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衛星通信系統

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衛星通信系統實際上也是一種微波通信,它以衛星作為中繼站轉發微波信號,在多個地面站之間通信,衛星通信的主要目的是實現對地面的「無縫隙」覆蓋,由於衛星工作於幾百、幾千、甚至上萬公里的軌道上,因此覆蓋範圍遠大於一般的移動通信系統。但衛星通信要求地面設備具有較大的發射功率,因此不易普及使用。

1概念

衛星通信系統由衛星端、地面端、用戶端三部分組成。衛星端在空中起中繼站的作用,即把地面站發上來的電磁波放大后再返送回另一地面站,衛星星體又包括兩大子系統:星載設備和衛星母體。地面站則是衛星系統與地面公眾網的介面,地面用戶也可以通過地面站出入衛星系統形成鏈路,地面站還包括地面衛星控制中心,及其跟蹤、遙測和指令站。用戶段即是各種用戶終端。
在微波頻帶,整個通信衛星的工作頻帶約有500MHz寬度,為了便於放大和發射及減少變調干擾,一般在星上設置若干個轉發器。每個轉發器被分配一定的工作頻帶。目前的衛星通信多採用頻分多址技術,不同的地球站佔用不同的頻率,即採用不同的載波。比較適用於點對點大容量的通信。近年來,時分多址技術也在衛星通信中得到了較多的應用,即多個地球站佔用同一頻帶,但佔用不同的時隙。與頻分多址方式相比,時分多址技術不會產生互調干擾、不需用上下變頻把各地球站信號分開、適合數字通信、可根據業務量的變化按需分配傳輸帶寬,使實際容量大幅度增加。另一種多址技術是碼分多址(CDMA),即不同的地球站佔用同一頻率和同一時間,但利用不同的隨機碼對信息進行編碼來區分不同的地址。CDMA採用了擴展頻譜通信技術,具有抗干擾能力強、有較好的保密通信能力、可靈活調度傳輸資源等優點。它比較適合於容量小、分佈廣、有一定保密要求的系統使用。

2分類

通信範圍
按照通信範圍區分,衛星通信系統可以分為國際通信衛星、區域性通信衛星、國內通信衛星。
轉發能力
按照轉發能力區分,衛星通信系統可以分為無星上處理能力衛星、有星上處理能力衛星。

3特點

3.1、下行廣播,覆蓋範圍廣:對地面的情況如高山海洋等不敏感,適用於在業務量比較稀少的地區提供大範圍的覆蓋,在覆蓋區內的任意點均可以進行通信,而且成本與距離無關;
3.2、工作頻帶寬:可用頻段從150MHz~30GHz。目前已經開始開發0、v波段(40~50GHz)。ka波段甚至可以支持l55Mb可s的數據業務;
3.3、通信質量好:衛星通信中電磁波主要在大氣層以外傳播,電波傳播非常穩定。雖然在大氣層內的傳播會受到天氣的影響,但仍然是一種可靠性很高的通信系統;
3.4、網路建設速度快、成本低:除建地面站外,無需地面施工。運行維護費用低;
3.5、信號傳輸時延大:高軌道衛星的雙向傳輸時延達到秒級,用於話音業務時會有非常明顯的中斷;
3.6、控制複雜:由於衛星通信系統中所有鏈路均是無線鏈路,而且衛星的位置還可能處於不斷變化中,因此控制系統也較為複雜。控制方式有星間協商和地面集中控制兩種。

4發展趨勢

未來衛星通信系統主要有以下的發展趨勢:
4.1、地球同步軌道通信衛星向多波束、大容量、智能化發展;
4.2、低軌衛星群與蜂窩通信技術相結合、實現全球個人通信;
4.3、小型衛星通信地面站將得到廣泛應用;
4.4、通過衛星通信系統承載數字視頻直播(DvB)和數字音頻廣播(DAB);
4.5、衛星通信系統將與IP技術結合,用於提供多媒體通信和網際網路接入,即包括用於國際、國內的骨幹網路,也包括用於提供用戶直接接入;
4.6、微小衛星和納衛星將廣泛應用於數據存儲轉發通信以及星間組網通信。

