2、h20000km。,范艾倫高速粒子帶,,,1、基本概念,1.2通信衛(wèi)星的類型 同步衛(wèi)星,1、基本概念,1.3日凌中斷與星蝕 春分和秋分前后還存在星蝕（衛(wèi)星進(jìn)入地球的陰影區(qū)）和日凌中斷（衛(wèi)星處于太陽和地球之間，受強(qiáng)大的太陽噪聲影響而使通信中斷）現(xiàn)象。,1、基本概念,1.4單跳、雙跳,1、基本概念,1.5衛(wèi)星通信頻段,1） C波段，46GHZ 設(shè)備成熟，可用帶寬500MHz，大部分國際衛(wèi)星通信，尤其是商業(yè)衛(wèi)星通信都使用此頻段，雨衰小，12dB C波段工作頻段選擇可以有以下選擇：,,1、基本概念,1.5衛(wèi)星通信常用頻段,1） C波段，46GHZ 擴(kuò)展C特點(diǎn)： 租用費(fèi)用便宜； 對L波接口的調(diào)制器、接收
3、機(jī)、功放、天線均有擴(kuò)展頻段要求，價格比標(biāo)準(zhǔn)設(shè)備高； 下行與地面有重疊，受地面3.5GHz WBA，LMDS等業(yè)務(wù)影響，干擾可達(dá)55dB，造成衛(wèi)星接收機(jī)收通道飽和；,,1、基本概念,1.5衛(wèi)星通信常用頻段,2） Ku波段， 11（或 12）14GHZ 國際通信衛(wèi)星從第五代開始使用此頻段，國家的民用衛(wèi)星通信和廣播衛(wèi)星業(yè)務(wù)大多使用此頻段?？捎脦?400MHz，雨衰大，一般510dB。,1、基本概念,1.5衛(wèi)星通信常用頻段,3） Ka波段，2030GHz 目前用于寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)，使用該頻段時，可用帶寬可增大到3.5GHZ，為46GHZ時的7倍，但降雨影響相當(dāng)嚴(yán)重。最大可達(dá)30dB! IP St
4、ar：關(guān)口站到衛(wèi)星 銥系統(tǒng)：星際鏈路,1、基本概念,1.5衛(wèi)星通信常用頻段,4）UHF（0.31Ghz)、 L波段(12GHz) 目前主要用于非同步衛(wèi)星或移動業(yè)務(wù)的衛(wèi)星通信，用于車輛、艦船和飛機(jī)上。 北斗、銥系統(tǒng)、全球星等 1992年國際電聯(lián)的WARC大會對衛(wèi)星移動通信的頻率分配主要是： 1、L波段：1530MHz1660MHz ；S波段：24832500MHz（下行） 作為主要業(yè)務(wù)分配給大 LEO（Big LEO）。 2、VHF和UHF頻段：137MHz400MHz 分配給LEO（little LEO）作為非話業(yè)務(wù)頻段。,1、基本概念,1.5衛(wèi)星通信常用頻段,4）UHF（0.31Ghz)
5、、 L波段(12GHz) 為什么各種衛(wèi)星移動選擇L頻段？ 除小LEO外，各種衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)都要擠在L頻段，原因是雖然L頻段以上的更高的頻率資源豐富，但研究表明，2002500MHz頻段對樹木、房屋的陰影效應(yīng)小，空間衰耗也不甚大，衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)正合需要，可是較低頻段如地面800MHZ、900MHZ頻段的蜂窩移動電話系統(tǒng)，800MHZ集群調(diào)度系統(tǒng)，以及廣播、電視業(yè)務(wù)都已擠滿，只有L頻段還可調(diào)整。,1、基本概念,1.5衛(wèi)星通信頻段,1、基本概念,1.7工作頻率與雨衰的關(guān)系,1、基本概念,1.7工作頻率與天線尺寸、帶寬、雨衰的關(guān)系小結(jié),頻率,,低,高,天線,,大,小,雨衰,,低,高,帶寬,,窄,寬,2、衛(wèi)
6、星通信系統(tǒng),對衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上的指定位置，待衛(wèi)星正常運(yùn)行后，要定期對衛(wèi)星進(jìn)行軌道修正和位置保持。,對定點(diǎn)的衛(wèi)星在業(yè)務(wù)開通前、后進(jìn)行通信功能的監(jiān)測和控制，例如對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率、衛(wèi)星天線增益以及各地球站發(fā)射的功率、射頻頻率和帶寬等基本通信參數(shù)進(jìn)行監(jiān)控，以保證正常通信。,2、衛(wèi)星通信系統(tǒng),2.1通信衛(wèi)星,電源分系統(tǒng),通信轉(zhuǎn)發(fā)器,遙測與指令分系統(tǒng),天線分系統(tǒng),,,,,,2、衛(wèi)星通信系統(tǒng),2.1通信衛(wèi)星,通信轉(zhuǎn)發(fā)器 透明轉(zhuǎn)發(fā)器： 地面發(fā)來的信號僅進(jìn)行低噪聲放大、變頻和功率放大后發(fā)回地面，對信號不作任何其他處理的轉(zhuǎn)發(fā)器，即單純完成轉(zhuǎn)發(fā)任務(wù)的轉(zhuǎn)發(fā)器。 處理轉(zhuǎn)發(fā)器： 指除了信號轉(zhuǎn)發(fā)外
