雷达通信课件：第三章-4 卫星通信(AMSS、VSAT、TES).ppt

1、 卫星通信卫星通信 卫星通信： 自1957年苏联发射第一颗人造地球卫星以来，人造卫星即被广泛应用于通信，广播，电视等领域。1965年第一颗商用国际通信卫星被送入大西洋上空同步轨道，开始了利用静止卫星的商业通信。 卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或发射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。*地球站是指设在地球表面（包括地面、海洋、大气层）的通信站。一、卫星通信系统组成：* 1.通信卫星：主要由天线系统、通信系统、遥测指令系统、控制系统和电源系统五大部分组成。 2.地面站群：一般包括中央站（或中心站）和若干个基本地球站。 3.卫星通信控制中心：为保证通信卫星的正常运行和工作，必须通

2、过遥测和遥控系统对卫星的轨道、姿态和有关部分的工作进行监视和矫正，这就要求设置通信卫星监控站。另外，为了对通信业务进行协调和技术管理，还需要设置卫星通信管理站。这两部分统称为卫星通信控制中心。 二、卫星通信的特点* 1.优点：（）通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可进行通信；（）不易受陆地灾害影响；（）建设速度快；（）易于实现广播和多址通信；（）电路和话务量可灵活调整；（）同一信道可用于不同方向和不同区域。2.缺点：（1）由于两地球站间电磁波传播距离有72000KM，信号到达有延迟；（2）10GHZ以上频带受降雨雪的影响；（）天线受太阳噪声的影响。 三、通信卫星星座参数1.轨道高度（H

3、）及倾角(1)按卫星离地最大高度hmax的大小，通常可以把卫星分作四类：低轨卫星（LEO）：hmax5000km，周期T小于4小时；中轨卫星(MEO)：5000kmhmax20000公里，周期T大于12小时；同步卫星(GEO)：hmax约36000公里，周期24小时。(2)按倾角I的大小，卫星可分为三类：赤道轨道卫星：I0，轨道与赤道面重合；极地轨道卫星：I90，轨道面穿过地球的南北两极，与赤道面垂直；倾斜轨道卫星：0I90，轨道面倾斜于赤道面。 2.与H有关的参数(1)仰角和单星覆盖面积 仰角小于20时，卫星移动通信系统的特性完全与地面移动通信信道特性一样，存在多径现象；当仰角在2040之间

4、时，其通信链路已基本不存在多径现象；如果仰角大于40，信道质量会更好；如果仰角大于70，则信道质量总是好的。 (2)自由空间损耗 (3)信号传播延时 H越小，信号传播延时越小。LEO的传播延迟是535ms，MEO的传播延时是7080ms，GEO的传播延时是250270ms。 四、通信卫星系统介绍1鑫诺通信卫星 鑫诺一号通信卫星（SINOSAT-1）是鑫诺卫星通信有限公司为推进中国及亚太地区卫星通信、电视广播事业的发展，同法、德合作研制的具有90年代水平的大容量通信卫星。卫星提供24个C波段转发器和14个Ku波段转发器及一对C-Ku波段互联转发器。鑫诺通信卫星包括两颗卫星（SINOSAT-1和S

5、INOSAT-2）。我国民航卫星通信是租用鑫诺卫星的部分转发器。 SINOSAT-1通信卫星是一颗专为卫星电视直播和专用网服务的通信卫星。它的服务对象是中国及亚太地区各国家、地区的电视和通信业务的用户。SINOSAT-1通信卫星C波段覆盖亚太地区，Ku频段覆盖中国及周边国家和地区。SINOSAT-2是一颗纯Ku频段的广播通信卫星，一颗真正意义上的电视直播卫星。卫星波束分别覆盖中国和亚太地区，卫星将支持0.45m口径VSAT天线直接接收高质量的卫星数字电视。同时，也将支持亚太地区的卫星通信和数据传输。 2国际海事卫星 国际海事卫星（Inmarsat）是一个GEO卫星系统。最早的GEO卫星移动通信

