无线通信工程(四)卫星通信.ppt

吉林通信行业职业技能鉴定中心 无线通信工程第四章卫星通信 吉林通信行业职业技能鉴定中心 教学内容 自测训练题 吉林通信行业职业技能鉴定中心 主要内容安排 第一节卫星通信概述第二节卫星通信网第三节通信卫星第四节卫星通信方式第五节卫星通信地球站第六节甚小天线地球站 吉林通信行业职业技能鉴定中心 卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信 见下页图 人造地球卫星根据对无线电信号的有无 转发功能 有有源人造地球卫星和无源人造卫星之分 由于无源人造卫星反射下来的信号太弱无实用价值 于是人们致力于研究具有放大 变频转发功能的有源人造地球卫星 通信卫星来实现卫星通信 其中绕地球赤道运行的周期与地球自转相等的同步卫星具有优越性能 利用同步卫星的通信已成为主要的卫星通信方式 不在地球同步轨道上运行的低轨卫星多在移动通信中运用 第一节卫星通信概述 吉林通信行业职业技能鉴定中心 卫星通信示意图 吉林通信行业职业技能鉴定中心 1 同步卫星通信在地球赤道上空约36000km的太空中围绕地球的圆形轨道上运行的通信卫星 其绕地球运行周期为1恒星日 与地球自转同步 因而与地球之间处于相对静止状态 故称为静止卫星 固定卫星或同步卫星 其运行轨道称为地球同步轨道 GEO 在地面上用微波接力系统进行的通信 因系视距传播 平均每2500km假设参考电路要经过每跨距约46km的54次接力转接 如利用通信卫星进行中继 地面距离长达1万多公里的通信 经通信卫星1跳即可连通 由地至星 再由星至地为1跳 含一次中继 而电波传输的中继距离约为4万公里 吉林通信行业职业技能鉴定中心 2 卫星通信系统由通信卫星和经该卫星连通的地球站 根据不同的目的组成不同的卫星通信系统 运行中的地球站只能指向某一颗同步卫星 两个或更多的地球站可以通过同一颗同步卫星建立直达的卫星电路 如为电视或广播节目的卫星卫星传输 可以用一颗同步卫星上的不同转发器传输不同的节目 在此卫星的波束覆盖区内的众多电视单收地球站 可以指向此卫星接收不同的电视节目或同时接收多个节目 如为甚小天线地球站卫星通信系统 同技术制式的众多甚小天线地球站 VSAT 可以经由同一卫星转发器连通连网 也可以几种不同制式各自成网 如一颗同步卫星的容量不够 可以在预定的同步轨道的不同位置部署几颗同步卫星 有关地球站根据安排相应地指向某一卫星 组成卫星通信电路 例如国际通信卫星组织在印度洋地区赤道上空就有4颗卫星 分别定点于60 E 63 E 66 E 57 E 并准备在90年代及以后视需要情况在91 5 E和95 E再部署两颗卫星 吉林通信行业职业技能鉴定中心 1 频段同步卫星通信业务有卫星固定通信业务 FSS 和卫星移动通信业务 MSS 之分 它们所分配的频段也不同 FSS使用C频段和Ku频段 MSS使用L频段 工作在Ku频段的Ku转发器原来大多是点波束的 90年代开始国际通信卫星组织 INTELSAT 简作IS 的Ku星叫ISK 提供较广的区域波束以适应需求 FSS的C Ku频段的频率划分如下 上行为地球站对卫星所用频率 下行为卫星对地球站所用频率 C频段 MHz 上行 5925 6425带宽500MHz下行 3700 4200带宽500MHz为扩展FSS用的频谱 自1984年1月1日开始调整为 上行 第1区5725 7075带宽1350MHz第2 3区5850 7075带宽1225MHz下行 第1 2 3区3400 4200和4500 4800带宽共1100MHz 吉林通信行业职业技能鉴定中心 Ku频段 GHz 上行 第1 2 3区14 0 12 25带宽250MHz14 25 14 5带宽250MHz下行 第1 2 3区10 95 11 20带宽250MHz11 45 11 7带宽250MHz第2区11 7 11 95带宽250MHz11 95 12 2带宽250MHz第3区12 2 12 5带宽300MHz第1 3区12 5 12 75带宽250MHz国际无线电行政大会 WARC 92 的频率分配 国际通信卫星组织于2000年1月1日可启用新分配的13 75 14 0GHz 上行 带宽250MHz 以适应发展的需要 吉林通信行业职业技能鉴定中心 C频段的传输比较稳定 设备技术也成熟 容易和同频段的地面微波系统相互干扰 卫星通信的上行链路干扰6GHz微波系统 下行链路受4GHz微波系统的干扰 这需预先协调并采取相应的屏蔽措施加以解决 见卫星通信系统干扰协调 Ku频段传输受雨雾衰减较大 不如C频段稳定 尤其雨量大的地区更是如此 如在上 下行链路的计算中留有足够余量 配备上行功率调节功能 亦可获得满意效果 Ku频段频谱资源较丰富 与地面微波系统的相互干扰小 其应用很有前途 吉林通信行业职业技能鉴定中心 2 卫星通信方式卫星通信系统传输或分配信息时所采用的工作方式称为卫星通信方式 国际卫星通信已由以模拟频分方式为主 转向以数字时分方式为主 数字卫星通信方式有120Mbit s的数字话音插空 DSI 的时分多址 TDMA DSI 或不加话音插空 DNI 的时分多址 以及星上交换时分多址 SS TDMA 还有大量的以2 