衛(wèi)星通信基礎(chǔ)

1、衛(wèi)星通信簡(jiǎn)介衛(wèi)星通信簡(jiǎn)介 中國(guó)衛(wèi)星通信集團(tuán)公司中國(guó)衛(wèi)星通信集團(tuán)公司 二一三年二一三年1 概述概述1 1、1 1衛(wèi)星通信的基本概念衛(wèi)星通信的基本概念l什么是衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信是微波通信的一種。只是中繼站是太空中的衛(wèi)星。 利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或發(fā)射無(wú)線電信號(hào)，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信1 概述概述l“地球站” 地球站指在地球表面的無(wú)線電通信站，包括地面站、機(jī)載站和船（艦）站。1 1、1 1衛(wèi)星通信的基本概念衛(wèi)星通信的基本概念1 概述概述1 1、1 1衛(wèi)星通信的基本概念衛(wèi)星通信的基本概念l是一種特殊的微波中繼通信方式屬宇宙通信之一 包括：1）地球站與宇宙站之間的通信。例如地球站與空間

2、站之 間的通信。 2）宇宙站之間的通信。例如航天飛機(jī)與空間站間的通信。 3）通過(guò)宇宙站的轉(zhuǎn)發(fā)或反射進(jìn)行的地球站之間的通信。1 概述概述1 1、2 2衛(wèi)星通信的基本組成衛(wèi)星通信的基本組成1 概述概述1 1、3 3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組網(wǎng)形式衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組網(wǎng)形式星狀網(wǎng)星狀網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)網(wǎng)狀網(wǎng)1 概述概述1 1、4 4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的衛(wèi)星通信系統(tǒng)的4 4大資源大資源l頻帶l功率l時(shí)間（壽命）l軌道位置1 概述概述1 1、5 5衛(wèi)星通信的特點(diǎn)衛(wèi)星通信的特點(diǎn)l衛(wèi)星通信的優(yōu)點(diǎn) 1、無(wú)縫隙覆蓋能力 2、寬域的復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)錁?gòu)成能力 3、移動(dòng)性 4、距離不敏感性l衛(wèi)星通信存在的問(wèn)題 1、時(shí)延問(wèn)題 2、高速寬帶問(wèn)題 3、高

3、性能、低誤碼率問(wèn)題 4、網(wǎng)絡(luò)控制協(xié)議優(yōu)化設(shè)計(jì)問(wèn)題 5、軌道/頻譜分配與干擾協(xié)調(diào)問(wèn)題2 衛(wèi)星通信的電波傳播和工作頻段衛(wèi)星通信的電波傳播和工作頻段 1、衛(wèi)星通信的電波在空間中傳播會(huì)因?yàn)橐韵聨讉€(gè)因素造成功率衰減： (1)大氣吸收存在兩個(gè)吸收峰值點(diǎn)：第一個(gè)峰值點(diǎn)在22.3GHz頻率處， 主要是由水蒸氣（H2O）諧振吸收引起的。第二個(gè)峰值點(diǎn)在60GHz 頻率處，主要是有(O2)諧振吸收引起的。在明顯離開(kāi)峰值點(diǎn)的其 它頻率處，吸收損耗相當(dāng)?shù)牡汀?(2)大氣閃爍效應(yīng) 1）是一種衰落現(xiàn)象。 2）由大氣層中不同的折射率而引起電磁波的聚焦和擴(kuò)散，造成 傳播路徑的不同而引起。 3）衰落周期約幾十秒。 4）鏈路預(yù)算時(shí)

4、引入備余量來(lái)補(bǔ)嘗。 (3)電離層效應(yīng) 1）電離層中自由電子的不規(guī)則變化引起的信號(hào)隨機(jī)起伏變化。 2）影響包括閃爍、吸收、到達(dá)方向變化、傳播時(shí)延、散射、頻率 變化和極化（法拉第）旋轉(zhuǎn)。對(duì)衛(wèi)星通信而言，主要是閃爍 和極化旋轉(zhuǎn)。 3）所有影響隨頻率增加而減小，且大多數(shù)與頻率平方成反比 2 衛(wèi)星通信的電波傳播和工作頻段衛(wèi)星通信的電波傳播和工作頻段 (4)電離層閃爍 1）電離層閃爍的主要影響是對(duì)信號(hào)可能產(chǎn)生嚴(yán)重的衰落。 2）可能持續(xù)幾分鐘。 3）鏈路預(yù)算時(shí)引入備余量來(lái)補(bǔ)嘗。 (5)極化旋轉(zhuǎn) 1）極化偏移的角度（法拉第旋轉(zhuǎn)）與電磁波通過(guò)電離層路徑的長(zhǎng) 度、地球磁場(chǎng)強(qiáng)度、電子密度等因素有關(guān)。 2）法拉第旋轉(zhuǎn)

