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卫星通信,中国网通(集团)有限公司2006年11月1日,中国网通运维人员岗位培训丛书传输专业,内部资料注意保密,卫星通信系统简介 卫星通信发展概述 卫星通信基础知识卫星通信频段和频率再用卫星通信地面站设备卫星通信常用传输方式卫星通信的天象干扰 卫星通信系统参数 VSAT卫星通信系统卫星通信业务及发展前景网通VSAT宽带综合业务平台,传播距离远，覆盖面积大 通信成本低，与距离无关 不受地形、地貌条件影响 点对多点的广播或组播 非对称信道传播 传输速率高、支持数据、话音、视频等综合业务 网络结构简单 网络建设快捷 可靠性、安全性高,卫星通信的特点,什么是卫星通信,卫星通信是以卫星为中继站在两个或多个地球站间进行无线通信的一种通信方式 常见卫星轨道有地球同步轨道（赤道轨道、静止轨道）、倾斜轨道、极轨道、地球中低轨道、太阳同步轨道等。下面所讲的卫星均为运行于地球同步轨道上的静止卫星,在同步轨道上空有丰富的卫星资源，数量众多的卫星分布其上。根据国际标准，卫星之间需要一定的空间间隔，一般为2度。中国内可选卫星资源举例：中卫1号：东经87.5度 亚洲4号卫星：东经122度 亚太2R：东经76.5度 鑫诺卫星：东经110.5度,同步轨道(GEO),通信卫星,通信卫星主要有转发器和天线系统两大部分.卫星转发器由接收机、发射机、变频器、本振、双工器等组成。由接收天线收到地球站发出的上行信号,经过低噪声放大器放大,然后由变频器变至下行频率,再经功率放大和发射天线发向地球,转发器 电源系统和太阳能电池板 推进引擎 导航系统 天线 RF设备 切换和备份部件,卫星的组成,同步地球卫星 距离地球22,237 miles(35,779公里)漂移范围在0.01度内 从地球站接收发送信号 将信号重定向至1个或多个地球站 上行（Uplink）指从地球站向卫星发送信号 下行（Downlink）指从卫星向地球站发送信号 出境指从主站到小站方向 入境指从小站到主站方向,通信卫星,同步通信卫星,三颗卫星覆盖全球 离地面3万6千公里 在赤道上方，与地球自转同步 卫星间的距离从地面看应保持2度左右。“一跳”电波延时在240-270ms之间,卫星通信系统简介 卫星通信发展概述 卫星通信基础知识卫星通信频段和频率再用卫星通信地面站设备卫星通信常用传输方式卫星通信的天象干扰 卫星通信系统参数 VSAT卫星通信系统卫星通信业务及发展前景网通VSAT宽带综合业务平台,卫星通信的由来,地球同步轨道的预言 1945年，一个名叫A.C克拉克的英国人发表了一篇论文，题为地球外的中继。已知:赤道平面地球半径R=6.37*10E6m,万有引力常量G=6.67*10E-11 N*m/Kg,卫星公转周期T=地球自转周期T=24 hour/day,地球质量Me=5.98*10E24 Kg,卫星质量m,距离r,卫星公转速度v 解:地球对卫星的万有引力 F=G*Me*m/r=mv/r,且v=2r/T 则:r=G*Me*T/4,r=4.23*10E4 Km 卫星距地面高度h=r-R=约36000公里科学技术的进步,中国网通卫星通信发展历程,1973年建成北京卫星通信地面站，主要用于国际通信，开通几十路模拟电话和二路电视。1985年建成国内卫星通信网,开通SCPC、模拟电话和电视传输业务。1988年开通IDR业务，用于国际和国内干线通信。1989年开通VSAT公众通信网，提供窄带数据传输。1998年开通45M和155M因特网接入业务。2003年建设卫星宽带综合业务平台。