衛(wèi)星通信系統(tǒng)

第四章衛(wèi)星通信系統(tǒng) 4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成 4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式 4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)4.4VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)第1頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成4.1.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本概念衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，在兩個或多個地球站之間進(jìn)行通信。地球站是指設(shè)在地球表面，包含地面、海洋和大氣中通信站。

按衛(wèi)星結(jié)構(gòu)劃分，通信衛(wèi)星又可分為無源衛(wèi)星和有源衛(wèi)星。按衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)軌道劃分，通信衛(wèi)星又可分為靜止衛(wèi)星和運(yùn)動衛(wèi)星。

靜止衛(wèi)星就是只發(fā)射到赤道上空35800km附近圓形軌道上衛(wèi)星，其運(yùn)動方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致，并繞地球一周時間恰好為24h，與地球自轉(zhuǎn)周期相同，因而從地球看過去，如同靜止普通，因而稱為靜止衛(wèi)星。以靜止衛(wèi)星作為中繼站所組成通信系統(tǒng)為靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)或同時衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

圖4-1中標(biāo)示出了地球與靜止衛(wèi)星之間相對位置。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第2頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-1靜止衛(wèi)星配置幾何關(guān)系衛(wèi)星通信系統(tǒng)第3頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成4.1.2衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成一個完整衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由空間分系統(tǒng)、地球站群、跟蹤遙測及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理系統(tǒng)4部分組成，如圖4-2所表示。各部分功效介紹以下。圖4-2衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)第4頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成空間分系統(tǒng)是指包含通信裝置在內(nèi)通信衛(wèi)星主體以及星體遙測指令、控制系統(tǒng)和能源裝置等。

地球站群包含中央和若干個普通地球站。

跟蹤遙測及指令系統(tǒng)功效主要是完成對衛(wèi)星跟蹤測量和控制，使其準(zhǔn)確進(jìn)入衛(wèi)星軌道上指定位置，并對衛(wèi)星定時進(jìn)行軌道修正和位置保持。

監(jiān)控管理系統(tǒng)功效主要是在業(yè)務(wù)開通前后對定點(diǎn)衛(wèi)星進(jìn)行通信性能檢測和控制。衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作原理

圖4-3所表示為一個經(jīng)典衛(wèi)星通信線路，其中包含收發(fā)地球站、上下行無線傳輸線路和通信衛(wèi)星。

當(dāng)發(fā)端地球站A欲未來自市話局多路電信號發(fā)往地球站B時，首先對這些多路信號進(jìn)行復(fù)用，從而組成多路基帶信號，然后由發(fā)射設(shè)備進(jìn)行中頻調(diào)制經(jīng)上變頻，將70MHz中頻信號變換成微波信號，再經(jīng)射頻功率放大器、雙工器和地球站天線發(fā)往處于外層空間衛(wèi)星。信號經(jīng)過大氣層和宇宙空間傳輸。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第5頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-3衛(wèi)星通信線路組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)第6頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器接收器中，首先對微波頻率為f1上行信號進(jìn)行低噪聲放大，然后將其轉(zhuǎn)換成為頻率為f2下行微波信號，再經(jīng)過衛(wèi)星發(fā)射機(jī)功率放大，經(jīng)過雙工器由天線將信號發(fā)往地面站。地球站基本組成

（1）對地球站性能要求。為了確保地球站與通信衛(wèi)星之間正常通信，所以國際上相關(guān)部門對標(biāo)準(zhǔn)地球站必備性能做出了規(guī)范。①地球站品質(zhì)因數(shù)指標(biāo)。地球站品質(zhì)因數(shù)是指地球站接收天線增益G與地球站接收系統(tǒng)等效噪聲溫度T之比，它代表地球站接收微弱信號能力，用符號G/T表示，不一樣類型標(biāo)準(zhǔn)地球站品質(zhì)因數(shù)不一樣。A型站B型站C型站衛(wèi)星通信系統(tǒng)第7頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成②有效全向輻射功率EIRP。有效全向輻射功率表示地球或衛(wèi)星發(fā)射能力強(qiáng)弱。③穩(wěn)定射頻頻率。④射頻能量擴(kuò)散。⑤干擾影響限制。

（2）地球站組成。圖4-4所表示為一個經(jīng)典標(biāo)準(zhǔn)地球站結(jié)構(gòu)示意圖，主要由天線分系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)、接收機(jī)分系統(tǒng)、通信控制分系統(tǒng)、信道終端設(shè)備分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)6個分系統(tǒng)組成。分別為：天線分系統(tǒng)、發(fā)射機(jī)分系統(tǒng)、接收機(jī)分系統(tǒng)、信道終端設(shè)備分系統(tǒng)、通信控制分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)。

（3）地球站天饋線系統(tǒng)。地球站天線系統(tǒng)是一個龐大系統(tǒng)。依據(jù)地球站天線口徑大小，可將地球站劃分為A、B、C3種站型。VSAT稱為甚小口徑終端。性能以及適用業(yè)務(wù)類型如表4-1所表示。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第8頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-4國際衛(wèi)星通信頻分多址方式A型標(biāo)準(zhǔn)地球站組成方框圖衛(wèi)星通信系統(tǒng)第9頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成表4-1