5、與頻率的平方成反比，10GHz以上時(shí)可忽略。 3）圓極化時(shí)不對(duì)電場(chǎng)的同極化或交叉極化分量產(chǎn)生影響；線極化 則需極化跟蹤。 (6)降雨衰減 1）是由于雨滴的散射和吸收引起。 2）單位降雨衰減是降雨率的函數(shù)。 3）降雨率指雨水蓄積的速度；降雨率超過(guò)指定值的時(shí)間百分比。 4）單位降雨衰減與頻率和極化方式有關(guān)。 5）降雨衰減與信號(hào)經(jīng)過(guò)雨區(qū)域的有效路徑長(zhǎng)度有關(guān)。2 衛(wèi)星通信的電播傳播和工作頻段衛(wèi)星通信的電播傳播和工作頻段 (7)各種外部噪聲 1）宇宙噪聲。 2）大氣噪聲-與頻率、仰角有關(guān)。 3）降雨噪聲-與雨量、頻率、仰角有關(guān)。 4）地面噪聲 5）干擾噪聲 2 2、2 2衛(wèi)星通信的工作頻段衛(wèi)星通信的工作

6、頻段 1、衛(wèi)星通信工作頻段的選擇是一個(gè)十分重要的問(wèn)題，它將影響到系 統(tǒng)的傳輸容量、地球站及轉(zhuǎn)發(fā)器的發(fā)射功率、天線尺寸和設(shè)備復(fù) 雜程度等。 2、選擇的原則 1）電離層不能成障礙。 2）天線系統(tǒng)接收的外界噪聲盡量小。 3）電波傳輸損耗盡量小。 4）各種干擾盡可能避免。 5）具有較寬的可用頻帶 2 衛(wèi)星通信的電波傳播和工作頻段衛(wèi)星通信的電波傳播和工作頻段 3、衛(wèi)星提供的業(yè)務(wù)。 1）衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（FSS）。 2）衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)（BSS）。 3）衛(wèi)星移動(dòng)業(yè)務(wù)（MSS）。 4）衛(wèi)星導(dǎo)航業(yè)務(wù)。 5）衛(wèi)星氣象業(yè)務(wù)。 6）衛(wèi)星間業(yè)務(wù)。 4、衛(wèi)星通信目前使用的頻段 1）VHF(0.1-0.3GHz) 2）UHF(0

7、.3-1GHz) 3）L波段(1.0-2.0GHz) 4）S波段(2.0-4.0GHz) 5）C波段(4.0-8.0GHz,4/6GHz) 7)X波段(8.0-12GHz) 8)Ku波段(12-18GHz,11/14GHz,12/14GHz) 9)K波段(18-27GHz) 10)Ka波段(27-40GHz,20/30GHz,20/40GHz) 3 通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星3 3、1 1衛(wèi)星軌道中的星蝕和日凌中斷衛(wèi)星軌道中的星蝕和日凌中斷3 通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星 1、有效載荷 1）收發(fā)天線。 2）支持通信傳輸?shù)碾娮釉O(shè)備轉(zhuǎn)發(fā)器。 2、衛(wèi)星平臺(tái) 1）艙體 2）電源-太陽(yáng)能電持帆板、蓄電池。 3）姿態(tài)控制-空間

8、指向的控制。 4）軌道控制-軌道位置的保持。 5）溫度控制-維持固定的溫度條件。 6）TT&C（遙測(cè)、跟蹤和指令系統(tǒng)）。 3 3、2 2通信衛(wèi)星的組成通信衛(wèi)星的組成 1、日凌：天線正對(duì)衛(wèi)星時(shí)也剛好正對(duì)太陽(yáng)，這樣會(huì)造成噪聲迅速提高。 2、星蝕：衛(wèi)星的太陽(yáng)能帆板照射不到太陽(yáng)光，不能使用太陽(yáng)能，必須啟 動(dòng)衛(wèi)星上的蓄電池。 3 通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星3 3、3 3轉(zhuǎn)發(fā)器的主要性能指標(biāo)轉(zhuǎn)發(fā)器的主要性能指標(biāo) 1、G/T（“性能因數(shù)”或“品質(zhì)因數(shù)”） 2、EIRP(有效全向輻射功率) 3、SFD（W）飽合通量密度 4、帶寬與極化方向 5、輸入補(bǔ)嘗BOi與輸出補(bǔ)嘗BOo 4 地球站地球站4 4、1 1地球站

