卫星通信课程报告.docx

Harbin Institute of Technology 卫星移动通信技术 设计题目：卫星通信系统的发展前景院 系：电子与信息工程 班 级： 设 计 者： 裴明信（留学生） 学 号： 10SF05002 指导教师： 设计时间： 2011-04-17 哈尔滨工业大1 .概述1965 年国际卫星组织成立,创建了国际卫星通信系统,开展固定卫星业务(FSS) 。1979 年7 月,国际海事卫星组织( INMARSAT) 成立,创建了国际移动卫星通信系统,开展移动卫星业务(MSS) 。到90年代,全球掀起了非同步轨道(NGEO) 卫星个人通信的热潮,推出了多种低轨(L EO) 、中轨(MEO) 卫星组网的通信系统。随后GEO - MSS 系统中的蜂窝卫星移动通信系统( GEO - CES) 投入运行。如今,宽带移动通信系统正在积极筹建,为全球多媒体业务和视频业务的发展创造条件。全球移动个人通信系统正在不断演进。本文将结合GEO/ NGEO 轨道及FSS/ MSS 业务这两种分类方法阐述卫星通信系统的发展现状。2 .GEO - FSS 国际卫星通信系统INTELSATINTELSAT 卫星已经发展到第代和第代卫星。目前在轨工作卫星共配置19 颗(大西洋区AOR 10 颗、太平洋区POR 3 颗、印度洋区IOR 4颗、亚太地区APR 2 颗) ,到2003 年将增加轨道位置,全球配置24 颗卫星。新一代的代卫星是INTELSAT 容量最大的卫星。代卫星的C 频段(6/ 4GHz) 拥有44/ 48 个转发器,Ku 频段(14/ 11GHz) 拥有12/ 16 个转发器。C 频段采用左旋/ 右旋园极化对两个半球波束和五个区域波束进行极化隔离,实现了七次频率复用,可用带宽达3456MHz。Ku 频段采用水平/ 垂直线性极化,对两个点波束进行极化隔离,有效通信带宽达720MHz ,能同时传输160000 条话路和3 路广播电视。INTELSAT 卫星通信系统的技术发展可归纳成下列几点:增加了新卫星的发射功率。代卫星C 频段区域波束e. i. r. p. 高达48. 3dBW ,Ku 频段点波束e. i. r. p. 高达51. 5dBW;实现2间隔的卫星轨道位置。增添四个轨道部署新卫星(340E、33E、157E、178E) ;开发Ka 频段轨道资源,部署新的卫星通信系统。INTELSAT 已向国际电联申请注册了8 个轨道位置。在2004 年后开通Ka 频段通信业务;大力发展宽带高速业务。1998 年开始, INTELSAT 启用8PSK 2/ 3 TCM格状编码Modem 制式, 称之为TCM/ IDR。使在Modem 加上RS 纠误外码后,系统的比特误码率BER 降于10 - 10 ,通信质量达到光纤通信的量级,并节省20 %的频带资源。在8PSK 2/ 3 TCM 的基础上, 进一步开发16QAM、64QAM 的Modem , 为SDH STM - 1155152Mbps 高速数据( HDR) 业务的传输创造条件;积极推行DTV 数字电视、SNG数字卫星新闻收集和DTH(直接到户) 业务;从2000 年到2001 年INTELSAT 开展了BVSAT 新业务。支持用户的宽带应用。3 .GEO - MSS 国际移动卫星通信系统INMARSATINMARSAT 原名国际海事卫星组织。目前,INMARSAT 系统已经发展到了第三代: IN2MARSAT - 3 。它在全球三个洋区配置了四颗卫星。该系统固定岸站采用C 频段全球覆盖,移动站采用L 频段全球及五个点波束覆盖。其移动站已从模拟的A 标准站发展到数字的B、C、D、E、M、Mi2ni - M、AERO 等适合各种用户终端的标准站,提供传真和数据业务。INMARSAT 系统是目前时唯一运行畅通、盈利较好的全球移动通信系统。INMARSAT - 3 卫星采用点波束覆盖,可以用笔记本PC 那样小的Mini - M 终端进行通信,为用户提供了更好的通信条件。随着Internet 及多媒体业务的发展, IN2MARSAT 开发了M4 新业务。