卫星通信系统知识介绍课件.ppt

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1、卫星通信概述定义,卫星通信定义：是微波通信的一种。它是利用人造地球卫星作为中继站，来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。由定义可知，卫星通信系统由通信卫星和地球站两部分组成。通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中继站，把地球站发上来的电磁波放大后再返送回另一地球站。它居高临下，视野开阔，只要在它的覆盖照射区以内，不论距离远近都可以通信。地球站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫星系统形成链路。,卫星通信概述举例说明,你在国内要通过卫星与大洋彼岸美国一个亲戚打电话，先要通过长途电话局，由它把用户电话线路与卫星通信系统中的当地地面站连通，地面站把电话信号发射到卫星

2、，卫星接到这个信号后通过功率放大器，将信号放大再转发到大西洋彼岸的地面站，地面站把电话信号取出来，送到受话人所在的城市长途电话局，之后再转接到你这个亲戚的电话机上。,卫星通信概述主要优点,1.通信距离远、覆盖面积大：一颗静止通信卫星的天线波束，可以覆盖地球表面积的42.4%。在这个覆盖区域内，两个相距18000公里的地面站可以进行远距离通信。在静止轨道上等间隔(120度)配置三颗卫星，就可建立起除地球两极地区以外的全球通信。,卫星通信概述主要优点,2.组网络灵活，便于多重撷取联接 在卫星天线波束的覆盖区内，卫星通信网络所属的地面站可以同时和其它地面站建立各自的通信路线，形成一种多方向，多地点的

3、通信。这种卫星通信特有的性能，叫做多重撷取联接。另外，各种形式的地球站，可以不受地理条件的限制，无论是固定站还是移动站，各种不同的业务种类，都可以组织在一个通信网络内，电路的建立十分灵活方便。,卫星通信概述主要优点,3.通信品质高、容量大 卫星通信工作在微波频段，再加上各种频率的重复利用，使得近代一颗通信卫星可用频带宽度达几千兆赫与之相应的通信容量超过了33000条话路。在卫星通信中，电波主要在接近真空的外层太空传播。因而可以很大地减小大气折射和地面反射的影响，传播特性比地面微波接力线路明显稳定，所以通信品质高。4.建设速度快。5.易于实现广播和多址通信。6.同一信道可用于不同方向和不同区域。

4、,卫星通信概述主要缺点,卫星通信中，信号经同步通信卫星一跳至对方地球站所实现的单向传输距离约72000KM，信号到达有延迟，大约270ms的时间。10GHZ以上频带受降雨雪的影响。天线受太阳噪声的影响。,卫星通信概述,通信卫星使用的频段L-波段（1.61.5GHz）：同步卫星移动业务使用频段C-波段（4/6 GHz）X-波段（8/10 GHz）Ku-波段（12/14 GHz）Ka波段（20/30 GHz）,卫星通信分类,1.按卫星运动方式分：同步卫星通信系统与非同步卫星通信系统。2.按通信覆盖区分：国际卫星通信系统、区域卫星通信系统、国内卫星通信系统。3.按使用者分：公用卫星通信系统、专用卫星

5、通信系统。4.按通信业务分：固定地面站卫星通信系统、移动地面站卫星 通信系统、广播业务卫星通信系统、科学试验卫星通信系统。,卫星通信分类,5.按多址方式分：分频多址(FDMA)卫星通信系统、分时多址(TDMA)卫星通信系统、空间分隔多址(SDMA)卫星通信系统、分码多址(CDMA)卫星通信系统、混合多址卫星通信系统。6.按基频信号分：模拟卫星通信系统、数字卫星通信系统。,卫星通信分类-静止轨道卫星系统,同步卫星通信系统（GeosynchronousEarthOrbit）：利用在地球同步轨道上的卫星作为接力站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。由于卫星绕地球的运行周期与地球自转同步

6、，而对地球应相对静止所以又可称为静止轨道卫星系统。静止卫星主要用作固定电话或电视传送，以确保传输的稳定性。,名词解释静止轨道卫星系统,同步轨道卫星是指卫星在离地球约36000km的太空，与地球自转相同的方向运行，运行周期为一个恒星日，即与地球自转一周的时间相同，等于24小时。卫星在这个高度运行的轨道叫做同步轨道。当同步轨道的平面与地球赤道平面的夹角为零，也就是说卫星沿赤道平面运行时，从地球上看卫星仿佛静止不动，这个轨道称作静止轨道或赤道轨道，静止轨道上的卫星称静止卫星。,要保持卫星与地球的运行同步，就要综合考虑地球自转、地球公转、卫星飞行速度等多种因素，所以同步通信卫星都“定点”在赤道上空，并

