现代通信技术卫星移动通信课件

1、第4章 卫星移动通信 本章将介绍卫星通信系统和卫星移动通信系统的组成、分类及其技术特点，卫星移动通信系统的电波传播、多址分配技术、调制解调技术、数字处理技术等，并对静止卫星及中、低轨卫星移动通信系统的基本原理和与地面网的互联等内容进行了详细的介绍。 4.1 概述 4.2 卫星移动通信技术基础 4.3 同步轨道卫星移动通信原理 4.4 中、低轨卫星移动通信系统 4.5 卫星移动通信系统与地面网的互联 4.1 概述 4.1.1 卫星通信的基本概念及其系统组成 4.1.2 卫星移动通信的基本概念及其分类 4.1.3 卫星移动通信系统的使用频段 4.1.4 卫星移动通信的特点和面对的技术问题 4.1.

2、1 卫星通信的基本概念及其系统组成 所谓卫星通信是指人们利用人造地球卫星作为中继站，转发地球上任意两个或多个地球站之间用于进行通信的无线电波。 目前，通信中最为广泛应用的是有源静止卫星。 一、 静止卫星 所谓静止卫星就是指发射到赤道上空35800km附近圆形轨道上的卫星，其运动方向与地球自转方向一致，并且绕地球一周的时间恰好为24h，与地球自转周期相同，因而从地球看过去，如同静止一般，固而称为静止卫星，以静止卫星作为中继站所组成的通信系统为静止卫星通信系统或同步卫星通信系统。 二、 卫星通信系统的组成 一个完整的卫星通信系统是由空间分系统、地球站群、跟踪遥测及指令系统和监控管理系统四部分组成，

3、如图所示。 4.1.2 卫星移动通信的基本概念及其分类 卫星移动通信是指利用卫星转接移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信。 卫星移动通信系统的结构： 卫星移动通信系统通常包括空间段和地面段两部分。空间段是指卫星星座，而地面段是指包括卫星测控中心、网络操作中心、关口站和卫星移动终端在内的地面设备。 4.1.3 卫星移动通信系统的使用频段 研究表明，0.310GHz频段，大气损耗小，故而选择此频段作为“无线电窗口”。另外由于在30GHz附近有一个损耗最小点，因而我们称此频段为“半透明无线电窗口”。 在表4-1中列出了频段划分标准。表4-1 卫星通信的频段 频段 范围/GHz 频段 范围/GH

4、z UHF 0.31.12 L 1.122.6 Ku 12.418 S 2.63.95 K 1826.5 C 3.958.2 Ka 26.540 X 8.212.4 毫米波 403004.1.4 卫星移动通信的特点和面对的技术问题 其特点如下： (1) 通信距离远，具有全球覆盖能力，从而实现真正意义上的全球通信和个人通信。 (2) 系统容量大，可提供多种通信业务， (3) 在使用静止轨道的同时，也可使用中、低轨道卫星，使业务性能更优良， 4.2 卫星移动通信技术基础 卫星移动通信系统是一个复杂的通信系统，其中除涉及电波传播问题外，还涉及到调制解调技术、编码技术、多址技术、信道分配技术以及信号处

5、理技术等。 4.2.1 卫星移动通信系统的电波传播 4.2.2 编码技术 4.2.3 调制与解调技术 4.2.4 多址技术 4.2.5 数字处理技术 4.2.1 卫星移动通信系统的电波传播 在卫星移动通信中，由于通信卫星位于外层空间，因此其无线电传播环境相当特殊，它即兼备卫星固定业务通信的特点，又具有移动通信的特点，不但传输损耗大，而且还受到多径效应、多普勒效应等方面的影响。 多普勒效应： 1. 多普勒效应产生的原因 如果无线收发终端之间存在相对运动，那么就会使接收端所接收到的信号频率与原发送端的发送信号频率不同，这种现象便被称之为多普勒效应。而由此所产生的附加频率变化量(频移)被称为多普勒频

6、移。 2. 克服多普勒效应的技术措施 具体措施如下： (1)在进行系统设计时，应尽量选用低一些的工作频率。 (2) 采用差分调制，并且在解调过程中不应采取相干检测方式。 (3) 采用具有校正多普勒效应的调制解调器。 4.2.2 编码技术 卫星移动通信系统中所使用的编码技术包括信源编码和信道编码两类。 一、 信源编码的概念 所谓信源编码是指首先将话音、图像等模拟信号转换成为数字信号，然后再根据传输信息的性质，采用适当的编码方法，实现话音或图像信号的频带压缩传输，这样可以降低系统的传输速率，提高通信系统效率。 二、 信道编码的概念 信道编码是指在数据发送之前，在信息码中每隔一定的比特增加一些冗余比

