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卫 星 通 信 技 术,第一章绪 论,11 概 述,通信的目的 通信的类别 无线电通信 卫星通信覆盖说 卫星通信,111 卫星通信的基本知识,宇宙通信的三种形式,利用卫星构成的通信的系统,静止卫星与地球的相对位置,112 卫星通信使用的频段,卫星工作频段通常选择的频段 卫星通信在现有微波技术的基础上，频率选择在110GHz范围内最佳。根据无线电波穿越大气层时电波衰减情况，最理想的频段在64GHz(上行/下行)附近。在这个频段，可用带宽约在500MHz左右。在波段可用带宽内，又可以被分成很多个卫星转发器带宽。,113 卫星通信的分类,卫星通信系统的分类按卫星制式划分 按通信覆盖区的范围划分 按用户性质划分 按业务划分 按多址方式划分,114 卫星通信系统的组成,静止卫星（也称同步卫星）通信系统跟踪遥测和指令系统 卫星通信系统的组成 卫星通信线路,图14 卫星通信系统的组成,115 卫星通信系统的特点,卫星通信的优点 通信距离远，建站成本与通信距离无关。通信容量大。组网灵活，便于多址联接。通信线路质量稳定可靠。机动性能好。,静止卫星通信系统的缺点 两极地区为通信盲区，在高纬度时，通信效果较差。卫星的发射、测控技术复杂，运营成本高。存在日凌中断和星蚀现象。电波的传播时延较大和存在回波干扰。抗干扰能力差。保密性能差。,12 卫星通信技术的应用和发展,121 卫星通信技术的应用,（1）卫星通信的发展（2）利用静止通信卫星可以构成多种制式的卫星通信网络。主要有：卫星电视输送卫星电视广播国际电话通信 互联网服务,（3）低轨道卫星通信系统（LEO）“5个任何”美国的铱星卫星通信系统 低轨道卫星通信系统与静止（同步）卫星通信系统比较有如下一些优点 由于卫星高度较低，卫星通信特有的通信传 输时延大大降低；低轨道卫星通信系统电波传播衰减小。,因为低轨道卫星通信系统可以将卫星均匀地排布在整个地球的周围，即使是在地球的南北极，也能使用低轨道卫星进行通信，而这正是静止卫星通信的盲区；由于低轨道卫星通信系统包括的卫星数量多，使用的轨道低，卫星本身的寿命较短，所以在实际运用中要有几颗备份卫星放在空中，随时接替有故障的卫星，以保证整个卫星通信系统的正常运行；另外低轨道卫星通信系统有一套较为复杂的卫星测量及控制系统。,（4）中轨道卫星通信系统（MEO）QDYSSEY系统国际海事卫星通信系统组织推出的方案（5）高轨道卫星通信系统（GEO）（6）VSAT卫星通信系统,1.3 卫星通信的基本技术参数,131 有效全向辐射功率（EIRP）,EIRP也称等效全向辐射功率。它定义为发射机发出的功率PT与天线增益GT的乘积。EIRP的物理意义,132 噪声系数和噪声温度,噪声系数NF 噪声温度 噪声功率与绝对温度成正比。这样可用噪声温度来衡量噪声的大小。噪声系数NF和噪声温度Te存在的关系,133 地球站的品质因素,地球站的品质因素是地球站天线的接收增益与馈源输入端的系统等效噪声温度的比值（或者是在接收系统的某个介面处的有效天线增益与接收系统的等效噪声温度之比），通常用GT表示。地球站接收品质因素GT是卫星通信系统的一个重要参数，也是INTELSAT组织对地球站进行分类的主要依据之一。因此，对GT值的计算必须准确，以真正反映地球站的性能。,134卫星转发器饱和通量,卫星转发器饱和通量密度W表示了卫星转发器的灵敏度。它的基本含意是：为使卫星转发器单载波饱和工作，在其接收天线的单位有效面积上应输入的功率。,135载波噪声功率,卫星通信线路中的载波功率与噪声功率之比简称载噪比，它是决定卫星通信线路性能最基本的参数之一。