卫星通信技术ppt课件

1、Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通讯技术卫星通讯技术中继站升到天空的微波通讯中继站升到天空的微波通讯Center for Wireless Communications (CWC), BUPT概要概要卫星通讯的开展卫星通讯的开展卫星通讯的特点卫星通讯的特点卫星通讯系统组成卫星通讯系统组成卫星通讯多址技术卫星通讯多址技术同步卫星通讯系统同步卫星通讯系统挪动卫星通讯系统挪动卫星通讯系统我国的卫星通讯简介我国的卫星通讯简介平流层通讯系统引见平流层通讯系统引见Center for Wireless Communications (CWC)

2、, BUPT什么是卫星通讯什么是卫星通讯利用人造卫星构建的通讯系统利用人造卫星构建的通讯系统技术相当于中继站升到天空的微波通讯技术相当于中继站升到天空的微波通讯卫星通讯可以是卫星通讯可以是电信网中的传输链路电信网中的传输链路位置相当于地面接力微波通讯、光缆位置相当于地面接力微波通讯、光缆独立的通讯网络独立的通讯网络例如：卫星电视广播、卫星挪动通讯系统、例如：卫星电视广播、卫星挪动通讯系统、VSAT系统等系统等能够与公网衔接或者不衔接能够与公网衔接或者不衔接Center for Wireless Communications (CWC), BUPT与微波通讯不一样的地方：与微波通讯不一样的地方：

3、间隔长间隔长害处害处衰减大衰减大时延伸时延伸益处益处可快速建立通讯系统，本钱与间隔无关可快速建立通讯系统，本钱与间隔无关便于广播便于广播便于挪动便于挪动便于多址通讯便于多址通讯Center for Wireless Communications (CWC), BUPT与微波通讯不一样的地方：与微波通讯不一样的地方：卫星能够在动卫星能够在动害处害处多普勒多普勒天线跟踪天线跟踪卫星会转到坏的方向卫星会转到坏的方向益处益处卫星会转到好的方向卫星会转到好的方向存储转发方式下，单星可覆盖全球存储转发方式下，单星可覆盖全球Center for Wireless Communications (CWC),

4、BUPT卫星通讯开展卫星通讯开展卫星通讯实验期卫星通讯实验期19541964无源卫星实验无源卫星实验有源卫星有源卫星椭圆轨道、同步轨道椭圆轨道、同步轨道卫星通讯适用阶段卫星通讯适用阶段1964IntelsatInmarsat铱系统铱系统全球星全球星Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通讯的特点卫星通讯的特点通讯间隔远，通讯本钱与间隔无关通讯间隔远，通讯本钱与间隔无关以广播方式，易于实现多址通讯以广播方式，易于实现多址通讯通讯容量大，业务种类多通讯容量大，业务种类多Center for Wireless Communications (

5、CWC), BUPT卫星通讯技术特殊性卫星通讯技术特殊性先进的空间电子技术先进的空间电子技术信号时延大信号时延大卫星姿态控制卫星姿态控制其他其他Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通讯运用的频率卫星通讯运用的频率Center for Wireless Communications (CWC), BUPT频率：无线电窗口频率：无线电窗口110G最理想最理想此频段已给地面微波此频段已给地面微波卫星也用，但需留意干扰卫星也用，但需留意干扰10G以上以上降雨的影响不可忽视降雨的影响不可忽视天线可以小一些天线可以小一些Center for Wi

6、reless Communications (CWC), BUPT卫星通讯系统组成卫星通讯系统组成通信卫星地面站地面站控制中心PSTNPSTN卫星通信系统Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通讯系统组成卫星通讯系统组成控制与管理系统控制与管理系统星上系统星上系统地球站地球站Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通讯系统卫星通讯系统基带处理中频调制上变频功率放大中频滤波基带处理中频调制下变频低噪放大中频滤波Center for Wireless Communications (C

7、WC), BUPT卫星轨道卫星轨道轨道不同将导致技术的差别轨道不同将导致技术的差别GEO：地球同步卫星：地球同步卫星HEO：高轨卫星：高轨卫星MEO：中轨卫星：中轨卫星LEO：低轨卫星：低轨卫星Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星轨道卫星轨道GEO衰减大，覆盖全球需求的星少衰减大，覆盖全球需求的星少 ，发射本钱高，发射本钱高HEO高倾斜轨道覆盖特定地域高倾斜轨道覆盖特定地域LEO衰减小，需求的星多衰减小，需求的星多MEO兼有高低轨的优缺陷兼有高低轨的优缺陷Center for Wireless Communications (CWC)

