第七章 微波与卫星通信新技术及其通信网

第七章微波与卫星通信新技术及其通信网

数字微波与卫星通信都是以微波作为载体来传送信息的一种通信方式。但由于它们各自的通信环境不同。

例如数字微波通信的电波传播会受到气象条件和地理条件的限制，而卫星通信中的电波传播却受地理条件的限制很小，而且还具有覆盖面积大、通信频带宽的特点。

因而成为现代通信不可缺少的通信手段，特别是个人通信的概念提出之后，把卫星通信带入了移动通信的时代。本章将着重介绍几种采用新通信技术的数字微波通信与卫星通信系统。

SDH微波通信系统7.1卫星移动通信系统7.2VSAT卫星通信系统7.37.1SDH微波通信系统

SDH是新一代的数字传输体制。它不仅可以用于光纤通信系统中，而且还可以运用于微波通信、卫星通信之中，从而可建立一个全新的SDH微波、卫星通信网络。由于SDH技术在微波与卫星通信中的应用原理都基本相同，因而这里仅就同步数字体系的微波传输进行讨论。

7.1.1运用于微波通信中的SDH技术的应用特点

1．传输容量大目前数字微波中继系统的单波道传输速率可达300Mbit/s以上，但为了能够适应SDH传输速率的要求，可通过采用适当的调制方法来提高频率的利用率。

现在多数情况下是通过采用多级调制方法来达到此目的。一般所使用的多级调制方法有：64QAM，128QAM以及512QAM调制技术，这些技术对波形形成技术的要求很高，就目前的技术手段而言，会使系统的误码增加。

2．通信性能稳定3．投资小、建设周期短4．便于进行运行、维护、管理操作

7.1.2主要应用技术

0．SDH帧结构

SDH是以同步传输模块STM-N的形式来传输的。它的特点：同步传输，按字节间插以模块化形式传输

码速率如下：×4的关系

STM-1155.520Mb/sSTM-4622.080Mb/sSTM-162448.320Mb/sSTM-649953.280Mb/s

采用块状帧结构。

⑴STM-1的结构大体可分为三个主要区域：以STM-1为例，先不看×N

一共有9行，270列，一行一列对应着1byte=8bits，即以字节为基础

①信息净负荷（payload）区域在帧结构中存放等待传输的各种业务信息的地方。占据1～9行的10～270列

②段开销（SOH）区域开销：在网络节点的信息码流中扣除信息净负荷后的字节，用作网络的运行、维护和管理。（是一种额外的开支）

段开销分为：再生段开销（RSOH）和复用段开销（MSOH）占据1～3行和5～9行的1～9列

③管理单元指针（AUPTR）区域占据第4行的1～9列这组码对应的值与信息在信息净负荷区域中的位置（位置被编了号）相对应。使得接收端能准确地从信息净负荷区域中分离出信息净负荷来。

⑵STM-N的结构因为是字节间插，所以STM-4是4个STM-1的字节间插，同理STM-16是16个STM-1的字节间插等等。

1．微波帧复用技术在不同的微波通信系统中可以使用不同的微波帧结构，而具体到微波帧结构的选择又与SDH同步传输模块的速率、所插入的微波帧开销比特速率、调制方式等因素有关。下面我们就介绍几种微波帧结构。

(1)STM-1微波帧结构根据微波信道的带宽，STM-1同步传输模块可以采用多级编码的64QAM或128QAM调制（MLCM），或采用128QAM的4维格型编码调制（4D-TCM）。但它们的帧结构存在较大的不同，下面我们就分别加以介绍。

①MLCM的帧结构●微波帧附加开销微波帧附加开销共占用243字节（9行×27列），其数据速率达15.552Mbit/s（1秒传8000帧，一帧中微波帧附加开销共占用243字节，即243×8个比特。

所以传输速率为243×8×8000=15.552Mbit/s），这样使一个SDH微波帧共包含2673（=(27+270)×9）字节，其微波传输数据速率为171.072Mbit/s。

●微波帧结构在SDH帧结构中，使用了以字节为基础的块状结构，具有确定的排列次序，而在微波帧结构中却是以比特为基础的。

如图7-2所示，它是将每一帧的微波附加开销和原有STM-1帧数据排列组合成一个共6行的方阵复帧。

一个复帧：6行，每行包含3.564kbit，每一个复帧又可分为两个子帧和两个帧同步码字（FS）；

一个帧同步码字（FS）：6行，每行包含6bit；

一个子帧：6行，每行包含1.776kbit，每一个子帧又是由148个码字构成；

一个码字：6行，每行包含12bit，其中包括c1，c2二级纠错编码监督位，通常第一级使用卷积码，第二级使用奇偶效验码。

在一个复帧中总共用1480bit作为多级纠错编码监督位，因而MLCM的速率为11.84Mbit/s。

②四维格型编码调制（4D-TCM）微波帧结构四维网格编码调制的SDH微波帧结构与SDH帧结构不同，其每一个单元为1比特。如图7-3所示，从图中可以看出，该帧采用块状结构。