7、有一系列的标准参数。,卫星通信分类-静止轨道卫星系统,一个卫星通信系统通常是由太空分系统(通信卫星)、地面站、追踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等四大部分组成。,卫星通信分类-静止轨道卫星系统,1、追踪遥测及指令分系统(测控系统)：它的任务是对卫星进行追踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置；待卫星正常后，要定期对卫星进行轨道修正和位置保持等控制。2、监控管理分系统：它的功能是对定点的卫星在业务营运前、后进行通信性能的监测和控制，例如对卫星转频器(Transponder)功率、卫星天线增益以及各地面站发射的功率、射频频率和频宽等基本通信参数进行监控，以保证正常通信。,卫星通信分类-静止轨

8、道卫星系统,3、太空分系统(通信卫星)：通信卫星内的主体是通信装置，其必要部分有卫星本体上的遥测指令、控制系统和能源(包括太阳能电池和蓄电池)装置等设备，通信卫星主要是起无线电中继站的作用，它是靠卫星上通信装置中的转频器(微波收、发信机)和天线来完成的。每个转频器能同时接收和转发多个地面站的信号。显然，当每个转频器所能提供的功率和频宽一定时，转频器越多，卫星通信容量就越大。4、地面站：地面站的主要作用有两个：一是向卫星发射信号；二是接收经卫星转发的，来自其它地面站的信号。,卫星通信分类频分多址（FDMA）,按不同配置的射频来区别地球站地球站同几个站通信就发几个载波多址载波方式，即每个地球站仅发

9、一个载波，而利用基带中的频分多路复用（FDM）或时分多路复用（TDM）进行区别不同的地球站,卫星通信分类时分多址(TDMA),时分多址方式即采用传输信号的不同的时间间隔来区分或代表不同的VSAT站的站址。也就是每个VSAT小站传输信号对具有不同收、发数字码的时间间隔，以此区分不同小站。,卫星通信分类码分多址（CDMA）,即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 多址方式的信道分配技术方法很多，在VSAT通信系统中，常采用的有预分配方式和按需分配方式,卫星通信分类混合多址,美国投资建设的用66颗卫星组成的“铱”星系统(Iridium Satellite System)采用沿地

10、球轨道高速运动的低轨道卫星通信。系统网络结构采用TDMAFDMA(时分多址频分多址)混合多址连接结构，系统由空中、地面和移动3个部分组成，可提供寻呼、话音、数据、传真、定位等业务。,卫星地球站的组成-概述,一般分为：天线、馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端设备、天线跟踪设备、电源,卫星地球站的组成各部分介绍,天线、馈线设备：将发射机送来的射频信号定向（对准卫星）辐射的电磁波，同时收集接收卫星送来的电磁波送到卫星接收机 双工器：一般卫星天线是收发公用的，所以要进行发射信号和接收信号的分离。,卫星地球站的组成各部分介绍,发射设备：将中频信号（70M）变成射频信号例如：KU波段的信号，并将功率放

11、大到一定电平经过天线系统发射出去。可以单载波工作和多载波工作对设备维护时要首先关掉电源,卫星地球站的组成各部分介绍,接收设备：接收卫星送来的卫星信号送给解调器低噪声放大器：对接收的微弱卫星信号进行信号放大和变频的功能（L波段）,卫星地球站的组成各部分介绍,信道终端设备：发射信道终端将用户送来的消息进行处理，变成适合卫星体制要求的信号形式，接收信道终端设备与发端进行相反的处理，还原出用户的原始信号。天线跟踪设备：因为静止卫星并非绝对静止，需要自动或手动跟踪卫星的位置，手动需要人工定位，自动需要相关的电子设备进行定位。,卫星地球站的组成信号工作流程,图示,基带信号,基带处理及调制器,上变频器,合路

