《电子科大 卫星通信系统概述（课件）_1》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子科大 卫星通信系统概述（课件）_1（53页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、1,卫星通信 通向无缝覆盖全球移动通信系统之路,陈智 副教授 通信抗干扰技术国家级重点实验室 2008.9,2,关于我,办公地址：电子通信大楼513房间 电话：83208948 Email： 研究方向： 无线与移动通信技术、通信抗干扰技术 无线通信网络 通信信号处理 担任课程： 卫星通信 移动通信系统 信息论导论,3,关于本课程,本课程的学习目标 卫星通信系统的一些基本概念 卫星通信系统的一些基本特征 卫星通信系统的通信技术 卫星通信链路设计方法 卫星基本覆盖特性和星座设计的计算方法 卫星移动通信系统的网络特性和协议 卫星定位与导航系统的基本原理,4,关于考试,开卷考试 平时成绩（作业加点名）
2、：30分 考试成绩：70分,5,卫星通信,通信：在两个或多个位置实现信息的传输、接收和处理。 有线通信：光纤、电缆。 无线通信：短波/超短波通信、微波中继通信、地面移动通信、卫星通信。,6,卫星通信,卫星通信的概念 卫星通信是指利用通信卫星转发器实现地球站（或手持终端）之间、或者地球站与航天器之间的无线通信。 卫星通信是个人通信网的组成部分，是地面通信网的补充。,7,8,9,第一章 卫星通信系统概述,10,第一章 卫星通信系统概述,1.1 卫星通信的发展 1.2 卫星轨道 1.3 系统的组成 1.4 频率分配 1.5 卫星通信的特点 1.6 卫星通信系统的应用类型,11,1.1卫星通信发展简史
3、,卫星通信之父 Arthus Clarke：1945年，Wireless World上发表论文地球外的中继 卫星通信时代的开启： 1957年10月4日，前苏联发射第一颗人造地球卫星SPUTNIK-I 1958年1月31日，美国发射其第一颗卫星Explorer-I，发现范 艾伦电磁辐射带 1963年，美国发射第一颗静止轨道卫星Syncom-II 第一批实用的通信卫星，美国的电星（Telstar）系列,12,1.1 卫星通信发展简史 续1,20世纪70年代，开始提供卫星广播业务 20世纪80年代，开始提供海事卫星通信服务 20世纪90年代，开始提供航空通信、陆地移动通信和个人卫星通信服务 1998
4、年11月1日，第一个也是目前为止唯一一个全球个人卫星移动通信系统铱（Iridium）开始商业运营,13,1.2 卫星轨道,开普勒定理 假设地球是质量均匀分布的圆球体，忽略太阳、月球和其它行星的引力作用，忽略大气阻力，卫星运动服从开普勒三大定律。,14,1.2 卫星轨道,开普勒第一定理（1602年） 小物体（卫星）在围绕大物体（地球）运动时的轨道是一个椭圆，并以大物体的质心作为一个焦点,15,1.2 卫星轨道 续1,开普勒第二定理（1605年） 小物体（卫星）在轨道上运动时，在相同的时间内扫过的面积相同；,其中：a是半长轴，开普勒常数=3.9861105 km3/s2,16,1.2 卫星轨道 续
5、2,开普勒第三定理（1618年） 小物体（卫星）的运动周期的平方与椭圆轨道半长轴的立方成正比关系,17,1.2 卫星轨道 续3,圆轨道卫星具有恒定的运动速度 典型卫星通信系统的轨道高度、卫星速度和轨道周期如下表,18,1.2 卫星轨道 续4,从轨道形状进行分类 圆轨道： GEO，GSO，MEO，LEO 椭圆轨道 HEO,19,1.2 卫星轨道 续5,从轨道高度进行分类 低地球轨道LEO：Low Earth Orbit，700 2000 km 中地球轨道MEO：Medium Earth Orbit，10000 20000 km 同步轨道GSO：GeoSynchronous Orbit，35786
