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1、公司培训系列公司培训系列-卫星通信系统介绍卫星通信系统介绍卫星联接世界卫星联接世界 星通星通架起桥梁架起桥梁 西安星通通信科技有限公司卫星通信系统概述1卫星地球站组成2美军军用卫星现状3Table of Contents主要卫星通信体制4怎样选择地球站5一、卫星通信系统概述卫星通信就是地球上无线电通信台站利用人造卫星作为中继站而进行的通信。一、卫星通信系统概述通信距离远、覆盖面积大： 一颗静止通信卫星的天线波束，可以覆盖地球表面积的42.4%。在这个覆盖区域内，两个相距18000公里的地面站可以进行远距离通信。在静止轨道上等间隔(120度 )配置三颗卫星，就可建立起除地球两极地区以外的全球通信
2、。建站成本与通信距离无关。组网络灵活，便于多重撷取联接 在卫星天线波束的覆盖区内，卫星通信网络所属的地面站可以同时和其它地面站建立各自的通信路线，形成一种多方向，多地点的通信。另外，各种形式的地球站，可以不受地理条件的限制，无论是固定站还是移动站，各种不同的业务种类，都可以组织在一个通信网络内，电路的建立十分灵活方便。主要优点一、卫星通信系统概述通信品质高、容量大 卫星通信工作在微波频段，再加上各种频率的重复利用，使得近代一颗通信卫星可用频带宽度达几千兆赫与之相应的通信容量超过了33000条话路。在卫星通信中，电波主要在接近真空的外层太空传播。因而可以很大地减小大气折射和地面反射的影响，传播特
3、性比地面微波接力线路明显稳定，所以通信品质高。4 .建设速度快。5 .易于实现广播和多址通信。6 .同一信道可用于不同方向和不同区域。一、卫星通信系统概述n卫星通信中，信号经同步通信卫星一跳至对方地球站所实现的单向传输距离约72000KM，信号到达有延迟，大约270ms的时间。n10GHZ以上频带受降雨雪的影响。n天线受太阳噪声的影响。n成本高。n带宽受限。主要缺点一、卫星通信系统概述通信卫星使用的频段nUHF-波段（240320MHz）nL-波段（1.61.5GHz）nS-波段（1.982.2GHz）nC-波段（4/6 GHz）nX-波段（8/10 GHz） nKu-波段（12/14 GHz
4、） nKa波段（20/30 GHz 主要使用频率主要使用频率一、卫星通信系统概述n卫星通信系统的工作频段大气中自由电子、离子、氧和水气分子对电波的吸收衰减一、卫星通信系统概述n按卫星运动状态n同步卫星通信系统n运动卫星通信系统n按卫星通信范围n国际卫星通信系统n区域卫星通信系统n国内通信卫星系统 卫星分类卫星分类n 按通信业务种类n固定业务卫星通信系统n移动业务卫星通信系统n广播电视卫星通信系统n科学实验卫星通信系统n 按卫星轨道高度n高轨（HEO, GEO)卫星n中轨(MEO)卫星n低轨(LEO)卫星一、卫星通信系统概述n按基带信号体制n模拟卫星通信系统n数字卫星通信系统n按多址方式n频分多
5、址（FDMA）卫星通信系统n时分多址（TDMA）卫星通信系统n码分多址（CDMA）卫星通信系统n混合多址卫星通信系统 卫星分类卫星分类一、卫星通信系统概述卫星分类-频分多址（FDMA）n按不同配置的射频来区别地球站n地球站同几个站通信就发几个载波n多址载波方式，即每个地球站仅发一个载波，而利用基带中的频分多路复用（FDM）或时分多路复用（TDM）进行区别不同的地球站一、卫星通信系统概述卫星分类-时分多址(TDMA)n时分多址方式即采用传输信号的不同的时间间隔来区分或代表不同的VSAT站的站址。也就是每个VSAT小站传输信号对具有不同收、发数字码的时间间隔，以此区分不同小站。一、卫星通信系统概述