6、系统，是由美国通信卫星公司（COMSAT）利用Marisat卫星进行卫星通信，是一个军用卫星通信系统。70年代中期为增强船只的安全保障，将Marisat部分内容提供给远洋船只使用。1982年形成了以国际海事卫星组织（Inmarast）管理的Inmarsat系统，开始提供全球海事卫星通信服务。1985年对公约作修改，决定把航空通信纳入业务之内，1989年又决定把业务从海事扩展到陆地。目前它已是一个有72个成员国的国际卫星移动通信组织，控制着135个国家的大量话音和数据通信系统。中国交通部和中国交通通信中心分别代表中国加入了该组织。 五、卫星通信体制 所谓通信体制，是指通信系统所采用的信号传输方式

7、和信号交换方式，也就是根据信道条件及通信要求，在系统中采用的是什么信号形式（时间波形与频谱结构）以及怎样进行传输（包括各种处理和变换）、用什么方式进行交换等。 由于卫星通信具有广播和大面积覆盖的特点，因此卫星通信系统的体制可按如下几个方面划分。1.基带信号形式 基带信号的表现形式有多种，主要包括：模拟制还是数字制；何种信源编码；何种信源调制方式；单路传输还是多路传输等方面。2.中频（或射频）调制制度 调制制度包括：模拟的调频（FM）、调幅（AM）、调相（PM）；数字的频移键控（FSK）或相移键控（PSK）等。3多路复用方式 卫星通信系统有单路制和群路制两种方式。所谓单路制就是一个用户的一路信号

8、调制一个载波，即单路单载波方式。所谓群路制就是多个要传输的信号按某种多路复用方式组合在一起，构成基带信号再去调制载波，即多路复用方式。目前广泛采用的多路复用方式有两种：频分多路（FDM）和时分多路（TDM）。 n频分多路（频分多路（FDM）方式）方式：它是将各路用户信号采用单边带（SSB）调制，将其频谱分别搬移到互不重叠的频率上，形成多路复用信号；然后在一个信道中同时传输；接收端用滤波器将各路信号分离。由于是用频率区分，故称频分多路复用。模拟制信号一般采用频分多路（FDM）方式。n时分多路（时分多路（TDM）方式）方式：它是将一条通信线路的工作时间周期性地分割成若干个互不重叠的时隙，分配给若干

9、个用户，每个用户分别使用指定的时隙。因此在接收端可以在各时隙中选出各路用户的信号，然后再恢复成原来的信号。数字信号通常采用时分多路复用方式。 4.多址联接方式 如果卫星上的一个转发器通道被来自地球站的一个发送信号全部占用，那么这种方式称为单址接入工作模式。如果多个载波共用一个转发器，并且这些载波可能来自许多地球站，或者一个地球站同时发射一个或多个载波，这种工作模式称为多址接入。 对于单址接入，一个调制载波占用整个转发器的可用带宽。单址接入工作方式主要用于大业务量路由，需要使用大口径天线。如果业务量不大，采用单址接入，会造成转发器和频率资源的浪费。 多址接入方式主要有频分多址（FDMA）、时分多

10、址(TDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。 5信道分配与交换制度 信道的分配方式有：预定分配（简称预分配，记为PA），按申请分配（又称按需分配，记为DA），随机占用等三种。 目前，国际卫星通信中传输多路电话用得最多的一种体制是：模拟制频分多路复用预加重调频频分多址预分配。常记为FDM-FM-FDMA-PA，在记法中常把“模拟制”及“预加重”略去，因为预加重是调频方式必然采用的技术措施。发展最快的一种体制是：数字式时分多路复用数字调相频分多址预分配，记为TDM-PSK-FDMA-PA。 六、航空移动卫星通信系统（一）AMSS的发展 早在60年代，民航界己开始研究利用卫星进行飞机

