1、6.1 卫星通信概述卫星通信概述6.1.1卫星通信的基本概念卫星通信的基本概念 1.卫星通信卫星通信?卫星通信是指利用人造地球卫星作为卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发无线电信号，在多个地中继站，转发无线电信号，在多个地球站（卫星接收站）之间进行的通信。球站（卫星接收站）之间进行的通信。2.通信卫星的作用通信卫星的作用? 相当于离地面很高的微波中继站。相当于离地面很高的微波中继站。卫星通信的示意图卫星通信的示意图A、B、C、D、E分别分别为地球站。并且他们为地球站。并且他们都能同时看到卫星，都能同时看到卫星，那么，他们之间可经那么，他们之间可经过卫星转发信号进行过卫星转发信号进行时实
2、通信。时实通信。3.立即转发式卫星通信？立即转发式卫星通信？ 在只用一颗卫星工作的情况下在只用一颗卫星工作的情况下,只有那些只有那些(如如A、B两地球站两地球站)能同时能同时“看看”到卫星到卫星的地球站方可利用卫星相互转发无线电的地球站方可利用卫星相互转发无线电信号进行实时通信信号进行实时通信. 称为称为立即转发式卫立即转发式卫星通信。星通信。4.延迟转发式卫星通信？延迟转发式卫星通信？当两个地球站，若不能能同时当两个地球站，若不能能同时“看看”到卫到卫星星,又要利用卫星进行通信时又要利用卫星进行通信时, 只能采用只能采用延迟转发式延迟转发式. 5.同步同步(静止静止)卫星全球通信系统卫星全球
3、通信系统 n用三颗静止卫星的等间隔配置在地球赤用三颗静止卫星的等间隔配置在地球赤道平面内道平面内,这样三颗卫星就可覆盖整个地这样三颗卫星就可覆盖整个地球表面球表面,只有南北极附近存在盲区只有南北极附近存在盲区.n这三颗卫星运行周期为这三颗卫星运行周期为24小时小时, 运行轨道运行轨道在赤道所决定的平面内，定点高度约为在赤道所决定的平面内，定点高度约为35800Km，卫星与地球作切线，卫星与地球作切线,其夹角其夹角17.340的卫星组成。的卫星组成。 图7.2. 静止卫星覆盖区静止卫星覆盖区 6.1.2卫星通信的特点卫星通信的特点 1.卫星通信的优点卫星通信的优点 (1)通信距离远，覆盖区域大通
4、信距离远，覆盖区域大(2)可进行多址通信可进行多址通信(3)通信频带宽，传输容量大。通信频带宽，传输容量大。由于卫星通信由于卫星通信使用的是微波频段（使用的是微波频段（300MHz以上），因而以上），因而可用频带宽、传输容量大，目前，卫星通信可用频带宽、传输容量大，目前，卫星通信的传输带宽可达的传输带宽可达500MHz，可传送，可传送10万路以万路以上的电话信号。上的电话信号。 (4)机动灵活机动灵活(5)通信线路稳定可靠，传输质量高通信线路稳定可靠，传输质量高（1）静止卫星的发射与控制技术比较复）静止卫星的发射与控制技术比较复杂。杂。受太阳能电池的寿命和控制用燃料受太阳能电池的寿命和控制用燃
5、料重量等的限制，卫星的工作寿命仅约为重量等的限制，卫星的工作寿命仅约为7年。年。 (2)地球高纬度地区的通信效果不好，两地球高纬度地区的通信效果不好，两极地区为通信极地区为通信盲区盲区。(3)存在日凌中断和星蚀现象存在日凌中断和星蚀现象(4)卫星通信传输距离太长，因而信号传卫星通信传输距离太长，因而信号传输的输的时延较大时延较大。 2. 静止卫星通信的不足之处静止卫星通信的不足之处6.1.3 卫星通信的使用频段卫星通信的使用频段卫 星 通 信 的 使 用 频 段 虽 然 也 属 于 微 波 频 段卫 星 通 信 的 使 用 频 段 虽 然 也 属 于 微 波 频 段（300MHz300GHz）
6、，但由于卫星通信电波传播），但由于卫星通信电波传播的中继距离远：的中继距离远：要受到对流层中的氧、水和雨、雾的吸收和散射衰要受到对流层中的氧、水和雨、雾的吸收和散射衰减影响；减影响；受到宇宙噪声的影响。受到宇宙噪声的影响。卫星通信工作频段的选择是一个很重要的卫星通信工作频段的选择是一个很重要的问题，它将影响到系统的传输容量，地球问题，它将影响到系统的传输容量，地球站与转发器的发射功率，天线口径尺寸的站与转发器的发射功率，天线口径尺寸的大小和设备的复杂程度以及成本的高低等。大小和设备的复杂程度以及成本的高低等。大气中各种吸收衰减大气中各种吸收衰减宇宙噪声与频率的关系宇宙噪声与频率的关系频率（GH
