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卫星通信基础知识讲座 内容 1 基本概念2 卫星通信系统3 卫星通信技术4 几个问题5 现有卫星通信系统介绍 1 基本概念 1 1什么是卫星通信 是指地球站之间利用人造地球卫星中继转发 而实现的无线通信 1 基本概念 1 2通信卫星的类型按轨道类型分 1 赤道卫星 其轨道面与赤道面重合 2 极轨道卫星 其轨道面与赤道面垂直 这种卫星穿过地球南 北两极的上空 3 倾斜轨道卫星 其轨道面相对于赤道面是倾斜的 1 基本概念 1 2通信卫星的类型按高度分 1 低高度卫星 h 1500km 2 中高度卫星 8000km h 12000km 3 高高度卫星 h 20000km 范艾伦高速粒子带 1 基本概念 1 2通信卫星的类型同步卫星 1 基本概念 1 3日凌中断与星蚀春分和秋分前后还存在星蚀 卫星进入地球的阴影区 和日凌中断 卫星处于太阳和地球之间 受强大的太阳噪声影响而使通信中断 现象 1 基本概念 1 4单跳 双跳 1 基本概念 1 5卫星通信频段 1 C波段 4 6GHZ设备成熟 可用带宽500MHz 大部分国际卫星通信 尤其是商业卫星通信都使用此频段 雨衰小 1 2dBC波段工作频段选择可以有以下选择 1 基本概念 1 5卫星通信常用频段 1 C波段 4 6GHZ扩展C特点 租用费用便宜 对L波接口的调制器 接收机 功放 天线均有扩展频段要求 价格比标准设备高 下行与地面有重叠 受地面3 5GHzWBA LMDS等业务影响 干扰可达55dB 造成卫星接收机收通道饱和 1 基本概念 1 5卫星通信常用频段 2 Ku波段 11 或12 14GHZ国际通信卫星从第五代开始使用此频段 国家的民用卫星通信和广播卫星业务大多使用此频段 可用带宽1400MHz 雨衰大 一般5 10dB 1 基本概念 1 5卫星通信常用频段 3 Ka波段 20 30GHz目前用于宽带卫星通信系统 使用该频段时 可用带宽可增大到3 5GHZ 为4 6GHZ时的7倍 但降雨影响相当严重 最大可达30dB IPStar 关口站到卫星铱系统 星际链路 1 基本概念 1 5卫星通信常用频段 4 UHF 0 3 1Ghz L波段 1 2GHz 目前主要用于非同步卫星或移动业务的卫星通信 用于车辆 舰船和飞机上 北斗 铱系统 全球星等1992年国际电联的WARC大会对卫星移动通信的频率分配主要是 1 L波段 1530MHz 1660MHz S波段 2483 2500MHz 下行 作为主要业务分配给大LEO BigLEO 2 VHF和UHF频段 137MHz 400MHz分配给LEO littleLEO 作为非话业务频段 1 基本概念 1 5卫星通信常用频段 4 UHF 0 3 1Ghz L波段 1 2GHz 为什么各种卫星移动选择L频段 除小LEO外 各种卫星移动业务都要挤在L频段 原因是虽然L频段以上的更高的频率资源丰富 但研究表明 200 2500MHz频段对树木 房屋的阴影效应小 空间衰耗也不甚大 卫星移动业务正合需要 可是较低频段如地面800MHZ 900MHZ频段的蜂窝移动电话系统 800MHZ集群调度系统 以及广播 电视业务都已挤满 只有L频段还可调整 1 基本概念 1 5卫星通信频段 1 基本概念 1 7工作频率与雨衰的关系 1 基本概念 1 7工作频率与天线尺寸 带宽 雨衰的关系小结 频率 低 高 天线 大 小 雨衰 低 高 带宽 窄 宽 2 卫星通信系统 对卫星进行跟踪测量 控制其准确进入静止轨道上的指定位置 待卫星正常运行后 要定期对卫星进行轨道修正和位置保持 对定点的卫星在业务开通前 后进行通信功能的监测和控制 例如对卫星转发器功率 卫星天线增益以及各地球站发射的功率 射频频率和带宽等基本通信参数进行监控 以保证正常通信 2 卫星通信系统 2 1通信卫星 电源分系统 通信转发器 遥测与指令分系统 天线分系统 2 卫星通信系统 2 1通信卫星 通信转发器透明转发器 地面发来的信号仅进行低噪声放大 变频和功率放大后发回地面 对信号不作任何其他处理的转发器 即单纯完成转发任务的转发器 处理转发器 指除了信号转发外 还具有信号处理功能的转发器 2 卫星通信系统 2 1通信卫星 转发器主要参数 工作频段带宽功率结合收发天线后的参数有 G T值 反应卫星接收噪声性能饱和通量密度 