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1、第第1111章章 卫星通信技术卫星通信技术11.111.1卫星通信概述卫星通信概述 卫卫星星通通信信是是利利用用通通信信卫卫星星作作为为空空中中中中继继站站，将将地地球球上上某某一一地地面面站站发发射射来来的的无无线线电电信信号号转转发发到到另另一一个地面站，从而实现两个或多个地域之间的通信。个地面站，从而实现两个或多个地域之间的通信。11.1.111.1.1卫星通信系统的组成及特点卫星通信系统的组成及特点卫星通信系统由空间分系统、通信地球站分系卫星通信系统由空间分系统、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统统、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统4大功大功能部分组成，如图能部
2、分组成，如图11.2所示。所示。 根据通信卫星与地面之间的位置关系，可以分根据通信卫星与地面之间的位置关系，可以分为静止通信卫星（或同步通信卫星）和移动通信卫为静止通信卫星（或同步通信卫星）和移动通信卫星。星。 图图11.2卫星通信系统的基本组成卫星通信系统的基本组成卫星通信作为现代通信的重要手段之一，卫星通信作为现代通信的重要手段之一，与其他通信方式相比有以下独到的特点。与其他通信方式相比有以下独到的特点。通信距离远、覆盖地域广、不受地理条件限通信距离远、覆盖地域广、不受地理条件限制。制。以广播方式工作，只要在卫星天线波以广播方式工作，只要在卫星天线波束的覆盖区域内，都可以接收卫星信号或向束
3、的覆盖区域内，都可以接收卫星信号或向卫星发送信号。卫星发送信号。可以采用空分多址可以采用空分多址（SDMA）方式。）方式。工作频段高，卫星通信工作频段高，卫星通信的工作频率使用微波频段（的工作频率使用微波频段（300MHz300GHz）。）。通信容量大，传输业务类型通信容量大，传输业务类型多。多。相比其他通信方式，卫星通信其不足主相比其他通信方式，卫星通信其不足主要表现为：要求卫星严格，有高可靠性、长要表现为：要求卫星严格，有高可靠性、长寿命；通信地球站设备较复杂、庞大；卫星寿命；通信地球站设备较复杂、庞大；卫星传输信号有延迟。传输信号有延迟。11.1.211.1.2卫星通信工作频段卫星通信工
4、作频段 工作频段选在电波能穿透电离层的特高工作频段选在电波能穿透电离层的特高频或微波频段，大多数卫星通信系统选择在频或微波频段，大多数卫星通信系统选择在下列频段工作。下列频段工作。UHF波段波段400/200MHzL波段波段1.6/1.5GHzC波段波段6.0/4.0GHzX波段波段8.0/7.0GHzKu波段波段 14.0/12.0GHz，14.0/11.0GHzKa波段波段30/20GHz11.1.311.1.3卫星通信的多址方式卫星通信的多址方式1频分多址（频分多址（FDMA）方式）方式所谓频分多址，是指按地面站分配的射所谓频分多址，是指按地面站分配的射频不同来区别地球站的站址。为使各地
5、球站频不同来区别地球站的站址。为使各地球站的地址频率在卫星转发器频带内不发生重叠，的地址频率在卫星转发器频带内不发生重叠，要留有保护频带。同时要注意防止多载波间要留有保护频带。同时要注意防止多载波间的互调干扰（交调干扰）。克服交调干扰可的互调干扰（交调干扰）。克服交调干扰可采用诸如采用诸如TDMA等其他多址方式。频分多址等其他多址方式。频分多址又可分为以下多种。又可分为以下多种。（1）SCPC/FDMA方式方式这种方式用在小容量卫星通信系统中，这种方式用在小容量卫星通信系统中，它的含义是每站路一个载波，所以又称为单它的含义是每站路一个载波，所以又称为单路单载波。路单载波。（2）PCM/TDMA
6、/PSK/FDMA方式方式这种方式是将语音进行这种方式是将语音进行PCM编码、多路编码、多路复用、变为复用、变为PDH（或（或SDH）系列的数字信号、）系列的数字信号、相移键控，最后进行相移键控，最后进行FDMA，根据载波频率，根据载波频率不同来区别站址。不同来区别站址。时分多址（时分多址（TDMA）就是指用时间的间）就是指用时间的间隙来区别地球的站址，各地球站的信号只在隙来区别地球的站址，各地球站的信号只在规定的时隙通过卫星转发器。规定的时隙通过卫星转发器。为实现各地球站的信号按指定的时隙通为实现各地球站的信号按指定的时隙通过卫星转发器，必须要有一个时间基准。各过卫星转发器，必须要有一个时间
7、基准。各地球站以此为基准，按分配时隙发射载波通地球站以此为基准，按分配时隙发射载波通过卫星转发器，这就是通常说的数字系统同过卫星转发器，这就是通常说的数字系统同步。步。时分多址方式的具体实现方法有多种，时分多址方式的具体实现方法有多种，常采用的是常采用的是PCM/TDM/PSK/TDMA方式。方式。PCM/TDM/PSK的信号变换过程与前面讲到的信号变换过程与前面讲到的的FDMA基本相同，主要区别在基本相同，主要区别在TDMA的多的多址技术的帧结构。址技术的帧结构。2时分多址方式时分多址方式3空分多址方式空分多址方式空分多址（空分多址（SDMA）是以卫星天线指向）是以卫星天线指向地面的波束来区
