首颗商业应用卫星通信卫星修改版课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2013/3/8,#,卫星技术,1,金仲和,87952588,助教,:,杜超禹、王婵,交作业邮箱,:,公邮,:,密码,:,public,，课件等参考资料等。,首颗商业应用卫星,-,通信广播卫星,2,目录,通信卫星概述,通信卫星的种类,“斯科尔”和“,国际通信卫星,1,号”,通信卫星的系统组成,通信卫星系统的应用,未来的发展趋势,3,通信卫星概述,4,通信技术在人类历史中的作用,通信：在两个或多个位置实现信息的传输、接收和处理。 通信是人类社会的基本需求，每一次通信技术的变革都会对整个社会以及每一个人带来极大的影响。,古代： 烽火台、鼓、鸣“金”、书信等,近代： 电报、电话等,现代,有线通信：光纤、电缆。,无线通信：短波,/,超短波通信、微波中继通信、地面移动通信、卫星通信。,5,通信技术的目标及限制,终极目标：,任意时间、任意地点、任意多的节点完成任意大数据的交换。,通信技术的发展总是向着这一理想目标靠近，在实现过程中要进行实时性、传输距离、传输带宽等各方面的权衡。,无线通信是现代通信技术的一个代表，相对于有线通信网来说，具有使用地点灵活，架设简单，建设成本低等各方面的优点。,无线通信最大的约束：,地球是圆的。,6,A,点与,B,点位置足够远时，地球将阻挡无线信号的直接传输。,通过,C,点的信号中继，,A,点与,B,点可以完成信号的间接传输。,C,点信号中继的作用范围取决于,C,点转发器距离地面的高度。,C,点转发器的高度越高，覆盖范围越大。,人类目前能实现的最高转发器：,卫星,7,8,9,理论上，三颗同步轨道通信卫星就能覆盖全球。,通信卫星,的覆盖,通信卫星的覆盖面积并不是简单的地球与卫星之间的几何关系，还需要考虑卫星的辐射功率。,通常,用卫星的有效全向辐射功率,EIRP,等值线图来表示通信卫星的发射覆盖区域。,EIRP,表示卫星辐射能力的物理量，单位,dBW,。下图给出了“中星,6B”,卫星,(115.5E),的,EIRP,等值线图，单位,dBW,。,10,11,12,13,几种常见波束覆盖区域示意图,静止卫星,覆盖范围的确定,星下点：卫星与地心连线和地球表面的交点,位于卫星的垂直下方,赤道上空的卫星其星下点在赤道上,用星下点来表示,GEO,在轨道上的位置（用经度来表示）,14,方位角,、仰角和站星距的计算,方位角：以正北方向为标准，将卫星天线的指向偏东或偏西调整一个角度，该角度即是所谓的方位角。,15,仰角：天线轴线与水平面之间的,夹角,16,17,站星距离：地球站与卫星之间的距离。,地球站的经度和纬度分别为,1,和,1,静止卫星星下点的经度和纬度分别为,2,和,0,经度差,= ,2,-,1,纬度差为,1,-0= ,1,静止卫星观察参数图解,18,通过星地的距离，结合卫星发射功率、天线增益等参数，就可以判断地球上某地面站是否处于覆盖区,通信卫星发展简史,卫星通信之父,Arthus Clarke,：,1945,年，,Wireless World,上发表论文,地球外的中继,卫星通信时代的开启：,1957,年,10,月,4,日，前苏联发射第一颗人造卫星,SPUTNIK-1,第一颗通信试验卫星：,1958,年,12,月，美国,NASA,发射“,SCORE,”广播试验卫星。,1960,年,8,月，美国,NASA,发射“,ECHO,”，首次完成中继通信。,1962,年,7,月，美国电话电报公司,AT&T,发射“,TELESAT-1,”低轨通信卫星，奠定商用通信卫星技术基础。,19,通信卫星发展简史,1962,年,11,月，美国无线电公司,RCA,发射“,RELAY-1,”实现横跨太平洋的美日之间的电视转播。,以上卫星由于受运载火箭的能力限制，均为低轨道卫星。