无线通信工程(四)卫星通信

吉林通信行业职业技能鉴定中心无线通信工程第四章卫星通信吉林通信行业职业技能鉴定中心教学内容自测训练题吉林通信行业职业技能鉴定中心主要内容安排第一节卫星通信概述第二节卫星通信网第三节通信卫星第四节卫星通信方式第五节卫星通信地球站第六节甚小天线地球站吉林通信行业职业技能鉴定中心卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。见下页图。人造地球卫星根据对无线电信号的有无、转发功能，有有源人造地球卫星和无源人造卫星之分。由于无源人造卫星反射下来的信号太弱无实用价值，于是人们致力于研究具有放大、变频转发功能的有源人造地球卫星－－通信卫星来实现卫星通信。其中绕地球赤道运行的周期与地球自转相等的同步卫星具有优越性能，利用同步卫星的通信已成为主要的卫星通信方式。不在地球同步轨道上运行的低轨卫星多在移动通信中运用。第一节卫星通信概述吉林通信行业职业技能鉴定中心卫星通信示意图吉林通信行业职业技能鉴定中心1、同步卫星通信在地球赤道上空约36000km的太空中围绕地球的圆形轨道上运行的通信卫星，其绕地球运行周期为1恒星日，与地球自转同步，因而与地球之间处于相对静止状态，故称为静止卫星、固定卫星或同步卫星，其运行轨道称为地球同步轨道（GEO）在地面上用微波接力系统进行的通信，因系视距传播，平均每2500km假设参考电路要经过每跨距约46km的54次接力转接。如利用通信卫星进行中继，地面距离长达1万多公里的通信，经通信卫星1跳即可连通（由地至星，再由星至地为1跳，含一次中继），而电波传输的中继距离约为4万公里。吉林通信行业职业技能鉴定中心2、卫星通信系统由通信卫星和经该卫星连通的地球站，根据不同的目的组成不同的卫星通信系统。运行中的地球站只能指向某一颗同步卫星，两个或更多的地球站可以通过同一颗同步卫星建立直达的卫星电路。如为电视或广播节目的卫星卫星传输，可以用一颗同步卫星上的不同转发器传输不同的节目。在此卫星的波束覆盖区内的众多电视单收地球站，可以指向此卫星接收不同的电视节目或同时接收多个节目。如为甚小天线地球站卫星通信系统，同技术制式的众多甚小天线地球站（VSAT）可以经由同一卫星转发器连通连网，也可以几种不同制式各自成网。如一颗同步卫星的容量不够，可以在预定的同步轨道的不同位置部署几颗同步卫星，有关地球站根据安排相应地指向某一卫星，组成卫星通信电路。例如国际通信卫星组织在印度洋地区赤道上空就有4颗卫星，分别定点于60°E、63°E、66°E、57°E，并准备在90年代及以后视需要情况在91.5°E和95°E再部署两颗卫星。吉林通信行业职业技能鉴定中心（1）频段同步卫星通信业务有卫星固定通信业务（FSS）和卫星移动通信业务（MSS）之分，它们所分配的频段也不同。FSS使用C频段和Ku频段。MSS使用L频段。工作在Ku频段的Ku转发器原来大多是点波束的，90年代开始国际通信卫星组织（INTELSAT，简作IS）的Ku星叫ISK，提供较广的区域波束以适应需求。FSS的C、Ku频段的频率划分如下（上行为地球站对卫星所用频率，下行为卫星对地球站所用频率）。①C频段（MHz）上行：5925～6425带宽500MHz下行：3700～4200带宽500MHz为扩展FSS用的频谱，自1984年1月1日开始调整为：上行：第1区5725～7075带宽1350MHz第2、3区5850～7075带宽1225MHz下行：第1、2、3区3400～4200和4500～4800带宽共1100MHz吉林通信行业职业技能鉴定中心②Ku频段（GHz)上行：第1、2、3区14.0～12.25带宽250MHz14.25～14.5带宽250MHz下行：第1、2、3区10.95～11.20带宽250MHz11.45～11.7带宽250MHz第2区11.7～11.95带宽250MHz11.95～12.2带宽250MHz第3区12.2～12.5带宽300MHz第1、3区12.5～12.75带宽250MHz国际无线电行政大会（WARC－92）的频率分配，国际通信卫星组织于2000年1月1日可启用新分配的13.75～14.0GHz（上行），带宽250MHz，以适应发展的需要。