它采用16QAM 调制方式及TURBO 纠误码,不但提供Mini - M 的业务,还支持电路交换的64Kbps 的ISDN 业务,并共享64Kbps 信道支持INMARSAT 分组数据业务( IPDS) 。IPDS 是一种分布式平台,支持IP 网络。M4 系统为Internet 、PSTN、ISDN 开辟了应用空间,为企业和个人提供一个简练实用的移动办公室。M4 系统的运行成功,导致F 标准的建立。1999 年9 月INMARSAT 通过了推行F 标准的决议。F 标准是在M4 系统的基础上,加上海上遇险安全功能( GMDSS 系统) 所形成的业务标准,将作为新的标准替代A 标准。INMARSAT 的第四代卫星将采用欧洲功率最大的同步轨道卫星INMARSAT - I - 4 系统,实现B- GAN 宽带全球区域网。使用可展开的大天线,用200 个点波束覆盖地面,采用频率复用来扩大通信容量。系统投入运行后,扩大了第三代蜂窝电话用户的视频通道,用户终端可获得432Kbps 的数据业务,并使广大乡村和边远地区能高速接入因特网。B - GAN 可使用户的LAN 扩展为移动全球区域网GAN ,既提供高质量全移动的ISDN 业务的接入,又提供移动IP 业务的接入,并且还支持导航业务,扩大和增强导航信号的应用。它是将IT 基础设施扩展成IT Network 的重要举措。4 .GEO - CES 蜂窝移动卫星通信系统技术进步使基于GEO 同步卫星用手持机为用户提供个人移动通信的系统相继出台。印尼的亚洲蜂窝卫星系统Aces、阿联酋的Thuraya 卫星系统都已顺利运行。俄罗斯的“镜面- KP”卫星通信系统也正在积极实施中。Aces 亚洲蜂窝卫星通信系统是很成功的个人移动通信系统。2000 年2 月发射的第一颗卫星GARUDA - 1 定位于123E ,覆盖西到印度、巴基斯坦,东到菲律宾、巴布亚新几内亚,南到印尼,北到中国、日本的广大区域。星上装有2 副12 米口径的天线(一收一发) ,对关口站通信用C 频段,对移动用户通信用L 频段,为200 万用户开通11000 个电话信道。Aces 系统已向亚洲的8 个国家和地区提供业务,和47 个国家和地区签定了GSM 国际漫游协议。用户终端有手持机、移动式和固定式三种,都是Aces/ GSM 双模转换方式。5 .NGEO - MSS 中/ 低轨道移动卫星通信系统5.1.铱( Iridium) 系统铱系统由66 颗工作星组成,分布在6 个倾角为86. 4的近地轨道上,轨道高度为780km ,运行周期100. 13 分钟。铱卫星群在空间形成一个空间网络,每一颗星相当于一个空中基站。星与星间有4 条17. 5MHz带宽的双工星间链路,工作在Ka 频段。对地链路采用点波束覆盖,每颗星可提供48 个点波束1100个双工信道。系统全球容量约72600 个信道。全球设立12 个关口站完成用户接入及与公用网的接续。铱卫星对用户的通信链路工作在L 频段,话音速率为4. 8/ 2. 4Kbps ,用双模手持机与GSM 兼容。5.2.Globalstar 全球星全球星系统由48 颗工作星组成,分布在8 个倾角为52的圆轨道面上,轨道高度为1414km ,运行周期为114 分钟。全球星对地链路采用点波束设计。每颗卫星有16 个点波束,在地面形成小区覆盖,可提供2800 个双工话音或数据信道。全球星系统卫星间没有星间链路,所有用户呼叫均经过卫星转到关口站,由关口站选择路由与对方连接,并承担与公用网的接续。全系统在全球设150 个关口站。关口站与卫星间的链路使用5/ 7GHz 频段,带宽为160MHz。用户终端设备上行使用L 频段,下行使用S 频段,采用CDMA 接入,QPSK 调制。终端设备的话音为2. 4/ 4. 8/ 9. 6Kbps ,数据传输速率为7. 2Kbps。5.3.ICO 系统ICO 系统是INMARSAT 规划的一个MEO 中园轨道移动通信系统。它由10 颗工作星组成,分布在2 个倾角为45的轨道平面上, 轨道高度10355km ,运行周期为6 小时。每颗卫星有163 个点波束,可同时提供4500 个信道。ICO 系统有一个由12 个国家的卫星接入枢纽站SAN 和连接各个SAN 的光纤网组成的网络。SAN 站作为本国(地区) 的卫星空中插入节点,通过网关与公用网连接。