1、2022-8-13第六章船舶通信设备第六章船舶通信设备第六章船舶通信设备第六章船舶通信设备本篇应了解和掌握的主要知识主要技术主要技术COSPAS-SARSATCOSPAS-SARSAT系统系统 （406MHz406MHz示位标）示位标）海事卫星通信系统海事卫星通信系统系统组成、特点、信道构成、系统组成、特点、信道构成、各种通信业务的接续过程各种通信业务的接续过程卫星通信基本知识卫星通信基本知识什么是卫星通信、特点、通信卫星什么是卫星通信、特点、通信卫星 1 1 2 2 3 3多址通信多址通信 终端技术终端技术 InmarsatInmarsat系统系统 (B/F(B/F、C C 船站）船站）主要
2、涉及的问题主要涉及的问题第六章船舶通信设备信源信源变换器变换器传输信道传输信道调制调制多址通信多址通信（多用户共享资源）（多用户共享资源）2.抗干扰抗干扰多路复用多路复用分集技术分集技术信源数字化信源数字化语音压缩编码语音压缩编码天线控制天线控制发送器发送器接收器接收器信宿信宿变换器变换器 多址联接多址联接差错控制编码差错控制编码均衡技术均衡技术 1.系统构成系统构成解调解调卫星卫星第六章船舶通信设备GMDSS通信设备与业务通信设备与业务第六章第六章卫星通信绪论卫星通信绪论 航海学院航海学院通信教研室通信教研室第六章船舶通信设备一、一、二、二、三、三、四、四、五、五、第六章第六章 卫星通信绪论
3、卫星通信绪论卫星通信及其特点卫星通信及其特点通信卫星通信卫星卫星通信频段及主要性能参数卫星通信频段及主要性能参数卫星通信中的主要技术卫星通信中的主要技术思考题思考题第六章船舶通信设备什么是卫星通信？什么是卫星通信？一、卫星通信及其特点一、卫星通信及其特点卫星作为中继卫星作为中继两个或多个两个或多个 地球站地球站 间进行的通信间进行的通信1.1.1 1）卫星通信：）卫星通信：2 2）地球站：）地球站：地球站是指设在地球上地球站是指设在地球上(包括地面、包括地面、海洋和低层大气层中海洋和低层大气层中)的无线电通的无线电通信站。信站。包括：包括：固定地球站固定地球站和和移动地球站移动地球站。固定。固
4、定地球站通常指连接地面用户的地地球站通常指连接地面用户的地面站，而移动地球站通常指安装面站，而移动地球站通常指安装在移动体上的地球站。在移动体上的地球站。第六章船舶通信设备1 1）卫星）卫星2 2）地球站）地球站移动地球站船载站车载站机载站地面站地面站地面站固定地球站卫星通信卫星通信第六章船舶通信设备长、中波长、中波短短 波波超短波超短波微微 波波2.卫星通信的特点优点：优点：v覆盖区域大，通信距离远覆盖区域大，通信距离远v便于多址连接便于多址连接v机动灵活，不受地理条件的限制机动灵活，不受地理条件的限制 v频带宽、容量大频带宽、容量大v一次转接，通信质量好，可靠性高一次转接，通信质量好，可靠
5、性高v通信成本与距离无关通信成本与距离无关缺点：缺点：v需要先进的空间技术需要先进的空间技术v传输距离较远，有较大的信号延迟传输距离较远，有较大的信号延迟v卫星寿命短，寿命约为卫星寿命短，寿命约为3-10年年 第六章船舶通信设备二、通信卫星二、通信卫星 1.卫星的组成及其作用卫星的组成及其作用组成：组成：通信装置：通信装置：转发器转发器-双工器、接收机、变频器、发射机双工器、接收机、变频器、发射机 天线天线 转发器的数量决定卫星的容量，可达几十个转发器的数量决定卫星的容量，可达几十个 控制装置：控制装置：控制卫星的运行姿态和位置控制卫星的运行姿态和位置 电源装置：电源装置：太阳能电池、蓄电池太