●一个4D-TCM微波帧：6行，每行2208个比特，共6×2208个比特。可分为6个子帧。

●一个子帧：6行，每行368个比特，共6×368个比特。可分为8个码字。

●一个码字：6行，每行46个比特，共6×46个比特。6行中每行的头一个比特用于微波帧附加开销。

可见，一帧中所插入的微波帧附加开销为6（子帧）×8（码字）×6（行）=288bit，如果微波帧的中频为12kHz，那么附加开销的传输速率将达到3.456Mbit/s（=288×12×103bit/s）。

2．多极编码调制技术根据ITU-R建议，我国在4~11GHz频段大都采用的波道间隔为28~30MHz及40MHz。由于SDH的传输容量很大，因而要在有限的频带内传输SDH信号，则必须采用更高状态（多级）调制技术。

SDH微波与PDH微波在相同的波道间隔下，所需调制级数的区别如表7-2所示。

3．交叉极化干扰抵消（XPIC）技术由于SDH微波传输容量大，为了能够提高频谱利用率，因此在数字微波系统中除采用多级调制技术（64 QAM，128QAM，或512QAM调制）外，还采用了双极化频率复用技术，使单波道数据传输速率成倍增长。

但在微波传输中由于存在多径衰落现象，会导致交叉极化鉴别率（XPD）下降，从而产生交叉极化干扰。为了抑制交叉极化干扰的影响，故此使用一个交叉极化抵消器。

4．自适应频域和时域均衡技术在各种抗衰落技术中，除了分集接收技术外，最常用的技术是自适应均衡技术，包括自适应频域均衡技术和自适应时域均衡技术。

7.1.3SDH微波通信设备

7.1.4SDH微波通信系统数字微波通信是指以微波作为载体传送数字信息的一种通信手段，因而SDH微波通信将兼有SDH数字通信与微波通信两者的优点。7.2卫星移动通信系统卫星通信具有覆盖面积大、受地理条件限制少、通信频带宽的特点，因而成为现代通信不可缺少的通信手段，特别在个人通信的概念提出之后，把卫星通信带入了移动通信的时代。

本节着重介绍了卫星移动通信系统的组成、分类及其技术特点，同时还对静止卫星、中、低轨卫星移动通信系统的基本原理和与地面网的互联等内容进行了详细的介绍。

7.2.1卫星移动通信系统的基本概念及其分类卫星移动通信是指利用卫星转接移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信。

由于移动用户可以是处于地面、空中，也可以是处于海上的不同区域，可见在满足其间的大容量、不间断通信的需求前提下，要求网络具有相当高的复杂程度和技术要求。

1．卫星移动通信系统的分类卫星移动通信系统的性质、用途不同，所采用的技术手段也不同，因此存在多种分类方法，它们各自反映了卫星移动通信的不同侧面，具体分类如下：

(1)按卫星移动通信系统的业务进行划分：海事卫星移动通信系统（MMSS）；航空卫星移动通信系统（AMSS）；陆地卫星移动通信系统（LMSS）。

(2)按卫星移动通信系统的卫星轨道进行划分：静止轨道卫星移动通信系统：其系统卫星位于地球赤道上空约35786km附近的地球同步轨道上，卫星绕地球公转与地球自转的周期和方向相同。

中轨道卫星移动通信系统：其系统卫星距地面5000~15000km。低轨道卫星移动通信系统：其系统卫星距地面500~1500km左右。

(3)按卫星移动通信系统的通信覆盖区域进行划分：国际卫星移动通信系统；区域卫星移动通信系统；国内卫星移动通信系统。

2．卫星移动通信系统的结构如图7-14所示，卫星移动通信系统通常包括空间段和地面段两部分。空间段是指卫星星座，而地面段是指包括卫星测控中心、网络操作中心、关口站和卫星移动终端在内的地面设备。

各部分具体内容如下：(1)卫星星座按一定规则分布的卫星构成一个卫星移动通信系统的卫星星座。

不同的卫星移动通信系统其用途及功能不同，则采用的卫星数量、轨道性能也不同，如：INMARSAT系统是由10颗静止轨道（GEO）卫星构成其卫星星座，其中5颗用于主用工作卫星，另外5颗作为备用卫星；

