移动通信技术讲义-第4讲.ppt

1 3 5移动卫星通信系统 1 卫星通信的定义 卫星通信简单地说就是地球上 包括地面和低层大气中 的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信 卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成 卫星在空中起中继站的作用 即把地球站发上来的电磁波放大后再反送回另一地球站 地球站则是卫星系统形成的链路 2 基本知识 三颗相距120度的静止卫星就能提供除南北极之外任意两点之间的通信 故卫星通信易于实现越洋和洲际通信 最适合卫星通信的频率是1一10GHz频段 即微波频段 为了满足越来越多的需求 已开始研究应用新的频段 如12GHz 14GHz 20GHz及30GHz 在微波频带 整个通信卫星的工作频带约有50OMHz宽度 为了便于放大和发射及减少变调干扰 一般在卫星上设置若干个转发器 每个转发器的工作频带宽度为36MHz或72MHz 目前的卫星通信多采用频分多址技术 FDMA 不同的地球站占用不同的频率 即采用不同的载波 它对于点对点大容量的通信比较适合 3 卫星通信的特点是 通信范围大 卫星通信易于实现越洋和洲际通信 只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内 从任何两点之间都可进行通信 不易受陆地灾害的影响 可靠性高 只要设置地球站电路即可开通 开通电路迅速 同时可在多处接收 能经济地实现广播 多址通信 多址特点 电路设置非常灵活 可随时分散过于集中的话务量 同一信道可用于不同方向或不同区间 多址联接 4 卫星移动通信系统的定义卫星移动通信系统 其最大特点是利用卫星通信的多址传输方式 为全球用户提供大跨度 大范围 远距离的漫游和机动 灵活的移动通信服务 是陆地蜂窝移动通信系统的扩展和延伸 在偏远的地区 山区 海岛 受灾区 远洋船只及远航飞机等通信方面更具独特的优越性 5 卫星移动通信系统的分类 1 卫星移动通信系统 按所用轨道分 可分为静止轨道 GEO 和中轨道 MEO 低轨道 LEO 卫星移动通信系统 静止卫星轨道 卫星运行周期与地球自转周期 23小时56分4秒 相同的轨道称为地球同步卫星轨道 简称同步轨道 而在无数条同步轨道中 有一条圆形轨道 它的轨道平面与地球赤道平面重合 在这个轨道上的所有卫星 从地面上看都像是悬在赤道上空静止不动 这样的卫星称为地球静止轨道卫星 简称静止卫星 这条轨道就称为地球静止卫星轨道 简称静止卫星轨道 高度大约是35800公里 人们通常简称的同步轨道卫星一般指的是静止卫星 静止卫星的发射要比低轨道卫星难得多 其一 需要大推力运载火箭 其二 卫星的发射过程比较复杂 需要有高超的测控技术 发射静止卫星一般用三级火箭 卫星本身还装有远地点发动机 整个发射过程要经过三次轨道变换 卫星才能到达预定的位置 运载火箭的第一级和第二级首先把卫星连同第三级火箭送入100 200公里高的圆形轨道 称为停泊轨道 然后第三级火箭分两次点火 把卫星送入远地点在赤道上空约35800公里的大椭圆轨道 称为转移轨道 卫星在转移轨道上运行过程中 由地面测控中心控制 调整卫星姿态 在到达远地点时 指令远地点发动机点火 把卫星送入准静止轨道 卫星由地面控制 经过一段时间飘移 最后定点在预定位置 这个位置可用经度表示 例如我国的 东方红 三号通信卫星是定位在东经125 从以上可以看出 没有高超的火箭技术和遥测控制技术 发射不了静止卫星 目前世界上只有美国 俄罗斯 法国 中国和日本等几个国家能独立发射这种卫星 因为静止卫星位于赤道上空 所以它的发射场越靠近赤道越好 以便节省发射卫星所消耗的能量 例如在我国 静止卫星都是在西昌发射中心发射而不在太原或洒泉发射中心发射 法国的卫星发射场建在赤道附近的法属圭亚那而不在法国本土 道理就在于此 中轨道卫星中轨道卫星移动通信系统由轨道高度在5000 15000km的卫星群 星座 构成的移动通信系统 用较少数目的中轨道卫星即可构成全球覆盖的移动通信系统 中轨道卫星系统为非同步卫星系统 由于卫星相对地面用户的运动 