1、Center for Wireless Communications (CWC), BUPT衛星通訊技術衛星通訊技術中繼站升到天空的微波通訊中繼站升到天空的微波通訊Center for Wireless Communications (CWC), BUPT概要概要衛星通訊的開展衛星通訊的開展衛星通訊的特點衛星通訊的特點衛星通訊系統組成衛星通訊系統組成衛星通訊多址技術衛星通訊多址技術同步衛星通訊系統同步衛星通訊系統挪動衛星通訊系統挪動衛星通訊系統我國的衛星通訊簡介我國的衛星通訊簡介平流層通訊系統引見平流層通訊系統引見Center for Wireless Communications (CWC)

2、, BUPT什么是衛星通訊什么是衛星通訊利用人造衛星構建的通訊系統利用人造衛星構建的通訊系統技術相當于中繼站升到天空的微波通訊技術相當于中繼站升到天空的微波通訊衛星通訊可以是衛星通訊可以是電信網中的傳輸鏈路電信網中的傳輸鏈路位置相當于地面接力微波通訊、光纜位置相當于地面接力微波通訊、光纜獨立的通訊網絡獨立的通訊網絡例如：衛星電視廣播、衛星挪動通訊系統、例如：衛星電視廣播、衛星挪動通訊系統、VSAT系統等系統等能夠與公網銜接或者不銜接能夠與公網銜接或者不銜接Center for Wireless Communications (CWC), BUPT與微波通訊不一樣的地方：與微波通訊不一樣的地方：

3、間隔長間隔長害處害處衰減大衰減大時延伸時延伸益處益處可快速建立通訊系統，本錢與間隔無關可快速建立通訊系統，本錢與間隔無關便于廣播便于廣播便于挪動便于挪動便于多址通訊便于多址通訊Center for Wireless Communications (CWC), BUPT與微波通訊不一樣的地方：與微波通訊不一樣的地方：衛星能夠在動衛星能夠在動害處害處多普勒多普勒天線跟蹤天線跟蹤衛星會轉到壞的方向衛星會轉到壞的方向益處益處衛星會轉到好的方向衛星會轉到好的方向存儲轉發方式下，單星可覆蓋全球存儲轉發方式下，單星可覆蓋全球Center for Wireless Communications (CWC),

4、BUPT衛星通訊開展衛星通訊開展衛星通訊實驗期衛星通訊實驗期19541964無源衛星實驗無源衛星實驗有源衛星有源衛星橢圓軌道、同步軌道橢圓軌道、同步軌道衛星通訊適用階段衛星通訊適用階段1964IntelsatInmarsat銥系統銥系統全球星全球星Center for Wireless Communications (CWC), BUPT衛星通訊的特點衛星通訊的特點通訊間隔遠，通訊本錢與間隔無關通訊間隔遠，通訊本錢與間隔無關以廣播方式，易于實現多址通訊以廣播方式，易于實現多址通訊通訊容量大，業務種類多通訊容量大，業務種類多Center for Wireless Communications (

5、CWC), BUPT衛星通訊技術特殊性衛星通訊技術特殊性先進的空間電子技術先進的空間電子技術信號時延大信號時延大衛星姿態控制衛星姿態控制其他其他Center for Wireless Communications (CWC), BUPT衛星通訊運用的頻率衛星通訊運用的頻率Center for Wireless Communications (CWC), BUPT頻率：無線電窗口頻率：無線電窗口110G最理想最理想此頻段已給地面微波此頻段已給地面微波衛星也用，但需留意干擾衛星也用，但需留意干擾10G以上以上降雨的影響不可忽視降雨的影響不可忽視天線可以小一些天線可以小一些Center for Wi

