衛(wèi)星和蜂窩移動通信專題培訓(xùn)課件

衛(wèi)星和蜂窩移動通信PPT講座12.1衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信就是利用位于3萬6千公里高空的人造地球同步衛(wèi)星作為太空無人值守的微波中繼站的一種特殊形式的微波接力通信。衛(wèi)星通信可以克服地面微波通信的距離限制，其最大特點(diǎn)就是通信距離遠(yuǎn)，且通信費(fèi)用與通信距離無關(guān)。

2衛(wèi)星通信示意圖3同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)當(dāng)衛(wèi)星的運(yùn)行軌道在赤道平面內(nèi)，其高度大約為35786.6km時，它的運(yùn)行方向（自東向西）與地球自轉(zhuǎn)的方向相同，圍繞地球做作圓周運(yùn)動，運(yùn)行周期恰好與地球的自轉(zhuǎn)周期相等（同為一個恒星日：23小時56分40.9秒），在地面上的某點(diǎn)觀察衛(wèi)星時，衛(wèi)星如同靜止不動的。這種衛(wèi)星稱為靜止衛(wèi)星，這種衛(wèi)星軌道稱為靜止軌道或同步軌道。利用靜止衛(wèi)星作中繼站組成的通信系統(tǒng)稱為靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)，或同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)。4靜止衛(wèi)星與地球的相對位置5衛(wèi)星通信的特點(diǎn)通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離無關(guān)；覆蓋面積大，可進(jìn)行多址通信；通信頻帶寬、傳輸容量大；機(jī)動靈活；通信線路穩(wěn)定可靠6衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成1.通信衛(wèi)星；2.地球站；雙向站：即能向衛(wèi)星發(fā)送信號，也能從衛(wèi)星接收信號單收站：只能從衛(wèi)星接收信號3.跟蹤遙測和指令系統(tǒng)；4.監(jiān)控管理系統(tǒng)。7通信衛(wèi)星的分類按軌道： 低軌道（LEO）通信衛(wèi)星：500km┈1500km 中軌道（MEO）通信衛(wèi)星：10000km左右靜止軌道（GEO）通信衛(wèi)星：36000km左右按通信范圍： 國際通信衛(wèi)星；區(qū)域性通信衛(wèi)星；國內(nèi)通信衛(wèi)星按用途： 綜合業(yè)務(wù)通信衛(wèi)星；軍事通信衛(wèi)星；海事通信衛(wèi)星； 電視直播衛(wèi)星；氣象衛(wèi)星S8按轉(zhuǎn)發(fā)能力： 無星上處理能力 有星上處理能力按頻段：分為L、S、C、Ku、Ka、Q、V七個頻段，中國分在KU頻段第三區(qū)，并使用C頻段（3.7－4.2GHZ）的線極化波。按重量：大型衛(wèi)星Large >1000kg>1億美元小衛(wèi)星Small 500-1000kg0.5-1億美元微小衛(wèi)星Mini 100-500kg500-2000萬美元微衛(wèi)星Micro 10-100kg200-300萬美元納衛(wèi)星Nano <10kg<100萬美元皮衛(wèi)星Pico <1kg9衛(wèi)星通信使用的頻段VHF0.1-0.3GHz移動、導(dǎo)航業(yè)務(wù)UHF0.3-1.0移動、導(dǎo)航業(yè)務(wù)L 1.0-2.0移動業(yè)務(wù)S2.0-4.0移動業(yè)務(wù)C4.0-8.0固定通信業(yè)務(wù)Ku12.0-18.0固定通信業(yè)務(wù)Ka24.0-30.0Q33.0-50.0V50.0-75.010波束覆蓋中國的區(qū)域衛(wèi)星亞洲一號壽命12年 亞洲二號15年亞洲三號15年亞太一號10年亞太一號A10年亞太-IIR15年 中衛(wèi)一號15年鑫諾一號15年鑫諾一號B12年（2002年發(fā)）中星八號大于15年11中國獨(dú)資和合資經(jīng)營衛(wèi)星的公司有5家：中國通信廣播衛(wèi)星公司、亞洲通信衛(wèi)星有限公司、亞太通信衛(wèi)星有限公司、鑫諾衛(wèi)星通信有限公司和中國東方通信衛(wèi)星有限責(zé)任公司?，F(xiàn)有9顆通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行提供業(yè)務(wù)： 中星-6（東方紅-3）；亞洲衛(wèi)星-1；亞洲衛(wèi)星-2； 亞洲衛(wèi)星-3S；亞太星-1；亞太星-1A； 亞太星-2R；中衛(wèi)-1；鑫諾-1。為了展開國際業(yè)務(wù)需要，有關(guān)單位還租用了國外多顆衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器。有：國際通信衛(wèi)星、泛美通信衛(wèi)星、銀河-3R通信衛(wèi)星、熱鳥-3通信衛(wèi)星等。國內(nèi)外廣播電視傳輸業(yè)務(wù)共用了國內(nèi)外十幾顆衛(wèi)星三、四十臺轉(zhuǎn)發(fā)器。大部分電視節(jié)目傳送采用了數(shù)字頻帶壓縮技術(shù)，從而節(jié)省了轉(zhuǎn)發(fā)帶寬，使一臺轉(zhuǎn)發(fā)器可同時轉(zhuǎn)發(fā)多套電視節(jié)目。12最具有代表性的LEOS主要有：銥（Iridium）系統(tǒng)、全球星系統(tǒng)（Globalstar）、白羊系統(tǒng)（Aries）、低軌衛(wèi)星系統(tǒng)（Leo-Set）、衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)（Teledesic）、柯克斯卡系統(tǒng)（Coscon）。13雙向衛(wèi)星網(wǎng)接入服務(wù)傳輸平臺Cernet/PSTN前端

