卫星通信技术

,Title,Body Text,Second Level,Third Level,Fourth Level,Fifth Level,Center for Wireless Communications (CWC), BUPT,*,卫星通信技术,中继站升到天空的微波通信,1,概要,卫星通信的发展,卫星通信的特点,卫星通信系统组成,卫星通信多址技术,同步卫星通信系统,移动卫星通信系统,我国的卫星通信简介,平流层通信系统介绍,2,什么是卫星通信,利用人造卫星构建的通信系统,技术相当于中继站升到天空的微波通信,卫星通信可以是,电信网中的传输链路,地位相当于地面接力微波通信、光缆,独立的通信网络,例如：卫星电视广播、卫星移动通信系统、,VSAT,系统等,可能与公网连接或者不连接,3,与微波通信不一样的地方：,距离长,坏处,衰减大,时延长,好处,可快速建立通信系统，成本与距离无关,便于广播,便于移动,便于多址通信,4,与微波通信不一样的地方：,卫星可能在动,坏处,多普勒,天线跟踪,卫星会转到坏的方向,好处,卫星会转到好的方向,存储转发模式下，单星可覆盖全球,5,卫星通信发展,卫星通信实验期（19541964）,无源卫星实验,有源卫星,椭圆轨道、同步轨道,卫星通信实用阶段（1964）,Intelsat,Inmarsat,铱系统,全球星,6,卫星通信的特点,通信距离远，通信成本与距离无关,以广播方式，易于实现多址通信,通信容量大，业务种类多,7,卫星通信技术特殊性,先进的空间电子技术,信号时延大,卫星姿态控制,其他,8,卫星通信使用的频率,9,频率：无线电窗口,110,G,最理想,此频段已给地面微波,卫星也用，但需注意干扰,10,G,以上,降雨的影响不可忽视,天线可以小一些,10,卫星通信系统组成,11,卫星通信系统组成,控制与管理系统,星上系统,地球站,12,卫星通信系统,13,卫星轨道,轨道不同将导致技术的差别,GEO：,地球同步卫星,HEO：,高轨卫星,MEO：,中轨卫星,LEO：,低轨卫星,14,卫星轨道,GEO,衰减大，覆盖全球需要的星少,，,发射成本高,HEO,高倾斜轨道覆盖特定地域,LEO,衰减小，需要的星多,MEO,兼有高低轨的优缺点,15,卫星轨道,圆轨道、椭圆轨道,赤道轨道、倾斜轨道、极轨卫星,高轨道,覆盖好、通信时间长，但距离长,低轨道,覆盖小、通信时间短，但距离近,16,轨道,17,卫星通信多址技术,FDMA,单址载波,多址载波,单路单载波,TDMA,CDMA,SDMA,随机多址,18,多址联接:FDMA,单址载波,Single Destination Carrier,多址载波,Multiple Destination Carrier,例如北京上星、上海下，然后分路到上海、南京、杭州，从而借助卫星实现了北京分别到上海、南京、杭州的通信,制式,模拟：,FDM/FM/FDMA,数字：,TDM/QPSK/FDMA,OQPSK：,非线性放大问题,19,多址联接：FDMA,单路单载波：,SCPC,Single Circuit Per Carrier,适用于稀路由通信,DAMA：,按需分配多址,SPADE,系统：忙闲表,数字制式：,DM,或,PCM/QPSK/FDMA,20,多址联接：FDMA,多路单载波：,MCPC,DCME：,数字电路倍增器,话音插空,ADPCM,典型倍增值：4,FDMA,的缺点,保护带宽,交调,FDMA,的优点,简单,载波的自主性：,无需像,TDMA,那样需要同其它用户协调,21,多址联接：TDMA,无交调,无需保护带宽,无需双工器,需要中心控制站，以协调全网同步,同步的捕获与跟踪,星地时延可能远大于时隙,突发方式,制式：,TDM/QPSK/TDMA,22,多址联接：CDMA,主要用于低速数据、移动业务、小站等,多址的灵活性,移动通信,VSAT,下行降低对数字微波的干扰,小站往往在城市中，城市中微波频率也用于地面微波系统。