第4章衛(wèi)星通信上課演示文稿.ppt

1、主要內(nèi)容,基本概念 調(diào)制技術(shù) 多址技術(shù) 編碼技術(shù) 衛(wèi)星通信網(wǎng) 衛(wèi)星通信系統(tǒng),3.1 衛(wèi)星通信的基本概念,一、基本概念 衛(wèi)星通信： 是指地球站之間利用人造地球衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)信號實現(xiàn)的無線電通信。 地球站：設(shè)在地球上（包括陸地、水上和大氣層中的無線電通信站。 通信衛(wèi)星：用于轉(zhuǎn)發(fā)各地球站信號的人造地球衛(wèi)星。各地球站之間的通信都是通過它的轉(zhuǎn)發(fā)實現(xiàn)的。,通信衛(wèi)星的類型,按軌道平面與赤道平面的夾角（軌道傾角）不同（如圖所示）可分為：赤道軌道衛(wèi)星、極軌道衛(wèi)星和傾斜軌道衛(wèi)星；按衛(wèi)星離地面最大高度h的不同可分為： 低高度衛(wèi)星（h5000km、中高度衛(wèi)星（5000kmh20000km）高高度衛(wèi)星（h20000km）。,

2、衛(wèi)星通信使用的頻段,目前，衛(wèi)星通信使用的頻段主要有： （）46GHZ（C波段）。上行頻率為 5925GHZ 6.425GHZ，下行為 3.7GHZ 42GHZ，帶寬達500MHZ。大部分國際衛(wèi)星通信，尤其是商業(yè)衛(wèi)星通信都使用此頻段，國內(nèi)衛(wèi)星通信也多有使用。 （2）78GHZ （C波段） 。上行為79GHZ8.4GHZ，下行為7.25GHZ7.75GHZ，有些國家的政府和軍事衛(wèi)星通信使用此頻段。它與46GHS系統(tǒng)分開，可避免干擾。,（3）11（或12）14GHZ （Ku波段） 。上行為14GHZ14.5GHZ，下行為117GHZ12.2GHZ或1095GHZ112GHZ及1145GHZ117GH

3、Z。國際通信衛(wèi)星從第五代開始使用此頻段，一些國家的民用衛(wèi)星通信和廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)也有使用的。它不僅可以緩解頻譜擁擠和相互干擾，而且由于頻率比46GHZ高一倍還多，故天線尺寸一定時，其波束寬度比 46GHZ的一半還窄，天線增益得到提高。 低于2.5GHz(處于UHF頻段）的頻率目前大部分用于非同步衛(wèi)星通信或移動業(yè)務(wù)的衛(wèi)星通信。,二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本構(gòu)成 衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要包括：發(fā)端地面站、收端地面站、上行線、下行線、通信衛(wèi)星,當(dāng)甲地一些用戶要與乙地的某些用戶通話時, 甲地首先要把本站的信號組成基帶信號, 經(jīng)過調(diào)制器變換為中頻信號(70 MHz), 再經(jīng)上變頻變?yōu)槲⒉ㄐ盘? 經(jīng)高功放放大后, 由天線發(fā)

4、向衛(wèi)星(上行線)。衛(wèi)星收到地面站的上行信號， 經(jīng)放大處理, 變換為下行的微波信號。,三、衛(wèi)星通信的特點 與其他長途通信系統(tǒng)相比, 衛(wèi)星通信具有以下特點: 覆蓋面積大, 通信距離遠。 一顆靜止衛(wèi)星可最大覆蓋地球表面三分之一, 三顆同步衛(wèi)星可覆蓋除兩極外的全球表面, 從而實現(xiàn)全球通信。 設(shè)站靈活, 容易實現(xiàn)多址通信。 通信容量大, 傳送的業(yè)務(wù)類型多。 衛(wèi)星通信一般為恒參信道, 信道特性穩(wěn)定。 電路使用費用與通信距離無關(guān)。 建站快, 投資省。 其不足主要表現(xiàn)為: 要求衛(wèi)星嚴(yán)格, 有高可靠性、 長壽命。 通信地球站設(shè)備較復(fù)雜、 龐大。 衛(wèi)星傳輸信號有延遲。 ,四、衛(wèi)星通信的基本工作原理,1、通信衛(wèi)星