6、阳能电池、蓄电池为电气设备供电为电气设备供电作用：作用：作为无线通信的中继站，实现远距离无线通信作为无线通信的中继站，实现远距离无线通信第六章船舶通信设备按按 倾倾 角角按按 高高 度度赤道轨道（赤道轨道（=0=00 0，轨道面与赤道面重合），轨道面与赤道面重合）极轨道极轨道 （=90=900 0，穿过南北极），穿过南北极）倾斜轨道（倾斜轨道（0 00 0 90 20000 km h 20000 km）通信卫星的仰角和方位角通信卫星的仰角和方位角方位角：方位角：以正北为基准顺时针转动到卫星在地平线上方向的角度。以正北为基准顺时针转动到卫星在地平线上方向的角度。仰角：仰角：从地平线仰起到卫星所转
7、动的角度。从地平线仰起到卫星所转动的角度。第六章船舶通信设备赤道轨道赤道轨道极轨道极轨道 倾斜轨道倾斜轨道各种轨道示意图各种轨道示意图第六章船舶通信设备覆盖面大覆盖面大（42%42%）卫星跟踪系统不复杂，卫星跟踪系统不复杂，存在盲区存在盲区传输损耗和时延大传输损耗和时延大卫星数量有限。卫星数量有限。静止卫星静止卫星3.特殊的一类卫星静止卫星：静止卫星：赤道轨道，高轨道赤道轨道，高轨道(36000km)(36000km)，卫星运行方向、，卫星运行方向、周期与地球自转方向、周期相同周期与地球自转方向、周期相同特特 点：点：第六章船舶通信设备4.4.星蚀和日凌中断星蚀和日凌中断日凌中断日凌中断太阳、
8、卫星、地球太阳、卫星、地球 依次排列为一直线依次排列为一直线地球站天线对着卫星的同地球站天线对着卫星的同时也正对着太阳，太阳噪声最大时也正对着太阳，太阳噪声最大每年春分、秋分前后每年春分、秋分前后数日数日，白天中午白天中午条件：条件：原因：原因：时间：时间：日凌中断日凌中断1 1）第六章船舶通信设备星蚀太阳、地球、卫星太阳、地球、卫星 依次排列为一直线依次排列为一直线太阳能电池不工作，太阳能电池不工作，蓄电池工作，通信效果受影响蓄电池工作，通信效果受影响春分、秋分前后春分、秋分前后23天天，夜间，夜间条件：条件：原因：原因：时间：时间：星蚀星蚀2）第六章船舶通信设备5.5.影响卫星通信的其他因
9、素影响卫星通信的其他因素1 1）摄动现象：摄动现象：理想情况下卫星应在定点位置按指定的轨道运行，但由理想情况下卫星应在定点位置按指定的轨道运行，但由于卫星运行中会受到于卫星运行中会受到太阳太阳、地球地球、月亮月亮的引力的影响及的引力的影响及地球大气层阻力地球大气层阻力的影响和太阳辐射压力的影响，使卫星的影响和太阳辐射压力的影响，使卫星运行的实际轨道不断发生不同程度地偏离理想轨道的现运行的实际轨道不断发生不同程度地偏离理想轨道的现象，这一现象称为摄动象，这一现象称为摄动 要要控制卫星的运行姿态和位置控制卫星的运行姿态和位置2 2）其他因素：其他因素：恶劣的气候恶劣的气候降雨降雨大气大气噪声噪声电
10、离层闪烁电离层闪烁太阳黑子活动太阳黑子活动第六章船舶通信设备 四、卫星通信频段及主要性能参数四、卫星通信频段及主要性能参数电波应能穿透电离层且传播过程中衰减要小；电波应能穿透电离层且传播过程中衰减要小；天线系统接收的外部噪声要小；天线系统接收的外部噪声要小；有较宽的频带，较大的通信容量，满足信息传输的要求；有较宽的频带，较大的通信容量，满足信息传输的要求；能充分利用现有的通信技术；能充分利用现有的通信技术；与其它通信、雷达等电子系统间的干扰要小。与其它通信、雷达等电子系统间的干扰要小。卫星通信频段的选择原则：卫星通信频段的选择原则：第六章船舶通信设备卫星通信的频段选择卫星通信的频段选择穿透电离
