1、Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通信技术卫星通信技术中继站升到天空的微波通信中继站升到天空的微波通信1Center for Wireless Communications (CWC), BUPT概要概要卫星通信的发展卫星通信的发展卫星通信的特点卫星通信的特点卫星通信系统组成卫星通信系统组成卫星通信多址技术卫星通信多址技术同步卫星通信系统同步卫星通信系统移动卫星通信系统移动卫星通信系统我国的卫星通信简介我国的卫星通信简介平流层通信系统介绍平流层通信系统介绍2Center for Wireless Communications (CW
2、C), BUPT什么是卫星通信什么是卫星通信利用人造卫星构建的通信系统利用人造卫星构建的通信系统技术相当于中继站升到天空的微波通信技术相当于中继站升到天空的微波通信卫星通信可以是卫星通信可以是 电信网中的传输链路电信网中的传输链路 地位相当于地面接力微波通信、光缆地位相当于地面接力微波通信、光缆 独立的通信网络独立的通信网络 例如：卫星电视广播、卫星移动通信系统、例如：卫星电视广播、卫星移动通信系统、VSAT系统等系统等 可能与公网连接或者不连接可能与公网连接或者不连接3Center for Wireless Communications (CWC), BUPT与微波通信不一样的地方：与微波通
3、信不一样的地方：距离长距离长坏处坏处 衰减大衰减大 时延长时延长好处好处 可快速建立通信系统，成本与距离无关可快速建立通信系统，成本与距离无关 便于广播便于广播 便于移动便于移动 便于多址通信便于多址通信4Center for Wireless Communications (CWC), BUPT与微波通信不一样的地方：与微波通信不一样的地方：卫星可能在动卫星可能在动 坏处坏处 多普勒多普勒 天线跟踪天线跟踪 卫星会转到坏的方向卫星会转到坏的方向 好处好处 卫星会转到好的方向卫星会转到好的方向 存储转发模式下，单星可覆盖全球存储转发模式下，单星可覆盖全球5Center for Wireless
4、 Communications (CWC), BUPT卫星通信发展卫星通信发展卫星通信实验期（卫星通信实验期（19541964） 无源卫星实验无源卫星实验 有源卫星有源卫星 椭圆轨道、同步轨道椭圆轨道、同步轨道卫星通信实用阶段（卫星通信实用阶段（1964） Intelsat Inmarsat 铱系统铱系统 全球星全球星6Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通信的特点卫星通信的特点通信距离远，通信成本与距离无关通信距离远，通信成本与距离无关以广播方式，易于实现多址通信以广播方式，易于实现多址通信通信容量大，业务种类多通信容量大，业务种类
5、多7Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通信技术特殊性卫星通信技术特殊性先进的空间电子技术先进的空间电子技术信号时延大信号时延大卫星姿态控制卫星姿态控制其他其他8Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通信使用的频率卫星通信使用的频率9Center for Wireless Communications (CWC), BUPT频率：无线电窗口频率：无线电窗口110G最理想最理想 此频段已给地面微波此频段已给地面微波 卫星也用，但需注意干扰卫星也用，但需注意干扰10G以上以上 降雨
6、的影响不可忽视降雨的影响不可忽视 天线可以小一些天线可以小一些10Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通信系统组成卫星通信系统组成通信卫星地面站地面站控制中心PSTNPSTN卫星通信系统11Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通信系统组成卫星通信系统组成控制与管理系统控制与管理系统星上系统星上系统地球站地球站12Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通信系统卫星通信系统基带处理中频调制上变频功率放大中频滤波基带处理中频
7、调制下变频低噪放大中频滤波13Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星轨道卫星轨道轨道不同将导致技术的差别轨道不同将导致技术的差别GEO：地球同步卫星地球同步卫星HEO：高轨卫星高轨卫星MEO：中轨卫星中轨卫星LEO：低轨卫星低轨卫星14Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星轨道卫星轨道GEO衰减大，覆盖全球需要的星少衰减大，覆盖全球需要的星少 ，发射成本高发射成本高HEO高倾斜轨道覆盖特定地域高倾斜轨道覆盖特定地域LEO衰减小，需要的星多衰减小，需要的星多MEO兼有高低轨的优缺点