扩频使卫星信号的功率谱密度降低,上行降低对邻星的干扰,小站指向性差,23,多址联接：SDMA,通过天线的指向性来区别不同的地球站,多点波束卫星,星上波束切换,24,多址联接：随机接入分组通信,ALOHA,S-ALOHA,PRMA,25,卫星通信系统的业务,固定业务（,FSS）,为固定点提供双向通信,话音、数据,广播业务（,BSS）,点到面的单向传输,电视广播、音频广播、,IP,广播,移动业务（,MSS）,为移动终端提供通信业务,移动到移动 移动到固定,26,固定业务,以,Intelsat,为代表，包括许多的国际及国内卫星系统,业务包括,国际国内电话,电视节目传送,数据业务：电报、传真、电子印刷、,Internet,链路等,27,广播业务,也称,DBS（,Direct Broadcasting Satellite,）,Broadcast Satellite Service (B,S,S),Direct To Home (DTH) service,特点,Link between terminal and public,Home dishes,小天线、机顶盒,28,广播卫星的制式,模拟,FM,方式传输全电视信号,数字,DVB-S,MPEG2:,压缩、组成,MPEG,流,FEC: RS+CC,QPSK,多址,FDMA,为主，也有,TDMA,29,广播卫星,30,覆盖,31,Intelsat组织及其系统,1965年成立，世界性的商业组织,世界上最早、发展最迅速、遍及全球的国际卫星通信系统。,承担大部分国际通信业务和全球性电视广播业务。,32,Intelsat卫星发展,33,Intelsat业务,100多种业务,国际电话、电视为主要业务,数据业务：电报、传真、电子印刷等,34,同步卫星通信系统,35,同步卫星通信系统,三颗星覆盖全球,不能覆盖极地,多数卫星通信系统用,GEO,例如：,干线传输（电信）,VSAT（,企业）,电视直播,某些移动系统,36,星蚀与日凌,星蚀,地球挡住了太阳,太阳能电池,日凌,地球站、星、日成一条线，地球站直指太阳,太阳辐射,37,卫星姿态控制,保证通信天线指向地球的预订区域,陀螺原理,自旋稳定,消旋,三轴稳定,方向探测,地球、太阳等的红外辐射,38,波束,全球波束,覆盖卫星所见的地球表面,半球波束,点波束,赋性波束,只覆盖特定地理区域（如中国）,波束越窄，则,星上的天线增益越高,利于频率复用,39,若干术语,仰角,高仰角好,方位角,星下点,星地距离,用来算损耗及时延,40,若干术语,转发器：,transponder,=数字微波之中继站,转发器一般为射频转接,星上处理,使转发器有后处理功能,再生式转发,星上交换,41,同步卫星系统,42,同步卫星通信系统,卫星天线分系统,卫星通信分系统,卫星电源分系统,跟踪遥测指令分系统,控制分系统,43,卫星通信分系统,单变频转发器,44,卫星通信分系统,双变频转发器,45,卫星通信分系统,星上处理转发器,46,移动卫星通信系统,移动卫星通信系统特点,高轨移动卫星通信系统（GEO）,中轨移动卫星通信系统（MEO）,低轨移动卫星通信系统（LEO）,47,移动卫星通信系统特点,范.艾伦辐射带（高能粒子带）,1500,km5000km,13000km20000km,卫星多波束技术,移动台和卫星在移动，带来多径,众多移动台共享卫星，需要合理的多址方式和信道分配方式,移动台要求小型化,48,移动卫星通信系统：结构,49,结构,ISC(international switching center),NCC(Network Control Center),：,管理波束频率，发布路由信息,SCC,（,Satellite Control Center,）：,控制卫星的轨道及位置,ISL,（,Inter-Satellite Link,）,50,频率,Mobile link（,星到用户）,little LEO,用,140,M,、,450M,；,Big LEO,用,1.6,G,、,2.5G,Feeder Link,（,星到关口站）,5/7GHz,15GHz,and20/30GHz,ISL:,星际,23G,、,60G,51,系统与网络,移动性管理：,mobility management(MM),无线资源管理：,radio resource management (RR).,呼叫控制：,connection/call control(CC),切换：,Handover,（,HO,）,星际路由,ISL routing,52,系统与网络,MM,处理用户位置不确定的问题,位置登记：,Location update,寻呼：,Paging,漫游：,Roaming,RR,有效管理无线信道资源,Fixed channel allocation,Channel borrowing,Dynamic channel allocation,53,系统与网络,CC,呼叫的建立、撤销,Handover,通话过程中的切换,波束切换、卫星切换、关口切换,ISL