,中国网通资源及品牌优势,目前拥有大型固定卫星通信天线28副，拥有可搬移式卫星通信天线10副拥有丰富的陆地及海光缆资源,可构成天地一体化通信网络中国网通是北京2008奥运固定通信唯一的合作伙伴,卫星通信系统简介 卫星通信发展概述 卫星通信基础知识卫星通信频段和频率再用卫星通信地面站设备卫星通信常用传输方式卫星通信的天象干扰 卫星通信系统参数 VSAT卫星通信系统卫星通信业务及发展前景网通VSAT宽带综合业务平台,卫星通信系统的组成,卫星通信系统大体上可以分为空间段、控制段和地面段三部分,低功率的前置放大器 pre-amplifier 频率转换器 输入滤波器(IMUX)高功率TWTA放大器 输出隔离器 输出开关 输出滤波器(OMUX)转发器带宽为：36，54 或 72 MHz,什么是转发器?,卫星EIRP覆盖图,卫星通信使用的频段,C频段：4/6GHz 扩展C频段 Ku频段：12/14GHz Ka频段：20/30GHz L频段：1GHz,卫星转发器频率和极化,通信链路,通信链路,卫星通信系统简介 卫星通信发展概述 卫星通信基础知识卫星通信频段和频率再用卫星通信地面站设备卫星通信常用传输方式卫星通信的天象干扰 卫星通信系统参数 VSAT卫星通信系统卫星通信业务及发展前景网通VSAT宽带综合业务平台,5.925-6.425 GHz,14.00-14.50 GHz,下行频率,3.700-4.200 GHz,12.25-12.75 GHz,频段,C,Ku(中国),变频器,低噪声放大器,12.25 GHz,14 GHz,高功放,12.25 GHz,下行,14 GHz,上行,转发器,5.85-6.425 GHz,3.625-4.200 GHz,扩展 C,上行频率,来自地球站,发往地球站,卫星通信所使用的频段段,C和Ku频段比较,C频段转发器的服务区大，通常覆盖几乎所有的可见陆地，适用于远距离的国际或洲际业务，通常不受气候条件的影响，适用于可靠性较高的业务。Ku频段转发器的服务区小，通常只覆盖一个大国或数个小国，只适用于国内业务。可能遭受降雨衰耗的影响，只适用于建网条件较差、天线尺寸和成本受限的业务。,卫星通信的频率再用,(1)波束分隔频率复用 利用卫星上不同波束方向的天线实现.如半球波束,区域波束,点波束,卫星通信的频率再用,（2）极化分割频率再用。利用两个相互正交的极化波在同一频率、同一时间传送两组独立的信号，相互之间没有干扰。不同覆盖区域内的两个正交极化波的利用，可实现双重频率再用。,卫星通信系统简介 卫星通信发展概述 卫星通信基础知识卫星通信频段和频率再用卫星通信地面站设备卫星通信常用传输方式卫星通信的天象干扰 卫星通信系统参数 VSAT卫星通信系统卫星通信业务及发展前景网通VSAT宽带综合业务平台,卫星与地面链路的连接由卫星地球站实现。地面站主要由天线系统、高功率放大设备、低噪声接收设备、变频器设备、调制解调设备、编解码设备和中继设备等组成,卫星通信地球站,编码器,PSK调制器,上变频器,解码器,PSK解调器,下变频器,功率分配器,低噪声放大器,跟踪接收机,天线控制,功率合成器,高功率放大器,卫星通信设备介绍-高功放,高功率放大器将信号放大到足够大，使其经过36000公里的传播后仍能让卫星正确接收。是地球站最后一级有源放大器，直接决定了地球站的EIRP。高功放的种类 TWTPA(Traveling Wave Tube Power Amplifier行波管功放)KPA(Klystron PA速调管功放)SSPA(Solid State PA固态功放),卫星通信设备介绍 天线,天线 天线是地球站最具特色的设备,是地球站射频信号的输入输出点,是决定地球站最大EIRP能力和品质因数G/T值的关键设备.