通信導航監(jiān)視系統(tǒng)-3.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)

1、3.4 衛(wèi)星通信系統(tǒng) 衛(wèi)星通信： 指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉發(fā)無線電信號，在兩個或多個地球站直接進行的通信，它是宇宙通信的形式之一。 衛(wèi)星通信工作流程:同一衛(wèi)星覆蓋區(qū)不同衛(wèi)星覆蓋區(qū)(延遲轉發(fā))衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成：通信衛(wèi)星地面站群： 一般包括中央站（或中心站）和若干個基本地球站衛(wèi)星通信控制中心: 通信衛(wèi)星監(jiān)控站和衛(wèi)星通信管理站衛(wèi)星通信的特點衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域大，通信距離遠。衛(wèi)星通信具有多址傳輸能力。衛(wèi)星通信的通信頻帶寬，傳輸容量大。衛(wèi)星通信機動靈活。衛(wèi)星通信的通信線路穩(wěn)定可靠，傳輸質量高。衛(wèi)星通信工作頻率1、商業(yè)和國內區(qū)域：C頻段(6/4GHz) f1=5.9256.425GHz f2=3.74

2、.2GHz 帶寬500MHz2、軍用和政府用：8/7GHz f1=7.98.4GHz f2=7.257.75GHz3、新開發(fā)的頻率：KU頻段14/11GHz f1=1414.5GHz f2=10.9511.2GHz、11.45GHz 11.7GHz或11.7GHz12.2GHz 通信衛(wèi)星星座參數1.軌道高度（H）及傾角(1)按衛(wèi)星離地最大高度hmax的大小分：低軌衛(wèi)星（LEO）：hmax5000km，周期T小于4小時；中軌衛(wèi)星(MEO)：5000kmhmax20000公里，周期T大于12小時；同步衛(wèi)星(GEO)：hmax約36000公里，周期24小時。(2)按傾角I的大小，衛(wèi)星可分為三類：赤道

3、軌道衛(wèi)星：I0，軌道與赤道面重合；極地軌道衛(wèi)星：I90，軌道面穿過地球的南北兩極，與赤道面垂直；傾斜軌道衛(wèi)星：0I90，軌道面傾斜于赤道面。2.與H有關的參數(1)仰角和單星覆蓋面積仰角小于20時，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的特性完全與地面移動通信信道特性一樣，存在多徑現象；仰角在2040之間時，其通信鏈路已基本不存在多徑現象；仰角大于40，信道質量會更好；仰角大于70，則信道質量總是好的。高度越高，單星的覆蓋面積就越大。 (2)自由空間損耗 (3)信號傳播延時 H越小，信號傳播延時越小。LEO的傳播延遲是535ms，MEO的傳播延時是7080ms，GEO的傳播延時是250270ms。靜止衛(wèi)星的特點：靜

4、止衛(wèi)星的優(yōu)點： 衛(wèi)星高度高，對地面的視區(qū)面積大； 不需復雜的跟蹤系統(tǒng)； 多卜勒可以忽略； 通信連續(xù)，不會因更換衛(wèi)星而中斷； 信道的絕大部分位于自由空間，工作穩(wěn)定靜止衛(wèi)星的缺點： 傳輸損耗和傳輸時延都較大； 兩極附近有盲區(qū)； 靜止同步軌道只有一條，容納衛(wèi)星數量有限。3.4.3 通信衛(wèi)星的組成3.4.3.1 衛(wèi)星天線分系統(tǒng)遙測指令天線 高頻或者甚高頻全向天線 接收指令并向地面發(fā)射遙測數據和信標 通信天線 微波天線:全球點波束天線、點波束天線、區(qū)域（賦形）波束天線 3.4.3.2 衛(wèi)星轉發(fā)器轉發(fā)器是通信衛(wèi)星的核心 種類: 單變頻轉發(fā)器(載波數量多、通信容量大的多址連接系統(tǒng) ) 雙變頻轉發(fā)器(通信容量