5、控制分系統(tǒng) 當(dāng)通信衛(wèi)星進入靜止軌道的預(yù)定位置后，不僅衛(wèi)星位置會發(fā)生攝動，其姿態(tài)也會變化，如不進行位置和姿態(tài)的控制，衛(wèi)星天線的的波束指向會偏離其服務(wù)區(qū)，太陽能電池帆板無法始終朝向太陽，所以必須長期地對衛(wèi)星進行各種控制。 靜止通信衛(wèi)星上的控制分系統(tǒng)根據(jù)星上跟蹤遙測指令分系統(tǒng)接收到的來自地面跟蹤遙測指令站的指令，完成對衛(wèi)星的各種控制任務(wù)。包括對衛(wèi)星的位置控制、姿態(tài)控制、溫度控制、各設(shè)備的工作狀態(tài)控制及主備用切換等。,天線分系統(tǒng) 通信衛(wèi)星的天線有兩類： 一類是遙測、指令和信標(biāo) 的全向天線，可以在任意 衛(wèi)星姿態(tài)可靠地接收指令 和向地面發(fā)射遙測數(shù)據(jù)及 信標(biāo)；另一類是定向通信天 線，通常按其波束覆蓋區(qū)的 大

6、小分為覆球波束天線、點 波束天線、賦形波束天線。,星上轉(zhuǎn)發(fā)器（通信分系統(tǒng)）,對轉(zhuǎn)發(fā)器的基本要求：附加噪聲和失真小、要有足夠的工作頻帶、要有足夠大的總增益、頻率穩(wěn)定度和可靠性盡量高。 轉(zhuǎn)發(fā)器通常分為透明轉(zhuǎn)發(fā)器和處理轉(zhuǎn)發(fā)器兩大類。,跟蹤、遙測、指令分系統(tǒng),一是為各地球站發(fā)送信標(biāo)信號，供地球站天線跟蹤衛(wèi)星用。這由信標(biāo)發(fā)射設(shè)備（即此分系統(tǒng)的跟蹤部分）完成； 二是通過各種傳感器和敏感器件，不斷測出衛(wèi)星的在軌位置、姿態(tài)、各分系統(tǒng)設(shè)備的工作狀態(tài)、環(huán)境參數(shù)等數(shù)據(jù)，經(jīng)遙測發(fā)射設(shè)備發(fā)給地面的跟蹤遙測指令站（TTC站）。這項任務(wù)由遙測部分完成； 三是接收TTC站發(fā)來的控制指令，處理后送給控制分系統(tǒng)執(zhí)行。這由指令部分

7、完成。,電源分系統(tǒng) 它是用來給衛(wèi)星上的各種電子設(shè)備提供電能的。除要求體積小、重量輕、效率高外，還要求能在衛(wèi)星壽命期間內(nèi)保持輸出足夠的電能。常用的衛(wèi)星電源分系統(tǒng)由太陽能電池、化學(xué)電池及電源控制電路組成。,2 地球站,地球站的分類 （1）按安裝方式分：有固定站、可搬移站和移動站（如船載站、車載站、機載站等）。 （2）按天線口徑大小分：有15m站、10m站、7m站、3m站等。地球站天線口徑小到零點幾米，大到幾十米（如早期的30m站）。 （3）按用途分：有民用通信站、軍用通信站、電視廣播站等。 （4）按業(yè)務(wù)系統(tǒng)不同分：有國際衛(wèi)星通信地球站、國內(nèi)衛(wèi)星通信地球站等。 （5）按技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)分：國際通信衛(wèi)星組織（

8、INTELSAT）制定了相應(yīng)的適合各頻段和不同業(yè)務(wù)需求的各種地球站的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)。凡符合這些標(biāo)準(zhǔn)的地球站均稱為標(biāo)準(zhǔn)地球站。到目前為止，已有A、B、C、D、E、F、G、Z等各種標(biāo)準(zhǔn)。,地球站的性能指標(biāo),（1）全向有效輻射功率（EIRP） 將天線發(fā)射功率P與該天線增益G的乘積稱為全向有效輻射 功率，記為EIRP。通常用分值表示，即EIRP PTGT （dBW），EIRP代表為了使接收天線接收到相同的功率， 一個各向同性天線必須發(fā)射的等效功率。（若地球站發(fā)射機的輸出功率為1000w，為使其EIRP達到56dBW，地球站天線增益至少應(yīng)為多少dB？） （2）品質(zhì)因數(shù)（ GT ）接收系統(tǒng)天線增益與等效噪聲溫度

9、之比。表征接收來自衛(wèi)星的微弱信號的能力的接收靈 敏度。G越高，T越低，則為了保證一定的通信質(zhì)量（信噪比 SN或誤碼率）所需的衛(wèi)星功率越小。增大天線口徑或提高天線效率可提高G，低噪聲的接收機可減少T。,地球站的組成設(shè)備,3.2 調(diào)制技術(shù),對于中頻或射頻信號的調(diào)制，在模擬衛(wèi)星通信系統(tǒng)中一般采用調(diào)頻制，因為調(diào)頻可以改變信噪比；對于數(shù)字信號的傳輸，衛(wèi)星通信中多采用2或4相移相鍵控（PSK）。 當(dāng)數(shù)字衛(wèi)星通信采用高速率的SDH數(shù)字衛(wèi)星通信時, 可參照SDH數(shù)字微波采用MQAM 調(diào)制技術(shù)。,3.3 多址技術(shù),多址方式是指在衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)的多地球站, 通過一顆衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)信號, 建立以地球站為站址的兩址或多址間