7、，還具有信號處理功能的轉(zhuǎn)發(fā)器。,2、衛(wèi)星通信系統(tǒng),2.1通信衛(wèi)星,轉(zhuǎn)發(fā)器主要參數(shù)： 工作頻段 帶寬 功率 結(jié)合收發(fā)天線后的參數(shù)有： G/T值，反應(yīng)衛(wèi)星接收噪聲性能 飽和通量密度（FSD），反應(yīng)衛(wèi)星接收靈敏度 全向輻射功率（EIRP），反應(yīng)衛(wèi)星發(fā)射功率,2、衛(wèi)星通信系統(tǒng),2.2通信地球站,2、衛(wèi)星通信系統(tǒng),2.2通信地球站,上變頻,發(fā)中頻,基帶處理,業(yè)務(wù)接口,收中頻,下變頻,雙工器,天線驅(qū)動 伺服,供電,高功放,LNA,天線,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,2、衛(wèi)星通信系統(tǒng),2.2通信地球站 2.2.1波導(dǎo),微波傳輸線 口大頻率低，口小頻率高,2、衛(wèi)星通信系統(tǒng),2.2通信地球站 2.2.2
8、天線,卡塞格倫天線,2、衛(wèi)星通信系統(tǒng),2.2通信地球站 2.2.2天線,偏饋天線,饋源,反射面,,,2、衛(wèi)星通信系統(tǒng),2.2通信地球站 2.2.2天線,主要技術(shù)參數(shù)： 工作頻段 天線直徑 天線增益 方向圖（旁瓣 特性） 噪聲溫度,2、衛(wèi)星通信系統(tǒng),2.2通信地球站 2.2.2天線,2、衛(wèi)星通信系統(tǒng),2.2通信地球站 2.2.3功放,行波管功放（TWTA） 微波電子管，大功率（400W以上），線性差，壽命610年，便宜。 固態(tài)功放（SSPA、SSPB） 砷化鎵場效應(yīng)管，中小功率，線性好，壽命10年以上，貴。,2、衛(wèi)星通信系統(tǒng),2.2通信地球站 2.2.4低噪聲放大器（LNA、LNB）,微波信號低
9、噪聲放大 帶下變頻（LNB）或不帶（LNA） 帶10MHz參考輸入或不帶 主要指標(biāo)： 工作頻率 噪聲溫度 增益 本振穩(wěn)定性,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.1 基帶信號與頻帶信號 基帶信號：未進(jìn)行調(diào)制前的模擬或數(shù)字信號。 頻帶信號：模擬或數(shù)字信號經(jīng)過調(diào)制后所得到的信號。,,,,,,,,,,,數(shù)字信號,模擬信號,頻帶信號,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.2 多路復(fù)用,頻分復(fù)用 不同頻率范圍的頻帶信號在時間上混合。 OFDM 正交頻分復(fù)用 COFDM 編碼正交頻分復(fù)用,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.3 信道差錯控制編碼 3.3.1 什么是差錯控制編碼？ 通過信息比特碼流中插入一些額外的差錯控制比特，使信息比特與差錯控制比特之
10、間符合某種給定的約束關(guān)系。 3.3.2 差錯控制編碼類型 反饋糾錯：ARQ 前向糾錯：BCH、 RS碼、卷積碼、Turbo碼、LDPC碼,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.4 信道調(diào)制 3.4.1什么是調(diào)制？ 將基帶信號頻譜搬移到指定載波頻率位置的過程。 3.4.2常用調(diào)制方式 模擬：AM、FM 數(shù)字：BPSK、QPSK等,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.4 信道調(diào)制 3.4.1什么是調(diào)制？ 將基帶信號頻譜搬移到指定載波頻率位置的過程。 3.4.2常用調(diào)制方式 模擬：AM、FM 數(shù)字：BPSK、QPSK等,BPSK,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.4 信道調(diào)制 3.4.1什么是調(diào)制？ 將基帶信號頻譜搬移到指定載波頻率位置的過