,1963,年,7,月，美国,NASA,发射“,SYNCOM-2,”，实现同步轨道的信号中继，使建立稳定的卫星通信线路成为现实，至此卫星通信作为现代通信方式取得稳固的地位。,1965,年,4,月，美国发射第一颗半实用，半试验的同步轨道静止通信卫星“,INTELSAT-1,”，正式为北美和欧洲之间提供通信业务，标志通信卫星进行实用阶段。,20,通信卫星发展简史,20,世纪,70,年代，提供卫星广播业务。,20,世纪,80,年代，提供海事卫星通信服务。,20,世纪,90,年代，提供航空通信，陆地移动通信和个人卫星通信服务。,1998,年,11,月,1,日，第一个全球个人卫星移动通信系统,-,铱星开始商业运营,(,第七周介绍,),。,进入,21,世纪以来，低轨道小卫星通信系统也成为研究的热点，在物流、军事、灾害等各个不同领域具有应用的需求。,21,通信卫星的种类,22,按卫星形状分，有球形卫星、箱形卫星、圆柱体,(,套筒式,),卫星、锥顶圆柱体卫星、多棱柱形卫星、风扇行卫星等多种,23,按,姿态稳定方式分，有自旋稳定卫星和三轴稳定卫星。,24,按卫星重量分：,25,种类,重量（,kg,）,巨卫星,3500,大卫星,1000,中型卫星,500,1000,小卫星,100,500,微小卫星,10,100,纳卫星,1,10,皮卫星,0.1,1,飞卫星,0.1,26,SNAP-1 Nano-Satellite,清华大学的“纳星”一号,27,皮,卫星,卫星轨道,开普勒定理,假设地球是质量均匀分布的圆球体，忽略太阳、月球和其它行星的引力作用，忽略大气阻力，卫星运动服从开普勒三大定律。,28,开普勒,第一定理,（,1602,年）,小物体（卫星）在围绕大物体（地球）运动时的轨道是一个椭圆，并以大物体的质心作为一个焦点,29,开普勒,第二定理,（,1605,年）,小物体（卫星）在轨道上运动时，在相同的时间内扫过的面积相同；,30,其中：,a,是半长轴，开普勒,常数,=3.986110,5,km,3,/s,2,开普勒,第三定理,（,1618,年）,小物体（卫星）的运动周期的平方与椭圆轨道半长轴的立方成正比关系,31,圆轨道卫星具有恒定的运动速度,典型卫星通信系统的轨道高度、卫星速度和轨道周期如下表,卫星系统,轨道高度,(km),在轨速度,(km/s),轨道周期（时,/,分,/,秒 ）,Intelsat (GEO),35786,3.0747,23/56/04.1,NewICO (MEO),10355,4.8954,05/59/01.0,SkyBridge (LEO),1469,7.1272,01/55/17.8,Iridium (LEO),780,7.4624,01/40/27.0,32,从轨道形状进行分类,圆轨道：,GEO,，,GSO,，,MEO,，,LEO,椭圆轨道,HEO,33,从轨道高度进行分类,低地球轨道,LEO,：,Low Earth Orbit,，,700 2000 km,中地球轨道,MEO,：,Medium Earth Orbit,，,10000 20000 km,同步轨道,GSO,：,GeoSynchronous Orbit,，,35786 km,静止轨道,GEO,：,GEostationary Orbit,，,35786 km,高椭圆轨道,HEO,：,Highly Elliptical Orbits,，最高点可达,40000km,34,35,内范伦带：,1500,5000 km,外范伦带,:,13000,20000km,36,GEO/GSO,的主要优势,对地（球）位置相对固定,几乎恒定的传输延时,广阔的覆盖区域（单星覆盖面积约占地球表面,1/3,）,GEO/GSO,的主要缺点,大的传输延时和衰减,仰角随着纬度的增高而降低（,GEO,）,不能覆盖极地地区（,GEO,）,轨位资源缺乏,发射费用高,由于,GEO/GSO,轨道的特性，该轨道上的卫星都是功能强大的大型或超大型卫星。