10、的通信。這里的多址是指在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶的射頻信道的復(fù)用。,實現(xiàn)多址聯(lián)接的技術(shù)基礎(chǔ)是 信號分割，只要各信號之間在某 一參量上有差別，就可把這些信 號分割開。依據(jù)信號的不同參量 來分割，有不同的多址聯(lián)接方式， 常見的有頻分多址（FDMA）、 時分多址（TDMA）、碼分多址 （CDMA）、空分多址（SDMA）。,一、頻分多址(FDMA)方式： 所謂頻分多址, 是指按地面站分配的射頻不同來區(qū)別地球站的站址，使各地球站的地址頻率, 在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶內(nèi)不發(fā)生重疊, 而且還要留有保護頻帶,。,頻分多址方式的主要優(yōu)缺點,優(yōu)點是頻分多址是可以沿用地面微波通信的成熟技術(shù)和設(shè)備，設(shè)備比較簡單，不需要網(wǎng)同步。 缺點是

11、衛(wèi)星處于多載波同時工作，容易產(chǎn)生互調(diào)噪聲和串話；不能充分利用衛(wèi)星的功率和頻帶，且因各載波之間要留有足夠?qū)挼谋Ｗo頻帶，故隨著載波數(shù)的增多，衛(wèi)星的有效容量將急劇降低；另外各站發(fā)射功率必須嚴(yán)格控制，使之保持穩(wěn)定，否則會發(fā)生強信號抑制弱信號的現(xiàn)象。,二、時分多址(TDMA)方式 時分多址就是指用時間的間隙來區(qū)別地球的站址，各地球站的信號只在規(guī)定的時隙通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。,三、空分多址(SDMA)方式：空分多址是以衛(wèi)星天線指向地面的波束來區(qū)別站址的。,四、碼分多址(CDMA)方式：所謂碼分多址, 就是用碼型來區(qū)別地球站站址。碼分多址方式屬拓寬頻帶、 低信噪比的工作方式, 利用了擴展頻譜的方法, 使在C/N較

12、小的條件下, 仍然能得到相同的通信質(zhì)量。,五 、多址分配制度,就是如何將信道分給系統(tǒng)內(nèi)需要通信的兩 個站。對于FDMA 、TDMA、 SDMA、CDMA ， 就是怎樣將轉(zhuǎn)發(fā)器的頻帶、時隙、窄波束、地 址碼分配給各站使用。解決這一問題的制度稱 為多址分配制度（或稱信道分配制度）。 常用的多址分配制度有預(yù)分配（PA）、按申 請分配（DA）、隨機分配（RA）等3大類。,3.4 編碼技術(shù),差錯控制編碼組成,交織碼可以糾正突發(fā)性錯誤,3.5 VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng),VSAT是Very Small Aparture Terminal的縮寫, 指天線口徑小于1.8米, 可直接延伸到用戶住地的地球站。大量這類小

13、站與主站協(xié)同工作, 構(gòu)成VSAT數(shù)字衛(wèi)星通信網(wǎng), 它能支持范圍廣泛的單向或雙向數(shù)據(jù)、語音、圖像、計算機通信和其他, 如多媒體等綜合電信的數(shù)字信息業(yè)務(wù)。 它能夠建立直接面向用戶、面向家庭，甚至面向個人的通信系統(tǒng)。VSAT系統(tǒng)代表了當(dāng)前衛(wèi)星通信發(fā)展的一個重要方向，它的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了衛(wèi)星通信設(shè)備向多功能化、智能化、小型化方向發(fā)展的基礎(chǔ)。,一、VSAT系統(tǒng)的基本概念和特點,所謂VSAT （Very Small Aperture Terminals）終端，通常是指天線口徑小于2.5，由主站應(yīng)用管理軟件高度監(jiān)測和控制的小型地球站。是由一個樞紐主站和若干個VSAT終端組成的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。,主站也稱為中心站