5、不大、所需帶寬較窄的通信系統(tǒng) ) 星上處理轉發(fā)器(信號轉發(fā)和信號處理; 數字衛(wèi)星通信系統(tǒng) )轉發(fā)器的數目決定了衛(wèi)星通信容量的大小 (轉發(fā)帶寬36M,可以有12個轉發(fā)器) 3.4.3.3 電源分系統(tǒng)太陽能電池3.4.3.4跟蹤、遙測、指令分系統(tǒng)遙測設備指令設備(接收地面站指令)信標發(fā)射設備3.4.3.5 控制分系統(tǒng)3.4.4 國內外通信衛(wèi)星系統(tǒng)介紹3.4.4.1 鑫諾通信衛(wèi)星組成:兩顆衛(wèi)星（SINOSAT-1和SINOSAT-2） 衛(wèi)星提供24個C波段轉發(fā)器和14個Ku波段轉發(fā)器及一對C-Ku波段互聯(lián)轉發(fā)器。 SINOSAT-1通信衛(wèi)星是一顆專為衛(wèi)星電視直播和專用網服務的通信衛(wèi)星。C波段覆蓋亞太

6、地區(qū)，Ku波段覆蓋中國及周邊國家和地區(qū) SINOSAT-2是一顆純Ku波段的廣播通信衛(wèi)星，是一顆真正意義上的電視直播衛(wèi)星。衛(wèi)星波束分別覆蓋中國和亞太地區(qū) 3.4.4.2 國際海事衛(wèi)星國際海事衛(wèi)星（Inmarsat）是一個GEO衛(wèi)星系統(tǒng)組成: 空間段 地面站 移動終端（1）空間段 空間段 : 通信衛(wèi)星、網絡控制中心和網絡協(xié)調站組成通信衛(wèi)星 Inmarsat分布在地球同步軌道上，距地球約為35800km。衛(wèi)星收發(fā)采用L波段和C波段，天線采用圓激化方式。 網絡控制中心（NOC）負責檢測、協(xié)調和控制網絡內所有衛(wèi)星的操作運行。網絡協(xié)調站（NCS） 的主要任務包括分配語音、數據和高速數據信道頻率。 （2）

7、地面站 地面站:設在海岸附近的地球站，它既是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面系統(tǒng)的接口，又是一個控制和接入中心。 主要功能有： 對從船舶或陸上來的呼叫分配和建立信道； 信道狀態(tài)（空閑、正在受理申請、占線等）的監(jiān)視和排隊的管理； 船舶識別碼的編排和核對； 登記呼叫，產生計費信息； 遇難信息監(jiān)收； 衛(wèi)星轉發(fā)器頻率偏差的補償； 通過衛(wèi)星的自環(huán)測試； 在多岸站運行時的網絡控制功能； 對船舶終端進行測試。 （3）移動終端移動終端信號上達衛(wèi)星，再經地面站，通過國際或國內的郵電公眾通信網與其他的用戶通信。反過來，公眾網用戶也可以通過衛(wèi)星與衛(wèi)星移動終端聯(lián)系。 3.4.5 衛(wèi)星通信體制通信體制 : 是指通信系統(tǒng)所采用的信號傳輸方

8、式和信號交換方式3.4.5.1 基帶信號形式包括: 模擬/數字制，何種信源編碼，何種信源調制方式，單路傳輸還是多路傳輸等方面3.4.5.2 中頻（或射頻）調制制度模擬: 調頻（FM） 調幅（AM） 調相（PM）數字: 頻移鍵控（FSK） 相移鍵控（PSK）3.4.5.3 多路復用方式 單路制 一個用戶的一路信號調制一個載波，即單路單載波方式 群路制 多個要傳輸的信號按某種多路復用方式組合在一起，構成基帶信號再去調制載波，即多路復用方式 頻分多路（FDM） 時分多路（TDM）3.4.5.4 多址連接方式 單址接入 衛(wèi)星上的一個轉發(fā)器通道被來自地球站的一個發(fā)送信號全部占用，那么這種方式稱為單址接入