Odyssey系统所设计的卫星星座共有12颗中轨道（MEO）卫星；

Teledesic系统卫星星座则由均匀分布的21条轨道面上的840颗低轨道（LEO）卫星构成。

虽然不同卫星移动通信系统中的卫星星座结构各不相同，但它们的功能大致相同，都能为地面设备间的通信提供转接或交换处理功能。

(2)网络操作中心网络操作中心具有管理卫星移动通信业务的功能。如路由选择表的更新、计费、各链路和节点工作状态的监视等。

(3)卫星测控中心卫星测控中心负责卫星星座的管理功能。即卫星轨道修正、卫星工作状态的故障诊断等功能。

(4)卫星移动终端卫星移动终端是一终端设备。通过该终端设备，移动用户可在移动环境中，如空中、海上、陆地上实现各种业务通信。

(5)关口站关口站一方面负责为卫星移动通信系统与地面固定网、地面移动通信网提供接口以实现彼此间的互通。另一方面，还负责卫星移动终端的接入控制工作，从而保证通信的正常运行。卫星的关口站又有归属关口站和本地服务关口站。

归属关口站负责卫星移动终端的注册登记。任何一个卫星移动终端一定归属某一个归属关口站，由此关口站决定是否该通信终端有权建立呼叫或使用某项业务。

由于卫星移动终端具有移动性，因而时常远离自己的归属关口站，这样我们将远离自己的归属关口站的卫星移动终端附近的关口站称为本地服务关口站，该关口站具有为此卫星移动终端提供呼叫服务的功能。

3．卫星移动通信系统的工作过程可用第一章图1-5加以说明，在卫星A下的一个移动终端（主叫终端）将呼叫处于卫星B下的一个移动终端（被叫终端）或呼叫与卫星B下的某个关口站相连的固定网用户。

其呼叫过程如下：(1)卫星移动终端开机后，便自动向其归属关口站发出一个移动终端开机通知信息，并告知其具体所在位置。如果该机是处于备用（等待呼叫）状态，或移动至一偏远地区，则需向归属关口站送一更新信息，更新存储在归属关口站中的此移动终端的位置信息。

(2)移动用户向卫星移动终端（主叫终端）输入被叫号码。

(3)卫星移动终端向该终端视线内的卫星发出一个包括该终端注册号码和被叫终端号码的请求服务信息，并通过卫星将此信息传送到本地服务关口站，以建立呼叫。

(4)本地关口站又通过卫星线路分别向主叫终端和被叫终端的归属关口站发出询问信息。如主叫或被叫终端是否有权使用此系统及其权限。

(5)如双方都拥有使用权限，则系统将某卫星信道分配给此主叫终端和被叫终端，以供连接，并同时向被叫终端发起呼叫。如被叫是卫星移动通信系统中的一个卫星移动终端，则由相应的卫星在卫星移动终端所在区间进行呼叫。

(6)通话完毕后，主叫和被叫终端释放通信链路，并由本地关口站通过卫星链路向双方的归属关口站发送相应的通信记录，以供主叫和被叫终端的归属关口站使用。

4．卫星移动通信系统的使用频段当电波穿过地球周围的大气层，在地球站与卫星之间传播时，会遇到电离层中自由电子和离子的吸收作用，还会受到对流层中的氧、水汽和雨、雪、雾的吸收和散射影响，从而产生一定的衰减。

其衰减程度与工作频率、无线仰角以及气候条件等因素有关。

研究表明，0.3~10GHz频段，大气损耗小，故而选择此频段作为“无线电窗口”。另外由于在30GHz附近有一个损耗最小点，因而我们称此频段为“半透明无线电窗口”。在第一章中列出了频段划分标准。

7.2.2卫星移动通信的特点和面对的技术问题信道分配方式实际上就是指如何进行信道分配。所采用的多址方式不同，其信道的内含不同。

1．卫星移动通信的特点卫星移动通信是以大气作为传输介质，它与地面的任何通信方式都不同，特别是随着移动通信的迅速发展，卫星移动通信吸取了传统卫星通信和移动通信的长处，为个人通信的实现提供了一整套完备的方案，其特点如下。

(1)通信距离远，具有全球覆盖能力，能满足陆地上、海洋中、空中立体化的、全方位的多址通信的需求，从而实现真正意义上的全球通信和个人通信。这是卫星移动通信的优势所在。