11、与地面通信的可行性 ，主要集中在利用VHF频谱(118136MHz)方面； 1968年，国际民航组织(ICAO)研究为了满足越洋飞行时的需要，可以先建立低容量卫星系统，以后逐步随着技术的发展过渡到高容量卫星系统 。 19711973年和19741975年，人们分别利用ATS-5和ATS-6卫星完成了几项实验，证明了用1516GHz的L频段提供飞机用卫星通信是可行的。 INMARSAT的贡献 国际海事卫星组织-改为国际移动卫星组织-1987年日本航空公司成功利用INMARSAT的太平洋卫星进行了卫星电话通信-1991年新加坡航空公司为旅客提供卫星电话服务-1996年发射INMARSATIII卫星

12、，具有点波束功能-现在，INMARSAT是唯一能够提供全球服务的航空卫星系统。（二）、AMSS的组成* 空间段(卫星转发器) 地面地球站(GES) 机载地球站(AES) 网络协调站(NCS)1.空间段(卫星转发器)(1)平台(服务窗) 包括姿态和轨道控制系统，跟踪、遥测和指令系统，机械骨架及通信载荷和电源分系统。(2)通信载荷(通信转发器) 正向转发器 反向转发器正向转发器n接收GES发来的(C或KU)频段信号，变为L频段信号，转发至AES。反向转发器n接收AES发来的L频段信号，变为C(或KU)频段信号，转发至GES。2.地面地球站(GES)（1）组成 天线 C或KU频段收发机 L频段收发机

13、 网络管理设备 n天线 C频段天线直径913米，远离干扰严重的郊区； Ku频段天线直径7米，近郊区及城内nC或KU频段收发机nL频段收发机n网络管理设备 3.机载地球站(AES)n组成 天线分系统 航空电子设备分系统 天线类型：低增益(0dBi)、中增益(6dBi)、 高增益(12dBi) n功能：为通信和机载机载电子设备提供接口4.网络协调站n每一个卫星覆盖区内可以设一个NCSn功用 NCS和各GES的接口，目的是管理卫星资源的分配，即卫星功率和通信信道在各GES间的分配。（三）AMSS的性能要求、工作情况1.AMSS的业务种类 (1)数据通信 空中交通服务ATS 航空运营通信AOC 航空行

14、政通信AAC 航空旅客通信APC (2)自动相关监视(ADS) (3)话音通信 应急通信及驾驶员与管制员间的非常规通信仍需用话音通信。2.AMSS的信道n数据信道： P：仅用于正向(GES到AES)，传送信令和用户数据。 R：仅用于反向(AES到GES)，传送信令和小量用户数据。 T：仅用于反向。n话音信道：C3.AMSS工作情况(1)高交通密度海洋地区工作情况 在洋区首选AMSS，数据和话音，包括ADS。(2)低交通密度/陆地上空航路工作情况 数据和话音通信，但两极不能覆盖(3)高交通密度陆地上空航路及终端区工作情况 AMSS话音和数据与VHF、HF及S模式SSR数据链共存4、注册入网联机(

15、log-on)过程(1)log-on申请(发自AES)(2)log-on批准(发自GES)(3)log-on答谢(发自AES)(4)log-on认可(发自GES)，同时发生以下动作： A、将log-on信息存入GES内部的联机状态表； B、将log-on信息送至同一卫星区域的其他GES，以通知它们该AES已入网联机。5、移交过程(1)卫星系统覆盖区与FIR(飞行情报区)(2)移交七、VSAT卫星通信系统n一般情况下，用户利用卫星进行通信过程中，都必须通过地面通信网汇接到地球站后才能进行。对应银行、航空港、百货公司等就显得很不方便。n20世纪80年代初期，美国赤道通信公司建立了第一个民用的VSA

