衛(wèi)星接入技術

衛(wèi)星接入技術第一頁，共五十九頁，2022年，8月28日2．通信衛(wèi)星類型通信衛(wèi)星沿一定的軌道環(huán)繞地球運行，按運行軌道不同可把衛(wèi)星分為不同的類型。①按軌道平面與赤道平面的夾角不同，可分為赤道軌道衛(wèi)星、極軌道衛(wèi)星和傾斜軌道

衛(wèi)星。②按衛(wèi)星離地面最大高度不同，可分為低高度衛(wèi)星，h＜5000km；中高度衛(wèi)星，5000km＜h＜20000km；高高度衛(wèi)星，h＞20000km。第四頁，共五十九頁，2022年，8月28日③按衛(wèi)星的運轉周期以及衛(wèi)星與地球上任一點的相對位置關系不同，可分為同步衛(wèi)星（又稱靜止同步衛(wèi)星）和非同步衛(wèi)星（又稱移動衛(wèi)星）。不同類型的衛(wèi)星各有不同的特點和用途。第五頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-2

利用靜止衛(wèi)星實現(xiàn)全球通信第六頁，共五十九頁，2022年，8月28日3．衛(wèi)星通信的特點和使用頻率（1）衛(wèi)星通信特點衛(wèi)星通信的主要優(yōu)點有：①通信距離遠，覆蓋面積大；②具有多址連接通信特點，靈活性大；③可用頻帶寬，通信容量大；④傳輸穩(wěn)定可靠，通信質量高；⑤通信費用與通信距離無關。第七頁，共五十九頁，2022年，8月28日衛(wèi)星通信存在一些缺點：①通信衛(wèi)星的使用壽命較短；②衛(wèi)星通信整個系統(tǒng)的技術較復雜；③衛(wèi)星通信有較大的傳輸時延。第八頁，共五十九頁，2022年，8月28日（2）衛(wèi)星通信工作頻段的選擇選擇衛(wèi)星通信工作頻段是一個十分重要的問題，它直接影響整個系統(tǒng)的傳輸容量、質量、可靠性和設備的復雜性，以及成本的高低，并還將影響與其他通信系統(tǒng)協(xié)調。第九頁，共五十九頁，2022年，8月28日表10-1目前通信衛(wèi)星系統(tǒng)使用的頻段頻段名稱上行頻段下行頻段主要用途UHF400MHz200MHz非同步衛(wèi)星或移動業(yè)務用的衛(wèi)星通信L1.6GHz1.5GHzC6GHz4GHz商業(yè)衛(wèi)星X8GHz7GHz軍事衛(wèi)星Ku14GHz12GHz或11GHz民用或廣播電視用衛(wèi)星Ka30GHz20GHz正在開發(fā)（有很大吸收力）第十頁，共五十九頁，2022年，8月28日10.2

衛(wèi)星通信系統(tǒng)10.2.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由通信衛(wèi)星和地球站兩大部分組成，另外還有跟蹤遙測及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)，這兩部分是為了保證衛(wèi)星系統(tǒng)的正常工作。第十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-3雙跳衛(wèi)星通信線路第十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日10.2.2

通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中最關鍵的設備，一個靜止通信衛(wèi)星主要由5個分系統(tǒng)組成。第十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-4

通信衛(wèi)星設備組成第十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日（1）天線分系統(tǒng)通信衛(wèi)星天線有兩類，一類是遙測、指令和信標天線，另一類是通信天線圖10-5不同衛(wèi)星通信天線波束圖第十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日（

2）控制分系統(tǒng)跟蹤遙測指令分系統(tǒng)電源分系統(tǒng)（5）通信分系統(tǒng)（轉發(fā)器）它是通信衛(wèi)星的主設備，起著直接轉發(fā)各地球信號的作用。轉發(fā)器通常分為透明轉發(fā)器和處理轉發(fā)器兩大類。第十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-6

透明轉發(fā)器工作原理圖第十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-7

處理轉發(fā)器工作原理圖第十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日10.2.3

地球站圖10-8地球站設備組成框圖第十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日（1）天線分系統(tǒng)包括天線、饋線和跟蹤設備3個部分，地球站天線分系統(tǒng)完成發(fā)送信號，接收信號和跟蹤衛(wèi)星的任務，是決定地球站容量與通信質量的關鍵組成部分之一。第二十頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-9卡塞格林天線及接收信號示意圖第二十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日（2）發(fā)射分系統(tǒng)地球站發(fā)射分系統(tǒng)的主要作用是將終端分系統(tǒng)送來的基帶信號，對中頻進行調制，再經上變頻和功率放大后饋送給天線發(fā)往衛(wèi)星。第二十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-10