11、层穿透电离层 频率足够高频率足够高传输衰减要小传输衰减要小引入的外部噪声要小引入的外部噪声要小工作频率工作频率增高增高噪声影响可忽略噪声影响可忽略但是，但是，随着频率升高，特别是在随着频率升高，特别是在10GHz以上时以上时 综合考虑，综合考虑，1 GHz10GHz是卫星通信的最佳频段，是卫星通信的最佳频段，称为卫星通信的称为卫星通信的电波之窗电波之窗）云、水蒸气、氧气、雨等噪声增加云、水蒸气、氧气、雨等噪声增加）工作频率工作频率 1 GHz1 GHz时时第六章船舶通信设备卫星通信的频段卫星通信的频段：ITUITU分配给卫星通信频道现在扩展为分配给卫星通信频道现在扩展为117MHz-275GH
12、z117MHz-275GHz第六章船舶通信设备3.卫星通信的主要性能参数卫星通信的主要性能参数（1）天线增益）天线增益-定向天线增益定向天线增益 天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的天线增益是用来衡量天线朝一个特定方向收发信号的能力，它是卫星通信系统的一个重要参数，通常用能力，它是卫星通信系统的一个重要参数，通常用G表示，定义为定向天线辐射时接收到的最大功率与无表示，定义为定向天线辐射时接收到的最大功率与无方向性天线辐射时接收到的功率之比。方向性天线辐射时接收到的功率之比。实际天线增益通常按下式计算：实际天线增益通常按下式计算：G=(4A)/2 式中：式中：A为天线的口径面积（为天线
13、的口径面积（m2）；）；为工作波长为工作波长（m）；）；为天线效率。为天线效率。（2）载噪比载噪比 载噪比是指载波功率与噪声功率之比，它是决定卫星载噪比是指载波功率与噪声功率之比，它是决定卫星通信线路性能的基本参数，通常用通信线路性能的基本参数，通常用C/N表示。表示。第六章船舶通信设备（3）全向有效辐射功率全向有效辐射功率EIRP 设发射机的功放输出功率为设发射机的功放输出功率为PT，发射天线的增，发射天线的增益为益为GT，全向有效辐射功率是指，全向有效辐射功率是指PT与天线增益与天线增益GT的乘积，则有：的乘积，则有：EIRP=PTGT。（4）接收系统品质因数接收系统品质因数 接收系统品质
14、因数是衡量接收系统好坏的重要接收系统品质因数是衡量接收系统好坏的重要指标。定义为接收天线增益与接收系统噪声温指标。定义为接收天线增益与接收系统噪声温度之比，也称为度之比，也称为G/T值。值。G/T值较大为好值较大为好。第六章船舶通信设备1.1.多路复用：在基带内复用多路复用：在基带内复用同同一信道一信道，互不干扰传输，互不干扰传输多路信号多路信号，收端能将各路，收端能将各路信号分离信号分离多用户信号的多用户信号的合并合并和和分离分离1 1）定义：）定义：2 2）技术难点：）技术难点：3 3）海事卫星通信主要涉及的多路复用：）海事卫星通信主要涉及的多路复用：FDMFDMTDMTDM四、卫星通信中
15、的主要技术四、卫星通信中的主要技术第六章船舶通信设备（1 1）FDMFDM 复用技术通常用于复用技术通常用于传输语音传输语音信号信号。是指将多路信号通过。是指将多路信号通过调制分别搬移到调制分别搬移到基带信道的基带信道的不同频段不同频段，同时占用一个基，同时占用一个基带信道进行传输。带信道进行传输。4 4）多路复用技术）多路复用技术（频分多路）（频分多路）F Frequency requency D Division ivision M Multiplexultiplex第六章船舶通信设备（时分多路）（时分多路）T Time ime D Division ivision M Multiplex