16、T系统，该系统采用C波段(6/4GHz)，利用VSAT站与卫星及远端用户直接进行通信。(一)、VSAT系统的特点1、VSAT系统天线口径小于2.4米，用户小站对环境要求不高，不需设在远郊，可以直接安装在用户房顶；2、可在短时间里可以组成自己的专用通信网，而且用户的增减、地点改变都很方便；3、用户不必汇接中转，由用户直接控制电路，从而实现站与站的直接通信。(二)VSAT系统的组成1、中央站设备2、VSAT站设备(小站或远端站)3、网络管理系统1、中央站设备n组成： 射频(RF)、中频(IF)、基带设备、网络管理系统n功用 对VSAT网络的运行进行管理和控制n规模较大(天线口径、发射功率等)，功能

17、较复杂2、VSAT站设备(小站或远端站)n组成： 天线、室外单元(ODU)、室内单元(IDU)n功用： 提供用户终端设备与卫星信道的接口 3、网络管理系统n组成： 硬件设备(计算机)、网络管理软件n功用： 与中央站设置在一起，完成对VSAT网络的运行管理和控制。返回（三）VSAT网络的组网形式1、广播式(点到多点) 中央站与各远端站建立通信信道，但各远端站之间不能进行通信；2、双向交互式(星状) 网中各远端站可以通过中央站进行通信3、网状式(点到点) 网中各远端站可以不通过中央站直接进行双向数据通信。4、混合式（四）VSAT系统能够完成的功能n卫星数据通信 n卫星INTERNET接入 n卫星宽

18、带数据和图象广播 n卫星电视会议、远程教学 n卫星远程监控 n卫星电话等 （五）电话地球站(TES)系统 TES(Telephony Earth Station电话地球站)系统是美国休斯网络系统公司于20世纪80年代末期开发出的一种以话音为主，兼可进行中低速数据传输的全数字式卫星通信系统。它是VSAT卫星通信系统中的一种典型类型。TES系统中，工作在70MHz以下的传输设备称为地球站终端设备。 1、系统组成 a、节点站(远端站和网关站) b、网络管理系统a、远端站n组成： 天线：C或KU频段天线，1.8m、2.4m、 3.8m 室内单元：信道单元(CU)，中频分配单元(IF) 室外单元：射频终

19、端设备、变频器、中频单元 用户：电话机、用户交换机、显示终端及计算机 n功用： 为用户提供数据和电话接口a、网关站 在配置上与远端站相似，但支持CU较多b、网络管理站和网络管理系统2、网络结构n网状网 各远端站之间的语音和数据通信n星状网 远端站与NCS之间的监控管理通信3、TES远端站之间的联络过程(1)电话呼叫联络过程n远端站A通过话音信道向网络协调站(NCS)提出呼叫远端站B的请求；nNCS根据远端站B的空闲情况，向远端站A发出是否接受申请的指令；nNCS沟通远端站A和B的话音通信；n远端站A和B实施话音通信。(2)数据传输过程nNCS发出连接指令，将信息分配给远端站A的DCU和远端站B

20、的DCU；nA的DCU发出申请指令，要求连接B的DCU；nNCS分配连接数据电路的频道；n远端站A和B进行数据交换。思考题：1、卫星通信有何特点？2、静止卫星的特点有哪些？3、AMSS的组成如何？4、ANSS有哪些信道？5、AMSS的业务种类有哪些？6、VSAT系统的组成？7、VSAT网络的组网形式有哪些？返回上行线路f1下行线路f2返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回返回11米卫星电视上行天线7.5米卫星通信天线4.2米卫星通信天线返回信道单元：n话音信道单元(VCU)n数据信道单元(DCU)n监控信道单元(MCU) VCU/DCU用于话音/数据通信，而MCU用于监控地球站的工作。返回返回返回返回返回返回返回返回返回静止同步卫星的特点：1.静止卫星的优点： 卫星高度高，对地面的视区面积大； 不需复杂的跟踪系统； 多卜勒可以忽略； 通信连续，不会因更换卫星而中断； 信道的绝大部分位于自由空间，工作稳定2.静止卫星的缺点： 传输损耗和传输时延都较大； 两极附近有盲区； 静止同步轨道只有一条，容纳卫星数量有限。 返回