11、程。 3.4.2常用調(diào)制方式 模擬：AM、FM 數(shù)字：BPSK、QPSK等,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.4 信道調(diào)制 3.4.1什么是調(diào)制？ 將基帶信號頻譜搬移到指定載波頻率位置的過程。 3.4.2常用調(diào)制方式 模擬：AM、FM 數(shù)字：BPSK、QPSK、8PSK、QAM等,8PSK,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.4 信道調(diào)制 3.4.1什么是調(diào)制？ 將基帶信號頻譜搬移到指定載波頻率位置的過程。 3.4.2常用調(diào)制方式 模擬：AM、FM 數(shù)字：BPSK、QPSK、8PSK、QAM等,64QAM,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.5 多址聯(lián)接方式 3.5.1 什么是多址聯(lián)接方式？ 所謂多址聯(lián)接，是指在衛(wèi)星的覆蓋區(qū)內(nèi)，各地
12、球站通過共同的衛(wèi)星，同時分別建立相互之間的通信線路。 實(shí)現(xiàn)多址聯(lián)接的關(guān)鍵是各地球站所發(fā)信號經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器混合與轉(zhuǎn)發(fā)后應(yīng)能為相應(yīng)的對方站識別，同時，各站信號之間的干擾要盡量小。實(shí)現(xiàn)多址聯(lián)接的技術(shù)基礎(chǔ)是信號分割。,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.5 多址聯(lián)接方式 3.5.2 多址聯(lián)接方式分類 依據(jù)信號的不同參量來分割，有不同的多址聯(lián)接方式，常見的有： 頻分多址（FDMA） 時分多址（TDMA） 碼分多址（CDMA） 空分多址（SDMA）,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.5 多址聯(lián)接方式 3.5.2 多址聯(lián)接方式分類 1）頻分多址（FDMA） 按分配給各站的射頻載波頻率不同區(qū)分站址的方式稱為頻分多址方式。,3、衛(wèi)星通信技
13、術(shù),3.5 多址聯(lián)接方式 3.5.2 多址聯(lián)接方式分類 1）頻分多址（FDMA） 特點(diǎn)： 技術(shù)成熟、設(shè)備簡單，不需要網(wǎng)同步； 存在互調(diào)和交調(diào)干擾；功放必須工作于甲類 各載波之間要留有足夠?qū)挼谋Ｗo(hù)頻帶 各站發(fā)射功率必須嚴(yán)格控制，存在強(qiáng)信號抑制弱信號的現(xiàn)象。,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.5 多址聯(lián)接方式 3.5.2 多址聯(lián)接方式分類 1）頻分多址（FDMA） 典型FDMA方式----SCPC SCPC是英文 Single Channel Per Carrier的縮寫，即每載波僅傳送一路話音（或數(shù)據(jù)信號）。,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.5 多址聯(lián)接方式 3.5.2 多址聯(lián)接方式分類 2）時分多
14、址（TDMA） 按分配給各站的不同工作時隙區(qū)分各站的信號。,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.5 多址聯(lián)接方式 3.5.2 多址聯(lián)接方式分類 2）時分多址（TDMA） 特點(diǎn)： 單載波工作，沒有交調(diào)； 功放可工作于非線性，功率效率高 頻帶利用率高 要有精確的同步，以保證各站突發(fā)信號到達(dá)轉(zhuǎn)發(fā)器的時間不發(fā)生重疊。,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.5 多址聯(lián)接方式 3.5.2 多址聯(lián)接方式分類 2）時分多址（TDMA） 特點(diǎn)： 單載波工作，沒有交調(diào)； 功放可工作于非線性，功率效率高 頻帶利用率高 要有精確的同步，以保證各站突發(fā)信號到達(dá)轉(zhuǎn)發(fā)器的時間不發(fā)生重疊。,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.5 多址聯(lián)接方式 3.5.2 多址聯(lián)接方式
