航空移动卫星通信(AMSS).ppt

1、3.4 卫星通信系统,卫星通信：,指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在两个或多个地球站直接进行的通信，它是宇宙通信的形式之一。,卫星通信工作流程:,同一卫星覆盖区 不同卫星覆盖区,卫星通信系统组成：,通信卫星 地面站群： 一般包括中央站（或中心站）和若干个基本地球站 卫星通信控制中心: 通信卫星监控站和卫星通信管理站,卫星通信的特点,卫星通信覆盖区域大，通信距离远。 卫星通信具有多址传输能力。 卫星通信的通信频带宽，传输容量大。 卫星通信机动灵活。 卫星通信的通信线路稳定可靠，传输质量高。,卫星通信工作频率,1、商业和国内区域：C频段(6/4GHz) f1=5.9256.425GHz

2、 f2=3.74.2GHz 带宽500MHz 2、军用和政府用：8/7GHz f1=7.98.4GHz f2=7.257.75GHz 3、新开发的频率：KU频段14/11GHz f1=1414.5GHz f2=10.9511.2GHz、11.45GHz 11.7GHz或11.7GHz12.2GHz,通信卫星星座参数,1.轨道高度（H）及倾角 (1)按卫星离地最大高度hmax的大小分： 低轨卫星（LEO）：hmax20000公里，周期T大于12小时； 同步卫星(GEO)：hmax约36000公里，周期24小时。,(2)按倾角I的大小，卫星可分为三类：,赤道轨道卫星：I0，轨道与赤道面重合； 极地

3、轨道卫星：I90，轨道面穿过地球的南北两极，与赤道面垂直； 倾斜轨道卫星：0I90，轨道面倾斜于赤道面。,2.与H有关的参数,(1)仰角和单星覆盖面积 仰角小于20时，卫星移动通信系统的特性完全与地面移动通信信道特性一样，存在多径现象； 仰角在2040之间时，其通信链路已基本不存在多径现象； 仰角大于40，信道质量会更好； 仰角大于70，则信道质量总是好的。 高度越高，单星的覆盖面积就越大。,(2)自由空间损耗 (3)信号传播延时 H越小，信号传播延时越小。LEO的传播延迟是535ms，MEO的传播延时是7080ms，GEO的传播延时是250270ms。,静止卫星的特点：,静止卫星的优点： 卫

4、星高度高，对地面的视区面积大； 不需复杂的跟踪系统； 多卜勒可以忽略； 通信连续，不会因更换卫星而中断； 信道的绝大部分位于自由空间，工作稳定,静止卫星的缺点：,传输损耗和传输时延都较大； 两极附近有盲区； 静止同步轨道只有一条，容纳卫星数量有限。,3.4.3 通信卫星的组成,3.4.3.1 卫星天线分系统 遥测指令天线 高频或者甚高频全向天线 接收指令并向地面发射遥测数据和信标 通信天线 微波天线:全球点波束天线、点波束天线、区域（赋形）波束天线,3.4.3.2 卫星转发器,转发器是通信卫星的核心 种类: 单变频转发器(载波数量多、通信容量大的多址连接系统 ) 双变频转发器(通信容量不大、所

5、需带宽较窄的通信系统 ) 星上处理转发器(信号转发和信号处理; 数字卫星通信系统 ) 转发器的数目决定了卫星通信容量的大小 (转发带宽36M,可以有12个转发器),3.4.3.3 电源分系统 太阳能电池 3.4.3.4跟踪、遥测、指令分系统 遥测设备 指令设备(接收地面站指令) 信标发射设备 3.4.3.5 控制分系统,3.4.4 国内外通信卫星系统介绍,3.4.4.1 鑫诺通信卫星 组成:两颗卫星（SINOSAT-1和SINOSAT-2） 卫星提供24个C波段转发器和14个Ku波段转发器及一对C-Ku波段互联转发器。 SINOSAT-1通信卫星是一颗专为卫星电视直播和专用网服务的通信卫星。C

