卫星接入技术

卫星接入技术第一页，共五十九页，编辑于2023年，星期二10.1卫星通信原理1．卫星通信的基本概念 卫星通信是指地球上的无线电通信站之间利用人造卫星作为中继转发站而实现多个地球站之间的通信。第二页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-1卫星通信系统示意图第三页，共五十九页，编辑于2023年，星期二2．通信卫星类型 通信卫星沿一定的轨道环绕地球运行，按运行轨道不同可把卫星分为不同的类型。①按轨道平面与赤道平面的夹角不同，可分为赤道轨道卫星、极轨道卫星和倾斜轨道卫星。②按卫星离地面最大高度不同，可分为低高度卫星，h＜5000km；中高度卫星，5000km＜h＜20000km；高高度卫星，h＞20000km。第四页，共五十九页，编辑于2023年，星期二③按卫星的运转周期以及卫星与地球上任一点的相对位置关系不同，可分为同步卫星（又称静止同步卫星）和非同步卫星（又称移动卫星）。 不同类型的卫星各有不同的特点和用途。第五页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-2利用静止卫星实现全球通信第六页，共五十九页，编辑于2023年，星期二3．卫星通信的特点和使用频率（1）卫星通信特点卫星通信的主要优点有：①通信距离远，覆盖面积大；②具有多址连接通信特点，灵活性大；③可用频带宽，通信容量大；④传输稳定可靠，通信质量高；⑤通信费用与通信距离无关。第七页，共五十九页，编辑于2023年，星期二卫星通信存在一些缺点：①通信卫星的使用寿命较短；②卫星通信整个系统的技术较复杂；③卫星通信有较大的传输时延。第八页，共五十九页，编辑于2023年，星期二（2）卫星通信工作频段的选择 选择卫星通信工作频段是一个十分重要的问题，它直接影响整个系统的传输容量、质量、可靠性和设备的复杂性，以及成本的高低，并还将影响与其他通信系统协调。第九页，共五十九页，编辑于2023年，星期二表10-1 目前通信卫星系统使用的频段频段名称上行频段下行频段主要用途UHF400MHz200MHz非同步卫星或移动业务用的卫星通信L1.6GHz1.5GHzC6GHz4GHz商业卫星X8GHz7GHz军事卫星Ku14GHz12GHz或11GHz民用或广播电视用卫星Ka30GHz20GHz正在开发（有很大吸收力）第十页，共五十九页，编辑于2023年，星期二10.2卫星通信系统10.2.1卫星通信系统组成 卫星通信系统主要由通信卫星和地球站两大部分组成，另外还有跟踪遥测及指令系统和监控管理系统，这两部分是为了保证卫星系统的正常工作。第十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-3双跳卫星通信线路第十二页，共五十九页，编辑于2023年，星期二10.2.2通信卫星