,37,LEO,的主要优势,低传输延时和衰减（利于使用手持终端）,灵活的系统设计,（单星）发射费用低,LEO,的主要缺点,对地的快速相对移动，大多普勒频移,单星覆盖面积小（因此需要几十到上百颗卫星实现全球覆盖）,LEO,星座的延时抖动大,LEO,星座的管理复杂性高,38,MEO,：,GEO,和,LEO,的折中,单星的中等覆盖面积（需要几颗到十几颗卫星实现全球覆盖）,中等的传输延时和衰减,中等的对地移动速度（即中等的多普勒频移）,中等的星座延时抖动,中等的星座管理复杂度,39,HEO,的主要优势,高纬度地区的仰角大,单星覆盖范围大,对地相对运动速度较慢（在服务时间内）,HEO,的主要缺点,传输延时和衰减大,穿越范艾伦带，卫星寿命较短,大的多普勒频移,“斯科尔”和,“国际通信卫星,1,号”,40,斯科尔号（,SCORE,）,国际上第一颗通信试验卫星。,1958,年,12,月,18,日发射,椭圆轨道，近地点,184km,，远地点,1462km,设计寿命,20,天，实际在轨,35,天。,重量,3980kg,。,成功将美国总统的,圣诞节祝辞,录音带到太空，然后从太空传到各地转播，试验了卫星通信的可能性。,41,主要背景,斯科尔号（,SCORE,）全称为,Signal Communication by Orbiting Relay Equipment,。,在前苏联发射首颗卫星的一年后，是,Atlas,火箭的首次发射。（美苏竞争）,主要试验目的：,验证,Atlas,火箭的发射,验证,卫星通信理论的符合性,验证,卫星硬件在轨的可靠性,测试地面设备,42,主要设计,直接采用火箭作为卫星平台，因此重量达到,3980kg,，实际有效载荷只有,87kg,。,通信有效载荷直接在商用设备的基础进行更改，整个研发在,6,个月内完成。,天线为狭槽天线，共,4,个，两收两发，安装在火箭的表面，增益为,-1dB,。,发射机，频率为,132MHz,，,8W,输出，全部由电子管构成。,接收机，频率为,150MHz,，,10dB,噪声系数，全部由晶体管构成。,43,主要设计,由于卫星设计寿命短，电源系统直接采用银锌蓄电池（不可充电）作为唯一供电来源，避免了设计中太阳能电池以及可充电蓄电池的复杂性。,安装了两套相同的通信载荷，进行备份，提高任务的可靠性。实际试验过程中，一套设备失效。,由于卫星的轨道属于低轨椭圆轨道，而且寿命较短（设计寿命,20,天），因此两个地面站同时可见的概率较低，因此卫星中增加了储存延时下传的能力（通过录音磁带）。实际在轨测试中磁带更新了,28,次，直至蓄电池耗尽。,44,国际通信卫星,1,号,国际上第一颗静止轨道商用通信卫星。,原名“晨鸟”号，,1965,年,4,月,6,日发射。,6,月,28,日正式投入商业运行。,设计寿命为,18,个月，实际在轨工作接,近,4,年。,首次提供了北美与欧洲之间的洲际,电视转播服务。,高,0.6,米，直径,0.72,米，重,39,千克。,具备,240,路电话通道或一路电视通道。,45,研制背景,国际通信卫星组织于,1964,年由,11,个国家临时成立，目标是建立一个全球商业通信卫星系统，一视同仁地向所有国家提供范围更加广泛的电信服务。,直接继承采用美国第一颗静止试验通信卫星“辛康”号的技术成果。研制周期仅用了一年。,在轨期间，成功对同步轨道商业通信卫星的概念进行了演示。,1969,年,1,月，该星停止服务，进行在轨备用状态。同年,6,月被再次唤醒，为阿波罗,11,号任务提供支持，两个月后再次推出服务状态。,46,技术特点,自旋稳定，降低了姿控系统的复杂性。但对通信卫星而言，自旋稳定会降低天线效率。,整星未安装蓄电池，完全依赖太阳能电池进行工作，降低了能源系统复杂度，但在阴影区卫星无法工作。,能够提供点到点的通讯服务。,47,后续型号,国际通信卫星到目前为止已经发展了,6,代，每一代都进行了技术革新，最终的目的是进一步提高通信的路数和带宽。