(fā))時延單程時延0.54秒 四、星蝕和日凌中斷衛(wèi)星、地球、太陽運(yùn)動成一線時發(fā)生發(fā)生季節(jié)：春、秋分前后數(shù)日內(nèi) 三者一線位置關(guān)系 發(fā)生時間星蝕： 日、球、星 夜晚日凌中斷：日、星、球 中午產(chǎn)生影響：通信質(zhì)量下降，嚴(yán)重時通信中斷 影響大小與方向性天線尺寸成正比 （A/B/M/F站存在，C站無） 8.3衛(wèi)星通信特點一、優(yōu)點 二、缺點1.覆蓋區(qū)大通信距離遠(yuǎn) 1.有較大信號延遲2.便于多址聯(lián)接 2.需先進(jìn)的空間和電子技術(shù)3.機(jī)動靈活 3.衛(wèi)星壽命短 (3-10年) 4.頻帶寬、容量大 3-5年發(fā)一代,現(xiàn)為第四代5.通信質(zhì)量好、可靠性高6.通信成本與距離無關(guān)8.4衛(wèi)星通信頻段及主要性能

4、參數(shù)一、衛(wèi)星通信所用頻段微波波段1.衛(wèi)星通信電波之窗： (1-10)GHZ 質(zhì)量最佳2.微波波段的劃分 波段 L S C X.頻率范圍(GHZ) (1-2) (2-4) (4-8) (8-12.5) 二、衛(wèi)星通信的主要性能參數(shù)1.天線增益 G：（表明天線放大能力的參數(shù)-越大越好） 有源天線對信號的放大倍數(shù)全向天線：天線向各方向均勻輻射電磁能(C站) 定向（拋物面）天線：天線將電磁能聚集在某 一方向上輻射(A/B/M/F站)2.載噪比C/N：（表明系統(tǒng)抗干擾能力的參數(shù)-越大越好） 載波功率與噪聲功率之比3.全向有效輻射功率EIRP: (表明發(fā)射機(jī)向空間輻射電磁能大小的參數(shù)越大越好) EIRP=發(fā)

5、射機(jī)輸出功率天線增益=PG4.接收系統(tǒng)品質(zhì)因數(shù)G/T：（表明接收機(jī)接收信號質(zhì)量優(yōu)劣的參數(shù)越大越好） 接收天線增益與接收系統(tǒng)噪聲溫度之比思考:1.什么是衛(wèi)星通信?2.衛(wèi)星的作用是什么?3.什么是靜止衛(wèi)星?4.什么叫星蝕?什么叫日凌中斷?5.衛(wèi)星通信有那些特點?6.在不同衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)的兩地球站能否進(jìn)行通信?如何實現(xiàn)? 8.5衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)中的主要技術(shù) 分：多路復(fù)用、多址聯(lián)接、分組通信、信道分配信號傳送步驟：復(fù)合（發(fā)端）-傳輸（信道）-分離（收端）一、多路復(fù)用 用同一信道互不干擾地傳送多路信號（多路共用信道） 方法：將多路信號變成單一基帶信號，用同一信道傳輸 適用于業(yè)務(wù)量大的固定地面站（CES、NCS

6、） 信號在站內(nèi)的基帶信號內(nèi)復(fù)合，信號來自陸網(wǎng)用戶 TDM（時分多路復(fù)用）用同一信道按時間順序依此循環(huán)地傳送多路信號特點：各路信號頻率相同，時間各不相同用途：傳送數(shù)字信號 （傳模擬信號需先模數(shù)轉(zhuǎn)換后再傳）要求：收發(fā)嚴(yán)格同步二、多址聯(lián)接 多個地球站利用同一衛(wèi)星實現(xiàn)雙邊或多邊通信 適用于業(yè)務(wù)量小的移動地球站（SES） 信號在衛(wèi)星射頻信道上復(fù)合，信號來自各站址分：FDMA 、 TDMA、 SDMA、 CDMA1.FDMA（頻分多址聯(lián)接） 將衛(wèi)星的工作頻帶分割成若干小段作信道分給各地球站作發(fā)射的載波使用特點：各站工作時間相同，但載波發(fā)射頻率不同 以各站不同的載波來區(qū)分站址 SCPC（單路單載波）每個載波

7、只傳一路話音或數(shù)字信號，按需分配載波信道特點：信道利用率高，靈活。設(shè)備簡單。 但相鄰信道有干擾 適用于各種容量的線路2、TDMA（時分多址聯(lián)接） 將衛(wèi)星的工作時間分割成若干小段作信道分給各地球站使用特點：各站載波頻率相同，但發(fā)射時間不同 無相鄰干擾，易實現(xiàn)按需分配 但技術(shù)和設(shè)備復(fù)雜（全網(wǎng)要嚴(yán)格同步） 以各站不同的工作時間來區(qū)分站址 適用于大中容量的線路3、SDMA（空分多址聯(lián)接） 衛(wèi)星天線在地球上除能產(chǎn)生大面積電波覆蓋區(qū)（全球波束）外，還能產(chǎn)生多個窄波束覆蓋區(qū)（點波束），且每區(qū)不同。 （將地球空間分割成多個點波束區(qū)） 窄波束可由裝載的多個小天線或相控陣天線來產(chǎn)生特點：頻率利用率高（可重復(fù)用），