8、兼有高低轨的优缺点15Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星轨道卫星轨道圆轨道、椭圆轨道圆轨道、椭圆轨道赤道轨道、倾斜轨道、极轨卫星赤道轨道、倾斜轨道、极轨卫星高轨道高轨道 覆盖好、通信时间长，但距离长覆盖好、通信时间长，但距离长低轨道低轨道 覆盖小、通信时间短，但距离近覆盖小、通信时间短，但距离近16轨道轨道17Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通信多址技术卫星通信多址技术FDMA 单址载波单址载波 多址载波多址载波 单路单载波单路单载波TDMACDMASDMA随机多址随机
9、多址18Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址联接多址联接:FDMA单址载波单址载波Single Destination Carrier多址载波多址载波Multiple Destination Carrier例如北京上星、上海下，然后分路到上海、南京、杭州，从而借助卫星实现例如北京上星、上海下，然后分路到上海、南京、杭州，从而借助卫星实现了北京分别到上海、南京、杭州的通信了北京分别到上海、南京、杭州的通信制式制式模拟：模拟：FDM/FM/FDMA数字：数字：TDM/QPSK/FDMA OQPSK：非线性放大问题非线性放大问题19Cent
10、er for Wireless Communications (CWC), BUPT多址联接：多址联接：FDMA单路单载波：单路单载波：SCPC Single Circuit Per Carrier 适用于稀路由通信适用于稀路由通信 DAMA：按需分配多址按需分配多址 SPADE系统：忙闲表系统：忙闲表 数字制式：数字制式：DM或或PCM/QPSK/FDMA20Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址联接：多址联接：FDMA多路单载波：多路单载波： MCPCDCME：数字电路倍增器数字电路倍增器 话音插空话音插空ADPCM 典型倍增值：典
11、型倍增值：4FDMA的缺点的缺点保护带宽保护带宽交调交调FDMA的优点的优点简单简单载波的自主性：载波的自主性： 无需像无需像TDMA那样需要同其它用户协调那样需要同其它用户协调21Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址联接：多址联接：TDMA无交调无交调无需保护带宽无需保护带宽无需双工器无需双工器需要中心控制站，以协调全网同步需要中心控制站，以协调全网同步同步的捕获与跟踪同步的捕获与跟踪星地时延可能远大于时隙星地时延可能远大于时隙突发方式突发方式制式：制式：TDM/QPSK/TDMA22Center for Wireless Comm
12、unications (CWC), BUPT多址联接：多址联接：CDMA主要用于低速数据、移动业务、小站等主要用于低速数据、移动业务、小站等多址的灵活性多址的灵活性移动通信移动通信VSAT下行降低对数字微波的干扰下行降低对数字微波的干扰小站往往在城市中，城市中微波频率也用于地面微波系统。扩频使卫星信号小站往往在城市中，城市中微波频率也用于地面微波系统。扩频使卫星信号的功率谱密度降低的功率谱密度降低上行降低对邻星的干扰上行降低对邻星的干扰小站指向性差小站指向性差23Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址联接：多址联接：SDMA通过天线的指
13、向性来区别不同的地球站通过天线的指向性来区别不同的地球站多点波束卫星多点波束卫星星上波束切换星上波束切换24Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址联接：随机接入分组通信多址联接：随机接入分组通信ALOHAS-ALOHAPRMA25Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通信系统的业务卫星通信系统的业务固定业务（固定业务（FSS）为固定点提供双向通信为固定点提供双向通信 话音、数据话音、数据广播业务（广播业务（BSS）点到面的单向传输点到面的单向传输 电视广播、音频广播、电视广播、音