,第二代卫星使用了备份行波管和蓄电池。单个转发器实现了多载波多址通信。,第三代卫星最突出的技术成就是使用了机械消旋天线，为增大天线增益 、提高通信容量起了重要作用 。,第四代卫星的特点是应用陀螺仪的双自旋稳定卫星技术，在消旋平台上首次安装宽、窄两种波束的喇叭抛物面天线和,12,个通信转发器，为了适应大西洋通信业务高密集地区，经改进成为“国际通信卫星”,-A,号，首次利用空间波束隔离的方法实现了频率复用，通信转发器从,12,个增加到,20,个，通信容量增加,50,。,48,后续型号,第五代卫星选用了三轴姿态控制方式，为安装更多大型天线提供了有利条件 。除上、下行使用,6,4,吉赫频段外，又采用了,14,11,吉赫新频段。首次在一颗卫星上同时应用空间波束隔离和正交极化隔离两种频率复用方式，使通信等效带宽比其前代改进型卫星展宽了,2,倍，从而可使一颗卫星的通信容量超过,1.2,万话路。,第六代卫星也是三轴稳定，在轨精度达,0.01,。实现了卫星波束的可配置和点频的复用。,49,名称,A,A,发射时间（年）,1965,1966,1968,1971,1975,1980,1985,1989,1992,直径（米）,0.72,1.42,1.42,2.38,2.38,1.6*2,1.6*2,3.6,2.7*2.7,高度（米）,0.6,0.67,1.04,5.28,5.9,1.7,1.7,6.4,4.2,轨道重量（公斤）,38,86,152,700,790,815,815,1.8K,1.4K,天线数目,1,1,1,3,7,7,7,/,14,初始功率（瓦）,40,75,120,400,500,1.2K,1.3K,2.2K,3.9K,发射功率（瓦）,6,18,11,6,8,8/20,8/20,11/20,30,转发器数目,2,1,2,12,20,27,32,46,36,总带宽（兆赫）,25,130,500,500,800,2.3K,2.7K,3.3K,2.4K,设计寿命（年）,1.5,3,5,7,7,7,8,10,14,最大话路数,240,240,1.2K,4K,6K,12.5K,14K,24K,23K,电视频道数,或,1,或,1,+2,+2,+2,+2,+2,+3,+4,每路年资（千美元）,33,11,2.0,1.2,1.0,0.88,0.88,0.63,通信容量和路数增加，单位路数的年资费下降,50,商业运营,国际通信卫星系统由国际通信卫星组织进行运营。该组织最初是,1964,年由,11,个国家临时成立，,1973,年，通信卫星组织成员通过了一项永久性协定代替临时安排，并决定将其资源集中起来，共同努力实现通信卫星组织系统可以带来的许多政治、经济和业务效益。通信卫星组织当年的使命一直持续到今天，这就是一视同仁地向世界所有地区提供范围更加广泛的电信服务，以增进世界和平和谅解。,如今，通信卫星组织拥有和运营一套全球卫星系统，向五大洲,200,多个国家、地区和附属地的用户提供两大类服务。,51,商业运营,凡是国际电信联盟（国际电联）的成员国都可加入作为成员。所有国家（成员国和非成员国）都可使用通信卫星组织的系统。成员国,/,拥有者按其对系统的相对使用量而投资，并获得其投资的回报。,通信卫星组织服务的所有用户都需支付使用费。费用按服务的种类、数量和时间长短而不同。就这样，通信卫星组织将其容量分配给其用户，这些用户再向其服务地区内的最终用户提供通信卫星组织的服务。一些国家选择批准不止一个组织在其国内提供通信卫星组织的服务。,52,通信卫星的系统组成,53,完整的通信卫星系统组成,星际链路,ISL,Inter-Satellite Link,网络控制中心,NCC,Network Control Center,卫星控制中心,SCC/ SOCC,Satellite (Operation) Control Center,用户信息管理系统,CIMS,Customer Information Management System,公用电话交换网,PSTN,Public Switched Telephone Network,公用地面移动网,PLMN,Public Land Mobile Network,54,空间段,-,通信卫星,通信卫星由空间平台和有效载荷两部分组成。