(2)系统容量大，可提供多种通信业务，从而使通信业务向多样化和综合化方向发展，满足用户多方面的需求。

(3)在使用静止轨道的同时，也可使用中、低轨道卫星，使业务性能更优良，但在星座设计和技术上更为复杂。

2．面对的技术问题正是由于卫星移动通信具有上述特点，由此给实现技术提出了新的难题。

7.2.3卫星移动通信技术卫星移动通信系统是一个复杂的通信系统，其中除涉及电波传播问题外，还涉及到调制技术、编码技术、多址技术、信道分配技术和信号处理技术。

上述技术我们已经在前面相关章节中进行了详细的分析，在此我们将对卫星移动通信系统中的抗干扰技术和星上处理技术与交换技术等进行简单的介绍。

1．抗干扰技术在卫星通信系统中同样存在热噪声、交调干扰、邻道干扰、交叉极化干扰以及码间干扰，但由于卫星移动通信的特点决定了在其系统中既具有卫星通信系统的特性，又具有移动通信系统的特性，因而我们首先讨论一下，卫星移动系统中还会受到哪些干扰的影响。

(1)同频干扰所有进入接收机通带内的、与本信道频率相同的或相近的无用信号都会对本信道信号构成干扰，这种干扰就是同频干扰，由此可见，前面所介绍的相邻波束间干扰和交叉极化干扰都属于同频干扰。

此外来自邻近的、工作于相同频率的卫星通信系统的干扰和以相同频率工作的地面通信系统的干扰，也属于同频干扰的范畴。

为了避免同频卫星通信系统之间的干扰和同频地面微波系统的干扰，要求地面微波系统在卫星载波带宽内（40kHz）内，其功率谱密度低于地球站接收功率谱密度的25dB。

而要求卫星通信系统在20%以上的时间内，其功率谱密度低于-154dB/4kHz，同时还应满足在0.01%的时间内，功率谱密度低于-131dB/4kHz的要求。

(2)近端对远端比干扰这种干扰同样存在于地面移动通信系统中，当两个以同频工作的移动台各自与基站之间的距离相差较大（一个移动台距基站较近，另一个移动台距基站较远）

当它们以相同的发射功率向基站发射信号时，基站各自接收机接收的近端移动台所发的信号功率较大，而远端移动台所发的信号较小。

若近端移动台距基站足够近，而远端移动台距基站又足够远时，远端移动台所发出的信号将淹没在近端移动台所发信号之中，严重时会影响通信质量，这种现象被称为近端对远端比干扰，也称为远近效应。

卫星移动通信系统中的情况也是如此，每一个波束覆盖区内的各移动台与卫星的距离是不同的，从而导致系统中存在远近效应。

但理论上讲其影响程度远没有对地面移动通信系统的影响大，然而由于信号远距离传输中的衰减影响，使得卫星转发接收到的来自各卫星移动终端的信号功率大小不同，进一步加剧了远近效应的影响。

另外卫星移动系统所采用的轨道高度不同，远近效应的影响程度也不同。

例如在GEO卫星移动通信系统中，由于其卫星轨道高度较高，这样一个波束覆盖区内的各卫星移动终端与卫星之间的距离相差不大，因而远近效应的影响并不显著。

但在LEO卫星移动通信系统中，由于卫星轨道的高度相对较低，因而相对GEO卫星移动通信系统而言，同一个波束覆盖区中其边缘和中心的卫星移动终端与卫星之间的距离较大，可见其远近效应的影响也较大。

特别是在CDMA卫星移动通信系统中，远近效应严重相差时，会直接影响系统的通信容量，因此必须采用功率控制技术以减少其影响。

(3)多址访问干扰由前面的分析可知，CDMA系统中的用户信号首先需要经过信息调制，从而获得窄带已调信号，然后再将该已调信号与作为地址码的伪随机码进行调制，并产生发送信号。

此时发送信号的带宽将远大于传输用户信息的频谱宽度，正是由于在CDMA系统中是用地址码来区分不同的用户信息。

因而传输过程中所有用户信号都占据相同的频谱宽度，这样对于某用户而言，其接收机所接收到的所有其他用户扩频后的信号谱就成为干扰，可见CDMA系统是一个自干扰系统。

而且干扰程度与各个用户的地址码的相关性有关。理论上讲，所选择的各地址码彼此之间相互正交，但实际上一般不可能都做到完全正交，因而各用户信号间多数存在相关作用，这样任何一个信道都会受到来自其他信道的干扰，这种干扰就是多址访问干扰（MAI）。

通常系统的通信容量越大，可容纳的用户数就越多，相邻用户间地址码的相关作用，使得系统的多址干扰积累也越大，因而对信号的影响程度也越大，因此多址干扰直接对CDMA系统的通信容量构成限制。