通信卫星是卫星通信系统中最关键的设备，一个静止通信卫星主要由5个分系统组成。第十三页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-4通信卫星设备组成第十四页，共五十九页，编辑于2023年，星期二（1）天线分系统 通信卫星天线有两类，一类是遥测、指令和信标天线，另一类是通信天线图10-5不同卫星通信天线波束图第十五页，共五十九页，编辑于2023年，星期二（2）控制分系统（3）跟踪遥测指令分系统（4）电源分系统（5）通信分系统（转发器） 它是通信卫星的主设备，起着直接转发各地球信号的作用。 转发器通常分为透明转发器和处理转发器两大类。第十六页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-6透明转发器工作原理图第十七页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-7处理转发器工作原理图第十八页，共五十九页，编辑于2023年，星期二10.2.3地球站图10-8地球站设备组成框图第十九页，共五十九页，编辑于2023年，星期二（1）天线分系统 包括天线、馈线和跟踪设备3个部分，地球站天线分系统完成发送信号，接收信号和跟踪卫星的任务，是决定地球站容量与通信质量的关键组成部分之一。第二十页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-9卡塞格林天线及接收信号示意图第二十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期二（2）发射分系统 地球站发射分系统的主要作用是将终端分系统送来的基带信号，对中频进行调制，再经上变频和功率放大后馈送给天线发往卫星。第二十二页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-10发射分系统组成框图第二十三页，共五十九页，编辑于2023年，星期二（3）接收分系统 主要作用是将天线分系统收到由卫星转发下来的微弱信号进行放大，下变频和解调，并将解调后的基带信号送至终端分系统。第二十四页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-11接收分系统组成框图第二十五页，共五十九页，编辑于2023年，星期二（4）终端分系统 其作用是对经地面接口线路传来的各种用户信号分别用相应的终端设备对其进行转换、编排及其他基带处理，形成适合卫星信道传输的基带信号，另外将接收到的基带信号进行上述相反的处理。（5）电源分系统其作用是对所有通信设备和辅助设备供电。（6）监控分系统 是使操作人员随时掌握各种设备的运行状态，在设备出故障时能迅速处理，并有效地对设备进行维护管理。第二十六页，共五十九页，编辑于2023年，星期二10.3LEO卫星接入系统 低地轨道卫星（LEO）通信系统则可以解决以往的延迟问题，它提供高质量的交互性的同时，保留了传统卫星系统的特点，可以随时随地高速接入。10.3.1系统结构 SkyBridge是一个宽带卫星接入系统，在2002年开始运行，通过80颗低轨卫星，可为全球2000多万用户提供本地宽带接入。第二十七页，共五十九页，编辑于2023年，星期二 SkyBridge的系统体系结构分为空间段和电信段。空间段包括：由80颗LEO卫星及备用卫星组成的星座；两个卫星控制中心（SCC）；跟踪、遥测和命令（TT&C）地球站；两个执行控制中心。 SkyBridge系统的电信段，用户终端、关口站及关口站与本地服务器、窄带/宽带地面网络或租用线路的接口。第二十八页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-12SkyBridge系统的电信段结构第二十九页，共五十九页，编辑于2023年，星期二10.3.2技术特点 SkyBridge系统投入运营后，不但能传送多媒体信息，其突出特点是解决一般手段难以解决的地区，例如岛屿之间的通信，它为全球网络运营商解决线路最后一段接入问题，成为全球宽带接入的卫星解决方案之一。SkyBridge采用ATM方式和TCP/IP协议簇。第三十页，共五十九页，编辑于2023年，星期二10.3.3业务应用 SkyBridge为低轨卫星系统，具有低传输时延（30ms）的特性，可确保对接入因特网业务的支持，并具有良好传输效率。第三十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期二SkyBridge可支持以下各类业务： ①因特网上的多媒体业务； ②本地在线业务和内容的直接接入； ③局域网互连和专用网； ④连接公共窄带网； ⑤可视电话； ⑥视像会议； ⑦电子商务； ⑧家庭办公； ⑨远程教学； ⑩远程医疗。第三十二页，共五十九页，编辑于2023年，星期二10.4VSAT接入技术10.4.1VSAT系统结构 甚小孔径终端VSAT卫星通信系统是一种特殊的卫星通信系统。 VSAT通信指卫星6天线口径小于3m(0.6～2.8)，具有高度软件控制功能的微小地球站，它很容易被安装在用户办公点。第三十三页，共五十九页，编辑于2023年，星期二1．VSAT系统结构 VSAT卫星通信网络是以数据传输为主要业务的星状网络，主要由主站、VSAT终端站、卫星转发器和网络管理系统NMS组成。（1）主站 VSAT网络中的主站也称中心站/中枢站，通常与数据信息中心、计算机中心物理位置相近。VSAT主站是VSAT网的心脏。 网络管理系统设在主站，负责对全网所有设备和VSAT终端的工作状态监控、控制和运行管理。第三十四页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-13VSAT主站组成第三十五页，共五十九页，编辑于2023年，星期二①天线、馈线和伺服务跟踪子系统②主站射频发射设备③主站低噪声接收系统第三十六页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-14VSAT网络主站接收系统设备组成第三十七页，共五十九页，编辑于2023年，星期二（2）VSAT终端站 在VSAT网络中，往往是一个主站对应着成千上万个终端站。 VSAT终端站可以分为以下几种。 ①直接序列扩谱码分多址（DS/CDMA）VSAT终端站 ②SCPC型VSAT终端站 ③随机多址型VSAT终端站 ④MCPC型VSAT终端站 ⑤TDMAX型VSAT终端站第三十八页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-15VSAT终端站组成第三十九页，共五十九页，编辑于2023年，星期二2．VSAT通信特点 VSAT系统一般工作在C波段或Ku波段，VSAT组网灵活、独立性强，其网络结构、技术性能、设备特性和网络管理均可以根据用户要求进行设计和调整。 VSAT终端具有天线小、结构紧凑、功耗小、成本低、安装方便、环境要求低等特点。VSAT较普通卫星通信系统有以下区别。第四十页，共五十九页，编辑于2023年，星期二①VSAT系统出主站数据速率高，且连续传送；入主站数据流速率较低，且必须是突发性的。②通信速率高，端站接入速率可达64kbit/s甚至可达2Mbit/s。③具有智能的地球站。④支持多种通信方式和多种接口协议，直接接入通信终端设备，便于同其他计算机网络互连。⑤地球站通信设备结构必须小巧紧凑，功耗低，安装方便。第四十一页，共五十九页，编辑于2023年，星期二10.4.2VSAT主要技术1．VSAT中的数字调制解调技术 在VSAT通信中，一般常用的调制解方式有BPSK（二相相移键控）、QPSK（四相相移键控）、OQPSK（偏移四相相移键控）、SFSK（正弦频移键控）和TFM（平滑调频）等。2．VSAT中的多址接入技术第四十二页，共五十九页，编辑于2023年，星期二图10-16不同的多址方式第四十三页，共五十九页，编辑于2023年，星期二（1）频分多址方式（FDMA） FDMA是将卫星转发器的可用频带分割若干互不重叠的部分，分配给各VSAT地球站发送虎波时使用。因此，PDMA方式中各载波的射频频率不同。 FDMA方式主要用于传输语音业务，其优点是技术成熟、设备简单、性能可靠。但多个载波同时工作时在卫星转发卫星转发器上产生互调干扰，从而造成转发器功率和频带的浪费。第四十四页，共五十九页，编辑于2023年，星期二（2）时分多址方式（TDMA） TDMA是全数字化方式。它将卫星转发器的工作时间分割成周期性的互不重叠的时隙，分配给各VSAT站使用。 TDMA方式的网同步技术难度大、设备复杂、系统成本较贵，各用户终端站的发射功率及天线尺寸无法有效减小。第四十五页，共五十九页，编辑于2023年，星期二（3）空分多址方式（SDMA） SDMA将卫星天线的多个点波束分别指向不同的区域VSAT地球站，把卫星覆盖区分割成不同的小区域，利用波束在空间指向的差异来区分不同的VSAT站，实现区域间的多址通信。由于SDMA必须同TDMA方式结合，也被称作SS/TDMA。 DMA方式的EIRP大，从而减小了地球站天线口径，并且多个天线波束覆盖区之间使用同一频段，不存在互调干扰，系统频谱利用率和容量也显著提高。第四十六页，共五十九页，编辑于2023年，星期二（4）码分多址方式（CDMA） CDMA给每个VSAT站分配一个特殊的编码信号作为地址码。CDMA方式 故具有较强的通信隐蔽性的抗干扰能力。另外，CDMA能较好地适应业务量的变化。 CDMA的不足之处主要是需占用很宽的频带，频带利用率低。第四十七页，共五十九页，编辑于2023年，星期二表10-2 若干VSAT多址方式的比较类别多址方式最大

