【正文】 2022/6/1 第六章 衛(wèi)星通信系統(tǒng) 中國民航大學(xué)電子信息工程學(xué)院 王磊 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 2 第 6章 衛(wèi)星通信系統(tǒng) 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng) 航空移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù) VAST衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) 中國民航 C波段衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信簡況 ? 衛(wèi)星通信的定義 ? 衛(wèi)星通信發(fā)展歷史 ? 衛(wèi)星通信系統(tǒng)分類 ? 衛(wèi)星通信特點(diǎn) ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成 ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術(shù)體制 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 4 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?什么是衛(wèi)星通信？ ? 衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站 轉(zhuǎn)發(fā)或 反射 無線電信號，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。衛(wèi)星通信工作在微波頻段。 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 5 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?同步衛(wèi)星通信系統(tǒng) ? 絕大多數(shù)通信衛(wèi)星是地球同步衛(wèi)星（靜止衛(wèi)星） ? 衛(wèi)星運(yùn)行于赤道上空 ? 距地面約 35786km ? 周期 24小時(shí)，相對于地面靜止 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 6 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?同步衛(wèi)星通信系統(tǒng) ? 3顆衛(wèi)星即可覆蓋全球 ? 重疊區(qū)內(nèi)地球站可用于不用衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)地球站通信 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 7 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星覆蓋波束 ? 全球覆蓋：衛(wèi)星天線照射地球表面最大面積，約 ? 區(qū)域覆蓋：典型的區(qū)域覆蓋天線波束寬度 5度 ? 點(diǎn)波束覆蓋：天線的波束寬帶約 2度 全球覆蓋 區(qū)域覆蓋 點(diǎn)波束覆蓋 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 8 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星覆蓋波束 ? 賦形波束（成形波束） 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 9 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?非全球波束的優(yōu)點(diǎn) ? 提高衛(wèi)星有效輻射功率，提高系統(tǒng)容量 ? 在系統(tǒng)容量不變的情況下，減小地球站天線口徑，因而提高地球站的機(jī)動(dòng)性和靈活性 ? 便于實(shí)現(xiàn)空分多址 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 10 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信簡史 ? 1945年，英國 《 ExtraTerrestrial Relays》 一文中提出利用 3顆靜止衛(wèi)星覆蓋全球的設(shè)想。 ? 1945年到 1964年間，曾經(jīng)先后利用月球、氣球、銅針偶極子帶作為中繼，進(jìn)行電話電視傳輸試驗(yàn) ? 1957年，前蘇聯(lián)發(fā)射了第 1顆 LEO衛(wèi)星－ Sputnic（美蘇太空競賽的導(dǎo)火索） ? 1962年，美國第 1次發(fā)射了真正實(shí)用通信衛(wèi)星（ Telstar/MEO） ? 1965年，第 1顆商業(yè)通信衛(wèi)星（ INTELSAT1）進(jìn)入靜止軌道 ? 19902022年，引入衛(wèi)星直播音頻（ DAB）業(yè)務(wù) ? 20222022年，引入寬帶個(gè)人通信； Ka頻段系統(tǒng)得到迅速發(fā)展；多個(gè) LEO和 MEO衛(wèi)星系統(tǒng)投入運(yùn)行 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 11 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信簡史（我國） ? 1970年，我國發(fā)射成功第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅 1號” ? 1972年，北京、上海建設(shè) 4座大型地球站 ? 1975年，第一個(gè)試驗(yàn)性衛(wèi)星通信工程開始全面實(shí)施。 ? 1984年，成功發(fā)射第一顆試驗(yàn)通信衛(wèi)星 （靜止衛(wèi)星， E125176。 ） ? 1986年第一顆實(shí)用通信衛(wèi)星發(fā)射成功（ E103176。 ） ? 當(dāng)前，國家公用衛(wèi)星通信網(wǎng)和各部門的專用衛(wèi)星通信網(wǎng) （長途電話、傳真、數(shù)據(jù)、電視等業(yè)務(wù)） 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 12 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)分類 ? 按衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)狀態(tài) ?同步衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng) ? 按衛(wèi)星通信范圍 ?國際衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?區(qū)域衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?國內(nèi)通信衛(wèi)星系統(tǒng) ? 按衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)能力 ?有源衛(wèi)星通信系統(tǒng)（主動(dòng)型） ?無源衛(wèi)星通信系統(tǒng)（被動(dòng)型） 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 13 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)分類（續(xù)） ? 按基帶信號體制 ?模擬衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng) ? 按多址方式 ?頻分多址（ FDMA）衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?時(shí)分多址（ TDMA）衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?空分多址（ SDMA）衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?碼分多址（ CDMA）衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?混合多址衛(wèi)星通信系統(tǒng) 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 14 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)分類（續(xù)） ? 按所用頻段 ?特高頻（ UHF）衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?超高頻（ SHF）衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?極高頻（毫米波）（ EHF）衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?激光衛(wèi)星通信系統(tǒng) ? 按通信業(yè)務(wù)種類 ?固定業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?移動(dòng)業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?廣播電視衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星通信系統(tǒng) 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 15 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)分類（續(xù)） ? 按衛(wèi)星軌道高度 ?高軌（ HEO, GEO）衛(wèi)星 ?中軌 (MEO)衛(wèi)星 ?低軌 (LEO)衛(wèi)星 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 16 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 250ms 100ms 15ms 傳送延遲來回時(shí)間 傳輸延遲大 衛(wèi)星成本較高 軌道位置有限 衛(wèi)星體系復(fù)雜 有多普勒效應(yīng) 生命周期短 衛(wèi)星體系復(fù)雜 有多普勒效應(yīng) 缺點(diǎn) 地表覆蓋率% 無多普勒效應(yīng) 中度成本 傳輸延遲低 低成本 傳輸延遲低 訊號衰減低 優(yōu)點(diǎn) 24hrs 24hrs 15min 可用時(shí)間 36000 km 300030000 km 3003000 km 高度 同步衛(wèi)星 GEO 中軌衛(wèi)星 MEO 低軌衛(wèi)星 LEO 型態(tài) 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 17 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)分類（續(xù)） ? 