6、波段覆盖亚太地区，Ku波段覆盖中国及周边国家和地区 SINOSAT-2是一颗纯Ku波段的广播通信卫星，是一颗真正意义上的电视直播卫星。卫星波束分别覆盖中国和亚太地区,3.4.4.2 国际海事卫星,国际海事卫星（Inmarsat）是一个GEO卫星系统 组成: 空间段 地面站 移动终端,（1）空间段,空间段 : 通信卫星、网络控制中心和网络协调站组成 通信卫星 Inmarsat分布在地球同步轨道上，距地球约为35800km。卫星收发采用L波段和C波段，天线采用圆激化方式。 网络控制中心（NOC）负责检测、协调和控制网络内所有卫星的操作运行。 网络协调站（NCS） 的主要任务包括分配语音、数据和高速

7、数据信道频率。,（2）地面站,地面站:设在海岸附近的地球站，它既是卫星系统与地面系统的接口，又是一个控制和接入中心。 主要功能有： 对从船舶或陆上来的呼叫分配和建立信道； 信道状态（空闲、正在受理申请、占线等）的监视和排队的管理；, 船舶识别码的编排和核对； 登记呼叫，产生计费信息； 遇难信息监收； 卫星转发器频率偏差的补偿； 通过卫星的自环测试； 在多岸站运行时的网络控制功能； 对船舶终端进行测试。,（3）移动终端,移动终端信号上达卫星，再经地面站，通过国际或国内的邮电公众通信网与其他的用户通信。 反过来，公众网用户也可以通过卫星与卫星移动终端联系。,3.4.5 卫星通信体制,通信体制 :

8、是指通信系统所采用的信号传输方式和信号交换方式 3.4.5.1 基带信号形式 包括: 模拟/数字制，何种信源编码，何种信源调制方式，单路传输还是多路传输等方面,3.4.5.2 中频（或射频）调制制度,模拟: 调频（FM） 调幅（AM） 调相（PM） 数字: 频移键控（FSK） 相移键控（PSK）,3.4.5.3 多路复用方式,单路制 一个用户的一路信号调制一个载波，即单路单载波方式 群路制 多个要传输的信号按某种多路复用方式组合在一起，构成基带信号再去调制载波，即多路复用方式 频分多路（FDM） 时分多路（TDM）,3.4.5.4 多址连接方式,单址接入 卫星上的一个转发器通道被来自地球站的一

9、个发送信号全部占用，那么这种方式称为单址接入工作模式 一个调制载波占用整个转发器的可用带宽 大业务量路由，需要使用大口径天线,多址接入:,如果多个载波共用一个转发器，并且这些载波可能来自许多地球站，或者一个地球站同时发射一个或多个载波，则这种工作模式称为多址接入 分类: 频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA） 空分多址（SDMA）,（1）频分多址（FDMA）,分为:预分配FDMA,按需分配FDMA. 预分配FDMA是将频隙预先分配给相应地球站的模拟或数字信号使用。 优点:多址接入简单， 缺点:可能造成频谱的浪费。 按需分配FDMA是将频隙动态地分配给相应的申请用户使用

10、。,（2）时分多址（TDMA）,在任意时刻只有一个载波使用转发器，不存在多载波下由于非线性放大所造成的互调干扰 分为:预分配和按需分配两种方式。 预分配TDMA: 将一帧的每个时隙（分帧）预先分配给相应的用户使用。 按需分配TDMA: 将时隙按照每个用户业务量的大小来动态分配时隙，这样可以保证每帧资源的有效利用。,（3）码分多址（CDMA）,基本特征: 各站所发的信号在结构上相同并且相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间、空间上都是可以重叠的 信号接收: 对于某一地址码，只有与之相应的接收机才能检测出信号,优点： 具有较强的抗干扰性； 有一定的保密能力； 改变地址比较灵活； 具有软容量。

11、,缺点: 要占用较宽的频带； 频带利用率一般较低； 要选择数量足够的可用地址码比较困难，接收时，对地址码的捕获与同步需要一定的时间。,（4）空分多址（SDMA）,基本特征: 发射站天线（如卫星天线）有多个点波束或赋形波束，它们分别指向不同区域的地球站，利用波束在空间指向的差异来区分不同的地球站,优点：, 天线增益高； 发射功率可以得到合理有效的利用，针对不同区域接收站所发射的信号在空间互不重叠，即使在同一时间用相同频率，也不会相互干扰，可以实现频率复用。,缺点：, 天线设备复杂； 在卫星上对卫星姿态的稳定及控制提出了很高的要求。,3.4.5.5 信道分配与交换制度,信道的分配方式有: 预定分配