048Mbit s 1 544Mbit s为主的卫星数字通道 IDR 方式 加数字电路复用设备 DCME 一般可扩大容量3 4倍 最多达5倍 2Mbit s的IDR其承载电路为30路 较小容量的IDR有1 024Mbit s 16路 和512Mbit s 8路 专用通信用的数字专线业务 IBS 业务发展很快 Ku频段达到ISDN质量水平的叫超级数字专线业务 superIBS 稀路由 VISTA 业务方式仍有市场 其中有按需分配多址 DAMA 功能的方式称超级稀路由 superVISTA 方式 非中心控制的稀路由的斯佩德 SPADE 方式因设备复杂已被淘汰 吉林通信行业职业技能鉴定中心 国际卫星通信的极化方式为双圆极化 国内卫星通信方式大体仿效国际卫星通信用C频段和Ku频段 也有用Ka频段的 一般的TDMA方式为60Mbit s以下速率 还有SS TDMA和转发器跳频的TDMA方式 有加数字电路复用设备的卫星数字通道 IDR DCME 方式 也有自适应差分脉冲编码的卫星数字通道 IDR ADPCM 方式 因模拟的频分多址 FDMA 方式技术成熟 仍有使用 国内范围的以通话为主的稀路由 VISTA 方式用得较多 有单载波单信道 音节压扩频率调制 按需分配多址 SCPC CFM DAMA 方式和单载波单信道 4相移键控 按需分配多址 SCPC QPSK DAMA 方式以及较低速率的TDMA方式 甚小天线地球站系统的市场很大 它是以数据传输为主兼有话音传输的星状网 其制式和速率有多种 可供用户选用 国内卫星通信的极化方式一般为线极化 个别也有用圆极化的 吉林通信行业职业技能鉴定中心 3 同步卫星通信的特点 1 同步卫星通信的优点 通信距离远 在卫星波束覆盖区内1跳的通信距离最远约13 10 3次方 km 用全球波束 地球站对卫星的仰角在5 以上 不受通信两点间任何复杂地理条件的限制 不受通信两点音的任何自然灾害和人为事件的影响 只经过卫星1路即可到达对方 因而通信质量高 系统可靠性高 常作为海缆修复期的支撑系统 通信距离越远 成本越低 可在大面积范围内实现电视节目 广播节目和新闻的传输 以及直达用户办公楼的交互数据传输甚至话音传输 因而适用于广播型和用户型业务 机动性大 可实现卫星移动通信和应急通信 吉林通信行业职业技能鉴定中心 灵活性大 可在两点间提供几百 几千甚至上万路话路 提供几十兆比 Mbit s 甚至120Mbit s的中高速数据通道 也可提供至少一条话路或1 2kbit s 2 4kbit s的数据通道 易于实现多址传输 有传输多种业务的功能 2 同步卫星通信的缺点 传输时延大 卫星地球站通过赤道上空约36000km的通信卫星的转发进行通信 视地球站纬度高低 其1跳的单程空间距离为72000 80000km 以300000km s的速度传播的电波 要经过240ms 260ms的空间传输延时才能到达对方地球站 加上终端设备对数字信号的处理时间等 延时还要增加 根据国际电信联盟TTU建议 单程传输不要超过400ms 对于通信来说 发话方听到对方立即的回话 经过500ms 800ms 这是可以被通话用户接受和习惯的 但由通话双方的二 四线混合线圈不平衡而造成的泄漏 将出现不可忍受的回音 因而必须无例外地加装回音消除器 吉林通信行业职业技能鉴定中心 在南纬75 以上和北纬75 以上的高纬度地区 由于同步卫星的仰角低于5 难以实现卫星通信 一般说来 纬度在70 以下的地面 80 以下的飞机 均可经同步卫星建立通信 同步轨道的位置有限 不能无限度地增加卫星数量和减小星间间隔 每年有不可避免的日凌中断和须采取措施度过的星食发生 需对卫星部署有长远规划 卫星寿命一般为几年至十几年 而卫星的设计和生产周期长 需及早安排后继卫星 但卫星发身成功率平均为80 左右 故要承担一定的风险 吉林通信行业职业技能鉴定中心 第二节卫星通信网 卫星通信网是由一个或数个通信卫星和指向卫星的若干个地球站组成的通信网 卫星通信网按通信方式有模拟卫星通信网和数字卫星通信网之分 不同方式的通信网不能互通 但可以使用同一颗通信卫星 甚至共用一个转发器 另外 按卫星的服务区域划分 有国际卫星通信网 区域卫星通信网和国内卫星通信网 吉林通信行业职业技能鉴定中心 1 国际卫星通信网球性的卫星通信网 由国际通信卫星组织 INTELSAT 经营和管理 该组织在1964年8月由19个国家创建 总部设在华盛顿 国际卫星通信组织的世界上第一颗商用卫星 晨鸟 于1965年4月6日问世 代号为IS I 经过多年的发展 该组织已有成员国100多个 使用者 含成员国 非成员国和使用国 近200个 组成了全球性最大的国际卫星通信网 90年代有IS IS 和IS 等几代卫星在轨服务 在大西洋 印度洋及太平洋地区赤道上空的同步轨道上有17 19颗国际通信卫星组织的国际卫星 1992年资料 它们承担2 3乃至1 2的国际长途通信业务和近100 的国际电视传输业务 一颗卫星的通信容易由最初的240路话路或一路电视通道发展到兼用C频段和Ku频段的上万路甚至几万路电话和2至4个模拟电视通道 吉林通信行业职业技能鉴定中心 2 国际太空通信网由国际太空通信组织 INTELSPUTNIK 