9、的主要性能指標(biāo)地球站的主要性能指標(biāo) 1、全向有效輻射功率（EIRP）-發(fā)射能力 2、品質(zhì)因數(shù)(G/T)接收靈敏度 3、射頻工作范圍 4、載波頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度 5、EIRP的穩(wěn)定度 4 4、2 2地球站的組成地球站的組成 1、一個(gè)典型的收發(fā)雙工地球站，一般包括天線分系統(tǒng)、發(fā)射分系統(tǒng)、接 收分系統(tǒng)、信道終端設(shè)備分系統(tǒng)、伺服跟蹤設(shè)備分系統(tǒng)、監(jiān)控分系統(tǒng)、 用戶接口分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)等組成。 4 地球站地球站 2、天線分系統(tǒng) 1）完成發(fā)送信號(hào)、接收信號(hào)和跟蹤衛(wèi)星的任務(wù)，是決定地球站容量和通 信質(zhì)量的關(guān)鍵組成部分之一。 2）要求：工作頻率范圍足夠?qū)?；具有較高的增益和合乎要求的輻射波瓣; 盡可能低的等效噪

10、聲溫度；良好的旋轉(zhuǎn)性能及機(jī)械精密度等。 3、發(fā)射分系統(tǒng) 1）將基帶信號(hào)對(duì)中頻進(jìn)行調(diào)制，合路后經(jīng)上變頻和功率放大，最后饋送 給天線。 2）要求：足夠的輸出功率，以滿足EIRP的要求；發(fā)射功率、頻率穩(wěn)定； 通頻帶足夠。 4、接收分系統(tǒng) 1）對(duì)收到的微弱信號(hào)進(jìn)行放大、下變頻和解調(diào)。 2）要求：低噪聲；寬頻帶；選擇性好。 5、信道終端設(shè)備分系統(tǒng) 1）完成基帶信號(hào)的處理和變換。包括信道編碼、話音編碼、數(shù)據(jù)壓縮等。 4 地球站地球站 6、用戶接口分系統(tǒng) 1）完成對(duì)外部及與地面通信線路的接口。 7、監(jiān)控分系統(tǒng) 1）監(jiān)控系統(tǒng)內(nèi)各種設(shè)備的工作狀態(tài)，發(fā)生故障是能告警及故障處理?？赡?包括網(wǎng)管代理。 8、伺服跟蹤分

11、系統(tǒng) 1）保證地球站天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。 9、電源分系統(tǒng) 1）對(duì)所有通信設(shè)備及輔助設(shè)備供電。 2）要求：定電壓、高可靠、不間斷。 5 多址接入多址接入 1、單址接入 衛(wèi)星上的一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器通道被來(lái)自地球站的一個(gè)發(fā)送信號(hào)全部占用， 這種工作方式稱為單址接入工作模式。 2、多址接入 多個(gè)載波共用一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，這些載波來(lái)自地理上相隔很遠(yuǎn)的許多地 球站，每個(gè)地球站可能發(fā)射一個(gè)或多個(gè)載波，這種工作模式被稱為 多址接入。 3、基本的多址接入試式 1）FDMA 2）TDMA 3）CDMA 4）SDMA 4、多址接入與多路復(fù)用是兩個(gè)不同的概念 5 5、1 1多址接入多址接入5 多址接入多址接入5 多址接入多址接入5 5、

12、2 2多址分配制度多址分配制度 1、基本概念 為了充分利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率和頻率資源而進(jìn)行的衛(wèi)星通道的分 配方式。這里的通信對(duì)應(yīng)著FDMA的頻帶、TDMA的時(shí)隙、CDMA的碼型 SDMA的窄波束。 2、預(yù)分配方式（PA） 1）固定預(yù)分配（FPA）。 2）按時(shí)預(yù)分配（TPA）。 3、按申請(qǐng)分配方式（DA） 1）收端固定發(fā)端可變（FR-VT） 2）發(fā)端固定收端可變（FT-VR） 3）全可變（VT-VR） 4、動(dòng)態(tài)/隨機(jī)分配方式 5、FDMA需要考慮的問(wèn)題 1）鄰道干擾 2）保護(hù)頻帶 3）互調(diào) 4）回退的影響 5 多址接入多址接入5 5、2 2多址分配制度多址分配制度 6、FDMA的特點(diǎn) 1）簡(jiǎn)單 2）無(wú)需網(wǎng)同步 3）缺乏重構(gòu)的靈活性容量變化必須重新做頻率計(jì)劃 4)互調(diào)引起回退，導(dǎo)致接入載波數(shù)增加時(shí)，容量有損失。 5）需功率控制，以避免捕獲效應(yīng)（最好能補(bǔ)償上行鏈路雨衰） 7、TDMA需要考慮的問(wèn)題 1）幀結(jié)構(gòu)。 2）保護(hù)時(shí)隙。 3）網(wǎng)同步。 8、TDMA的特點(diǎn) 1）單載波工作，無(wú)互調(diào)產(chǎn)物，可飽和工作 2）無(wú)需功率控制 3）多站接入時(shí)能保持較高的吞吐量 4）需網(wǎng)同步 5 多址接入多址接入 5）由于高速率的突發(fā)比特率，相對(duì)FDMA而言，需較多的功率和帶寬 6）復(fù)雜9、CDMA需要考慮的問(wèn)題 1）數(shù)量足夠多、相關(guān)特性足