用户与一颗卫星能够保持通信的时间约为100min 低轨道卫星 利用低轨道 LEO 卫星实现手持机个人通信的优点在于 一方面卫星的轨道高度低 使得传输延时短 路径损耗小 多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖 频率复用更有效 另一方面蜂窝通信 多址 点波束 频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障 因此 LEO系统被认为是最新最有前途的卫星移动通信系统 2 卫星移动通信系统按应用分类 可分为海事卫星移动系统 MMSS 航空卫星移动系统 AMSS 和陆地卫星移动系统 LMSS 海事卫星移动系统主要用于改善海上救援工作 提高船舶使用的效率和管理水平 增强海上通信业务和无线定位能力 航空卫星移动系统主要用于飞机和地面之间为机组人员和乘客提供话音和数据通信 陆地卫星移动系统主要用于为行驶的车辆提供通信 3 按频率分类按照该卫星所使用的频率范围将卫星划分为L波段卫星和Ka波段卫星等等 雷达波段即雷达发射电波的频率范围 雷达概念形成于20世纪初 雷达是英文radar的音译 为RadioDetectionAndRanging的缩写 意为无线电检测和测距 是利用微波波段电磁波探测目标的电子设备 其度量单位是赫兹 Hz 或周 秒 C S 大多数雷达工作在超短波及微波波段 其频率范围在30 300000兆赫 相应波长为10米至1毫米 包括甚高频 VHF 特高频 UHF 超高频 SHF 极高频 EHF 4个波段 第二次世界大战期间 为了保密 用大写英文字母表示雷达波段 将230 1000兆赫称为P波段 1000 2000兆赫称为L波段 2000 4000兆赫称为S波段 4000 8000兆赫称为C波段 8000 12500兆赫称为x波段 12 5 18千兆赫称Ku波段 18 26 5千兆赫称K波段 26 5 40千兆赫称为Ka波段 上述波段一直沿用至今 随着超视距雷达和激光雷达的出现 新波段的开辟 雷达采用的工作波长已扩展到从大于166米的短波至小于10 7米的紫外线光谱 4 按服务区域分类 有全球 区域和国内通信卫星 顾名思义 全球通信卫星是指服务区域遍布全球的通信卫星 这常常需要很多卫星组网形成 而区域卫星仅仅为某一个区域的通信服务 而国内卫星范围则更窄 仅限于国内使用 6 通信卫星的基本原理从地面站1发出无线电信号 这个微弱的信号被卫星通信天线接收后 首先在通信转发器中进行放大 变频和功率放大 最后再由卫星的通信天线把放大后的无线电波重新发向地面站2 从而实现两个地面站或多个地面站的远距离通信 举一个简单的例子 如北京市某用户要通过卫星与大洋彼岸的另一用户打通话器 先要通过长途通话器局 由它把用户通话器线路与卫星通信系统中的北京地面站连通 地面站把通话器信号发射到卫星 卫星接到这个信号后通过功率放大器 将信号放大再转发到大西洋彼岸的地面站 地面站把通话器信号取出来 送到受话人所在的城市长途通话器局转接用户 电视节目的转播与通话器传输相似 但是由于各国的电视制式标准不一样 在接收设备中还要有相应的制式转换设备 将电视信号转换为本国标准 电报 传真 广播 数据传输等业务也与通话器传输过程相似 不同的是需要在地面站中采用相应的终端设备 7 应用实例全球卫星定位系统GPS GlobalPositioningSystem 是随着现代科学技术的迅速发展而建立起来的新一代精密卫星定位系统 是由美国政府首先实施的一项庞大的宇宙及航天工程 GPS是通过接受卫星所发射的导航信号 可以在任何地点 任何时候准确地测量到物体瞬时的位置 目前GPS已被广泛应用于交通行业 虽然GPS系统一开始是为军事目的而建立的 但很快在民用方面得到了极大的发展 通过商业通信卫星 把GPS应用到车辆导航上面 为汽车驾车人指路 就成为了车载导航系统 又称为汽车导航系统 可简写为CIPS 另一方面 传统的地图常常不能够跟得上街道的变化 又难以辨认 往往使得开车的人无法获得准确的指令 所以 能够利用高空上的卫星信号为汽车准确而又及时导航定位的卫星导航系统 就成了无价之宝 目前 