卫星通信系统课件

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1、卫星通信系统相关知识介绍,2005-6-3,第一章 卫星通信系统的发展及我国现状,一、卫星通信系统的发展阶段,自从1963年第一颗地球同步卫星发射入轨实现了人类使用卫星传送信息的梦想以来，卫星通信经历了发展应用的几个阶段，大体是： 第一阶段：20世纪60年代初期至70年代中期，卫星通信尚属初创阶段，许多国际卫星通信组织，如Intelsat、Inmarsat等相继成立，并建立若干个国际卫星通信系统，展开了国际卫星通信和电视传输的新的一页。 第二阶段：20世纪70年代中期至80年代初期，是卫星通信在国内通信领域里得到应用的旺盛时期，许多国家都相继建立了自己的国内卫星通信系统，我国也发射了东方红试验

2、通信卫星，建立了STW系统。,一、卫星通信系统的发展阶段,第三阶段：20世纪80年代初期至90年代初期，卫星通信迎来了一场革命性的变革，出现了VSAT系统的推广应用，为卫星通信的应用开拓了更加广阔的发展前景。 第四阶段：20世纪90年代初期至90年代末，卫星通信又开始了新阶段，LEO和MEO移动卫星通信系统，如Iridium、Globalstar系统的采用，提供了面向手持机用户个人移动通信业务。与此同时，利用通信卫星进行电视到用户的DTH传送以及直播广播卫星业务DBS的启用，为广大民众提供了丰富多彩的电视节目。 第五阶段：20世纪90年代末，宽带卫星通信系统的出现和应用，提供了大容量、高速数据

3、业务，因特网业务，多媒体业务等。,一、卫星通信系统的发展阶段,据统计，自20世纪60年代以来，全球已发射了300多颗GEO卫星，到2004年，全球发射的L、S、C、Ku、Ka、V和Q频段的GEO/MEO/LEO卫星总数已达2000颗左右。随着第三代移动通信的不断发展，宽带卫星在3G业务中将会发挥更大的作用。据了解，1997年全球卫星通信总收入为300亿美元，占该年度全球电信业总收入的5。有些权威研究机构预测，到2005年，全球卫星通信产业将占整个电信市场的10之多，达到1000亿美元。由此可见，卫星通信存在着很大的发展空间。,二、我国卫星通信的现状,卫星通信分为空间段和地面段。我国现阶段经营卫

4、星空间段，即经营卫星转发器业务的公司有： 中国通信广播卫星公司 中国鑫诺卫星公司 中国东方卫星公司 中国亚洲卫星公司 中国亚太卫星公司 这五家公司现有10颗静止通信卫星在轨运行，共有370个转发器单元，其中C频段237个，Ku频段133个。这些卫星主要为中国国内用户服务。此外，为了扩展国际业务，有关单位还租用了国外系统通信卫星转发器。,二、我国卫星通信的现状,在卫星公众通信网中，我国已建成几十座大中型地球站，国内卫星通信话路达7万多条，国际卫星通信活路近3万条。在广播电视节目传输方面，国内已形成使用多颗卫星、几十个转发器的传输覆盖网，传送中央电视台12套，省级电视台35套节目，教育电视台3套节

5、目，80套国内国际声音广播节目，卫星广播电视地面收、转台站已超过几十万个。目前，虽然卫星通信面临着光纤和其它通信手段的激烈竞争，但是在宽带传输、因特网接入和数据广播业务等方面，仍然有广阔的市场发展前景。,三、卫星轨位/频率的规划和协调,为了保证卫星通信和卫星广播的正常进行，免受其它无线系统的干扰，国际电联规定：各卫星系统，不管是在卫星发射前还是卫星正式投入运营后，都需要与相关卫星网络进行卫星轨位/频率的协调，另外还要与地面无线系统进行频率协调。 无线电频率和任何相关的轨道，包括对地静止卫星轨道，是有限的自然资源，必须依照无线电规则的规定合理、有效和经济地使用。 如何做到“公平、合理、有效、经济