经营和管理的卫星通信网 1971年11月国际太空通信组织成立 总部设在莫斯科 1979年 国际太空通信组织租用苏联 静止 系列卫星转发器组成的国际太空通信网开始运行 该系列卫星是用C频段 有全球和北半球两种波束 采用对南北不进行控制的倾斜轨道方式 主要成员国有原苏联 蒙古 越南 古巴 老挝等国及东欧各国 吉林通信行业职业技能鉴定中心 3 国际海事卫星通信网利用同步卫星进行海上移动通信的通信网 1975年 由美国通信卫星公司 COMSAT 建立的海事卫星通信网开始营运 1979年7月成立了总部设在英国伦敦的国际海事卫星组织 INMARSAT 它于1982年2月开始向国际上提供海上船舶的电报电话和数据服务 组成国际海事卫星通信网 该网所使用的同步通信卫星是 开始时是租用欧洲宇航局的MARECS卫星转发器以及COMSAT和INTELSAT的卫星转发器作为第一代海事卫星 INMARSAT 自90年代开始逐步由海事卫星组织自己发身的INMARSAT 系列卫星代替 这是第二代海事卫星 INMARSAT的通信网是全球性的 承担海上 陆上和航空移动通信业务 同步卫星与移动站之间使用L频段 同步卫星与岸站之间仍使用C频段 经岸站进入地面通信网 吉林通信行业职业技能鉴定中心 4 区域卫星通信网为一定地区进行卫星通信服务的通信网 主要有欧洲通信卫星组织 EUTELSAT 阿拉伯通信卫星组织 ARABSAT 亚洲卫星公司 ASIASAT 和亚太卫星公司 APSTAR 等经营的卫星通信网来满足本区域内的需求 此外还有一些地区 如非洲 南美洲等地区的地区性卫星通信网也在建立 区域卫星的主要特点是卫星的波束覆盖区基本局限于该区域内 不像国际卫星组织的卫星那样可以有球波束和半球波束 吉林通信行业职业技能鉴定中心 5 国内卫星通信网以国内通信为主的卫星通信网 建立国内卫星通信网的国家有美国 中国 澳大利亚 巴西 加拿大 英国 德国 法国 日本 墨西哥 印尼 印度 意大利 瑞典和原苏联各国 世界上第一颗国内同步卫星ANIK A是1973年由加拿大发射成功的美国国内同步卫星由多家公司独自经营 卫星数量多 规模大 由于原苏联有相当大的领土处于高纬度地域 同步卫星不能全部覆盖 因此在使用通信卫星的同时 也使用经北极附近的椭圆轨道 LEO 运行的通信卫星 印度尼西亚为多岛屿国家 其PALAPA系列通信卫星在通信中起着主要作用 澳大利亚 巴西 中国和印度等国领土辽阔 AUSSAT BRASILSAT CHINASAT和INSAT卫星分别在其本国通信中起着重要作用 吉林通信行业职业技能鉴定中心 6 中国国内卫星通信网中国从1985年租用国际通信卫星组织的印度洋上空卫星的半球波束转发器组织国内卫星通信网 进行卫星电视传送和对边远地区的电报电话在通信 从1988年起用自己制造和发射的卫星与租用的国际卫星转发器共同组成国内卫星通信网 至90年代 除租用国际卫星转发器外 还租用亚洲1号卫星转发器 与中国的卫星一起组成国内卫星通信网 中国将逐步过渡到以国产卫星为主 租用国际卫星和区域卫星转发器为辅的格局来组织国内卫星通信网 中国国内卫星通信网主要承担 1 中央电视节目 教育电视节目和部分省 自治区的地方电视节目的传送 2 广播节目的卫星传送 3 组织干线卫星通信电路和部分省内卫星通信电路 4 组织公用和专用甚小天线地球站 VSAT 网 包括以数据为主和以电话为主的VSAT网 5 专用单位的卫星通信网 中国国内卫星通信网的主要传输制式 电视采用传统的高频方式 通信以频分多址 FDMA 和时分多址 TDMA 60Mbit s 为主 逐步过渡到以数字方式的卫星数字通道 IDR 和TDMA 60Mbit a 为主 吉林通信行业职业技能鉴定中心 第三节通信卫星 1 通信卫星概述通信卫星是作为无线电通信中继站的人造地球卫星 通信卫星转发无线电信号 实现卫星通信地球站之间或地球站与航天器之间的卫星通信 通信卫星及其测控站组成了卫星通信系统的空间段 通信卫星可以传输电话 电报 传真 数据和电视等信息 通信卫星按有无通信转发器可分为无源通信卫星和有源通信卫星 前者是指仅用来反射无线电信号的卫星 后者是用有放大 变频功能的转发器转发信号的卫星 无源通信卫星因其反射的信号十分微弱 通信质量不佳等原因 早已不再发展 实用的通信卫星均为有源通信卫星 1958年12月美国发射世界上第一个轨道试验通信卫星 斯科尔 以来 通信卫星已得到广泛应用 吉林通信行业职业技能鉴定中心 通信卫星按运行轨道分有低轨道和静止轨道卫星 以姿态稳定方式分有自旋稳定卫星 保持自旋轴在空间定向的卫星 和三轴稳定卫星 保持相互垂直的三个轴在空间定向的卫星 按使用的业务频段分有UHF L S C X Ku Ka等频段的单频段卫星 或两种以上频段的多频段综合型卫星 按服务区分有国际 区域 国内通信卫星 以服务对象分有商用 军用 科学试验卫星 以专业用途分有直接向公众转播电视和声音广播节目的直播卫星 有用于海上 空中和陆地间通信 兼有救援和导航任务的海事通信卫星 有用于航天器与地球站之间的测控和数据信息中继传输 具有对低 中 高轨道航天器测控能力的跟踪和数据中继卫星 TDRSS 以及导航定位卫星和遥感卫星等 常用的固定卫星以C频段的居多 