卫星移动通信与卫星宽带通信-发展及现状

卫星通信的发展及现状2011-112021/5/91主要内容卫星通信的基本概念卫星通信系统的相关知识VSAT系统卫星移动通信系统卫星宽带通信系统2021/5/92定义卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号，在两个或多个地球站之间进行的通信。卫星通信工作在微波频段。2021/5/93简史1945年，英国《Extra-TerrestrialRelays》一文中提出利用3颗静止卫星覆盖全球的设想。1945年到1964年间，曾经先后利用月球、气球、铜针偶极子带作为中继，进行电话电视传输试验1957年，前苏联发射了第1颗LEO卫星－Sputnic（美苏太空竞赛的导火索）1962年，美国第1次发射了真正实用通信卫星（Telstar/MEO）1965年，第1颗商业通信卫星（INTELSAT-1）进入静止轨道1990-2000年，引入卫星直接广播语言（DAB）业务2000-2005年，引入宽带个人通信；Ka频段系统得到迅速；多个LEO和MEO卫星系统投入运行2021/5/94要求卫星通信的普及要求：低成本：通信费用和终端费用方便：手持电话，漫游，切换可靠：低掉线率，高连接率高质量通信：可接受的时延，语音质量2021/5/95主要内容卫星通信的基本概念卫星通信系统的相关知识VSAT系统卫星移动通信系统卫星宽带通信系统2021/5/96分类

静止轨道卫星（GeostationaryEarthOrbit：GEO）：与地球上某一点保持相对静止赤道延伸平面：36000km

优点：经济，三颗卫星，覆盖全球

缺点：长距离造成大信号衰减和大传播时延（500ms以上）2021/5/97分类

中轨道卫星（MediumEarthOrbit：MEO）高度在5000－12000km左右为了覆盖整个地球需要10颗左右卫星GPS：为美国空军系统运作，用作全球定位。早期为12个卫星星座，在1978～1985年间发射;新的GPS系统，在1989～1994年间发射；为24颗小卫星星座系统,分6个轨道平面覆盖全球2021/5/98分类低轨道卫星（LowEarthOrbit：LEO）高度在500－900km提供全球移动电话和数据服务；也可用于地面摄影和侦察

优点：信号衰减小，时延小卫星重量轻，结构简单

缺点：为了覆盖整个地球需要大量卫星，系统复杂！2021/5/99主要应用领域互接长途电话业务：

国内公众卫星通信网的干线已有37个大型C波段地球站，运行着3万5千条双向电路（占国内长途电路的5~6‰），另有4个试验地球站和约30台移动卫星通信车载站工作在Ku波段国际通信方面：中国电信运营15座国际通信卫星地球站，开通了约1万3千条双向电路（占国际长途电路的26%）可以提供备份电路或传送峰值业务2021/5/910主要应用领域无线电和电视广播：

使用了11颗通信卫星（亚太1A、亚洲2号、亚洲3S、鑫诺1号、亚太2R、泛美3R号、泛美8号、泛美9号、泛美3R号、泛美10号、银河3R和热鸟3号）的32个转发器中央电视台的12套节目，中央人民广播电台和国际台的32路声音广播节目，以及31个省、自治区、直辖市的广播电视节目均通过卫星向全国传送海上、地面和空中的移动通信：基于TCP/IP的internet业务2021/5/911卫星通信系统的组成卫星通信系统主要由空间分系统、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统四大功能部分组成。2021/5/912卫星通信系统的组成空间分系统是指通信卫星，主要由天线分系统、遥测与指令分系统、控制分系统、通信分系统和电源分系统组成。通信地球站由天线馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端设备等组成跟踪遥测及指令分系统对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的确定位置，并对在轨卫星的通信性能及参数进行业务开通前的监测和校正。监控管理分系统对在轨卫星的通信性能及参数进行业务开通前的监测和业务开通后的例行监测和控制，以确保通信卫星正常运行和工作。具体的结构上，固定卫星系统和移动卫星系统会有所区别2021/5/913卫星通信使用的频段L频段——1-2GHz（移动卫星业务、地面微波、广电、蜂窝）S频段——2-4GHz（移动卫星业务、数字音频广播、NASA研究）C频段——4-8GHz（固定卫星业务、地面微波）X频段——8-12.5GHz（卫星军事通信、地球观测卫星）Ku频段——12.5-18GHz（固定卫星、广播卫星、地面微波）K频段——18-26.5GHz（固定卫星、广播卫星、LMDS）Ka频段——26.5-40GHz（固定卫星、星际链路、卫星成像、LMDS）2021/5/914主要内容卫星通信的基本概念卫星通信系统的相关知识VSAT系统卫星移动通信系统卫星宽带通信系统2021/5/915VSAT卫星通信什么是VSAT卫星通信？

