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卫星移动通信与卫星宽带通信——发展及现状
铱星的技术概况
66颗星在6个轨道面上排列运行(原计划77颗星,有如元素 “铱”) 铱星系统的复杂、先进之处在于采用了星上处理和星间链路技术, 相当于把地面蜂窝网倒置在空中,使地面实现无缝隙通讯。 另外一个先进之处是铱星系统解决了卫星网与地面蜂窝网之间的 跨协议漫游。铱星系统由空间段和地面段组成:空间段即星座, 地面段包括系统控制中心、关口站和用户终端。 铱星系统开创了全球个人通信的新时代,被认为是现代通信的一 个里程碑,使人类在地球上任何"能见到 的地方"都可以相互联络。 其最大特点就是通信终端手持化,个人通信全球化,实现了5个 “任何”(5W),即任何人(Whoever)在任何地点 (Wherever)、任何时间(Whenever)与任何人(Whomever) 采取任何方式 (Whatever)进行通信。
2011-11
卫星通信的发展及现状
主要内容
卫星通信的基本概念 卫星通信系统的相关知识 VSAT系统 卫星移动通信系统 卫星宽带通信系统
定义
卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号,在两 个或多个地球站之间进行的通信。卫星通信工作在微波频段。
简史
1945年,英国《Extra-Terrestrial Relays》一文中提出利用3颗静止 卫星覆盖全球的设想。 1945年到1964年间,曾经先后利用月球、气球、铜针偶极子带作 为中继,进行电话电视传输试验 1957年,前苏联发射了第1颗LEO卫星-Sputnic(美苏太空竞赛 的导火索) 1962年,美国第1次发射了真正实用通信卫星(Telstar/MEO) 1965年,第1颗商业通信卫星(INTELSAT-1)进入静止轨道 1990-2000年,引入卫星直接广播语言(DAB)业务 2000-2005年,引入宽带个人通信;Ka频段系统得到迅速;多个 LEO和MEO卫星系统投入运行
全球星系统的组成(一)
空间段 轨道高度约为1414km,传输时延和处理时延小于300ms,因 此,用户感觉不到时延。每颗卫星能够与用户保持17min的连通, 然后通过软切换转到另一颗卫星,用户感觉不到切换。卫星采用 码分多址方式(CDMA),码元带宽为1.23MHZ。卫星定位精度 CDMA 1.23MHZ 最高可达300m。 地面段 该段包括全球星控制中心(NCC)和关口站(GW)。全球 星系统的一主一备NCC自责管理全球星系统的地面接续,在中国 建三个关口站即可覆盖全国。关口站的空中信道最少为80条,最 大为1000条;用户容量最小为1万,最大为10万,三个关口站最 终可容纳30万用户。
分类
低轨道卫星(Low Earth Orbit:LEO) 高度在500-900km 提供全球移动电话和数据服务;也可用于地面摄影和侦察 优点: 信号衰减小,时延小 卫星重量轻,结构简单 缺点: 为了覆盖整个地球需要大量卫星,系统复杂!
主要应用领域
互接长途电话业务: 国内公众卫星通信网的干线已有37个大型C波段地球站,运 行着3万5千条双向电路(占国内长途电路的5~6‰),另有 4个试验地球站和约30台移动卫星通信车载站工作在Ku波段 国际通信方面:中国电信运营15座国际通信卫星地球站, 开通了约1万3千条双向电路(占国际长途电路的26%) 可以提供备份电路或传送峰值业务
分类
中轨道卫星(Medium Earth Orbit:MEO) 高度在5000-12000km左右 为了覆盖整个地球需要10颗左右卫星 GPS:为美国空军系统运作,用作全球定位。 早期为12个卫星星座,在1978~1985年间发射; 新的GPS系统,在1989~1994年间发射;为24颗小卫星星 座系统,分6个轨道平面覆盖全球
卫星通信使用的频段
L频段——1-2 GHz(移动卫星业务、地面微波、广电、蜂 窝) S频段——2-4 GHz(移动卫星业务、数字音频广播、 NASA研究) C频段——4-8 GHz (固定卫星业务、地面微波) X频段——8-12.5 GHz(卫星军事通信、地球观测卫星) Ku频段——12.5-18 GHz(固定卫星、广播卫星、地面微 波) K频段——18-26.5 GHz(固定卫星、广播卫星、 LMDS ) Ka频段——26.5-40 GHz(固定卫星、星际链路、卫星成 像、LMDS)
主要内容
卫星通信的基本概念 卫星通信系统的相关知识 VSAT系统 卫星移动通信系统 卫星宽带通信系统
VSAT卫星通信
什么是VSAT卫星通信? VSAT全称是Very Small Aperture Terminal,可以理解为小站。它的 特点就是一个小字。由于小站具有灵活、简单、方便、成本低等 特点,很多企业、政府部门把它作为系统内的专用通信网。现在 VSAT VSAT系统的传输速率较初期大为提高,除了数据外,还传输各 种多媒体信息。包括卫星电视接收小站在内,VAST应用得越来 越广泛。
VSAT卫星通信