7、特以此来作为监测码元或检验码元，这样当出现误码时，可供接收端进行纠错或检出信息，以克服传输中由于干扰衰落、噪声等因素造成的影响。 4.2.3 调制与解调技术 卫星移动通信系统对调制方式的要求： 在卫星移动通信系统中，要求数字调制具有如下特点： (1)要求调制后的波形具有等幅包络结构，故此一般不主张采用数字调幅技术。 (2)选择尽可能少地占用射频频带，而又能高效利用有限频带资源，抗衰落和干扰性能强的调制技术。 (3)为减少相邻通道之间干扰所采用的调制信号的旁瓣应较小。多数厂家的卫星移动通信系统多采用QPSK调制方式. 4.2.4 多址技术 所谓多址技术是指在卫星覆盖区内的多个地球站，通过同一颗卫

8、星的中继建立两址和多址之间的通信技术。 一、 多址方式 二、 信道分配方式 一、 多址方式 目前，已经使用的多址方式有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。 1. 频分多址方式 2. 时分多址方式 3. 码分多址方式 4. 空分多址方式 1. 频分多址方式 在以这种方式工作的卫星移动通信网中，每个地球站向卫星转发器发射一个或多个载波，每个载波则具有一定的频带，它们互不重叠地占用卫星转发器的带宽。 2. 时分多址方式 在以时分多址(TDMA)方式工作的卫星移动通信网中，分配给每一个地球站的不再是某个特定频带，而是一个指定时隙。 3. 码分多址方式

9、 各地球站发射信号的频率和时间可以相同，只是各地球站所发射信号的伪随机码序列不同，这些伪随机码序列具有准正交性，人们正是以此作为地址码来区分地址。 4. 空分多址方式 最典型的特征是卫星上安装了多个天线，不同卫星天线的波束指向地球表面上的区域不同，利用波束的空间指向的差异来区分不同的地球站。 二、 信道分配方式 信道分配方式实际上就是如何进行信道分配。 目前使用的分配方式有以下几种。 1. 预分配(PA)方式 2.按需分配(DA)方式 3. 动态分配 4. 随机分配 1. 预分配(PA)方式 预分配方式又分为固定预分配(FPA)和按时预分配(TPA)方式。 （1）所谓固定预分配是指按事先规定，

10、半永久性地分配给每个地球站固定数量的信道，并且各地球站各自只能在特定的信道上完成与其他地球站的通信，其他地球站不得占用。 （2）根据统计，事先知道了各地球站间业务量随时间的变化规律，因而可约定一天内通道分配作几次固定调整，这种方式就是按时预分配方式。 2. 按需分配(DA)方式 按需分配方式是一种分配可变的制度，这个可变是按申请进行信道分配变化的，通话完毕之后，系统信道又收归公有。 3. 动态分配 动态分配是系统根据终端申请要求，将系统的频带资源(传输速率)实时地分配给关口站或卫星移动通信终端，从而能高效率地利用转发器的频带。 4. 随机分配 随机分配是指通信中各种终端随机地占用卫星信道的一种

11、多址分配方式。 4.2.5 数字处理技术 一、 数字话音内插 二、 回波控制 三、 功率控制 四、 星上处理与交换 一、 数字话音内插 在讲话时间段为通话者提供讲话话路，这样在其空闲时间段可以将话路分配给其他用户，这种技术就叫做“话音内插” 。 二、 回波控制 由于卫星移动通信系统中，信号传输时延较长，因而卫星移动终端发出的话音和收到的对方泄漏话音的时延也较长，从而构成回波干扰。 为了抑制回波干扰的影响，因而在话音线路中接入一定的电路，这样在不影响话音信号正常传输的条件下，将回波消弱或者抵消。 给出了一种数字式自适应回波抵消器。 三、 功率控制 在卫星移动通信系统中，一个卫星发射天线覆盖区中的

12、卫星传输可分为上行链路和下行链路。 所谓下行链路是指由卫星至卫星移动终端或关口站的链路，一般卫星移动通信系统中的下行链路无需采用功率控制方式，功率控制使用于上行链路中。 四、 星上处理与交换 随着卫星移动通信和电子技术的发展，星上处理功能越来越强，因而卫星转发器更多地使用处理转发器。 4.3 同步轨道卫星移动通信原理 在同步轨道(GEO)卫星移动通信系统中，由于通信卫星与地球同步运行，因而相对地面静止，这样通过3颗彼此相距73000km的同步卫星构成卫星星座，可覆盖除南北极之外的全部地区，这比采用中、低轨卫星的覆盖地区大。 正因为GEO卫星在区域性通信中表现出巨大潜力，目前相继建成了多个卫星移动通信系统。 通常GEO卫星移动通信系统由空间段的GEO卫星、地面段的关口站(MGS)、网络控制中心(NCC)和卫星移动终端(MT)构成。 4.4 中、低轨卫星移动通信系统 在中、低轨卫星移动通信系统中，卫星星座是由按一定规律排列的、多颗对地非静止的卫星构成，它们围绕地球以圆形或椭圆形轨道高速运动，轨道的高度与地球周围的环境有关。因此卫星轨道应工作于如下范围：低轨(LEO)卫星移动系统：50001500km；中轨(MEO)卫星通信系统：500015000km；同步轨道(GEO)卫星通信系统：35786.6km；高椭圆轨道(HEO)卫星通信系统：远地点40000km 4.5 卫星移动通信系统