6、reless Communications (CWC), BUPT衛星通訊系統組成衛星通訊系統組成通信衛星地面站地面站控制中心PSTNPSTN衛星通信系統Center for Wireless Communications (CWC), BUPT衛星通訊系統組成衛星通訊系統組成控制與管理系統控制與管理系統星上系統星上系統地球站地球站Center for Wireless Communications (CWC), BUPT衛星通訊系統衛星通訊系統基帶處理中頻調制上變頻功率放大中頻濾波基帶處理中頻調制下變頻低噪放大中頻濾波Center for Wireless Communications (C

7、WC), BUPT衛星軌道衛星軌道軌道不同將導致技術的差別軌道不同將導致技術的差別GEO：地球同步衛星：地球同步衛星HEO：高軌衛星：高軌衛星MEO：中軌衛星：中軌衛星LEO：低軌衛星：低軌衛星Center for Wireless Communications (CWC), BUPT衛星軌道衛星軌道GEO衰減大，覆蓋全球需求的星少衰減大，覆蓋全球需求的星少 ，發射本錢高，發射本錢高HEO高傾斜軌道覆蓋特定地域高傾斜軌道覆蓋特定地域LEO衰減小，需求的星多衰減小，需求的星多MEO兼有高低軌的優缺陷兼有高低軌的優缺陷Center for Wireless Communications (CWC)

8、, BUPT衛星軌道衛星軌道圓軌道、橢圓軌道圓軌道、橢圓軌道赤道軌道、傾斜軌道、極軌衛星赤道軌道、傾斜軌道、極軌衛星高軌道高軌道覆蓋好、通訊時間長，但間隔長覆蓋好、通訊時間長，但間隔長低軌道低軌道覆蓋小、通訊時間短，但間隔近覆蓋小、通訊時間短，但間隔近軌道軌道Center for Wireless Communications (CWC), BUPT衛星通訊多址技術衛星通訊多址技術FDMA單址載波單址載波多址載波多址載波單路單載波單路單載波TDMACDMASDMA隨機多址隨機多址Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址聯接多址聯接:FDM

9、A單址載波單址載波Single Destination Carrier多址載波多址載波Multiple Destination Carrier例如北京上星、上海下，然后分路到上海、南京、杭州，從而借助衛星例如北京上星、上海下，然后分路到上海、南京、杭州，從而借助衛星實現了北京分別到上海、南京、杭州的通訊實現了北京分別到上海、南京、杭州的通訊制式制式模擬：模擬：FDM/FM/FDMA數字：數字：TDM/QPSK/FDMAOQPSK：非線性放大問題：非線性放大問題Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址聯接：多址聯接：FDMA單路單載波：單路

10、單載波：SCPCSingle Circuit Per Carrier適用于稀路由通訊適用于稀路由通訊DAMA：按需分配多址：按需分配多址SPADE系統：忙閑表系統：忙閑表數字制式：數字制式：DM或或PCM/QPSK/FDMACenter for Wireless Communications (CWC), BUPT多址聯接：多址聯接：FDMA多路單載波：多路單載波： MCPCDCME：數字電路倍增器：數字電路倍增器話音插空話音插空ADPCM典型倍增值：典型倍增值：4FDMA的缺陷的缺陷維護帶寬維護帶寬交調交調FDMA的優點的優點簡單簡單載波的自主性：載波的自主性：無需像無需像TDMA那樣需求同

11、其它用戶協調那樣需求同其它用戶協調Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址聯接：多址聯接：TDMA無交調無交調無需維護帶寬無需維護帶寬無需雙工器無需雙工器需求中心控制站，以協調全網同步需求中心控制站，以協調全網同步同步的捕獲與跟蹤同步的捕獲與跟蹤星地時延能夠遠大于時隙星地時延能夠遠大于時隙突發方式突發方式制式：制式：TDM/QPSK/TDMACenter for Wireless Communications (CWC), BUPT多址聯接：多址聯接：CDMA主要用于低速數據、挪動業務、小站等主要用于低速數據、挪動業務、小站等多址的靈敏性