各類地球站天線尺寸、工作性能以及適用業(yè)務(wù)類型類型地球站標(biāo)準(zhǔn)天線尺寸/m最?。℅/T）值/（dB/K）業(yè)務(wù)頻段/GHz大型站（國家）ACB15～18（原30～32）12～14（原15～18）11～1335.0（原40.7）37.0（原39）31.7電話、數(shù)據(jù)、TV、IDR、IBS電話、數(shù)據(jù)、TV、IDR、IBS電話、數(shù)據(jù)、TV、IDR、IBS6/414/11&126/4中型站（衛(wèi)星通信）F—3E—3

F—2

E—29～108～107～85.0～7.029.034.027.029.0電話、數(shù)據(jù)、IBS、TV、IDR電話、數(shù)據(jù)、IBS、TV、IDR電話、數(shù)據(jù)、IBS、TV、IDR電話、數(shù)據(jù)、IBS、TV、IDR6/414/11&126/414/11&12小型站（商用）F—1

E—1

D—14.5～53.54.5～5.522.72

50022.7IBS、TVIBS、TVVISTA6/414/11&126/4VSAT

TVROG0.6～2.41.2～115.516INTELNETTV6/4；14/11&126/4；14/11&12國內(nèi)Z0.6～325.5～16國內(nèi)6/4；14/11&12衛(wèi)星通信系統(tǒng)第10頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成通信衛(wèi)星組成

（1）對通信衛(wèi)星技術(shù)要求。符合維持通信衛(wèi)星正常工作供電要求；保持正常衛(wèi)星姿態(tài)；保持穩(wěn)定自旋速度；保持在要求軌道上；衛(wèi)星上設(shè)備應(yīng)工作在穩(wěn)定溫度環(huán)境下。

（2）通信衛(wèi)星組成

其組成結(jié)構(gòu)圖如圖4-6所表示。詳細(xì)包含天線分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)、遙測與指令系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)和溫控分系統(tǒng)等6個部分。①天線分系統(tǒng)：共配置了兩種不一樣用途天線，一個是用于收發(fā)用戶信息通信天線，另一個是適合用于收發(fā)遙測指令信號天線。通常遙測指令天線采取全向天線。②通信分系統(tǒng)：也稱為衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器或中繼器，它是一部寬頻帶收發(fā)信機(jī)。每個轉(zhuǎn)發(fā)器使用一定頻段，負(fù)責(zé)覆蓋指定區(qū)域。所以要求轉(zhuǎn)發(fā)器能夠提供穩(wěn)定可靠地工作環(huán)境，并要求附加噪聲小和失真要小。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第11頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成③控制分系統(tǒng)：負(fù)責(zé)完成姿態(tài)控制和位置控制功效。姿態(tài)控制用以確保衛(wèi)星對地球或其它基準(zhǔn)物保持正確姿態(tài)。④遙測與指令分系統(tǒng)：為了隨時了解衛(wèi)星內(nèi)部設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和便于地球站天線進(jìn)行衛(wèi)星跟蹤，需要發(fā)射一系列遙測信號，包含衛(wèi)星內(nèi)部工作狀態(tài)信號、來自傳感器信號、指令證實(shí)信號等。指令信號是由地面控制站依據(jù)需要發(fā)起，由轉(zhuǎn)發(fā)器中遙測指令天線負(fù)責(zé)接收，送至控制分系統(tǒng)。⑤電源分系統(tǒng)：通信衛(wèi)星上常使用兩種電池，即太陽能電池和化學(xué)電池。⑥溫控分系統(tǒng)：當(dāng)衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)轉(zhuǎn)時，時而面向太陽，時而繞到地球后面，二者溫差改變很大，且頻繁。所以必須采取溫控裝置來控制衛(wèi)星內(nèi)部溫度，以確保衛(wèi)星發(fā)射頻率穩(wěn)定。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)第12頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-6通信衛(wèi)星組成示意圖衛(wèi)星通信系統(tǒng)第13頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成（3）衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器常分為透明轉(zhuǎn)發(fā)器和處理轉(zhuǎn)發(fā)器兩種。①透明轉(zhuǎn)發(fā)器。透明轉(zhuǎn)發(fā)器也稱非再生轉(zhuǎn)發(fā)器，包含單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器和雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器兩種。

單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器是當(dāng)前使用最多一個轉(zhuǎn)發(fā)器，如圖4-7（a）所表示。雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器結(jié)構(gòu)如圖4-7（b）所表示。②處理轉(zhuǎn)發(fā)器。處理轉(zhuǎn)發(fā)器是指除了含有轉(zhuǎn)發(fā)功效之外，還含有處理功效轉(zhuǎn)發(fā)器，其結(jié)構(gòu)如圖4-7（c）所表示。

（4）通信衛(wèi)星天線系統(tǒng)。衛(wèi)星天線大致可分為兩種類型。一個是用于遙測、遙控和標(biāo)信信號全向天線，這類天線慣用鞭狀、螺旋形、繞桿式或套筒偶極子天線；是一個高頻或甚高頻天線。依據(jù)波束二代寬度不一樣，它又分為3類：全球波束天線；點(diǎn)波束天線；區(qū)域波束天線。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第14頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-7衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器衛(wèi)星通信系統(tǒng)第15頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式4.2.1多址技術(shù)基本概念及信道分配方式多址技術(shù)是指在衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)多個地球站，經(jīng)過同一顆衛(wèi)星中繼建立兩址和多址之間通信技術(shù)。

