卫星通信技术

1. 卫星通信技术 中继站升到天空的微波通信

2. 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

3. 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

4. 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

5. 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

6. 卫星通信发展 • 卫星通信实验期（1954－1964） • 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

7. 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

8. 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

9. 卫星通信使用的频率

10. 频率：无线电窗口 • 1～10G最理想 • 此频段已给地面微波 • 卫星也用，但需注意干扰 • 10G以上 • 降雨的影响不可忽视 • 天线可以小一些

11. 卫星通信系统组成

12. 卫星通信系统组成 • 控制与管理系统 • 星上系统 • 地球站

13. 卫星通信系统

14. 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

15. 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

16. 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

17. 轨道

18. 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

19. 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

20. 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

21. 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

22. 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

23. 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

24. 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

25. 多址联接：随机接入分组通信 • ALOHA • S-ALOHA • PRMA

26. 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

27. 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

28. 广播业务 • 也称 • DBS（Direct Broadcasting Satellite） • Broadcast Satellite Service (BSS) • Direct To Home (DTH) service • 特点 • Link between terminal and public • Home dishes • 小天线、机顶盒

29. 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

30. 广播卫星

31. 覆盖

32. 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。

33. Intelsat卫星发展

34. 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

35. 同步卫星通信系统

36. 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

37. 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

38. 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

39. 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

40. 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

41. 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

42. 同步卫星系统

43. 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

44. 卫星通信分系统 • 单变频转发器

45. 卫星通信分系统 • 双变频转发器

46. 卫星通信分系统 • 星上处理转发器

47. 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）

48. 移动卫星通信系统特点 • 范.艾伦辐射带（高能粒子带） • 1500km－5000km • 13000km－20000km • 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

49. 移动卫星通信系统：结构

50. 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）