6、卫星分类-码分多址（CDMA）n即采用传输信号的不同的码元来区分或代表不同的VSAT站的站址 n多址方式的信道分配技术方法很多，在VSAT通信系统中，常采用的有预分配方式和按需分配方式一、卫星通信系统概述卫星分类卫星分类- -混合多址混合多址美国投资建设的用美国投资建设的用66颗卫星组成的颗卫星组成的“铱铱”星系统星系统(Iridium Satellite System) 采用沿地球轨道高速运动采用沿地球轨道高速运动的低轨道卫星通信。系统网络结构采用的低轨道卫星通信。系统网络结构采用TDMAFDMA(时分多址频分多址时分多址频分多址)混合多址连接结构，系统混合多址连接结构，系统由空中、地面和移
7、动由空中、地面和移动3个部分组成，可提供寻呼、话音、个部分组成，可提供寻呼、话音、数据、传真、定位等业务。数据、传真、定位等业务。一、卫星通信系统概述n星蚀：与发生日凌原因相似，每年春分和秋分前后各23天中，在星下点的午夜前后，太阳、地球和卫星处在一条直线上，卫星进入地球的阴影区，就会发生卫星的日蚀，即发生星蚀。发生星蚀时会造成卫星通信中断。地星食，当地球处在太阳和卫星之间，并成一条线的时候，由于地球阴影的原因，卫星的太阳能电池不能正常供电。n雨衰：雨、云、雾会吸收信号并使噪声增加，在10GHZ以上频带表现尤为明显 。n外部噪声：天线前部有障碍物或天线前部有噪声源，会增加噪声，影响信号的接收。
8、二、卫星地球站组成n一般分为：天线、馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端设备、天线跟踪设备、电源二、卫星地球站组成卫星地球站的组成各部分介绍二、卫星地球站组成将中频信号（70M）变成射频信号例如：KU波段的信号，并将功率放大到一定电平经过天线系统发射出去。可以单载波工作和多载波工作对设备维护时要首先关掉电源接收卫星送来的卫星信号送给解调器低噪声放大器：对接收的微弱卫星信号进行信号放大和变频的功能（L波段）二、卫星地球站组成二、卫星地球站组成美国ComtechEfdata的CDM600,CDM600L FEC:,3/4,7/8 TURBO BPSK,QPSK,8PSKn基带接口: T1,E1,
9、T2,E2 G.703接口 EIA422,EIA232,V.35n IF接口: 70M(52-88M), 140M(104-176M) L-BAND(950-1950M)支持1:N(N=10)热备份三、美军军用卫星现状n一是信息获取类，主要实现对战场态势的及时感知，是实施作战行动的先决条件。n二是信息传输类，主要实现作战平台间的信息交换、更新，是基于信息系统体系作战的纽带和支撑。n三是时空基准类，主要完成对战场要素的精确把控，是精确打击的基石三、美军军用卫星现状四、主要卫星通信体制n 现今流行的通信体制大致分类SCPC单路单载波(点对点,星状网,网状网)TDMA时分多址系统(网状网,星状网)D
10、VB-RCS(星状网)n 根据业务类型及用户需求进行选择四、主要卫星通信体制SCPCn SCPC在主站与远端站之间采用固定载波，即FDMA(频分多址）n 通过发射不同频率的载波信号来区分不同小站的信息四、主要卫星通信体制SCPCn 其收发载波是专门为某一个站使用的，其他站不能用这一频率n 可不需要网管n 链路通信效率100%n 适用于广播、星状网四、主要卫星通信体制SCPCR1 to R2R2 to R1R3 to R4R4 to R3REMOTE 1REMOTE 2R REMOTE 3REMOTE 4四、主要卫星通信体制IDR和VSAT的概念n IDR (国际标准,可以互联互通) 中速率数据
