一种EHF个人通信卫星的再生转发器
多址（接入）及信道分配方式
TDMA MF-TDMA 固定分配多址 多址和 信道分配方式 FDMA CDMA MF-CDMA
动态分配多址
FDMA
• FDMA： Frequency Divided Multiple Access • 把通信系统的总频段划分为若干个互不重 叠的频道。
TDMA
• TDMA：Time Divided Multiple Access • 使用同一频率，占用不同时隙。
激光通信的空间捕获与跟踪
• 间接方式：技术难度大； • 直接方式：目前限于1um一下的波长。
4. 系统设计的考虑
• 市场需求 vs 技术可行性 • 指标1 vs 指标2 • 系统规模 vs 投资
4.1 轨道和频段的选择 ——轨道的选择
• 可选的轨道： GEO, MEO, LEO • 基本原则： 1. 覆盖范围 2. 系统复杂度 3. 通信容量 4. 空间环境 5. 其他特殊要求
3.1.1 卫星多波束天线和多波束间的互联
• 本部分提纲： • 1. 采用多波束天线的优缺点； • 2. 互联技术： 利用转发器跳接的互联； 利用星上开关矩阵实现波束间互联；
多波束覆盖
采用多波束天线的优缺点
• 优点： • 在地面上获得高的功 率通量密度； 好处：可减小终端的 天线尺寸，实现移动 通信； • 利用不同波束实现射 频复用； • 好处：提高频带利用 率，提高通信容量。 • 缺点： • 增加有效载荷的重量 和复杂度； • 存在波束间的干扰。·
7.7 毫米波卫星通信系统的应用
• 毫米波宽带卫星通信网络 • 利用数字视频广播提供卫星因特网服务 • 利用毫米波的个人卫星通信系统
卫星系统支持的部分应用的典型要求
星上交换-ATM-卫星通信网络及 地面固定网络的互联
星上交换-ATM-卫星通信网络及地面固定网络的互联
利用DBS的IDBS构成框图
1. 概述
• 毫米波卫星通信系统的“新”： 1.由于丰富的频谱资源而引进的各种新体制、 新技术 2.网络架构、多址连接、天线波束覆盖、传 输与交换、星上处理及调制解调、编解码 等等的革新和变化
2. 系统构成及特点
1. 系统的基本组成 2. 毫米波卫星通信系统的基本特点 3. 技术问题
2.1 系统的基本组成
2.3 技术问题（续）
6. 多波束覆盖：多波束或相控阵天线的开发 7. 星间链路（ISL）：Ka频以上，链路应提 供足够的容量（>1Gb/s） 8. 抗雨衰技术：具有高增益的编码，对上行 链路实施功率控制 9. 星上处理：在星上进行路由处理等等 10. 小型化的用户终端：便于携带安装、降低 成本，增强市场竞争力
5.1 网络控制与管理功能
配置管理
纯管理功能
计费管理
设备清单管理 安全管理网络控 Nhomakorabea 与管理功能
数据采集、归档和产生报告
操作功能
操作员接口功能 网络监测和控制
资源访问管理
规划功能
5.2 网络管理的基本架构
标准化网络管理的基本构成
5.3 网管系统的实现
• 计算机技术 • 通信技术 • 自动控制技术
星间链路使用的频带
3.2.1 射频和链路传输损耗
• 卫星处于大气层外； • 微波毫米波的传输损耗来自： 1. 自由空间传播损耗； 2. 天线指向误差损耗； 3. 极化损耗： 4. 馈电（包括滤波器）损耗。
星间链路计算举例
3.2.2 利用毫米波的链路技术
• • • • 利用毫米波的链路技术包括： 空间和频率捕获； 跟踪接收机； 电磁兼容性问题；
对功率和频谱利用率高
• 功率：在相同Eb/N0的条件下，BER要低； • 频谱：频谱利用率（单位频带的传输比特 率）
常用的数字调制方式
• • • • PSK: 可靠性和有效性最好 FSK TCM QAM
编解码方式
• 需要采用一些有效的信道编码方式以获得 高的传输质量。
4.3 星上有效载荷的考虑
4.3 星上有效载荷的考虑 ——星上有效载荷的考虑4
具有高性能与灵活性结合的处理器组成框图
4.4 链路计算和卫星资源的最佳利用
• 信号的衰减值和卫星G/T的下降值是降雨强 度的函数
5. 网络控制与管理
• 网络控制与管理： 对象：网内资源； 动作：监测、控制、管理、维护； 效果：全面、有效、充分、可靠 实现：NCC（网络控制中心，NCS系统）
影响卫星链路的传播因素
4-8GHz 12-18 GHz 26.5-40 GHz 46-56 GHz
2.3 技术问题
1. 网络拓扑： 最后一英里——网格网； 卫星系统与公网——星状网 2. 交换：同时具有分组交换和电路交换的能 力 3. 按需分配带宽：上下行可以不对称 4. 标准与协议： 5. 全球多播覆盖：星座
• 卫星设计的考虑 • 星上有效载荷的考虑
4.3 星上有效载荷的考虑 ——卫星设计的考虑