12、器,功率放大器,双工器,天线,低噪声放大器,分路器,下变频器,解调及基带处理,基带信号,70M中频信号,L波段中频信号,KU波段中频信号,影响卫星通信的常见因素,日凌：每年春分和秋分前后几天中，在星下点的中午一段时间里，太阳、地球和卫星处在一条直线上，且卫星在地球和太阳之间，在这种情况下，地球站天线指向卫星的同时，也指向太阳。由于太阳是一个强大的噪声源，因此，地球站天线接收卫星转发器信号的同时，还不可避免地接收来自太阳的噪声，使信号完全被噪声淹没而造成通信中断。这种现象就叫日凌中断。这种现象每年发生两次，每次延续6天。每次几分钟，约占全年通信时间的0.02。,影响卫星通信的常见因素,影响卫星通

13、信的常见因素,星蚀：与发生日凌原因相似，每年春分和秋分前后各23天中，在星下点的午夜前后，太阳、地球和卫星处在一条直线上，卫星进入地球的阴影区，就会发生卫星的日蚀，即发生星蚀。发生星蚀时会造成卫星通信中断。地星食，当地球处在太阳和卫星之间，并成一条线的时候，由于地球阴影的原因，卫星的太阳能电池不能正常供电。雨衰：雨、云、雾会吸收信号并使噪声增加，在10GHZ以上频带表现尤为明显。外部噪声：天线前部有障碍物或天线前部有噪声源，会增加噪声，影响信号的接收。,我公司VSAT卫星网现状概述,北京华油天然气有限责任公司（北京天然气集输公司）通信系统为Ku波段VSAT卫星通信系统,于1998年元月全网建成

14、开通。该系统原租用亚卫号卫星第八转发器3MHz带宽频带，开放了数据、话音和图象传输等业务。根据业务发展需要，于1999年10月1日改租鑫诺1号第7A转发器5.3MHz带宽频带。,我公司VSAT卫星网现状概述,该系统由一个主控站(HUB)和若干个无人值守远端站(VSAT)组成。主控站建在北京天然气集输公司调度控制中心大楼内。远端站中大部分站为陕京天然气管线的SCADA系统和生产运行通信服务。每站配有12路数据接口和14路话音接口；另有1个远端站建在主控站机房内作培训站使用。,我公司VSAT卫星网现状VSAT设备介绍,典型VSAT站主要包括三部分:天线、室外单元(ODU)、室内单元(IDU)。室外

15、单元由天线馈源、接收设备(低噪声放大器和下变频器)、发送设备(高功放和上变频器)组成。ODU通过中频连接电缆(IFL)连接到IDU。IDU包括基带接收设备(中频下变频器和解调器)、基带发射设备(中频上变频器和调制器)、用户终端或电话的接口设备和对输入输出信号进行监控的处理器等。室内单元包括TES、PES或HES单元等。,名词解释VSAT,VSAT是Very Small Aperture Terminal的英文缩写，意思是甚小口径卫星通信终端，通常是指终端天线口径在1.2-2.8米左右的卫星通信地球站。VSAT通信系统一般可以工作在二个频段，分别是14（上行）/12（下行）GHz的Ku频段和6（

16、上行）/4（下行）GHz的C频段。,名词解释TES,TES：Telephony Earth Station 由机箱、CU板、衰减器等部分组成。通过衰减器与室外单元连接，再通过天线与卫星实现通信。另一端通过CU板与程控交换机连接或直接连接话机完成通话链路的连通。TES室内单元主要用于传输话音，还可以进行传真和数据传输。,名词解释PES,PES：Personal Earth Station 室内单元用于传输数据。PES主要用于端站与调控中心之间的数据传输，端站控制系统数据通过BM85与PES通讯。PES再通过卫星传输至调控中心。PES与SCADA系统RTU的接口为RS-232C。另外，在PES出现

17、故障数据通路中断时，可通过MODEM拨号方式进行数据传输。,名词解释HES,HES：Hybrid Earth Station HES是TES与PES设备集成在一起，共用一套室外设备来实现传输数据和话音。HES中的TES和PES相互制约，当其中一个出现故障时另一部分无法正常工作，HES中的TES可以把故障PES卸下来之后恢复正常工作，而PES却不能在没有TES的情况下工作,我公司VSAT卫星网现状数据通信网,小站和主站通过卫星转发器构成星状网，主站是VSAT网的中心结点。其主站的有效全向辐射功率（EIRP）高，接收品质因数（G/T）大，故所有小站均可同主站互通。由于小站天线口径小、发射EIRP低