7、z） q在在0.30.310GHz10GHz范围内大气吸收衰减最小，因此称此频段范围内大气吸收衰减最小，因此称此频段为为“无线电窗口无线电窗口”，在卫星传输中应用最多。在，在卫星传输中应用最多。在 30GHz30GHz附附近也有一个衰减的低谷，常称为近也有一个衰减的低谷，常称为“半透明无线电窗口半透明无线电窗口”。选择工作频段时，应选在这些选择工作频段时，应选在这些“窗口窗口”附近。附近。q天线接收的外界噪声要小：天线接收的外界噪声要小：从降低接收系统噪声的角度从降低接收系统噪声的角度来考虑，工作频段最好选在来考虑，工作频段最好选在l10GHz之间工作之间工作。q综述两方面考虑，综述两方面考虑
8、，卫星通信的工作频段一般选卫星通信的工作频段一般选在在l l10GHz10GHz范围内较为适宜，而且最理想的频段范围内较为适宜，而且最理想的频段是在是在4 46GHz6GHz附近，附近，该频段带宽较宽，便于利用成该频段带宽较宽，便于利用成熟的地面微波中继传输技术，天线尺寸相对来讲熟的地面微波中继传输技术，天线尺寸相对来讲也比较小。也比较小。 由图看出，频率选择主要受大气层及大气层及外界噪声外界噪声的影响：国际电联给卫星通信的频段分配为国际电联给卫星通信的频段分配为1-300GHZ1.特高频特高频 （UHF）波段）波段 400200GHz2.L波段波段 1.61.5GHz;3.C波段波段 64G
9、Hz;4.X波段波段 87GHz;5.Ku波段波段 1411GHz，1412GHz6.Ka波段波段 3020GHz 上述工作频段也不是绝对的，随着通信业务的增长，上述工作频段也不是绝对的，随着通信业务的增长，人们正在探索应用更高的频段，直至光波频段。人们正在探索应用更高的频段，直至光波频段。 波段使用 1.早期使用早期使用C波段（波段（4/6 GHz）:目前大部分民用通信卫星，尤其是商用卫星使用 46 GHz频段，上行为 5.9256.425 GHz，下行为3.7 4.2GHz，转发器带宽为500 MHz。 许多国家的政府和军事卫星使用78GHz，上行为7.98.4 GHz，下行为7.257.
10、75 GHz。2.近期扩展的近期扩展的Ku波段（波段（1114GHz）:上行采用1414.5 GHz，下行采用11.7122 GHz，或10.9511.2 GHz，3.实验使用实验使用Ka波段（波段（2030GHz）：上行为27.531GHz，下行为17.7212 GHz。6.2 卫星传输线路卫星传输线路 A、B两个地球站通过卫星进行通信的卫星传输线路是两个地球站通过卫星进行通信的卫星传输线路是由由收发端地球站，上、下行无线传输线路、卫星转发器收发端地球站，上、下行无线传输线路、卫星转发器。 若地球站若地球站A所属用户要和所属用户要和B地球站所属用户通话：地球站所属用户通话：A站用户站用户 卫
11、星，上行频率卫星，上行频率f f1 1卫星卫星 B B站用户，下行频率站用户，下行频率f f2 2B B站的用户要与站的用户要与A A站的用户通话时，与上述过程站的用户通话时，与上述过程相似。不过相似。不过B B站的站的上行频率要用上行频率要用f f3 3，而且，而且 ；下行频率用下行频率用f f4 4，而且，而且 ，以避免工作中的，以避免工作中的相互干扰。相互干扰。此情况下，任意两个地球站进行双向通信必须此情况下，任意两个地球站进行双向通信必须占用占用4 4个频道个频道。 13ff 24ff 6.2.1 卫星传输系统中存在的噪声和干扰卫星传输系统中存在的噪声和干扰 接收机系统内、外噪声的来源
12、卫星传输系统中存在的噪声和干扰：卫星传输系统中存在的噪声和干扰： 1太阳系噪声太阳系噪声 2宇宙噪声和大气噪声宇宙噪声和大气噪声3降雨噪声降雨噪声 4地面噪声地面噪声 5干扰噪声干扰噪声 天线接收到噪声的大小可以用天线接收到噪声的大小可以用天线的等效噪声温度天线的等效噪声温度TaTa表示。表示。 6.2.2 接收机的载噪比接收机的载噪比C/N与地球站与地球站性能因素性能因素G/T值值 1.接收机输入端的信号功率接收机输入端的信号功率接收点的信号功率为接收点的信号功率为 ：222444dGGPGdGPAWPRTTRTTRSRn自由空间传播损耗（自由空间传播损耗（GT、GR为为1时）时）:2)4(