14、频广播、IP广播广播移动业务（移动业务（MSS）为移动终端提供通信业务为移动终端提供通信业务 移动到移动移动到移动 移动到固定移动到固定26Center for Wireless Communications (CWC), BUPT固定业务固定业务以以Intelsat为代表，包括许多的国际及国内卫星系统为代表，包括许多的国际及国内卫星系统业务包括业务包括 国际国内电话国际国内电话 电视节目传送电视节目传送 数据业务：电报、传真、电子印刷、数据业务：电报、传真、电子印刷、Internet链路等链路等27Center for Wireless Communications (CWC), BUPT广
15、播业务广播业务也称也称DBS（Direct Broadcasting Satellite）Broadcast Satellite Service (BSS)Direct To Home (DTH) service特点特点Link between terminal and publicHome dishes 小天线、机顶盒小天线、机顶盒28Center for Wireless Communications (CWC), BUPT广播卫星的制式广播卫星的制式模拟模拟FM方式传输全电视信号方式传输全电视信号数字数字DVB-S MPEG2: 压缩、组成压缩、组成MPEG流流 FEC: RS+CC Q
16、PSK多址多址FDMA为主，也有为主，也有TDMA29Center for Wireless Communications (CWC), BUPT广播卫星广播卫星30覆盖31Center for Wireless Communications (CWC), BUPTIntelsat组织及其系统组织及其系统1965年成立，世界性的商业组织年成立，世界性的商业组织世界上最早、发展最迅速、遍及全球的国际卫星通信系统。世界上最早、发展最迅速、遍及全球的国际卫星通信系统。承担大部分国际通信业务和全球性电视广播业务。承担大部分国际通信业务和全球性电视广播业务。32Center for Wireless C
17、ommunications (CWC), BUPTIntelsat卫星发展卫星发展33Center for Wireless Communications (CWC), BUPTIntelsat业务业务100多种业务多种业务国际电话、电视为主要业务国际电话、电视为主要业务数据业务：电报、传真、电子印刷等数据业务：电报、传真、电子印刷等34Center for Wireless Communications (CWC), BUPT同步卫星通信系统同步卫星通信系统CAB231交叠覆盖区35Center for Wireless Communications (CWC), BUPT同步卫星通信系统同
18、步卫星通信系统三颗星覆盖全球三颗星覆盖全球不能覆盖极地不能覆盖极地多数卫星通信系统用多数卫星通信系统用GEO 例如：例如： 干线传输（电信）干线传输（电信） VSAT（企业）企业） 电视直播电视直播 某些移动系统某些移动系统36Center for Wireless Communications (CWC), BUPT星蚀与日凌星蚀与日凌星蚀星蚀 地球挡住了太阳地球挡住了太阳 太阳能电池太阳能电池日凌日凌 地球站、星、日成一条线，地球站直指太阳地球站、星、日成一条线，地球站直指太阳 太阳辐射太阳辐射37Center for Wireless Communications (CWC), BUPT
19、卫星姿态控制卫星姿态控制保证通信天线指向地球的预订区域保证通信天线指向地球的预订区域陀螺原理陀螺原理 自旋稳定自旋稳定 消旋消旋 三轴稳定三轴稳定 方向探测方向探测 地球、太阳等的红外辐射地球、太阳等的红外辐射38Center for Wireless Communications (CWC), BUPT波束波束全球波束全球波束覆盖卫星所见的地球表面覆盖卫星所见的地球表面半球波束半球波束点波束点波束赋性波束赋性波束只覆盖特定地理区域（如中国）只覆盖特定地理区域（如中国）波束越窄，则波束越窄，则星上的天线增益越高星上的天线增益越高利于频率复用利于频率复用39Center for Wireless
20、 Communications (CWC), BUPT若干术语若干术语仰角仰角 高仰角好高仰角好方位角方位角星下点星下点星地距离星地距离 用来算损耗及时延用来算损耗及时延40Center for Wireless Communications (CWC), BUPT若干术语若干术语转发器：转发器：transponder =数字微波之中继站数字微波之中继站 转发器一般为射频转接转发器一般为射频转接星上处理星上处理 使转发器有后处理功能使转发器有后处理功能 再生式转发再生式转发 星上交换星上交换41Center for Wireless Communications (CWC), BUPT同步卫星