15、分類 3）空分多址（SDMA） 利用衛(wèi)星天線的不同空間指向區(qū)分不同區(qū)域地球站信號的多址聯(lián)接稱為空分多址。 采用空分多址方式工作的衛(wèi)星需有星上交換設(shè)備（SS）。經(jīng)常與其他多址方式相結(jié)合實(shí)現(xiàn)多址聯(lián)接，如與FDMA、TDMA結(jié)合等。 衛(wèi)星天線增益高（波束窄），衛(wèi)星功率可得到合理有效的利用； 不同區(qū)域地球站的信號在空間指向上互不重疊，可實(shí)現(xiàn)頻率重復(fù)使用； 空中交換功能 姿態(tài)穩(wěn)定度要求高，要有較龐大和復(fù)雜的天線（各天線的波束指向不同）,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.5 多址聯(lián)接方式 3.5.2 多址聯(lián)接方式分類 4）碼分多址（CDMA） 按分配給各站不同的地址碼來區(qū)分地址的方式。 它根據(jù)擴(kuò)頻通信原理實(shí)現(xiàn)，即對各
16、地球站分別用各不相同的、互不相關(guān)的偽隨機(jī)碼（地址碼）將發(fā)送的信號進(jìn)行擴(kuò)頻調(diào)制。這樣，即使各站發(fā)射的信號在頻率、時間、空間上相互重疊，也不會出現(xiàn)相互干擾。,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.5 多址聯(lián)接方式 3.5.2 多址聯(lián)接方式分類 4）碼分多址（CDMA） 特點(diǎn): 有較強(qiáng)的抗干擾能力; 有較好的隱蔽性; 改變地址較靈活方便; 不需要網(wǎng)同步; 頻帶利用率較低，通信容量較小。,3、衛(wèi)星通信技術(shù),3.6 信道分配方式 預(yù)分配（PA） 將頻率資源預(yù)先分配給地球站，不用也空著。 按需分配（DAMA） 需要時申請頻率資源，再分配給地球站，用完后還回。 按需分配帶寬（BOD） 隨業(yè)務(wù)碼流的變化動態(tài)
17、分配帶寬。,4、幾個問題,,(a) 垂直極化,(b) 水平極化,(c) 右旋圓極化,(d) 左旋圓極化,(f) 左旋橢圓極化,(e) 右旋橢圓極化,4.1 什么是圓極化與線極化？ 自由空間電磁波通常以電場的取向作為電波極化方向。,4、兩個問題,4.2 什么是EIRP？ Effective Isotropic Radiated Power（有效等向輻射功率） EIRP=G*Pt (天線增益G發(fā)射功率Pt） 1*（G*Pt）（天線增益1發(fā)射功率G*Pt）,,,,,,功率通量密度,,點(diǎn)天線以G*Pt功率發(fā)射,,衛(wèi)星,,4、幾個問題,4.3 為什么不把Ku波段的天線做得手機(jī)天線這么??？ 理論上可以（線
18、天線），實(shí)際不可用： 到了Ku波段時，電波是以直線傳播的。 天線處的接收信號很微弱,,,,,,,,,,,,,,,5、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹,5.1銥系統(tǒng),1、1988年美國摩托羅拉公司提出的一種低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，最初是由77顆小型智能衛(wèi)星組成，在780公里的地球上空圍繞7個極地軌道運(yùn)行，通過微波彼此互連成網(wǎng)絡(luò)。后來又提出改由66顆衛(wèi)星來完成，并于1998年建成。,5、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹,5.1銥系統(tǒng),2、極地圓軌道高度約，每個軌道平面分布顆在軌運(yùn)行衛(wèi)星及顆備用衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星重。,5、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹,5.1銥系統(tǒng),3、采用了其特有的、代表了現(xiàn)代高科技最新成果的“星上處理技術(shù)”和前所未
