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卫星通信系统


4.1 卫星通信系统的组成
图4-6 通信卫星组成示意图
4.1 卫星通信系统的组成
(3)卫星转发器。卫星转发器常分为透明转发器和处理转发 器两种。 ①透明转发器。透明转发器也称非再生转发器,包括单变频 转发器和双变频转发器两种。 单变频转发器是目前使用最多的一种转发器,如图4-7(a) 所示。双变频转发器的结构如图4-7(b)所示。 ②处理转发器。处理转发器是指除了具有转发功能之外,还 具有处理功能的转发器,其结构如图4-7(c)所示。 (4)通信卫星的天线系统。卫星天线大致可分为两种类型。 一种是用于遥测、遥控和标信信号的全向天线,这类天线常用鞭 状、螺旋形、绕杆式或套筒偶极子天线;是一种高频或甚高频天 线。根据波束二代宽度不同,它又分为3类:全球波束天线;点波 束天线;区域波束天线。
4 f G / T 31.7 20 lg 4
( dB / K )
(dB / K )
G / T 37.0 20 lg
f 11.2
4.1 卫星通信系统的组成
②有效全向辐射功率EIRP。有效全向辐射功率表示地球或卫 星的发射能力的强弱。 EIRP P T GT ③稳定的射频频率。 ④射频能量的扩散。 ⑤干扰影响限制。 (2)地球站的构成。图4-4所示为一个典型的标准地球站的结 构示意图,主要由天线分系统、发射机分系统、接收机分系统、 通信控制分系统、信道终端设备分系统和电源分系统6个分系统组 成。分别为:天线分系统、发射机分系统、接收机分系统、信道 终端设备分系统、通信控制分系统和电源分系统。 (3)地球站的天馈线系统。地球站天线系统是一个庞大的系 统。根据地球站天线口径的大小,可将地球站划分为A、B、C3种 站型。VSAT称为甚小口径终端。性能以及适用业务类型如表4-1所 示。
2. 多址技术
可分为频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址 (CDMA)和空分多址(SD-10 多址分配示意图
4.2 多址及随机多址访问方式
频分多址访问方式(FDMA)是卫星通信多址技术中的一种比 较简单的多址访问方式。 时分多址访问方式(TDMA)是以时间为参量来进行分割的, 其在频率和空间上无法分开,那么不同的信号占据不同时间段, 彼此互不重叠。 空分多址访问方式(SDMA)是以空间作为参量来进行分割的, 其在频率和时间上无法分开,因而不同的信道占据不同的空间, 这样卫星可根据空间位置接收相应覆盖区域中的各地球站发送的 上行链路信号。 码分多址访问方式(CDMA)是以信号的波形、码型为参量来 实现多址访问的,其频率、时间、空间上均无法分开,因而不同 的地球站使用不同的码型作为地址码,并且这些码型相互正交或 准正交。
4.1 卫星通信系统的组成
图4-7 卫星转发器
4.2 多址及随机多址访问方式
4.2.1 多址技术的基本概念及信道分配方式
多址技术是指在卫星覆盖区内的多个地球站,通过同一颗卫 星的中继建立两址和多址之间通信的技术。 多址技术是建立在信号分割基础之上的,即在发射端利用信 号之间参量的差别来进行信号设计,使接收端能够按发端所设计 的信号差别,从所接收信号中分离出各路信号,因而不同的控制 策略构成不同的多址访问方式。多址技术包括多址方式和多址分 配方式。
4.1 卫星通信系统的组成
图4-11 频分多址方式示意图
4.1 卫星通信系统的组成
图4-12 以MCPC-FDMA方式实现两个地球站之间通信的示意图
4.2 多址及随机多址访问方式
射频频带BA之中,并沿上行链路发送给卫星接收器。在卫星上通 常所接收的信号中包含许多频谱互不重叠的载波。当经过卫星合 路、变频和放大处理之后,转发到下行链路之中。 (2)每载波单路SCPC-FDMA方式。每载波单路FDMA方式是指在 SCPC系统中,每个载波中仅传送一路信号,这样在SCPC工作过程 中,将无须进行基带复用、基带滤波和基带去复用处理。 SCPC方式主要应用于业务量较小的、同时通信路数最多只有 几条甚至一条的地球站。显然采用固定分配载波的MCPC方式会造 成频带的浪费,因此SCPC系统的信道分配不再采用固定方式,而 采用按申请分配的方式,即用户欲进行通信时,需预先发出一个 使用信道申请,当使用完毕之后,便将其释放,此后其他用户可 以申请使用该通道。
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4.2 多址及随机多址访问方式
①固定预分配(FPA)方式。固定预分配是指按事先规定半永 久性地分配给每个地球站固定数量的信道,这样各地球站只能各 自在特定的信道上完成与其他地球站的通信,其他地球站不得占 用该信道。如图4-10(a)所示。 ②按时预分配(TPA)方式。事先知道了各地球站间业务随时 间的变化规律,那么在一天内可按约定对信道做几次固定的调整, 这种方式就是按时预分配(TPA)方式。 (2)按需分配方式。按需分配(DA)方式是一种分配可变的 制度,这个可变是指按申请进行变化的信道分配。根据信道分配 可变的程度不同,按申请分配制度又 可分为以下几种类型:收端 可变、发端固定的DA方式;收端固定、发端可变的DA方式;收、 发可变DA方式;动态分配;随机分配。