为了克服多址干扰，因而在CDMA系统中有必要采用相应措施。

具体如下：①采用正交的地址码用以避免相邻用户间由于地址码的相关作用而带来的干扰。这就要求实际中要寻找相当数量的彼此正交的地址码，同时还要使全网保持同步。

②采用功率控制技术，这样可以减少由于远近效应所带来的干扰，同时在某种程度上也限制了多址干扰的影响。

③采用干扰抵消技术，即采用数字处理技术（通常利用维特比算法），同时配以匹配滤波器，将多址干扰限制在允许的范围之内。

2．功率控制在卫星移动通信系统中，一个卫星发射天线覆盖区中的卫星传输分为上行链路和下行链路。

上行链路是指由关口站至卫星或卫星移动终端至卫星间的传输链路。

通过此链路，可将地面的移动终端或关口站所发出的信号传送到处于外层空间的卫星转发器上，从而通信卫星可实现中继接收功能。

而在卫星移动通信中所采用的卫星转发器可以是处理转发器，也可以是透明转发器。如果采用处理转发器，那么地面上的卫星移动终端或关口站的发射功率直接对卫星上的各接收机的工作特性构成影响。

而如果采用透明转发器的话，则卫星移动终端或关口站会对地面上的各接收机的工作特性产生影响。

所谓下行链路是指由卫星至卫星移动终端或关口站的链路为下行链路，一般卫星移动通信系统中的下行链路无需采用功率控制方式，功率控制使用于上行链路之中。

(1)采用功率控制的原因由于通信卫星处于外层空间，卫星移动通信环境十分复杂，并随时会发生变化。

当地面发射机以固定功率发射时，无论通信卫星使用哪种转发器，其接收信号都存在不同程度的衰落现象。

由于各用户终端所处的移动环境差异较大，这样与之所对应的卫星上的接收机或地面上的接收机所接收的信号功率差异就很大，严重的可能使部分通信链路中断，这与系统中所采用的多址方式密切相关，具体如下：

①对FDMA的卫星移动通信系统，某一地面发射机的上行链路功率过高会侵占透明转发器分配给其他上行链路的功率，从而影响其他上行链路的通信质量，反之，功率低于额定值，自身的通信质量又会下降。

对处理转发器而言，上行链路功率过高，对相邻信道的干扰增加，功率过低时，则会使卫星上的接收机无法正常工作。

②对TDMA的卫星移动通信系统，移动环境的变化，如降雨、植被遮蔽等损耗，也要求发射机随不同的移动环境调整其发射功率，如铱星系统。

③对CDMA的卫星移动通信系统，主要的干扰是码间干扰，采用适当的上行链路功率控制以保持各接收机具有基本相同的输入载干比，进而提高系统容量。

(2)上行链路功率控制方法与特点目前在上行链路中所采用的功率控制方法分为三类。

开环法：即根据所接收的下行卫星链路信号或导频信号功率来决定发射功率。这种方法简单，但精度不高。

闭环法：地面通信终端首先发射信号，相应的接收机将所接收的信号电平大小通知关口站或网络操作中心，由其进行分析，并经下行链路给地面通信终端发出指令，要求其调整发射功率。

地面发射机则按此指令进行发射功率调整。可见这种方法比开环法要复杂，但精度也高。

混合法：所谓混合法实际上是上述两种方法的综合，即首先以开环法确定初始功率电平，随后系统按闭环法的思路工作。

由于卫星链路距离长，通信时延大，通信环境千变万化，因而上行链路控制精度不能与地面系统设备相比。

在铱星系统中，卫星移动通信终端上行链路采用功率控制，以补偿衰落的影响，最大可补偿12dB。而在Globalstar系统中，当移动用户终端遇到电波传播障碍时，瞬时功率可增至6~7w。

3．星上处理与交换随着卫星移动通信技术和电子技术的发展，星上处理功能越来越强，因而卫星转发器更多地使用处理转发器，其处理内容如下：

(1)对数字信号进行解调再生，然后再进行调制，去除噪声积累的影响。(2)不同的卫星天线波束之间信号交换。(3)更高级别的信号变换和处理。

如上行FDMA变为下行TDMA方式；又如在具有星际链路的卫星移动通信系统中，在星上对所发送的话音和数据进行处理以及网络管理、流量控制、信号存储转发处理等。

由于在卫星移动通信中引入了多波束技术，从而才出现星上交换技术，除此之外，星际链路也要求具有交换功能。

星上交换可分为两种：一种是基带信号交换，此时转发器为处理转发器，它将卫星所接收到的各发射端的信号以及通过星际链路所接到的相邻卫星发来的射频信号进行解调，并进行交换。

另一种是对微波信号进行交换，即由安装在转发器中的受控微波开关矩阵来完成交换功能。

由此可见，不同的卫星移动通信系统，可以采用不同的多址方式和不同的星上处理与交换技术。

7.2.4卫星移动通信原理由于在卫星移动通信系统中既可以采用同步轨道卫星通信系统，也可以采用中、低轨道卫星通信系统，下面我们分别加以讨论。

1．同步轨道（GEO）卫星移动通信原理在同步轨道（GEO）卫星移动通信系统中，由于通信卫星与地球同步运行，因而相对地面静止。

这样通过3颗彼此相距73000km的同步卫星，而构成卫星星座，可覆盖除南北极之外的全部地区，这比采用中、低轨卫星的覆盖地区大，正因为GEO卫星在区域性通信中表现出巨大潜力。