卫星通信系统中的已调信号，对模拟系统通常是频率调制的，而对数字系统通常是恒包络的数字键控信号。调频波各频率分量功率的总和等于未调载波的功率，数字键控信号的平均功率也等于其未调波的功率。因此，用载波功率来表示信号的功率，就具有一般意义，可以不管具体调制制度如何，从而确定卫星通信系统的质量。,136 天线增益和波束宽度,定向天线增益G的定义 卫星通信中使用的喇叭天线、抛物面天线等的增益,137 互调噪声和输入输出补偿,互调噪声 输入补偿（Boi）输出补偿（Boo）,138 门限载噪比,解调器输出的被恢复的基带信号的好坏的度量门限载噪比,139 传输损耗,1、自由空间传播损耗 2、大气损耗La（1）晴天的大气损耗（2）坏天气的大气损耗3、天线方向跟踪误差损耗Lr,第二章 卫星通信系统的组成与体制,21 卫星通信系统,卫星通信,211 卫星通信系统的组成,图21 地面微波接力通信示意图,一个完整的卫星通信系统，通常是由通信卫星、地球站、跟踪遥测及指令系统和监控管理系统等四大部分组成,图22 卫星通信示意图,212 卫星通信系统的各部分功能和作用,1、地球站的组成,图23 卫星通信地球站的简化方框图,天馈设备发射机 接收机 终端设备跟踪设备 2、通信卫星的组成天线分系统通信分系统 电源分系统 遥测指令分系统 控制分系统,22 卫星通信系统主要射频设备介绍,低噪声放大器的作用 低噪声放大器的指标 低噪声放大器自身的线性 对低噪声放大器的基本要求 常温参量放大器 低噪声放大器系统的组成及控制,221 低噪声放大器（LNA）,222 高功率放大器,1、对微波发射机的主要要求工作频带宽 功率稳定度要高 载频精确度要高 放大器的线性度要高 2、速调管放大器3、行波管放大器4、固态微波功率放大器,223 变频器,1、概述变频器的作用 上变频器、下变频器 2、变频器的组成变频器要完成频谱搬移，必须具有三个基本组成部分实际使用的变频器通常包括 3、变频器的分类,上变频器方框图,下变频器方框图,23 卫星通信多址技术概论,231 频分多址方式(FDMA),1、FDMA的基本特征2、在FDMA方式中，每个地球站传送多路信号时的两种方法 每载波单路（SCPC）方式 每载波多路（MCPC）方式,FDM/FM/FDMA方式原理图,232 时分多址方式(TDMA),1、TDMA方式工作原理 TDMA方式的特点 2、TDMA地球站设备 与用户的输入输出接口 TDMA终端,TDMA方式工作原理示意图,SDMA的基本特征SDMA方式有许多新颖特点,233 空分多址方式(SDMA),SDMA方式,234 码分多址方式（CDMA）,CDMA的基本特征“扩展频谱多址联接方式”(SSMA)CDMA方式的特点,CDMA方式,第三章卫星通信的关键技术,31 天线及馈源系统,1、地球站天线的主要特性和技术指标 2、地球站天线的结构和类别抛物面天线卡塞格伦天线偏置型天线 环焦天线格里戈伦天线,311 地球站天线,32 地球站天线跟踪伺服系统,321 地球站天线跟踪系统体制,1、步进跟踪系统 步进跟踪 步进跟踪的原理和设备 2、单脉冲跟踪系统 单脉冲 等信号法 3、记忆极值式跟踪系统 记忆极值式跟踪系统与其他步进式跟踪的共同点,322 跟踪按收机,1、信标信号跟踪 信标信号跟踪 接收信标的跟踪接收机适用范围 2、导频信号跟踪 导频信号跟踪 导频信号跟踪的适用范围,323 天线伺服系统,1、伺服系统必须具备的主要功能 2、伺服系统的分类步进跟踪的伺服系统单脉冲跟踪的伺服系统船载卫星通信天线的伺服控制系统地球站伺服系统的指标,33 信号处理技术,331 