21、系统同步卫星系统太阳能电池蓄电池电源控制电路传感器姿态控制天线控制自旋轨道控制执行机构指令译码器遥测编码器遥测发射机指令接收机双工器本振变频器发射机接收机双工器电源分系统控制分系统遥测指令分系统通信分系统天线分系统42Center for Wireless Communications (CWC), BUPT同步卫星通信系统同步卫星通信系统卫星天线分系统卫星天线分系统卫星通信分系统卫星通信分系统卫星电源分系统卫星电源分系统跟踪遥测指令分系统跟踪遥测指令分系统控制分系统控制分系统43Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通信分系统卫星通信
22、分系统单变频转发器单变频转发器低噪声放大器混频高功放本振44Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通信分系统卫星通信分系统双变频转发器双变频转发器放大器混频分路器中频放大分路器混频本振1主振源本振2功放45Center for Wireless Communications (CWC), BUPT卫星通信分系统卫星通信分系统星上处理转发器星上处理转发器放大器变频解调信号处理调制变频本振1主振源本振2功放46Center for Wireless Communications (CWC), BUPT移动卫星通信系统移动卫星通信系统移动卫星
23、通信系统特点移动卫星通信系统特点高轨移动卫星通信系统（高轨移动卫星通信系统（GEO）中轨移动卫星通信系统（中轨移动卫星通信系统（MEO）低轨移动卫星通信系统（低轨移动卫星通信系统（LEO）47Center for Wireless Communications (CWC), BUPT移动卫星通信系统特点移动卫星通信系统特点范范.艾伦辐射带（高能粒子带）艾伦辐射带（高能粒子带） 1500km5000km 13000km20000km卫星多波束技术卫星多波束技术移动台和卫星在移动，带来多径移动台和卫星在移动，带来多径众多移动台共享卫星，需要合理的多址方式和信道分配方式众多移动台共享卫星，需要合理的
24、多址方式和信道分配方式移动台要求小型化移动台要求小型化4849Center for Wireless Communications (CWC), BUPT结构结构ISC(international switching center)NCC(Network Control Center)：管理波束频率，发布路由信息管理波束频率，发布路由信息SCC（Satellite Control Center）：）：控制卫星的轨道及位置控制卫星的轨道及位置ISL（Inter-Satellite Link）50Center for Wireless Communications (CWC), BUPT频率频率M
25、obile link（星到用户）星到用户） little LEO 用用140M、450M； Big LEO 用用1.6G、2.5GFeeder Link （星到关口站）星到关口站） 5/7GHz,15GHz,and20/30GHzISL: 星际星际 23G、60G51Center for Wireless Communications (CWC), BUPT系统与网络系统与网络移动性管理：移动性管理：mobility management(MM)无线资源管理：无线资源管理：radio resource management (RR).呼叫控制：呼叫控制：connection/call cont
26、rol(CC)切换：切换：Handover （HO）星际路由星际路由 ISL routing ISL routing 52Center for Wireless Communications (CWC), BUPT系统与网络系统与网络MM处理用户位置不确定的问题处理用户位置不确定的问题 位置登记：位置登记： Location update 寻呼：寻呼：Paging 漫游：漫游：RoamingRR有效管理无线信道资源有效管理无线信道资源 Fixed channel allocation Channel borrowing Dynamic channel allocation53Center fo
27、r Wireless Communications (CWC), BUPT系统与网络系统与网络CC呼叫的建立、撤销呼叫的建立、撤销Handover通话过程中的切换通话过程中的切换波束切换、卫星切换、关口切换波束切换、卫星切换、关口切换ISL routing选择为选择为MS及及GW服务的卫星服务的卫星选择星间路由选择星间路由54与地面移动的互联55Center for Wireless Communications (CWC), BUPT网络规划网络规划用户数、分布情况、话务情况用户数、分布情况、话务情况卫星星座图卫星星座图卫星覆盖区、波束的形状卫星覆盖区、波束的形状 关口（关口（gateway