8、, BUPT卫星轨道卫星轨道圆轨道、椭圆轨道圆轨道、椭圆轨道赤道轨道、倾斜轨道、极轨卫星赤道轨道、倾斜轨道、极轨卫星高轨道高轨道覆盖好、通讯时间长，但间隔长覆盖好、通讯时间长，但间隔长低轨道低轨道覆盖小、通讯时间短，但间隔近覆盖小、通讯时间短，但间隔近轨道轨道Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通讯多址技术卫星通讯多址技术FDMA单址载波单址载波多址载波多址载波单路单载波单路单载波TDMACDMASDMA随机多址随机多址Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址联接多址联接:FDM

9、A单址载波单址载波Single Destination Carrier多址载波多址载波Multiple Destination Carrier例如北京上星、上海下，然后分路到上海、南京、杭州，从而借助卫星例如北京上星、上海下，然后分路到上海、南京、杭州，从而借助卫星实现了北京分别到上海、南京、杭州的通讯实现了北京分别到上海、南京、杭州的通讯制式制式模拟：模拟：FDM/FM/FDMA数字：数字：TDM/QPSK/FDMAOQPSK：非线性放大问题：非线性放大问题Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址联接：多址联接：FDMA单路单载波：单路

10、单载波：SCPCSingle Circuit Per Carrier适用于稀路由通讯适用于稀路由通讯DAMA：按需分配多址：按需分配多址SPADE系统：忙闲表系统：忙闲表数字制式：数字制式：DM或或PCM/QPSK/FDMACenter for Wireless Communications (CWC), BUPT多址联接：多址联接：FDMA多路单载波：多路单载波： MCPCDCME：数字电路倍增器：数字电路倍增器话音插空话音插空ADPCM典型倍增值：典型倍增值：4FDMA的缺陷的缺陷维护带宽维护带宽交调交调FDMA的优点的优点简单简单载波的自主性：载波的自主性：无需像无需像TDMA那样需求同

11、其它用户协调那样需求同其它用户协调Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址联接：多址联接：TDMA无交调无交调无需维护带宽无需维护带宽无需双工器无需双工器需求中心控制站，以协调全网同步需求中心控制站，以协调全网同步同步的捕获与跟踪同步的捕获与跟踪星地时延能够远大于时隙星地时延能够远大于时隙突发方式突发方式制式：制式：TDM/QPSK/TDMACenter for Wireless Communications (CWC), BUPT多址联接：多址联接：CDMA主要用于低速数据、挪动业务、小站等主要用于低速数据、挪动业务、小站等多址的灵敏性

12、多址的灵敏性挪动通讯挪动通讯VSAT下行降低对数字微波的干扰下行降低对数字微波的干扰小站往往在城市中，城市中微波频率也用于地面微波系统。扩频使卫星小站往往在城市中，城市中微波频率也用于地面微波系统。扩频使卫星信号的功率谱密度降低信号的功率谱密度降低上行降低对邻星的干扰上行降低对邻星的干扰小站指向性差小站指向性差Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址联接：多址联接：SDMA经过天线的指向性来区别不同的地球站经过天线的指向性来区别不同的地球站多点波束卫星多点波束卫星星上波束切换星上波束切换Center for Wireless Commun

13、ications (CWC), BUPT多址联接：随机接入分组通讯多址联接：随机接入分组通讯ALOHAS-ALOHAPRMACenter for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通讯系统的业务卫星通讯系统的业务固定业务固定业务FSS为固定点提供双向通讯为固定点提供双向通讯话音、数据话音、数据广播业务广播业务BSS点到面的单向传输点到面的单向传输电视广播、音频广播、电视广播、音频广播、IP广播广播挪动业务挪动业务MSS为挪动终端提供通讯业务为挪动终端提供通讯业务挪动到挪动挪动到挪动 挪动到固定挪动到固定Center for Wireless Commun

14、ications (CWC), BUPT固定业务固定业务以以Intelsat为代表，包括许多的国际及国内卫星系统为代表，包括许多的国际及国内卫星系统业务包括业务包括国际国内国际国内电视节目传送电视节目传送数据业务：电报、电子印刷、数据业务：电报、电子印刷、Internet链路等链路等Center for Wireless Communications (CWC), BUPT广播业务广播业务也称也称DBSDirect Broadcasting SatelliteBroadcast Satellite Service (BSS)Direct To Home (DTH) service特点特点Lin