VSAT全称是VerySmallApertureTerminal，可以理解为小站。它的特点就是一个小字。由于小站具有灵活、简单、方便、成本低等特点，很多企业、政府部门把它作为系统内的专用通信网。现在VSAT系统的传输速率较初期大为提高，除了数据外，还传输各种多媒体信息。包括卫星电视接收小站在内，VAST应用得越来越广泛。2021/5/916VSAT卫星通信VSAT通信业务的应用范围

语音通信

数据通信高速互联网广播电视

电子商务

证券交易2021/5/917VSAT通信的应用技术利用Ku波段，VSAT终端的数据传输速率达到2Mbps以上

Ka波段的开发，使VSAT带宽大大增加

数据通信协议逐渐规范，采用TCP/IP，与Internet互联采用多波束天线，节省星上资源，增加下行功率与B-ISDN结合，实现卫星多媒体通信采用VSAT实现移动通信业务2021/5/918VSAT卫星通信星上处理技术

随着卫星通信带宽不断增加，为降低地面设备的复杂度和用户终端设备成本，把一些处理技术转移到卫星上进行，这是卫星通信发展的方向。比特再生：改善信道质量3-10db多波束天线：提高EIRP，增加系统容量，简化终端前向纠错：8db编码增益功率放大器矩阵组：动态功率匹配，减少功率消耗自主基带切换：增加系统灵活性，系统吞吐量提高3倍自适应编译码：提高信道可靠性2021/5/919VSAT卫星通信多址接入方式