8、别站址的，即利用波束的方地面的波束来区别站址的，即利用波束的方向性来分割不同区域地球站电波，使各地球向性来分割不同区域地球站电波，使各地球站发射电波在空间不互相重叠，即使在同一站发射电波在空间不互相重叠，即使在同一时间，不同区域站使用同一频率工作，它们时间，不同区域站使用同一频率工作，它们之间也不会形成干扰。这样，频率、时间都之间也不会形成干扰。这样，频率、时间都可再用，可容纳更多用户，减少干扰，这就可再用，可容纳更多用户，减少干扰，这就对天线波束指向提出了更高的要求。对天线波束指向提出了更高的要求。空分多址方式一般都是与时分多址方式空分多址方式一般都是与时分多址方式相结合而构成所谓相结合而构
9、成所谓TDMA/SS/SDMA的。的。4码分多址方式码分多址方式所谓码分多址（所谓码分多址（CDMA），就是用码型），就是用码型来区别地球站站址。码分多址方式属拓宽频来区别地球站站址。码分多址方式属拓宽频带、低信噪比的工作方式，利用了扩展频谱带、低信噪比的工作方式，利用了扩展频谱的方法，使在的方法，使在C/N较小的条件下，仍然能得较小的条件下，仍然能得到相同的通信质量。它一般用于用户容量小，到相同的通信质量。它一般用于用户容量小，但地球站站址多的系统，由于有抗干扰、保但地球站站址多的系统，由于有抗干扰、保密、隐蔽、机动、灵活分配信道及多址的特密、隐蔽、机动、灵活分配信道及多址的特点而广泛用于军
10、事、公安、国防等要害部门。点而广泛用于军事、公安、国防等要害部门。11.211.2通信卫星通信卫星 通信卫星的作用是进行无线电信号的中通信卫星的作用是进行无线电信号的中继，把来自一个地球站的信号进行接收、变继，把来自一个地球站的信号进行接收、变频和放大，并转发给另一个地球站，将信号频和放大，并转发给另一个地球站，将信号在地球站之间进行传输。在地球站之间进行传输。11.2.111.2.1同步通信卫星同步通信卫星当卫星运行轨道在赤道面内时，称赤道当卫星运行轨道在赤道面内时，称赤道轨道，如轨道呈圆形，此轨道离地面高度为轨道，如轨道呈圆形，此轨道离地面高度为357866km时，此轨道称为同步轨道。同步
11、时，此轨道称为同步轨道。同步轨道只有一个，是宝贵的空间资源。轨道只有一个，是宝贵的空间资源。在同步轨道上运行的卫星，卫星运行方在同步轨道上运行的卫星，卫星运行方向与地球自转方向相同，由西向东作圆周运向与地球自转方向相同，由西向东作圆周运动，卫星运行周期为恒星日（动，卫星运行周期为恒星日（23h56min4s），），一般称为一般称为24h。卫星的匀速运动速度为。卫星的匀速运动速度为v=3.07km/s这时卫星相对于地球表面呈静止状态，这时卫星相对于地球表面呈静止状态，在地球上观察卫星时，此卫星是静止不动的，在地球上观察卫星时，此卫星是静止不动的，因此称同步卫星或叫静止卫星，这个轨道也因此称同步卫
12、星或叫静止卫星，这个轨道也称为静止轨道。称为静止轨道。1同步通信卫星同步通信卫星摄动。在空中运行的卫星，受到来自摄动。在空中运行的卫星，受到来自地球、太阳、月亮的引力以及地球形状不均地球、太阳、月亮的引力以及地球形状不均匀、太阳辐射压力等影响，使卫星运行轨道匀、太阳辐射压力等影响，使卫星运行轨道偏离预定的理想轨道，这种现象称为摄动。偏离预定的理想轨道，这种现象称为摄动。轨道平面倾斜效应。当静止卫星受到轨道平面倾斜效应。当静止卫星受到某些因素影响而发生相对于赤道平面向上、某些因素影响而发生相对于赤道平面向上、向下的固定偏离时，就使卫星的视在位置及向下的固定偏离时，就使卫星的视在位置及星下点发生改
13、变，这就称为倾斜效应。星下点发生改变，这就称为倾斜效应。星蚀与日凌中断。当静止卫星和地心星蚀与日凌中断。当静止卫星和地心及太阳在一条直线上，且地球挡住太阳使卫及太阳在一条直线上，且地球挡住太阳使卫星处于阴影区时，就称此为星蚀。在这一直星处于阴影区时，就称此为星蚀。在这一直线上的另一种情况是，当太阳正对着卫星，线上的另一种情况是，当太阳正对着卫星，地面站天线对准太阳，这时因太阳黑子产生地面站天线对准太阳，这时因太阳黑子产生的强大的太阳噪声干扰，会使通信短暂中断，的强大的太阳噪声干扰，会使通信短暂中断，这种现象称为日凌中断。这种现象称为日凌中断。2影响同步卫星通信的因素影响同步卫星通信的因素卫星姿
14、态的保持与控制。卫星的位置卫星姿态的保持与控制。卫星的位置要控制，使之保持在预定位置，但仅此还不要控制，使之保持在预定位置，但仅此还不够，还必须使卫星的天线波束指向覆盖区中够，还必须使卫星的天线波束指向覆盖区中心，使卫星上太阳能电池板正对太阳。这就心，使卫星上太阳能电池板正对太阳。这就要求卫星相对于地球保持一定的姿态，使之要求卫星相对于地球保持一定的姿态，使之达到上述两项要求。达到上述两项要求。11.2.211.2.2通信卫星的组成通信卫星的组成卫星通信实质是微波中继技术和空间技卫星通信实质是微波中继技术和空间技术的结合。一个卫星通信星上系统是由控制术的结合。一个卫星通信星上系统是由控制分系统
15、、通信分系统、遥测指令分系统、电分系统、通信分系统、遥测指令分系统、电源分系统、温控分系统等组成。源分系统、温控分系统等组成。1控制分系统控制分系统控制分系统主要由各种可控的调整装置、控制分系统主要由各种可控的调整装置、驱动装置（喷气抵进器）及各种转换开关等驱动装置（喷气抵进器）及各种转换开关等组成。它在地面遥控指令下，主要完成对卫组成。它在地面遥控指令下，主要完成对卫星的姿态、位置、工作状态以及主、备用设星的姿态、位置、工作状态以及主、备用设备切换等控制功能。备切换等控制功能。2通信分系统通信分系统 通信分系统是通信卫星的关键，完成重通信分系统是通信卫星的关键，完成重要的通信转发功能。通信分