12、多址的靈敏性挪動通訊挪動通訊VSAT下行降低對數字微波的干擾下行降低對數字微波的干擾小站往往在城市中，城市中微波頻率也用于地面微波系統。擴頻使衛星小站往往在城市中，城市中微波頻率也用于地面微波系統。擴頻使衛星信號的功率譜密度降低信號的功率譜密度降低上行降低對鄰星的干擾上行降低對鄰星的干擾小站指向性差小站指向性差Center for Wireless Communications (CWC), BUPT多址聯接：多址聯接：SDMA經過天線的指向性來區別不同的地球站經過天線的指向性來區別不同的地球站多點波束衛星多點波束衛星星上波束切換星上波束切換Center for Wireless Commun

13、ications (CWC), BUPT多址聯接：隨機接入分組通訊多址聯接：隨機接入分組通訊ALOHAS-ALOHAPRMACenter for Wireless Communications (CWC), BUPT衛星通訊系統的業務衛星通訊系統的業務固定業務固定業務FSS為固定點提供雙向通訊為固定點提供雙向通訊話音、數據話音、數據廣播業務廣播業務BSS點到面的單向傳輸點到面的單向傳輸電視廣播、音頻廣播、電視廣播、音頻廣播、IP廣播廣播挪動業務挪動業務MSS為挪動終端提供通訊業務為挪動終端提供通訊業務挪動到挪動挪動到挪動 挪動到固定挪動到固定Center for Wireless Commun

14、ications (CWC), BUPT固定業務固定業務以以Intelsat為代表，包括許多的國際及國內衛星系統為代表，包括許多的國際及國內衛星系統業務包括業務包括國際國內國際國內電視節目傳送電視節目傳送數據業務：電報、電子印刷、數據業務：電報、電子印刷、Internet鏈路等鏈路等Center for Wireless Communications (CWC), BUPT廣播業務廣播業務也稱也稱DBSDirect Broadcasting SatelliteBroadcast Satellite Service (BSS)Direct To Home (DTH) service特點特點Lin

15、k between terminal and publicHome dishes小天線、機頂盒小天線、機頂盒Center for Wireless Communications (CWC), BUPT廣播衛星的制式廣播衛星的制式模擬模擬FM方式傳輸全電視信號方式傳輸全電視信號數字數字DVB-SMPEG2: 緊縮、組成緊縮、組成MPEG流流FEC: RS+CCQPSK多址多址FDMA為主，也有為主，也有TDMACenter for Wireless Communications (CWC), BUPT廣播衛星廣播衛星覆蓋Center for Wireless Communications (CW

16、C), BUPTIntelsat組織及其系統組織及其系統1965年成立，世界性的商業組織年成立，世界性的商業組織世界上最早、開展最迅速、普及全球的國際衛星通訊系統。世界上最早、開展最迅速、普及全球的國際衛星通訊系統。承當大部分國際通訊業務和全球性電視廣播業務。承當大部分國際通訊業務和全球性電視廣播業務。Center for Wireless Communications (CWC), BUPTIntelsat衛星開展衛星開展Center for Wireless Communications (CWC), BUPTIntelsat業務業務100多種業務多種業務國際、電視為主要業務國際、電視為主

17、要業務數據業務：電報、電子印刷等數據業務：電報、電子印刷等Center for Wireless Communications (CWC), BUPT同步衛星通訊系統同步衛星通訊系統CAB231交疊覆蓋區Center for Wireless Communications (CWC), BUPT同步衛星通訊系統同步衛星通訊系統三顆星覆蓋全球三顆星覆蓋全球不能覆蓋極地不能覆蓋極地多數衛星通訊系統用多數衛星通訊系統用GEO例如：例如：干線傳輸電信干線傳輸電信VSAT企業企業電視直播電視直播某些挪動系統某些挪動系統Center for Wireless Communications (CWC), B