發(fā)射分系統(tǒng)組成框圖第二十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日（3）接收分系統(tǒng)主要作用是將天線分系統(tǒng)收到由衛(wèi)星轉發(fā)下來的微弱信號進行放大，下變頻和解調，并將解調后的基帶信號送至終端分系統(tǒng)。第二十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-11接收分系統(tǒng)組成框圖第二十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日（4）終端分系統(tǒng)其作用是對經地面接口線路傳來的各種用戶信號分別用相應的終端設備對其進行轉換、編排及其他基帶處理，形成適合衛(wèi)星信道傳輸?shù)幕鶐盘?，另外將接收到的基帶信號進行上述相反的處理。（5）電源分系統(tǒng)其作用是對所有通信設備和輔助設備供電。（6）監(jiān)控分系統(tǒng)是使操作人員隨時掌握各種設備的運行狀態(tài)，在設備出故障時能迅速處理，并有效地對設備進行維護管理。第二十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日10.3

LEO衛(wèi)星接入系統(tǒng)低地軌道衛(wèi)星（LEO）通信系統(tǒng)則可以解決以往的延遲問題，它提供高質量的交互性的同時，保留了傳統(tǒng)衛(wèi)星系統(tǒng)的特點，可以隨時隨地高速接入。10.3.1

系統(tǒng)結構SkyBridge是一個寬帶衛(wèi)星接入系統(tǒng)，在2002年開始運行，通過80顆低軌衛(wèi)星，可為全球2000多萬用戶提供本地寬帶接入。第二十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日SkyBridge的系統(tǒng)體系結構分為空間段和電信段。空間段包括：由80顆LEO衛(wèi)星

及備用衛(wèi)星組成的星座；兩個衛(wèi)星控制中心（SCC）；跟蹤、遙測和命令（TT&C）

地球站；兩個執(zhí)行控制中心。SkyBridge系統(tǒng)的電信段，用戶終端、關口站及關口站與本地服務器、窄帶/寬帶地面網絡或租用線路的接口。第二十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-12

SkyBridge系統(tǒng)的電信段結構第二十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日10.3.2

技術特點SkyBridge系統(tǒng)投入運營后，不但能傳送多媒體信息，其突出特點是解決一般手段難

以解決的地區(qū)，例如島嶼之間的通信，它為

全球網絡運營商解決線路最后一段接入問題，成為全球寬帶接入的衛(wèi)星解決方案之一。SkyBridge采用ATM方式和TCP/IP協(xié)議簇。第三十頁，共五十九頁，2022年，8月28日10.3.3

業(yè)務應用SkyBridge為低軌衛(wèi)星系統(tǒng)，具有低傳輸時延（30ms）的特性，可確保對接入因特網業(yè)務的支持，并具有良好傳輸效率。第三十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日SkyBridge可支持以下各類業(yè)務：①因特網上的多媒體業(yè)務；②本地在線業(yè)務和內容的直接接入；③局域網互連和專用網；④連接公共窄帶網；⑤可視電話；⑥視像會議；⑦電子商務；⑧家庭辦公；⑨遠程教學；⑩遠程醫(yī)療。第三十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日10.4

VSAT接入技術10.4.1

VSAT系統(tǒng)結構甚小孔徑終端VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)是一種特殊的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。VSAT通信指衛(wèi)星6天線口徑小于

3m(0.6～2.8)，具有高度軟件控制功能的微小地球站，它很容易被安裝在用戶辦公點。第三十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日1．VSAT系統(tǒng)結構VSAT衛(wèi)星通信網絡是以數(shù)據(jù)傳輸為主要業(yè)務的星狀網絡，主要由主站、VSAT終端站、衛(wèi)星轉發(fā)器和網絡管理系統(tǒng)NMS組成。（1）主站VSAT網絡中的主站也稱中心站/中樞站，通常與數(shù)據(jù)信息中心、計算機中心物理位置相近。VSAT主站是

VSAT網的心臟。網絡管理系統(tǒng)設在主站，負責對全網所有設備和VSAT終端的工作狀態(tài)監(jiān)控、控制和運行管理。第三十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-13

VSAT主站組成第三十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日①天線、饋線和伺服務跟蹤子系統(tǒng)②主站射頻發(fā)射設備③主站低噪聲接收系統(tǒng)第三十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-14

VSAT網絡主站接收系統(tǒng)設備組成第三十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日（2）VSAT終端站在VSAT網絡中，往往是一個主站對應著成千上萬個終端站。VSAT終端站可以分為以下幾種。①直接序列擴譜碼分多址（DS/CDMA）VSAT終端站②SCPC型VSAT終端站③隨機多址型VSAT終端站④MCPC型VSAT終端站

TDMAX型VSAT終端站第三十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-15

VSAT終端站組成第三十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日2．VSAT通信特點VSAT系統(tǒng)一般工作在C波段或Ku波段，VSAT組網靈活、獨立性強，其網絡結構、技術性能、設備特性和網絡管理均可以根據(jù)用戶要求進行設計和調整。VSAT終端具有天線小、結構緊湊、功耗小、成本低、安裝方便、環(huán)境要求低等特點。