吉林通信行业职业技能鉴定中心C频段的传输比较稳定，设备技术也成熟，容易和同频段的地面微波系统相互干扰。卫星通信的上行链路干扰6GHz微波系统，下行链路受4GHz微波系统的干扰，这需预先协调并采取相应的屏蔽措施加以解决（见卫星通信系统干扰协调）。Ku频段传输受雨雾衰减较大，不如C频段稳定，尤其雨量大的地区更是如此。如在上、下行链路的计算中留有足够余量，配备上行功率调节功能，亦可获得满意效果。Ku频段频谱资源较丰富，与地面微波系统的相互干扰小，其应用很有前途。吉林通信行业职业技能鉴定中心（2）卫星通信方式卫星通信系统传输或分配信息时所采用的工作方式称为卫星通信方式。国际卫星通信已由以模拟频分方式为主，转向以数字时分方式为主。数字卫星通信方式有120Mbit/s的数字话音插空（DSI）的时分多址（TDMA/DSI），或不加话音插空（DNI）的时分多址，以及星上交换时分多址（SS－TDMA）；还有大量的以2.048Mbit/s、1.544Mbit/s为主的卫星数字通道（IDR）方式，加数字电路复用设备（DCME）一般可扩大容量3～4倍，最多达5倍。2Mbit/s的IDR其承载电路为30路，较小容量的IDR有1.024Mbit/s（16路）和512Mbit/s（8路）。专用通信用的数字专线业务（IBS）业务发展很快，Ku频段达到ISDN质量水平的叫超级数字专线业务（superIBS）。稀路由（VISTA）业务方式仍有市场，其中有按需分配多址（DAMA）功能的方式称超级稀路由（superVISTA）方式。非中心控制的稀路由的斯佩德（SPADE）方式因设备复杂已被淘汰。吉林通信行业职业技能鉴定中心国际卫星通信的极化方式为双圆极化。国内卫星通信方式大体仿效国际卫星通信用C频段和Ku频段，也有用Ka频段的。一般的TDMA方式为60Mbit/s以下速率，还有SS-TDMA和转发器跳频的TDMA方式，有加数字电路复用设备的卫星数字通道（IDR/DCME）方式，也有自适应差分脉冲编码的卫星数字通道（IDR/ADPCM）方式。因模拟的频分多址（FDMA）方式技术成熟，仍有使用。国内范围的以通话为主的稀路由（VISTA）方式用得较多，有单载波单信道/音节压扩频率调制/按需分配多址（SCPC/CFM/DAMA）方式和单载波单信道/4相移键控/按需分配多址（SCPC/QPSK/DAMA）方式以及较低速率的TDMA方式。甚小天线地球站系统的市场很大，它是以数据传输为主兼有话音传输的星状网，其制式和速率有多种，可供用户选用。国内卫星通信的极化方式一般为线极化，个别也有用圆极化的。吉林通信行业职业技能鉴定中心3、同步卫星通信的特点（1）同步卫星通信的优点①通信距离远，在卫星波束覆盖区内1跳的通信距离最远约13×10（3次方）km（用全球波束，地球站对卫星的仰角在5°以上）；②不受通信两点间任何复杂地理条件的限制；③不受通信两点音的任何自然灾害和人为事件的影响；④只经过卫星1路即可到达对方，因而通信质量高，系统可靠性高，常作为海缆修复期的支撑系统；⑤通信距离越远，成本越低；⑥可在大面积范围内实现电视节目、广播节目和新闻的传输，以及直达用户办公楼的交互数据传输甚至话音传输，因而适用于广播型和用户型业务；⑦机动性大，可实现卫星移动通信和应急通信；吉林通信行业职业技能鉴定中心⑧灵活性大，可在两点间提供几百、几千甚至上万路话路，提供几十兆比（Mbit/s）甚至120Mbit/s的中高速数据通道，也可提供至少一条话路或1.2kbit/s、2.4kbit/s的数据通道；⑨易于实现多址传输；⑩有传输多种业务的功能。（2）同步卫星通信的缺点①传输时延大。卫星地球站通过赤道上空约36000km的通信卫星的转发进行通信，视地球站纬度高低，其1跳的单程空间距离为72000～80000km。