11、业务(64K-44.736Mbit/s) n VSAT (封闭系统) 甚小口径终端，终端天线口径小于2.5米，主站应用管理软件高度监测和控制的小型地球站四、主要卫星通信体制IDRn 特点:支持中速数据SCPC方式，与TDMA方式比较，不需全网时槽分配，技术相对简单，国际关口站应用多n IDR一般应用于典型G.703方式。如果业务量小，采用DROP和INSERT(D&I)模式。电信应用一般直接与DDF相连，语音应用时一般接DCME设备 n IBS和IDR很相似，是一种低速率业务，最大2048K四、主要卫星通信体制VSATn VSAT系统主要传输数据业务，特点:一个主站,若干小站n 星状网 小站仅
12、与主站通信，VSAT小站之间以“两跳”方式通信n 网状网 VSAT站之间以“一跳”方式通信n 混合网 星状网、网状网的混合、支持多主站四、主要卫星通信体制典型典型VSAT站主要包括三部分站主要包括三部分:天线、室外单元天线、室外单元(ODU)、室、室内单元内单元(IDU)。 室外单元由天线馈源、接收设备室外单元由天线馈源、接收设备(低噪声放大器和下变频器低噪声放大器和下变频器)、发送设备发送设备(高功放和上变频器高功放和上变频器)组成。组成。ODU通过中频连接电缆通过中频连接电缆(IFL)连接到连接到IDU。IDU包括基带接收设备包括基带接收设备(中频下变频器和解中频下变频器和解调器调器)、基
13、带发射设备、基带发射设备 (中频上变频器和调制器中频上变频器和调制器)、用户终端或、用户终端或电话的接口设备和对输入输出信号进行监控的处理器等。电话的接口设备和对输入输出信号进行监控的处理器等。 室内单元包括室内单元包括TES、PES或或HES单元等。单元等。四、主要卫星通信体制VSAT卫星网数据通信网 小站和主站通过卫星转发器构成星状网，主站是VSAT网的中心结点。其主站的有效全向辐射功率（EIRP）高，接收品质因数（G/T）大，故所有小站均可同主站互通。由于小站天线口径小、发射EIRP低、接收G/T小，而此小站之间不能直接通信，必须经主站转发。 数据VSAT网通常是分组交换网，数据业务采用
14、分组传输方式，其工作过程是这样的：任何进入VSAT网的数据在发送之前先进行格式化，即把较长的数据报文分解成若干固定长度的信息段，加上地址和控制信息后构成一个分组，传输和交换时以一个分组作为整体来进行，到达接收点后，再把各分组按原来的顺序装配起来，恢复成原来的报文。四、主要卫星通信体制VSAT卫星网数据通信网 数据数据VSAT网使用的卫星信道可以分为外向（网使用的卫星信道可以分为外向（Outbound）信道和内向（）信道和内向（Inbound）信道。在数据）信道。在数据VSAT网中，业务信道和控制信道是一致的，即业务子网网中，业务信道和控制信道是一致的，即业务子网和控制子网具有相同的星状结构，通
15、信体制为和控制子网具有相同的星状结构，通信体制为TDM/TDMA。 主站通过卫星转发器向小站发数据的过程叫外向传输。主站通过卫星转发器向小站发数据的过程叫外向传输。外向信道一般采用外向信道一般采用TDM方式。从主站向各小站发送的数据方式。从主站向各小站发送的数据，由主计算机进行分组化，组成，由主计算机进行分组化，组成TDM帧，通过卫星以广播帧，通过卫星以广播方式发向网中所有小站。每个方式发向网中所有小站。每个TDM帧中都有进行同步所需帧中都有进行同步所需的同步码，帧中每个分组都包含有一个接收小站的地址。的同步码，帧中每个分组都包含有一个接收小站的地址。小站根据每个分组中携带的地址进行接收。小站
16、根据每个分组中携带的地址进行接收。 小站通过卫星转发器向主站发数据的过程叫内向传输。小站通过卫星转发器向主站发数据的过程叫内向传输。内向信道一般采用内向信道一般采用TDMA。由小站向主站发送的数据，由。由小站向主站发送的数据，由小站进行格式化，组成信道帧（其中包括起始标记、地址小站进行格式化，组成信道帧（其中包括起始标记、地址字段、控制字段、数据字段、字段、控制字段、数据字段、CRC和终止标记），通过卫和终止标记），通过卫星按照采用的信道共享协议发向主站。星按照采用的信道共享协议发向主站。四、主要卫星通信体制VSAT卫星网话音通信网 话音VSAT网控制子网的传输体制与数据网是一致的，而业务子网
