第六章、船舶通信设备.ppt

船舶通信设备 VHF设备 MF HF设备 卫通设备 SSB台 电话通信 DSC 常规和遇险呼叫 NBDP 电传通信 FM电话通信 DSC CH70 遇险报警 Inmarsat系统设备 COSPAS系统设备 A B F站C站E站 1 6GEPIRB 406MHzEPIRB MSI接收设备 NAVTEX接收机 SART 搜救系统设备 EGC接收机 本篇应了解和掌握的主要知识 主要技术 COSPAS SARSAT系统 406MHz示位标 海事卫星通信系统 系统组成 特点 信道构成 各种通信业务的接续过程 卫星通信基本知识 什么是卫星通信 特点 通信卫星 1 2 3 多址通信 终端技术 Inmarsat系统 B F C船站 主要涉及的问题 信源变换器 传输信道 调制 多址通信 多用户共享资源 2 抗干扰 多路复用 分集技术 信源数字化 语音压缩编码 天线控制 发送器 接收器 信宿变换器 多址联接 差错控制编码 均衡技术 1 系统构成 解调 卫星 GMDSS通信设备与业务第六章卫星通信绪论航海学院通信教研室 一 二 三 四 五 第六章卫星通信绪论 卫星通信及其特点 通信卫星 卫星通信频段及主要性能参数 卫星通信中的主要技术 思考题 什么是卫星通信 一 卫星通信及其特点 卫星作为中继两个或多个地球站间进行的通信 1 1 卫星通信 2 地球站 地球站是指设在地球上 包括地面 海洋和低层大气层中 的无线电通信站 包括 固定地球站和移动地球站 固定地球站通常指连接地面用户的地面站 而移动地球站通常指安装在移动体上的地球站 1 卫星 2 地球站 移动地球站 车载站 机载站 地面站 地面站 地面站 固定地球站 卫星通信 长 中波 短波 超短波 微波 2 卫星通信的特点 优点 覆盖区域大 通信距离远便于多址连接机动灵活 不受地理条件的限制频带宽 容量大一次转接 通信质量好 可靠性高通信成本与距离无关缺点 需要先进的空间技术传输距离较远 有较大的信号延迟卫星寿命短 寿命约为3 10年 二 通信卫星 1 卫星的组成及其作用组成 通信装置 转发器 双工器 接收机 变频器 发射机天线转发器的数量决定卫星的容量 可达几十个控制装置 控制卫星的运行姿态和位置电源装置 太阳能电池 蓄电池 为电气设备供电作用 作为无线通信的中继站 实现远距离无线通信 按倾角 按高度 赤道轨道 00 轨道面与赤道面重合 极轨道 900 穿过南北极 倾斜轨道 00 900 2 卫星分类 低 h 5000km 中 h 5000 20000km 高 h 20000km 通信卫星的仰角和方位角方位角 以正北为基准顺时针转动到卫星在地平线上方向的角度 仰角 从地平线仰起到卫星所转动的角度 赤道轨道极轨道倾斜轨道 各种轨道示意图 覆盖面大 42 卫星跟踪系统不复杂 存在盲区传输损耗和时延大卫星数量有限 静止卫星 3 特殊的一类卫星 静止卫星 赤道轨道 高轨道 36000km 卫星运行方向 周期与地球自转方向 周期相同 特点 4 星蚀和日凌中断 日凌中断 太阳 卫星 地球依次排列为一直线 地球站天线对着卫星的同时也正对着太阳 太阳噪声最大 每年春分 秋分前后数日 白天中午 日凌中断 1 星蚀 太阳 地球 卫星依次排列为一直线 太阳能电池不工作 蓄电池工作 通信效果受影响 春分 秋分前后23天 夜间 星蚀 2 5 影响卫星通信的其他因素 1 摄动现象 理想情况下卫星应在定点位置按指定的轨道运行 但由于卫星运行中会受到太阳 地球 月亮的引力的影响及地球大气层阻力的影响和太阳辐射压力的影响 使卫星运行的实际轨道不断发生不同程度地偏离理想轨道的现象 