18、、接收G/T小，而此小站之间不能直接通信，必须经主站转发。数据VSAT网通常是分组交换网，数据业务采用分组传输方式，其工作过程是这样的：任何进入VSAT网的数据在发送之前先进行格式化，即把较长的数据报文分解成若干固定长度的信息段，加上地址和控制信息后构成一个分组，传输和交换时以一个分组作为整体来进行，到达接收点后，再把各分组按原来的顺序装配起来，恢复成原来的报文。,我公司VSAT卫星网现状数据通信网,数据VSAT网使用的卫星信道可以分为外向（Outbound）信道和内向（Inbound）信道。在数据VSAT网中，业务信道和控制信道是一致的，即业务子网和控制子网具有相同的星状结构，通信体制为TD

19、M/TDMA。主站通过卫星转发器向小站发数据的过程叫外向传输。外向信道一般采用TDM方式。从主站向各小站发送的数据，由主计算机进行分组化，组成TDM帧，通过卫星以广播方式发向网中所有小站。每个TDM帧中都有进行同步所需的同步码，帧中每个分组都包含有一个接收小站的地址。小站根据每个分组中携带的地址进行接收。小站通过卫星转发器向主站发数据的过程叫内向传输。内向信道一般采用TDMA。由小站向主站发送的数据，由小站进行格式化，组成信道帧（其中包括起始标记、地址字段、控制字段、数据字段、CRC和终止标记），通过卫星按照采用的信道共享协议发向主站。,我公司VSAT卫星网现状话音通信网,话音VSAT网控制子

20、网的传输体制与数据网是一致的，而业务子网则是典型的网状网结构。要实现网状网，SCPC（单路单载波）是一种简单可行的信道多址方式，SCPC信道分配则采用DAMA（按申请分配或称为按需分配）方式。目前，投入实用的系统大部分是采用DAMA-SCPC方式的话音VSAT网。为了兼顾少数大业务量站间业务，可以配置部分点对点预分配（固定分配）的信道。这种网状网的业务信道除了用于话音业务之外，也可以用于数据业务，分配方式和交换方式与话音业务类似。,我公司VSAT卫星网现状话音通信网,话音VSAT网的信道分配方式通常是按需分配与预分配结合。按需分配的呼叫过程有三个基本阶段：（1）呼叫建立 主叫方通过控制信道向网

21、控中心发出呼叫申请信息，网控中心在确认卫星信道和被叫方设备有空闲的条件下，向主叫方和被叫方分配卫星信道，主叫方和被叫方进行导通测试，建立线路。在这个阶段，网控系统的主要任务是在规定的时间内建立线路，并使插入的附加呼损尽可能小。（2）通话 线路建立后，两方即可进行通话或数据传输。（3）拆线 通话结束后，由通话的主叫方或通话双方（取决于系统设计）向网控中心发出通话结束信息，网控中心发回确认并回收资源（包括卫星信道和用户信道设备）。在这个阶段，网控中心的主要任务是及时、准确地回收空间资源和地面资源。,名词解释星状结构,模式：小站A卫星主站卫星小站B 星状结构的小站间是通过主站进行的。由于信号是两次上

22、星下星，因此时延比较大，不适合于话音传输。这种结构比较适合于数据传输。,名词解释网状结构,模式：小站A卫星小站B 较适合于点到点之间进行实时性通信的应用环境，比如建立单位内的VSAT专用电话网等（在进行信道分配、网络监控管理等时一般仍要用星形结构）。网状结构可以直接经过卫星进行小站与小站间的通信，它的时延比较小，经较适合话音信号的传输。,名词解释混合结构（星状+网状）,最适合于点到点或点到多点之间进行综合业务传输的应用环境。此种结构的VSAT网在进行点到点间传输或实时性业务传输时采用网状结构，而进行点到多点间传输或数据传输时采用星状结构；在星状和网状结构时可采用不同的多址方式。此种结构的VSA

23、T网综合了前两种结构的优点，允许两种差别较大的VSAT站（即小用户用小站，大用户用大站）在同一个网内较好地共存，能进行综合业务传输，能择优选择最合适的多址方式，估计会有较大的发展。,名词解释-地面站品质因数,一般来说，工作频段一定，当折算到地面站馈线输入端的总等效噪声温度一定时，天线口径越大，地面站接收灵敏度就越高，通常用地面站品质因数G/T来描述，它是地面站最重要功能规范之一。G/T 值的分贝计算式为：G/T=10lgG-10lgT(公式1-2)式中，G为接收天线增益；T为地面站馈线输入端处的等效噪声温度。当地面站天线向卫星发射的功率一定时，若天线增益越高，则发射机需输出的功率越小。当卫星覆