9、工作模式 一個調制載波占用整個轉發(fā)器的可用帶寬 大業(yè)務量路由，需要使用大口徑天線多址接入:如果多個載波共用一個轉發(fā)器，并且這些載波可能來自許多地球站，或者一個地球站同時發(fā)射一個或多個載波，則這種工作模式稱為多址接入 分類: 頻分多址（FDMA） 時分多址（TDMA） 碼分多址（CDMA） 空分多址（SDMA）（1）頻分多址（FDMA） 分為:預分配FDMA,按需分配FDMA.預分配FDMA是將頻隙預先分配給相應地球站的模擬或數字信號使用。 優(yōu)點:多址接入簡單， 缺點:可能造成頻譜的浪費。按需分配FDMA是將頻隙動態(tài)地分配給相應的申請用戶使用。 （2）時分多址（TDMA） 在任意時刻只有一個載波

10、使用轉發(fā)器，不存在多載波下由于非線性放大所造成的互調干擾 分為:預分配和按需分配兩種方式。預分配TDMA: 將一幀的每個時隙（分幀）預先分配給相應的用戶使用。按需分配TDMA: 將時隙按照每個用戶業(yè)務量的大小來動態(tài)分配時隙，這樣可以保證每幀資源的有效利用。 （3）碼分多址（CDMA） 基本特征: 各站所發(fā)的信號在結構上相同并且相互具有準正交性，以區(qū)別地址，而在頻率、時間、空間上都是可以重疊的 信號接收: 對于某一地址碼，只有與之相應的接收機才能檢測出信號 優(yōu)點： 具有較強的抗干擾性； 有一定的保密能力； 改變地址比較靈活； 具有軟容量。缺點: 要占用較寬的頻帶； 頻帶利用率一般較低； 要選擇數

11、量足夠的可用地址碼比較困難，接收時，對地址碼的捕獲與同步需要一定的時間。 （4）空分多址（SDMA） 基本特征: 發(fā)射站天線（如衛(wèi)星天線）有多個點波束或賦形波束，它們分別指向不同區(qū)域的地球站，利用波束在空間指向的差異來區(qū)分不同的地球站 優(yōu)點： 天線增益高； 發(fā)射功率可以得到合理有效的利用，針對不同區(qū)域接收站所發(fā)射的信號在空間互不重疊，即使在同一時間用相同頻率，也不會相互干擾，可以實現頻率復用。缺點： 天線設備復雜； 在衛(wèi)星上對衛(wèi)星姿態(tài)的穩(wěn)定及控制提出了很高的要求。3.4.5.5 信道分配與交換制度信道的分配方式有: 預定分配（預分配，記為PA） 按申請分配（按需分配，記為DA） 隨機占用航空移

12、動衛(wèi)星通信系統(tǒng)一、AMSS的發(fā)展(一)初期開發(fā)活動 1、早在60年代，民航界己開始研究利用衛(wèi)星進行飛機與地面通信的可行性 ，主要集中在利用VHF頻譜(118136MHz)方面； 2、1968年，國際民航組織(ICAO)研究為了滿足越洋飛行時的需要，可以先建立低容量衛(wèi)星系統(tǒng)，以后逐步隨著技術的發(fā)展過渡到高容量衛(wèi)星系統(tǒng) 。 (二)可行性實驗 19711973年和19741975年，人們分別利用ATS-5和ATS-6衛(wèi)星完成了幾項實驗，證明了用1516GHz的l頻段提供飛機用衛(wèi)星通信是可行的。(三)INMARSAT的貢獻 國際海事衛(wèi)星組織-改為國際移動衛(wèi)星組織-1987年日本航空公司成功利用INMA