FSD 反应卫星接收灵敏度全向辐射功率 EIRP 反应卫星发射功率 2 卫星通信系统 2 2通信地球站 2 卫星通信系统 2 2通信地球站 上变频 发中频 基带处理 业务接口 收中频 下变频 双工器 天线驱动伺服 供电 高功放 LNA 天线 2 卫星通信系统 2 2通信地球站2 2 1波导 微波传输线口大频率低 口小频率高 2 卫星通信系统 2 2通信地球站2 2 2天线 卡塞格伦天线 2 卫星通信系统 2 2通信地球站2 2 2天线 偏馈天线 馈源 反射面 2 卫星通信系统 2 2通信地球站2 2 2天线 主要技术参数 工作频段天线直径天线增益方向图 旁瓣特性 噪声温度 2 卫星通信系统 2 2通信地球站2 2 2天线 2 卫星通信系统 2 2通信地球站2 2 3功放 行波管功放 TWTA 微波电子管 大功率 400W以上 线性差 寿命6 10年 便宜 固态功放 SSPA SSPB 砷化镓场效应管 中小功率 线性好 寿命10年以上 贵 2 卫星通信系统 2 2通信地球站2 2 4低噪声放大器 LNA LNB 微波信号低噪声放大带下变频 LNB 或不带 LNA 带10MHz参考输入或不带主要指标 工作频率噪声温度增益本振稳定性 3 卫星通信技术 3 1基带信号与频带信号基带信号 未进行调制前的模拟或数字信号 频带信号 模拟或数字信号经过调制后所得到的信号 数字信号 模拟信号 频带信号 3 卫星通信技术 3 2多路复用 频分复用不同频率范围的频带信号在时间上混合 OFDM正交频分复用COFDM编码正交频分复用 3 卫星通信技术 3 3信道差错控制编码3 3 1什么是差错控制编码 通过信息比特码流中插入一些额外的差错控制比特 使信息比特与差错控制比特之间符合某种给定的约束关系 3 3 2差错控制编码类型反馈纠错 ARQ前向纠错 BCH RS码 卷积码 Turbo码 LDPC码 3 卫星通信技术 3 4信道调制3 4 1什么是调制 将基带信号频谱搬移到指定载波频率位置的过程 3 4 2常用调制方式模拟 AM FM数字 BPSK QPSK等 3 卫星通信技术 3 4信道调制3 4 1什么是调制 将基带信号频谱搬移到指定载波频率位置的过程 3 4 2常用调制方式模拟 AM FM数字 BPSK QPSK等 BPSK 3 卫星通信技术 3 4信道调制3 4 1什么是调制 将基带信号频谱搬移到指定载波频率位置的过程 3 4 2常用调制方式模拟 AM FM数字 BPSK QPSK等 3 卫星通信技术 3 4信道调制3 4 1什么是调制 将基带信号频谱搬移到指定载波频率位置的过程 3 4 2常用调制方式模拟 AM FM数字 BPSK QPSK 8PSK QAM等 8PSK 3 卫星通信技术 3 4信道调制3 4 1什么是调制 将基带信号频谱搬移到指定载波频率位置的过程 3 4 2常用调制方式模拟 AM FM数字 BPSK QPSK 8PSK QAM等 64QAM 3 卫星通信技术 3 5多址联接方式3 5 1什么是多址联接方式 所谓多址联接 是指在卫星的覆盖区内 各地球站通过共同的卫星 同时分别建立相互之间的通信线路 实现多址联接的关键是各地球站所发信号经卫星转发器混合与转发后应能为相应的对方站识别 同时 各站信号之间的干扰要尽量小 实现多址联接的技术基础是信号分割 3 卫星通信技术 3 5多址联接方式3 5 2多址联接方式分类依据信号的不同参量来分割 有不同的多址联接方式 常见的有 频分多址 FDMA 时分多址 TDMA 码分多址 CDMA 空分多址 SDMA 3 卫星通信技术 3 5多址联接方式3 5 2多址联接方式分类1 频分多址 FDMA 按分配给各站的射频载波频率不同区分站址的方式称为频分多址方式 3 卫星通信技术 3 5多址联接方式3 5 2多址联接方式分类1 频分多址 FDMA 特点 技术成熟 设备简单 不需要网同步 存在互调和交调干扰 功放必须工作于甲类各载波之间要留有足够宽的保护频带各站发射功率必须严格控制 存在强信号抑制弱信号的现象 3 卫星通信技术 3 5多址联接方式3 5 2多址联接方式分类1 频分多址 FDMA 典型FDMA方式 SCPCSCPC是英文SingleChannelPerCarrier的缩写 即每载波仅传送一路话音 或数据信号 3 卫星通信技术 3 卫星通信技术 3 5多址联接方式3 5 2多址联接方式分类2 