按衛(wèi)星重量 衛(wèi)星等級 英文名稱 質(zhì)量 大衛(wèi)星 Large Satellite 一千公斤以上 小衛(wèi)星 Small Satellite 五百公斤至一千公斤 迷你衛(wèi)星 MiniSatellite 一百公斤至五百公斤 微衛(wèi)星 MicroSatellite 十公斤至一百公斤 微小衛(wèi)星 (奈米級衛(wèi)星 ) NanoSatellite 一公斤至十公斤 微微衛(wèi)星 (皮米級衛(wèi)星 ) PicoSatellite 一公斤以內(nèi) 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 18 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信特點(diǎn) —— 優(yōu)點(diǎn) ? （ 1）通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離無關(guān)。 (最大通信距離 18000km） ? （ 2）覆蓋面積大，可進(jìn)行多址通信。 ? （ 3）通信頻帶寬，傳輸容量大。 ? （ 4）機(jī)動(dòng)靈活。 ? （ 5）通信線路穩(wěn)定可靠，傳輸質(zhì)量高 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 19 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信特點(diǎn) —— 缺點(diǎn)和問題 ? （ 1）靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜。 ? （ 2）地球高緯度地區(qū)通信效果不好，并且兩極地區(qū)為通信盲區(qū)。 ? （ 3）存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象。 ? （ 4）電波的傳播時(shí)延較大和存在回波干擾。 單跳時(shí)延 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 20 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?日凌中斷和星蝕現(xiàn)象 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 21 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成 ? 衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由 空間分系統(tǒng)、通信地球站分系統(tǒng)、跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng) 四大功能部分組成。 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 22 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?空間分系統(tǒng) ? 指 通信衛(wèi)星 ，主要由天線分系統(tǒng)、遙測與指令分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)組成。 ?通信地球站 ? 由天線饋線設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、信道終端設(shè)備等組成 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 23 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)（ TTamp。C， tracking, telemetry and mand station） ? 對衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上的確定位置，并對在軌衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前的監(jiān)測和校正。 ?監(jiān)控管理分系統(tǒng) (SCC, satellite control center) ? 對在軌衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前的監(jiān)測和業(yè)務(wù)開通后的例行監(jiān)測和控制，以確保通信衛(wèi)星正常運(yùn)行和工作。 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 24 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器（通信衛(wèi)星中的通信分系統(tǒng)） ? 為避免同頻干擾，收發(fā)不同頻，需要混頻 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 25 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作頻段 大氣中自由電子、離子、氧和水氣分子對電波的吸收衰減 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 26 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作頻段（續(xù)） 外界噪聲對接收信號的影響 1 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 27 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作頻段（續(xù)） ? UHF波段： 400/200MHz ? L波段： ? C波段： ? X波段： 8/7GHz ? Ku波段： 14/11GHz、 ? Ka波段： 30/20GHz 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 28 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術(shù)體制 ? 多址方式 ?FDMA ?TDMA ?CDMA ?SDMA 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 29 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?TDMA幀結(jié)構(gòu) 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 30 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?例 某一 TDMA系統(tǒng) 5個(gè)地球站共用一衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器，TDMA幀周期（ frame duration）為 125 μ s，數(shù)據(jù)速率為 40Mbps，話音信號采樣頻率為 8kHz， 8bit量化，每一地面站的報(bào)頭時(shí)間（ preamble time）為 5 μ s，保護(hù)時(shí)間（ guard time）為 2 μ s, 計(jì)算每一地面站可容納的語音信道數(shù)目。 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 31 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?解： 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 32 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 ?衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術(shù)體制（續(xù)） ? 信道分配方式 ?信道含義： FDMA中指頻段， TDMA中指時(shí)隙， CDMA中指正交碼組等 ? 預(yù)分配方式 ?固定預(yù)分配（ PAMA） ?按時(shí)預(yù)分配（ TPA） ? 按需分配方式 ?全可變方式 ?分群全可變方式 ?隨機(jī)分配方式 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 33 作業(yè) ，主要功能是什么？ ？ 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 34 第 6章 衛(wèi)星通信系統(tǒng) 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng) 航空移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù) VAST衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) 中國民航 C波段衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 35 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?美國于 1976年建立了世界上第一個(gè)海事衛(wèi)星通信站 ?1979年 7月國際海事衛(wèi)星組織（ INMARSAT）成立 ,最初有 28個(gè)成員國 ?先后租用美國 MARISAT，歐洲 INTELSAT ?1982年建立了國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng)，成為第一代國際海事衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?INMARSAT總部設(shè)在倫敦，系政府間合作 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 36 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng) ? 包括四個(gè)重疊覆蓋區(qū)域，這種復(fù)疊覆蓋可保證發(fā)生故障時(shí)業(yè)務(wù)不致中斷 ? 最初用于海事通信，目前 INMARSAT已成為世界上唯一為海陸空用戶提供全球移動(dòng)衛(wèi)星公眾通信和遇險(xiǎn)安全業(yè)務(wù)的國際組織 ? 國際海事衛(wèi)星組織（現(xiàn)已改稱國際移動(dòng)衛(wèi)星組織）是全球移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)的主要提供者 電子信息工程學(xué)院 空管通信系統(tǒng) 37 海事衛(wèi)星通信系統(tǒng) ?國際海事衛(wèi)星（ INMARSAT）是一個(gè) GEO 衛(wèi)