19、有的“星際鏈路技術(shù)”，提供的主要業(yè)務(wù)：電話/傳真（2.4kbps）、數(shù)據(jù)（2.4kbps）、尋呼。,5、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹,5.1銥系統(tǒng),4、1999年8月13日，由美國摩托羅拉公司牽頭組建的銥星公司正式申請破產(chǎn)保護(hù)，于2000年3月17日一3月18 日午夜停止全部運(yùn)營。 地面蜂窩網(wǎng)已經(jīng)趨于完善 手機(jī)價格和通話費(fèi)用太高： 在中國大陸對地面固定和移動電話的國內(nèi)通話費(fèi)是每分鐘9.8元人民幣，國 際通話費(fèi)每分鐘27.4元；銥衛(wèi)星手機(jī)對銥衛(wèi)星手機(jī)每分鐘14.3元；地面固定和移 動電話呼叫銥衛(wèi)星手機(jī)每分鐘14元；每月基本費(fèi)250元。 終端供貨不足 債務(wù)過高,5、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹,5.2 GPS系統(tǒng)
20、,GPS系統(tǒng)是美國70年代開始研制的新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng) , 6個軌道面上的24顆衛(wèi)星網(wǎng)狀星座方案 。自1995年宣布達(dá)到全運(yùn)行工作能力以來，工作一直很正常。明年將發(fā)射改進(jìn)型的第二代GPS衛(wèi)星，并計(jì)劃于2014年發(fā)射第一顆型號為3A的第三代GPS衛(wèi)星。第三代GPS衛(wèi)星現(xiàn)階段已完成初步設(shè)計(jì)，預(yù)計(jì)2012年出廠 ，與現(xiàn)有GPS相比，GPS的信號發(fā)射功率可提高100倍，定位精度提高到0.2-0.5米，這樣可以使GPS制導(dǎo)武器的精度達(dá)到1米以內(nèi)。屆時，GPS的定位、導(dǎo)航和授時能力將得到進(jìn)一步提高。,5、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹,5.2 GPS系統(tǒng),定位原理： 四星定位，已知四星位置及衛(wèi)星鐘的鐘差，可以算出被
21、測物（x,y,z）及鐘差Vt0 提供的參數(shù)： 坐標(biāo)、速度、時間等,5、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹,5.2 GPS系統(tǒng),GPS星座,5、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹,5.2 GPS系統(tǒng),終端與模塊,5、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹,5.3 北斗一代系統(tǒng),是我國自上世紀(jì)80年代開始研究的自已衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)，稱為“北斗一號”，該系統(tǒng)于1993年進(jìn)入正式開發(fā)階段，并于2000年10月和12月分別成功地發(fā)射了最初的兩顆“北斗”衛(wèi)星。 系統(tǒng)最終計(jì)劃是在2010年建立一個由6顆同步衛(wèi)星組成的導(dǎo)航衛(wèi)星定位系統(tǒng)，其中兩顆為備用星。 采用雙星定位技術(shù)，具有導(dǎo)航定位、簡短報文通信、精確授時三大功能 平面定位精度在20米左右，高程精度在10米左右 用戶單次通信封裝的報文數(shù)據(jù)最大長度可達(dá)210個字節(jié)，最小長度為43個字節(jié) 授時精度為1us。,5、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹,5.3 北斗一代系統(tǒng),定位原理： 三球定位,5、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹,5.3 北斗一代系統(tǒng),定位過程： 1、中心向兩星發(fā)出站信號 2、用戶接收其中之一 3、用戶發(fā)送入站信號 4、中心計(jì)算位置 5、中心發(fā)位置給用戶,謝謝！,
衛(wèi)星通信基礎(chǔ)知識講座.ppt