数字话音内插技术(DSI),1、“话音内插”技术2、数字话音内插的类型时分话音内插(TASI)话音预测编码(SPEC)3、时分话音内插的基本原理 4、数字话音时分内插的工作过程,数字式时分话音内插系统的原理方框图,不同A值条件下DSI增益与话路数n的关系,332回波抑制（抵消）技术,1、一条长途电话线路的基本组成 二线制四线制 制式轮换问题 回波 2、回波抑制技术 3、回波抵消器种类模拟式回波抵消器数字式回波抵消器,长途电路线路组成,333 语音编码技术,1、信源编码2、语音压缩编码技术 3、语音编码技术的分类 波形编码；参量编码(声码器)；混合编码 4、改进的波形编码和参量编码的基本原理及其在卫星通信中的应用 差值脉码调制（DPCM）参量编码器（声码器）,通道声码器原理方框图,线性预测声码器的原理方框图,34 调制技术,341 模拟调制,1、频率调制技术在模拟卫星通信中，用调频方式传输电话信号时常用的方法 频分复用调频(FDMFM)方式 每载波单路/调频(SCPCFM)方式 2、CSSB/AM技术压扩器 压缩器,FDM/FM解调过程,压扩器原理框图,压扩器的功能和压扩范围,数字调制技术 数字调制器 数字通信设备中使用的调制方式仍主要是数字调相的原因 调制器产生调相波形的两类方法最小频移键控(MSK),342 数字调制,数字卫星通信系统的简化方框图,35 差错控制技术,1、纠错编码 2、差错控制的方式（1）检错和重发系统 利用简单ARQ的数字卫星通信系统示意图 主要优缺点（2）前向纠错 FEC编码方式按纠（检）错误的类型分类 FEC的数字通信系统,利用ARQ的数字卫星通信线路框图,FEC数字通信系统,第四章 卫星通信网络,1、星形卫星通信网络单跳与双跳体系结构 2、网形卫星通信网,41 卫星通信网的网络结构,卫星通信组网方式,42 卫星通信网与地面通信网的连接,421地面中继传输线路,卫星通信的特点之一是可以进行多路通信。因此，不论采用何种传输手段作为地面中继线路，它都应该是大容量的，并与地球站的容量相匹配，目前用的较多的是微波线路、电缆线路和光缆线路。1、微波线路2、电缆线路（1）对称电缆（2）同轴电缆（3）光缆线路,422 地面中继方式,1、地球站以TDMA方式工作，地面中继采用模拟传输线路。2、地球站用TDMA方式工作，地面中继采用数字线路。(1)完全同步连接(2)采用跳帧法连接(3)采用码速调整法进行连接,TDMA地球站与地面模拟线路的连接,423电视信号传输中的地面中继,当长途交换中心与电视广播中心相距较近时，可以采用同轴电缆；如果相距甚远，由于同轴电缆损耗太大，最好采用微波或光缆线路连接。如果需要在某些场合利用卫星进行电视实况转播时，一般是把电视信号从现场送到电视广播中心，再经长途交换中心送到地球站发向卫星。电视信号的传输过程中，在地球站内图像信号是视频转接。在长途交换中心一般也是分别在视频和音频进行转接。如果在长途交换中心与电视广播中心之间利用微波线路进行转接时，也可以采用中频转接方式。,43VSAT网络结构,VSAT主要包括 VSAT系统的主要特点 第三代VSAT,431VSAT网络的技术特点,432VSAT卫星通信网的组成及工作原理,1、VSAT网的组成主站 小站 卫星转发器 2、VSAT网的工作原理外向（Outbound）传输内向（Inbound）传输 VSAT网中的交换,433 VSAT数据通信网的多址协议,1、卫星数据通估网的特点与多址协议的确定数据传输业务的主要特点 确定多址协议时应考虑的主要因素 可供使用的卫星信道的多址协议的种类2、固定分配多址方式(1)非时隙固定分配方式(2)分时隙固定分配方式3、争用随机多址协议4、预约/可控多址协议,434 VSAT网的数据传输规程,1、计算机通信网 资源子网（也称用户子网）通信子网 2、VSAT数据卫星通信网 3、VSAT与其它网互连 4、VSAT网中三层功能的含意,计算机通信网的组成,VSAT小站与主站计算机通信网的连接、接口及协议,435VSAT网的网络管理,1、网络管理系统 2、网络管理系统的功能 网络结构管理 网络控制功能 数据库管理 外向加载功能 状态监测与控制 异常事件报告和登记 安全管理给操作员提供良好的人机接口。