16、系统主要由天线要的通信转发功能。通信分系统主要由天线和转发器两大部分组成。和转发器两大部分组成。（1）天线）天线对卫星上天线要求严格：要体积小、重对卫星上天线要求严格：要体积小、重量轻、馈电方便、易折叠、易展开；电器特量轻、馈电方便、易折叠、易展开；电器特性好、增益高、效率高、宽频带等。其种类性好、增益高、效率高、宽频带等。其种类有以下几种。有以下几种。全方向性天线。此天线是完成遥测和全方向性天线。此天线是完成遥测和指令信号的发送、接收功能的。指令信号的发送、接收功能的。通信天线。卫星上的通信天线，主要通信天线。卫星上的通信天线，主要是接收、转发地面站的通信信号。通信天线是接收、转发地面站的通
17、信信号。通信天线要对准所覆盖的区域，按其覆盖面大小可分要对准所覆盖的区域，按其覆盖面大小可分为以下为以下4类。类。球波束天线：覆盖地球表面面积最大，球波束天线：覆盖地球表面面积最大，一般可达地球表面的一般可达地球表面的1/3。覆形波束天线（区域波束天线）：覆盖覆形波束天线（区域波束天线）：覆盖的地球通信区域为一特定的区域，如为一个的地球通信区域为一特定的区域，如为一个国家国土等。国家国土等。半球波束天线：是球波束天线覆盖的半球波束天线：是球波束天线覆盖的1/2。点波束天线：此波束很窄，覆盖地面某点波束天线：此波束很窄，覆盖地面某一限定的小区。一限定的小区。（2）转发器）转发器卫星通信转发器有卫
18、星通信转发器有3种，即双、单变频转种，即双、单变频转发器和处理转发器。发器和处理转发器。单变频转发器。单变频转发器。双变频转发器。双变频转发器。处理转发器。处理转发器。卫星上的信号处理一般分卫星上的信号处理一般分3种情况：对数种情况：对数字信号进行判决、再生，使噪声不积累；多字信号进行判决、再生，使噪声不积累；多个卫星天线之间的信号交换处理；为更复杂个卫星天线之间的信号交换处理；为更复杂的星上处理系统，它包括了信号的变换、交的星上处理系统，它包括了信号的变换、交换和处理等。换和处理等。3遥测指令分系统遥测指令分系统遥测指令分系统分两部分：遥测部分和遥测指令分系统分两部分：遥测部分和遥控指令部分
19、。遥控指令部分。（1）遥测部分）遥测部分遥测部分主要收集卫星上设备工作的数遥测部分主要收集卫星上设备工作的数据，并经处理后送往地面监测中心站。据，并经处理后送往地面监测中心站。（2）遥控指令部分）遥控指令部分地球上收到卫星遥测的有关数据时，要地球上收到卫星遥测的有关数据时，要对卫星的位置、姿态进行控制。设备中的部对卫星的位置、姿态进行控制。设备中的部件转换，大功率电源开关等，都要由遥控指件转换，大功率电源开关等，都要由遥控指令部分来进行。令部分来进行。4电源分系统电源分系统卫星上设备工作的能源，主要由太阳能卫星上设备工作的能源，主要由太阳能电池提供，辅助以原子能电池和化学电池。电池提供，辅助以
20、原子能电池和化学电池。为保证卫星上的设备供电，在卫星上特别设为保证卫星上的设备供电，在卫星上特别设置了电源控制电路，在特定情况下进行电源置了电源控制电路，在特定情况下进行电源的控制。的控制。5温控分系统温控分系统通信卫星里的设备都是在密闭环境下工通信卫星里的设备都是在密闭环境下工作的。电器设备工作，特别是行波管功率放作的。电器设备工作，特别是行波管功率放大器产生的热量及卫星受太阳照射等使温度大器产生的热量及卫星受太阳照射等使温度会发生变化。而工作要求，特别是本振设备，会发生变化。而工作要求，特别是本振设备，要求温度恒定，因此就必须对星上温度进行要求温度恒定，因此就必须对星上温度进行控制。控制。
21、11.2.311.2.3观察参量观察参量 卫星地面站的天线要与卫星上的通信天卫星地面站的天线要与卫星上的通信天线对准，才能接收和发送通信信号。如何才线对准，才能接收和发送通信信号。如何才能使两者对准呢？主要由地面站对卫星的几能使两者对准呢？主要由地面站对卫星的几个观察参量来决定。个观察参量来决定。这几个观察参量是指地球站天线轴线指这几个观察参量是指地球站天线轴线指向静止卫星的方位角、仰角和距离向静止卫星的方位角、仰角和距离3个参数。个参数。11.311.3卫星地球站卫星地球站在卫星通信系统中，卫星地球站具有收、在卫星通信系统中，卫星地球站具有收、发信功能，主要完成信号的组装与分路，用发信功能，
22、主要完成信号的组装与分路，用户通过地球站接入卫星线路，进行通信。户通过地球站接入卫星线路，进行通信。11.3.111.3.1地球站的种类地球站的种类地球站是卫星通信系统的重要组成部分，地球站是卫星通信系统的重要组成部分，可以按不同的方法来分类。可以按不同的方法来分类。有按安装方式及设备规模分，按天线反有按安装方式及设备规模分，按天线反射面口径大小分，按传输信号特征分，按用射面口径大小分，按传输信号特征分，按用途分，按业务性质分。途分，按业务性质分。此外，地球站还可按工作频段、通信卫此外，地球站还可按工作频段、通信卫星类型、多址方式等不同进行分类。星类型、多址方式等不同进行分类。11.3.211
23、.3.2地球站组成地球站组成对于不同的通信体制，地球站的组成也对于不同的通信体制，地球站的组成也不相同。但是，从地球站设备的基本组成和不相同。但是，从地球站设备的基本组成和工作过程来看，一个典型的双工地球站，一工作过程来看，一个典型的双工地球站，一般包括天馈分系统、发射分系统、接收分系般包括天馈分系统、发射分系统、接收分系统、信道终端设备分系统、伺服跟踪分系统、统、信道终端设备分系统、伺服跟踪分系统、监控分系统、用户接口分系统和电源分系统监控分系统、用户接口分系统和电源分系统等，如图等，如图11.8所示。所示。图图11.8地球站设备的一般组成框图地球站设备的一般组成框图1天馈分系统天馈分系统天