6、 km 静止轨道GEO：GEostationary Orbit，35786 km 高椭圆轨道HEO：Highly Elliptical Orbits，最高点可达40000km,20,1.2 卫星轨道 续6,内范伦带： 15005000 km 外范伦带: 1300020000km,21,1.2 卫星轨道 续6,22,1.2 卫星轨道 续7,GEO/GSO的主要优势 对地（球）位置相对固定 几乎恒定的传输延时 广阔的覆盖区域（单星覆盖面积约占地球表面1/3） GEO/GSO的主要缺点 大的传输延时和衰减 仰角随着纬度的增高而降低（GEO） 不能覆盖极地地区（GEO） 轨位资源缺乏 发射费用高,23
7、,1.2 卫星轨道 续8,LEO的主要优势 低传输延时和衰减（利于使用手持终端） 灵活的系统设计 （单星）发射费用低 LEO的主要缺点 对地的快速相对移动，大多普勒频移 单星覆盖面积小（因此需要几十到上百颗卫星实现全球覆盖） LEO星座的延时抖动大 LEO星座的管理复杂性高,24,1.2 卫星轨道 续9,MEO：GEO和LEO的折中 单星的中等覆盖面积（需要几颗到十几颗卫星实现全球覆盖） 中等的传输延时和衰减 中等的对地移动速度（即中等的多普勒频移） 中等的星座延时抖动 中等的星座管理复杂度,25,1.2 卫星轨道 续10,HEO的主要优势 高纬度地区的仰角大 单星覆盖范围大 对地相对运动速度
8、较慢（在服务时间内） HEO的主要缺点 传输延时和衰减大 穿越范艾伦带，卫星寿命较短 大的多普勒频移,26,1.2 卫星轨道 续11,从轨道倾角进行分类 赤道轨道：零度倾角 极轨道：90倾角 倾斜轨道 顺行（prograde）轨道：倾角在0到90之间 逆行（retrograde）轨道：倾角在90到180之间,27,1.2 卫星轨道 续12,28,1.2 卫星轨道 续13,卫星轨道摄动 地球形状不规则 卫星的轨道面绕地轴缓慢转动 近地点位置变化 大气阻力 卫星轨道的远地点降低，长轴缩短，即运行周期缩短 偏心率减小，轨道愈变愈圆 太阳和月球引力,29,1.2 卫星轨道 续14,卫星轨道控制 卫星姿
9、态保持,30,1.3 系统的组成,星际链路ISL Inter-Satellite Link 网络控制中心NCC Network Control Center 卫星控制中心SCC/ SOCC Satellite (Operation) Control Center 用户信息管理系统CIMS Customer Information Management System 公用电话交换网PSTN Public Switched Telephone Network 公用地面移动网PLMN Public Land Mobile Network,31,1.3 系统的组成 续1,空间段卫星 1）通信有效载荷
10、天线分系统 通信转发器 星上处理器 2）卫星公用舱 遥测和命令分系统 动力分系统 姿态控制和助推分系统 热控分系统 结构分系统,32,1.3 系统的组成 续2,地面段 由3个主要的网络单元构成： 信关站Gateway, 也称为固定地球站（FES） 网络控制中心NCC 卫星（运行）控制中心SCC/SOCC 用户信息管理系统CIMS 跟踪、遥测和命令（ TT&C ）站,33,1.3 系统的组成 续3,信关站天线,网络控制中心,韩国城南，地面中心,34,1.3系统的组成 续4,信关站 完成本地交换服务，是卫星网络与已有核心网络（如PSTN和PLMN）的固定接入点 包括信关站收发子系统（GTS）和信关
11、站配置控制子系统（GSC）,35,1.3系统的组成 续5,网络控制中心NCC 1）网络管理功能 网络业务结构管理 系统资源管理和网络同步 运行和维护（OAM）功能 站内信令链路管理 拥塞控制 用户终端启动支持 2）呼叫控制功能 公用信道信令功能 信关站选择功能 信关站配置界定,36,1.3系统的组成 续6,卫星（运行）控制中心SCC/SOCC 1）卫星控制功能 生成并分发卫星星历表 产生并传输对卫星有效载荷和公用舱的命令 接受并处理遥测命令 传输波束指向调整命令 完成卫星距离校准 2）呼叫控制功能,37,1.3系统的组成 续7,用户信息管理系统CIMS 负责维护信关站配置信息，完成系统记帐和计