以实现包括命令、响应、告警显示等项功能 3、VSAT卫星数据通信网的性能评价,1、利用VSAT系统组建卫星广域网(SWAN)卫星广域网的拓扑结构的方式 SWAN能支持的业务范围 2、将VSAT系统接入ISDN网络3、VSAT系统与地面蜂窝移动通信相结合的组合通信网络4、国际VSAT卫星通信网络,436 VSAT系统与其他电信网络的组网,应用VSAT系统组建的广域网结构,向远端扩展的SLIC网络,第五章VSAT卫星通信网,1、VSAT的特点2、现代大型集团用户对信息传输的主要需求 3、VSAT网络所能提供的通信业务种类 广播式的分发业务（星型单向业务）数据采集和监控 双向交互业务,51 概 述,VSAT网络组成示意图,52VSAT数据通信链路的结构,1、基本组成2、数据链路的传输控制3、数据链路控制规程的种类 4、高级数据链路控制规程(HDLC)与基本型控制规程相比较所具有的特点,VSAT卫星数据通信链路的基本组成,VSAT系统最显著的特点之一就是采用复杂的主站技术以星状网络联接众多远端小站构成灵活的通信网络。它的主要设备系统由主站、远端小站和网络管理系统组成。通常网络管理系统设在主站内。,53VSAT系统的主要设备,典型VSAT网络结构示意图,1、VSAT网络的主站 2、主站包括以下几个分系统 天线、馈源和伺服跟踪分系统低噪声接收放大器(LNA)高频功率放大器(HPA)上、下行链路频率变换器(UC、D/C)调制解调器(Modem)数字复接设备数字接口及终端设备网络管理分系统,531 主 站,中心站组成原理方框图,532 小 站,VSAT小站的分类按照机械结构和安装方式 按照工作性质分 按照传输业务种类可以分 按照传输信息的速率 按照天线口径分 按照通信制式划分,TDMAX型 VSAT系统的网络结构及多载波工作原理,533 VSAT小站的技术性能特点,VSAT地球站的系统构成 1、小型天线2、室外单元（ODU）信号流程 ODU中的射频激励器的主要功能 3、室内单元(IDU)VSAT站室内单元的基本情况,VSAT小站的基本结构,VSAT小站的工作原理,VSAT网的空间部分 大多数VSAT通信系统采用的波段 VSAT网必须考虑的重要方面,54VSAT网空间段,第9章 卫星数字电视广播系统,电子科技大学,主要内容,引言卫星数字电视广播系统的组成卫星电视广播系统中的纠错编码卫星数字电视传输标准信源编码与MEPG-2标准条件接收和视频点播数据广播卫星远程教育传输系统,9.1 引言,卫星电视广播技术的发展概况模拟数字DTH(DBS),9.2 卫星数字电视广播系统的组成,上行站结构,9.3 卫星广播电视系统中的纠错编码,纠错码分组码卷积码卫星广播系统中的纠错码：级联码（RS码卷积码）级联码的结构：外码：RS码（标准：（204，188）内码：卷积码（包括：（2，1，7）或打孔卷积码）交织器,级联码的性能,9.4 卫星数字电视传输标准,国际卫星数字电视传输标准欧洲：DVB-S(数字电视传播标准DVB的卫星部分)美国：ATSC 的卫星直播部分(Advanced Television Systems Committee)Direct TV日本：ISDB(Integrated Services Digital Broadcasting),DVB-S传输标准,适用范围：Ku波段（11/12GHz）传输多路标准清晰度电视（SDTV）和高清晰度电视（HDTV）的信道编码和调制系统 主要内容：发送端的系统结构与信号编码、调制等方式。