多址技術(shù)是建立在信號分割基礎(chǔ)之上，即在發(fā)射端利用信號之間參量差異來進(jìn)行信號設(shè)計，使接收端能夠按發(fā)端所設(shè)計信號差異，從所接收信號中分離出各路信號，因而不一樣控制策略組成不一樣多址訪問方式。多址技術(shù)包含多址方式和多址分配方式。信道分配方式

信道分配方式實(shí)際上就是指怎樣進(jìn)行信道分配。所采取多址方式不一樣，其信道內(nèi)含不一樣。在FDMA方式中，信道分配是指各地球站所占用轉(zhuǎn)發(fā)器頻段；在TDMA方式中，則是指各地球站所占用時隙，而在CDMA方式中卻是指各地球站所使用碼型。

（1）預(yù)分配方式。預(yù)分配（PA）方式又可分為固定預(yù)分配（FPA）和按時預(yù)分配（TPA）。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第16頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式①固定預(yù)分配（FPA）方式。固定預(yù)分配是指按事先要求半永久性地分配給每個地球站固定數(shù)量信道，這么各地球站只能各自在特定信道上完成與其它地球站通信，其它地球站不得占用該信道。如圖4-10（a）所表示。②按時預(yù)分配（TPA）方式。事先知道了各地球站間業(yè)務(wù)隨時間改變規(guī)律，那么在一天內(nèi)可按約定對信道做幾次固定調(diào)整，這種方式就是按時預(yù)分配（TPA）方式。

（2）按需分配方式。按需分配（DA）方式是一個分配可變制度，這個可變是指按申請進(jìn)行改變信道分配。依據(jù)信道分配可變程度不一樣，按申請分配制度又可分為以下幾個類型：收端可變、發(fā)端固定DA方式；收端固定、發(fā)端可變DA方式；收、發(fā)可變DA方式；動態(tài)分配；隨機(jī)分配。多址技術(shù)

可分為頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第17頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-10多址分配示意圖衛(wèi)星通信系統(tǒng)第18頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式頻分多址訪問方式（FDMA）是衛(wèi)星通信多址技術(shù)中一個比較簡單多址訪問方式。時分多址訪問方式（TDMA）是以時間為參量來進(jìn)行分割，其在頻率和空間上無法分開，那么不一樣信號占據(jù)不一樣時間段，彼此互不重合。

空分多址訪問方式（SDMA）是以空間作為參量來進(jìn)行分割，其在頻率和時間上無法分開，因而不一樣信道占據(jù)不一樣空間，這么衛(wèi)星可依據(jù)空間位置接收對應(yīng)覆蓋區(qū)域中各地球站發(fā)送上行鏈路信號。

碼分多址訪問方式（CDMA）是以信號波形、碼型為參量來實(shí)現(xiàn)多址訪問，其頻率、時間、空間上均無法分開，因而不一樣地球站使用不一樣碼型作為地址碼，而且這些碼型相互正交或準(zhǔn)正交。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第19頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式4.2.2頻分多址技術(shù)頻分多址技術(shù)工作原理與應(yīng)用特點(diǎn)（1）工作原理。如圖4-11所表示。

（2）應(yīng)用特點(diǎn)。最突出特點(diǎn)是簡單、可靠、易于實(shí)現(xiàn)。FDMA分類

依據(jù)每個地球站在其發(fā)送載波中是否采取復(fù)用技術(shù)，又可將FDMA分為兩大類：每載波多路信道FDMA（MCPC-FDMA）和每載波單路信道FDMA（SCPC-FDMA）。通常采取衛(wèi)星交換FDMA（SS-FDMA）以實(shí)現(xiàn)不一樣波束區(qū)內(nèi)地球站之間互通。

（1）每載波多路MCPC-FDMA方式。圖4-12所表示為采取每載波多路MCPC-FDMA方式系統(tǒng)工作原理示意圖，它是利用A、B地球站實(shí)現(xiàn)A、B、C、D地球站通信實(shí)例。從圖中能夠看出，在發(fā)送地球站A，首先基帶復(fù)用器按接收站歸類將發(fā)往B、C和D地球站幾路數(shù)據(jù)信號復(fù)用成基帶復(fù)用信號，其頻譜如圖所表示，然后將其送往調(diào)制器和發(fā)射機(jī)進(jìn)行信號調(diào)制、上變頻，使之位于分配給A站衛(wèi)星通信系統(tǒng)第20頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-11頻分多址方式示意圖衛(wèi)星通信系統(tǒng)第21頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-12以MCPC-FDMA方式實(shí)現(xiàn)兩個地球站之間通信示意圖衛(wèi)星通信系統(tǒng)第22頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式射頻頻帶BA之中，并沿上行鏈路發(fā)送給衛(wèi)星接收器。在衛(wèi)星上通常所接收信號中包含許多頻譜互不重合載波。當(dāng)經(jīng)過衛(wèi)星合路、變頻和放大處理之后，轉(zhuǎn)發(fā)到下行鏈路之中。