13、dPPLRTPPRTRTTRTTRLGGdGGPdGGPPCT22P )4(1)4(也可进一步写为也可进一步写为2.接收机输入端的噪声功率接收机输入端的噪声功率N 由电子线路分析可知，当接收机阻抗匹配由电子线路分析可知，当接收机阻抗匹配时，外部噪声折算到接收机输入端的噪时，外部噪声折算到接收机输入端的噪声功率为：声功率为： 接收端匹配时的热噪声功率为接收端匹配时的热噪声功率为 N=k T B 式中式中:k=1.3810-23JK为波尔兹曼常数，为波尔兹曼常数，T为为接收系统的等效噪声温度，接收系统的等效噪声温度，B为等效噪声带宽为等效噪声带宽. 3.接收机输入载噪比接收机输入载噪比C/N和地球
14、站和地球站性能品质因数性能品质因数GT值值（1）接收机输入接收机输入端的信号载波功率，线路噪端的信号载波功率，线路噪声之比为声之比为载噪比：载噪比：kTBLGGPNCPRTT1 C/N=PT+GT+GR-Lp -kTB C/N=EIRP+GR-LP-kTB式中式中:EIRP=PT+GT=10lg(PTGT)称为称为有效全向辐射功率有效全向辐射功率。 （2）上行线路）上行线路CNUnC/Nu=EIRPg +GRS-LPU-kTsatBsatn式中：式中：EIRPg为地球站有效全向为地球站有效全向辐射功率，辐射功率， GRS为卫星接收天线增为卫星接收天线增益，益， LPU 为上行传播衰减；为上行传
15、播衰减；Tsat为为卫星接收系统的噪声温度；卫星接收系统的噪声温度；Bsat为卫星为卫星接收系统的带宽。接收系统的带宽。（3）下行线路）下行线路CNDnC/ND=EIRPs+GR-LpD -kTtBn式中：式中：EIPRS为卫星转发器的有效为卫星转发器的有效全向辐射功率，全向辐射功率，LPD为下行传播衰减，为下行传播衰减，GR为地球站天线接收增益，为地球站天线接收增益，Tt为地为地球站接收系统的噪声温度；球站接收系统的噪声温度；B为地球站接为地球站接收系统带宽。收系统带宽。 n由上式可以看出，当设计好卫星转发器的有效全由上式可以看出，当设计好卫星转发器的有效全向辐射功率向辐射功率EIRPs之后
16、，若地球站的工作频率、之后，若地球站的工作频率、接收系统带宽以及下行线路传输衰减接收系统带宽以及下行线路传输衰减 数值一定，则接收系统输入端载噪比数值一定，则接收系统输入端载噪比 将由将由 决定决定, ,因而称因而称 为为地球站性能因素地球站性能因素，简写，简写 。 值越大，值越大， 值也越大，表现出地球站接收值也越大，表现出地球站接收系统性能越好。系统性能越好。 地球站性能因素地球站性能因素G/TG/T值值 pDLNCtRTGtRTGTGTGNC例如，国际卫星组织规定，例如，国际卫星组织规定，A型标准地型标准地球 站 在球 站 在 4 G H z ， 仰 角， 仰 角 5 时 的时 的G/T
17、40.7dB/K，而对其他频率工，而对其他频率工作下的性能因素做出的规定为：作下的性能因素做出的规定为：G/T40.720lgf/4式中，工作频率式中，工作频率f的单位是的单位是GHz。n若考虑整个卫星线路时，若考虑整个卫星线路时，C/N中噪中噪声温度扩展为地球站输入端的噪声三部声温度扩展为地球站输入端的噪声三部分之和分之和 T=Tu+Ti+TD n或以噪声功率方式可表示为：或以噪声功率方式可表示为： N=kTB=k(Tu+ TD+Ti)B 式中式中: Tu: 上行线路噪声温度上行线路噪声温度; Ti: 卫星转发卫星转发器的交调噪声温度器的交调噪声温度;TD: 下行线路噪声温下行线路噪声温度度
18、.(4)整个卫星线路的整个卫星线路的C/N6.2.3卫星通信的卫星通信的 （接收系统的品质因素）接收系统的品质因素） n模拟通信系统强调信噪比模拟通信系统强调信噪比SN，数字通，数字通信系统强调载噪比信系统强调载噪比CN,它们的值是带宽它们的值是带宽函函数。缺乏一般性数。缺乏一般性,对不同带宽的系统不对不同带宽的系统不便比较，便比较，改用改用CT(与带宽无关与带宽无关)值表示。值表示。nC/T= C/NkBnT是接收系统的等效噪声温度，包括是接收系统的等效噪声温度，包括TU，TD，Ti 。TC1.热噪声对上下行线路热噪声对上下行线路CT的影响的影响(1) 上行线路上行线路CTU值值 为了说明上
19、行线路为了说明上行线路C/TU值与转发器输入信号功值与转发器输入信号功率的关系，引入率的关系，引入 转发器的灵敏度：转发器的灵敏度：当卫星转发器达到最大输出当卫星转发器达到最大输出（饱和）时，其输入端所需要的最小单位信号功（饱和）时，其输入端所需要的最小单位信号功率，即单位面积上的有效全向辐射功率，以功率率，即单位面积上的有效全向辐射功率，以功率密度密度Ws表示：表示：22224444pUgggsLEIRPdEIRPdEIRPWnWs=EIRPg -LpU+4/2（1）单载波情况单载波情况 CTU =C/NU+ k+Bsat CTU =EIRPg - LpU +GRS/Tsat)( dBBkT