这一现象称为摄动要控制卫星的运行姿态和位置 2 其他因素 恶劣的气候 降雨 大气 噪声 电离层闪烁 太阳黑子活动 四 卫星通信频段及主要性能参数 电波应能穿透电离层且传播过程中衰减要小 天线系统接收的外部噪声要小 有较宽的频带 较大的通信容量 满足信息传输的要求 能充分利用现有的通信技术 与其它通信 雷达等电子系统间的干扰要小 卫星通信频段的选择原则 卫星通信的频段选择 穿透电离层频率足够高 传输衰减要小 引入的外部噪声要小 工作频率增高 噪声影响可忽略 但是 随着频率升高 特别是在10GHz以上时 综合考虑 1GHz 10GHz是卫星通信的最佳频段 称为卫星通信的电波之窗 云 水蒸气 氧气 雨等噪声增加 工作频率 1GHz时 卫星通信的频段 ITU分配给卫星通信频道现在扩展为117MHz 275GHz 3 卫星通信的主要性能参数 1 天线增益 定向天线增益天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力 它是卫星通信系统的一个重要参数 通常用G表示 定义为定向天线辐射时接收到的最大功率与无方向性天线辐射时接收到的功率之比 实际天线增益通常按下式计算 G 4 A 2式中 A为天线的口径面积 m2 为工作波长 m 为天线效率 2 载噪比载噪比是指载波功率与噪声功率之比 它是决定卫星通信线路性能的基本参数 通常用C N表示 3 全向有效辐射功率EIRP设发射机的功放输出功率为PT 发射天线的增益为GT 全向有效辐射功率是指PT与天线增益GT的乘积 则有 EIRP PT GT 4 接收系统品质因数接收系统品质因数是衡量接收系统好坏的重要指标 定义为接收天线增益与接收系统噪声温度之比 也称为G T值 G T值较大为好 1 多路复用 在基带内复用 同一信道 互不干扰传输多路信号 收端能将各路信号分离 多用户信号的合并和分离 1 定义 2 技术难点 3 海事卫星通信主要涉及的多路复用 FDM TDM 四 卫星通信中的主要技术 1 FDM 复用技术通常用于传输语音信号 是指将多路信号通过调制分别搬移到基带信道的不同频段 同时占用一个基带信道进行传输 4 多路复用技术 频分多路 FrequencyDivisionMultiplex 时分多路 TimeDivisionMultiplex 2 TDM 是指多路信号用同一载波在不同时隙交替占用同一信道进行传输 具体说来是将信道不同的工作时隙指定给各个不同的用户 以时间来彼此分割达到同信道而不同时的多元通信 2 多址联接 在射频信道复用 多个地球站利用同一颗卫星实现双边或多边通信的联接方式 1 定义 2 海事卫星通信主要涉及的多址联接 FDMA 频分多址 TDMA 时分多址 SDMA 空分多址 CDMA 码分多址 3 频分多址 FDMA FrequencyDivisionMultipleAccess 1 定义 卫星频段分成若干互不重叠的部分 分配给各 地球站A 地球站B 地球站C 卫星转发器频带分配 f 保护频带 FDMA示意图 地球站 作为其载波 2 FDMA的三种方式 单址载波 多址载波 单址载波是指一个载波只传一路信号 每个地球站与其它不同的地球站通信时采用各自不同的载波以实现多路通信 多址载波是指每个地球站只允许发射一个载波 但一个载波可传多路信号 各地球站利用基带多路复用进行信道定向 实现多路通信 是指每个载波只传一路信号 每个地球站只有在需要通信时才被分配给载波 即按需分配载波信道 通信结束后信道随即被收回 单路单载波 SCPC SingleChannelPerCarrier 