24、盖图中在某地区的G/T值越高，即代表卫星对于这一地区的上行信号有较好的接收性能。,名词解释-地面站有效全向辐射功率,有效全向辐射功率(EIRP)表征卫星地球站和卫星转发器的发射能力。EIRP=PTGT，称为地面站有效全向辐射功率；频频宽度宽，应与天线分系统相同，载频的精度高，载波频率的相对精确度应优于6 10-6；放大器的线性度好；增益稳定，对发射的有效全向辐射功率要保持在规定值的0.5dB以内。,名词解释-传播方程式,由于电磁波可以看作从一个起点发出后在自由空间内传播，传播距离越远，能量分布散开得越广，因而能量密度越小，或者说电场强越弱。所以可以写出接收点的信号功率为：PR=PTGTGRLP

25、(公式1.3)式中：PT发射功率；GT发射天线增益；GR接收天线增益；LP=4d/为自由空间的传播损耗；d传播距离；工作波长。,名词解释 TDM/TDMA体制,外向信道采用TDM方式，内向信道采用TDMA方式。这种系统信道利用率最高，容量大，灵活性好，扩容方便。可工作在C或Ku波段。换频由主站通过控制主站和VSAT的频率合成器来实现，因此比较方便，受干扰影响小。当内向采用多个载波时，便产生了多载波TDMA，即一个转发器的频带容纳多个不同的载波，各载波以窄带TDMA方式工作。网中各站发射或接收所用的频率和时隙均可调整。由于采用了TDMA、FDMA和TDM的组合，系统灵活性增加，显著提高了系统容量

26、。此体制特别适合于网络容量大、由许多稀路由地球站组成、每站含有几路话且业务类型多变、需要动态和灵活连接的情况。采用这种方式的网络效率最高，但技术较复杂。,我公司VSAT卫星网设备的维护,1定期检查对星指示是否变化（方位、俯仰指示线），确保天线对准卫星；2定期检查卫星参数，确保信噪比处于最佳值；3在卫星工作不正常时，应及时与主站联系做commission，调整好卫星功率；如果采用多种方法仍不能排除故障，可考虑对星；4对PES每月作一次COMMISSION（软件调整），调整一下功率，当后面灯显示“3/B.”时，表示已通过，此时可将SW开关置回NOMAL状态；,我公司VSAT卫星网设备的维护,5定期

27、检查所有入室电缆点的封闭情况，在室内对每个电缆入室点的漏雨迹象要进行检查，及时堵漏；检查各电缆头的密封情况，密封不好会造成电缆的绝缘性下降，甚至会造成短路，损坏设备。6检查天线和ODU外加接地线的连接是否良好，房顶防雷接地是否良好；7应经常检查通讯系统接地电阻和零地电压，要求接地电阻小于2，零地电压小于2V；同时应检查所有电缆连接是否松动；8在信号或话音质量变差时，检查ODU上测试口与屏蔽地之间电压，应在1.3到1.5V之间，若大于此值，说明天线偏离卫星，应按找星方法微调天线；9定期对卫星设备除尘；,我公司VSAT卫星网设备的维护,10PES、TES用VSAT天线锅面应一年清扫一次，下雪时也应

28、及时清扫，以确保信号正常传输；由于其辐射性强（PES功率为1W、TES功率为4W），打扫时，应先关电源，然后打扫；11VSAT天线调仰角螺栓应涂上黄油，并用胶带缠绕保护；其地角螺栓应涂银粉，防止锈蚀；12室外单元（ODU）应经常检查各接头有无破损，锅面有无损坏；13电源部分中，要求始终由UPS供电，一旦UPS断电，设备也应断电（断电后应及时关闭TES、PES和程控交换机电源），然后由专门人员手动重启；电源接法：ODU和程控交换机电源为左零右火；PES、TES为左火右零；,补充内容架设卫星天线步骤,在陌生的地方架设卫星天线，第一件事是找出正南方。因为不论你人在北半球的何处，只要面对正南方，就可以找到卫星同步带。一 仰角、方位调整 1 计算或查找资料确定天线的仰角和方位角；2 旋动调节螺杆，改变天线仰角，可以用量角器或罗盘来调节仰角；3 仰角调好以后，慢慢转动天线，搜寻卫星，并将信号调至最佳。二 调整LNB极性 1 旋转LNB，较准LNB探针与垂直波或水平波的感应角度。,