8、通信容量大 天線波束窄輻射能量集中，故衛(wèi)星的EIRP大，質(zhì)量好 對地面通信系統(tǒng)的干擾小。技術(shù)及設(shè)備復(fù)雜 但對衛(wèi)星的控制要求高（點波束覆蓋區(qū)的位置不能變） 以各地球站所處點波束區(qū)域的不同來區(qū)分站址 適用于大容量線路 4、CDMA（碼分多址聯(lián)接） 各地球站所發(fā)的載波不僅受基帶信號的調(diào)制，又受接收方地球站地址碼的調(diào)制，只有地址碼與之相同的地球站才可收到信息（先解調(diào)地址碼，再解調(diào)信號） 將不同的地址碼分配給各地球站使用特點：各站載波頻率相同，且可用衛(wèi)星全部時隙。 頻率利用率高，容量大。抗干擾能力強(qiáng)，電磁污染小。但技術(shù)復(fù)雜。是唯一采用二級調(diào)制/解調(diào)的技術(shù) 以各站不同的地址碼來區(qū)分站址 適用于多媒體通信系

9、統(tǒng)三、分組通信方式（由TDMA分化出的技術(shù)） 用于數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù) 各地球站用同一衛(wèi)星的載波頻率，將所發(fā)送的數(shù)據(jù)報按規(guī)定預(yù)先分組，然后按分組的順序依此發(fā)送，若發(fā)生碰撞（發(fā)送失?。﹦t需重發(fā)。 數(shù)據(jù)組包括：報頭（收發(fā)地址，數(shù)據(jù)組編號） 數(shù)據(jù)（規(guī)定量的數(shù)據(jù)信息內(nèi)容） 報尾（檢、糾錯碼）特點：各站在同一衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)且發(fā)射的載波頻率相同分三種工作方式：P/ALOHA、S/ALOHA、R/ALOHA1.P/ALOHA（純/基本分組通信方式） 各站在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的全部工作時隙內(nèi)可隨機(jī)發(fā)送缺點：業(yè)務(wù)忙時，碰撞概率增加，嚴(yán)重時線路被阻塞 故線路工作不穩(wěn)定，極少使用。2.S/ALOHA（分時隙的分組通信方式） 將衛(wèi)星轉(zhuǎn)

10、發(fā)器的工作時間分成若干時隙，各站可選某一時隙發(fā)送 碰撞相對減少，業(yè)務(wù)忙時線路仍不穩(wěn) 信令信道使用（發(fā)遇險報警、短數(shù)據(jù)報）優(yōu)先等級方式：加大高級別發(fā)送功率，保證發(fā)射成功 高級別終端發(fā)射前先發(fā)通知阻止低級別發(fā)射而占用信道3.R/ALOHA(預(yù)約的分組通信方式) 若各地球站要發(fā)長數(shù)據(jù)報,經(jīng)申請預(yù)約后,信道管理方據(jù)此分配給它一段專用長時隙,讓其一次發(fā)送完成。 信息信道使用四、信道分配方式1預(yù)分配方式 將信道預(yù)先分配給地球站管理和使用 適用于業(yè)務(wù)量大的固定地球站（CES、NCS） 缺點：業(yè)務(wù)量大的站，信道因過載而阻塞。為保證通信可多分信道 業(yè)務(wù)量小的站，信道因閑置而浪費(fèi)。可少分或收回閑置信道2按需（申請

11、）分配方式據(jù)地球站提出的通信申請，分配信道給其使用，通信結(jié)束后收回。 適用于業(yè)務(wù)量小的移動地球站（SES）8.6 INMARSAT國際移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)一、系統(tǒng)組成空間段地面站移動終端二、各組成部分的作用1.空間段：衛(wèi)星、SCC、TTC1）通信衛(wèi)星：使用四顆靜止衛(wèi)星覆蓋除南北極部分地區(qū)外的全球區(qū)域有四個洋區(qū)：太平洋區(qū)（POR）、 印度洋區(qū)（IOR） 大西洋東區(qū)（AOR-E）、大西洋西區(qū)（AOR-W）2）地面衛(wèi)星測控站（TTC） 測控衛(wèi)星工作狀態(tài)及參數(shù)3）衛(wèi)星控制中心（SCC） 監(jiān)控衛(wèi)星操縱運(yùn)行是否正常 2.地面站：NCS、NCC、LES/CES1)網(wǎng)絡(luò)協(xié)調(diào)站 （NCS） 協(xié)調(diào)、控制和管理本洋區(qū)各