（2）每載波單路SCPC-FDMA方式。每載波單路FDMA方式是指在SCPC系統(tǒng)中，每個載波中僅傳送一路信號，這么在SCPC工作過程中，將無須進(jìn)行基帶復(fù)用、基帶濾波和基帶去復(fù)用處理。SCPC方式主要應(yīng)用于業(yè)務(wù)量較小、同時通信路數(shù)最多只有幾條甚至一條地球站。顯然采取固定分配載波MCPC方式會造成頻帶浪費(fèi)，所以SCPC系統(tǒng)信道分配不再采取固定方式，而采取按申請分配方式，即用戶欲進(jìn)行通信時，需預(yù)先發(fā)出一個使用信道申請，當(dāng)使用完成之后，便將其釋放，今后其它用戶能夠申請使用該通道。SCPC系統(tǒng)SCPC（SingleChannelPerCarrier），它是每載波單路FDMA方式，它既能夠采取固定預(yù)分配線路方式，也能夠采取按需分配線路方式。在此方式下工作語音線路能夠采取語音激活技術(shù)，從而更有效地利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第23頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式依據(jù)基帶體制和對載波調(diào)制方式不一樣，SCPC可分為模擬制（FM-SCPC）及數(shù)字制（預(yù)分配SCPC和按需分配SCPC）兩種。

（1）預(yù)分配SCPC。數(shù)字制預(yù)分配SCPC又包含PCM-PSK-SCPC和DM-PSK-SCPC方式。我們以PCM-PSK-SCPC為例進(jìn)行介紹。

在預(yù)分配SCPC方式中，任意兩地球站之間進(jìn)行通信時，其下行鏈路載波只攜帶一路信號而且占用一條衛(wèi)星通道?？梢娺@種方式是以制訂通道完成對應(yīng)兩個地球站之間通信，所以通道劃分便尤為主要。

圖4-15

SCPC系統(tǒng)頻率配置衛(wèi)星通信系統(tǒng)第24頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式①SCPC頻率配置。采取SCPC方式工作IS-IV衛(wèi)星通信系統(tǒng)將其中一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器36MHz帶寬間隔地分為800個通道，其頻率分配如圖4-15所表示。②SCPC終端設(shè)備結(jié)構(gòu)。圖4-16所表示為在SCPC方式下工作各地球站終端設(shè)備結(jié)構(gòu)圖，SCPC終端設(shè)備包含地面接口單元、信道單元和公用單元3大部分。

地面接口單元：負(fù)責(zé)語音業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)輸入與輸出功效。

信道單元：包含語音接口、數(shù)據(jù)接口、語音編碼/譯碼器、數(shù)據(jù)編碼/譯碼器、語音檢測器、信道同時器、頻率合成器和相位調(diào)制/解調(diào)器等用來完成語音信號和數(shù)據(jù)信號編碼、調(diào)制功效設(shè)備。

公用單元：主要包含中頻單元和定時與頻率單元等。③語音信號傳輸過程。a.語音信號傳輸格式；b.載波恢復(fù)碼和位定時恢復(fù)碼；c.SOM作用；d.語音信號傳輸過程。④數(shù)據(jù)信號傳輸過程。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第25頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-16

SCPC終端設(shè)備結(jié)構(gòu)圖衛(wèi)星通信系統(tǒng)第26頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-17語音信號傳輸格式衛(wèi)星通信系統(tǒng)第27頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-18

SPADE系統(tǒng)頻率配置衛(wèi)星通信系統(tǒng)第28頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式（2）按需分配SCPC。按需分配SCPC，即SPADE，SPADE設(shè)備采取按需分配脈沖調(diào)制、多址連接方式SCPC設(shè)備，其系統(tǒng)頻率配置如圖4-18所表示。

在采取SPADE方式工作衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，通常將一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器一部分頻率配置為公用傳信通道（CSC），而另一部分頻率配置為語音通道（CH）。其中語音通道頻率配置與PCM-PSK-SCPC系統(tǒng)中頻率配置相同，其相鄰兩通道間間隔為45kHz，并以導(dǎo)頻為界劃分為高頻組和低頻組，每組中各排列了400條通道。

可見是因為SPADE在衛(wèi)星線路占用上采取是按需分配方式，從而大大地提升了有限信道利用率，因而受到世界各國重視，并得到廣泛應(yīng)用。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第29頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式4.2.3時分多址技術(shù)時分多址概念及其應(yīng)用特點(diǎn)（1）基本概念

圖4-19所表示為TDMA系統(tǒng)模型，從中能夠清楚地看出，再按時分多址方式工作系統(tǒng)中，因為分配給各地球站是特定時隙，而不是特定頻帶，因而每個地球站必須在分配給自己時隙中用相同載波頻率向衛(wèi)星發(fā)射信號，并經(jīng)放大后沿下行鏈路重新發(fā)回地面。衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器也必須按時間次序接收來自不一樣地球站信號，而且彼此互不重合。