,55,空间平台,空间平台又称卫星公用舱，用来维持通信转发器和通信天线在空中正常工作的保障系统。,56,57,自旋稳定结构卫星,三轴稳定结构卫星,1,、结构分系统,卫星的主体，使卫星具有一定的外形和容积，并能承受星上各种载荷和防护空间环境的影响。一般由轻合金材料或复合材料组成，外部涂有保护层。,58,2,、温控分系统,温控分系统的作用就是控制卫星各部分的温度，保证星上各种仪器设备正常工作。,通常可分,为被动温,度控制,和主动温,度控制两种形式。,3,、跟踪、遥测、指令分系统（,TT&C,）,跟踪部分用来为地球站跟踪卫星发送信标。,遥测部分用来在星上测定并给地面的,TT&C (Tracking Telemetry &Command),站发送有关卫星姿态及卫星各部件工作状态的数据。,指令部分用于接收来自地面的控制命令，处理后送给控制分系统执行。,59,60,4,、控制分系统,用来对卫星姿态、轨道位置、各分系统工作状态等进行必要的调节与控制。,5,、,远地点,发动机（静止轨道通信卫星）,对于静止轨道卫星，通常是用运载火箭将卫星射入椭圆形“转移轨道”，再由卫星所装的远地点发动机，把卫星推入近似圆形同步轨道。,61,62,6,、,电源分系统,为卫星提供电能。,星上电源分系统由一次能源,(,太阳能,),，二次能源,(,蓄电池,),，以及供配电设备组成。,电源系统重要作用,卫星电源系统是卫星的关键分系统之一，它担负着为卫星的其它分系统和有效载荷供电的重要任务。电源分系统供电质量的优劣直接影响卫星整星的工作状态。,通常卫星的电源系统由太阳能电池、蓄电池以及供配电设备组成。光照区太阳能为蓄电池充电，阴影区由蓄电池供电。,若卫星中只有蓄电池（出现在早期的试验卫星以及一些短期航天任务中），则蓄电池耗尽就意味着卫星寿命的结束，如“斯科尔号”。,若卫星中只有太阳能电池，则整星必须在光射区才能保持工作。,63,电源系统的设计,效率,最大负载能力,能量平衡,重量,寿命与可靠性,64,电源系统的效率,太阳能电池的转换效率,太阳能电池帆板对太阳的跟踪,太阳能电池的总功率与其面积相关，目前卫星上一般采用展开式的太阳能电池帆板，以提高整星的能源供应。但太阳能电池帆板对太阳光角度的跟踪将直接影响太阳能电池的输出功率。,太阳能电池的光电转换效率,太阳能电池的光电转换效率与太阳能电池的材料、工艺等相关。目前效率最高的是多结砷化镓电池，效率在,33%,以上,.,普通的硅太阳能电池效率在,8-16%,之间,.,65,太阳能电池的并联效率,单片太阳能电池输出电压和电流是有限的,一般需通过串联提高输出电压、并联提高输出电流，串并联后在通过必要的保护电路才能与卫星电源线（母线）相连。该连接电路的能量损耗号也会直接影响电源系统的效率。,蓄电池效率,蓄电池是能够贮能的装置，贮藏在光照,期间,太阳电池产生的多余功率，在太阳电池不能工作或不能提供足够的功率时作为备用电源释放能量。对于蓄电池来说，效率包含了两个方面，即充放电效率和储存效率。,蓄电池效率主要与蓄电池的类型相关。,66,电压转化效率,电能都是从太阳电池或者蓄电池，经过母线传递到了各个分系统。因为母线,电压一般只有一个，有时候,电压,也,不,稳定,，而,各个负载对电压的要求,不,同,，因此需要有直流,-,直流电压变换器将母线电压转换为各路要求的电压值，而电压变换器在转换过程中必然带来能量的损失。,以上各部分的效率合成后最终会影响整星能源系统的效率。,67,最大负载能力,由于卫星在轨工作期间，载荷的功耗并不固定，经常也会出现短期内大功率负载开启的要求，因此整星电源系统的最大负载能力必须大于整星任务中的最大功耗需求。