星上处理技术 随着卫星通信带宽不断增加,为降低地面设备的复杂度和用户终 端设备成本,把一些处理技术转移到卫星上进行,这是卫星通信 发展的方向。 比特再生:改善信道质量3-10db 多波束天线:提高EIRP,增加系统容量,简化终端 前向纠错:8db编码增益 功率放大器矩阵组:动态功率匹配,减少功率消耗 自主基带切换:增加系统灵活性,系统吞吐量提高3倍 自适应编译码:提高信道可靠性
全球星系统的组成(二)
用户段 该段指的是使用全球星系统业务的用户终端设备,包括手持 式、车载式和固定式。手持式终端有三种模式:全球星单模,全 球星/GSM双模、全球星பைடு நூலகம்CDMA/AMPS三模。手机尺寸略大于现有 地面蜂窝手机,通话时间和待机时间与现有地面蜂窝手机相当。
全球星是通过卫星向世界各地提供话音、数据(最高速率达 9.6kbit/s)、传真、短信息、紧急呼叫、语音信箱、定位及全球 漫游等通信业务的无线通信系统。
全球星系统仍在建设
2011年7月13日,俄罗 斯航天部门在哈萨克 斯坦境内的拜科努尔 发射场发射6枚美国“ 全球星”系列通信卫 星。 俄联邦航天署发布消 息说,此次将6颗卫星 同时送入太空的是一 枚“联盟-2”型运载火 箭。
最雄心勃勃的Teledesic系统
巨LEO卫星Teledesic系统 Teledesic系统是迄今为止最雄心勃勃的LEO星座系统,其卫星数 量之多,建造成本之高,都创下了星座系统之最,因此该计划一 出笼,立即引起世人关注。在系统设计上从最初的840颗星,分 布在21个轨道上,每个轨道48颗卫星,卫星高度700km,每颗卫 星由64个点波束形成64个直径为1500km的圆形覆盖区。又称为 “千星系统”,减至288颗星,后来又减至120颗星加6颗在轨备 份。卫星高度为700km,每颗卫星用64个点波束形成相应64个直 径为1500km的圆形覆盖区。它最初的目标是宽带互联网业务。
铱星的后继者——全球星
全球星是由美国劳拉公司(Loral Cor-poration)和高通公司 (Qualcomm)倡导发起的卫星移动通信系统。 全球星系统用48颗绕地球运行的低轨道卫星在全球范围(不包 括南北极)向用户提供无缝隙覆盖的、低价的卫星移动通信业务, 业务包括话音、传真、数据、短信息、定位等。用户可使用双模 式手持机,双模式手持机既可工作在地面蜂窝通信模式(即目前 手持机的工作模式),也可工作在卫星通信模式(在地面蜂窝网 覆盖不到的地方)。 全球星系统采用低轨卫星通信技术和CDMA技术,能确保良好的 话音质量,增加通话的保密性和安全性,且用户感觉不到时延。 全球星系统没有星际链路,无需星上处理,从而大大降低了系统 投资费用,而且避免了许多技术风险。当然,星体设计的简单使 得系统必须建很多关口站,在全球需建100至150座。
要求
卫星通信的普及要求: 低成本:通信费用和终端费用 方便:手持电话,漫游,切换 可靠:低掉线率,高连接率 高质量通信:可接受的时延,语音质量
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分类
静止轨道卫星(Geostationary Earth Orbit:GEO): 与地球上某一点保持相对静止 赤道延伸平面:36000km 优点: 经济,三颗卫星,覆盖全球 缺点: 长距离造成大信号衰减和大传播时延(500ms以上)
铱星系统是划时代的开路先锋
1996年,铱星获得联邦通讯委员会(Federal Communications Commission)的经营许可,一个国际范围的支持者队伍共融资20 亿美元给铱星公司 2000年3月18日, 铱星背负40多亿美元债务正式破产。昨夜星光 灿烂,而今化做一道美丽的流星。 铱星在2001年接受新注资后起死回生,美国军方是他主要客户。
铱星失败的原因——市场角度
摩托罗拉启动铱星计划的时候没有作过认真的市场分析。当绝大 部分城市、城市近郊的农村、交通干线、旅游胜地都被地面网络 覆盖,当移动电话的国际漫游成为可能,卫星移动电话的市场无 疑在被不断地压缩着,用户群的规模相应地不断减少。地面移动 电话网络在成本费用、手机轻便性等方面占了相当的优势。
主要应用领域
无线电和电视广播: 使用了11颗通信卫星(亚太1A、亚洲2号、亚洲3S、鑫诺1号、亚 太2R、泛美3R号、泛美8号、泛美9号、泛美3R号、泛美10号、银 河3R和热鸟3号)的32个转发器 中央电视台的12套节目,中央人民广播电台和国际台的32路声音 广播节目,以及31个省、自治区、直辖市的广播电视节目均通过 卫星向全国传送 海上、地面和空中的移动通信: 基于TCP/IP的internet业务
卫星通信系统的组成
卫星通信系统主要由空间分系统、通信地球站分系统、跟踪遥测 及指令分系统和监控管理分系统四大功能部分组成。
卫星通信系统的组成
空间分系统是指通信卫星,主要由天线分系统、遥测与指令分系 统、控制分系统、通信分系统和电源分系统组成。 通信地球站由天线馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端设 备等组成 跟踪遥测及指令分系统对卫星进行跟踪测量,控制其准确进入静 止轨道上的确定位置,并对在轨卫星的通信性能及参数进行业务 开通前的监测和校正。 监控管理分系统对在轨卫星的通信性能及参数进行业务开通前的 监测和业务开通后的例行监测和控制,以确保通信卫星正常运行 和工作。 具体的结构上,固定卫星系统和移动卫星系统会有所区别