C频段为上行6GHz 下行4GHz 技术成熟 传输稳定 但C频段卫星在静止轨道上的位置相当拥挤 而且C频段地球站与地面的同频段微波可能发生相互干扰 吉林通信行业职业技能鉴定中心 所以在电子技术发展的基础上 Ku频段卫星的发展也很快 Ku频段为上行14GHz 下行11GHz 12GHz 大多是既有C又有Ku转发器的综合星 也有全为Ku转发器的Ku星 Ku频段的降雨衰减大 不如C频段稳定 但地球站天线小 在甚小天线地球站 VSAT 业务和卫星电视 广播业务以及应急通信方面发展很快 海事卫星则采用L频段 即船与星之间上行1 6GHz 下行1 5GHz 星与岸站之间仍用C频段 通信卫星的发展趋势 是同步轨道和低轨道移动通信卫星 扩展新频段 发展星上信息处理技术 提高定点保持和天线指向精度以及增长寿命等方面发展 吉林通信行业职业技能鉴定中心 2 通信卫星设备通信卫星上的设备 由通信 遥测 遥控 跟踪 控制 能源 温控 远地点发动机和结构等系统组成 1 通信系统通信系统包括通信转发器和通信天线 转发器是通信卫星的核心 一般是放大变频方式 也就是将收到的4GHz上行信号变频为6G下行信号 11GHz上行变频为14GHz下行等 天线是无线电波的进出口 按照要求可以做成波束覆盖区形状和大小不同的天线 如全球波束 区域波束 国内波束和点波束天线等 通信系统将接收到的自地球站发向卫星的信号放大变频后再发向地球 以实现卫星通信 2 遥测 遥控和跟踪系统遥测 遥控和跟踪系统由应答机 含信令机 遥测设备 遥控设备和测控天线组成 功能是接收地面测控站的指令信号 使星上设备按指令动作 向地面测控站发送遥测信号 提供卫星工作情况和环境信息 它还发送邻村信号和转发测距信号 以供地面测控站跟踪和定轨 吉林通信行业职业技能鉴定中心 3 控制系统控制系统由姿态测量装置 姿态控制装置和反作用推进装置组成 姿态测量装置用于测量卫星姿态 姿态控制装置用于稳定或保持卫星的正常姿态 反作用推进装置用于改变卫星的姿态和轨道 它的主要作用是在卫星发射和运行期间进行姿态和轨道控制 使卫星正确入轨 并在工作寿命期间使卫星的姿态和轨道保持在允许偏差范围内 4 能源系统能源系统又称电源系统 由太阳电池阵 蓄电池组和供电线路组成 卫星在光照区时 由太阳能电池给星上电子设备供电 并同时给蓄电充电 卫星进入阴影区 即星蚀 时 由蓄电池供电 太阳能电池片对自旋稳定卫星来说是贴固在星体的圆筒状表面 对三轴稳定卫星则贴固于伸展的太阳能电池帆板上 并要求对太阳定向 由于圆筒式太阳电池阵列随星体旋转时仅有部分电池受阳光照射 所以自旋稳定卫星的太阳能电池阵有效功率较低 仅为三轴稳定卫星太阳能电池帆板有效功率的1 3左右 吉林通信行业职业技能鉴定中心 5 温控系统温控系统对卫星进行温度控制 使星上设备在合适的温度范围内工作 温控有两种 一是有源控制 用加热器加热 它消耗星上能源 二是无源控制 即不消耗星上能源 采用散热 导热 保温等方法来控制温度 6 远地点发动机系统远地点发动机系统的任务是使用固体燃料发动机或液体燃料发动机来进行轨道变换 它在过渡轨道远地点工作 使卫星进入地球静止轨道 吉林通信行业职业技能鉴定中心 7 结构系统结构系统是把分散的设备组成一整体 并使星上各设备能承受运载火箭发射时的力学环境和入轨后的空间环境 卫星的结构外形与姿态稳定方式密切相关 一类是自旋稳定通信卫星 它是一个圆筒形自旋壳体结构 一端为伸展的天线 另一端为远地点发动机 另一类三轴稳定通信卫星 它是一个多面体壳体结构 一面是伸展的天线 另一面为远地点发动机 还有两面是向外延伸的太阳能电池帆板 以上由转发器和天线组成的通信系统又称有效载荷 其他各系统都是保障通信系统工作的 统称保障系统 吉林通信行业职业技能鉴定中心 第四节卫星通信方式 卫星通信方式是指卫星通信系统传输或分配语音 数据 图像 文字等信息时所用的工作方式 常用的卫星通信方式有 大 中容量几十路 几百路的模拟频分多址 FDMA 方式 120 60Mbit s高速时分多址 FDMA 2 1 5Mbit s 1024 512kbit s可加服用的卫星数字通道 IDR DCME卫星数字通道 数字电路复用设备 的方式 稀路由的则多用单路单载波 SCPC 早期的为压扩调频方式 CFM SCPC 后来采用数字调制方式 并有按需分配功能 如SCPC QPSK 4相移相键控 DAMA方式 速率为数Mbit s的TDMA DAMA方式等 有的还有可变带宽功能 甚小天线地球站 VSAT 系统使用扩频多址 SSMA 单路单载波方式以及数百kbit s的是分多址方式等 吉林通信行业职业技能鉴定中心 1 模拟卫星通信方式模拟卫星通信方式是指经卫星传送模拟信号或经过模拟处理的信号的通信方式 诸如频分多址 FDMA 单路单载波 SCPC 调频电视 TV FM 等 1 FDM CFDM FM FDMA方式即频分多路复用 音节压扩频分多路复用 调频 频分多址方式 又是建成FDMA方式 限制系统容量的主要因素是转发器内有非线性引起的多载波互调噪声 降低互调须将转发器输出功率降低 令其在线性区工作 成为回退 这要使功率利用率下降至饱和输出的35 之50 采用线性较好的转发器和合理的载波排列可增加容量 