13、RSAT的太平洋衛(wèi)星進行了衛(wèi)星電話通信-1991年新加坡航空公司為旅客提供衛(wèi)星電話服務-1996年發(fā)射INMARSATIII衛(wèi)星，具有點波束功能-現在，INMARSAT是唯一能夠提供全球服務的航空衛(wèi)星系統(tǒng)。二、AMSS的組成 空間段(衛(wèi)星轉發(fā)器) 地面地球站(GES) 機載地球站(AES) 網絡協(xié)調站(NCS)(一)空間段(衛(wèi)星轉發(fā)器)1、平臺(服務窗) 包括姿態(tài)和軌道控制系統(tǒng)，跟蹤、遙測和指令系統(tǒng)，機械骨架及通信載荷和電源分系統(tǒng)。2、通信載荷(通信轉發(fā)器) 正向轉發(fā)器 反向轉發(fā)器正向轉發(fā)器接收GES發(fā)來的(C或KU)頻段信號，變?yōu)長頻段信號，轉發(fā)至AES。反向轉發(fā)器接收AES發(fā)來的L頻段信號

14、，變?yōu)镃(或KU)頻段信號，轉發(fā)至GES。(二)地面地球站(GES)1、組成 天線 C或KU頻段收發(fā)機 L頻段收發(fā)機 網絡管理設備 天線 C頻段天線直徑913米，遠離干擾嚴重的郊區(qū)； Ku頻段天線直徑7米，近郊區(qū)及城內C或KU頻段收發(fā)機L頻段收發(fā)機網絡管理設備 (三)機載地球站(AES)組成 天線分系統(tǒng) 航空電子設備分系統(tǒng) 天線類型：低增益(0dBi)、中增益(6dBi)、 高增益(12dBi) 功能：為通信和機載機載電子設備提供接口(三)網絡協(xié)調站每一個衛(wèi)星覆蓋區(qū)內可以設一個NCS功用 NCS和各GES的接口，目的是管理衛(wèi)星資源的分配，即衛(wèi)星功率和通信信道在各GES間的分配。三、AMSS的性

15、能要求、工作情況(一)AMSS的業(yè)務種類 1、數據通信 2、自動相關監(jiān)視(ADS) 3、話音通信 應急通信及駕駛員與管制員間的非常規(guī)通信仍需用話音通信。(二)AMSS提供的服務 空中交通服務（ATS） 航務管理通信（AOC） 航空行政管理通信（AAC） 航空旅客通信（APC） 其中ATS和AOC屬于安全通信，AAC和APC屬于非安全通信。(三)AMSS的信道數據信道： P信道 R信道 T信道話音信道：CP信道時分復用分組方式數據信道 僅用于正向(GES到AES)，傳送信令和用戶數據Psmc信道-系統(tǒng)管理功能Pd信道-其他功能R信道隨機多址存取信道 僅用于反向(AES到GES)，傳送信令和小量用

16、戶數據, 以突發(fā)方式工作, 多架飛機可以共用一條R信道。Rsmc信道-系統(tǒng)管理功能Rd信道-其他功能T信道預約時分多址信道 僅用于反向 傳送較大的報文數據工作時先用R信道為T信道預約一定數量的時隙(四)AMSS工作情況1、高交通密度海洋地區(qū)工作情況 在洋區(qū)首選AMSS ; 數據和話音，包括ADS。2、低交通密度/陸地上空工作情況 數據和話音通信，但兩極不能覆蓋3、高交通密度陸地上空航路及終端區(qū)工作情況 AMSS話音和數據通信將與VHF、HF話音和數據通信及S模式SSR數據鏈共存，AMSS的ADS業(yè)務與SSR監(jiān)視共存4、注冊入網聯(lián)機(log-on)過程(1)log-on申請(發(fā)自AES)(2)log-on批準(發(fā)自GES)(3)log-on答謝(發(fā)自AES)(4)log-on認可(發(fā)自GES)，同時發(fā)生以下動作： A、將log-on信息存入GES內部的聯(lián)機狀態(tài)表； B、將lo