17、则是典型的网状网结构。要实现网状网，SCPC（单路单载波）是一种简单可行的信道多址方式，SCPC信道分配则采用DAMA（按申请分配或称为按需分配）方式。目前，投入实用的系统大部分是采用DAMA-SCPC方式的话音VSAT网。为了兼顾少数大业务量站间业务，可以配置部分点对点预分配（固定分配）的信道。 这种网状网的业务信道除了用于话音业务之外，也可以用于数据业务，分配方式和交换方式与话音业务类似。四、主要卫星通信体制 话音话音VSAT网的信道分配方式通常是按需分配与预分配结合。网的信道分配方式通常是按需分配与预分配结合。按需分配的呼叫过程有三个基本阶段：按需分配的呼叫过程有三个基本阶段： （1）呼
18、叫建立）呼叫建立 主叫方通过控制信道向网控中心发出呼叫申请信息，网控中心主叫方通过控制信道向网控中心发出呼叫申请信息，网控中心在确认卫星信道和被叫方设备有空闲的条件下，向主叫方和被叫方分配卫星信在确认卫星信道和被叫方设备有空闲的条件下，向主叫方和被叫方分配卫星信道，主叫方和被叫方进行导通测试，建立线路。在这个阶段，网控系统的主要道，主叫方和被叫方进行导通测试，建立线路。在这个阶段，网控系统的主要任务是在规定的时间内建立线路，并使插入的附加呼损尽可能小。任务是在规定的时间内建立线路，并使插入的附加呼损尽可能小。 （2）通话）通话 线路建立后，两方即可进行通话或数据传输。线路建立后，两方即可进行通
19、话或数据传输。 （3）拆线）拆线 通话结束后，由通话的主叫方或通话双方（取决于系统设计）向网控通话结束后，由通话的主叫方或通话双方（取决于系统设计）向网控中心发出通话结束信息，网控中心发回确认并回收资源（包括卫星信道和用户中心发出通话结束信息，网控中心发回确认并回收资源（包括卫星信道和用户信道设备）。在这个阶段，网控中心的主要任务是及时、准确地回收空间资源信道设备）。在这个阶段，网控中心的主要任务是及时、准确地回收空间资源和地面资源。和地面资源。四、主要卫星通信体制名词解释星状结构 模式：小站A卫星主站卫星小站B 星状结构的小站间是通过主站进行的。由于信号是两次上星下星，因此时延比较大，不适合
20、于话音传输。这种结构比较适合于数据传输。 四、主要卫星通信体制名词解释网状结构 模式：小站A卫星小站B 较适合于点到点之间进行实时性通信的应用环境，比如建立单位内的VSAT专用电话网等（在进行信道分配、网络监控管理等时一般仍要用星形结构） 。 网状结构可以直接经过卫星进行小站与小站间的通信，它的时延比较小，经较适合话音信号的传输。四、主要卫星通信体制名词解释混合结构（星状+网状） 最适合于点到点或点到多点之间进行综合业务传输的应用环境。此种结构的VSAT网在进行点到点间传输或实时性业务传输时采用网状结构，而进行点到多点间传输或数据传输时采用星状结构；在星状和网状结构时可采用不同的多址方式。此种
21、结构的VSAT网综合了前两种结构的优点，允许两种差别较大的VSAT站（即小用户用小站，大用户用大站）在同一个网内较好地共存，能进行综合业务传输，能择优选择最合适的多址方式，估计会有较大的发展。四、主要卫星通信体制名词解释-地面站品质因数 一般来说，工作频段一定，当折算到地面站馈线输入端一般来说，工作频段一定，当折算到地面站馈线输入端的总等效噪声温度一定时，天线口径越大，地面站接收灵敏的总等效噪声温度一定时，天线口径越大，地面站接收灵敏度就越高，通常用地面站品质因数度就越高，通常用地面站品质因数G/T来描述，它是地面站来描述，它是地面站最重要功能规范之一。最重要功能规范之一。G/T 值的分贝计算