16、ultiplex(2)TDM(2)TDM 是指多路信号用是指多路信号用同一载波同一载波在在不同时隙不同时隙交替占用同一信道交替占用同一信道进行传输。具体说来是将信进行传输。具体说来是将信道不同的工作时隙指定给各道不同的工作时隙指定给各个不同的用户，以时间来彼个不同的用户，以时间来彼此分割达到同信道而不同时此分割达到同信道而不同时的多元通信。的多元通信。第六章船舶通信设备2.2.多址联接：在射频信道复用多址联接：在射频信道复用多多个地球站利用个地球站利用同一颗卫星同一颗卫星实现实现双边双边或或多边多边通信通信的联接方式。的联接方式。1)1)定义定义2 2）海事卫星通信主要涉及的多址联接：）海事卫
17、星通信主要涉及的多址联接：FDMAFDMA（频分多址）（频分多址）TDMATDMA（时分多址）（时分多址）SDMASDMA（空分多址）（空分多址）CDMACDMA（码分多址）（码分多址）第六章船舶通信设备3 3）.频分多址频分多址（FDMA-FFDMA-Frequency requency D Division ivision M Multiple ultiple A Accessccess）（1)1)定义定义:卫星频段分成若干互不重叠的部分，分配给卫星频段分成若干互不重叠的部分，分配给各各 ，。地球站地球站A地球站地球站B地球站地球站C卫星转发器卫星转发器频带分配频带分配f保护频带保护频带F
18、DMAFDMA示意示意图图地球站地球站作为其载波作为其载波第六章船舶通信设备（2)FDMA2)FDMA的三种方式的三种方式 单址载波单址载波:多址载波多址载波:单址载波是指一个载波只传一路信号，每单址载波是指一个载波只传一路信号，每个地球站与其它不同的地球站通信时采用各个地球站与其它不同的地球站通信时采用各自不同的载波以实现多路通信。自不同的载波以实现多路通信。多址载波是指每个地球站只允许发射一个多址载波是指每个地球站只允许发射一个载波，但一个载波可传多路信号，各地球载波，但一个载波可传多路信号，各地球站利用基带多路复用进行信道定向，实现站利用基带多路复用进行信道定向，实现多路通信。多路通信。
19、第六章船舶通信设备是指每个载波只传一路信号，每个地球站只有在需要通信时是指每个载波只传一路信号，每个地球站只有在需要通信时才被分配给载波，即才被分配给载波，即按需分配载波信道按需分配载波信道，通信结束后信道随，通信结束后信道随即被收回。即被收回。单路单载波（单路单载波（SCPC-SSCPC-Single ingle C Channel hannel P Per er C Carrierarrier）:单路单载波单路单载波2 2个优点：个优点：每个地球站每个地球站 按需分配按需分配 载波；载波；信道利用率高信道利用率高第六章船舶通信设备3 3）时分多址（）时分多址（TDMATDMA）（1 1）定
20、义：）定义：将卫星工作时间分成将卫星工作时间分成周期性的周期性的 不重叠不重叠 分给各分给各 使用，它利用转发器使用，它利用转发器不同的工作时间区分不同的工作时间区分各地球站。各地球站。CA1C1B1R2B2A2C0R1AB基准站基准站R基准子帧基准子帧Co R1 A1 B1 C1 R2 A2 B2TDMA帧帧分帧分帧转发器上分帧排列转发器上分帧排列T卫星转发器卫星转发器时间分配时间分配若干个若干个时隙时隙地球站地球站第六章船舶通信设备（3 3）TDMATDMA 5 5个主要优点：个主要优点：v各地球站载波信号频率相同，但发射时间不同各地球站载波信号频率相同，但发射时间不同v卫星上一个转发器，
