现代通信新技术_ch3

1 南京理工大学南京理工大学通信工程系通信工程系 Nanjing University of Science and Technology Department of Communication Engineering 卫星通信技术卫星通信技术 现代通信新技术 Satellite Communications 2 卫星通信技术 卫星通信概况卫星通信概况 多址技术多址技术 国际通信卫星的通信技术国际通信卫星的通信技术 VSAT卫星通信技术卫星通信技术 国际卫星移动通信技术国际卫星移动通信技术 Satellite Communications 3 卫星通信技术 卫星通信概况卫星通信概况 多址技术多址技术 国际通信卫星的通信技术国际通信卫星的通信技术 VSAT卫星通信技术卫星通信技术 国际卫星移动通信技术国际卫星移动通信技术 Satellite Communications 4 3.1.1 卫星通信的基本概念 卫星通信是指利用人造地球卫星人造地球卫星作为中继站中继站转发 无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信 2 Satellite Communications 5 3.1.1 卫星通信的基本概念 卫星通信是宇宙通信的一种形式卫星通信是宇宙通信的一种形式 宇宙通信是以宇宙飞行体和通信转发体宇宙飞行体和通信转发体为对象的无线电 通信。 星际间链路星际间链路 卫星通信卫星通信 Satellite Communications 6 3.1.2 卫星通信的发展 “卫星覆盖说卫星覆盖说” 1945年年10月，英国雷达军官月，英国雷达军官阿瑟阿瑟. 克拉克克拉克 （A.C.Clarke）在）在无线电世界无线电世界杂志上发表了杂志上发表了“地地 球外的中继站球外的中继站”一文。文中提出：一文。文中提出：用太阳能作为动力，用太阳能作为动力， 在赤道上空的同步轨道（高度为在赤道上空的同步轨道（高度为35786km）上放置三）上放置三 颗卫星（各相隔颗卫星（各相隔120°°），就可以实现全球通信。），就可以实现全球通信。这就这就 是著名的是著名的卫星覆盖说卫星覆盖说。 试验阶段（试验阶段（19571964） 1957年年10月原苏联发射了第一颗人造地球卫星月原苏联发射了第一颗人造地球卫星 SPUTNIK，标志着卫星通信，标志着卫星通信试验阶段试验阶段的开始。的开始。 Satellite Communications 7 3.1.2 卫星通信的发展 实用阶段（实用阶段（1964） 1964年年8月美国宇航局（月美国宇航局（NASA）发射了世界上）发射了世界上第一颗第一颗 静止卫星静止卫星辛康姆三号辛康姆三号（SYNCOM-3），定位于东），定位于东 经经155°°赤道上空，赤道上空，标志着卫星通信从试验阶段转向实标志着卫星通信从试验阶段转向实 用阶段用阶段。 1964年年8月月20日国际通信卫星组织（日国际通信卫星组织（INTELSAT） 成立成立 1965年年4月月INTELSAT发射第一颗商用静止轨道通信发射第一颗商用静止轨道通信 卫星晨鸟（卫星晨鸟（Early-Bird) (INTELSAT-I)，定点于西经，定点于西经 35°°。迄今，。迄今，INTELSAT已发展到第九代通信卫星。已发展到第九代通信卫星。 目前地球赤道上空运行的同步卫星多达目前地球赤道上空运行的同步卫星多达130多颗，利用多颗，利用 卫星通信的国家和地区多达卫星通信的国家和地区多达170余个余个 Satellite Communications 8 3.1.2 卫星通信的发展 我国的卫星通信我国的卫星通信 1970年年4月月24日日成功发射了第一颗人造卫星成功发射了第一颗人造卫星东方红一东方红一 号号(DFH-1) 1972年租用国际卫星年租用国际卫星4号（号（IS-），首次开展商业性），首次开展商业性 国际卫星通信业务国际卫星通信业务 1976年加入国际通信卫星组织年加入国际通信卫星组织 1984年年4月月8日，成功发射第一颗日，成功发射第一颗试验试验同步卫星同步卫星STW- 1，定位于东经，定位于东经125°° 1986年年2月月1日，成功发射第一颗日，成功发射第一颗实用实用同步卫星东方红同步卫星东方红 二号（二号（DFH-2），定位于东经），定位于东经103 °° 3 Satellite Communications 9 3.1.3 卫星通信的分类 按卫星的运动方式划分按卫星的运动方式划分 静止卫星（静止卫星（GEO）通信系统）通信系统 轨道卫星通信系统轨道卫星通信系统 按多址方式划分按多址方式划分 FDMA卫星通信系统卫星通信系统 TDMA卫星通信系统卫星通信系统 CDMA卫星通信系统卫星通信系统 SDMA卫星通信系统卫星通信系统 混合多址卫星通信系统混合多址卫星通信系统 LEO卫星通信系统卫星通信系统 MEO卫星通信系统卫星通信系统 HEO卫星通信系统卫星通信系统 Satellite Communications 10 3.1.3 卫星通信的分类 按卫星的运动方式划分按卫星的运动方式划分 国际卫星通信系统国际卫星通信系统 国内卫星通信系统国内卫星通信系统 区域卫星通信系统区域卫星通信系统 按业务类型划分按业务类型划分 固定业务卫星通信系统固定业务卫星通信系统 移动业务卫星通信系统移动业务卫星通信系统 广播业务卫星通信系统广播业务卫星通信系统 导航业务卫星通信系统导航业务卫星通信系统 气象业务卫星通信系统气象业务卫星通信系统 Satellite Communications 11 3.1.4 卫星通信的特点 与其他手段相比，卫星通信具有以下与其他手段相比，卫星通信具有以下优点优点 通信距离远，费用与通信距离无关 覆盖面积大，可进行多址通信 