22、式为：值的分贝计算式为： G/T=10lgG-10lgT (公式公式1-2) 式中，式中，G为接收天线增益；为接收天线增益；T为地面站馈线输入端处的等效为地面站馈线输入端处的等效噪声温度。噪声温度。 当地面站天线向卫星发射的功率一定时，若天线增益越高当地面站天线向卫星发射的功率一定时，若天线增益越高，则发射机需输出的功率越小。，则发射机需输出的功率越小。 当卫星覆盖图中在某地区的当卫星覆盖图中在某地区的G/T值越高，即代表卫星对于这值越高，即代表卫星对于这一地区的上行信号有较好的接收性能一地区的上行信号有较好的接收性能。 四、主要卫星通信体制名词解释-地面站有效全向辐射功率 有效全向辐射功率(
23、EIRP)表征卫星地球站和卫星转发器的发射能力。 EIRP=PTGT， 称为地面站有效全向辐射功率；频频宽度宽，应与天线分系统相同，载频的精度高，载波频率的相对精确度应优于6 10-6；放大器的线性度好；增益稳定，对发射的有效全向辐射功率要保持在规定值的0.5dB以内。四、主要卫星通信体制TDMAREMOTE 1Carrier 1Carrier 2REMOTE 3REMOTE 2REMOTE 4 1Hub四、主要卫星通信体制TDMA网状网四、主要卫星通信体制TDMA网络特点n 若干个站在时分的基础上共用一个载波或多个载波n 当小站有信息传输时才占用空间资源，带宽资源利用充分n 要有精确的时间同
24、步n 非透明信道存在通信规程问题增加传输时延n 对外接口可以是10BaseT,V.35,G.703等n 需要网管,无主站结构.四、主要卫星通信体制 移动卫星通信系统 n包括四个重叠覆盖区域，这种复叠覆盖可保证发生故障时业务不致中断n最初用于海事通信，目前INMARSAT已成为世界上唯一为海陆空用户提供全球移动卫星公众通信和遇险安全业务的国际组织n国际海事卫星组织（现已改称国际移动卫星组织）是全球移动卫星通信业务的主要提供者四、主要卫星通信体制n国际海事卫星（INMARSAT）是一个GEO卫星系统 组成:空间段地面站移动终端四、主要卫星通信体制n海事卫星电话便携性好可移动性新的终端带宽比较宽四、
25、主要卫星通信体制n海事卫星电话（续）汶川灾区一线救援人员正在用海事卫星电话与外界沟通五、怎样选择地球站n了解用户的使用需求建设卫星网的用途，数据？语音？图像？电视会议？多种用途？各种用途的主次及比重？传输业务量的预测和高峰信息量的分布？这是网络系统设计的重要依据。网络结构的要求？星状？网状？混合？系统接口要求？与该站速率相吻合。对接口的通信规程的要求？五、怎样选择地球站n对天线口径要求？通过链路计算、及客户要求来确定n对卫星通信站的发射功率的要求？通过链路计算来确定n对系统响应时间的要求？n对系统可靠性要求？可用性？MTBF(平均无故障间隔)？n对工作频段要求？S、C、KU、Ka?n对工程进度
26、要求？供货能力？五、怎样选择地球站卫星地球站选址技术要求n地球站视野前方不能有高大的树木、房屋及其它障碍物n要避开飞机航线，飞机飞经地球站主波束会产生干扰n地基要结实，避开断裂层地带n要靠近通信总站、交换中心的地方，供电方便 五、怎样选择地球站卫星地球站选址技术要求n站址的地平线仰角要低，以降低天线的等效噪声温度，有一定屏蔽作用的马蹄形的洼地里为佳n避开对人体过量的微波辐射影响，避开易燃、易爆物n要考虑各种无线电设备、特别是微波接力中继等设施的干扰五、怎样选择地球站卫星转发器费用n卫星转发器带宽租金:4万USD/1MHz年. n假定:容量1E1，3/4FEC，TPC，8PSK（2048K*4/3）/3）*1.4=1275KHZ. 2*1275K=2550KHZ 1.4-带宽因子.n一个64K话路,每年费用: 2.55*4万/30=3400USDEndThankyou西安星通通信科技有限公司西安星通通信科技有限公司