4.1 卫星通信系统的组成
图4-4 国际卫星通信频分多址方式A型标准地球站的组成方框图
4.1 卫星通信系统的组成
表4-1各类地球站的天线尺寸、工作性能以及适用业务类型
类型 大型站(国 家) 地球站标准 A C B F—3 E—3 F—2 E—2 F—1 E—1 D—1 G Z 天线尺寸/m 15~18(原30~32) 12~14(原15~18) 11~13 9~10 8~10 7 ~8 5.0~7.0 4.5~5 3.5 4.5~5.5 0.6~2.4 1.2~11 0.6~32 最小(G/T)值/( dB/K) 35.0(原40.7) 37.0(原39) 31.7 29.0 34.0 27.0 29.0 22.7 2 500 22.7 5.5 16 5.5~16 业 务 频段/GHz 6/4 14/11&12 6/4 6/4 14/11&12 6/4 14/11&12 6/4 14/11&12 6/4 6/4;14/11&12 6/4;14/11&12 6/4;14/11&12
空间分系统是指包括通信装置在内的通信卫星主体以及星体 的遥测指令、控制系统和能源装置等。 地球站群包括中央和若干个普通地球站。 跟踪遥测及指令系统的功能主要是完成对卫星跟踪测量和控 制,使其准确进入卫星轨道上的指定位置,并对卫星定期进行轨 道修正和位置保持。 监控管理系统的功能主要是在业务开通前后对定点卫星进行 通信性能检测和控制。
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图4-3 卫星通信线路的组成
4.1 卫星通信系统的组成
卫星转发器的接收器中,首先对微波频率为f1的上行信号进 行低噪声放大,然后将其转换成为频率为f2的下行微波信号,再 经过卫星发射机的功率放大,通过双工器由天线将信号发往地面 站。
2. 地球站的基本构成
(1)对地球站的性能要求。为了保证地球站与通信卫星之间 的正常通信,因此国际上有关部门对标准地球站的必备性能做出 了规范。 ①地球站的品质因数指标。地球站的品质因数是指地球站接 收天线的增益G与地球站接收系统的等效噪声温度T之比,它代表 地球站接收微弱信号的能力,用符号G/T表示,不同类型的标准地 球站的品质因数不同。 A型站 G / T 35.0 20 lg f (dB / K ) B型站 C型站
1. 卫星通信系统的工作原理
图4-3所示为一个典型的卫星通信线路,其中包括收发地球站、 上下行无线传输线路和通信卫星。 当发端地球站A欲将来自市话局的多路电信号发往地球站B时, 首先对这些多路信号进行复用,从而构成多路基带信号,然后由 发射设备进行中频调制经上变频,将70MHz的中频信号变换成微波 信号,再经射频功率放大器、双工器和地球站天线发往处于外层 空间的卫星。信号经过大气层和宇宙空间传播。
中型站(卫 星通信)
小型站(商 用) VSAT TVRO 国内
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2. 通信卫星的组成
(1)对通信卫星的技术要求。符合维持通信卫星正常工作的 供电要求;保持正常的卫星姿态;保持稳定的自旋速度;保持在 规定的轨道上;卫星上的设备应工作在稳定的温度环境下。 (2)通信卫星的组成 其组成结构图如图4-6所示。具体包括天线分系统、通信分系 统、控制分系统、遥测与指令系统、电源分系统和温控分系统等6 个部分。 ①天线分系统:共配置了两种不同用途的天线,一种是用于 收发用户信息的通信天线,另一种是适用于收发遥测指令信号的 天线。通常遥测指令天线采用全向天线。 ②通信分系统:也称为卫星转发器或中继器,它是一部宽频 带的收发信机。每个转发器使用一定的频段,负责覆盖指定的区 域。因此要求转发器能够提供稳定可靠地工作环境,并要求附加 噪声小和失真要小。
4.1 卫星通信系统的组成
图4-1 静止卫星配置几何关系
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4.1.2 卫星通信系统的组成
一个完整的卫星通信系统是由空间分系统、地球站群、跟踪 遥测及指令系统和监控管理系统4部分组成,如图4-2所示。各部 分的功能介绍如下。
图4-2 卫星通信系统的基本组成
4.1 卫星通信系统的组成
4.1 卫星通信系统的组成
③控制分系统:负责完成姿态控制和位置控制功能。姿态控 制用以保证卫星对地球或其他基准物保持正确的姿态。 ④遥测与指令分系统:为了随时了解卫星内部设备的运行状 态和便于地球站天线进行卫星跟踪,需要发射一系列的遥测信号, 包括卫星内部工作状态信号、来自传感器的信号、指令证实信号 等。指令信号是由地面控制站根据需要发起的,由转发器中的遥 测指令天线负责接收,送至控制分系统。 ⑤电源分系统:通信卫星上常使用两种电池,即太阳能电池 和化学电池。 ⑥温控分系统:当卫星围绕地球运转时,时而面向太阳,时 而绕到地球背面,两者的温差变化很大,且频繁。因此必须采用 温控装置来控制卫星内部的温度,以保证卫星发射频率的稳定。
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