时分多址 TDMA 按分配给各站的不同工作时隙区分各站的信号 3 卫星通信技术 3 5多址联接方式3 5 2多址联接方式分类2 时分多址 TDMA 特点 单载波工作 没有交调 功放可工作于非线性 功率效率高频带利用率高要有精确的同步 以保证各站突发信号到达转发器的时间不发生重叠 3 卫星通信技术 3 5多址联接方式3 5 2多址联接方式分类2 时分多址 TDMA 特点 单载波工作 没有交调 功放可工作于非线性 功率效率高频带利用率高要有精确的同步 以保证各站突发信号到达转发器的时间不发生重叠 3 卫星通信技术 3 5多址联接方式3 5 2多址联接方式分类3 空分多址 SDMA 利用卫星天线的不同空间指向区分不同区域地球站信号的多址联接称为空分多址 采用空分多址方式工作的卫星需有星上交换设备 SS 经常与其他多址方式相结合实现多址联接 如与FDMA TDMA结合等 卫星天线增益高 波束窄 卫星功率可得到合理有效的利用 不同区域地球站的信号在空间指向上互不重叠 可实现频率重复使用 空中交换功能姿态稳定度要求高 要有较庞大和复杂的天线 各天线的波束指向不同 3 卫星通信技术 3 5多址联接方式3 5 2多址联接方式分类4 码分多址 CDMA 按分配给各站不同的地址码来区分地址的方式 它根据扩频通信原理实现 即对各地球站分别用各不相同的 互不相关的伪随机码 地址码 将发送的信号进行扩频调制 这样 即使各站发射的信号在频率 时间 空间上相互重叠 也不会出现相互干扰 3 卫星通信技术 3 卫星通信技术 3 5多址联接方式3 5 2多址联接方式分类4 码分多址 CDMA 特点 有较强的抗干扰能力 有较好的隐蔽性 改变地址较灵活方便 不需要网同步 频带利用率较低 通信容量较小 3 卫星通信技术 3 6信道分配方式预分配 PA 将频率资源预先分配给地球站 不用也空着 按需分配 DAMA 需要时申请频率资源 再分配给地球站 用完后还回 按需分配带宽 BOD 随业务码流的变化动态分配带宽 4 几个问题 a 垂直极化 b 水平极化 c 右旋圆极化 d 左旋圆极化 f 左旋椭圆极化 e 右旋椭圆极化 4 1什么是圆极化与线极化 自由空间电磁波通常以电场的取向作为电波极化方向 4 两个问题 4 2什么是EIRP EffectiveIsotropicRadiatedPower 有效等向辐射功率 EIRP G Pt 天线增益G 发射功率Pt 1 G Pt 天线增益1 发射功率G Pt 功率通量密度 点天线以G Pt功率发射 卫星 4 几个问题 4 3为什么不把Ku波段的天线做得手机天线这么小 理论上可以 线天线 实际不可用 到了Ku波段时 电波是以直线传播的 天线处的接收信号很微弱 5 现有卫星通信系统介绍 5 1铱系统 1 1988年美国摩托罗拉公司提出的一种低轨道移动卫星通信系统 最初是由77颗小型智能卫星组成 在780公里的地球上空围绕7个极地轨道运行 通过微波彼此互连成网络 后来又提出改由66颗卫星来完成 并于1998年建成 5 现有卫星通信系统介绍 5 1铱系统 2 极地圆轨道高度约 每个轨道平面分布 颗在轨运行卫星及 颗备用卫星 每颗卫星重 5 现有卫星通信系统介绍 5 1铱系统 3 采用了其特有的 代表了现代高科技最新成果的 星上处理技术 和前所未有的 星际链路技术 提供的主要业务 电话 传真 2 4kbps 数据 2 4kbps 寻呼 5 现有卫星通信系统介绍 5 1铱系统 4 1999年8月13日 由美国摩托罗拉公司牵头组建的铱星公司正式申请破产保护 于2000年3月17日一3月18日午夜停止全部运营 地面蜂窝网已经趋于完善手机价格和通话费用太高 在中国大陆对地面固定和移动电话的国内通话费是每分钟9 8元人民币 国际通话费每分钟27 4元 铱卫星手机对铱卫星手机每分钟14 3元 地面固定和移动电话呼叫铱卫星手机每分钟14元 每月基本费250元 终端供货不足债务过高 5 现有卫星通信系统介绍 5 2GPS系统 GPS系统是美国70年代开始研制的新一代卫星定位系统 6个轨道面上的24颗卫星网状星座方案 自1995年宣布达到全运行工作能力以来 工作一直很正常 明年将发射改进型的第二代GPS卫星 并计划于2014年发射第一颗型号为3A的第三代GPS卫星 第三代GPS卫星现阶段已完成初步设计 预计2012年出厂 与现有GPS相比 GPS 的信号发射功率