15、k between terminal and publicHome dishes小天线、机顶盒小天线、机顶盒Center for Wireless Communications (CWC), BUPT广播卫星的制式广播卫星的制式模拟模拟FM方式传输全电视信号方式传输全电视信号数字数字DVB-SMPEG2: 紧缩、组成紧缩、组成MPEG流流FEC: RS+CCQPSK多址多址FDMA为主，也有为主，也有TDMACenter for Wireless Communications (CWC), BUPT广播卫星广播卫星覆盖Center for Wireless Communications (CW

16、C), BUPTIntelsat组织及其系统组织及其系统1965年成立，世界性的商业组织年成立，世界性的商业组织世界上最早、开展最迅速、普及全球的国际卫星通讯系统。世界上最早、开展最迅速、普及全球的国际卫星通讯系统。承当大部分国际通讯业务和全球性电视广播业务。承当大部分国际通讯业务和全球性电视广播业务。Center for Wireless Communications (CWC), BUPTIntelsat卫星开展卫星开展Center for Wireless Communications (CWC), BUPTIntelsat业务业务100多种业务多种业务国际、电视为主要业务国际、电视为主

17、要业务数据业务：电报、电子印刷等数据业务：电报、电子印刷等Center for Wireless Communications (CWC), BUPT同步卫星通讯系统同步卫星通讯系统CAB231交叠覆盖区Center for Wireless Communications (CWC), BUPT同步卫星通讯系统同步卫星通讯系统三颗星覆盖全球三颗星覆盖全球不能覆盖极地不能覆盖极地多数卫星通讯系统用多数卫星通讯系统用GEO例如：例如：干线传输电信干线传输电信VSAT企业企业电视直播电视直播某些挪动系统某些挪动系统Center for Wireless Communications (CWC), B

18、UPT星蚀与日凌星蚀与日凌星蚀星蚀地球挡住了太阳地球挡住了太阳太阳能电池太阳能电池日凌日凌地球站、星、日成一条线，地球站直指太阳地球站、星、日成一条线，地球站直指太阳太阳辐射太阳辐射Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星姿态控制卫星姿态控制保证通讯天线指向地球的预订区域保证通讯天线指向地球的预订区域陀螺原理陀螺原理自旋稳定自旋稳定消旋消旋三轴稳定三轴稳定方向探测方向探测地球、太阳等的红外辐射地球、太阳等的红外辐射Center for Wireless Communications (CWC), BUPT波束波束全球波束全球波束覆盖卫星所

19、见的地球外表覆盖卫星所见的地球外表半球波束半球波束点波束点波束赋性波束赋性波束只覆盖特定地理区域如中国只覆盖特定地理区域如中国波束越窄，那么波束越窄，那么星上的天线增益越高星上的天线增益越高利于频率复用利于频率复用Center for Wireless Communications (CWC), BUPT假设干术语假设干术语仰角仰角高仰角好高仰角好方位角方位角星下点星下点星地间隔星地间隔用来算损耗及时延用来算损耗及时延Center for Wireless Communications (CWC), BUPT假设干术语假设干术语转发器：转发器：transponder=数字微波之中继站数字微波之

20、中继站转发器普通为射频转接转发器普通为射频转接星上处置星上处置使转发器有后处置功能使转发器有后处置功能再生式转发再生式转发星上交换星上交换Center for Wireless Communications (CWC), BUPT同步卫星系统同步卫星系统太阳能电池蓄电池电源控制电路传感器姿态控制天线控制自旋轨道控制执行机构指令译码器遥测编码器遥测发射机指令接收机双工器本振变频器发射机接收机双工器电源分系统控制分系统遥测指令分系统通信分系统天线分系统Center for Wireless Communications (CWC), BUPT同步卫星通讯系统同步卫星通讯系统卫星天线分系统卫星天线分

21、系统卫星通讯分系统卫星通讯分系统卫星电源分系统卫星电源分系统跟踪遥测指令分系统跟踪遥测指令分系统控制分系统控制分系统Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通讯分系统卫星通讯分系统单变频转发器单变频转发器低噪声放大器混频高功放本振Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通讯分系统卫星通讯分系统双变频转发器双变频转发器放大器混频分路器中频放大分路器混频本振1主振源本振2功放Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通讯分系统卫星通讯

