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1、,-北京星空年代通信技术有限公司,卫星通信基础知识简介,范晓晴,5 November 2015,1,卫星通信,1、卫星通信概述,2、卫星通信特点,3、卫星轨道及频段,5、卫星通信系统的组成,6、卫星信道多址接入方式,7、卫星网络组成及结构,8、 VSAT,4、通信卫星的组成,2,卫星通信概述,卫星通信是指地球上的两个或多个无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站而进行的通信。从技术上讲，卫星通信是在地面微波中继通信和空间技术基础上发展起来的一种特殊形式的微波中继通信，它相当于将微波中继通信的中继站搬到卫星上。,5 November 2015,范晓晴,卫星,地球站 B,本地应用 如：数据、 话音、
2、视频,本地应用 如：数据、 话音、视频,地面链路 地球站 A,地面链路,范晓晴,5 November 2015,3,卫星通信概述,4,优点：, 覆盖面积大，除了地球南、 北极地区，三颗卫星即可覆 盖地球 通信费用与通信距离无关 星际通信 组网灵活，建设周期短（经济 活跃时，优势明显） 非对称信道,GEO,5 November 2015,范晓晴,卫星通信特点,5,同步轨道卫星： 通信时延大（0.27秒） 通信端站体积大 设备价格高 操作复杂 中、低轨道卫星： 系统复杂，使用费用高 政策、通信安全方面 易受恶意干扰和攻击,5 November 2015,范晓晴,缺点：,卫星通信特点,6,星蚀与日凌
3、,5 November 2015,范晓晴,卫星通信特点,7, GEO：同步静止轨道，35,863Km，24小时静止可见, ,覆盖广、静止易跟踪、广播和多点应用 时延长和信号弱不利点对点、极地覆盖困难, LEO：低地球轨道，500-1,500Km，15-20分钟可见, ,时延短且信号强适合点对点 多星组网费用大、多普勒、大气阻力-轨道恶化, MEO：中地球轨道，8,000-18,000Km，2-8小时可见, ,很少几颗卫星可组网，远少于LEO 时延和信号不如LEO，但比GEO好, Molniya Orbit：闪电轨道（大椭圆轨道）, ,俄罗斯已使用10年，高纬度和极地地区，倾角60 相对静止可见
4、8小时，3 闪电轨道卫星可当1 GEO, HAPs：高空平台（卫星），20Km, ,一个飞艇或飞机，覆盖范围小，信号强 易布置，但需要很多个才能组网,5 November 2015,范晓晴,卫星轨道及频段,8,5 November 2015,范晓晴,各类轨道优缺点比较,9,卫星通信频段及应用, ,用于 MSS （移动业务） 用于 MSS 和深空研究 用于 FSS （固定业务） 用于 FSS 和陆地成像,LBand：1 2 GHz， S-Band： 2 4 GHz， C-Band：4 8 GHz， X-Band：8 12.5 GHz， 如：军用和气象卫星, Ku-Band：12.5 18 GHz
5、， K-Band： 18 26.5 GHz， Ka-Band： 26.5 40 GHz，,用于 FSS 和 BSS (DBS) 用于 FSS 和 BSS 用于 FSS,BSS (DBS)：广播（直播）卫星 不同卫星使用不同的频段,范晓晴,5 November 2015,10,卫星传输段分段定义,5 November 2015,范晓晴,t1,方位角 = 180 +,= 180 ,极化角 = 1,11,卫星通信要素：AZ、EL,俯仰角 = tan1,cos cos 1cos2 cos2 , ,修正后 = 0.5 + 2 + 4.132 （大气折射） r = + = + 0 =轨道半径 = 0.15
6、12 （静止轨道） = 卫星的经度差 地球站经度 = 地球站纬度,t sin , 修正后 = + 正南为180度，南偏西大于180度，南偏东小于180度 （南半球的方位角，不需要+180）, , sin 1cos2 cos2 上试中m是地球站磁偏角=地球真北与磁北夹角 sin , ,面对天线反射面正面：南偏西为负数逆时针转；南偏东为正数顺时针转。 接收水平极化 LNB入口波导短边与地面平行；垂直极化 LNB入口波导长边与地面平行。,h0,s,G,Re,S,Rs M Re O,轨道,赤道,5 November 2015,范晓晴,12,范晓晴,5 November 2015,通信卫星的组成,天线分
7、系统：定向发射与接收无线电信号 通信分系统：接收、处理并重发信号。（转发器） 电源分系统：为卫星提供电能，包括太阳能电池、蓄电池和配电设备。 跟踪遥测指令分系统：跟踪部分用来为地球站跟踪卫星发送信标; 遥测 部分用来在星上测定并给地面的TTC站发送的有关卫星姿态、 星上各部件工作状态的数据指令部分用于接收来自地面的 控制指令，处理后送给控制分系统执行。 控制分系统：用来对卫星的姿态、轨道位置、各分系统工作状态进行必 要的调节与控制。,13,范晓晴,5 November 2015,天线分系统,遥测、指令和信标天线 全向天线，以便于可靠接收指令与向地面发射遥测数据 和信标。 通信天线 全球波束天线
8、 点波束天线 赋形波束天线,14,范晓晴,5 November 2015,转发器,是通信卫星中直接起中继站作用的部分。 要求：以最小的附加噪声和失真，足够的工作频带和输出功率业为 各地球站有效可靠地转发无线电信号。 透明转发器 对收到的信号只进行低噪声放大、变频、功率放大，对频带内 的任何信号是透明的通道。 处理转发器 除进行转发信号外，还具有信号处理功能。,15,范晓晴,5 November 2015,转发器示意图,放大器,中频放大,本振1,主振源,本振2,混频,合路,混频,功放,解调、信号处理、调制,处理转发器,透明转发器,16,范晓晴,5 November 2015,卫星资源,转发器 卫