24、线馈线系统简称天馈系统。它是地球天线馈线系统简称天馈系统。它是地球站的重要组成部分之一，是实现自由空间传站的重要组成部分之一，是实现自由空间传播的电磁波能量与发射或接收的导行波能量播的电磁波能量与发射或接收的导行波能量之间联系的设备，也是决定地球站容量和通之间联系的设备，也是决定地球站容量和通信质量的关键性设备之一。信质量的关键性设备之一。天线馈线系统除包括天线、馈线外，还天线馈线系统除包括天线、馈线外，还应包括用以分离跟踪信号的部件等。应包括用以分离跟踪信号的部件等。地球站天线系统一般都是收、发系统共地球站天线系统一般都是收、发系统共用一部天线。为了不使要发送出去的微波信用一部天线。为了不使
25、要发送出去的微波信号在传输过程中泄漏到接收设备中去，通常号在传输过程中泄漏到接收设备中去，通常都在馈线系统中接入双工器，以作为发送波都在馈线系统中接入双工器，以作为发送波和接收波的分路器。和接收波的分路器。2发射分系统发射分系统在标准地球站中，要产生出几百瓦甚至在标准地球站中，要产生出几百瓦甚至十几千瓦的大功率微波信号以向卫星发射。十几千瓦的大功率微波信号以向卫星发射。同时，在同时，在FDMA情况下，有时一个地球站还情况下，有时一个地球站还要同时向其他多个地球站发射多个载波，所要同时向其他多个地球站发射多个载波，所有这些任务都由地球站大功率发射系统来完有这些任务都由地球站大功率发射系统来完成。
26、成。对发射机部分要求有：发射机功率要大；对发射机部分要求有：发射机功率要大；频带宽度要大；载频的精度要高；放大器的频带宽度要大；载频的精度要高；放大器的线性要好，增益要稳定。线性要好，增益要稳定。地球站发射机中的功率放大器一般都使地球站发射机中的功率放大器一般都使用行波管或速调管，使之工作在微波段。为用行波管或速调管，使之工作在微波段。为减小交调干扰，在多载波工作时，采取输入减小交调干扰，在多载波工作时，采取输入/输出补偿，使其不工作在饱和点附近。输出补偿，使其不工作在饱和点附近。3接收分系统接收分系统地球站接收系统的作用是从噪声中接收地球站接收系统的作用是从噪声中接收来自卫星的信号。由于卫星
27、信号到达地球站来自卫星的信号。由于卫星信号到达地球站时就变得极其微弱，一般只有时就变得极其微弱，一般只有10171018W的数量级。所以地球站接收系统的灵敏度必的数量级。所以地球站接收系统的灵敏度必须很高，噪声必须很低，才能保证正常接收。须很高，噪声必须很低，才能保证正常接收。低噪声接收系统主要由低噪声放大器、低噪声接收系统主要由低噪声放大器、下变频器、本机振荡器等组成，对其要求比下变频器、本机振荡器等组成，对其要求比较严格：噪声温度要低；工作频带要宽；增较严格：噪声温度要低；工作频带要宽；增益要稳定。益要稳定。从电路组成方面来看，卫星通信地球站从电路组成方面来看，卫星通信地球站低噪声接收机系
28、统通常都采用超外差方式，低噪声接收机系统通常都采用超外差方式，并且可以采用一次变频，也可以采用二次变并且可以采用一次变频，也可以采用二次变频。频。4伺服跟踪分系统伺服跟踪分系统地球站天线跟踪卫星的方法有手动跟踪、地球站天线跟踪卫星的方法有手动跟踪、程序跟踪和自动跟踪程序跟踪和自动跟踪3种。种。手动跟踪。根据预知的卫星轨道位置手动跟踪。根据预知的卫星轨道位置数据随时间变化的规律，用人工按时调整天数据随时间变化的规律，用人工按时调整天线的指向。线的指向。程序跟踪。将卫星轨道预报的数据和程序跟踪。将卫星轨道预报的数据和从天线角度检测器来的天线位置角度值输入从天线角度检测器来的天线位置角度值输入计算机
29、，经处理、运算、比较，得出控制值计算机，经处理、运算、比较，得出控制值并将此值送入伺服回路，驱动天线，消除误并将此值送入伺服回路，驱动天线，消除误差角。差角。自动跟踪。根据地球站接收到卫星所自动跟踪。根据地球站接收到卫星所发的信标信号，检测出误差信号，驱动跟踪发的信标信号，检测出误差信号，驱动跟踪系统，使天线自动地对准卫星。系统，使天线自动地对准卫星。由于卫星位置受影响的因素太多，无法由于卫星位置受影响的因素太多，无法长期预测卫星轨道，故目前大中型地球站都长期预测卫星轨道，故目前大中型地球站都采用自动跟踪为主，手动跟踪和程序跟踪为采用自动跟踪为主，手动跟踪和程序跟踪为辅的方式。辅的方式。5监控
30、分系统监控分系统地球站相当复杂和庞大，为了保证各部地球站相当复杂和庞大，为了保证各部分正常工作，必须在站内集中监视、控制和分正常工作，必须在站内集中监视、控制和测试。为此，各地球站都有一个中央控制室，测试。为此，各地球站都有一个中央控制室，监控分系统就配置在中央控制室内。监控分监控分系统就配置在中央控制室内。监控分系统主要由监视设备、控制设备和测试设备系统主要由监视设备、控制设备和测试设备等组成。等组成。6电源分系统电源分系统地球站电源系统要满足整个卫星地球站地球站电源系统要满足整个卫星地球站的所有供电，特别是大型地球站（国际、国的所有供电，特别是大型地球站（国际、国内卫星网站）。内卫星网站）
31、。11.411.4卫星移动通信卫星移动通信 卫星移动通信系统是指利用人造地球通卫星移动通信系统是指利用人造地球通信卫星上的转发器作为空间链路的一部分进信卫星上的转发器作为空间链路的一部分进行移动业务的通信系统。行移动业务的通信系统。卫星移动通信中使用的主要技术有：语卫星移动通信中使用的主要技术有：语音编码、信道编码、调制解调、语音内插、音编码、信道编码、调制解调、语音内插、抗衰落技术（如分集、均衡等）、天线技术、抗衰落技术（如分集、均衡等）、天线技术、多址技术、星上处理与交换、回波控制、多多址技术、星上处理与交换、回波控制、多址分配技术、功率控制、系统控制（如呼叫址分配技术、功率控制、系统控制