它具有以下几个特点:发射接收共用一副天线,高增益,低旁瓣以及低的接收噪声温度.天线系统包括:主反射器,副反射器,馈源,支撑结构,配重,自动跟踪装置等.,卫星通信设备介绍天线,地球站天线主要种类 抛物面天线 单反射面型天线,其反射面为一旋转抛物面,馈源置于抛物面的焦点上.卡塞格伦天线 双反射面型天线,主反射面为一旋转抛物面,副反射面为一旋转双曲面,且旋转抛物面和旋转双曲面的一个焦点在同一位置上,馈源置于另一焦点上.,卫星通信设备介绍天线,修正型卡塞格伦天线通过天线镜面修正,使得天线效率提高到70%以上,并且能量分布均匀 偏馈天线 环焦天线,卫星通信设备介绍天线系统,跟踪接收机接收卫星信标信号,输出与信标信号电平成正比变化的直流.天线控制器据此判定是否对准卫星,并驱动天线对准卫星；UPC调节上行设备增益以补偿天气变化的影响,功率分配器,低噪声放大器,跟踪接收机,天线控制,UPC,上行设备,卫星通信设备介绍天线系统,卫星通信设备介绍-TWT,TWT是一种高功率电子管,它具有频带宽、增益高等特点，在地球站中广泛应用,卫星通信设备介绍-TWT,Helix螺旋线Cathode阴极Anode阳极Collector收集极Focusing electrode聚焦极Electron beam电子束Magnets磁聚焦Dielectric rods绝缘支撑棒,卫星通信设备介绍-TWT,卫星通信设备介绍-SSPA,SSPA采用GaAs FET(砷化镓场效应管)放大器模块;多级放大;低损耗功率合成等技术。它具有如下优点：低电压、小相移、体积小重量轻、可靠性高、线性好,卫星通信设备介绍-LNA,LNA（低噪声放大器）放大天线接收的微弱的卫星信号。要有较高的增益，较低的噪声温度。,卫星通信设备介绍-调制解调器,基带信号在调制器内对载波相位进行调制后，提高了传输信噪比，增强了抗干扰能力。通常采用QPSK，8PSK方式,卫星通信设备介绍-编解码器,完成模拟信号到数字信号的变换。对于编码器来说就是对模拟音视频信号抽样、量化、编码成数字信号再送给调制器。,卫星通信设备介绍-监控室,天线控制终端,卫星通信设备介绍-监控室,功放等设备的远端控制盘,卫星通信设备介绍-变频器,一般卫星通信使用的频率为6/4GHz或14/11GHz，在地球站称之为射频。在射频上直接对信号调制解调很困难，通常采取在中频（70MHz或140MHz）上进行调制解调，然后再进行频谱搬移。变频器就是用来完成这一工作的。,卫星通信系统简介 卫星通信发展概述 卫星通信基础知识卫星通信频段和频率再用卫星通信地面站设备卫星通信常用传输方式卫星通信的天象干扰 卫星通信系统参数 VSAT卫星通信系统卫星通信业务及发展前景网通VSAT宽带综合业务平台,卫星通信常用传输方式,卫星通信系统的多址传输方式是卫星通信最具特点的工作方式。按信道分配或用户信息的接入方式，可分为固定分配多址和动态（按申请）分配多址两大类。,卫星通信的多址方式,Frequency Division Multiple Access(FDMA)(频分多址）Based on frequency Time Division Multiple Access(TDMA)(时分多址）Based on time Code Division Multiple Access(CDMA)（码分多址）Based on time,frequency,power,or combination Single Carrier Per Channel(SCPC)Based on frequency（单路单载波）,小站在同一频率上不同时间发送信号 同一频率上两个小站不在同一时间发送信号 