6、”，电联对卫星轨位/频率，总体讲采取两种管理机制，即“规划分配”和“双边或多边协调”。,三、卫星轨位/频率的规划和协调,1.规划分配 电联在1977年召开日内瓦世界卫星广播无线电行政大会，负责制定11.712.2GHz（第二区和三区）和11.712.5GHz（第一区）频带内卫星广播业务规划。此后又多次进行了其它频率的业务规划。在规划中，不管国家大小，也不管这些国家有没有能力发射卫星，每个国家都一律得到了轨道/频率。按西方发达国家的观点，这种规划看起来是平等了，但是是对宝贵自然资源的最大浪费。,三、卫星轨位/频率的规划和协调,2.双边或多边协调 按照电联无线电规则，除上述规划外，其它频段的卫星网

7、络的轨位/频率协调，是基于“先登先占”的原则，即先申报、先登记者具有优先权，后来者不得干扰具有优先权的卫星网络。 卫星网络的协调大多要经过三个阶段： 第一阶段为卫星网络提前公布阶段。 第二阶段为卫星网络的协调阶段。 第三阶段为卫星网络的通知登记阶段。 按西方发达国家的观点，这种方法是最为行之有效的方法，充分体现了合理，有限的频谱资源能得到经济。有效的使用。,四、我国直播广播卫星资源的分配和使用,如前所述，在1977年电联日内瓦大会制定的规划中，我国分配到了3个轨道位置（东经62度，79.8度和92度）、35个波束、55个频道。 为阻止少数发达国家抢占广播卫星轨道、损害别国权益，一些发展中国家在

8、1995年和1997年世界无线电通信大会上强烈要求重新规划。电联经过大量工作，于2000年世界无线电通信大会上对原卫星广播业务规划进行了修改，对广播卫星轨位和频率重新进行了规划。 我国在重新规划中得到了四个轨位（东经62度、92.2度、122度和134度）、8个下行波束，96个模拟频道。,四、我国直播广播卫星的资源分配和使用,两者相比，后者有较大改善，主要表现为： 1、调整和优化了轨道位置。在新规划中，将原东经79.8度轨位移到了134度，使我国现有四个轨位的布局更为合理。 2、扩大了下行波束。将我国内地原规划中下行小波束进行合并与扩大，使总波束数由原来的35个小波束减至8个大波束。修改后的波

9、束较原规划更易于实施。 3我国在新规划中总模拟频道数增加到96个，业务区内每个地方可以收看的电视频道数增加到原来的3倍，大大增加了传输通路的容量。 4为香港、澳门特别行政区争取到了一个轨位122E，一个独立波束、12个模拟频道，这无论从政治上还是经济上都有重要的意义。,四、我国直播广播卫星的资源分配和使用,目前我国规划中的资源很多还不能投入具体实施，这不仅造成资源的浪费，更令人担心的是，“纸上资源”很容易被别国侵蚀。 据了解，在我国规划的卫星轨位周围，一些国家向电联申报了大量的广播卫星系统，这些系统有的覆盖中国全境，有的覆盖中国台湾地区、南海地区等。如果中国这些“纸上资源”迟迟得不到实施，这些

10、资源将有很大可能被其它国家抢占，非法向中国提供广播卫星业务将成为可能。,第二章 卫星通信系统的构成简介,一、 常用卫星通信系统的构成框图,二、各部分解释,1.信源编码及复用 数字视频广播（MPEG-II信源）： 编码和复用后的数据流为DVB传输流，大小为188字节。 数据广播： DVB多协议封装（MPE）处理：将标准的IP数据打包为MPEG-II帧。 HDLC封装：此时MPEG-II帧的净负荷为HDLC帧（低速应用中多采用此种方式）。,二、各部分解释,2.DVB-S信道编码 扰码： 对MPEG-II帧中除去同步字节后的数据进行扰码（随机化）处理，使数据具有伪随机序列（PRBS）的性质。 RS编

11、码（外码）： 对经过扰码处理的188字节的数据包进行截短RS编码，生成长度为204字节的误码保护包。它具有纠正帧内连续64比特错误的能力。 卷积交织： 对误码保护数据包进行深度为12的卷积交织处理。将数据分散到不同的时隙，使突发错误分散，提高纠正突发错误的能力。 卷积编码（内码）： 对数据流进行删除型卷积编码（Viterbi）。编码效率可以为1/2、2/3、3/4、5/6或7/8不等。纠正随机性的噪声干扰引起的误码。,二、各部分解释,3.数字调制 QPSK调制 DVB-S采用的一种调制方式。调制后的信号为中频信号，频率一般在50100MHz之间。 BPSK调制 也是DVB-S所采用的一种调制方