14、或樞紐站，它是一個較大的地球站，具有全網(wǎng)的出、入站信息傳輸、交換和控制功能。網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)也設(shè)在主站，負責(zé)全網(wǎng)各站設(shè)備工作狀態(tài)的監(jiān)控及故障部件的切換。 VSAT系統(tǒng)可工作在C波段或Ku波段。VSAT網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)靈活，獨立性強，其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)、技術(shù)性能、設(shè)備特性和網(wǎng)絡(luò)管理等都可以根據(jù)用戶的要求設(shè)計和調(diào)整。VSAT終端具有天線小、設(shè)計結(jié)構(gòu)緊密、功耗小、成本低、安裝方便、對環(huán)境條件要求低的特點。,VSAT 網(wǎng)絡(luò)的通信業(yè)務(wù)范圍 一個VSAT網(wǎng)絡(luò)由一座主站和數(shù)百個或上千個VSAT遠端小站組成，形成一個公用或?qū)Ｓ猛ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)。每一個VSAT遠端小站可根據(jù)其業(yè)務(wù)需要分別和數(shù)據(jù)、圖像、話音或計算機等終端設(shè)備連接，從而組成功

15、能完整的傳輸網(wǎng)絡(luò)，將各種業(yè)務(wù)傳輸?shù)街髡净蛉我粋€遠程VSAT終端。 VSAT網(wǎng)絡(luò)提供的通信業(yè)務(wù)種類： （1） 星形單向業(yè)務(wù)（數(shù)據(jù)、圖像、音頻、電視） （2）數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控（實時的數(shù)據(jù)和圖像） （3）雙向交互業(yè)務(wù)（主要為數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，如信用卡確認、電子郵件等）,VSAT網(wǎng)絡(luò)的技術(shù)特點,VSAT是微電子技術(shù)、數(shù)字處理技術(shù)和計算機等新型技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物。 （l）VSAT能夠承擔(dān)高速數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)（出站鏈路速率最大為 512Kb/s，入站鏈路速率最大為 128Kb/s）系統(tǒng)中的出站鏈路與入站鏈路的業(yè)務(wù)量是不對稱的，這是VSAT系統(tǒng)與一般衛(wèi)星通信系統(tǒng)的主要區(qū)別。 （2）系統(tǒng)擁有的遠端小站數(shù)目越多，網(wǎng)絡(luò)的利用率越高。

16、其小站數(shù)至少應(yīng)大于300個，最多可達6000個。,二 VSAT網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),典型的VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)主要由主站、 衛(wèi)星和許多遠端小站(VSAT)三部分組成。從網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上分為星型網(wǎng)、 網(wǎng)狀網(wǎng)和混合網(wǎng)三種。,1、星狀VSAT網(wǎng)絡(luò)：主要用于由主站向遠端VSAT小站傳輸數(shù)據(jù)、圖像、新聞電視或商業(yè)電視等業(yè)務(wù)，不需要VSAT小站向主站回傳業(yè)務(wù)信息。當(dāng)前應(yīng)用于國家信息中心向全國各地發(fā)布經(jīng)濟、新聞、氣象、水文等信息資料。,2 網(wǎng)狀VSAT網(wǎng)絡(luò)（Full mesh Network） 網(wǎng)絡(luò)不需要主站，各小站之間可以任意建立通信鏈路。這種網(wǎng)狀網(wǎng)是以話音通信為主的系統(tǒng)，一般采用按需分配方式來提高信道的利用率，僅在通話時

17、才占用信道，一旦通話結(jié)束，將所占信道交給網(wǎng)絡(luò)重新支配。按需分配根據(jù)用戶的要求可及時建立或拆除任何兩個VSAT小站之間的通信鏈路。網(wǎng)狀網(wǎng)的信道多址方式可以采用頻分SCPC方式，也可以采用時槽分配的 TDMA方式。 這種系統(tǒng)適合于話務(wù)量較大且各遠端站之間通信業(yè)務(wù)較多的情況。,3 混合型VSAT網(wǎng)絡(luò) 混合型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)是星狀網(wǎng)與網(wǎng)狀網(wǎng)的混合體。這樣的VSAT網(wǎng)絡(luò)比較大，傳輸業(yè)務(wù)范圍也比較廣。如果一部分用戶以數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)為主，另一部分用戶以話音業(yè)務(wù)為主，這時應(yīng)用混合型網(wǎng)絡(luò)比較合適。它可以充分滿足不同用戶的要求，又能有效地提高整個通信網(wǎng)的效率。,4 應(yīng)用VSAT系統(tǒng)與其他電信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組網(wǎng) 根據(jù)國際衛(wèi)星通信技術(shù)發(fā)展的新動向，由于VSAT系統(tǒng)有建站容易、使用靈活方便、系統(tǒng)投資省、衛(wèi)星通信傳輸距離遠的優(yōu)勢，人們考慮使用VSAT系統(tǒng)與其他電信網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合組網(wǎng)。 （1）利用VSAT系統(tǒng)組建衛(wèi)星廣域網(wǎng)（SWAN） （2）將 VSAT系統(tǒng)接入 ISDN網(wǎng)絡(luò) （3）VSAT系統(tǒng)與地面蜂窩