因為TDMA系統(tǒng)那個中全部地球站所發(fā)送上行信號載波頻率都相同，因而要求全部地球站在時間上必須保持同時。

（2）應(yīng)用特點(diǎn)TDMA技術(shù)有以下優(yōu)點(diǎn)：不存在FDMA中互調(diào)問題；系統(tǒng)容量大，衛(wèi)星功率利用率高；提升信號傳輸質(zhì)量，有利于綜合業(yè)務(wù)接入；使用靈活。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第30頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式但同時也存在著不足：必須保持各地球站之間同時，才能讓全部用戶實(shí)現(xiàn)共享衛(wèi)星資源目標(biāo)；要求采取突發(fā)解調(diào)器；模擬信號需轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號才能在網(wǎng)絡(luò)中傳輸；早期投資較大，系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)復(fù)雜。圖4-19

TDMA系統(tǒng)模型衛(wèi)星通信系統(tǒng)第31頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式TDMA地球站設(shè)備圖4-20所表示為TDMA地球站設(shè)備組成示意圖，它由地面接口、TDMA終端和信道終端組成。圖4-20

TDMA地球站設(shè)備衛(wèi)星通信系統(tǒng)第32頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式（1）TDMA幀結(jié)構(gòu)。如圖4-21所表示，TDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)主要包含同時分幀（RB）和數(shù)據(jù)分幀（DB）。①同時分幀（或基準(zhǔn)分幀）。同時分幀中包含載波、位定時恢復(fù)（CR和BTR）、獨(dú)特碼（UW）和站址識別碼（SIC）。②數(shù)據(jù)分幀。一個數(shù)據(jù)分幀包含了若干個業(yè)務(wù)分幀，而且每個業(yè)務(wù)分幀是由分幀報頭和多個PCM數(shù)據(jù)通路組成，其中所包含業(yè)務(wù)分幀數(shù)目與系統(tǒng)中所容納站數(shù)或地址數(shù)相關(guān)，他們長度能夠相同，也能夠不相同。③幀效率。若幀長為Tf，從圖4-20中能夠看出每一幀包含一個同時分幀和m個業(yè)務(wù)分幀，這說明該系統(tǒng)能夠與m個地球站實(shí)現(xiàn)互通。a.系傳輸速率Rb。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第33頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式b.幀長。。比如某PCM編碼器抽樣速率為每秒8000次，則，若K=1，那么；若K=6，那么，這意味著緩沖存放器每存入6次取樣比特數(shù)，才輸出1次?？梢奣f越長，則要求緩沖存放器容量越大，所以必須依據(jù)實(shí)現(xiàn)設(shè)計要求，選取適當(dāng)Tf。c.分幀長度。d.幀效率。所謂幀效率是指一幀內(nèi)有效數(shù)據(jù)信息所占時間與幀長之比。在一定情況下，Tf越長，幀效率越高，但普通幀長Tf取125μs整數(shù)倍；當(dāng)所采取緩沖存放器存放量K增大，而其它參數(shù)不變時，隨之增高，當(dāng)K→∞，則→1，但成本也增大。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第34頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-21

TDMA系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)衛(wèi)星通信系統(tǒng)第35頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成例4-1已知一個TDMA系統(tǒng)，采取QPSK調(diào)制方式，設(shè)幀長為系統(tǒng)中所包含站數(shù)m=5，各站所包含通道數(shù)相同n=4，保護(hù)時間，基準(zhǔn)分幀比特數(shù)Br與各報頭比特數(shù)Bp均為90bit，每個通道傳輸24路（PCM編碼，沒取樣值編8bit碼，一群加一位同時比特），求PCM編碼器輸出速率Rs、系統(tǒng)傳輸比特率Rb、分幀長度Tb、幀效率ηf及傳輸線路要求帶寬B。解：

衛(wèi)星通信系統(tǒng)第36頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式（1）地面接口。地面接口是與用戶進(jìn)行信息交互輸入、輸出接口。地面接口電話包含PCM編碼器、異步復(fù)接器和FDM/TDM制式轉(zhuǎn)換器等。

（3）TDMA終端。從圖4-22中能夠清楚地看出，TDMA終端包含三大部分，即發(fā)射部分、接收部分和控制部分。①TDMA終端功效：完成幀發(fā)送和接收；實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)同時；實(shí)現(xiàn)對衛(wèi)星線路分配與控制。②幀發(fā)送與接收。在TDMA系統(tǒng)中，不一樣性質(zhì)信號，其發(fā)送個接收過程不一樣。

語音信號傳送如圖4-21所表示，n路模擬語音信號同時被送入地面接口電路（TIM），在這里首先分別經(jīng)過PCM編碼器換成與衛(wèi)星時鐘同時數(shù)字語音信號，然后送至各自緩沖存放器，送入多路復(fù)用裝置，并經(jīng)擾碼和糾錯編碼處理，在TDMA定時單元控制下，在每幀要求時間段，由合路器將報頭插入，從而組成一個完整TDMA幀，隨即進(jìn)行QPSK調(diào)制，將TDMA幀信號調(diào)制到中頻（70MHz）響應(yīng)信號，再利用QPSK解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，恢復(fù)出基帶數(shù)據(jù)信號，并將其送至報頭檢測器和多路分路裝置，在報頭檢衛(wèi)星通信系統(tǒng)第37頁4.2多址及隨機(jī)多址訪問方式測器中分析分幀報頭中獨(dú)特碼，以此判斷出該分幀信號是由哪個地球站發(fā)送給本站，同時在定時單元和收時序控制裝置控制下，取出對應(yīng)分幀數(shù)字信號，經(jīng)解擾碼和糾錯譯碼后，送至擴(kuò)展緩沖存放器，最終在收時序控制器控制下，將壓縮了告訴信號擴(kuò)展成連續(xù)低速數(shù)據(jù)信號，送往地面接口單元。