12、式，在早期低速系统中应用较多。,二、各部分解释,4.上变频、高功放及发射天线 上变频器 将调制器输出的中频信号（50100MHz）转换为卫星上行频率（C波段为6GHz、Ku波段为14GHz）。 高功放 将上行信号的功率进行放大（5W100W）以获得足够的功率使信号可以被处于地球同步轨道的广播卫星所接收。 发射天线 为大口径天线，M直径为6M到20M。一般采用双反射面天线（卡赛格伦天线或格里高利天线）。,二、各部分解释,5.广播卫星 广播卫星实质上是位于地球同步轨道的微波转发器，将从卫星地球站接收到的上行信号（6/14GHz）转换为下行信号（4/12GHz），并通过天线将该信号向地面一定范围内的

13、区域进行广播。 广播卫星的基本组成： 天线系统 广播系统 电源系统 跟踪遥测指令系统 姿态控制系统,二、各部分解释,6.接收天线、LNB和下变频 接收天线 接收天线由反射面和馈源组成。 接收天线的任务是：负责对来自广播卫星的电磁波信号的定向收集。 天线反射面一般是旋转抛物面的一部分，而馈源一般在该抛物面的焦点处，使得接收到的信号强度最大而且等相位。 天线的馈源由以圆形波导管为核心的喇叭天线构成。 LNB和下变频 LNB的基本功能是（1）低噪声放大；（2）下变频。它将接收到的卫星下行信号转换为第一中频（L波段，频率为950MHz到2GHz左右）。C波段LNB的本振为5150GHz；Ku波段的LN

14、B本振有10750MHz、11250MHz、11300MHz等多种。 LNB的供电一般由后续接收设备（卫星接收机、机顶盒机卫星数据接收卡等）通过同轴电缆提供直流供电（10V20V电压）。,二、各部分解释,7.BPSK/QPSK解调 二次变频 接收设备一般有PLL（锁相环）模块对来自高频头的L波段卫星信号进行二次变频，将信号变为更低的中频或者基带信号。 BPSK/QPSK解调 QPSK解调器首先从信号中恢复出载波，然后利用该载波对信号的I、Q分量进行相干检测，还原出调制前的I、Q数据，然后经过并、串转换变为调制前的串行二进制数据。,二、各部分解释,8.信道译码 解差分：（对DVB标准的数据则不需

15、要） Viterbi译码：对解调数据流进行卷积译码。 卷积去交织：对Viterbi译码器的输出数据进行去交织处理 RS解码：（对某些非DVB标准的信号如卫星寻呼信号可能不需要） 解扰：对RS解码器输出的数据进行解扰，其输出为信源编码复用后的数据流。,二、各部分解释,9.PLL调谐器和一体化调谐器 PLL调谐器 仅仅将LNB输出的L波段变频到第二中频（一般为5MHz）或基带信号，输出为I、Q模拟信号； 信道译码由后续设备完成； 低速应用中多采用PLL调谐器 一体化调谐器 完成PLL二次变频，同时完成信道译码； 输出信号可以直接送给信源解码设备 高速信号多采用一体化调谐器,二、各部分解释,10.信

16、源解码 数字视频广播（DVB）的信源解码 利用专用芯片或软件对信道译码设备输出的数据进行MPEG-II解码。 对家庭用户，DVB信源解码设备后面还应该有视频、音频编码器，以向模拟电视机或其它显示设备输出电视信号。 对电视台，有可能直接对信道译码器输出的信号再次进行DVB多路复用，形成自己的地面有线数字电视信号；也有可能对信源解码器输出的模拟电视信号进行调制，形成模拟有线电视信号。两种信号都将提供给有线电视用户。 数据广播 对标准的MPEG-II复用数据，要经过DVB MPE解包处理，将MPEG-II私有数据帧还原成IP数据包，并传送给应用层。或HDLC解包，将MPEG-II私有数据帧还原成HDLC数据帧，并通过HDLC链路解码将净载荷数据传送给应用层。,二、各部分解释,11.数字有线信号的调制与接收 数字有线信号的调制与接收的基本框架与数字卫星信号基本相同，其区别如下： 数字有线信号由于载噪比相对较大，故一般没有Viterbi卷积编码和译码； 调制方式为QAM调制/解调； 不存在上变频，调制器的输出即为有线频段（除开模拟频段）内的信号（500MHz750MHz）； 接收调谐器一次变