每个小站需轮流等待发送 需要精确同步防止碰撞 MF-TDMA 多载波跳频,时分多址（TDMA）,频分多址,每个小站在分配的频率上发送信号 两个站点不能使用同一频率 载波速率可以各不相同,频率,f1,f2,卫星通信系统简介 卫星通信发展概述 卫星通信基础知识卫星通信频段和频率再用卫星通信地面站设备卫星通信常用传输方式卫星通信的天象干扰 卫星通信系统参数 VSAT卫星通信系统卫星通信业务及发展前景网通VSAT宽带综合业务平台,卫星通信的天象干扰,星蚀日凌,卫星通信系统简介 卫星通信发展概述 卫星通信基础知识卫星通信频段和频率再用卫星通信地面站设备卫星通信常用传输方式卫星通信的天象干扰 卫星通信系统参数 VSAT卫星通信系统卫星通信业务及发展前景网通VSAT宽带综合业务平台,天线增益,EIRP,EIRP（Efficetive Isotrropic Radiated Power）意为有效全向辐射功率，它反映了天线发射波束的功率大小。EIRP与地球站的天线增益、发射机输出功率及馈线损耗相关,传输损耗,1、自由空间损耗2、天线指向损耗3、极化偏差损耗4、降雨损耗,天线的品质因数,卫星通信系统简介 卫星通信发展概述 卫星通信基础知识卫星通信频段和频率再用卫星通信地面站设备卫星通信常用传输方式卫星通信的天象干扰 卫星通信系统参数 VSAT卫星通信系统卫星通信业务及发展前景网通VSAT宽带综合业务平台,VSAT=Very Small Aperture Terminal 甚小口径卫星地面站发送、接收双向功能VSAT小站主要包括三个部分:室内单元(IDU)卫星调制解调器室外单元(ODU)发送器、接收器卫星天线 口径从 60 cm 至 3.7 m,VSAT系统网络,VSAT网络拓扑,网络结构 网状结构 星状结构 混合结构,网状网,星状,混合,VSAT系统多址方式,(1)频分多址FDMA FDMA是卫星通信系统中最普遍采用的方式.,VSAT系统多址方式,（2）TDM/TDMA 中心站发射一个TDM时分复用载波 多个TDMA载波回传信道用于小站回传 所有小站通过中心站进行通信,出境,入境,入境,VSAT系统多址方式,（3）CDMA采用传输信号的不同的码元来区分或代表不同的VSAT站的站址。,VSAT应用服务产品,VOIP语音服务双向高速数据传输双向数据会议（即实现电子白板、文件传输、应用共享等功能）双向视频会议单向DVB视频广播单向数据广播IP流媒体广播,证券集中交易系统银行业务结算系统企业宽带因特网接入企业内部办公和业务专网应用（如ERP、CRM等）多种不对称式宽带多媒体应用远程教育和远程培训远程医疗和远程疾病应急报警,卫星通信系统简介卫星通信发展概述卫星通信基础知识卫星通信频段和频率再用卫星通信地面站设备卫星通信常用传输方式卫星通信的天象干扰 卫星通信系统参数 VSAT卫星通信系统卫星通信业务及发展前景网通VSAT宽带综合业务平台,卫星通信业务,话音业务数据业务视频业务单向VSAT业务双向宽带VSAT业务,IDR业务,IDR业务是INTELSAT在80年代中期开放的一种数据业务，它的信息速率介于QPSK/SCPC与TDMA之间，故名中速数据速率业务（Intermediate DATA Rate）,视频业务,卫星通信多址连接、面覆盖的特点，对于广播电视传输是最好的选择。早期的电视系统为模拟电视系统，主要采用模拟视频加伴音副载波、调频调制、频分多址方式。目前的系统主要是数字电视传输系统，它将视频信号经过编码压缩处理后，再利用卫星数字信道进行传输。,视频业务,模拟电视数字电视,单向VSAT业务,卫星单向业务是指在卫星通信中只在主站到远端站中使用卫星传输方式，在远端站到主站中不使用卫星这种卫星传输方式，远端站没有卫星上行设备，只有卫星接收设备。