數(shù)據(jù)傳送原理與語音信號傳送原理相同，所不一樣是用異步合路器和異步分路器取代PCM編碼和解碼器。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第38頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-22

TDMA終端組成圖衛(wèi)星通信系統(tǒng)第39頁4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)4.3.1衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)基本概念及其分類衛(wèi)星移動通信是指利用衛(wèi)星轉(zhuǎn)接移動用戶間或移動用戶與固定用戶間相互通信。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)分類

（1）按衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)進(jìn)行劃分。分為海事衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（MMSS），航空衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（AMSS），陸地衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（LMSS）。

（2）按衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星軌道進(jìn)行劃分。中軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：其系統(tǒng)距地面5000～15000km。低軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)：其系統(tǒng)距地面5000～1500km左右。

（3）按衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)通信覆蓋區(qū)域進(jìn)行劃分。分為國際衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)、區(qū)域衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)和國內(nèi)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第40頁4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)特點(diǎn)為：通信距離遠(yuǎn)；系統(tǒng)容量大；在使用靜止軌道同時，也可使用中、低軌道衛(wèi)星，使楊文武性能更優(yōu)良，但在星座設(shè)計和技術(shù)上更為復(fù)雜。衛(wèi)星運(yùn)行軌道及星座設(shè)計

衛(wèi)星在外層空間圍繞著地球運(yùn)動，從而實(shí)現(xiàn)對地服務(wù)，可見其前提是使衛(wèi)星到達(dá)并運(yùn)行于某一適當(dāng)任務(wù)需求空間軌道。

（1）為性能更軌道基本概念。衛(wèi)星運(yùn)行軌道是指衛(wèi)星質(zhì)心運(yùn)動軌跡。

第一定律（橢圓率）：衛(wèi)星運(yùn)動軌跡為一個橢圓，稱為開普勒橢圓，其形狀大小保持不變。

第二定律（面積率）：鏈接衛(wèi)星與地球之間直線在相同時間內(nèi)掃過面積相等。

第三定律（周期律）：衛(wèi)星運(yùn)行周期平方正比于衛(wèi)星到地球平均距離立方，或者說衛(wèi)星運(yùn)轉(zhuǎn)周期平方與衛(wèi)星到地球平均距離立方之比為一個常數(shù)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第41頁4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（2）衛(wèi)星軌道分類。①按軌道傾角劃分：衛(wèi)星軌道可分為圓軌道、近圓軌道、橢圓軌道和大橢圓軌道。②按軌道傾角劃分：衛(wèi)星軌道可分為順行軌道、逆行軌道、赤道軌道、傾斜軌道和極低軌道。③按軌道高度劃分：衛(wèi)星軌道分為地軌道（LEO）、中軌道（MEO）和高軌道（HEO）。高軌道通常是指軌道高度高于0km軌道，同時衛(wèi)星軌道屬于此范圍。

（3）星座設(shè)計。連接空中星座內(nèi)相鄰衛(wèi)星之間通信鏈路被稱為星際鏈路。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作過程

如圖4-27所表示，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)通常包含空間段和地面段兩部分?？臻g段是指衛(wèi)星星座，而地面段是指包含衛(wèi)星測控中心、網(wǎng)絡(luò)操作中心、關(guān)口站和衛(wèi)星移動終端在內(nèi)地面設(shè)備。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第42頁4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（1）按一定規(guī)則分布衛(wèi)星構(gòu)成一個衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星星座。不一樣衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)其用途及功能不一樣，則采用衛(wèi)星數(shù)量、軌道性能也不一樣。（2）網(wǎng)絡(luò)操作中心具有管理衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)業(yè)務(wù)功能。（3）衛(wèi)星測控中心負(fù)責(zé)衛(wèi)星星座管理功能。（4）衛(wèi)星移動終端是一個終端設(shè)備。（5）關(guān)口站一方面負(fù)責(zé)為衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)與地面固定網(wǎng)、地面移動通信網(wǎng)提供接口以實(shí)現(xiàn)彼此間互通；其次，還負(fù)責(zé)衛(wèi)星移動終端接入控制工作。衛(wèi)星關(guān)口站又有歸屬關(guān)口站和本地服務(wù)關(guān)口站。歸屬關(guān)口站負(fù)責(zé)衛(wèi)星移動終端注冊登記。任何一個衛(wèi)星移動終端一定歸屬某一個歸屬關(guān)口站。我們將遠(yuǎn)離自己歸屬關(guān)口站衛(wèi)星移動終端附近關(guān)口站稱為本地服務(wù)關(guān)口站，該關(guān)口站具有為此衛(wèi)星移動終端提供呼叫服務(wù)功能。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第43頁4.1衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成圖4-27衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)基本組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)第44頁4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)工作過程可用圖4-1加以說明，在衛(wèi)星A下一個移動一個終端將呼叫處于衛(wèi)星B下一個移動終端，或呼叫與衛(wèi)星B下某個關(guān)口站相連固定網(wǎng)用戶，其呼叫過程以下。