语音：TDMAFDMACDMASDMA:采用多波束天线，每个波束覆盖一定区域。空分多址不单独采用，一般结合TDMA

数据：纯ALOHA

时隙ALOHA

预约ALOHA

2021/5/920主要内容卫星通信的基本概念卫星通信系统的相关知识VSAT系统卫星移动通信系统卫星宽带通信系统2021/5/921铱星系统是划时代的开路先锋1996年，铱星获得联邦通讯委员会(FederalCommunicationsCommission)的经营许可，一个国际范围的支持者队伍共融资20亿美元给铱星公司2000年3月18日，铱星背负40多亿美元债务正式破产。昨夜星光灿烂，而今化做一道美丽的流星。铱星在2001年接受新注资后起死回生，美国军方是他主要客户。2021/5/922铱星的技术概况66颗星在6个轨道面上排列运行（原计划77颗星，有如元素“铱”）铱星系统的复杂、先进之处在于采用了星上处理和星间链路技术，相当于把地面蜂窝网倒置在空中，使地面实现无缝隙通讯。另外一个先进之处是铱星系统解决了卫星网与地面蜂窝网之间的跨协议漫游。铱星系统由空间段和地面段组成：空间段即星座，地面段包括系统控制中心、关口站和用户终端。铱星系统开创了全球个人通信的新时代，被认为是现代通信的一个里程碑，使人类在地球上任何"能见到的地方"都可以相互联络。其最大特点就是通信终端手持化，个人通信全球化，实现了5个“任何”（5W），即任何人（Whoever）在任何地点（Wherever）、任何时间（Whenever）与任何人（Whomever）采取任何方式（Whatever）进行通信。2021/5/923铱星失败的原因——市场角度摩托罗拉启动铱星计划的时候没有作过认真的市场分析。当绝大部分城市、城市近郊的农村、交通干线、旅游胜地都被地面网络覆盖，当移动电话的国际漫游成为可能，卫星移动电话的市场无疑在被不断地压缩着，用户群的规模相应地不断减少。地面移动电话网络在成本费用、手机轻便性等方面占了相当的优势。“贵族科技”。铱星手机价格每部高达3000美元，加上高昂的通话费用。2021/5/924铱星失败的原因——技术角度铱星电话在建筑物内无法接收信号铱星电话过于笨重，使用不方便摩托罗拉公司的铱星双模式手机重约454克，京瓷公司的铱星单模式和双模式手机均重400克，它们比重量不到100克的GSM手机笨重得多，使用也不方便。铱星系统与蜂窝电话网络相连，必须适应不同的区域传输标准，由此产生的转换成本给用户带来较大的不便。例如一位欧洲用户到美国和日本商务旅行，需买3个通话卡才能与这3个地区的传输技术标准相匹配，而每个卡大约价格为660－900美元。语音质量和传输速度不理想铱星所采用的MF-TDMA（多频时分多址）通信体制的话音质量不如CDMA（码分多址）。另外，铱星系统的数据传输速率仅有2.4kbps，因此除通话外，只能传送简短的电子邮件或慢速的传真，无法满足互联网时代的需求。2021/5/925铱星的后继者——全球星全球星是由美国劳拉公司（LoralCor－poration）和高通公司（Qualcomm）倡导发起的卫星移动通信系统。全球星系统用48颗绕地球运行的低轨道卫星在全球范围（不包括南北极）向用户提供无缝隙覆盖的、低价的卫星移动通信业务，业务包括话音、传真、数据、短信息、定位等。用户可使用双模式手持机，双模式手持机既可工作在地面蜂窝通信模式（即目前手持机的工作模式），也可工作在卫星通信模式（在地面蜂窝网覆盖不到的地方）。全球星系统采用低轨卫星通信技术和CDMA技术，能确保良好的话音质量，增加通话的保密性和安全性，且用户感觉不到时延。全球星系统没有星际链路，无需星上处理，从而大大降低了系统投资费用，而且避免了许多技术风险。当然，星体设计的简单使得系统必须建很多关口站，在全球需建100至150座。2021/5/926全球星系统的组成（一）空间段轨道高度约为1414km，传输时延和处理时延小于300ms，因此，用户感觉不到时延。每颗卫星能够与用户保持17min的连通，然后通过软切换转到另一颗卫星，用户感觉不到切换。卫星采用码分多址方式（CDMA），码元带宽为1.23MHZ。卫星定位精度最高可达300m。地面段该段包括全球星控制中心（NCC）和关口站（GW）。全球星系统的一主一备NCC自责管理全球星系统的地面接续，在中国建三个关口站即可覆盖全国。关口站的空中信道最少为80条，最大为1000条；用户容量最小为1万，最大为10万，三个关口站最终可容纳30万用户。2021/5/927全球星系统的组成（二）用户段该段指的是使用全球星系统业务的用户终端设备，包括手持式、车载式和固定式。手持式终端有三种模式：全球星单模，全球星/GSM双模、全球星/CDMA/AMPS三模。手机尺寸略大于现有地面蜂窝手机，通话时间和待机时间与现有地面蜂窝手机相当。全球星是通过卫星向世界各地提供话音、数据（最高速率达9.6kbit/s）、传真、短信息、紧急呼叫、语音信箱、定位及全球漫游等通信业务的无线通信系统。2021/5/928全球星系统仍在建设2011年7月13日，俄罗斯航天部门在哈萨克斯坦境内的拜科努尔发射场发射6枚美国“全球星”系列通信卫星。俄联邦航天署发布消息说，此次将6颗卫星同时送入太空的是一枚“联盟－2”型运载火箭。2021/5/929最雄心勃勃的Teledesic系统巨LEO卫星Teledesic系统

Teledesic系统是迄今为止最雄心勃勃的LEO星座系统，其卫星数量之多，建造成本之高，都创下了星座系统之最，因此该计划一出笼，立即引起世人关注。在系统设计上从最初的840颗星，分布在21个轨道上，每个轨道48颗卫星，卫星高度700km，每颗卫星由64个点波束形成64个直径为1500km的圆形覆盖区。又称为“千星系统”，减至288颗星，后来又减至120颗星加6颗在轨备份。卫星高度为700km，每颗卫星用64个点波束形成相应64个直径为1500km的圆形覆盖区。它最初的目标是宽带互联网业务。2021/5/930几种主要系统比较全球星铱星调制QPSKQPSK前向纠错编码卷积码r=1/3;K=9卷积码r=3/4;K=7误比特率1E-3(语音)1E-5(数据)1E-2(语音)1E-5(数据)数据速率kbps1.2-9.6（语音和数据）4.8语音2.4数据终端电池寿命待机24小时1小时讲话+待机23小时卫星数4866用户频率上行用户频率下行1.610-1.62652.4835-2.5001.616-1.62651.616-1.6265双工方式FDDTDD多址方式CDMATDMA/FDMA2021/5/931主要内容卫星通信的基本概念卫星通信系统的相关知识VSAT系统卫星移动通信系统卫星宽带通信系统2021/5/932现实的威胁——IPSTAR拥有者：泰国泰信公司制造商： 美国劳拉公司转发器数量： 114星上功率： 14KW预期寿命： 12年发射重量： 6,500公斤发射日期： 2005年8月11日定点： 东经119.5度2021/5/933综合业务平台-IPSTARIPSTAR系统，是一座建立在大容量多波束的IPSTAR-1卫星基础上的天基宽带卫星通信网络IPSTAR-1卫星总容量达45Gbps，是一颗传统通信卫星容量的20-30倍IPSATR-1卫星的单位带宽容量的成本远低于传统卫星IPSTAR系统具有充分的比较优势将推翻人们脑海中卫星通信“昂贵”的观念充分发挥了卫星通信的”无处不在、业务开通灵活便捷”等优势2021/5/934IPSTAR介绍-波束覆盖(中国区)IPSTAR卫星分别提供：宽带单播流量，使用点波束和成型波束