32、（如呼叫建立、链路释放、路由选择算法、切换）等。建立、链路释放、路由选择算法、切换）等。从卫星轨道来看，卫星移动通信系统一从卫星轨道来看，卫星移动通信系统一般可分为静止轨道、中轨通和低轨道般可分为静止轨道、中轨通和低轨道3类。类。1静止轨道卫星移动通信系统静止轨道卫星移动通信系统静止轨道系统（静止轨道系统（GEO）即同步卫星系统。）即同步卫星系统。由于静止轨道高，传输路径长，信号时延和由于静止轨道高，传输路径长，信号时延和衰减都非常大，因此多用于船舶、飞机、车衰减都非常大，因此多用于船舶、飞机、车辆等移动体，不适合手持移动终端的通信。辆等移动体，不适合手持移动终端的通信。2中轨道卫星通信系统中
33、轨道卫星通信系统中轨道卫星通信系统（中轨道卫星通信系统（MEO）的轨道高）的轨道高度大约在度大约在10000km。发射十多颗卫星，就可。发射十多颗卫星，就可构成全球通信。为了提高对地面的辐射功率，构成全球通信。为了提高对地面的辐射功率，卫星上采用了多波速覆盖和频率再用技术。卫星上采用了多波速覆盖和频率再用技术。3低轨道卫星移动通信系统低轨道卫星移动通信系统低轨道卫星移动通信系统（低轨道卫星移动通信系统（LEO）采用）采用低轨道卫星群组成星座来转发无线电波。低低轨道卫星群组成星座来转发无线电波。低轨道系统的轨道距地面高度一般为轨道系统的轨道距地面高度一般为7001500km，因而信号的路径衰耗小
34、，信号时，因而信号的路径衰耗小，信号时延短，可以实现海上、陆地、高空移动用户延短，可以实现海上、陆地、高空移动用户之间或移动用户与固定用户之间的通信，它之间或移动用户与固定用户之间的通信，它可以实现手持移动终端的通信，因此可以实现手持移动终端的通信，因此LEO是是未来个人通信中必不可少的一部分。未来个人通信中必不可少的一部分。11.4.111.4.1INTELSATINTELSAT卫星通信系统卫星通信系统 国际通信卫星组织（国际通信卫星组织（INTELSAT）是世）是世界上最大的商业卫星组织，目前有界上最大的商业卫星组织，目前有140多个多个成员国，拥有成员国，拥有25颗世界上最先进的连接全球
35、颗世界上最先进的连接全球进行商业运作的进行商业运作的GEO卫星通信系统，可为约卫星通信系统，可为约200个国家和地区提供相应国际个国家和地区提供相应国际/区域区域/国内国内卫星通信综合业务，具有参与全球竞争的丰卫星通信综合业务，具有参与全球竞争的丰富运营经验与财力。富运营经验与财力。INTELSAT卫星通信系卫星通信系统提供的业务主要有：电话业务、视频广播统提供的业务主要有：电话业务、视频广播业务、商业业务和多媒体业务。业务、商业业务和多媒体业务。INTELSAT新一代卫星系统中引入了宽新一代卫星系统中引入了宽带带ISDN同步传输所需的编码调制新技术，以同步传输所需的编码调制新技术，以便使卫星
36、电路能支持全球信息高速公路（亦便使卫星电路能支持全球信息高速公路（亦称其为国际信息基础设施）的运行。称其为国际信息基础设施）的运行。INTELSAT可支持在一个可支持在一个72MHz标准卫标准卫星转发器中传输星转发器中传输B-ISDN/SDHSTM-1的的155Mbit/s的高速率综合业务，并且运行误码的高速率综合业务，并且运行误码率可低达率可低达1010，即可与光纤传输质量相比，即可与光纤传输质量相比拟，亦可利用拟，亦可利用ATM传输以满足未来高速多媒传输以满足未来高速多媒体数据业务的需求。体数据业务的需求。11.4.211.4.2INMARSATINMARSAT卫星通信网卫星通信网 INM
37、ARSAT最初目的是通过卫星为航行最初目的是通过卫星为航行在世界各地的船舶提供全球通信服务。近几在世界各地的船舶提供全球通信服务。近几年，年，INMARSAT已将通信服务范围扩大到陆已将通信服务范围扩大到陆地移动车辆和空中航行的飞机，成为唯一的地移动车辆和空中航行的飞机，成为唯一的全球海上、空中和陆地商用及遇险安全卫星全球海上、空中和陆地商用及遇险安全卫星移动通信服务的提供者。移动通信服务的提供者。1INMARSAT海事卫星通信系统海事卫星通信系统INMARSAT海事卫星通信系统是利用海事卫星通信系统是利用INMARSAT卫星向海上船只提供通信服务的卫星向海上船只提供通信服务的系统。由系统。由
38、INMARSAT卫星、岸站、船站、网卫星、岸站、船站、网络协调站和网络控制中心组成。络协调站和网络控制中心组成。卫星与船站之间采用卫星与船站之间采用L频段，卫星与岸站频段，卫星与岸站之间采用双重频段（之间采用双重频段（C频段和频段和L频段），数字频段），数字信道采用信道采用L频段，调频信道采用频段，调频信道采用C频段。系统频段。系统内信道的分配和连接均受岸站和网络协调站内信道的分配和连接均受岸站和网络协调站的控制。的控制。（1）卫星）卫星INMARSAT采用采用4颗同步轨道卫星重叠颗同步轨道卫星重叠覆盖的方法覆盖地球。覆盖的方法覆盖地球。4个卫星覆盖区分别个卫星覆盖区分别是大西洋东区、大西洋西