20、LGEIRPNCsatsatpURsgU因因EIRPgM= EIRPgs-BOi 式中式中: EIRPgs表示转发器在单波工作时的表示转发器在单波工作时的值值; EIRPgM表示在多载波工作时的值表示在多载波工作时的值; BOi 输入补偿输入补偿.与之对应的与之对应的CTU和和CT Um 表示表示:ipUsgMBOLWEIRP24RspUgMUMsatGCEIRPLTT 24satRsisTGBOW（1）多载波情况多载波情况2.下行线路的下行线路的(CT)D值值 n单载波情况单载波情况 CTD=EIRPs-LpD+GRTD n多载波情况多载波情况EIRP sM= EIRPss-BO0 式中式中
21、: EIRPs表示转发器在单波工作时表示转发器在单波工作时的的值值;EIRP sM表示在多载波工作时的表示在多载波工作时的值值;BO0 输出补偿输出补偿.CTDM=EIRPSS-BO0-LPDGRTD6.2.3.2交调噪声对交调噪声对CT值的影响值的影响 在采用在采用FDMA方式的卫星通信系统中，若方式的卫星通信系统中，若转发器中输出波管工作在大信号的非线性区转发器中输出波管工作在大信号的非线性区时，将会在放大多个不同频率的载波时产生时，将会在放大多个不同频率的载波时产生交调噪声交调噪声 CTi=C/Ni+10lg(1.3810-23)+B CTi =C/N i-228.6+ B当输出补偿减小
22、时，卫星的当输出补偿减小时，卫星的EIRPsM要增大，要增大，这可使这可使C/TD得到改善，但将会因行波管的非得到改善，但将会因行波管的非线性使线性使C/TI降低（降低（这是因内部噪声增大，使这是因内部噪声增大，使行波管的等效噪声温度增大，而使行波管的等效噪声温度增大，而使C/T降低降低）。）。因此，为了使卫星线路得到最佳的传输特性，因此，为了使卫星线路得到最佳的传输特性，必须选择适当大小的补偿值。必须选择适当大小的补偿值。CTDM=EIRP S S-BO0-LPD +GRTD应适当选择补偿值大小，例如应适当选择补偿值大小，例如3.卫星线路的卫星线路的CT值值 Nt=NU+Ni+ND=K(TU
23、+Ti+TD)B=KTtBn 三部分噪声总和的三部分噪声总和的CT值：值： IMDMUMtMTCTCTCTC1111当输入补偿当输入补偿BOi改变时，会使改变时，会使C/TUM C/TIM、C/TDM和和C/TIM都变化，可以通过改变都变化，可以通过改变BOi值，值，使系统使系统C/TtM达到一个最佳值。在达到一个最佳值。在ISIV卫星系卫星系统中，统中，当当BOi11dB时，可使系统的时，可使系统的 C/TtM达达到最佳值时。到最佳值时。 4.门限余量门限余量Mthn 在实际工作时的在实际工作时的CT值应超过门值应超过门限限CTth。n为使卫星线路参数满足通信质量要求，为使卫星线路参数满足通
24、信质量要求，必须留有一定的必须留有一定的 “门限余量门限余量” nMth=C/T实际实际-C/Tth例：已知条件如下图所示，设卫星转发器工作在单例：已知条件如下图所示，设卫星转发器工作在单载波状态，分别求出卫星线路的上行载波状态，分别求出卫星线路的上行 和和下行下行 的值。的值。 UTCDTC解：（解：（1）卫星上行线路的）卫星上行线路的 UTC由题设条件知：由题设条件知： 4363106dBW， 200.6dB， gEIRPpUL 17.5dB， 10lg50=17dBK RSGsatT)/( 5 . 0175 .17KdBTGTGsatRSsatRS satRSpUgUTGLEIRPTC1
25、06200.617.51794.1（dB/K）（2）卫星下行线路的）卫星下行线路的 DTC由题设条件知：由题设条件知： sEIRP22dBW fdLpDlg20lg2044.3232.4420lg2000020lg4000 32.448672190.4（dB） RG59.4dB, DT10lg4016dBK )/( 4 .45144 .59KdBTGTGDRDRDRpDsDTGLEIRPTC22116.4445.449.04（dB/K） 6.3 卫星通信的多址连接卫星通信的多址连接 n多址联接：指多个地球站发射的信号，多址联接：指多个地球站发射的信号，在共用卫星转发器的射频信道上，按在共用卫星