广播多播内容，使用广播波束点波束成型波束广播波束2021/5/935中国卫通与IPSTARIPSTAR系统由中国卫通与泰国信卫星大众有限公司合作推出

IPSTAR-1卫星可提供中国地区使用的总容量约12Gbps23个点波束覆盖中东部地区1个成形波束覆盖西部地区一个广播波束重叠覆盖中东部地区2021/5/936IPSTAR系统网络结构2021/5/937IPSTAR系统概览IPSTAR系统是一个完全基于IP技术的宽带卫星通信广播系统由IPSTAR-1卫星、业务关口站和小口径天线地面终端组成拓扑结构：星型关口站工作于Ka频段，端站工作于Ku频段即关口站到终端的前向链路为Ka上行，Ku下行终端到关口站的返向链路为Ku上行，Ka下行

由IPSTAR-1卫星完成Ka-Ku频段的交链端站与地面宽带网络以及相互之间的业务连接和交换由关口站完成

2021/5/938IPSTAR关口站的构成IPSTAR用户终端天线射频子系统IPSTARTOLL发射机&STAR接收机IPSTAR网络管理系统本地内容服务器IPSTARTOLL&STAR接口XXIPSTARTCP加速器“NettGain”VoIP网关Internet骨干网IPSTAR关口站2021/5/939IPSTAR关口站IPSTAR关口站的主要功能：接入控制、授权、故障管理、配置管理、性能管理和计费数据采集；卫星及地面网络资源管理；收集、存储、统计和处理计费信息；为用户终端提供基于IP的包交换；提供IPSTAR系统与地面网络之间的接口服务于中国地区的关口站有三座，分别位于北京、上海和广州，相互之间通过地面光缆相连接2021/5/940IPSTAR用户终端（UT）IPSTAR用户终端设备包括：

专业系列室外单元

(ODU):

室外单元系统为IPSTAR室内单元的使用作了特别的优化室内单元

(IDU):

高性能的

IPSTAR卫星Modem2021/5/941IPSTAR终端：专业系列

高性能的卫星终端：

下载速度最高达

4Mbps

上传速度最高达

2Mbps

IP转发，支持多PC环境

支持TCP加速，GRE

隧道协议

灵活的接口：

Ethernet10/100BaseT(RJ45) USB2.0

100-240V交流供电

-12V

直流供电(可选)

应用：

VoIP

视频会议

热点和WLAN

IP专网

IP2TV与微蜂窝结合，后果会如何？2021/5/942IPSTAR中国业务网络组成2021/5/943IPSTAR系统的综合优势（一）系统得到最优化设计IPSTAR系统是由IPSTAR-1卫星、关口站和用户终端有机结合的一个天地一体的全IP宽带接入网络。自IPSTAR项目之始，卫星载荷、关口站和用户终端既是作为整个系统的子系统进行优化设计的，因此相互之间可以做到有机的结合和协调链路可靠性高IPSTAR系统采用了星上动态功率管理和动态带宽管理等新技术，解决Ka和Ku波段卫星通信降雨衰耗大的问题，使IPSTAR系统的链路可靠性和传输性能得到了最大的保证系统安全性高IPSTAR系统采用Ka+Ku频段空间交链技术和跳频技术，可有效防止不法信号对卫星的干扰，较完全开放的传统卫星有更高的安全性2021/5/944IPSTAR系统的综合优势（二）系统容量大I