目前相继建成了多个卫星移动通信系统，如北美的MSAT、澳大利亚的Mobisat系统等。并且能够提供陆地、海上和空中全方位、立体的包括话音、数据等多种通信业务。

(1)同步轨道卫星移动通信系统的一般结构由于GEO卫星移动通信系统能够针对不同的用户提供海上、陆地、空中的多种业务服务，因此其应用环境和所提供业务种类不同，其系统结构也存在或多或少的差异。

通常GEO卫星移动通信系统由空间段的GEO卫星、地面段的关口站（MGS）、网络控制中心（NCC）和卫星移动终端（MT）构成。移动终端可以是车载台、船站、机站、手持机等。下面简单介绍其部分构成。

①GEO卫星当最小仰角为5°时，只需采用3颗GEO卫星，便可实现包括除南北纬76°以外的全球覆盖。

另外GEO卫星之间还可以实现星际链路连接，工作方式即可以采用Ka频段的电波，也可以采用激光。

但由于目前GEO卫星大多用于区域通信之中，如果使用星际链路，则需增加星上处理功能，使卫星结构更为复杂，因此目前很少采用星间链路。

GEO卫星的地面覆盖方式可以采用全球波束、点波束或区域波束。当存在多个波束同时覆盖某一地区时，则要求通信卫星提供星上交换功能。

②关口站（MGS）关口站是卫星移动通信系统与地面通信网（PSTN）进行连接的接口单元，这样地面通信网中的固定用户可以通过关口站与卫星移动通信系统中的任何卫星移动终端进行通信。

在卫星移动通信网中，可以存在多个关口站，每个关口站负责管理一定数量的卫星移动终端。

③网络控制中心（NCC）在一个卫星移动通信系统中，有一个网络控制中心，主要负责卫星移动通信系统的地面段控制管理任务。这包括网络资源管理、监测空间段和地面工作状态等。它是整个卫星移动通信系统的神经中枢。

(2)不同GEO卫星移动通信系统的通信信道在卫星移动通信系统中，可以实现一卫星移动终端与另一卫星移动终端之间的通信，也可实现与某关口站相连的PSTN固定用户间的通信。

但由于通信双方所处的环境不同，因而所建立的话音和数据通信通道也不完全相同。

因此根据通信双方的区域性，GEO卫星移动通信系统可分为单星GEO卫星移动通信系统、无星际链路的多星GEO卫星移动通信系统和具有星际链路功能的多星GEO卫星移动通信系统。

①单星GEO卫星移动通信系统●如果卫星移动终端1、2（MT1,MT2）之间没有经卫星转发的直接通信通道，卫星移动终端MT1又欲与卫星移动终端MT2进行通信，那么卫星移动终端MT1首先将信息经上行链路发送给通信卫星，相应的卫星转发器接收此信号。

由于此转发器与卫星移动终端MT2之间无直接通信通道，因此将信息转发给某关口站，此关口站又利用上行链路，将信号传送给与卫星移动终端MT2有直接通信通道的卫星转发器。

并由此转发器再次将信号发送回地面，此时卫星移动终端MT2便可接收到卫星移动终端MT1发来的信息。

由此可见，两个卫星移动通信终端的通信通道是通过某关口站转接，信号经过两次上星，即双跳方式完成的。

●如果卫星移动终端MT1、MT2之间存在经卫星转发的直接通信通道的话，则卫星转发器可直接将卫星移动终端MT1通过下行链路转发给卫星移动终端MT2。

●当卫星移动终端MT1欲与某PSTN固定用户进行通信时，卫星移动终端MT1直接通过上行链路将信号发送给通信卫星。

通信卫星中的转发器则将信息转发给与PSTN固定用户相连接的关口站，再通过此关口站与PSTN网中的固定用户连接。可见关口站与PSTN之间的通信是采用地面通信信道完成的。

②无星际链路的多星GEO卫星移动通信系统●如果同一颗卫星覆盖区域内的卫星移动终端无直接通信通道，而此区域内的卫星移动终端MT1欲与卫星移动移动终端MT2进行通信。

那么可以选择某关口站按上述双跳方式完成信道连接，即MT1—卫星—MGS—卫星—MT2。

●如果卫星移动终端MT1和MT2分别处于卫星1和卫星2的覆盖区域之中，而MT1与MT2需进行通信，但又无直接通信通道时，仍可选取某关口站MGS通过卫星1、卫星2的双跳方式来完成通道的建立。