VPN服務(wù)器代理服務(wù)器校園或企業(yè)網(wǎng)衛(wèi)星天線衛(wèi)星家庭PC用戶端14VSAT衛(wèi)星通信

VSAT（VerySmallApertureTerminal，甚小口徑地球終端）是20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來并于90年代得到廣泛應(yīng)用的新一代數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

VSAT網(wǎng)通常由一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器、一個大型主站和大量的VSAT小站組成，能單雙向傳輸數(shù)據(jù)、語音、圖像、視頻等多媒體綜合業(yè)務(wù)。

VSAT具有很多優(yōu)點(diǎn)，如：設(shè)備簡單、體積小、耗電少、組網(wǎng)靈活、安裝維護(hù)簡便、通信效率高等，尤其適用于大量分散的業(yè)務(wù)量較小的用戶共享主站，所以許多部門和企業(yè)多使用VSAT網(wǎng)來建設(shè)內(nèi)部專用網(wǎng)。15VSAT網(wǎng)絡(luò)組成16Internet衛(wèi)星路由器防火墻傳輸中心發(fā)送天線局域網(wǎng)或CATVModemModem單終端用戶點(diǎn)播服務(wù)器功分器Modem衛(wèi)星接收機(jī)衛(wèi)星接收機(jī)或衛(wèi)星接收機(jī)多終端用戶各辦學(xué)單位傳送的節(jié)目衛(wèi)星電視教育網(wǎng)系統(tǒng)示意圖17國際、國內(nèi)骨干網(wǎng)衛(wèi)星接入Internet的關(guān)口站稱為星關(guān)網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)SSNAP。根據(jù)INTERSAT1999年統(tǒng)計，它的15%空間段已用于INTERNET骨干網(wǎng)。我國INTERNET骨干網(wǎng)接入采用衛(wèi)星和光纜相結(jié)合。用戶直接接入非對稱傳輸衛(wèi)星TCP/IP的問題延時長信道的傳輸速率受限（針對單用戶而言)降低了TCP協(xié)議擁塞控制和流量恢復(fù)策略的性能信道誤碼1812.2蜂窩移動通信蜂窩移動通信(1)模擬蜂窩移動通信模擬蜂窩移動通信中使用最普及的技術(shù)是先進(jìn)移動電話系統(tǒng)AMPS(AdvancedMobilePhoneSystem)，AMPS容量增大的關(guān)鍵思想是利用相對較小的單元,并且重用附近(不是鄰接)單元的傳送頻率。單元一般都近似于圓形,但是用六邊形更容易表示。19蜂窩結(jié)構(gòu)示意圖20（2）數(shù)字蜂窩移動通信

第二代蜂窩電話是數(shù)字的,它是在AMPS基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。數(shù)字蜂窩無線電系統(tǒng)信道分配方案有3種：GSM，CDPD和CDMA。GSM（GlobalSystemsforMobilecommunications）主要電路交換方式，用于話音通信，但若用帶有特殊調(diào)制解調(diào)器的便攜機(jī)，亦可進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。缺點(diǎn)：一是基站之間的接管相當(dāng)頻繁,每次接管會導(dǎo)致300ms數(shù)據(jù)的丟失；二是GSM的錯誤率較高；三是由于按接通的時間計費(fèi)而不是按傳送的字節(jié)收費(fèi),所以花費(fèi)很大。解決的方法之一是采用蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)CDPD。21蜂窩數(shù)字分組數(shù)據(jù)（CDPD）

CDPD(CellularDigitalPacketData)實(shí)際上是蜂窩狀數(shù)字式分組數(shù)據(jù)交換網(wǎng)絡(luò)，它是以數(shù)字分組數(shù)據(jù)技術(shù)為基礎(chǔ)，以蜂窩移動通信為組網(wǎng)方式的移動無線數(shù)據(jù)通信技術(shù)。蜂窩移動系統(tǒng)起源于美國的貝爾系統(tǒng)，蜂窩系統(tǒng)的構(gòu)造是以AMPS為基礎(chǔ)并與AMPS兼容，即利用劃分小區(qū)和頻率復(fù)用技術(shù)。22碼分多址訪問（CDMA）