26、转发器的射频信道上，按预先设计的复用方式预先设计的复用方式频分复用频分复用(FDM)、时分复用、时分复用(TDM)、码分复、码分复用用(CDM)等实施复用，再将复用后等实施复用，再将复用后的信号发射回各地球站的信号发射回各地球站,地球站再从地球站再从中选出本地球站应接收的信号。中选出本地球站应接收的信号。n多址联接是指不同地点用户的多点间多址联接是指不同地点用户的多点间的通信的通信。对于。对于“卫星通信卫星通信”而言，就而言，就是是“一点对多点一点对多点” 通信。通信。多址连接多址连接主要解决各地球站能从接收到的卫星主要解决各地球站能从接收到的卫星信号中判别哪些信号是来自哪个地球信号中判别哪些
27、信号是来自哪个地球站的，其中哪些信号是属于本站的。站的，其中哪些信号是属于本站的。多址方式的基本概念多址方式的基本概念1.频分多址频分多址 (FDMA)指指各地球站各地球站所所占用的卫星转发器的占用的卫星转发器的频段不同频段不同。2. 时分多址时分多址 (TDMA)指指各地球站各地球站所所占用的卫星转发器的占用的卫星转发器的时隙不同时隙不同。3. 码分多址码分多址 (CDMA)指指各地球站各地球站所所使用的卫星转发器的使用的卫星转发器的码型不同码型不同。4. 空分多址空分多址 (SDMA)指指各各地球站地球站所指向的所指向的空间方位空间方位不同不同。 6.3.1频分多址频分多址(FDMA)方式
28、方式 1.频分多址的原理频分多址的原理 卫星转发器按预先确定的不同载波频率的卫星转发器按预先确定的不同载波频率的原则，把来自各地球站的上行信号配置原则，把来自各地球站的上行信号配置在转发器频带内的某一位置上。各站接在转发器频带内的某一位置上。各站接收时，根据载波的不同就能区分各地球收时，根据载波的不同就能区分各地球站，判断接收到的信号来自哪个地球站。站，判断接收到的信号来自哪个地球站。 频分多址方式的原理框图 FDM/FM/FDMA方式原理图 fAfA A站站F站通信过程站通信过程 当当A A站用户与站用户与F F站的用户通话时，就把各个站的用户通话时，就把各个话路复用到给话路复用到给F F站
29、的基群内，然后用基带信站的基群内，然后用基带信号对号对A A站的发射载波站的发射载波f fA A进行调频，并向卫星进行调频，并向卫星发射。发射。 F F站收到经卫星转发的载频为站收到经卫星转发的载频为f fAA的信号后，的信号后，通过接收机的解调器和滤波器选出发给本站通过接收机的解调器和滤波器选出发给本站的基群，再经长途电话局将各路电话信号送的基群，再经长途电话局将各路电话信号送到被呼叫的用户。到被呼叫的用户。其它各站之间的工作情况基本相同，其它各站之间的工作情况基本相同，只是载波频率不同。只是载波频率不同。可以看出，任一地球站为了接收其可以看出，任一地球站为了接收其它地球站的信号，必须具有除
30、本站它地球站的信号，必须具有除本站以外的所有下行线频率的接收电路。以外的所有下行线频率的接收电路。2.FDMA方式分类方式分类 1)多路单载波传输频分复用调频频多路单载波传输频分复用调频频分多址分多址(FDMFMFDMA) 在发端地球站先对多路电话单边信号进行在发端地球站先对多路电话单边信号进行频分复用频分复用(FDM),再采用调频方式再采用调频方式FM调制调制到卫星射频载波上到卫星射频载波上,最后将已调波发射到卫最后将已调波发射到卫星转发器星转发器.在卫星转发器中进行频分多址联在卫星转发器中进行频分多址联接接.此方法适用于大容量线路此方法适用于大容量线路. 2)单路单载波传输单路单载波传输(
31、SCPC-FDMA) 每路话路对一个射频载波进行调制每路话路对一个射频载波进行调制,并将其发射到卫星转发器上并将其发射到卫星转发器上, 再进行再进行频分多址联接频分多址联接. 此方法适用于站多而此方法适用于站多而容量小线路容量小线路. 特点特点: 技术成熟技术成熟,设备简单设备简单,但频率利用低但频率利用低,存在互调干扰存在互调干扰. 6.3.2时分多址时分多址(TDMA)方式方式 n整个系统或各个地球站都使用同一上行、整个系统或各个地球站都使用同一上行、下行载波，即处于下行载波，即处于单载波工作单载波工作。n时分多址方式时分多址方式是各个地球站只能在指定的是各个地球站只能在指定的时间内向卫星