即MT1—卫星1—MGS—卫星2—MT2（双跳），也可以利用地面通信网来完成关口站1与关口站2(MGS1、MGS2)的连接，从而实现信道的建立，即MT1—卫星1—MGS1—MGS2—卫星2—MT2。

●如果同一卫星覆盖下的卫星移动终端之间存在直接通信通道时，则卫星移动终端MT1可直接通过卫星与卫星移动通信终端MT2进行通信即MT1—卫星—MT2。

③有星际链路的多星GEO卫星通信系统由于处于外层空间的3颗同步轨道卫星彼此之间存在直接空间链路。

因此两卫星移动终端之间的通信，仅需上一次星，下一次星，但星与星之间存在星际链路，即MT1——卫星1——卫星2——MT2。

2．中、低轨（MEO，LEO）卫星移动通信系统传统的GEO卫星移动通信系统的卫星轨道高，链路损耗大，对用户终端的要求高，因此这种GEO卫星星座支持手持机直接同卫星进行通信的技术难度大，同时由于链路距离长，传输时延长，不利于卫星移动终端之间进行双跳通信。

而轨道高度较低的中、低轨卫星移动通信系统，其链路损耗小，因而对用户终端的要求有所降低，同时由于其传输时延较短，在一卫星移动终端到另一卫星移动终端之间允许采用双跳通信，这样便无需采用复杂的星上交换处理技术。

当然中、低轨道的卫星高度较低，卫星运行速率快，也使得多普勒频移的影响更严重，而且系统中采用的卫星数目多，也给星间切换控制带来难题。但中、低轨卫星移动通信在支持个人通信方面具有巨大吸引力。

(1)中、低轨卫星移动通信系统的结构与GEO卫星移动通信系统的结构基本相同，中、低轨卫星移动通信系统也是由空间段和地面段两部分构成。

空间段主要指卫星星座，它是由相对于地球高速运动的非静止卫星系组成，而地面段包含关口站、卫星移动终端和系统控制中心。下面依次进行介绍。

①卫星星座一个卫星星座是一个中、低轨卫星移动通信信号的中转站，它以一个最小仰角EI覆盖地球的一定区域，这个区域通常呈圆形区域，这些区域联结起来，构成卫星星座对全球区域性的连续覆盖。

但如果单独观察一个卫星星座，由于它绕地球高速运转，因此星座的地面覆盖区域也随星座一起旋转。

在空中相邻卫星之间的通信链路称为星际链路，它将星座中的各卫星有机地连为一体，这样在系统内的两用户需建立通信链路时，无需经过地面通信网。

通常星际链路的设置与星座结构有关。例如铱星系统中，在每颗卫星与其相邻卫星之间均存在星际链路，总共应6条，但仅建立了4条，即在其轨道平面内选择与其前后各一颗卫星和与其两侧相邻轨道面内的各一颗卫星建立星际链路。

通常前后两条星际链路长度为4024km，而相邻轨道面间的星际链路在近赤道点达4000多公里，在极点处为2000km。

这样星座覆盖区内的任意两个用户在进行通信时，可直接通过星际链路的交换和信号转发来建立通信。

而在无星际链路的卫星移动通信系统中，则需借助于地面通信网的支持，使处于不同卫星覆盖区中的两个用户可经过关口站构成双跳，从而建立起通信。

在中、低轨卫星移动通信系统中多采用多波束覆盖方式，这样卫星星座中每颗卫星都是多波束卫星，因而中、低轨卫星移动通信系统中，在存在星间切换的同时，还存在波束之间的切换。尽管增加了系统设备的复杂程度，但系统容量也随之得到成倍提高。

②卫星移动终端所谓卫星移动终端就是用户使用的卫星移动通信系统的接口终端设备，通过此接口终端设备，用户可随意地与另一卫星移动终端或卫星移动通信系统相连接的固定用户进行通信，同时享受卫星移动通信系统所提供的各种移动业务，

如话音业务、数据业务、寻呼业务、无线电定位业务等。卫星移动通信终端的类型有车载台、手持机、便携式终端、机载台（机站）和船站等。

③关口站关口站是中、低轨卫星移动通信系统与各种地面通信网之间的接口单元，这样一个卫星移动用户可使用卫星移动终端与一个地面网用户建立通信联系。

此外关口站还要负责完成整个呼叫建立过程、计费工作以及各种切换操作，例如星间切换，如果采用多波束卫星则需完成波束切换。

为了能使系统正常工作，应保证切换操作的及时性和准确性。此外在无星际链路的卫星移动通信系统中，不同卫星覆盖区域下的两移动用户进行通信时，需完成双跳操作，此操作也是通信关口站来完成的。