CDMA（CodeDivisionMultipleAccess）有很多優(yōu)點(diǎn)，如容量是目前流行的GSM的3～4倍；通話質(zhì)量大幅度提高，接近有線電話的通話質(zhì)量；由于所有小區(qū)使用相同的頻率故大大簡化小區(qū)頻率規(guī)劃；保密性能更強(qiáng)；手機(jī)功耗更小，通話時間更長；增強(qiáng)小區(qū)的覆蓋能力，減少基站數(shù)目；不會與現(xiàn)在的模擬和數(shù)字系統(tǒng)產(chǎn)生干擾；提供可靠的移動數(shù)據(jù)通信；可靠的軟切換方式大大降低了切換的失敗幾率。23蜂窩移動電話系統(tǒng)的組成蜂窩移動通信系統(tǒng)主要是由交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)、無線基站子系統(tǒng)和移動臺三大部分組成。24移動臺（MS，MobileStation）

移動臺就是移動客戶設(shè)備部分，它由兩部分組成：移動終端(MS)和客戶識別卡（SIM,SubscriberIdentityModule）交換網(wǎng)路子系統(tǒng)（NSS,NetworkSwitchingSystem

）

交換網(wǎng)絡(luò)子系統(tǒng)主要完成交換功能和客戶數(shù)據(jù)與移動性管理、安全性管理所需的數(shù)據(jù)庫功能。無線基站子系統(tǒng)（BSS,BaseStationSystem

）

無線基站子系統(tǒng)是在一定的無線覆蓋區(qū)中由移動交換中心（MSC）控制，與MS進(jìn)行通信的系統(tǒng)設(shè)備，它主要負(fù)責(zé)完成無線發(fā)送接收和無線資源管理等功能。功能實(shí)體可分為基站控制器（BSC,BaseStationController）和基站收發(fā)信臺（BTS,BaseTransceiverStation）。25蜂窩通信原理圖26蜂窩移動電話系統(tǒng)主要通信技術(shù)（1）無線通信復(fù)用技術(shù)傳輸技術(shù)的一個關(guān)鍵就是解決傳輸?shù)挠行栴}，為此，要賦予不同的用戶信號以不同的信號特征，這些信號特征能區(qū)分不同的用戶，就像不同的地址區(qū)分不同的用戶一樣。因此，這種技術(shù)稱為多址技術(shù)。這里要注意區(qū)分多路復(fù)用技術(shù)和多址技術(shù)。其中在兩點(diǎn)之間同時互不干擾的傳送多個信號是信道的多路復(fù)用。在多點(diǎn)之間實(shí)現(xiàn)互不干擾的通信是多址訪問技術(shù)。頻分多址（FDMA,FrequencyDivisionMultipleAccess）時分多址（TDMA,TimeDivisionMultipleAccess）碼分多址（CDMA,CodeDivisionMultipleAccess）27（2）蜂窩移動電話系統(tǒng)中的蜂窩

宏蜂窩小區(qū)傳統(tǒng)的蜂窩式網(wǎng)絡(luò)由宏蜂窩小區(qū)(Macrocell)構(gòu)成，每小區(qū)的覆蓋半徑大多為1km～25km。每個小區(qū)分別設(shè)有一個基站，它與處于其服務(wù)區(qū)內(nèi)的移動臺建立無線通信鏈路。若干個小區(qū)組成一個區(qū)群(蜂窩)，區(qū)群內(nèi)各個小區(qū)的基站可通過電纜、光纜或微波鏈路與移動交換中心(MSC)相連。移動交換中心通過PCM電路與市話交換局相連接。微蜂窩小區(qū)

微蜂窩小區(qū)(Microcell)是在宏蜂窩小區(qū)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門技術(shù)。它的覆蓋半徑大約為30m～300m；基站天線置于相對低的地方，如屋頂下方，高于地面5m～10m，傳播主要沿著街道的視線進(jìn)行，信號在樓頂?shù)男孤缎　Ｒ虼?，微蜂窩最初被用來加大無線電覆蓋，消除宏蜂窩中的“盲點(diǎn)”。28微微蜂窩小區(qū)在目前的蜂窩式移動通信系統(tǒng)中，我們主要通過在宏蜂窩下引入微蜂窩和微微蜂窩以提供更多的“內(nèi)含”蜂窩，形成分級蜂窩結(jié)構(gòu)，從而解決網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的“盲點(diǎn)”和“熱點(diǎn)”，提高網(wǎng)絡(luò)容量的。因此，一個多層次網(wǎng)絡(luò)，往往是由一個上層宏蜂窩網(wǎng)絡(luò)和數(shù)個下層微蜂窩網(wǎng)絡(luò)組成的多元蜂窩系統(tǒng)。智能蜂窩隨著移動通信的不斷發(fā)展，近年來又出現(xiàn)了一種新型的蜂窩形式：智能蜂窩。所謂智能蜂窩，它是相對于智能天線而言的，是指基站采用具有高分辨陣列信號處理能力的自適應(yīng)天線系統(tǒng)，智能地監(jiān)測移動臺所處的位置，并以一定的方式將確定的信號功率傳遞給移動臺的蜂窩小區(qū)。智能蜂窩既可以是宏蜂窩，也可以是微蜂窩和微微蜂窩。這項(xiàng)技術(shù)正在研制過程中。29(a)（銥星）I