39、区、太平洋区和印是大西洋东区、大西洋西区、太平洋区和印度洋区。度洋区。（2）M4地球站地球站M4地球站（地球站（LandEarthStation，LES）由各国）由各国INMARSAT签字建设，并由签字建设，并由各国自己经营。各国自己经营。M4地球站既是卫星系统与地球站既是卫星系统与地面陆地电信网络的接口，又是一个控制地面陆地电信网络的接口，又是一个控制和接入中心。和接入中心。（3）网络协调站）网络协调站网络协调站（网络协调站（NCS）是整个系统的一）是整个系统的一个重要组成部分。在每个洋区至少有一个个重要组成部分。在每个洋区至少有一个地球站兼作网络协调站，并由它来完成该地球站兼作网络协调站，
40、并由它来完成该洋区内卫星通信网络必要的信道控制和分洋区内卫星通信网络必要的信道控制和分配工作。配工作。（4）网络控制中心）网络控制中心网络控制中心（网络控制中心（NOC）设在伦敦国际）设在伦敦国际移动卫星组织总部，负责监测、协调和控移动卫星组织总部，负责监测、协调和控制网络内所有卫星的操作运行。制网络内所有卫星的操作运行。2INMARSAT航空卫星通信系统航空卫星通信系统INMARSAT航空卫星通信系统主要提供航空卫星通信系统主要提供飞机与地球站之间的地对空通信业务。该系飞机与地球站之间的地对空通信业务。该系统由卫星、航空地球站和机载站统由卫星、航空地球站和机载站3部分组成。部分组成。卫星与航
41、空地球站之间采用卫星与航空地球站之间采用C频段，卫频段，卫星与机载站之间采用星与机载站之间采用L频段。航空地球站是频段。航空地球站是卫星与地面公众通信网的接口，是卫星与地面公众通信网的接口，是INMARSAT地球站的改装型；机载站是设在地球站的改装型；机载站是设在飞机上的移动地球站。飞机上的移动地球站。INMARSAT航空卫星航空卫星通信系统的信道分为通信系统的信道分为P、R、T和和C信道，信道，P、R和和T信道主要用于数据传输，信道主要用于数据传输，C信道可传输信道可传输语音、数据、传真等。语音、数据、传真等。11.4.311.4.3VSATVSAT卫星通信网卫星通信网1VSAT卫星通信网络
42、的主要特点卫星通信网络的主要特点 VSAT系统能够承担高速数据业务。系统能够承担高速数据业务。VSAT系统主要供专业用户传输数据系统主要供专业用户传输数据业务或计算机联网。业务或计算机联网。VSAT网络以传输数据业务为主，特网络以传输数据业务为主，特别是对实时业务传输，信道的响应时间对信别是对实时业务传输，信道的响应时间对信号质量和网络利用率影响很大。号质量和网络利用率影响很大。VSAT系统拥有的远端小站数目越多，系统拥有的远端小站数目越多，网络的利用率就越高。网络的利用率就越高。在系统网络设计时，以中心站的复杂在系统网络设计时，以中心站的复杂技术来换取技术来换取VSAT小站的设备简单、体积小
43、、小站的设备简单、体积小、价格便宜、便于安装和使用等，提高网络的价格便宜、便于安装和使用等，提高网络的性能价格比。性能价格比。中心站到小站的出站链路采用广播式中心站到小站的出站链路采用广播式的点到多点传输，大都采用的点到多点传输，大都采用TDM方式。方式。2VSAT网络的构成网络的构成VSAT网络主要由通信卫星、分布在各地网络主要由通信卫星、分布在各地的用户的用户VSAT小站、中心站和网络控制中心小站、中心站和网络控制中心组成。组成。（1）通信卫星）通信卫星通信卫星可以发送专用卫星，但绝大多通信卫星可以发送专用卫星，但绝大多数都是租用数都是租用INTELSAT卫星或卫星转发器。卫星或卫星转发器
44、。我国我国VSAT交通卫星通信网采用的是亚太一交通卫星通信网采用的是亚太一号卫星，上行链路频率为号卫星，上行链路频率为61456163MHz共共18MHz的带宽，平均分配给的带宽，平均分配给4个载波个载波（CXR0、CXR1、CXR2、CXR3）使用，）使用，每个载波的带宽为每个载波的带宽为4.5MHz。（2）VSAT小站小站VSAT小站是用户终端设备，有固定式和小站是用户终端设备，有固定式和便携式，主要由天线、射频单元、调制解调便携式，主要由天线、射频单元、调制解调器、基带处理单元、网络控制单元、接口单器、基带处理单元、网络控制单元、接口单元等组成，其可直接与电话机、交换机、计元等组成，其可
45、直接与电话机、交换机、计算机等各种用户终端连接。算机等各种用户终端连接。（3）中心站）中心站VSAT卫星通信网的中心站主要由本地操卫星通信网的中心站主要由本地操作控制台（作控制台（LOC）、）、TDMA终端、接口单元、终端、接口单元、电话会议终端、电视会议终端、数据通信设电话会议终端、电视会议终端、数据通信设备、射频设备、馈源及天线等构成。备、射频设备、馈源及天线等构成。中心站的主要任务是：对中心站的主要任务是：对VSAT卫星通信卫星通信网全网各网全网各VSAT小站设备的运行状况进行实小站设备的运行状况进行实时监控；对全网各时监控；对全网各VSAT小站的软件进行升小站的软件进行升级；对全网的各
46、种业务电路进行分配与管理；级；对全网的各种业务电路进行分配与管理；监视控制电话会议、电视会议的召开与运行；监视控制电话会议、电视会议的召开与运行；完成各完成各VSAT小站与局域网之间的数据传输小站与局域网之间的数据传输与交换。与交换。（4）网络控制中心）网络控制中心网络控制中心是中心站用来管理、监控网络控制中心是中心站用来管理、监控VSAT专用长途卫星通信网的重要设备，主专用长途卫星通信网的重要设备，主要由工作站、外置硬盘、磁带机等设备构成。要由工作站、外置硬盘、磁带机等设备构成。网络控制中心的主要功能有：管理、监视控网络控制中心的主要功能有：管理、监视控制、配置、维护整个制、配置、维护整个V