根据卫星移动终端与关口站的关系，关口站分为归属关口站和本地服务关口站。

如果一个卫星移动终端仅在本地活动，那么与其相邻的关口站即认为是归属关口站，又作为本地服务关口站，对其服务权限进行管理，即判断是否有权建立呼叫或使用某项业务。

如果有此权限，则为之提供呼叫服务功能。每一个卫星移动终端只有一个归属关口站。

当卫星移动终端漫游工作时，则远离自己的归属关口站，此时在其附近的关口站为其提供服务，此关口站即为其本地关口站。

可见通过关口站提供的服务，卫星移动终端可以在卫星覆盖区内的任一点建立有效通信链路，同时又为通信网的资费管理和计费提供数据资料。

关口站是由地球终端设备和数据处理设备构成。

其中地球终端设备主要包括天线、收、发信机、调制解调器等，用于建立卫星之间的通信链路，而数据处理设备则为卫星移动终端用户与地面网用户之间的通信提供话路交换信令接口、呼叫建立、计费等功能。

④系统控制中心系统控制中心是由卫星控制中心和网络控制中心组成。下面将分别进行讨论。

a.卫星控制中心为保证能够向通信承载业务提供卫星平台，因而必须保证卫星轨道的正常运行，而卫星测控中心正是负责卫星轨道管理、卫星运行状态监控等项任务。

其主要功能如下：●管理星座中每颗卫星轨道。由于某些因素的影响，如高空大气的影响，会使卫星轨道逐步地偏离其原设计轨道，在测控中心的检测人员是能够观测到这种变化的，因此必要时，可发出适当的指令，启动卫星动力装置，对卫星轨道进行修正。

●监视各卫星的运行状态。随时反映卫星运行状态的各种参数都会不断地发回卫星测控中心，卫星测控中心可根据这些参数检测卫星的工作状态，如有异常或出现故障时，卫星测控中心可向卫星发出指令，查找原因，在可能情况下进行故障修复工作。

●在卫星发射过程中进行全程监测。从卫星发射到最终到达预定轨道的过程中，始终负责检测和调整卫星轨道位置、卫星姿态，同时进行各种各样的测试以检验卫星的固有功能。

●使卫星脱离星座。当卫星使用寿命结束时，卫星测控中心会向卫星发出指令启动其动力装置，使其脱离原来的星座。b.网络控制中心

(2)中、低轨卫星移动通信系统的切换

3．星际链路星际链路是指连接空中星座内相邻卫星之间的通信链路。

通过该链路可以将星座内的多颗卫星连接成一个整体，使得地面上任何两个地球站进行通信时都无需地面通信网的支持。

可见在有星际链路的系统中，信号无需多次上星、下星操作，而直接由一颗卫星传输到另一颗卫星。

通常星座的信息传输是以分组方式、非预定信道的形式进行的，而且星际链路的构造是以星座结构和系统容量为基础的。下面我们就以铱星系统为例来进行说明。

铱星系统是由66颗卫星构成的，每颗卫星与其相邻的卫星间可以有6条星际链路，但实际上每颗卫星只与其同轨道内的前后各一颗卫星和其两侧的相邻轨道内的各一颗卫星保持星际链路联系，可见每颗卫星只建立了4条星际链路。

由以上分析充分证明了，在有星际链路的卫星系统中的任意两用户进行通信时，可以利用星座内的星际链路的信号交换或信号转发功能，实现信号的空中接力，就能在无需地面通信网的支持的情况下完成通信任务。

从而保持了系统的相对独立性，而在无星际链路的卫星系统中当分处不同卫星覆盖区内的两个地球站进行通信时，需要地面通信网络的中间支持，即需经过双跳线路才能完成通信任务。

4．卫星移动通信系统中的信道分配由前面对多址访问方式的分析可知，系统所采用的多址访问方式不同，其信道分配也不同。

就FDMA系统而言，由于它是按频率进行信道分割的，因而信道分配的任务就是根据需要把转发器的不同频带分配给各关口站或卫星移动终端的过程。

而对于TDMA、SDMA和CDMA系统而言，由于它们分别是以时隙、点波束和地址码来进行信道分割的，因而在这种系统中信道分配的任务则是将时隙、点波束和地址码分配给所需的用户使用。7.3VSAT卫星通信系统

卫星通信具有覆盖面积大、受地理条件限制少、通信频带宽的特点，因而成为现代通信不可缺少的通信手段，特别在个人通信的概念提出之后，把卫星通信带入了移动通信的时代。

本节着重介绍了卫星移动通信系统的组成、分类及其技术特点，同时还对静止卫星、中、低轨卫星移动通信系统的基本原理和与地面网的互联等内容进行了详