单路单载波2个优点 每个地球站按需分配载波 信道利用率高 3 时分多址 TDMA 1 定义 将卫星工作时间分成周期性的不重叠分给各使用 它利用转发器不同的工作时间区分各地球站 若干个 时隙 地球站 3 TDMA5个主要优点 各地球站载波信号频率相同 但发射时间不同卫星上一个转发器 无互调干扰需网同步技术设备较复杂FDMA方式能更充分利用转发器的输出功率 在TDMA方式中 为建立精确同步 需要确定一个地球站为基准站 其它各地球站从基准站的射频信号中提取位同步及帧同步信号 在国际移动卫星通信系统中通常以岸站 CES 作为基准站 2 基准站 预备知识 点波束模式与全球覆盖模式 点波束模式 全球覆盖模式 4 空分多址 SDMA SpaceDivisionMultipleAccess 将卫星发射功率集中在一些航运密集 通信业务繁忙的地区 以便为这一地区提供更多的通信线路 并可进一步减小移动站的体积 除了给航运密集的地区提供足够的能量 保证其正常通信外 也兼顾航运稀疏过往船舶较少的地区 使得航行于世界任何地区的船舶能够利用卫星进行通信 SDMA示意图 地球站12 地球站11 地球站1n 地球站m1 地球站m2 地球站mn 卫星 含转换开关 点波束1 点波束m 1 定义 将地球空间分割成多个 利用卫星天线波束在空间指向的差异来 即以各地球站所处点波束区域的不同来区分各站址 点波束区 区分各地球站 3 特征 4 主要特点 卫星有多个窄波束 每个波束覆盖地球表面一定区域 频率利用率高 通信容量大 发射能量集中 通信效果好 卫星对其它地面系统的干扰小 卫星控制要求高 点波束模式与全球覆盖模式示意图 3代卫星 注 图中实线范围为全球波束 蓝色阴影区为点波束 小红圈为地面站 4 信道分配 电传信道采用预分配方式电话信道采用按需分配方式 1 主要的信道分配方式 预分配方式 按需分配方式 每个地球站预分配一些固定信道 划定的信道 按需分配使用 在Inmarsat系统中一般遵循原则 2 按需分配方式的优点 信道集中控制和管理 按需分配使用 通信结束收回信道 3 按需分配方式的特殊要求 需要在系统中增加了一个网络控制中心站 用于对卫星转发器的SCPC信道进行集中监控和管理 统一分配使用 增加一个专用的公共信道 供所有地球站发送通信申请 拆线等信号 以及网络控制中心站发送信道分配 信道忙闲等信号 并规定所有地球站在空闲时守听在该专用的公共信道上 1 2 电话局 SCPC 站B 电话局 SCPC 站A 网控中心 公用信令信道 话音信道 公用信令信道 f 申请 分配 按需分配SCPC工作流程 首先 A站用户通过专用的公共信道向网络控制中心站发送向B站用户通信的申请 请求分配信道 网络控制中心站收到申请后立即查询存储在微机中全系统的频率表 找出一对空闲信道 并通过专用公共信道向A站和B站发送信道分配信息 B站空闲时守听在公共信道上 A站发送申请后也转入守听公共信道 A B两站均收到分配信息并自动控制收发设备调谐到分配的收发频率对上 此时 信道建立可以通信了 1 什么是卫星通信 实现卫星通信的条件是什么 2 什么是地球站 什么是固定地球站 什么是移动地球站 3 卫星通信具有哪些特点 4 通信卫星由哪几部分组成 它的主要作用是什么 5 卫星是如何分类的 什么是静止卫星 静止卫星具有哪些特点 6 什么是日凌中断 什么是星蚀 思考题 7 什么是多路复用 什么是频分多路复用 有何特点 什么是时分多路复用 有何特点 8 什么是多址联接 多址联接技术有哪些 9 SCPC称为什么 它是一种什么技术 10 什么叫预分配方式 什么叫按需分配