5成功案例

凡是通過移動的衛星和固定的終端、固定的衛星和移動的終端或二者均移動的通信,均稱為衛星移動通信系統。從20世紀80年代開始,西方很多公司開始意識到未來覆蓋全球、面向個人的無縫隙通信,即所謂的個人通信全球化,即5W{Whoever(任何人)\Wherever(任何地點)\Whenever(任何時間)\ Whomever(任何人) \Whatever,(採用任何方式)}的巨大需求,相繼發展以中、低軌道的衛星星座系統為空中轉接平台的衛星移動通信系統,開展衛星行動電話、衛星直播/衛星數字音頻廣播、互聯網接入以及高速、寬頻多媒體接入等業務。至上世紀90年代,已建成並投入應用的主要有:銥星(Iridium)系統、Globalstar系統、ORBCONN系統、信使系統(俄羅斯)等。以下給出其中幾種成功案例。
Gb系統
Globalstar系統設計簡單,既沒有星際電路,也沒有星上處理和星上交換功能,僅僅定位為地面蜂窩系統的延伸,從而擴大了地面移動通信系統的覆蓋,因此降低了系統投資,也減少了技術風險。GIobalstar系統由48顆衛星組成,均勻分佈在8個軌道面上,軌道高度為1389 km。它有4個主要特點:一是系統設計簡單,可降低衛星成本和通信費用;二是移動用戶可利用多徑和多顆衛星的雙重分集接收,提高接收質量;三是頻譜利用率高;四是地面關口站數量較多。
E0系統
Ellips0系統是一種混合軌道星座系統。它使用17顆衛星便可實現全球覆蓋,比銥系統和Globalstar系統的衛星數量要少得多。在該系統中,有10顆星部署在兩條橢圓軌道上,其軌道近地點為632 km,遠地點為7604 km,另有7顆星部署在一條8050 km高的赤道軌道上。該系統初步開始為赤道地區提供行動電話業務,2002年開始提供全球行動電話業務。
Tc系統
Teledesic系統是一個著眼於寬頻業務發展的低軌道衛星移動通信系統。由840顆衛星組成,均勻分佈在21個軌道平面上。由於每個軌道平面上另有頒備用衛星,備用衛星總數為84顆,所以整個系統的衛星數量達到924顆。經優化后,投入實際使用的Teledesic系統已將衛星數量降至288顆。Teledesic系統的每顆衛星可提供l0萬個l6kb/5的話音通道,整個系統峰值負荷時,可提供超出100萬個同步全雙工El速率的連接。因此,該系統不僅可提供高質量的話音通信,同時還能支持電視會議、互動式多媒體通信、以及實時雙向高速數據通信等寬頻通信業務。

6圖書信息

書 名: 衛星通信系統
衛星通信系統
作 者:郭慶,王振永,顧學邁
出版社:電子工業出版社
出版時間: 2010-6-1
ISBN: 9787121109607
開本: 16開
定價: 79.00元

7內容簡介

衛星通信系統由於具有三維無縫覆蓋能力、獨特靈活的普遍服務能力、覆蓋區域的可移動性、廣域複雜網路構成能力、廣域Internet交互連接能力,以及特有的廣域廣播與多播能力,對應急救災的快速靈活與安全可靠的支持能力等特點,已經成為實現全球通信不可或缺的通信手段之一。本書系統地介紹了衛星通信系統的相關技術,包括基本概念、衛星軌道的空間參數、衛星通信電波傳播特性、衛星天線、衛星系統構成、衛星通信體制、衛星鏈路特性、移動衛星組網設計等內容。此外,還對衛星通信的新技術應用進行了分析和探討,介紹了衛星通信抗干擾技術、衛星數字廣播系統、衛星互聯網技術,以及衛星通信業務和衛星通信系統的應用。本書內容新穎,概念清楚,具有較好的實際應用價值。
本書適合於從事信息與通信工程領域研究與設計的科研和工程技術人員、高校師生閱讀與參考。

8圖書目錄

第1章 概述
第2章 衛星軌道
第3章 電波傳播
第4章 天線
第5章 空間段
第6章 地面段
第7章 衛星通信傳輸體制
第8章 衛星鏈路
第9章 衛星通信干擾分析
第10章 衛星通信多址接入技術
第11章 衛星星座設計
第12章 衛星網路技術
第13章 衛星通信業務
第14章 衛星數字廣播系統
第15章 衛星通信系統應用
參考文獻
劉國梁榮昆壁等編著 衛星通信 西安電子科技大學出版社
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