28、）的位置与数量的位置与数量长途业务的路由策略长途业务的路由策略56Center for Wireless Communications (CWC), BUPTInmarsat高轨道系统，采用同步轨道高轨道系统，采用同步轨道应用范围应用范围 海事、航空、陆地海事、航空、陆地业务业务 电话、电传、传真、电子邮件和数据连接电话、电传、传真、电子邮件和数据连接 飞行数据、位置与状态的报告飞行数据、位置与状态的报告 运输车队的调度、位置报告、车队管理等运输车队的调度、位置报告、车队管理等 57NOC岸站Inmarsat58Center for Wireless Communications (CWC),
29、 BUPTInmarsat空间段空间段通信卫星通信卫星 4颗同步卫星，并有备用星颗同步卫星，并有备用星大西洋区：东区：西经大西洋区：东区：西经16度度大西洋区：西区：西经大西洋区：西区：西经54度度印度洋区：东经印度洋区：东经65度度太平洋区：东经太平洋区：东经178度度 卫星转发器执行频率转发功能卫星转发器执行频率转发功能岸到船：从岸到船：从6GHz 1.5GHz船到岸：从船到岸：从1.6GHz 4GHz59Center for Wireless Communications (CWC), BUPTICO主要投资人：主要投资人：Inmarsat，含中国移动含中国移动中轨道系统中轨道系统提供话
30、音和低速数据业务提供话音和低速数据业务轨道轨道10355km，102颗星颗星每颗卫星提供每颗卫星提供163点波束点波束 波束位置固定（不随星动）波束位置固定（不随星动）TDMA方式，方式，25KHz带宽上带宽上6个时隙个时隙弯管转发器（弯管转发器（ Bent Pipe ）60Center for Wireless Communications (CWC), BUPTICO: 覆盖及波束61Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar美国美国LQSS于于1991年提出年提出不单独组网，是地面网的延伸不单独组网，是地面网的延伸 b
31、ent pipe transponder 卫星只是一个联接手机到卫星只是一个联接手机到GW的弯管的弯管采用采用CDMA技术技术覆盖地球南北纬覆盖地球南北纬80度范围度范围 星必须能看见星必须能看见GW62测控站关口站关口站系统控制中心空间段用户段地面段网络控制中心蜂窝信关站蜂窝信关站区域交换台区域交换台长途交换站国际线路电话交换网专用网 GlobalStar63Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar：空间段空间段488颗星颗星 8条轨道，轨道高条轨道，轨道高1389km 倾角倾角52度度覆盖半径：覆盖半径：3800km可
32、同时看到两颗星、卫星分集可同时看到两颗星、卫星分集64Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar65覆盖区与波束66Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar67Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar地面段地面段 关口站关口站 与网控中心相连，且与地面网相连与网控中心相连，且与地面网相连 用户至卫星、卫星至关口采用用户至卫星、卫星至关口采用CDMA技术技术 每个关口可与每个关口可与3
33、颗星同时通信颗星同时通信 呼叫建立和处理在关口进行呼叫建立和处理在关口进行 卫星控制中心卫星控制中心 控制卫星姿态、运行轨道纠正、卫星波束切换控制卫星姿态、运行轨道纠正、卫星波束切换 网络控制中心网络控制中心 通过分组网与各关口站相连通过分组网与各关口站相连 完成数据库管理、计费和呼叫路由选择、接入系统管理完成数据库管理、计费和呼叫路由选择、接入系统管理 各国都有自己的网控中心，控制本国用户各国都有自己的网控中心，控制本国用户68Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar69Center for Wireless Commu
34、nications (CWC), BUPTGlobalStar70Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar用户段 用户设备一般设计成双模模式，尽量利用地面网71Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar基本工作原理基本工作原理移动用户移动用户1发出呼叫发出呼叫经卫星至关口经卫星至关口1关口至网控中心经处理后转到离被叫用户最近的关口关口至网控中心经处理后转到离被叫用户最近的关口2经关口经关口2至卫星至卫星卫星至用户卫星至用户272Center for Wi