人们不但可以在购买新车时选择导航系统作为选择配置 还可以在已有的汽车上安装该设备 甚至可以配置一台移动式的卫星导航系统 开哪辆车就把它放到哪辆车上 或者带着它去野游 爬山 GPS车载导航系统主要由主机 显示屏 操作键盘 遥控器 和天线组成 它实现了野外踏勘 出游旅行的数字化智能导航 它具有准确的地图 地理信息 清晰的行进路线 全球全天候适时性的应用 永无盲区 免费的卫星资源更使用户随心所欲 畅心使用 多种的数据信息 位置坐标 航行路程 航行时间 方位 偏航方位角 偏航距离 预设报警 无论在什么地方都能使我们在工作 畅游之际随时准确到达目的地 GPS汽车应用系统的未来似乎是无可限量 技术进步带来的梦想也是没有止境的 目前市场上的GPS车载导航仪种类很多 消费者选购时需注意 作为成熟的GPS车载导航设备 应具有的基本功能包括 GPS卫星导航定位 电子地图浏览查询 智能的路线规划 全程的语音提示 其中 电子地图的数据量与详细程度最为重要 除了丰富的城市地图外 全国的公路网图也是不可或缺的 否则导航仪可就出城不认路了 此外 机器的外形 安装方式 物理性能也是值得注意的 选择安装程序简便 外形美观 防水抗震 收星稳定的GPS车载导航仪会令使用者得心应手 目前世界上共有四套导航系统 除了美国的GPS外 还有俄罗斯的戈洛纳斯 欧洲的加利略和中国的北斗 目前中国的北斗系统尚未完成全部的项目 覆盖范围也只有亚洲大部 离完全实用还有一定距离 民用导航系统还是使用的美国的GPS 对于车载导航来说需要的是自己的位置 因此只需要接收定位信号 而不需上传信号 而导航卫星的这种下行信号是广播式的 不需要付任何费用 只要有一台接收设备 导航仪 那么在全球任何一个角落都可以使用导航服务 构成 目前的车载GPS系统终端通常由GPS模块 无线通信模块 报警控制模块 语音控制模块 显示模块和车载PC等几个部分组成 1 GPS模块 安装到车辆上的小型装置 是GPS车载单元的一部分 用来接收卫星所传递的信息 2 无线通信模块 通常采用车载无线电话 电台或移动数据终端 MDT 以完成信息交互功能 3 报警控制模块 向监控中心网络发出报警讯号 通报车辆异常信息 4 语音控制模块 完成声音控制及服务等功能 5 显示模块 用来显示位置路况等视频图象信息 6 车载PC 整合处理各功能模块 配合相应的软件 完成指定功能 如进行数据处理 计算出所在位置的经度 纬度 海拔 速度和时间等 GPS车辆应用系统一般分为两大类 车辆跟踪系统和车辆导航系统 它们在功能上截然不同 一种是用于车辆的防盗 一种则是用于车辆的自主导航 由于 只接受 不发射 信号是GPS是接收系统的一大特点 所以用于防盗的GPS跟踪系统就是要借助通信网络以及政府配套系统给GPS车载防盗仪提供收取使用费用的解决方案 而车载导航仪是通过接受卫星信号 配合电子地图数据 适时掌握自己的方位与目的地 自主导航的模式不收取任何使用费用 用户可以根据自己的需要有选择的购买地图数据 车载导航系统除了可以用来指路导航之外 还可以发展出许多其它的用途 比如说寻找附近的加油站 自动提款机 酒店 或者其它一些商店 有的还可以提醒司机如何避免危险地区或是交通堵塞 大多数的车载导航系统利用视觉显示系统 作为人机交流的接口 有些则提供语音系统 让人们直接与导航系统对话 用语音来提醒驾车人何时该转弯 何时该退出高速公路 有的还可以跟你提供一个行经路线的地图 以便回程之用 或是走错了路需要倒回去 有的车载导航系统还可以有不同的语言显示 有的还可以告诉你当地的限速 路况和你的平均速度 为你估计达到目的地的时间 选购车载导航仪必须注意的三个问题 在目前汽车电子产品中 车载DVD导航所占比例越来越大 将近40 的新车车主都有安装车载DVD导航需求 因此 生产 贴牌各种DVD导航产品大量涌现 而产品的质量差异也超乎你的想象 很多DVD产品刚一装上车 一踩油门音响喇叭就会发出尖叫声 声音和图像都非常差 因此在选购车载DVD导航产品时要重点注意如下几点 一 音质DVD是用来播放音乐的 因此音质好坏非常重要 因此 选购DVD之前一定要问清楚这台DVD机的音量输出是几 V 或者把这台机器和其他DVD机进行音质对比 如果DVD机