通过效率时延稳定性韧性价格/

复杂性特点固定分配TDMA0.7～0.8中大好中中站数增加，时延明显加长FDMA/SCPC0.7～0.8中好高很低仅适合业务量大而站数少情况随机分配ALOHA0.13～0.18小差高很低无需定时，适合变长的消息S-ALOHA0.25～0.368小中高低中最简单的时隙技术，适合定长消息SREJ-ALOHA0.2～0.3小中高低无需定时，适合变长的消息TreeCRA0.43～0.49中好差中高适合定长消息，解决时延、死锁问题ARRA0.5～0.6小中中中高利用附带信息改善S-ALOHA性能RA-CDMA0.1～0.4较小中高中时延很短，定时可用可不用ALAP0.4～0.7小中高中改善了ALOHA性能可控

分配DAMA/TDMA0.6～0.8中大好差高由于时隙保留而具有较大地潜在时延，一般适合较长的信息第四十八页，共五十九页，编辑于2023年，星期二VSAT传输的业务和适用的方式主要有以下两种。 ①以传输语音、大片数据和图像、会议电视等综合业务为主。 ②以传输互式、突发数据业务为主，如因特网接入业务，其信息传输的特点是数据随机、间断地接入卫星信道。第四十九页，共五十九页，编辑于2023年，星期二10.4.3VSAT提供的业务

1．国内VSAT通信的服务 2．国内VSAT提供的通信业务 ①VSAT语音业务 ②低速数据通信业务第五十页，共五十九页，编辑于2023年，星期二10.4.4VSAT接入应用实例1．VSAT接入因特网原理 与普通的因特网接入方式相比，VSAT接入因特网具有以下