35、reless Communications (CWC), BUPT铱系统铱系统Motorola于于1990年发布计划年发布计划1998年底，全部年底，全部66颗卫星发射成功颗卫星发射成功1999年年8月申请破产保护月申请破产保护2000底被美国铱星公司收购底被美国铱星公司收购73Center for Wireless Communications (CWC), BUPT铱系统铱系统采用星上处理及星际链路采用星上处理及星际链路用户可以不经过地面网相连用户可以不经过地面网相连等效于将地面移动系统搬到天上等效于将地面移动系统搬到天上转发器不是转发器不是bent pipe极轨卫星极轨卫星100覆盖全球
36、覆盖全球可提供地球上任意两点之间的无线连接可提供地球上任意两点之间的无线连接真正意义上的全球覆盖真正意义上的全球覆盖74铱系统铱系统75Center for Wireless Communications (CWC), BUPT铱系统铱系统6个极地轨道，倾角个极地轨道，倾角86.4度度 每轨每轨11星，每星星，每星48波束波束覆盖半径：覆盖半径：2209km轨道周期：轨道周期：100分钟零分钟零28秒秒 地面固定点平均可视时间地面固定点平均可视时间9分钟分钟 同时可见同时可见12颗星颗星76覆盖区与波束77Center for Wireless Communications (CWC), BU
37、PT铱系统铱系统78Center for Wireless Communications (CWC), BUPT7980Center for Wireless Communications (CWC), BUPT铱系统：传输方式铱系统：传输方式FDMA/TDMA混合多址结构混合多址结构 10.5MHz带宽分成带宽分成240条信道条信道 每条信道每条信道TDMA为为4个用户个用户制式制式 FDMA/TDMA/TDD/QPSK 突发方式突发方式 50kbps （8.64ms 432bit ） 81Center for Wireless Communications (CWC), BUPT铱系统铱系
38、统用户段用户段 用户终端，全球寻呼、语音、低速数据用户终端，全球寻呼、语音、低速数据地面段地面段 地面关口地面关口 与地面网底接口与地面网底接口 地面控制中心地面控制中心 遥控、遥测、卫星姿态控制、轨道控制遥控、遥测、卫星姿态控制、轨道控制 网控中心网控中心 整个卫星网的管理整个卫星网的管理82铱系统：传输方式83Center for Wireless Communications (CWC), BUPT铱系统工作原理铱系统工作原理与与GSM系统的处理类似。系统的处理类似。移动用户移动用户1呼叫用户呼叫用户2经星至呼叫用户经星至呼叫用户2的归属关口站，读取用户的归属关口站，读取用户2的位置的位
39、置经关口站至覆盖用户经关口站至覆盖用户2的星的星星至用户星至用户284Center for Wireless Communications (CWC), BUPTTeledesic 主要投资人主要投资人 Craig McCaw、Bill Gates、沙特王储沙特王储波音、波音、Motorola288颗颗LEO星（原计划星（原计划840颗）颗）700Km高度，圆轨道高度，圆轨道用户速率：用户速率：2Mbps85星座星座86Center for Wireless Communications (CWC), BUPT平流层通信系统平流层通信系统1997年年ITU会议提出会议提出在平流层（在平流层（2
40、3km）提供稳定电信平台与地面设备进行无线通信提供稳定电信平台与地面设备进行无线通信SKY公司的离子推进器提供了平流层电信平台定位的技术公司的离子推进器提供了平流层电信平台定位的技术ITU划分频段划分频段47/48GHz供平流层通信用供平流层通信用87Center for Wireless Communications (CWC), BUPT一些国家的平流层通信计划一些国家的平流层通信计划日本日本 100200个平台，提供高速无线接入个平台，提供高速无线接入印度印度瑞典瑞典意大利意大利美国美国88Center for Wireless Communications (CWC), BUPT无线通信网无线通信网89Center for Wireless Communications (CWC), BUPT平流层通信业务平流层通信业务数字电话（数字电话（64Kb/s）全运动视听业务（全运动视听业务（256kb/s）WebTV，高速高速Web Surfing（512kb/s-1.5Mb/s）E1（2048kb/s，45Mb/s）OC3（155Mb/s）90