32、发射，卫星转发器将这些不时间内向卫星发射，卫星转发器将这些不同时刻进来的信号依次互不重叠地排列起同时刻进来的信号依次互不重叠地排列起来的方式。来的方式。卫星转发器将它们放大后，重卫星转发器将它们放大后，重新发回地面，地球站从中提取出各站所需新发回地面，地球站从中提取出各站所需的业务信号。的业务信号。TDMA 方式工作原理示意图 时分多址通信过程时分多址通信过程每个地球站，只能在指定的时间内向卫每个地球站，只能在指定的时间内向卫星发送脉冲序列一分帧。星发送脉冲序列一分帧。N个分帧组成一个分帧组成一个时帧（占个时帧（占125s ）。因此，卫星转发器）。因此，卫星转发器在不同时刻收到各地球站发来上行
33、信号在不同时刻收到各地球站发来上行信号而互不重叠。而互不重叠。每个地球站可以同时接收卫星转发器发每个地球站可以同时接收卫星转发器发射下行信号，但只取出送给本站的某个射下行信号，但只取出送给本站的某个时隙信号。时隙信号。整个系统的所有地球站时隙在卫星内占整个系统的所有地球站时隙在卫星内占有的整个时段，称为卫星的一个有的整个时段，称为卫星的一个（TDMA）时隙）时隙，每个地球站所占用的，每个地球站所占用的时隙叫做时隙叫做分帧分帧。为了使各分帧互不重叠，。为了使各分帧互不重叠，各地球站应有准确的发射时间。要确定各地球站应有准确的发射时间。要确定各站准确的发射时间，必须建立系统共各站准确的发射时间，必
34、须建立系统共同的时间基准，称为同的时间基准，称为系统定时。系统定时。 TDMA方式有以下特点：方式有以下特点：（1）TDMA方式属于方式属于“间歇间歇”通信形式，通信形式，不同于一般的连续通信。因此，为了保证不同于一般的连续通信。因此，为了保证用户信息传输的连续性，对输入的数据率用户信息传输的连续性，对输入的数据率需要按以下关系作需要按以下关系作“变速变速”处理，即处理，即 ifiBRR式中：式中：R RB B是数据突发速率；是数据突发速率；R Ri i 是输入的数据率；是输入的数据率； 是时帧长度；是时帧长度； 是分帧长度。是分帧长度。 fi（2）TDMA方式是一种无交调多址连接方式，方式是
35、一种无交调多址连接方式，不会出现强信号对弱信号的抑制现象。不会出现强信号对弱信号的抑制现象。（3）TDMA具有数字通信的许多优点。具有数字通信的许多优点。由于各地球站相互关联，由于各地球站相互关联，需要精确的需要精确的同步同步，考虑到卫星上设备应尽量简单，考虑到卫星上设备应尽量简单，以提高可靠性和避免卫星发射的复杂以提高可靠性和避免卫星发射的复杂性，所以系统捕捉与同步一般均须在性，所以系统捕捉与同步一般均须在地球站中进行，因而引入了长时延锁地球站中进行，因而引入了长时延锁相，快速锁定等一系列问题，技术设相，快速锁定等一系列问题，技术设备比较复杂。备比较复杂。 TDMA方式的缺点：方式的缺点：6
36、.3.3码分多址码分多址(CDMA)方式方式 码分多址码分多址(CDMA)：各地球站信号先各地球站信号先分别进行某种编码变换，使形成某种分别进行某种编码变换，使形成某种正交信号组，然后进行正交传输的多正交信号组，然后进行正交传输的多址连接方式。址连接方式。2.CDMA系统示意图系统示意图3.码分多址码分多址特点特点(1)每个地球站所发射的上行信号，均可占用卫星每个地球站所发射的上行信号，均可占用卫星转发器的整个频带。而且，地球站上行时间也转发器的整个频带。而且，地球站上行时间也是随机的。是随机的。(2)不同不同地球站用不同结构的地址码，对各自时地球站用不同结构的地址码，对各自时分复用的话路进行
37、编码变换。然后，分别进行分复用的话路进行编码变换。然后，分别进行调制及频率变换送至卫星转发器。调制及频率变换送至卫星转发器。4.分类分类（1）直接序列码分多址）直接序列码分多址(CDMA/DS)系统系统（2）跳频码分多址）跳频码分多址(CDMA/FH)系统系统实现实现CDMA方式的基本技术是扩频技术。方式的基本技术是扩频技术。直接序列直接序列(DS)扩谱方式的基本原理：扩谱方式的基本原理：在在CDMACDMA方式方式中，发送信号是经过两次调制后形成的：首中，发送信号是经过两次调制后形成的：首先把速率为先把速率为 的二进制基带信号用数字方的二进制基带信号用数字方式调制（叫一次调制）到射频载波上；