降低互调 2 SCPC FM CFM FDMA方式即单路单载波 调频 频分多址方式 又简称SCPC方式 由公用单元和信道单元两部分组成 话路射频占用带宽有22 5 30和45kHz三种 高保真度广播占用带宽为200 400 采用语音激活技术 可提高转发器功率利用率2 5倍 采用门限扩展技术可降低门限 C N值 4 5dB 使用语音压扩器 信噪比S N可改善17dB 15 20dB范围内 吉林通信行业职业技能鉴定中心 3 SCPC CFM方式单路单载波 音节压扩调频即适合于单路何时记录电话的应用 在INTERSAT的稀路由 VISTA 业务中为许多国家边远地区和农村提供通信服务 考虑到未来数字通信通信网的发展 中国的公用网未采用这种方式 4 CSSB AM方式即音节压扩单边带 调幅方式 它采用音节压扩 2 1 技术 传输设备由基带频分复用与分解 幅度调制与解调等部分组成 理论上36MHz的转发可传送9000条单向话路 每路4kHz 由于互调噪声和话带数据传输的要求使容量限制在6000 7800路之间 1983年1月美国电报电话公司 AT LT 研制了这种方式的系统 使用美国通信卫星公司的COMSTAR卫星在纽约和旧金山之间开通业务 使其容量为6000路 36MHz 其呼声一度甚高 但由于这种模拟方式对设备的线性要求很高以及其他种种原因 一直没有得到广泛应用 吉林通信行业职业技能鉴定中心 5 TV FM方式即电视 高频传输方式 常规的NTSC PAL SECAM彩色制式均采用彩色副载波传送色度信号 伴音副载波传输声音信号的高频电视方式 B MAC C MAC D MAC和D2 MAC是几种MAC 多重复合模拟分量 高频系统 采用时分复用将64 s的行时间分成三包 声音数据包 色度信号包和亮度信号包 与常规制式相比 MAC占用的基带宽为8 4MHz 无色度和亮度交叉损伤 门限附近图像质量优于常规系统 吉林通信行业职业技能鉴定中心 2 数字卫星通信方式数字卫星通信方式是指经卫星传送数字化的模拟信号 数字数据信号的通信方式 1 TDM PSK TDMA方式即基带时分复用 中频移相键控 时分多址方式 简称为TDMA方式 其特点为各站发射同频率的突发脉冲群 通过转发器的时间不重叠 在TDMA发身站 地面系统输入的并行比特流经缓冲存储变成串行比特流 并以脉冲方式发出 每脉冲群中含发往几个相关站的信息和报头 在接收侧解高每一个脉冲群并提取本站的信息 把串行比特流变成并行比特流接入地面系统 TDMA施行全网同步 高速TDMA要设置参考站 球波束同步 反馈同步 开环同步是三种主要同步方法 转发器单载波工作 TDMA系统不产生互调 电路调度分配很方便 输入补偿取2dB TDMA帧长是125 s的整数倍 随着网内地球站的增多 帧效率有所下降 吉林通信行业职业技能鉴定中心 TDMA系统已被广泛应用 传输速率不等 典型的是国际通信卫星组织 INTELSAT 的120Mbit s和国内通信卫星采用的60Mbit s 45Mbit s等 以60Mbit s例 其主要性能 帧长20ms 转发器带宽36MHz 最佳帧效率90 7 8前向纠错编码 FEC 跳频工作最多接入4个转器 由于TDMA设备复杂要求高 高速TDMA的推广受到一定局限 2 SS TDMA方式即星上交换TDMA业务方式 采用多波束工作 星上转发器可实现快速微波切换或基带信息处理和交换 例如动态微波开关在TDMA的一帧中把上行线TDMA的不同目的地的脉冲群接入不同的下行波束中 实现波束交换 如INTELSATVTSS TDMA 例如从东半球波束上行的TDMA可接至东半球波束的下行 快速切换到西半球波束下行 或区域波束下行等等 SS TDMA将会有广泛的发展前景 吉林通信行业职业技能鉴定中心 3 TDM PSK FDMA方式即时分复用 移相键控 频分多址业务方式 各站发射的频率在转发器内互不重叠 它具有FDM FM FDMA类似的优缺点 此种方式的卫星数字通道 IDR 方式发展很快 其4PSK载波占用带宽为0 6R R为传输速率 使用FEC改善C N值3 5dB 但增加了占用带宽 如2Mbit s载波加上报头和3 4FEC将点用1 72MHz 使用数字话音插空和低速率编码可提高传输容量4 5倍 IBS 数字专线业务 和SMS 卫星通信多种业务 等系统也属此种业务方式 IDR的信息速率为64kbit s 34Mbit s IBS的为64kbit s 8Mbit s 采用3 4和1 2率卷积编码和维持比解码 4 TDMA FDMA方式即多个TDMA载波共用同一转发器 各载波频率互不重叠 传输速率低于10Mbit s 占用部分转发器的TDMA业务方式 这种方式分两种 一种是双向使用TDMA 别一种是一个方向使用TDM 另一方向使用TDMA 吉林通信行业职业技能鉴定中心 5 SCPC PSK FDMA方式即单路单载波 频移健控 频分多址方式 原理与SCPC FM FDMA相同 但使用PCM ADPCM DM以及更低速率编码 系预分配或按需分配 DAMA 的载波分配方式 也是集中或分散控制的按需分配 DAMA 方式 各种SPC PSK业务方式中 有信道间隔为45kHz和22 5kHz的 