,能源系统的最大负载能力主要与蓄电池组的短期大电流放电能力相关，同时配套外围电路也要满足该电流通过的要求。,68,能量平衡,由于卫星运行过程中有光照区和阴影区的区别，同时每一圈次的功耗需求根据任务也不尽相同，但在电源设计过程中需要保证在单圈次或者多圈次的循环过程中，整星的能量状态基本处于一个稳定的水平。,69,电源系统的重量考虑,作为在轨卫星的重要子系统，重量总是越小越好。要减小能源系统的重量主要通过以下几方面入手：,太阳能电池的选型：通过选择轻质的材料以降低太阳能电池的重量。,对帆板的展开及跟踪机构采用轻量的设计。,选用比能量更高的蓄电池，如锂电池，以降低蓄电池组的重量。,70,电源系统的寿命与可靠性,主要依靠元器件和部件的选型。,电路设计中考虑冗余等可靠性设计。,蓄电池的冲放电寿命直接影响整星的工作寿命（到寿命后，蓄电池无法充进电，整星无法保持能量平衡），需要选用更高冲放电寿命的蓄电池。,71,通信卫星,的有效载荷,人造地球卫星的有效载荷是指不同用途的卫星，为了完成技术任务而配备的特有系统。,不同用途的卫星有不同的有效载荷。例如，资源卫星的有效载荷就是各种遥感器，它包括可见光照相机、多光谱相机、多光谱扫描仪、红外相机、微波辐射计和微波扫描仪和合成孔径雷达等；气象卫星的有效载荷包括扫描辐射计、红外分光计、垂直大气探测器和大气温度探测器等；,通信卫星的有效载荷主要是通信转发器及通信天线；,天文卫星的有效载荷是各种类型的天文望远镜，它包括红外天文望远镜、可见光天文望远镜和紫外天文望远镜等。,72,1,、天线分系统,发送和接收通信及测控信号。,用于遥控、遥测和信标信号的全向天线，接收地面的指令及向地面发送遥测数据。,用于通信的微波定向天线。可分为全球波束天线、点波束天线和区域波束天线三类。,73,74,全球波束天线,波束宽度约等于,17.4,，覆盖卫星对地球的整个视区,一般由圆锥喇叭天线加上,45,的反射板组成,点波束天线,覆盖面积小，一般为圆形，波束宽度为几度,天线通常为前馈抛物面天线，馈源为喇叭,赋形波束天线,可通过修改反射器形状来实现,也可利用多个馈源从不同方向经反射器反射产生多波束的组合,75,76,地球静止卫星通信波束覆盖,下一章通信卫星中,还会比较细致地,分析卫星波束覆盖问题,卫星天线系统示意图,77,2,、通信转发器,又叫通信分系统或中继器，实质上是一部宽频带的收、发信机。,其作用为接收、处理并重发信号。,对转发器的基本要求是：以最小的附加噪声和失真，并以足够的工作频带和输出功率来为各地球站有效而可靠地转发无线电信号。,转发器通常分为：,透明转发器：收到地面发来的信号后，除进行低噪声放大、变频、功率放大外，不作任何加工处理，只是单纯地完成转发任务。,处理转发器：除进行信号转发外，还具有信号处理功能。,78,透明转发器,79,处理转发器,对数字信号进行解调再生，避免噪声积累,对不同的卫星天线波束之间进行信号交换,其他更高级的信号变换和处理,80,转发器的数量越多，卫星的通信能力就越大。,小容量通信卫星：星载转发器少于,12,个，功率小于,1000,瓦的通信卫星,中容量通信卫星：有,24,个转发器，功率在,10003000,瓦之间,大容量通信卫星：有,48,个转发器，功率在,30007000,瓦之间,超大容量通信卫星：转发器多于,48,个，功率在,7000,瓦以上,81,82,通信卫星的组成,通信卫星,举例,鑫诺三号,鑫诺卫星通信有限公司的“鑫诺,3,号”卫星是一颗专门为我国满足中,央台、,各省会城市、各直辖市卫,星广播电,视传输需要,的广播,电视传送卫星 。,83,目前我国首颗直播通信卫星。