单向DVB系统可提供话音、数据、视频图像、Internet接入等多种单向业务。,双向宽带VSAT业务,卫星通信双向业务，指的是VSAT系统中远端站既可以接收又可以发送。传统的双向VSAT主要用于提供数据和话音通信业务，目前的双向VSAT系统正在尽量提供各种新的信息业务，如IP Multicast、数字广播，支持TCPIP、UDPIP等协议，把卫星高速宽带广播的特点扩展到网络应用，使之不仅支持数据、话音、图像业务，也能够提供多媒体、帧中继、Internet、IP等多种业务。,双向宽带VSAT业务,宽带VSAT中的一些特色技术 二维多址访问 载波成对复用PCMA 重复编码复用CRMA 带宽按需分配BoD,卫星业务发展策略,今后，VSAT业务无疑将成为卫星业务发展的主要驱动力。大力发展VSAT通信，服务用户、实现卫星备份SLA增值服务，对于促进竞争等方面有积极的作用，经济上也可行。维持IDR业务，开发新的电视业务，重点发展宽带VSAT业务，建设具有网通特色的VSAT网络，为客户提供宽带综合业务，是我公司卫星业务发展策略。,业务应用,1 大客户专网2 Internet卫星接入3 多媒体业务南方落地4 卫星广播、多播业务 5 远程教育,宽带VSAT业务平台,美国卫讯公司的1：1备份Linkstar 系统 主站采用C波段16M标准天线及3000W KHPA组成基础物理平台,实现电信级运营的高可靠性.VSAT端站采用1.M天线,ODU功率不高于2W；出境载波为36MHz，入境载波为1.6MHz。VSAT端站提供BER10E-7以上电信级运营标准。租用亚洲4号卫星。,网通合作框架,共享式卫星通信系统平台,Media Switch,银行专网,Media Switch,邮政专网,Media Switch,Media Switch,Media Switch,企业专网,卫生防疫应用,通信卫星,地面卫星通信网络,证券专网,教育专网,综合应用业务管理服务平台,BUS,共享式卫星通信系统平台,Media Switch,银行专网,Media Switch,邮政专网,Media Switch,Media Switch,Media Switch,企业专网,卫生防疫应用,通信卫星,地面卫星通信网络,证券专网,教育专网,综合应用业务管理服务平台,BUS,农村电话,共享式VSAT卫星通信综合服务平台结构图,互联网,电信传输网,数字电影,科普教育网,视频网,电话网,亚洲IV卫星,VSAT 主站,（n）,VSAT多媒体通信网,村通工程,2005年5月18日，信息产业部在四川成都召开了2005年全国村通工程专题工作会议，发改委、财政部、国资委等部委，各省通信管理局和六大基础电信运营企业领导参加了会议。会议期间奚国华副部长一行深入甘孜、阿坝地区考察，在阿坝州小金县潘安乡考察了为四川移动公司采用与网通系统共享主站方式开通的“村通工程”VSAT小站。奚部长及随行人员实地通话后，一致对话音质量给予高度评价。通过这次会议，进一步肯定了VSAT在农村通信特别是解决山区、边远地区农村通信问题的地位和作用，证明了在“村通工程”中，卫星通信大有可为。,固网运营商，根据自身的网络优势，采用有线、无线等多种灵活、实用的技术手段，完成村通任务。充分利用现有资源，尽量利旧,少花钱多办事。与现有业务共享卫星业务平台。采用C波段，主站为美国卫讯公司Linkstar系统、16米大型天线，小站为 1.2米天线。满足当前需要，尽可能兼顾将来发展需求，适当超前实施村通工程。可提供宽带接入和多媒体服务。,网通村通工程的特点,“村通”卫星网络结构示意图,