22、分系统星上处置转发器星上处置转发器放大器变频解调信号处理调制变频本振1主振源本振2功放Center for Wireless Communications (CWC), BUPT挪动卫星通讯系统挪动卫星通讯系统挪动卫星通讯系统特点挪动卫星通讯系统特点高轨挪动卫星通讯系统高轨挪动卫星通讯系统GEO中轨挪动卫星通讯系统中轨挪动卫星通讯系统MEO低轨挪动卫星通讯系统低轨挪动卫星通讯系统LEOCenter for Wireless Communications (CWC), BUPT挪动卫星通讯系统特点挪动卫星通讯系统特点范范.艾伦辐射带高能粒子带艾伦辐射带高能粒子带1500km5000km13000

23、km20000km卫星多波束技术卫星多波束技术挪动台和卫星在挪动，带来多径挪动台和卫星在挪动，带来多径众多挪动台共享卫星，需求合理的多址方式和信道分配方式众多挪动台共享卫星，需求合理的多址方式和信道分配方式挪动台要求小型化挪动台要求小型化Center for Wireless Communications (CWC), BUPT构造构造ISC(international switching center)NCC(Network Control Center)：管理波束频率，发布路由信息管理波束频率，发布路由信息SCCSatellite Control Center：控制卫星的轨道及位置控制卫星

24、的轨道及位置ISLInter-Satellite LinkCenter for Wireless Communications (CWC), BUPT频率频率Mobile link星到用户星到用户little LEO 用用140M、450M；Big LEO 用用1.6G、2.5GFeeder Link 星到关口站星到关口站 5/7GHz,15GHz,and20/30GHzISL: 星际星际23G、60GCenter for Wireless Communications (CWC), BUPT系统与网络系统与网络挪动性管理：挪动性管理：mobility management(MM)mobili

25、ty management(MM)无线资源管理：无线资源管理：radio resource management (RR).radio resource management (RR).呼叫控制：呼叫控制：connection/call control(CC)connection/call control(CC)切换：切换：Handover Handover HOHO星际路由星际路由ISL routing ISL routing Center for Wireless Communications (CWC), BUPT系统与网络系统与网络MM处置用户位置不确定的问题处置用户位置不确定的问题位

26、置登记：位置登记： Location update寻呼：寻呼：Paging遨游：遨游：RoamingRR有效管理无线信道资源有效管理无线信道资源Fixed channel allocationChannel borrowingDynamic channel allocationCenter for Wireless Communications (CWC), BUPT系统与网络系统与网络CC呼叫的建立、撤销呼叫的建立、撤销Handover通话过程中的切换通话过程中的切换波束切换、卫星切换、关口切换波束切换、卫星切换、关口切换ISL routing选择为选择为MS及及GW效力的卫星效力的卫星选择

27、星间路由选择星间路由与地面挪动的互联Center for Wireless Communications (CWC), BUPT网络规划网络规划用户数、分布情况、话务情况用户数、分布情况、话务情况卫星星座图卫星星座图卫星覆盖区、波束的外形卫星覆盖区、波束的外形 关口关口gateway的位置与数量的位置与数量长途业务的路由战略长途业务的路由战略Center for Wireless Communications (CWC), BUPTInmarsat高轨道系统，采用同步轨道高轨道系统，采用同步轨道运用范围运用范围海事、航空、陆地海事、航空、陆地业务业务、电传、电子邮件和数据衔接、电传、电子邮件和

28、数据衔接 飞行数据、位置与形状的报告飞行数据、位置与形状的报告 运输车队的调度、位置报告、车队管理等运输车队的调度、位置报告、车队管理等 NOC岸站InmarsatCenter for Wireless Communications (CWC), BUPTInmarsat空间段空间段通讯卫星通讯卫星4颗同步卫星，并有备用星颗同步卫星，并有备用星大西洋区：东区：西经大西洋区：东区：西经16度度大西洋区：西区：西经大西洋区：西区：西经54度度印度洋区：东经印度洋区：东经65度度太平洋区：东经太平洋区：东经178度度 卫星转发器执行频率转发功能卫星转发器执行频率转发功能岸到船：从岸到船：从6GHz