12、费，实现详细通话记录,38,1.3 系统的组成 续8,用户段 手持终端 掌上型终端 车/舰/机载终端 便携式终端 固定终端,39,1.4 工作频段划分,两个权威组织 国际电联ITU International Telecommunication Union 美国联邦通信委员会FCC Federal Communications Committee,40,1.4 工作频段划分 续1,ITU划分的频率区域划分 区域1：欧洲，非洲，前苏联地理区域，蒙古和西亚半岛 区域2：南北美洲和格陵兰岛 区域3：亚洲（除区域1部分），澳洲和西南太平洋,41,1.4 工作频段划分 续2,频段标识,42,1.4 工作
13、频段划分 续3,43,1.4 工作频段划分 续4,ITU无线组定义的无线通信服务频段（通用，未指定使用区域）,44,1.5 卫星通信的特点,服务范围宽，不受地理条件限制：一颗GEO卫星覆盖全球表面的42 % ；中低轨星座系统可实现全球覆盖。 可用频段宽：从150MHz(VHF频段)30GHz(Ka频段) 。目前已开始开发 Q、V 波段(4050GHz) 。 网络路由简捷：旁路复杂的地面“网络云” ，适合跨国公司专网。 网络建设速度快、成本低：除建站外，无需地面施工，运行维护费用低。 系统均匀服务，易引入新业务：统一的业务提供商，利于系统为各地区提供均匀的服务。,45,1.5 卫星通信的特点 续
14、1,卫星通信系统的定位 由于卫星通信相对于地面通信网的综合造价成本高，终端贵，因此，卫星通信的市场定位应该是地面通信网的延伸、补充和备份，主要服务于地面通信网不能覆盖的区域及有特殊通信需求的人群。,46,1.5 卫星通信的特点 续2,卫星覆盖区域广，可以较经济地为地面蜂窝网覆盖范围以外的用户-“唯星用户”提供移动通信业务 解决边远地区通信服务、企业专网、洲际通信、国防通信，与地面通信网结合解决广域无缝覆盖,47,1.5 卫星通信的特点 续3,卫星通信系统与地面移动通信系统 卫星移动通信系统能扩大地面移动通信的地理和业务覆盖范围，除提供常规的移动通信业务外，还可向空中、海面和复杂地理结构的地面区
15、域的各类移动用户提供服务。 从应用来讲，地面移动通信网主要集中在高业务量的应用环境，而卫星移动通信系统最适合于低业务量的应用环境，并且在地面网络过载或发生故障时作为其迂回备份网络。,48,1.5 卫星通信的特点 续4,卫星通信在中国的特殊地位 幅员辽阔 人口众多 地区发展不平衡 中国有60左右的地区是地面网盲区，如海洋、高山、沙漠和草原等，通信的困难甚至成为人们生存的障碍,49,1.6 卫星通信系统的应用,移动卫星服务MSS：Mobile Satellite Service 陆地移动卫星服务LMSS：Land MSS 海事移动卫星服务MMSS：Maritime MSS 航空移动卫星服务AMSS
16、：Aeronautical MSS 固定卫星服务FSS：Fixed Satellite Service 广播卫星服务BSS：Broadcast Satellite Service 无线定位服务RDSS：Radio Determination Satellite Service define by ITU,50,1.6 卫星通信系统的应用 续1,卫星视频广播业务 信号数字化 信号传送方式：点到多点分配、点到点、点到多点广播。 电话等交互式业务 容量小、成本高 信号传输延时长(250ms) 回波抑制,51,1.6 卫星通信系统的应用 续2,数据通信和因特网业务 差错率高、传输时延长。 “长粗管道”特点。 路由简捷，交互性好。 移动通信业务 唯星用户 偏远地区覆盖,52,1.6 卫星通信系统的应用 续3,不同业务所需的带宽比较,53,1.6 卫星通信系统的应用 续4,不同业务的发展比较,