47、SAT专网系统；显示专网系统；显示监控整个系统的状态及报警情况；根据需要监控整个系统的状态及报警情况；根据需要制作网络图并下载给制作网络图并下载给VSAT网内所有的端站；网内所有的端站；为全网各端站下载所需的软件及其升级软件；为全网各端站下载所需的软件及其升级软件；设置全网各端站的区号；统计全网及各端站设置全网各端站的区号；统计全网及各端站的业务量。的业务量。11.4.411.4.4铱系统铱系统铱（铱（Iridium）系统是美国摩托罗拉公司）系统是美国摩托罗拉公司于于1987年提出的低轨道全球个人卫星移动通年提出的低轨道全球个人卫星移动通信系统，它与现有通信网结合，可实现全球信系统，它与现有通
48、信网结合，可实现全球数字化个人通信。数字化个人通信。铱系统创造了科技童话和移动通信领域铱系统创造了科技童话和移动通信领域的里程碑。铱系统具有星际电路，并具有星的里程碑。铱系统具有星际电路，并具有星上处理和星上交换功能，但同时也增加了系上处理和星上交换功能，但同时也增加了系统的复杂性，提高了系统的成本。铱系统统的复杂性，提高了系统的成本。铱系统1999年年8月提出了破产申请，月提出了破产申请，2000年年3月终止月终止了所有业务。了所有业务。2001年年3月月28日，新铱星公司日，新铱星公司宣布将重新开始卫星通信业务，铱星系统重宣布将重新开始卫星通信业务，铱星系统重新启用，再次引起了世人关注。新
49、启用，再次引起了世人关注。1铱系统的组成铱系统的组成铱系统网络结构如图铱系统网络结构如图11.16所示，主要由所示，主要由4部分组成：空间段、系统控制段（部分组成：空间段、系统控制段（SCS）、）、用户段、关口站段（用户段、关口站段（GW）。）。（1）空间段）空间段空间段由分布在空间段由分布在6个极地圆轨道面的个极地圆轨道面的72颗颗卫星（卫星（6颗备用星）组成。铱系统星座设计颗备用星）组成。铱系统星座设计能保证全球任何地区在任何时间至少有一颗能保证全球任何地区在任何时间至少有一颗卫星覆盖。铱系统星座网提供手机到关口站卫星覆盖。铱系统星座网提供手机到关口站的接入信令链路、关口站到关口站的网路信
50、的接入信令链路、关口站到关口站的网路信令链路、关口站到系统控制段的管理链路。令链路、关口站到系统控制段的管理链路。在在L频段频段10.5MHz频带内按频带内按FDMA方式划方式划分为分为12个频带，在此基础上再利用个频带，在此基础上再利用TDMA结结构。构。（2）系统控制段）系统控制段系统控制段（系统控制段（SCS）是铱系统的控制中）是铱系统的控制中心，它提供卫星星座的运行、支持和控制，心，它提供卫星星座的运行、支持和控制，把卫星跟踪数据交付给关口站，利用寻呼终把卫星跟踪数据交付给关口站，利用寻呼终端控制器（端控制器（MTC）进行终端控制。）进行终端控制。SCS包括包括3部分：遥测跟踪控制部分
51、：遥测跟踪控制（TTAC）、操作支持网（）、操作支持网（OSN）和控制设）和控制设备（备（CF）。）。SCS有有3方面功能：空间操作、方面功能：空间操作、网络操作、寻呼终端控制。网络操作、寻呼终端控制。SCS有两个外部有两个外部接口：一个接口到关口站，另一个接口到卫接口：一个接口到关口站，另一个接口到卫星。星。（3）用户段）用户段用户段指的是使用铱系统业务的用户终用户段指的是使用铱系统业务的用户终端设备，主要包括手持机（端设备，主要包括手持机（ISU）和寻呼机）和寻呼机（MTD），将来也可能包括航空终端、太阳），将来也可能包括航空终端、太阳能电话单元、边远地区电话接入单元等。能电话单元、边远地
52、区电话接入单元等。（4）关口站段）关口站段关口站是提供铱系统业务和支持铱系统关口站是提供铱系统业务和支持铱系统网络的地面设施。它提供移动用户、漫游用网络的地面设施。它提供移动用户、漫游用户的支持和管理，通过户的支持和管理，通过PSTN提供铱系统网提供铱系统网络到其他电信网的连接。一个或多个关口站络到其他电信网的连接。一个或多个关口站提供每一个铱系统呼叫的建立、保持和拆除，提供每一个铱系统呼叫的建立、保持和拆除，支持寻呼信息的收集和交付。关口站由以下支持寻呼信息的收集和交付。关口站由以下分系统组成：交换分系统（分系统组成：交换分系统（SSS）。地球终）。地球终端（端（ET）、地球终端控制器（）、
53、地球终端控制器（ETC）、消息）、消息发起控制器（发起控制器（MOC）、关口站管理分系统）、关口站管理分系统（GMS）。）。2铱系统的主要特点铱系统的主要特点采用采用LEO卫星作中继平台，使星上接卫星作中继平台，使星上接收机和地面接收终端所需的收机和地面接收终端所需的EIRP都比都比GEO卫星通信系统的卫星通信系统的EIRP大大降低。大大降低。采用多波束技术（每颗星采用多波束技术（每颗星48个点波束）个点波束），实现了极高的频率复用率，因而大大提高，实现了极高的频率复用率，因而大大提高了系统的通信容量。了系统的通信容量。采用星际链路，实现了单跳全球通，采用星际链路，实现了单跳全球通，免除了诸如
54、免除了诸如GEO系统多跳通信给用户带来的系统多跳通信给用户带来的长时延、大回声烦恼。长时延、大回声烦恼。采用采用TDMA、FDMA多址方式，实现多址方式，实现无缝切换，具有星上处理器，可独立成网，无缝切换，具有星上处理器，可独立成网，提供卫星网和地面蜂窝网的漫游及国际漫游。提供卫星网和地面蜂窝网的漫游及国际漫游。11.4.511.4.5全球星系统全球星系统 全球星系统（简称全球星系统（简称GS系统）也是低轨道系统。系统）也是低轨道系统。系统设计简单，没有星际电路、星上处理和星上交系统设计简单，没有星际电路、星上处理和星上交换，仅仅作为地面蜂窝系统的延伸，从而扩大了移换，仅仅作为地面蜂窝系统的延