,84,鑫诺三号卫星性能参数：,设计制造,中国空间技术研究院,卫星平台,东方红三号,发射时间,2007,年,6,月,1,日,设计寿命,8,年,轨道位置,125E,稳定方式,三轴稳定,有效载荷,1036MHz C,频段转发器,覆盖范围,中国全境及周边国家和地区,卫星,EIRP,中国国土,40dBW,东南亚等周边国家和地区,36dBW,工作频率,上行：,5.925-6.425GHz,下行：,3.700-4.200GHz,鑫诺三号卫星性能参数,85,鑫诺三号卫星,EIRP,等值线图,地面段,由,3,个主要的网络单元构成：,信关站,Gateway,也称为固定地球站（,FES,）,网络控制中心,NCC,卫星（运行）控制中心,SCC/SOCC,用户信息管理系统,CIMS,跟踪、遥测和命令（,TT&C,）站,86,地面段的组成,87,信关站天线,网络控制中心,韩国城南，地面中心,信关站, 完成本地交换服务，是卫星网络与已有核心网络（如,PSTN,和,PLMN,）的固定接入点, 包括信关站收发子系统（,GTS,）和信关站配置控制子系统（,GSC,）,88,网络控制中心,NCC,1,）网络管理功能,网络业务结构管理,系统资源管理和网络同步,运行和维护,（,OAM,）功能,站内信令链路管理,拥塞控制,用户终端启动支持,2,）呼叫控制功能,公用信道信令功能,信关站选择功能,信关站配置界定,89,卫星（运行）控制中心,SCC/SOCC,1,）卫星控制功能,生成并分发卫星星历表,产生并传输对卫星有效载荷和公用舱的命令,接受并处理遥测命令,传输波束指向调整命令,完成卫星距离校准,2,）呼叫控制功能,90,用户信息管理系统,CIMS,负责维护信关站配置信息，完成系统记帐和计费，实现详细通话记录,91,用户段, 手持终端,掌上型终端,车,/,舰,/,机载终端,便携式终端,固定终端,92,工作,频段划分,由于空间位置和频谱资源的有限，需要对各种系统的工作频段进行统一划分。,两,个权威组织,国际电联,ITU,International Telecommunication Union,美国联邦通信委员会,FCC,Federal Communications Committee,93,工作,频段,划分,频段标识,频率范围,(GHz),频段标识,0.1-0.3,VHF,0.3-1.0,UHF,1.0-2.0,L,2.0-4.0,S,4.0-8.0,C,8.0-12.0,X,12.0-18.0,Ku,18.0-27.0,K,27.0-40.0,Ka,40.0-75.0,V,75-110,W,110-300,mm,300-3000,m,94,通信卫星系统的应用,95,卫星通信,的特点,服务范围宽，不受地理条件限制：一颗,GEO,卫星覆盖全球表面的,42 %,；中低轨星座系统可实现全球覆盖。,可用频段宽：从,150MHz(VHF,频段,),30GHz(Ka,频段,),。目前已开始开发,Q,、,V,波段,(40,50GHz),。,网络路由简捷：旁路复杂的地面“网络云” ，适合跨国公司专网。,网络建设速度快、成本低：除建站外，无需地面施工，运行维护费用低。,系统均匀服务，易引入新业务：统一的业务提供商，利于系统为各地区提供均匀的服务。,96,卫星通信系统的定位,由于卫星通信相对于地面通信网的综合造价成本高，终端贵，因此，卫星通信的市场定位应该是,地面通信网的延伸、补充和备份,，主要服务于地面通信网,不能覆盖的区域及有特殊通信需求的人群。,97,卫星覆盖区域广，可以较经济地为地面蜂窝网覆盖范围以外的用户,-,“,唯星用户”,提供移动通信业务,解决边远地区通信服务、企业专网、洲际通信、国防通信，,与地面通信网结合解决广域无缝覆盖,98,卫星通信系统与地面移动通信系统,卫星移动通信系统能,扩大地面移动通信的地理和业务覆盖范围,，除提供常规的移动通信业务外，还可向,空中、海面和复杂地理结构的地面区域,的各类移动用户提供服务。,从应用来讲，地面移动通信网主要集中在高业务量的应用环境，而卫星移动通信系统最适合于,低业务量的应用环境，,并且在地面网络过载或发生故障时作为其,迂回备份,网络。