,DVB-S传输标准,发送端系统结构,DVB-S传输标准,信源部分：MPEG2标准信道部分：1.RS+交织卷积级联编码 2.升余弦滚降滤波QPSK调制DVB-S支持的传输速率,我国的卫星数字电视传输标准,1999年标准：与DVB-S大体一致，两点修改：将频段扩展到C频段增加BPSK调制,9.5 信源编码与MPEG-2标准,信源编码流的复用方式,MPEG-2标准ISO/IEC 13818,“活动图像及伴音信息的通用编码”编码器流程：,MPEG-2标准,MPEG-2不同图象质量对应码率,MPEG-2标准,我国DVB-S标准参数,卫星直播（DBS）中的音频压缩MPEG-1标准,DBS系统中的MPEG-2应用与MPEG-1兼容采用子带压缩技术,9.6 条件接收和视频点播,条件接收:确保被授权用户能接收到加权节目视频点播:按用户指令将视频节目各别传送到用户,条件接收,视频点播TVOD:应观众要求个别播放节目，需要极大的带宽负荷NVOD:在N条信道上反复播放某一节目，用户在最近的时刻接入,9.7 数据广播,基本原理和IP over DVB将数字化的视/音频、图形、软件包和计算文件等数据信息，通过数字电视广播信道以“推送”方式传送到用户的机顶盒、个人电脑或相关移动设备的新型业务标准：EN303.192,简称DAB-DATA标准，基于MPEG-2.应用类型：数据管道、数据流、多协议封装、数据轮播，对象轮播,数据轮播数据轮播：服务器周期性地将数据模块重复循环广播数据轮播规范中，信息数据流被封装为模块（modules），而模块又可分割为数据块（block）；根据服务的需要，多个模块可以组成数据组（group），而数据组又可组成超组（super group）。,对象轮播在广播网络环境下传送“数字存储媒体命令与控制”对象的机制。轮播内容：操作接口对象，可被特定服务对象调用对象类型：流对象（Stream Object）、文件（File）对象、目录（irectory）对象和服务网关（Service Gate Way）对象。特点：接收终端可按照接收到的数据对象执行某些操作,9.8 卫星远程教育传输系统,三种模式：（）基于地面接收与放像网点相结合的远程教育模式；（2）基于场消隐插入技术（VBI）多媒体数据广播的远程教育模式；（3）基于双向传输的实时交互远程教育模式,基于VBI多媒体数据广播的远程教育系统VBI：场消隐插入技术，利用电视节目的场逆程中无信息发送的时段，插入远程教育节目数据在信道中传输 标准：MPEG-4，支持恒定码率和可变码率：低速码率为564kb/s；中速码率为64K384Kb/s；高速码率为384K4Mb/s。含1路视频和1路音频的MPWG4远程教育电视的速率一般为100K1Mb/s。应用形式：基于IP协议封装（IP over DVB）,基于VBI多媒体数据广播的远程教育系统,基于IP封装的卫星远程教育系统,基于VBI多媒体数据广播的远程教育系统,接入校园网,通过有线电视网接入家庭,基于双向传输的交互式远程教育系统,为了进行双向交流，必须提供由学生至教学中心的通道，该通道可以是反向低速率的卫星信道，也可以是地面公用网或Internet。远程交流不仅是基于文本的交流，还应提供图形、语音、视频等多媒体信息的交流 几种交互方式：软件共享白板语言交互视频交互,