SAN 站与卫星的上下工作频率为5/ 7GHz 频段。下工作频率采用2GHz 频段。卫星与地面通信采用TDMA/ FDMA 方式,与地面GSM 蜂窝系统兼容,手持机采用双模转换方式。6 .卫星通信系统的发展预测6.1.卫星通信发展的驱动因素和市场定位铱系统技术先进但系统复杂,设计者想用技术的进步来建造一个完善的全球无隙覆盖的PCS 系统,经历了12 年的奋斗历程,花费了55 亿美元,结果是节节失利。这是由于它忽视地面移动通信的火爆发展,没有及时调整经营策略的结果。这种强调技术驱动,忽视市场驱动的后果值得引以为戒。进入信息时代后,卫星通信不能独揽天下,必须发挥卫星通信的广播能力及广域连接的优势,作为地面通信系统的补充和延伸,支持地面系统复盖不到的广大地区,如山区、海岛、边远和内海等。这就是卫星系统的市场定位、也就是与其他通信系统的综合关系。6.2. GMPCS 全球移动个人通信系统的走向目前移动卫星通信系统的走势大致如下:在用L EO/ MEO 窄带系统正在改造与融合地面通信系统已经向宽带发展,在用的Iridi2um、Globalstar与ICO 窄带系统正在自我调整和逐步改造,有些系统将与宽带系统进行业务融合,例如ICO 公司已经与Teledesic 等公司联合开发分步实施,从窄带业务逐步走向宽带。在用GEO 系统正向宽带发展GEO 的INMARSAT 第四代卫星采用12 米多波束天线,200 个波束复盖区,实现全球宽带地域网B - GAN、GEO 系统的Aces 卫星也准备用50MHz带宽的资源,采用高效的64QAM 调制方式,先进的TUBRO 码信道纠码误方式来建立一个完整的多媒体系统(AMS) 。 Ka 频段的宽带卫星系统即将问世GEO 宽带卫星通信系统,如Ast rolink 系统是由4 - 9 颗GEO 卫星组成,采用星上处理(OBP) 和星上交换(OBS) 支持多媒体业务, 数据速率为16kbps 9. 0Mbps ,用户小终端速率为384kbps。L EO 宽带卫星通信系统,如知名的Teledesic 系统是由12 个轨道面共288 颗卫星组成,卫星轨道面高度为1375km ,轨道面上相邻的卫星间有工作在60GHz 的星间链路。该系统采用完全的星上处理和星上交换,设计成一个“空中因特网”。宽的下行链路为MF - TDMA 方式,速率为2Mbps ,下行链路为ATDMA 方式,速率为64Mbps。GEO 与MEO 混合组网的宽带卫星通信系统,如SPACEWAY系统,是由4 颗GEO 卫星满足高速传输。用高度为10352km 的4 个轨道面,每轨道面5 颗的20 颗MEO 卫星构成的星座面向先进的交互式的宽带多媒体业务,传输速率为16kpbs 6Mbps。以上这些系统将在发展中融合互补,逐步按地面移动通信系统的发展而发展,不断升级构成GM2PCS 系统。6.3. 卫星通信系统发展前景卫星通信系统具有机动灵活、广播/ 组播能力强、区域连接等潜在优势,是全球移动通信不可缺少的重要组成部份,有着广阔的发展前景。 GEO MSS 移动卫星通信系统, 如IN2MARSAT、Aces 等系统将继续在移动卫星通信中发挥主要作用。GEO FSS 卫星通信系统(如INTELSAT)的BVSAT 业务,将大力开展。这种以IP 为基础的宽带多媒体传输系统,是解决“最后一公里”的有效途径。目前BVSAT 的产品很多,使用效果也很好,有些设备的设计已向移动业务MSS 发展,将用于车载、船载的移动通信。卫星的数字电视/ 视频广播DVB 与高速因特网组合在一起,形成DVB/ IP 业务,成为宽带卫星系统中的高效传输平台,是一个适合现代潮流的亮点。宽带卫星通信系统,大多采用Ka 频段。在网络处理上已经从“弯管中继”逐步走向“星上交换”(OBS) 。为了确保质量都采用IP/ ATM 传输方式。 Ka 宽带卫星系统的星座设计种类很多,厂商们决策慎重。L EO 系统的Teledesic 行动缓慢,GEO MEO 系统的Space Way 先建GEO 系统将首先在2003 年出台。看来GEO 先行,MEO、L EO 稳进是发展的趋势。卫星通信系统将按下一代网NGN 的发展进程而循序前进。