（1）衛(wèi)星移動終端開機(jī)后，便自動向其歸屬關(guān)口站發(fā)出一個移動終端開機(jī)通知信息，并通知其詳細(xì)所在位置。假如該機(jī)處于備用狀態(tài)，或移動至一偏遠(yuǎn)地域，則需向歸屬關(guān)口站送一更新信息，方便更新存放在歸屬關(guān)口站中該移動終端位置信息。

（2）移動用戶向衛(wèi)星移動終端輸入被叫號碼。

（3）衛(wèi)星移動終端向該終端視線內(nèi)衛(wèi)星發(fā)出一個包含該終端注冊號碼和被叫終端號碼請求服務(wù)信息，并經(jīng)過衛(wèi)星將此信息傳送到當(dāng)?shù)胤?wù)關(guān)口站，以建立呼叫。

（4）當(dāng)?shù)仃P(guān)口站又經(jīng)過衛(wèi)星線路分別向主叫終端和被叫終端歸屬關(guān)口站發(fā)出問詢信息，如主叫或被叫終端是否有權(quán)使用此系統(tǒng)及其權(quán)限。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第45頁4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（5）如雙方都擁有使用權(quán)限，則系統(tǒng)將某衛(wèi)星信道分配給此主叫終端和被叫終端，以供連接，并同時向被叫終端發(fā)起呼叫。

（6）通話完成后，主叫和被叫終端釋放通信鏈路，并由當(dāng)?shù)仃P(guān)口站經(jīng)過衛(wèi)星鏈路向雙方歸屬關(guān)口站發(fā)送對應(yīng)通信統(tǒng)計，以供主叫和被叫終端歸屬關(guān)口站計費(fèi)等項使用。4.3.2衛(wèi)星移動通信技術(shù)抗干擾技術(shù)

在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)那個中一樣存在熱噪聲、交調(diào)干擾、鄰道干擾、交叉極化干擾以及碼間干擾。

（1）同頻干擾。全部進(jìn)入接收機(jī)通帶內(nèi)、與本信道頻率相同或相近無用信號都會對本信道信號組成干擾，這種干擾就是同頻干擾。相鄰波束間干擾和交叉極化都屬于同頻干擾。

（2）近端對遠(yuǎn)端干擾。這種干擾一樣存在于地面移動通信系統(tǒng)中，也稱為遠(yuǎn)近效應(yīng)。

（3）多址訪問干擾。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第46頁4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)抗干擾技術(shù)

在衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)那個中一樣存在熱噪聲、交調(diào)干擾、鄰道干擾、交叉極化干擾以及碼間干擾。

（1）同頻干擾。全部進(jìn)入接收機(jī)通帶內(nèi)、與本信道頻率相同或相近無用信號都會對本信道信號組成干擾，這種干擾就是同頻干擾。相鄰波束間干擾和交叉極化都屬于同頻干擾。

（2）近端對遠(yuǎn)端干擾。這種干擾一樣存在于地面移動通信系統(tǒng)中，也稱為遠(yuǎn)近效應(yīng)。

（3）多址訪問干擾。功率控制

一個衛(wèi)星發(fā)射天線覆蓋區(qū)中衛(wèi)星傳輸分為上行鏈路和下行鏈路。下行鏈路是指由衛(wèi)星至衛(wèi)星移動終端或關(guān)口站鏈路，普通衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中下行鏈路無須采取功率控制方式，功率控制使用于上行鏈路之中。上行鏈路是指由關(guān)口站至衛(wèi)星或衛(wèi)星移動終端至衛(wèi)星間傳輸鏈路。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第47頁4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)星上處理與交換

其處理內(nèi)容以下：

（1）對數(shù)字信號進(jìn)行解調(diào)再生，然后再進(jìn)行調(diào)制，去除噪聲積累影響。

（2）不一樣衛(wèi)星天線波束之間信號交換。

（3）更高級別信號變換和處理。4.3.3衛(wèi)星移動通信原理同時軌道衛(wèi)星移動通信原理

在同時軌道（GEO）衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，因為通信衛(wèi)星與地球同時運(yùn)行，因為相對地面靜止，這么經(jīng)過3顆彼此相距73000km同時衛(wèi)星組成衛(wèi)星星座，可覆蓋除南北極之外全部地域。

（1）同時軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)普通結(jié)構(gòu)。通常GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)由空間段GEO衛(wèi)星、地面關(guān)口站（MGS）、網(wǎng)絡(luò)控制中心（NCC）和衛(wèi)星移動終端（MT）組成。移動終端能夠是車載臺、船航、機(jī)戰(zhàn)、手持機(jī)等。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第48頁4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)①GEO衛(wèi)星。當(dāng)最小仰角為5°時，只需采取3顆GEO衛(wèi)星，便可實(shí)現(xiàn)除南北緯76°以外全球覆蓋。②關(guān)口站。關(guān)口站（MGS）是衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)與地面通信網(wǎng)（PSTN）進(jìn)行連接接口單元。③網(wǎng)絡(luò)控制中心。主要負(fù)責(zé)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)地面段控制管理任務(wù)。