4.3 星上有效载荷的考虑 ——星上有效载荷的考虑1
天线和射频分系统
星上有效载荷 处理器分系统
4.3 星上有效载荷的考虑 ——星上有效载荷的考虑2
4.3 星上有效载荷的考虑 ——星上有效载荷的考虑3
利用MMIC的射频分系统组成框图
第七章 毫米波卫星通信系统
牟进超
大纲
• • • • • • 概述 系统构成及特点 星上处理及星间链路技术 系统设计的考虑 网络控制与管理 毫米波卫星通信系统的应用
1. 概述
• 向更高的频段发展是卫星通信的必然趋势 • 毫米波通信：毫米波——厘米波高频段及毫米波 频段 • 毫米波通信出现的原因： 1. 光纤通信带来的压力 2. 信息传输宽带化 3. 个人通信的要求 • 毫米波通信的推动力： 射频技术 （超）大规模数字集成电路技术
• EPFD：等小功率通量密度 • Ka频段的使用限制
Ka频段的使用限制
4.2 通信体制
• 多址（接入）及信道分配方式 • 调制解调方式 • 编解码方式
多址（接入）及信道分配方式
• 选择原则： 1. 充分利用频谱和功率资源； 2. 信道建立、恢复和信息处理时延短； 3. 当信道出现拥塞时能保持稳定； 4. 具有韧性； 5. 在用户终端中的实现较简单，易于使用。
• 频率升高，可以使得天线口径减小，增益 增大； • 考虑到降雨衰减，则信号的传输质量变差； • 综合考虑，可采取两种方法： 1. 采用相控阵天线； 2.主站用高频，用户终端用低频。
通信服务的要求
• 通信容量 • 早开发、早利用、早受益 • Q（36~46G）和V（46~56G）的卫星系统
电磁兼容性要求
CDMA
• CDMA: Coded Divided Multiple Access • 码分多址是使用同一频率，但是不同的信 号具有不同的随机码
按申请分配接入方式
• ATM：Asynchronous Transform Mode • 异步传输模式：数据传输技术 • 一种真正具有电路交换和分组交换的传输 技术
小知识1——VSAT（续）
3. 星上处理及星间链路技术
• 弯管式卫星：卫星有效载荷只完成信号放大和频 率变换，相当于中继器。 优点：简单且易于实现； 缺点：卫星资源（功率、频率等）未能有效利用。 • 星上处理卫星：信号放大、频率变换；信号检测、 解码、再编码、通信协议的转换等等。 优点：充分利用卫星资源； 缺点：实现复杂。
卫 星 通 信 系 统 空间 分系 统 通信 应用 分系 统 监测 遥控 分系 统 地球 站 通信 业务 控制 中心
地面 分系 统
• 该系统与较低频系统的区别： 具体实现；网络拓扑；服务内容；具体应用。
2.2 毫米波卫星通信系统的基本特点
• 更强的“视距”特性 （波长更短） • 带宽资源丰富，有利于提供宽带和大容量 通信服务 • 强的天线方向性，便于星上实现波束扫描 或多点波束蜂窝式覆盖，有利于系统的电 磁兼容性 • 空间环境（条件）对系统的可用度影响很 大 什么是电离层闪烁？？？
3.2.3 利用激光的星间链路技术
• 激光的优越性： • 1. 小孔径产生小波束，避免系统间的相互 干扰； • 2. 光学系统可以提供极宽带宽的信道。 • 当要求星间链路传输速率高于1Gb/s时，需 采用超外差激光系统。
超外差激光星间链路系统的基本特性
超外差激光通信设备
光学模块 接收机模块
发射机模块
空间和频率捕获
• 空间捕获：利用卫星接受对方发射的信标 • 频率捕获：
跟踪接收机
• 作用： • 获取卫星对卫星的自动跟踪指向信息 • 即提供天线波束的方位和俯仰误差信号， 通过控制装置，保持天线的正确指向。 • AGC：自动增益控制，性能起着重要作用。
电磁兼容性问题
• 需要重视的问题。 • 激光连接星间链路是解决电磁兼容问题的 有效途径。
调制解调方式
• 卫星通信对调制解调方式的基本要求： 1. 适应信道特点 2. 对功率和频谱的利用率要高
适应信道特点
• 对地静止轨道通信系统： 信道：带限和非线性的恒参信道 噪声：白高斯噪声和非线性互调噪声 多种调制解调方式可供选择 • 移动通信系统： 信道：衰落信道 方式：相干检测难，差分检测容易
小知识1——VSAT
• VSAT：Very Small Aperture Terminal 甚小孔径终端(直译) 甚小天线地球站(意译) • 小口径：0.3m-2.4m • VSAT是80年代中期利用现代技术开发的一种新 的卫星通信系统 • 高度软件控制 • 特点：灵活性强；可靠性高；成本低；功耗小； 环境要求低；安装方便；覆盖面积大；组网灵活； 具有独立性
星上再生处理——变速率处理
• 需求：传输速率的变换
星上再生处理——多址方式的变换
3.1.3 利用ATM的全星上处理