通信频带宽、传输容量大 机动灵活 通信线路稳定可靠，传输质量高 35,800 公里公里 地球地球 Satellite Communications 12 3.1.4 卫星通信的特点 卫星通信存在以下卫星通信存在以下缺点缺点 卫星的发射和控制技术比较复杂 高度高度200km 近地点高度近地点高度 400km；远地点；远地点 高度高度35786km 4 Satellite Communications 13 3.1.4 卫星通信的特点 卫星通信存在以下卫星通信存在以下缺点缺点 地球高纬度地区通信效果不好，两极存在盲区 存在日凌中断和星蚀现象 日凌中断日凌中断 星蚀星蚀 发生在每年 的春分和秋 分前后几天 发生在每年 的春分和秋 分前后23天 Satellite Communications 14 3.1.4 卫星通信的特点 卫星通信存在以下卫星通信存在以下缺点缺点 电波的传播时延较大和存在回波干扰 双向通信时时延为0.54s 由于用户终端种类繁多，使得二四线转换时混合线圈难以与平 衡网络完全匹配，这使得混合线圈的四线输入方向的接收信号 泄漏到输出端，这一泄漏信号称为回波回波 混合线圈混合线圈 Satellite Communications 15 3.1.5 卫星通信的工作频段 卫星通信工作频段选取考虑的因素卫星通信工作频段选取考虑的因素 频带足够宽频带足够宽 电波传播时产生的损耗尽量小电波传播时产生的损耗尽量小 天线接收到的外界噪声要小天线接收到的外界噪声要小 尽量利用现有的技术和设备尽量利用现有的技术和设备 与其它地面微波通信、雷达等系统间相互干扰要小与其它地面微波通信、雷达等系统间相互干扰要小 综合比较，应选用微波频段较合适综合比较，应选用微波频段较合适 （C、Ku波段）波段） Satellite Communications 16 3.1.5 卫星通信的工作频段 频频 段段 频率范围频率范围(GHz) 上上/下行频率下行频率(GHz) 主主 要要 业业 务务 VHF 0.1 0.3 0.4/0.2 移动、导航、气象移动、导航、气象 UHF 0.3 1.0 L 1.0 2.0 1.6/1.5 移动、导航移动、导航 S 2.0 4.0 C 4.0 8.0 6/4 固定业务固定业务 X 8.012.0 8/7 固定业务固定业务 Ku 12.018.0 14/11、14/12 直播、固定业务直播、固定业务 K 18.027.0 Ka 27.040.0 30/20 直播、固定业务直播、固定业务 V 40.075 W 75110 mm 110300 m 3003000 卫星通信常用的工作频段卫星通信常用的工作频段 5 Satellite Communications 17 卫星通信技术 卫星通信概况卫星通信概况 多址技术多址技术 国际通信卫星的通信技术国际通信卫星的通信技术 VSAT卫星通信技术卫星通信技术 国际卫星移动通信技术国际卫星移动通信技术 Satellite Communications 18 3.2.1 多址连接的基本概念 复用与多址复用与多址 两点间的信道上同时传送多个互不干扰的信号为两点间的信道上同时传送多个互不干扰的信号为信道复信道复 用用，是，是基带基带信号的复用（是系统的信号的复用（是系统的传输传输特征）特征） 多点间实现互不干扰的多边通信为多点间实现互不干扰的多边通信为多址通信多址通信，是，是射频射频信信 号的复用（是系统的号的复用（是系统的业务业务特征）特征） 两者共同的理论基础：两者共同的理论基础：信号分割理论信号分割理论 多址连接：卫星覆盖区域内的多个地球站，通过多址连接：卫星覆盖区域内的多个地球站，通过 共用同一颗卫星，共用同一颗卫星，同时同时建立各自的信道建立各自的信道，进行两，进行两 址或多址通信址或多址通信 常用的多址方式常用的多址方式 FDMA、TDMA、CDMA、SDMA及其组合形式及其组合形式 Satellite Communications 19 3.2.2 多址方式的信道分配 信道分配的概念信道分配的概念 信道分配技术信道分配技术是指使用信道时信道的分配方法是指使用信道时信道的分配方法 信道信道：对：对FDMA而言指所用的转发器频段；对而言指所用的转发器频段；对TDMA为为 占用的时隙；对占用的时隙；对SDMA为波束；对为波束；对CDMA为正交码组为正交码组 信道分配的方式信道分配的方式 预分配预分配（PA：PreAssigned）方式方式 固定预分配固定预分配 优点：便于控制；缺点：信道利用率低 按时预分配按时预分配 优点：信道利用率较固定预分配高 Satellite Communications 20 3.2.2 多址方式的信道分配 信道分配的方式信道分配的方式 按需分配按需分配（DA：Demand Assignment）方式方式 特点：所有信道为系统中所有地球站共有，信道的 分配是根据当时各站的申请而临时安排，通信一旦 结束，信道又归公有 优点：信道利用率高；缺点：控制复杂 DA方式又可分为以下几类 全可变方式全可变方式 分群全可变方式分群全可变方式 随机分配方式随机分配方式 6 Satellite Communications 21 3.2.3 频分多址方式 FDMA基本原理基本原理 FDMA是指按不同配置的射频来区分地址的方式；它是是指按不同配置的射频来区分地址的方式；它是 一种最简单、可靠、易于实现的多址方式一种最简单、可靠、易于实现的多址方式 原理框图原理框图 Satellite Communications 22 3.2.3 频分多址方式 信号形式信号形式 每载波单路每载波单路（SCPC: Single Channel Per Carrier） 每载波多路每载波多路（MCPC: Multiple Channel Per Carrier） 多址联接