18、UPT星蝕與日凌星蝕與日凌星蝕星蝕地球擋住了太陽地球擋住了太陽太陽能電池太陽能電池日凌日凌地球站、星、日成一條線，地球站直指太陽地球站、星、日成一條線，地球站直指太陽太陽輻射太陽輻射Center for Wireless Communications (CWC), BUPT衛星姿態控制衛星姿態控制保證通訊天線指向地球的預訂區域保證通訊天線指向地球的預訂區域陀螺原理陀螺原理自旋穩定自旋穩定消旋消旋三軸穩定三軸穩定方向探測方向探測地球、太陽等的紅外輻射地球、太陽等的紅外輻射Center for Wireless Communications (CWC), BUPT波束波束全球波束全球波束覆蓋衛星所

19、見的地球外表覆蓋衛星所見的地球外表半球波束半球波束點波束點波束賦性波束賦性波束只覆蓋特定地理區域如中國只覆蓋特定地理區域如中國波束越窄，那么波束越窄，那么星上的天線增益越高星上的天線增益越高利于頻率復用利于頻率復用Center for Wireless Communications (CWC), BUPT假設干術語假設干術語仰角仰角高仰角好高仰角好方位角方位角星下點星下點星地間隔星地間隔用來算損耗及時延用來算損耗及時延Center for Wireless Communications (CWC), BUPT假設干術語假設干術語轉發器：轉發器：transponder=數字微波之中繼站數字微波之

20、中繼站轉發器普通為射頻轉接轉發器普通為射頻轉接星上處置星上處置使轉發器有后處置功能使轉發器有后處置功能再生式轉發再生式轉發星上交換星上交換Center for Wireless Communications (CWC), BUPT同步衛星系統同步衛星系統太陽能電池蓄電池電源控制電路傳感器姿態控制天線控制自旋軌道控制執行機構指令譯碼器遙測編碼器遙測發射機指令接收機雙工器本振變頻器發射機接收機雙工器電源分系統控制分系統遙測指令分系統通信分系統天線分系統Center for Wireless Communications (CWC), BUPT同步衛星通訊系統同步衛星通訊系統衛星天線分系統衛星天線分

21、系統衛星通訊分系統衛星通訊分系統衛星電源分系統衛星電源分系統跟蹤遙測指令分系統跟蹤遙測指令分系統控制分系統控制分系統Center for Wireless Communications (CWC), BUPT衛星通訊分系統衛星通訊分系統單變頻轉發器單變頻轉發器低噪聲放大器混頻高功放本振Center for Wireless Communications (CWC), BUPT衛星通訊分系統衛星通訊分系統雙變頻轉發器雙變頻轉發器放大器混頻分路器中頻放大分路器混頻本振1主振源本振2功放Center for Wireless Communications (CWC), BUPT衛星通訊分系統衛星通訊

22、分系統星上處置轉發器星上處置轉發器放大器變頻解調信號處理調制變頻本振1主振源本振2功放Center for Wireless Communications (CWC), BUPT挪動衛星通訊系統挪動衛星通訊系統挪動衛星通訊系統特點挪動衛星通訊系統特點高軌挪動衛星通訊系統高軌挪動衛星通訊系統GEO中軌挪動衛星通訊系統中軌挪動衛星通訊系統MEO低軌挪動衛星通訊系統低軌挪動衛星通訊系統LEOCenter for Wireless Communications (CWC), BUPT挪動衛星通訊系統特點挪動衛星通訊系統特點范范.艾倫輻射帶高能粒子帶艾倫輻射帶高能粒子帶1500km5000km13000

23、km20000km衛星多波束技術衛星多波束技術挪動臺和衛星在挪動，帶來多徑挪動臺和衛星在挪動，帶來多徑眾多挪動臺共享衛星，需求合理的多址方式和信道分配方式眾多挪動臺共享衛星，需求合理的多址方式和信道分配方式挪動臺要求小型化挪動臺要求小型化Center for Wireless Communications (CWC), BUPT構造構造ISC(international switching center)NCC(Network Control Center)：管理波束頻率，發布路由信息管理波束頻率，發布路由信息SCCSatellite Control Center：控制衛星的軌道及位置控制衛星