12、站的通信工作(1）連發(fā)TDM載波： 播發(fā)公共信息 供SES跟蹤衛(wèi)星并保持同步以實現(xiàn)衛(wèi)星通信(2）掌握信道的工作情況及SES的工作狀態(tài)(3）監(jiān)收并優(yōu)先處理遇險報警信息(4）與NCS、NCC、CES交換信息掌握網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)規(guī)定：每一洋區(qū)只設(shè)一個NCS，故每個系統(tǒng)均設(shè)有四個NCS。（系統(tǒng)不同NCS也不同） NCS是特殊CES，由本洋區(qū)某一CES擔(dān)當(dāng)各系統(tǒng)NCS的設(shè)置2)地面站（CES/LES） 為陸網(wǎng)及移動用戶實現(xiàn)衛(wèi)星通信提供通信接口(1）根據(jù)用戶要求為其建立、分配與拆除通信線路，并進(jìn)行計費(fèi)和索費(fèi)(2）監(jiān)視和管理信道的狀態(tài)（空閑、占線排隊等）(3）監(jiān)收并優(yōu)先處理遇險報警信息(4）受理新移動用戶的啟用申請

13、和試驗，并為其分配和核對終端識別碼（ID） 為備用NCS地面站采用雙頻段工作方式（C/L波段） 當(dāng)CES與SES通信時，使用C波段（6/4GHZ）；與NCS或其他CES通信時，使用L波段（1.6/1.5) 地面站接入碼：A系統(tǒng)2位，其余系統(tǒng)3位組成 北京地面站接入碼3)網(wǎng)絡(luò)控制中心（NCC） 將全球通信網(wǎng)與移動衛(wèi)星通信網(wǎng)相連（通過NCC），對整個通信網(wǎng)業(yè)務(wù)進(jìn)行監(jiān)控、管理3.移動衛(wèi)星終端：（SES/MES） 利用INMASAT系統(tǒng)進(jìn)行通信的移動地球站1)移動站工作于L波段(1.6/1.5GHZ)2)SES的識別碼(ID)： A系統(tǒng)由7位數(shù)字組成,其余系統(tǒng)由9位數(shù)字組成 SESID數(shù)字構(gòu)成含義：

14、(1）A站： 第一位由1表示SES類型，第二-四位為船籍國水上識別碼，第五-七為船站號(2）B/C/M站： 第一位由3/4/6表示SES類型；第二-四位為船籍國水上識別碼 ；第五九位為船站號 (3）F站： 第一、二位為業(yè)務(wù)代碼，話音/傳真/低速數(shù)據(jù)為76、高速數(shù)據(jù)為60；第三九位表示SES類型、終端設(shè)備、服務(wù)類型、個人信息3)SES電傳應(yīng)答碼： 由SES主識別碼及4位字母構(gòu)成的國際呼號組成三、各類船站業(yè)務(wù)及電氣參數(shù)的比較業(yè)務(wù)種類A站B站C站M站F站E站電話模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字傳真模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)據(jù) 高速報警電傳任選參數(shù)EIRP3625-33 11-1618-29 5/32G/T-4-4-23-1

15、0-4天線10.90.10.40.77拋物拋物螺旋拋物拋物思考1.INMARSAT采用什么種類的衛(wèi)星能否實現(xiàn)全球通信服務(wù)于哪一海區(qū)2.INMARSAT國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)由哪幾部分組成3.船站工作在什么波段其上/下行頻率是多少4.岸站工作在什么波段岸站與船站通信時,工作在什么波段其上/下行頻率是多少5.某INMARSAT船站的識別碼為此41219086,該船站為何種類型船站6下列各技術(shù)中哪個屬頻分多址聯(lián)接技術(shù) TDM TDMA SCPS R/ALOHA7下列各技術(shù)中哪個屬多路復(fù)用技術(shù) TDM FDMA TDMA S/ALOHASES衛(wèi)星LESTTCSCCNCSNCCRCC國內(nèi)國際網(wǎng)電話傳真 高/中低 速數(shù)據(jù)電傳1.51.646各類SES特性比較ABC必配MFE系統(tǒng)模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字通信實時實時存/轉(zhuǎn)實時實時實時天線方向方向全向方向方向全向波束全全/點全全/點全/點全主業(yè)話/傳話/傳電傳電話數(shù)據(jù)報警啟用82年93919301北京岸站接入碼(LESID)系統(tǒng)AOR-EAOR-WIORPORC121021311211B/M/F868868868868A11111111各系統(tǒng)NCS的設(shè)置洋區(qū)系統(tǒng)