routing,选择为,MS,及,GW,服务的卫星,选择星间路由,54,与地面移动的互联,55,网络规划,用户数、分布情况、话务情况,卫星星座图,卫星覆盖区、波束的形状,关口（,gateway）,的位置与数量,长途业务的路由策略,56,Inmarsat,高轨道系统，采用同步轨道,应用范围,海事、航空、陆地,业务,电话、电传、传真、电子邮件和数据连接,飞行数据、位置与状态的报告,运输车队的调度、位置报告、车队管理等,57,Inmarsat,58,Inmarsat,空间段,通信卫星,4颗同步卫星，并有备用星,大西洋区：东区：西经,16,度,大西洋区：西区：西经,54,度,印度洋区：东经,65,度,太平洋区：东经,178,度,卫星转发器执行频率转发功能,岸到船：从6,GHz,1.5GHz,船到岸：从1.6,GHz, 4GHz,59,ICO,主要投资人：,Inmarsat，,含中国移动,中轨道系统,提供话音和低速数据业务,轨道10355,km，102,颗星,每颗卫星提供163点波束,波束位置固定（不随星动）,TDMA,方式，25,KHz,带宽上6个时隙,弯管转发器（,Bent Pipe,）,60,ICO:,覆盖及波束,61,GlobalStar,美国,LQSS,于1991年提出,不单独组网，是地面网的延伸,bent pipe transponder,卫星只是一个联接手机到,GW,的弯管,采用,CDMA,技术,覆盖地球南北纬80度范围,星必须能看见,GW,62,GlobalStar,63,GlobalStar：空间段,488颗星,8条轨道，轨道高1389,km,倾角52度,覆盖半径：3800,km,可同时看到两颗星、卫星分集,64,GlobalStar,65,覆盖区与波束,66,GlobalStar,67,GlobalStar,地面段,关口站,与网控中心相连，且与地面网相连,用户至卫星、卫星至关口采用,CDMA,技术,每个关口可与3颗星同时通信,呼叫建立和处理在关口进行,卫星控制中心,控制卫星姿态、运行轨道纠正、卫星波束切换,网络控制中心,通过分组网与各关口站相连,完成数据库管理、计费和呼叫路由选择、接入系统管理,各国都有自己的网控中心，控制本国用户,68,GlobalStar,69,GlobalStar,70,GlobalStar,用户段,用户设备一般设计成双模模式，尽量利用地面网,71,GlobalStar基本工作原理,移动用户1发出呼叫,经卫星至关口1,关口至网控中心经处理后转到离被叫用户最近的关口2,经关口2至卫星,卫星至用户2,72,铱系统,Motorola于1990年发布计划,1998年底，全部66颗卫星发射成功,1999年8月申请破产保护,2000底被美国铱星公司收购,73,铱系统,采用星上处理及星际链路,用户可以不经过地面网相连,等效于将地面移动系统搬到天上,转发器不是,bent pipe,极轨卫星,100覆盖全球,可提供地球上任意两点之间的无线连接,真正意义上的全球覆盖,74,铱系统,75,铱系统,6个极地轨道，倾角86.4度,每轨11星，每星48波束,覆盖半径：2209,km,轨道周期：100分钟零28秒,地面固定点平均可视时间9分钟,同时可见12颗星,76,覆盖区与波束,77,铱系统,78,79,80,铱系统：传输方式,FDMA/TDMA,混合多址结构,10.5,MHz,带宽分成240条信道,每条信道,TDMA,为4个用户,制式,FDMA/TDMA/TDD/QPSK,突发方式,50,kbps,（,8.64ms 432bit,）,81,铱系统,用户段,用户终端，全球寻呼、语音、低速数据,地面段,地面关口,与地面网底接口,地面控制中心,遥控、遥测、卫星姿态控制、轨道控制,网控中心,整个卫星网的管理,82,铱系统：传输方式,83,铱系统工作原理,与GSM系统的处理类似。,移动用户1呼叫用户2,经星至呼叫用户2的归属关口站，读取用户2的位置,经关口站至覆盖用户2的星,星至用户2,84,Teledesic,主要投资人,Craig McCaw、Bill Gates,、,沙特王储,波音、,Motorola,288颗,LEO,星（原计划840颗）,700,Km,高度，圆轨道,用户速率：2,Mbps,85,星座,86,平流层通信系统,1997年ITU会议提出,在平流层（23km）提供稳定电信平台与地面设备进行无线通信,SKY公司的离子推进器提供了平流层电信平台定位的技术,ITU划分频段47/48GHz供平流层通信用,87,一些国家的平流层通信计划,日本,100200个平台，提供高速无线接入,印度,瑞典,意大利,美国,88,无线通信网,89,平流层通信业务,数字电话（64Kb/s）,全运动视听业务（256kb/s）,WebTV，高速Web Surfing（512kb/s-1.5Mb/s）,E1（2048kb/s，45Mb/s）,OC3（155Mb/s）,90,