24、的軌道及位置ISLInter-Satellite LinkCenter for Wireless Communications (CWC), BUPT頻率頻率Mobile link星到用戶星到用戶little LEO 用用140M、450M；Big LEO 用用1.6G、2.5GFeeder Link 星到關口站星到關口站 5/7GHz,15GHz,and20/30GHzISL: 星際星際23G、60GCenter for Wireless Communications (CWC), BUPT系統與網絡系統與網絡挪動性管理：挪動性管理：mobility management(MM)mobili

25、ty management(MM)無線資源管理：無線資源管理：radio resource management (RR).radio resource management (RR).呼叫控制：呼叫控制：connection/call control(CC)connection/call control(CC)切換：切換：Handover Handover HOHO星際路由星際路由ISL routing ISL routing Center for Wireless Communications (CWC), BUPT系統與網絡系統與網絡MM處置用戶位置不確定的問題處置用戶位置不確定的問題位

26、置登記：位置登記： Location update尋呼：尋呼：Paging遨游：遨游：RoamingRR有效管理無線信道資源有效管理無線信道資源Fixed channel allocationChannel borrowingDynamic channel allocationCenter for Wireless Communications (CWC), BUPT系統與網絡系統與網絡CC呼叫的建立、撤銷呼叫的建立、撤銷Handover通話過程中的切換通話過程中的切換波束切換、衛星切換、關口切換波束切換、衛星切換、關口切換ISL routing選擇為選擇為MS及及GW效力的衛星效力的衛星選擇

27、星間路由選擇星間路由與地面挪動的互聯Center for Wireless Communications (CWC), BUPT網絡規劃網絡規劃用戶數、分布情況、話務情況用戶數、分布情況、話務情況衛星星座圖衛星星座圖衛星覆蓋區、波束的外形衛星覆蓋區、波束的外形 關口關口gateway的位置與數量的位置與數量長途業務的路由戰略長途業務的路由戰略Center for Wireless Communications (CWC), BUPTInmarsat高軌道系統，采用同步軌道高軌道系統，采用同步軌道運用范圍運用范圍海事、航空、陸地海事、航空、陸地業務業務、電傳、電子郵件和數據銜接、電傳、電子郵件和

28、數據銜接 飛行數據、位置與形狀的報告飛行數據、位置與形狀的報告 運輸車隊的調度、位置報告、車隊管理等運輸車隊的調度、位置報告、車隊管理等 NOC岸站InmarsatCenter for Wireless Communications (CWC), BUPTInmarsat空間段空間段通訊衛星通訊衛星4顆同步衛星，并有備用星顆同步衛星，并有備用星大西洋區：東區：西經大西洋區：東區：西經16度度大西洋區：西區：西經大西洋區：西區：西經54度度印度洋區：東經印度洋區：東經65度度太平洋區：東經太平洋區：東經178度度 衛星轉發器執行頻率轉發功能衛星轉發器執行頻率轉發功能岸到船：從岸到船：從6GHz

29、1.5GHz船到岸：從船到岸：從1.6GHz 4GHzCenter for Wireless Communications (CWC), BUPTICO主要投資人：主要投資人：Inmarsat，含中國挪動，含中國挪動中軌道系統中軌道系統提供話音和低速數據業務提供話音和低速數據業務軌道軌道10355km，102顆星顆星每顆衛星提供每顆衛星提供163點波束點波束波束位置固定不隨星動波束位置固定不隨星動TDMA方式，方式，25KHz帶寬上帶寬上6個時隙個時隙彎管轉發器彎管轉發器 Bent Pipe Center for Wireless Communications (CWC), BUPTICO:

30、覆蓋及波束Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar美國美國LQSS于于1991年提出年提出不單獨組網，是地面網的延伸不單獨組網，是地面網的延伸bent pipe transponder衛星只是一個聯接手機到衛星只是一個聯接手機到GW的彎管的彎管采用采用CDMA技術技術覆蓋地球南北緯覆蓋地球南北緯80度范圍度范圍星必需能看見星必需能看見GW測控站關口站關口站系統控制中心空間段用戶段地面段網絡控制中心蜂窩信關站蜂窩信關站區域交換臺區域交換臺長途交換站國際線路電話交換網專用網 GlobalStarCenter for Wirel

31、ess Communications (CWC), BUPTGlobalStar：空間段：空間段488顆星顆星8條軌道，軌道高條軌道，軌道高9km傾角傾角52度度覆蓋半徑：覆蓋半徑：3800km可同時看到兩顆星、衛星分集可同時看到兩顆星、衛星分集Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar覆蓋區與波束Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStarCenter for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar地面段

32、地面段關口站關口站與網控中心相連，且與地面網相連與網控中心相連，且與地面網相連用戶至衛星、衛星至關口采用用戶至衛星、衛星至關口采用CDMA技術技術每個關口可與每個關口可與3顆星同時通訊顆星同時通訊呼叫建立和處置在關口進展呼叫建立和處置在關口進展衛星控制中心衛星控制中心控制衛星姿態、運轉軌道糾正、衛星波束切換控制衛星姿態、運轉軌道糾正、衛星波束切換網絡控制中心網絡控制中心經過分組網與各關口站相連經過分組網與各關口站相連完成數據庫管理、計費和呼叫路由選擇、接入系統管理完成數據庫管理、計費和呼叫路由選擇、接入系統管理各國都有本人的網控中心，控制本國用戶各國都有本人的網控中心，控制本國用戶Center

33、 for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStarCenter for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStarCenter for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar用戶段用戶設備普通設計成雙模方式，盡量利用地面網Center for Wireless Communications (CWC), BUPTGlobalStar根本任務原理根本任務原理挪動用戶挪動用戶1發出呼叫發出呼叫經衛星至關口經衛星至關口1關口至網控中心經處置后轉到離被叫

34、用戶最近的關口關口至網控中心經處置后轉到離被叫用戶最近的關口2經關口經關口2至衛星至衛星衛星至用戶衛星至用戶2Center for Wireless Communications (CWC), BUPT銥系統銥系統Motorola于于1990年發布方案年發布方案2019年底，全部年底，全部66顆衛星發射勝利顆衛星發射勝利2019年年8月懇求破產維護月懇求破產維護2000底被美國銥星公司收買底被美國銥星公司收買Center for Wireless Communications (CWC), BUPT銥系統銥系統采用星上處置及星際鏈路采用星上處置及星際鏈路用戶可以不經過地面網相連用戶可以不經過地

35、面網相連等效于將地面挪動系統搬到天上等效于將地面挪動系統搬到天上轉發器不是轉發器不是bent pipe極軌衛星極軌衛星100覆蓋全球覆蓋全球可提供地球上恣意兩點之間的無線銜接可提供地球上恣意兩點之間的無線銜接真正意義上的全球覆蓋真正意義上的全球覆蓋銥系統銥系統Center for Wireless Communications (CWC), BUPT銥系統銥系統6個極地軌道，傾角個極地軌道，傾角86.4度度每軌每軌11星，每星星，每星48波束波束覆蓋半徑：覆蓋半徑：2209km軌道周期：軌道周期：100分鐘零分鐘零28秒秒地面固定點平均可視時間地面固定點平均可視時間9分鐘分鐘同時可見同時可見12顆星顆星覆蓋區與波束Center for Wireless Communications (CWC), BUPT銥系統銥系統Center for Wireless Communications (CWC), BUPTCenter for Wireless Communications (CWC), BUPT銥系統：傳輸方式銥系統：傳輸方式FDMA/TDMA混合多址構