55、伸，从而扩大了移动通信系统的覆盖，因此降低了系统投资和技术风动通信系统的覆盖，因此降低了系统投资和技术风险。全球星系统由险。全球星系统由48颗卫星组成，均匀分布在颗卫星组成，均匀分布在8个个轨道面上，轨道高度为轨道面上，轨道高度为1414km。全球星系统的主要特点有：由于轨道高度低，全球星系统的主要特点有：由于轨道高度低，用户几乎感受不到语音时延；通信信道编码为用户几乎感受不到语音时延；通信信道编码为CDMA方式，抗干扰能力强，通话效果好。方式，抗干扰能力强，通话效果好。全球星系统包括卫星子系统、地面子系统、用全球星系统包括卫星子系统、地面子系统、用户终端户终端3部分，并与地面公众网和专用网连
56、网。部分，并与地面公众网和专用网连网。1卫星子系统卫星子系统卫星子系统由卫星子系统由48颗卫星加颗卫星加8颗备用星组成。这颗备用星组成。这些卫星分布在些卫星分布在8个倾角为个倾角为52的圆形轨道平面上，每的圆形轨道平面上，每个轨道平面个轨道平面6颗卫星，另还有颗卫星，另还有1颗备用星。每颗卫星颗备用星。每颗卫星输出功率约为输出功率约为1000W，有，有16个点波束，个点波束，2800个双个双工语音信道或数据信道，总共有工语音信道或数据信道，总共有268800个信道。个信道。语音传输速率有语音传输速率有2.4kbit/s、4.8kbit/s、9.6kbit/s3种，种，数据传输速率为数据传输速率
57、为7.2kbit/s（持续流量）。每个业务（持续流量）。每个业务区总有区总有24颗卫星加以覆盖，每颗卫星能与其用户颗卫星加以覆盖，每颗卫星能与其用户保持保持17min的连接，然后通过软切换转移到另一卫的连接，然后通过软切换转移到另一卫星上。卫星采用星上。卫星采用CDMA制式，带宽为制式，带宽为1.23MHz，基，基本采用本采用IS-95标准。其优点是可以与地面系统标准。其优点是可以与地面系统CDMAOne兼容，带来技术上的方便。兼容，带来技术上的方便。2地面子系统地面子系统地面子系统由控制中心（地面子系统由控制中心（NCC）和关口）和关口（GW）组成。）组成。NCC配有备用设备，由地面配有备用
58、设备，由地面操作控制中心（操作控制中心（GOCC）、卫星操作控制中）、卫星操作控制中心（心（SOCC）和发射控制操作设施（）和发射控制操作设施（TCF）组成，负责管理组成，负责管理GS系统的地面接续，如系统的地面接续，如GW和数据网的操作，同时监视和数据网的操作，同时监视8颗卫星的运行。颗卫星的运行。GOCC管理管理GS的地面设施，执行网络计划，的地面设施，执行网络计划，分配信道，计费管理等。分配信道，计费管理等。SOCC管理和控制管理和控制卫星发射工作，并经常检测卫星在轨道上的卫星发射工作，并经常检测卫星在轨道上的运行，予以监控。运行，予以监控。GW是地面站，每一个站是地面站，每一个站可同时
59、与可同时与3颗卫星通信。颗卫星通信。GW承担转接全球星承担转接全球星系统和地面公网（系统和地面公网（PSTN/PLMN）的任务。）的任务。3用户终端用户终端使用全球星系统业务的用户终端设备，包括手使用全球星系统业务的用户终端设备，包括手持式、车载式和固定式。手持式终端有持式、车载式和固定式。手持式终端有3种模式：种模式：全球星单模、全球星全球星单模、全球星/GSM双模、全球星双模、全球星/CDMA/AMPS三模。手持机包括两个主要部件：三模。手持机包括两个主要部件：SIM卡、卡、SM卡及无线电话机；车载终端包括一个卡及无线电话机；车载终端包括一个手持机和一个卡式适配器；固定终端包括射频单元手持
60、机和一个卡式适配器；固定终端包括射频单元（RFU）、连接设备和电话机，它有住宅电话、付）、连接设备和电话机，它有住宅电话、付费电话和模拟中继费电话和模拟中继3种。种。全球星系统的多址方式采用全球星系统的多址方式采用FDMA+CDMA方方式。首先将式。首先将16.5MHz的上行带宽和下行带宽分成的上行带宽和下行带宽分成13个个1.25MHz的无线信道；再在每个无线信道上进行的无线信道；再在每个无线信道上进行码分多址，用以区分各个用户。码分多址，用以区分各个用户。21世纪卫星通信将会得到更大发展。卫星的工世纪卫星通信将会得到更大发展。卫星的工作频段正从作频段正从C频段、频段、Ku频段向频段向Ka更
61、高频段发展。更高频段发展。卫星平台的设计也在向着高度模块化、集成化和系卫星平台的设计也在向着高度模块化、集成化和系列化发展，并采用大天线、多点波束、功率按需分列化发展，并采用大天线、多点波束、功率按需分配和星上处理等新技术，以实现卫星宽带系统。卫配和星上处理等新技术，以实现卫星宽带系统。卫星间的通信将采用速度快、频带宽、保密性强的激星间的通信将采用速度快、频带宽、保密性强的激光通信。预计到光通信。预计到21世纪初，星间激光通信的传输率世纪初，星间激光通信的传输率将达到将达到40Gbit/s。作为未来个人通信的一个组成部。作为未来个人通信的一个组成部分，卫星移动通信将朝着小型化、轻型化方向发展，分，卫星移动通信将朝着小型化、轻型化方向发展，卫星技术将更多地采用星上处理、星间链路、高频卫星技术将更多地采用星上处理、星间链路、高频段宽带传输等技术。地面手持机将更趋小型化、通段宽带传输等技术。地面手持机将更趋小型化、通话费将不断降低，以满足全球个人通信的需求。话费将不断降低，以满足全球个人通信的需求。