,99,卫星通信在中国的特殊地位,幅员辽阔,人口众多,地区发展不平衡,中国有,60,左右的地区是地面网盲区，,如海洋、高山、沙漠和草原等，通信的困难甚至成为人们生存的,障碍。,100,卫星通信系统的应用,移动卫星服务,MSS,：,Mobile Satellite Service,陆地移动卫星服务,LMSS,：,Land MSS,海事移动卫星服务,MMSS,：,Maritime MSS,航空移动卫星服务,AMSS,：,Aeronautical,MSS,固定卫星服务,FSS,：,Fixed Satellite Service,广播卫星服务,BSS,：,Broadcast Satellite Service,无线定位服务,RDSS,：,Radio Determination Satellite Service,define by ITU,101,卫星通信,系统的,应用,卫星视频广播业务,信号数字化,信号传送方式：点到多点分配、点到点、点到多点广播。,电话等交互式业务,容量小、成本高,信号传输延时长,(250ms),回波抑制,102,卫星通信,系统,的应用,数据通信和因特网业务,差错率高、传输时延长。,“,长粗管道,”,特点。,路由简捷，交互性好。,移动通信业务,唯星用户,偏远地区覆盖,103,卫星通信,系统的,应用,不同业务所需的带宽比较,104,卫星通信,系统的,应用,不同业务的发展比较,105,未来通信卫星的发展趋势,106,宽带业务的需求,宽带卫星通信业务将在未来几年中得到快速发展。转发卫星有效载荷设计将以传统的转发器为基础，星上交换和处理有效载荷设计将利用宽带卫星和频率资源。卫星可以有效弥补地面通信网之不足，但必须是提供通过太空传输所能提供的效果更好的服务。未来卫星系统面临的市场需求将与地面通信面临的一样，即带宽更宽，功能更强，价格更低。通信容量最大和终端最简便的宽带系统将有市场优势。但是，宽带卫星业务的灵活性已具有自身的优势。用户将把始终在线的高速数据连接作为日常生活的一部分。但是，地面宽带链路的有效距离，无论有线还是无线，一般都小于它们将要替代的话音系统的有效距离。这就有可能在城市中产生许多宽带“孤岛”，在人烟稀少的地区情况会更加严重，而且沉重的系统费用会使专用的地面系统非常不经济。在这些地区，卫星自然成为应该选择的宽带通信手段。,107,通信卫星星上路由需求,目前的宽带卫星一般被看作是接入技术，也就是专门在用户和,Internet,之间通过传统转发卫星或弯管式卫星提供宽带连接，与用调制解调器通过地面线路提供连接很相似。无论那种连接方式，每条线路每次都是接纳一个用户，而且数据的传送路由选择都是在中央设备中进行的。随着宽带业务的增加需要将通信路由功能从地面中央设备转移到空间卫星上，系统设计人员可以将来自许多猝发用户的通信量在到达卫星下行链路发射机之前进行组合，从而大大提高了效率并围，使系统每年产生更多的收益。,108,微小卫星的发展需求,革命性的新技术将大幅度地增强卫星的功能，并大大地降低卫星的成本。这些年以来，卫星体积越来越大，功率越来越高，通信容量越来越大。然而，在今后二十年中，低地球轨道（,LEO,）和中地球轨道（,MEO,）的卫星却可能会向另外一个方向发展，即小型化，从而使卫星发展回归到起点。每颗卫星都拥有强大的计算能力，并与几十颗、甚至几百颗相似的卫星互联，对地球进行不间断的地毯式覆盖。这些卫星可以是通信卫星、情报监视卫星或科学观察卫星。,109,作业,分别调研国内、国外太阳能电池光到电的转换效率能够达到的最大值。对于一颗通信卫星，除电源系统外整星（包括转发器）要消耗的功率如果是,300W,，假设电源系统自身消耗功率为其输出功率的,15%,，则太阳能电池面积最小要达到多少？假设电源系统自身消耗功率为其输出功率的,25%,呢？,通过调研，分析比较静止轨道卫星通信与光纤通信的优缺点。,110,