9、星上的频率模块，典型的带宽是 40MHz /每转发器。 （36MHz使 用 - 2 MHz 保护带宽）部分Ku频段转发器带宽是 54MHz 或72MHz。,17,卫星通信系统的组成,范晓晴,5 November 2015,空间分系统,地球站 分系统,监测管理 分系统,跟踪遥测 指令分系统,18,卫星通信系统各部分的作用,范晓晴,5 November 2015,组成：通信卫星(通信装置(转发器)、遥测指令装置、控制装置、太阳能蓄电池)。 作用：通信卫星主要是起无线电中继站的作用，是靠星上通信装置中的转发器（微波收发信机）和天线 来完成的。,一、空间分系统,19,范晓晴,5 November 20
10、15,组成：天线馈线设备，发射设备，接收设备，信道终端设 备，天线跟踪、伺服设备，电源设备。 作用：是无线电收发信台，用户通过地球站接入卫星 线路进行通信。,卫星通信系统各部分的作用,二、地球站分系统,20,范晓晴,5 November 2015,对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入禁止轨道上的指定位置；待卫星正运行后，定期对卫星进行轨道修整和位置保持。,三、跟踪遥测及指令分系统,卫星通信系统各部分的作用,21,范晓晴,5 November 2015,对定点后的卫星在业务开通前、后进行通信性能的监测和控制，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
11、监控，以确保正常通信。,卫星通信系统各部分的作用,四、监测管理分系统,多址联接方式的概述,22,5 November 2015,范晓晴,1#站,2#站,3#站,23,5 November 2015,范晓晴,一个无线电信号可以用若干个参量（指广义的参量，下同）来表征，最基本的是：信号的射频频率，信号出现的时间以及信号所处的空间,24,5 November 2015,范晓晴,目前卫星通信系统主要多址,25,5 November 2015,范晓晴,一、频分多址方式（FDMA） FDMA的基本特征是，把卫星转发器的可用射频频带分割 成 若干互不重叠的部分，分配给各地球站所要发送的各载波使用。 因此，F
12、DMA方式中，各载波的射频频率不同。发送的时间虽然可 以重合，但各载波占用的频带是彼此严格分开的。,目前卫星通信系统主要多址方式,26,5 November 2015,范晓晴,频分多址方式FDMA,27,5 November 2015,范晓晴,频分多址方式-FDMA,28,5 November 2015,范晓晴,频分多址方式是微波中继通信系统所用方式的引伸。 优点: 技术成熟，设备较简单，在大容量线路工作时效率较高。 缺点： 多个载波信号同时通过转发器时，会发生转发器有效输出功率降低、和生互调噪专用和可懂串话、强信号对弱信号的抑制等现象，因而有效容量将随载波增多而急剧降低，并且大、小站难以兼容
13、，各站发射功率必须保持稳定（起伏值一般要求小于正负0.5DB）； 不灵活，要重新分配频率比较困难。,29,5 November 2015,范晓晴,二、时分多址TDMA,目前卫星通信系统主要多址方式,TDMA的基本特征是，把卫星转发器的工作时间分割成周期性的互不重叠的时隙（每个时隙也称为分帧，一个周期则称为一帧），分配给各站使用。典型的制式是TDM-PSK-TDMA，每个站的群路被时分复用成多路信号，然后对其信号进行相移键控，转发器按时分实现多址联接，各分帧含保护时隙。,30,5 November 2015,范晓晴,时分多址TDMA,31,5 November 2015,范晓晴,TDMA方式优点
14、: 充分利用卫星功率且无互调；充分利用转发器的频带；不 会产生弱信号受抑制问题，上行功率不需要精确控制；各站所 发分帧的码速率可以不同，便于大、小站兼空。TDMA方式在中、 小容量的线路工作时，也可以得到相当高的效率。它的容量随 站数增加而下降的速度比FDMA的缓慢得多。 TDMA方式缺点: 要有精确的同步，以保证各突发到达转发器的时间不发生 重叠，并且保证接收站能正确识别站址和迅速建立载波、位定 时的同步，而这是比较复杂、困难的技术。,32,5 November 2015,范晓晴,三、码分多址CDMA,目前卫星通信系统主要多址方式,CDMA是基于扩频通信中的一种多址方式，很多CDMA信号共用
15、一个频谱，每个信号有不同的PN序列组成，它对载波进行调制扩展其频谱。 CDMA的基本特征是各站所发的信号在结构上各不相同并且相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间、空间上都可能重叠。采用这种方式时，各站所发射的载波大都受到两种调制，一种是基带信号（一般是数字的）的调制，一种是地址码的调制；接收时，对于某一地址码，只有与之相应的接收机才能检测出信号，而其它接收机检测出的却呈现为类似高斯过程的宽带噪声。,33,5 November 2015,范晓晴,码分多址CDMA,34,5 November 2015,范晓晴,CDMA系统特性：,CDMA以扩频技术为基础，具有扩频通信所固有的抗干扰能力强、抗多径衰落、安全保密性好等优点，而且CDMA通信还具有隐蔽性好、多址访问灵活、对非正交系统不需要系统的同步、与同频通信系统之间的相互干扰小、对多普勒频移不敏感等优点。与TDMA、FDMA相比，CDMA系统的优点在卫星通信系统中体现得更加明显。,