VSAT較普通衛(wèi)星通信系統(tǒng)有以下區(qū)別。第四十頁，共五十九頁，2022年，8月28日①VSAT系統(tǒng)出主站數(shù)據(jù)速率高，且連續(xù)傳送；入主站數(shù)據(jù)流速率較低，且必須是突發(fā)性的。②通信速率高，端站接入速率可達64kbit/s甚至可達2Mbit/s。③具有智能的地球站。④支持多種通信方式和多種接口協(xié)議，直接接入通信終端設備，便于同其他計算機網絡互連。⑤地球站通信設備結構必須小巧緊湊，功耗低，安裝方便。第四十一頁，共五十九頁，2022年，8月28日10.4.2

VSAT主要技術．VSAT中的數(shù)字調制解調技術在VSAT通信中，一般常用的調制解方式有BPSK（二相相移鍵控）、QPSK（四相相

移鍵控）、OQPSK（偏移四相相移鍵控）、SFSK（正弦頻移鍵控）和TFM（平滑調頻）等。．VSAT中的多址接入技術第四十二頁，共五十九頁，2022年，8月28日圖10-16

不同的多址方式第四十三頁，共五十九頁，2022年，8月28日（1）頻分多址方式（FDMA）FDMA是將衛(wèi)星轉發(fā)器的可用頻帶分割若干互不重疊的部分，分配給各VSAT地球站發(fā)送虎波時使用。因此，PDMA方式

中各載波的射頻頻率不同。FDMA方式主要用于傳輸語音業(yè)務，其優(yōu)點是技術成熟、設備簡單、性能可靠。但多個載波同時工作時在衛(wèi)星轉發(fā)衛(wèi)星轉

發(fā)器上產生互調干擾，從而造成轉發(fā)器功

率和頻帶的浪費。第四十四頁，共五十九頁，2022年，8月28日（2）時分多址方式（TDMA）TDMA是全數(shù)字化方式。它將衛(wèi)星轉發(fā)器的工作時間分割成周期性的互不重疊的時隙，分配給各VSAT站使用。TDMA方式的網同步技術難度大、設備復雜、系統(tǒng)成本較貴，各用戶終端站的發(fā)射功率及天線尺寸無法有效減小。第四十五頁，共五十九頁，2022年，8月28日（3）空分多址方式（SDMA）SDMA將衛(wèi)星天線的多個點波束分別指向不同的區(qū)域VSAT地球站，把衛(wèi)星覆蓋區(qū)分割成不同的小區(qū)域，利用波束在空間指向的差異來區(qū)分不同的VSAT站，實現(xiàn)區(qū)域間的多址通信。由于SDMA必須同TDMA方式結合，也被稱作SS/TDMA。DMA方式的EIRP大，從而減小了地球站天線口徑，并且多個天線波束覆蓋區(qū)之間使用同一頻段，

不存在互調干擾，系統(tǒng)頻譜利用率和容量也顯著提高。第四十六頁，共五十九頁，2022年，8月28日（4）碼分多址方式（CDMA）CDMA給每個VSAT站分配一個特殊的編碼信號作為地址碼。CDMA方式故具有較強的通信隱蔽性的抗干擾能力。另外，CDMA能較好地適應業(yè)務量的

變化。CDMA的不足之處主要是需占用很寬的頻帶，頻帶利用率低。第四十七頁，共五十九頁，2022年，8月28日表10-2若干VSAT多址方式的比較類別多址方式最大

通過效率時延穩(wěn)定性韌性價格/復雜性特

點固定分配TDMA0.7～0.8中大好中中站數(shù)增加，時延明顯加長FDMA/SCPC0.7～0.8中好高很低僅適合業(yè)務量大而站數(shù)少情況隨機分配ALOHA0.13～0.18小差高很低無需定時，適合變長的消息S-ALOHA0.25～0.368小中高低中最簡單的時隙技術，適合定長消息SREJ-ALOHA0.2～0.3小中高低無需定時，適合變長的消息Tree

CRA0.43～0.49中好差中高適合定長消息，解決時延、死鎖問題ARRA0.5～0.6小中中中高利用附帶信息改善S-ALOHA性能RA-CDMA0.1～0.4較小中高中時延很短，定時可用可不用ALAP0.4～0.7小中高中改善了ALOHA性能可控分配DAMA/TDMA0.6～0.8中大好差高由于時隙保留而具有較大地潛在時延，一般適合較長的信息第四十八頁，共五十九頁，2022年，8月28日VSAT傳輸?shù)臉I(yè)務和適用的方式主要有以下兩種。①以傳輸語音、大片數(shù)據(jù)和圖像、會議電視等綜合業(yè)務為主。②以傳輸互式、突發(fā)數(shù)據(jù)業(yè)務為主，如因特網接入業(yè)務，其信息傳輸?shù)奶攸c是數(shù)據(jù)隨機、間斷地接入衛(wèi)星信道。第四十九頁，共五十九頁，2022年，8月28日10.4.3

VSAT提供的業(yè)務國內VSAT通信的服務國內VSAT提供的通信業(yè)務①VSAT語音業(yè)務②低速數(shù)據(jù)通信業(yè)務第五十頁，共五十九頁，2022年，8月28日10.4.4

VSAT接入應用實例1．VSAT接入因特網原理與普通的因特網接入方式相比，VSAT接入因特網具有以下主要特點。（1）傳輸不受陸地電路的影響（