21、无互调干扰卫星上一个转发器，无互调干扰v需网同步需网同步v技术设备较复杂技术设备较复杂 vFDMAFDMA方式能更充分利用转发器的输出功率方式能更充分利用转发器的输出功率 在在TDMATDMA方式中，为建立精确同步，需要确定一个地球站为方式中，为建立精确同步，需要确定一个地球站为基准站，其它各地球站从基准站的射频信号中提取位同步基准站，其它各地球站从基准站的射频信号中提取位同步及帧同步信号。在国际移动卫星通信系统中通常以及帧同步信号。在国际移动卫星通信系统中通常以岸站岸站（CESCES）作为基准站。）作为基准站。（2 2）基准站）基准站 ：第六章船舶通信设备预备知识：预备知识：点波束模式与全球
22、覆盖模式点波束模式与全球覆盖模式点波束模式：点波束模式：全球覆盖模式全球覆盖模式:4 4）空分多址（）空分多址（SDMA-SSDMA-Space pace D Division ivision M Multiple ultiple A Accessccess）将卫星发射功率集中在一些航运密集，通信业务繁忙将卫星发射功率集中在一些航运密集，通信业务繁忙的地区，以便为这一地区提供更多的通信线路，并可进的地区，以便为这一地区提供更多的通信线路，并可进一步减小移动站的体积。一步减小移动站的体积。除了给航运密集的地区提供足够的能量、保证其正除了给航运密集的地区提供足够的能量、保证其正常通信外，也兼顾航运
23、稀疏过往船舶较少的地区，使常通信外，也兼顾航运稀疏过往船舶较少的地区，使得航行于世界任何地区的船舶能够利用卫星进行通信。得航行于世界任何地区的船舶能够利用卫星进行通信。第六章船舶通信设备SDMASDMA示意图示意图地球站地球站 12地球站地球站 11地地球球站站1n地地球球站站m1地地球球站站m2地地球球站站mn卫星卫星（含转换开关）（含转换开关）点点波束波束1点波点波束束m（1 1）定义：）定义：将地球空间分割成多个将地球空间分割成多个 ，利用卫星天，利用卫星天线波束在线波束在空间指向空间指向的差异来的差异来 ，即以各地球站所处点波束区域的不同来区分各站即以各地球站所处点波束区域的不同来区分
24、各站址。址。点波束区点波束区区分各地球站区分各地球站第六章船舶通信设备（3 3）特征）特征（4 4）主要特点）主要特点 卫星有卫星有多个窄波束多个窄波束，每个波束覆盖地球表面一定区域。，每个波束覆盖地球表面一定区域。频率利用率高，通信容量大；频率利用率高，通信容量大；发射能量集中，通信效果好；发射能量集中，通信效果好；卫星对其它地面系统的干扰小；卫星对其它地面系统的干扰小；卫星控制要求高。卫星控制要求高。第六章船舶通信设备点波束模式与全球覆盖模式示意图点波束模式与全球覆盖模式示意图（3 3代卫星）代卫星）注：注：图中实线范围为全球波束图中实线范围为全球波束 蓝色阴影区为点波束蓝色阴影区为点波束
25、 小红圈为地面站小红圈为地面站 第六章船舶通信设备4.4.信道分配信道分配电传信道采用预分配方式电传信道采用预分配方式电话信道采用按需分配方式电话信道采用按需分配方式1 1）主要的信道分配方式：）主要的信道分配方式：预分配方式：预分配方式：按需分配方式：按需分配方式：每个地球站预分配一些固定信道。每个地球站预分配一些固定信道。划定的信道，按需分配使用。划定的信道，按需分配使用。在在InmarsatInmarsat系统中一般遵循原则：系统中一般遵循原则：第六章船舶通信设备2 2）按需分配方式的优点：）按需分配方式的优点：信道集中控制和管理，按需分配使用，通信结束信道集中控制和管理，按需分配使用，