按PCM ADPCM DM及2PSK 4PSK的不同而不等 由于PCM占用带宽宽 占用卫星功率多很少应用 ADPCM发展迅速 尤其16kbit s 8kbit s的低速率编码 SCPC PSK FDMA业务在中国公用网和专用网中已广泛用于小容量系统 吉林通信行业职业技能鉴定中心 6 CDMA方式即码分多址业务方式 他使用扩频技术 占用转发器带宽较宽 有一定保密性 发向卫星的每一个信道均分配一个自相关强 互相关弱的周期序列特征码 地址码 接受端采用相关接收技术 在工作于同一带宽和时间的众多信号中识别特征码 提取本站信息 CDMA系统分直接序列方式 跳频方式以及以上两者的组合方式等 7 VSAT方式即甚小天线地球站方式 其工作频率一般低于2Mbit s 种类较多 尚无统一的制式 一般采用SCPC TDMA SCPC TDM TDMA TDMA FDMA CDMA等传输和多址方式 适于小容量电话 广播电视和单项数据 点对点数据 双向分组数据等 由于站设在用户附近 使用极其方便 在卫星通信和光通信竞争中显示出特殊的生命力 吉林通信行业职业技能鉴定中心 第五节卫星通信地球站 卫星通信地球站是指在地球的陆上 水上 空中设置的能通过通信卫星传输信息的微波站 简称地球站 1 地球站设备卫星通信地球站由天线极其跟踪系统 低噪声放大器 LAN 系统 高功率放大器 HPA 系统 上 下变频器系统 调制 解调系统 基带变换及服用系统 站间工程勤务系统 站内控制与监视系统 电源系统及其它站内辅助系统等组成 吉林通信行业职业技能鉴定中心 1 天线设备地球站天线设备由主反射面 副反射面 馈源及跟踪伺服务系统组成 一般采用修正型卡塞格伦天线 这种天线的主反射面为抛物线旋转面 副反射面为双曲线旋转面 两面共焦点 这种天线具有高的增益 低的噪声温度 宽的频带特性和良好的幅射方向性图 天线设备的机械结构应能够承受恶劣气候所造成的影响 能准确地跟踪卫星 地球站天线就有很强的方向性 较低的噪声温度和良好的跟踪卫星能力 2 低噪声放大器 LNA 安装在天线馈源后面 是一个高灵敏度 低噪声温度的具有一定增益的放大器 低噪声放大器应具有足够宽的工作频带 在C频段工作的地球站其工作频带为3625 3700MHz到4200MHz 共575 500MHz的工作带宽 吉林通信行业职业技能鉴定中心 3 高功率放大器 HPA 把已调制好的高频信号放大到所需的发射功率 使每个发向的载波信号具有一定的有效全向辐射功率 EIRP 值 高功率放大器必须具备 高输出功率 一般根据业务需求选用功率等级 可以从几瓦 几十瓦 几百瓦到10千瓦之间选用 宽频带 要求频带能覆盖卫星的一个转发器带宽或卫星所有转发器的全部带宽 高线性度 即具有同时放大多个载波的能力 高的功率稳定度 增益起伏一般不应大于 0 25dB 高可靠性 因高功率放大器具有高输出功率 高电源电压等特点 故而其可靠性为保证卫星通信高畅通率的重要因素 地球站常用的HPA有两类 一类是速调管放大器 一类是行波管放大器 吉林通信行业职业技能鉴定中心 4 上 下变频器现以C频段的地球站为例来说明上 下变频器的作用 把70MHz或140MHz中频信号变换成6GHz的射频信号的设备称为上变频器 而把4GHZ的卫星下行频率变换成70MHz或140MHz中频信号的设备称为下变频器 在变频器里只变换频率而保持信号的频谱 变频器所具备的特性为 频率可变性 在卫星转发器所覆盖的500MHz带宽范围内应能任意变换工作频率 低的交调失真 为适应多载波在一个变频器上工作 应有足够好的交调指标 频率稳定度高 小的寄生输出 低的相位噪声 吉林通信行业职业技能鉴定中心 2 地球站终端设备地球站终端设备是指地球站设备中执行接口 基带信号处理 复接和分接 调制和解调等功能的设备 1 调制和解调在调制和解调设备之间 对一个振荡参数进行控制的过程叫做调制 其逆过程为解调 卫星通信应用最广的是频率调制和移相键控调制两种 频率调制 FM 频率调制是对被调制振荡信号的频率进行控制的过程 调制器多数是由压控 变容二极管构成的哈脱式LC振荡器 解调通常采用门限扩展技术 普通解调器的门限为10 12dB 而门限扩展解调器的门限为6dB 通常有高频反馈式 动态跟踪滤波器式和锁相环式 调制解调器参数包括调制线性 频率响应 微分特性及门限等 与地面微波相比 卫星通信系统频偏大 需要在整个转发器频带内具有良好线性和群时延特性 频率调制广泛使用于频分多路复用 FDM 单路单载波 SCPC 和电视 TV 系统中 吉林通信行业职业技能鉴定中心 频移键控 PSK 移相键控是对被调制振荡信号的相位进行控制的过程 在幅度键控 ASK 频移键控 FSK 幅相键控 APK 移相键控 PSK 中 由于PSK在误码特性 需要带宽 射频功率 电路复杂程度等方面均显示出较优性能 并易于多相调制 在数字卫星通信系统中最常用 其中2和4相PSK应用普遍 8相PSK应用较少 典型的4相PSK调制过程是 调制输入被分为两组并行码 先进行差分编码 后经过两低通滤波器接入双平衡混频器 调制 解调输出的两组并行码经过低通滤波器进行差分编码 消除恢复载波的相位模糊 其占用转发器带宽为0 6R Hz 分配转发器带宽为0 