29、1.5GHz船到岸：从船到岸：从1.6GHz 4GHzCenter for Wireless Communications (CWC), BUPTICO主要投资人：主要投资人：Inmarsat，含中国挪动，含中国挪动中轨道系统中轨道系统提供话音和低速数据业务提供话音和低速数据业务轨道轨道10355km，102颗星颗星每颗卫星提供每颗卫星提供163点波束点波束波束位置固定不随星动波束位置固定不随星动TDMA方式，方式，25KHz带宽上带宽上6个时隙个时隙弯管转发器弯管转发器 Bent Pipe Center for Wireless Communications (CWC), BUPTICO:

30、覆盖及波束Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar美国美国LQSS于于1991年提出年提出不单独组网，是地面网的延伸不单独组网，是地面网的延伸bent pipe transponder卫星只是一个联接手机到卫星只是一个联接手机到GW的弯管的弯管采用采用CDMA技术技术覆盖地球南北纬覆盖地球南北纬80度范围度范围星必需能看见星必需能看见GW测控站关口站关口站系统控制中心空间段用户段地面段网络控制中心蜂窝信关站蜂窝信关站区域交换台区域交换台长途交换站国际线路电话交换网专用网 GlobalStarCenter for Wirel

31、ess Communications (CWC), BUPTGlobalStar：空间段：空间段488颗星颗星8条轨道，轨道高条轨道，轨道高9km倾角倾角52度度覆盖半径：覆盖半径：3800km可同时看到两颗星、卫星分集可同时看到两颗星、卫星分集Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar覆盖区与波束Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStarCenter for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar地面段

32、地面段关口站关口站与网控中心相连，且与地面网相连与网控中心相连，且与地面网相连用户至卫星、卫星至关口采用用户至卫星、卫星至关口采用CDMA技术技术每个关口可与每个关口可与3颗星同时通讯颗星同时通讯呼叫建立和处置在关口进展呼叫建立和处置在关口进展卫星控制中心卫星控制中心控制卫星姿态、运转轨道纠正、卫星波束切换控制卫星姿态、运转轨道纠正、卫星波束切换网络控制中心网络控制中心经过分组网与各关口站相连经过分组网与各关口站相连完成数据库管理、计费和呼叫路由选择、接入系统管理完成数据库管理、计费和呼叫路由选择、接入系统管理各国都有本人的网控中心，控制本国用户各国都有本人的网控中心，控制本国用户Center

33、 for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStarCenter for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStarCenter for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar用户段用户设备普通设计成双模方式，尽量利用地面网Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar根本任务原理根本任务原理挪动用户挪动用户1发出呼叫发出呼叫经卫星至关口经卫星至关口1关口至网控中心经处置后转到离被叫

34、用户最近的关口关口至网控中心经处置后转到离被叫用户最近的关口2经关口经关口2至卫星至卫星卫星至用户卫星至用户2Center for Wireless Communications (CWC), BUPT铱系统铱系统Motorola于于1990年发布方案年发布方案2019年底，全部年底，全部66颗卫星发射胜利颗卫星发射胜利2019年年8月恳求破产维护月恳求破产维护2000底被美国铱星公司收买底被美国铱星公司收买Center for Wireless Communications (CWC), BUPT铱系统铱系统采用星上处置及星际链路采用星上处置及星际链路用户可以不经过地面网相连用户可以不经过地

35、面网相连等效于将地面挪动系统搬到天上等效于将地面挪动系统搬到天上转发器不是转发器不是bent pipe极轨卫星极轨卫星100覆盖全球覆盖全球可提供地球上恣意两点之间的无线衔接可提供地球上恣意两点之间的无线衔接真正意义上的全球覆盖真正意义上的全球覆盖铱系统铱系统Center for Wireless Communications (CWC), BUPT铱系统铱系统6个极地轨道，倾角个极地轨道，倾角86.4度度每轨每轨11星，每星星，每星48波束波束覆盖半径：覆盖半径：2209km轨道周期：轨道周期：100分钟零分钟零28秒秒地面固定点平均可视时间地面固定点平均可视时间9分钟分钟同时可见同时可见12颗星颗星覆盖区与波束Center for Wireless Communications (CWC), BUPT铱系统铱系统Center for Wireless Communications (CWC), BUPTCenter for Wireless Communications (CWC), BUPT铱系统：传输方式铱系统：传输方式FDMA/TDMA混合多址构