12、（预分配，记为PA） 按申请分配（按需分配，记为DA） 随机占用,航空移动卫星通信系统,一、AMSS的发展 (一)初期开发活动 1、早在60年代，民航界己开始研究利用卫星进行飞机与地面通信的可行性 ，主要集中在利用VHF频谱(118136MHz)方面； 2、1968年，国际民航组织(ICAO)研究为了满足越洋飞行时的需要，可以先建立低容量卫星系统，以后逐步随着技术的发展过渡到高容量卫星系统 。,(二)可行性实验,19711973年和19741975年，人们分别利用ATS-5和ATS-6卫星完成了几项实验，证明了用1516GHz的l频段提供飞机用卫星通信是可行的。 (三)INMARSAT的贡献

13、国际海事卫星组织-改为国际移动卫星组织-1987年日本航空公司成功利用INMARSAT的太平洋卫星进行了卫星电话通信-1991年新加坡航空公司为旅客提供卫星电话服务-1996年发射INMARSATIII卫星，具有点波束功能-现在，INMARSAT是唯一能够提供全球服务的航空卫星系统。,二、AMSS的组成,空间段(卫星转发器) 地面地球站(GES) 机载地球站(AES) 网络协调站(NCS),(一)空间段(卫星转发器),1、平台(服务窗) 包括姿态和轨道控制系统，跟踪、遥测和指令系统，机械骨架及通信载荷和电源分系统。 2、通信载荷(通信转发器) 正向转发器 反向转发器,正向转发器,接收GES发来

14、的(C或KU)频段信号，变为L频段信号，转发至AES。 反向转发器 接收AES发来的L频段信号，变为C(或KU)频段信号，转发至GES。,(二)地面地球站(GES),1、组成 天线 C或KU频段收发机 L频段收发机 网络管理设备,天线 C频段天线直径913米，远离干扰严重的郊区； Ku频段天线直径7米，近郊区及城内 C或KU频段收发机 L频段收发机 网络管理设备,(三)机载地球站(AES),组成 天线分系统 航空电子设备分系统 天线类型：低增益(0dBi)、中增益(6dBi)、 高增益(12dBi) 功能：为通信和机载机载电子设备提供接口,(三)网络协调站,每一个卫星覆盖区内可以设一个NCS

15、功用 NCS和各GES的接口，目的是管理卫星资源的分配，即卫星功率和通信信道在各GES间的分配。,三、AMSS的性能要求、工作情况,(一)AMSS的业务种类 1、数据通信 2、自动相关监视(ADS) 3、话音通信 应急通信及驾驶员与管制员间的非常规通信仍需用话音通信。,(二)AMSS提供的服务,空中交通服务（ATS） 航务管理通信（AOC） 航空行政管理通信（AAC） 航空旅客通信（APC） 其中ATS和AOC属于安全通信，AAC和APC属于非安全通信。,(三)AMSS的信道,数据信道： P信道 R信道 T信道 话音信道：C,P信道,时分复用分组方式数据信道 仅用于正向(GES到AES)，传送

16、信令和用户数据 Psmc信道-系统管理功能 Pd信道-其他功能,R信道,随机多址存取信道 仅用于反向(AES到GES)，传送信令和小量用户数据, 以突发方式工作, 多架飞机可以共用一条R信道。 Rsmc信道-系统管理功能 Rd信道-其他功能,T信道,预约时分多址信道 仅用于反向 传送较大的报文数据 工作时先用R信道为T信道预约一定数量的时隙,(四)AMSS工作情况,1、高交通密度海洋地区工作情况 在洋区首选AMSS ; 数据和话音，包括ADS。 2、低交通密度/陆地上空工作情况 数据和话音通信，但两极不能覆盖 3、高交通密度陆地上空航路及终端区工作情况 AMSS话音和数据通信将与VHF、HF话音和数据通信及S模式SSR数据链共存，AMSS的ADS业务与SSR监视共存,4、注册入网联机(log-on)过程,(1)log-on申请(发自AES) (2)log-on批准(发自GES) (3)log-on答谢(发自AES) (4)log-on认可(发自GES)，同时发生以下动作： A、将log-on信息存入GES内部的联机状态表； B、将log-on信息送至同一卫星区域的其他GES，以通知它