26、通信结束收收回回信道。信道。3 3）按需分配方式的特殊要求：）按需分配方式的特殊要求：需要在系统中增加了一个网络控制中心站，用于需要在系统中增加了一个网络控制中心站，用于对卫星转发器的对卫星转发器的SCPCSCPC信道进行集中监控和管理，信道进行集中监控和管理，统一分配使用。统一分配使用。增加一个专用的增加一个专用的公共信道公共信道，供所有地球站发送通，供所有地球站发送通信信申请申请、拆线拆线等信号，以及网络控制中心站发送信等信号，以及网络控制中心站发送信道道分配分配、信道忙闲信道忙闲等信号，并规定等信号，并规定所有地球站在空所有地球站在空闲时守听在闲时守听在该专用的该专用的公共信道上公共信道
27、上。（1 1）（2 2）第六章船舶通信设备电电话话局局SCPC站站B电电话话局局SCPC站站A网控中网控中心心公用信令信道公用信令信道话音信道话音信道公用信令信道公用信令信道f申申请请分分配配按需分配按需分配SCPCSCPC工作流程工作流程第六章船舶通信设备 首先，首先，A站用户通过专用的公共信道向网络控制中心站发送站用户通过专用的公共信道向网络控制中心站发送向向B站用户通信的申请，请求分配信道；站用户通信的申请，请求分配信道；网络控制中心站收到申请后立即查询存储在微机中全网络控制中心站收到申请后立即查询存储在微机中全系统的频率表，找出一对空闲信道，并通过专用公共信道系统的频率表，找出一对空闲
28、信道，并通过专用公共信道向向A A站和站和B B站发送信道分配信息；站发送信道分配信息；B B站空闲时守听在公共信道上，站空闲时守听在公共信道上，A A站发送申请后也转入守站发送申请后也转入守听公共信道，听公共信道，A A、B B两站均收到分配信息并自动控制收发设备两站均收到分配信息并自动控制收发设备调谐到分配的收发频率对上。此时，信道建立可以通信了。调谐到分配的收发频率对上。此时，信道建立可以通信了。第六章船舶通信设备1 1什么是卫星通信？实现卫星通信的条件是什么？什么是卫星通信？实现卫星通信的条件是什么？2 2什么是地球站？什么是固定地球站？什么是移什么是地球站？什么是固定地球站？什么是移
29、动地球站？动地球站？3 3卫星通信具有哪些特点？卫星通信具有哪些特点？4 4通信卫星由哪几部分组成？它的主要作用是什通信卫星由哪几部分组成？它的主要作用是什么？么？5 5卫星是如何分类的？什么是静止卫星？静止卫卫星是如何分类的？什么是静止卫星？静止卫星具有哪些特点？星具有哪些特点？6 6什么是日凌中断？什么是星蚀？什么是日凌中断？什么是星蚀？思考题思考题第六章船舶通信设备7 7什么是多路复用？什么是频分多路复用，有何什么是多路复用？什么是频分多路复用，有何特点？什么是时分多路复用，有何特点？特点？什么是时分多路复用，有何特点？8 8什么是多址联接？多址联接技术有哪些？什么是多址联接？多址联接技
30、术有哪些？9 9SCPCSCPC称为什么？它是一种什么技术？称为什么？它是一种什么技术？1010什么叫预分配方式？什么叫按需分配方式？在什么叫预分配方式？什么叫按需分配方式？在国际移动卫星系统中，通常电话信道采用什么国际移动卫星系统中，通常电话信道采用什么分配方式？电传信道采用什么分配方式？分配方式？电传信道采用什么分配方式？思考题第六章船舶通信设备1.下列各技术中哪个属于多址联接技术？FDM TDM SDM 2.下列各技术中哪些属于多路复用技术？FDM FDMA TDMA CDMA 3.SCPC称为什么？它是一种什么技术？4.Inmarsat系统中，通常电传信道采用什么分配方式？电话信道采用什么分配方式？你掌握了吗？2022-8-13第六章船舶通信设备