（2）不一樣GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)通信信道①單星GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)②無星際鏈路多星GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。③有星際鏈路多星GEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)。中、低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)軌道高度較低中、低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，其鏈路損耗小，因而對用戶終端要求有所降低；同時因為其傳輸時延較短，在一衛(wèi)星移動終端到另一衛(wèi)星移動終端之間允許采取雙跳通信，這么便無需采取復(fù)雜星上交換處理技術(shù)。當(dāng)然中、低軌道衛(wèi)星衛(wèi)星通信系統(tǒng)第49頁4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)高度較低，衛(wèi)星運(yùn)行速率快，也使得多普勒頻移影響更嚴(yán)重，而且系統(tǒng)中采取衛(wèi)星數(shù)目多，也給星間切換控制帶來難題。

（1）中、低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。中、低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)也是由空間段和地面段兩部分組成?？臻g段主要指衛(wèi)星星座，它是由相對于地球高速運(yùn)動非靜止衛(wèi)星系組成，而地面段包含衛(wèi)星移動終端、關(guān)口站和系統(tǒng)控制中心。下面依次進(jìn)行介紹。①衛(wèi)星星座。它以一個最小仰角覆蓋地球一定區(qū)域，這個區(qū)域通常呈圓形，這些區(qū)域連結(jié)起來，組成衛(wèi)星星座對全球區(qū)域連續(xù)性覆蓋。②衛(wèi)星移動終端。衛(wèi)星移動終端就是用戶使用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)借口終端設(shè)備。③關(guān)口站。關(guān)口站是中、低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)與各種地面通信網(wǎng)之間接口單元。④系統(tǒng)控制中心。系統(tǒng)控制中心由衛(wèi)星控制中心和網(wǎng)絡(luò)控制中心組成。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第50頁4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)（2）中、低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)切換。在中、低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中，因為衛(wèi)星運(yùn)行軌道較低，所以它圍繞地球運(yùn)動速度很高，地面衛(wèi)星移動終端不一樣時刻是由衛(wèi)星星座中不一樣衛(wèi)星為其提供服務(wù)，要求在中止原有衛(wèi)星服務(wù)信道同時尋找新衛(wèi)星，重新進(jìn)行信道分配以確保此呼叫鏈路連續(xù)性，完成這一過程所進(jìn)行操作就稱為切換。①切換種類。針對衛(wèi)星移動終端與衛(wèi)星星座之間相對運(yùn)動影響而采取切換操作；針對關(guān)口站與衛(wèi)星星座之間相對運(yùn)動影響而采取切換操作；針對系統(tǒng)控制中心與衛(wèi)星星座相對運(yùn)動影響而采取切換操作；針對衛(wèi)星移動終端與關(guān)口站之間相對運(yùn)動影響而采取切換操作；針對各衛(wèi)星之間相對運(yùn)動影響而采取切換操作；關(guān)口站間衛(wèi)星切換；區(qū)內(nèi)衛(wèi)星移動終端切換。②切換實(shí)現(xiàn)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第51頁4.3衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)4.3.4衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中交換方式由數(shù)據(jù)通信原理可知，傳統(tǒng)交換方式主要有3種：電路交換、報文交換和分組交換。衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中業(yè)務(wù)特點(diǎn)衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中交換方式衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)中呼叫建立過程衛(wèi)星通信系統(tǒng)第52頁4.4VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)4.4.1VSAT概念及通信業(yè)務(wù)類型VSAT基本概念VSAT（VerySmallApertureTeminal），譯為甚小口徑終端（地球站）。VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)是指利用大量小口徑天線小型地球站與一個大型地球站協(xié)調(diào)工作組成一個衛(wèi)星通信系統(tǒng)。

（1）天線尺寸小，重量輕，安裝方便，能夠在Ka波段和Ku波段采取VSAT小型化技術(shù)。

（2）通信質(zhì)量好，可靠性高，組網(wǎng)靈活。

（3）終端尺寸小。VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)業(yè)務(wù)類型可概括成以下4種：

（1）交互式業(yè)務(wù)。

（2）查詢/對應(yīng)式業(yè)務(wù)。

（3）敘述統(tǒng)計式業(yè)務(wù)。

（4）批量數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)第53頁4.4VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)4.4.2VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成VSAT衛(wèi)星系統(tǒng)組成VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)中主要包含了主站、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器和若干小型遠(yuǎn)端VSAT小站。VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作原理

（1）VSAT系統(tǒng)結(jié)構(gòu)。通常將經(jīng)衛(wèi)星傳送到主站載波稱為入主站載波，其中傳輸鏈路定義為內(nèi)向鏈路；而將由主站經(jīng)衛(wèi)星傳送到VSAT系統(tǒng)中各小站載波稱為出主站載波，其傳輸鏈路定義為外向鏈路。假如入主站載波采取RA/TDMA方式時，出主站載波則以時分復(fù)用（TDM）方式工作，如圖4-29所表示。

系統(tǒng)中任何一個VSAT小站都是以分組形式工作，在數(shù)據(jù)報文