38、然后，用式调制（叫一次调制）到射频载波上；然后，用这个一次调制的数字已调波再去调制一个速这个一次调制的数字已调波再去调制一个速率为率为 ( (通常通常 ) )的伪随机码扩频信号的伪随机码扩频信号（也叫地址码），使频谱扩展（叫二次调制），（也叫地址码），使频谱扩展（叫二次调制），最后发射给卫星。最后发射给卫星。b101b0相反，接收端首先用接收机产生的本地伪随机码相反，接收端首先用接收机产生的本地伪随机码对所接收的信号进行相关处理，只要接收机内产对所接收的信号进行相关处理，只要接收机内产生的本地码序列及其相位与哪一路接收机信号的生的本地码序列及其相位与哪一路接收机信号的地址码相一致，经过相关处理
39、后，就能解调出所地址码相一致，经过相关处理后，就能解调出所需的一次调制信号。需的一次调制信号。而其他信道的频谱扩展信号将成为背景噪声；传而其他信道的频谱扩展信号将成为背景噪声；传输系统的热噪声经相关处理后仍是背景热噪声，输系统的热噪声经相关处理后仍是背景热噪声，其功率谱密度并没有变化；当叠加有干扰信号时，其功率谱密度并没有变化；当叠加有干扰信号时，经扩频解调后使干扰信号的频谱被扩展，变为背经扩频解调后使干扰信号的频谱被扩展，变为背景噪声。景噪声。 6.3.4空分多址空分多址(SDMA)方式方式 n空分多址是利用空间波束指向进行空分多址是利用空间波束指向进行划分的多址联接方式的简称划分的多址联接
40、方式的简称,即即SDMA方式。方式。n定义定义:在卫星上安装多副窄波束天线在卫星上安装多副窄波束天线,分别指向不同地域的地球站的地址，分别指向不同地域的地球站的地址，用该方式可实现的多址联接。用该方式可实现的多址联接。实际应用中，一般很少使用单独实际应用中，一般很少使用单独SDMA方式，而是与其它多址联接方式结合使方式，而是与其它多址联接方式结合使用，典型方式是用，典型方式是TDMA/SS/SDMA(时时分多址分多址/卫星转接卫星转接/空分多址空分多址)方式。有时方式。有时简称简称SS/TDMA方式。方式。图示的是三个波束区的地球站进行多址图示的是三个波束区的地球站进行多址通信。该系统中三个天
41、线波束通信。该系统中三个天线波束A、B、C分别覆盖三个通信区域，每个区域均包分别覆盖三个通信区域，每个区域均包括若干个地球站。括若干个地球站。图7-21 TDMA/SS/SDMA方式原理图A波束区域与波束区域与B、C波束区域通信过程波束区域通信过程n设设A波束区域内某一地球站的一个用户与波束区域内某一地球站的一个用户与B、C波束区域内某地球站的用户通信，波束区域内某地球站的用户通信，那么那么A区某地球站先把要于区某地球站先把要于B、C通话的通话的多路信号进行多路信号进行TDM，如，如AB、AC和和AA组组成一个时帧，同理成一个时帧，同理B、C区也这样做。区也这样做。n将复用后信号调制成上行信号
42、发射至卫将复用后信号调制成上行信号发射至卫星，不同波束区域的时分信号卫星通过星，不同波束区域的时分信号卫星通过时分开关矩阵网络对其重新编排，成为时分开关矩阵网络对其重新编排，成为下行下行TDMA时帧如发往时帧如发往A区的区的CA、BA和和AA组成一个组成一个TDMA时帧。发往时帧。发往B、C区也区也同理。同理。 6.4.1卫星传输系统的组成卫星传输系统的组成卫星传输系统是由地球站、通信卫星、跟踪遥测地球站、通信卫星、跟踪遥测及指令系统和监控管理分系统及指令系统和监控管理分系统四大部分组成。6.4 卫星传输系统的应用卫星传输系统的应用 6.4.1.1地球站的组成地球站的组成 地球站是卫星传输系统
43、的主要组成部分地球站是卫星传输系统的主要组成部分, ,所有的用户终端将通过它接入卫星通信所有的用户终端将通过它接入卫星通信线。线。 作为典型的标准地球站一般包括作为典型的标准地球站一般包括天线分系天线分系统、收、发射机分系统、信道终端设备统、收、发射机分系统、信道终端设备分系统、信道控制分系统、终端接口设分系统、信道控制分系统、终端接口设备和电源分系统备和电源分系统六个分系统组成。六个分系统组成。 卫星通信地球站的总体方框图卫星通信地球站的总体方框图6.4.1.2 通信卫星的组成通信卫星的组成1.通信卫星运行轨道通信卫星运行轨道 卫星的运动路线称为卫星运动轨道，它所在卫星的运动路线称为卫星运动
44、轨道，它所在的平面称为轨道平面。的平面称为轨道平面。1）卫星运行轨道分类：）卫星运行轨道分类：(1）赤道轨道：位于赤道上空的轨道。）赤道轨道：位于赤道上空的轨道。 (2）极轨道：经过南北极上空的轨道。）极轨道：经过南北极上空的轨道。 (3）倾斜轨道：不经过南北极上空，且不经过）倾斜轨道：不经过南北极上空，且不经过赤道上空的轨道。如下图所示。赤道上空的轨道。如下图所示。倾角不同的卫星轨道图 卫星轨道高度的划分 2）轨道高度分类轨道高度分类 (1)低轨道卫星（低轨道卫星（LEO）：卫星高度）：卫星高度h5000km，运行周期约为，运行周期约为24h；(2)中高度卫星中高度卫星（MEO） ：5000