7R Hz R为传输速率 调制 解调常可做成可变速率 例如64kbit s 8 448Mbit s 的 吉林通信行业职业技能鉴定中心 2 复用设备多路复用是将若干个带有信息的信号合并成更复杂的复用信号 其逆过程则是将复用信号还原 多路复用分为频分多路复用和时分多路复用两类 通常处在交换和基带设备之间 频分多路复用频分多路复用 FDM 是多个话音通道在基带频率上按频率顺序排列合并成一个宽带信号的过程 多路复用设备包括由12条电话信道组成的基群信道变换单元 把5个基群组成一个超群的基群变换单元 把超群送到基带的超群变换单元 为各变换单元提供载波的载波发生单元以及基群和超群滤波器等 所有复用级均由基础基群 60 108kHz 和基础超群 312 552kHz 经频率变换后组成 典型的复用级有 12路 12 60kHz 60路 12 252kHz 132路 12 552kHz 312路 12 1300kHz 972路 12 4028kHz 1332路 12 5884kHz 1872路 12 8120kHz 吉林通信行业职业技能鉴定中心 时分多路复用时分多路复用 TDM 是多个话音PCM信道在时间域内顺序排列合并成一个单一数据流的过程 时分多路复用器由定时 包括帧定位信号产生 码速调整和汇接等单元组成 分接器由定时 同步 分接和支路复原等单元组成 64bit sPM复用等级如书中表所列 另采用欧洲系统 卫星通信中卫星数字通道 IDR 载波最高的速率为三次群 3 基带设备在FDM FM和TV FM系统中 与调制器输入和解调器输出连接的基带设备单元 它包括基带放大 滤波和预加重网络 在TV FM中还包括伴音调制 解调 音频放大 滤波等电路 基带设备有时和调制 解调设备放在一起 吉林通信行业职业技能鉴定中心 4 数字电路倍增设备 DCME 将ADPCM编码和数字话音插空 DSI 技术融为一体的设备 5 TDMA公共终端设备在射频上 下行设备和TDMA接口模块 TIM 之间 位于TDMA终端内 在发送侧该单元把TIM的发送信自成存储在压缩缓冲器内 然后以传输比特速率读出 在接收侧 信息子帧比特进入扩展缓冲器 并被连续读出 送给TIM 该单元还包括子帧定时和控制 调制和解调等 6 回音抵消器抵消由于二 四线混合线圈 亦称差动电路 与交换机间不匹配而产生回音 吉林通信行业职业技能鉴定中心 第六节甚小天线地球站 甚小天线地球站是指一种天线口径很小的卫星通信地球站 简称VSAT 又称微型地球站 小型地球站等 它的特点是天线直径很小 一般只有0 3 2 4m 设备结构紧凑 固体化 智能化 价格便宜 安装方便 对使用环境的要求不高 且不受地面网路的局限 组网灵活 甚小天线地球站于20世纪80年代最先在美国兴起 由于它具有上述特点 发展很快 并被认为是30多年来卫星通信技术的转折性发展 吉林通信行业职业技能鉴定中心 1 设备组成甚小天线地球站由室外单元和室内单元两部分组成 1 室外单元甚小天线地球站的射频设备 包括小口径天线 低噪声放大器 LNA 上 下变频器 固态放大器 SSPA 为减少信号功率的损耗和降低噪声 一般都将SSPA LNA 上下变频器直接安装在天线后面 并由室内经电缆供电 因室外工作环境恶劣 室外设备既要密封 为了防雨防潮 又要能承受温度的大范围变化 一般要从 40 30 至50 60 的温度变化 因此 对室外单元各个部件的要求极高 高功率放大器在VSAT站均用固态放大器 SSPA 一般输出功率为5 10 20W不等 2 室内单元甚小天线地球站的中频及基带部分 包括调制 解调 前向纠错编 译码器以及基带设备 其具体组成视业务类型不同而略有不同 吉林通信行业职业技能鉴定中心 2 甚小天线地球站卫星通信网 VSAT网 甚小天线地球站卫星通信网是由众多甚小天线地球站 通信卫星转发器一级天线较大的中心站 若无较大天线的中心站 则由配备有网控设备的VSTA站起到中心站的作用 来组成为新通信网 网中有无中心站 又称主站 取决于网结构 VSTA网根据业务性质可分为 以数据通信为主的网 以话音通信为主的网 以及以卫星电视接收为主的网 VSAT网根据其网结构可分为星状网 网状网以及 星网混合网 1 星状网网络设有一个天线直径较大的中心站 所有的VSAT站都连接到中心站 其卫星通信路由为VSAT地球站之中心站和中心站至另一VSAT站 也就是说 一个VSAT站至另一个VSAT站之间的通信须经中心站通过卫星两跳而成 整个网络的状态监测 网路控制 卫星信道的分配以及通信线路的建立均有中心站来承担 中心站如发生故障 将是全网陷入瘫痪状态 所以中心站的设备需有备份 可靠性要求较高 吉林通信行业职业技能鉴定中心 2 网状网即无大型中心站的网络 任一小地球站设置网控设备后即成为网中心 网状网是稀路由的卫星通信方式 一般远端小站只有3 4路话路容量 也可有限度地少量扩容 网状网的优点是任意两个小天线地球站之间均可经卫星一跳直接建立通信 并且任一小天线地球站 如不是网控中心站 发生故障 不会影响全网中作 缺点是地球站的天线直径较大 如C频段工作的 直径达4 5m 价格也较高 这种网主要用于公用或专用稀路由话音业务 3 星网混合网星状网与网状网的混合应用 兼有两者的特点 