以300000km/s的速度传播的电波，要经过240ms～260ms的空间传输延时才能到达对方地球站，加上终端设备对数字信号的处理时间等，延时还要增加。根据国际电信联盟TTU建议，单程传输不要超过400ms。对于通信来说，发话方听到对方立即的回话，经过500ms～800ms,这是可以被通话用户接受和习惯的。但由通话双方的二/四线混合线圈不平衡而造成的泄漏，将出现不可忍受的回音，因而必须无例外地加装回音消除器。吉林通信行业职业技能鉴定中心②在南纬75°以上和北纬75°以上的高纬度地区，由于同步卫星的仰角低于5°，难以实现卫星通信。一般说来，纬度在70°以下的地面、80°以下的飞机，均可经同步卫星建立通信。③同步轨道的位置有限，不能无限度地增加卫星数量和减小星间间隔。④每年有不可避免的日凌中断和须采取措施度过的星食发生。⑤需对卫星部署有长远规划。卫星寿命一般为几年至十几年，而卫星的设计和生产周期长，需及早安排后继卫星，但卫星发身成功率平均为80%左右，故要承担一定的风险。吉林通信行业职业技能鉴定中心第二节卫星通信网卫星通信网是由一个或数个通信卫星和指向卫星的若干个地球站组成的通信网。卫星通信网按通信方式有模拟卫星通信网和数字卫星通信网之分。不同方式的通信网不能互通，但可以使用同一颗通信卫星，甚至共用一个转发器。另外，按卫星的服务区域划分，有国际卫星通信网、区域卫星通信网和国内卫星通信网。吉林通信行业职业技能鉴定中心1、国际卫星通信网球性的卫星通信网，由国际通信卫星组织（INTELSAT）经营和管理。该组织在1964年8月由19个国家创建，总部设在华盛顿。国际卫星通信组织的世界上第一颗商用卫星“晨鸟”于1965年4月6日问世，代号为IS－I。经过多年的发展，该组织已有成员国100多个，使用者（含成员国、非成员国和使用国）近200个，组成了全球性最大的国际卫星通信网。90年代有IS－Ⅴ、IS－Ⅵ和IS－Ⅶ等几代卫星在轨服务。在大西洋、印度洋及太平洋地区赤道上空的同步轨道上有17～19颗国际通信卫星组织的国际卫星（1992年资料），它们承担2/3乃至1/2的国际长途通信业务和近100%的国际电视传输业务。一颗卫星的通信容易由最初的240路话路或一路电视通道发展到兼用C频段和Ku频段的上万路甚至几万路电话和2至4个模拟电视通道。吉林通信行业职业技能鉴定中心2、国际太空通信网由国际太空通信组织（INTELSPUTNIK）经营和管理的卫星通信网。1971年11月国际太空通信组织成立，总部设在莫斯科。1979年，国际太空通信组织租用苏联“静止”系列卫星转发器组成的国际太空通信网开始运行。该系列卫星是用C频段，有全球和北半球两种波束，采用对南北不进行控制的倾斜轨道方式。主要成员国有原苏联、蒙古、越南、古巴、老挝等国及东欧各国。吉林通信行业职业技能鉴定中心3、国际海事卫星通信网利用同步卫星进行海上移动通信的通信网。1975年，由美国通信卫星公司（COMSAT）建立的海事卫星通信网开始营运。1979年7月成立了总部设在英国伦敦的国际海事卫星组织（INMARSAT），它于1982年2月开始向国际上提供海上船舶的电报电话和数据服务，组成国际海事卫星通信网。该网所使用的同步通信卫星是，开始时是租用欧洲宇航局的MARECS卫星转发器以及COMSAT和INTELSAT的卫星转发器作为第一代海事卫星（INMARSAT-Ⅰ）。自90年代开始逐步由海事卫星组织自己发身的INMARSAT-Ⅱ系列卫星代替，这是第二代海事卫星。INMARSAT的通信网是全球性的，承担海上、陆上和航空移动通信业务。同步卫星与移动站之间使用L频段，同步卫星与岸站之间仍使用C频段，经岸站进入地面通信网。吉林通信行业职业技能鉴定中心4、区域卫星通信网为一定地区进行卫星通信服务的通信网。主要有欧洲通信卫星组织（EUTELSAT）、阿拉伯通信卫星组织（ARABSAT）、亚洲卫星公司（ASIASAT）和亚太卫星公司（APSTAR）