45、h20000km，运行周期约为，运行周期约为412h(3)高轨道卫星高轨道卫星（GEO） ：h20000km，运行周期运行周期12h；（静止卫星属于高轨道）；（静止卫星属于高轨道）（1 1）同步卫星）同步卫星: :其运行周期恰好为其运行周期恰好为23小小时时56分分4.09秒秒（2 2）非同步卫星）非同步卫星 作为通信用卫星，不一定都要使用同步作为通信用卫星，不一定都要使用同步卫星。根据使用目的和发射条件的不同，卫星。根据使用目的和发射条件的不同，可以有不同高度和不同运动轨道。可以有不同高度和不同运动轨道。 3)按卫星的运转周期及卫星同地按卫星的运转周期及卫星同地球相对运动关系分类：球相对运动
46、关系分类：2、卫星的摄动、卫星的摄动1）摄动：对静止卫星来说，）摄动：对静止卫星来说，由于地球结由于地球结构的不均匀和太阳、月亮引力的影响等构的不均匀和太阳、月亮引力的影响等，（将使卫星的轨道参数随时发生变化），（将使卫星的轨道参数随时发生变化），造成卫星偏离理想轨道的现象称为摄动。造成卫星偏离理想轨道的现象称为摄动。2）引起摄动的原因）引起摄动的原因 (1)太阳和月亮对卫星的影响。太阳和月亮对卫星的影响。(2)地球引力场不均均的影响地球引力场不均均的影响(3)地球大气阻力的影响地球大气阻力的影响 (4)太阳辐射压力的影响太阳辐射压力的影响 3、通信卫星(中继器)的组成 n通信卫星主要作用：通
47、信卫星主要作用：中继器即为各地球中继器即为各地球站转发无线电信号，以实现它们之间的站转发无线电信号，以实现它们之间的通信。通信。n通信卫星组成：通信卫星组成：主要由天线分系统，通主要由天线分系统，通信分系统信分系统(转发器转发器)，遥测指令分系统，控，遥测指令分系统，控制分系统和电源分系统五部分组成，其制分系统和电源分系统五部分组成，其简化方框图如图所示。简化方框图如图所示。 图图7.6通信卫星组成方框图通信卫星组成方框图微波天线:全球波束天线(喇叭形)，区域波束天线和点波束天线。甚高频全方向天线:全方向天线有鞭状，螺旋形，绕杆式天线等 (2)通信分系统 静止卫星通信系统也叫转发器或中继器 。
48、它实质上是一部宽频带收、发信机。通常一个卫星上有若干个转发器，每个转发器覆盖一定频段即上、下频率值都不同。(1)天线分系统(3)遥测与指令系统 遥测部分遥控指令 (4)控制分系统 (5)电源分系统 通信卫星的电源有太阳能电池和化学电池。太阳能电池太阳能电池是通信卫星的基本电源，由光电器件组成。 化学电池在通信卫星上装有可以充、放电的化学电池与太阳能电池并用。在没有日蚀期间和卫星未进入地球阴影区内时，使用太阳能电池供电，并向化学电池充电。在卫星进入地球阴影区或日蚀期间，则采用化学电池供电。(6)温控系统 6.4.2 卫星通信的应用举例卫星通信的应用举例 卫星通信卫星通信实际上就是利用通信卫星作为
49、中继站实际上就是利用通信卫星作为中继站的一种的一种特殊的微波中继通信方式特殊的微波中继通信方式。应用非常广。应用非常广泛，几乎泛，几乎可应用于所有公用和专用通信中远距可应用于所有公用和专用通信中远距离的中继传输中离的中继传输中。 一卫星通信在中继传输中的应用一卫星通信在中继传输中的应用卫星通信在局域卫星通信在局域/城域网互联中作为中继传输城域网互联中作为中继传输方面的应用。方面的应用。 二卫星通信在海事通信中的应用二卫星通信在海事通信中的应用国际海事通信卫星组织（国际海事通信卫星组织（INMARSAT）成立于）成立于1979年，我国也是成员国之一。年，我国也是成员国之一。INMARSAT的的国
50、际海事卫星系统国际海事卫星系统(INMARST)正为海上、空中正为海上、空中和陆地提供移动通信业务。和陆地提供移动通信业务。INMARST是目前全是目前全球移动卫星通信业务的主要提供者球移动卫星通信业务的主要提供者。INMARST 系统由系统由船站、岸站、通信卫星和网船站、岸站、通信卫星和网络协调站组成络协调站组成，整个系统组成如图所示。，整个系统组成如图所示。整个整个INMARST系统有一个网络操作控制中心系统有一个网络操作控制中心（OOC），若干个网络协调中心），若干个网络协调中心(NCS),所有所有的的NCS有有OCC控制，每个控制，每个NCS控制若干个岸站控制若干个岸站(CES)。系统