吉林通信行业职业技能鉴定中心 自测训练题 吉林通信行业职业技能鉴定中心 1 卫星通信是利用人造地球卫星作为 来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信 2 多路复用分为频分多路复用和 两类 3 同步卫星通信是指在地球赤道上空约 km的太空中围绕地球的圆形轨道上运行的通信卫星 4 卫星通信应用最广的调制方式是频率调制和 两种 5 国际卫星的通信方式已由以模拟频分方式为主 转向以 方式为主 6 国际卫星通信的极化方式为 7 卫星通信网是由一个或数个通信卫星和指向卫星的若干个 组成的通信网 8 不在地球同步轨道上运行的低轨卫星多在 中运用 通信卫星的温控方式有两种 即 和无源控制 9 数字卫星通信 方式的特点为发射同频率的突发脉冲群 通过转发器的时间不重叠 一 填空题 吉林通信行业职业技能鉴定中心 10 卫星通信地球站天线设备由主反射面 副反射面 馈源及跟踪伺服系统组成 一般采用修正型 天线 11 数字卫星通信 方式使用扩谱技术 占用转发器带宽较宽 有一定保密性 12 卫星通信地球站的频分多路复用是多个话音通道在基带频率上按频率顺序排列合并成一个 的过程 13 卫星通信地球站的时分多路复用是多个话音PCM信道在时间域内顺序排列合并成一个单一 的过程 14 通信卫星是作为无线电通信 的人造地球卫星 15 卫星通信的上行链路干扰 GHz微波系统 下行链路受 GHz微波系统的干扰 16 卫星通信地球站是指在地球的陆上 水上 空中设置的能通过通信卫星传输信息的 简称地球站 17 甚小天线地球站 VSAT 网根据其网结构可分为星状网 网状网以及 18 卫星的服务区域划分 有 和国内卫星通信网等 19 通信卫星远地点发动机系统的任务是使用固体燃料发动机或液体燃料发动机进行轨道变换 它在过渡轨道 地点工作 使卫星进入地球静止轨道 吉林通信行业职业技能鉴定中心 二 单项选择题 1 地面上用微波接力通信系统进行的通信 因系视距传播 平均每 km假设参考电路要经过每跨距约为46km的54次接力转接 A 1500B 2500C 3500D 45002 国内卫星通信一般的TDMA方式的速率在 Mbit s以下 A 60B 120C 180D 2003 国内卫星通信的极化方式一般为 个别也有用圆极化的 A 垂直极化B 水平极化C 线极化D 双圆极化4 卫星地球站通过赤道上空的通信卫星的转发进行通信 视地球站纬度高低 其一跳的单程空间距离为72000 km A 80000B 82000C 90000D 920005 海事卫星采用L频段 即船与星之间上行1 6GHz 下行 GHz A 0 8B 1 0C 1 2D 1 5 吉林通信行业职业技能鉴定中心 6 常用的固定卫星以C频段的居多 C频段为上行6GHz 下行 GHz A 4B 6C 8D 107 Ku频段卫星为上行 GHz 下行11GHz 12GHz A 10B 14C 18D 228 国际卫星通信已由以模拟频分方式为主 转向以 方式为主 A 模拟频分B 数字时分C 数字频分D 模拟时分9 卫星移动通信业务使用 频段 A LB SC CD Ku10 卫星通信系统包括通信转发器和 A 收信机B 发信机C 通信天线D 基站11 通信卫星中自旋稳定卫星的太阳能电池阵有效功率为三轴稳定卫星太阳能电池帆板有效功率的 左右 A 1 2B 1 3C 1 4D 1 5 吉林通信行业职业技能鉴定中心 12 地球站复用设备通常处在 和基带设备之间 A 调制器B 混频器C 功率放大器D 交换13 模拟卫星通信单路单载波 调频 频分多址方式采用语音激活技术 可提高转发器功率利用率 倍 A 1B 1 5C 2D 2 514 同步卫星通信是指在地球赤道上空约 km的太空中围绕地球的圆形轨道上运行的通信卫星 A 18000B 36000C 54000D 6000015 模拟卫星通信单路单载波 调频 频分多址方式采用门限扩展技术可降低门限 C N值 dB A 1 2B 2 3C 3 4D 4 516 数字卫星通信TDM PSK FDMA方式使用数字话音插空和低速率编码可提高传输容量 倍 A 1 2B 2 3C 3 4D 4 517 通信卫星中自旋稳定卫星的太阳能电池阵有效功率较低 仅为三轴稳定卫星太阳能电池帆板有效功率的 左右 A 1 2B 1 3C 1 4D 1 5 吉林通信行业职业技能鉴定中心 三 多项选择题 1 数字卫星通信方式有 A 数字话音插空的时分多址B 不加话音插空的时分多址C 星上交换时分多址D 卫星数字通道方式2 卫星通信网按卫星的服务区域划分 有 和国内卫星通信网等 A 国际卫星通信网B 区域卫星通信网C 模拟通信网D 数字通信网3 通信卫星按使用的业务频段分有UHF Ku Ka等频段的单频段卫星 或两种以上频段的多频段综合型卫星 A LB SC CD X4 甚小天线地球站的中频及基带部分 包括 以及基带设备 A 调制B 解调器C 前向纠错编D 译码器5 通信卫星地球站终端设备是指地球站设备中 等功能的设备 A 执行接口B 基带信号处理C 复接和分接D 调制和解调 吉林通信行业职业技能鉴定中心 6 同步卫星通信业务有卫星固定通信业务