衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹

2024年2月18日發(fā)(作者：露餡兒)

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1.【衛(wèi)星通信系統(tǒng)概念】

衛(wèi)星通信是地球上多個(gè)地球站（包括陸地、水面和大氣層）利用空中人造通信衛(wèi)星作為中繼站而進(jìn)行的無(wú)線電通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)是由通信衛(wèi)星、地球站和跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)。通信衛(wèi)星由若干個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器、數(shù)副天線與位置和姿態(tài)控制、遙測(cè)和指令、電源分系統(tǒng)組成，其主要作用是轉(zhuǎn)發(fā)各地球站信號(hào)。地球站由天線、發(fā)射、接受、終端分系統(tǒng)及電源、監(jiān)控和地面設(shè)備組成，主要作用是發(fā)射和接受用戶信號(hào)。跟蹤遙測(cè)指令站是用來(lái)接收衛(wèi)星發(fā)來(lái)的信標(biāo)和各種數(shù)據(jù)，然后經(jīng)過(guò)分析處理，再向衛(wèi)星發(fā)出指令去控制衛(wèi)星的位置、姿態(tài)及各部分工作狀態(tài)。監(jiān)控管理分系統(tǒng)對(duì)在軌衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開道前的監(jiān)測(cè)和業(yè)務(wù)開通后的例行監(jiān)測(cè)與控制，以便保證通信衛(wèi)星的正常運(yùn)行和工作

2.衛(wèi)星通信體制

所謂通信體制，是指通信系統(tǒng)采用的信號(hào)傳輸方式和信號(hào)交換方式。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的體制主要包括基帶信號(hào)的類型及復(fù)用方式、中頻(或射頻)信號(hào)的調(diào)制方式、多址聯(lián)接方式、信道分配方式等四個(gè)方面的內(nèi)容。其中復(fù)用方式和調(diào)制方式是無(wú)線通信中都要涉及到的，而多址聯(lián)接和多址分配是衛(wèi)星通信所特有的.

3. 衛(wèi)星通信地球站

衛(wèi)星通信系統(tǒng)中設(shè)置在地球上（包括大氣層中）的通信終端站。用戶通過(guò)衛(wèi)星通信地球站接入衛(wèi)星通信線，進(jìn)行相互間的通信。主要業(yè)務(wù)為電話、電報(bào)、傳真、電傳、電視和數(shù)據(jù)傳輸。

衛(wèi)星通信地球站按使用方式分為固定站、可搬運(yùn)站和移動(dòng)站(船載、車載、飛機(jī)載)；按通信性能分為標(biāo)準(zhǔn)站和非標(biāo)準(zhǔn)站。在標(biāo)準(zhǔn)站中又分為A、B、C、D 4種類型。典型的衛(wèi)星通信地球站的基本組成包括：天線系統(tǒng)、高功率發(fā)射系統(tǒng)、-1

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低噪聲接收系統(tǒng)、信道終端系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)。為實(shí)現(xiàn)用戶間通信，還需有地面接口系統(tǒng)、信息傳輸系統(tǒng)和信息交換中心。

近年來(lái)世界各國(guó)競(jìng)相發(fā)展便于移動(dòng)、便于安裝的小型衛(wèi)星通信地球站，發(fā)展了一種非常小口徑通信終端()地球站，具有廣闊的應(yīng)用前景。

4.衛(wèi)星通信的線路 (sorry 設(shè)計(jì)與測(cè)試未找到資料)

在一個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，各地球站經(jīng)過(guò)通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器可以組成多條單跳單工或雙跳單工衛(wèi)星通信線路。整個(gè)通信系統(tǒng)的全部通信傳輸工作就是通過(guò)這些衛(wèi)星通信線路完成。在衛(wèi)星通信線路中，把從發(fā)信地球站到衛(wèi)星這一段線路稱為上行線路，從衛(wèi)星到收信地球站這一段線路稱為下行線路，上、下行線路和起來(lái)就構(gòu)成一條最簡(jiǎn)單的單工衛(wèi)星通信線路。當(dāng)兩個(gè)地球站都有收發(fā)設(shè)備和上、下行線路，而且這兩條線路共用一個(gè)通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)傳播相反的信號(hào)進(jìn)行通信，就構(gòu)成了雙工衛(wèi)星通信線路。

5.衛(wèi)星信標(biāo)

衛(wèi)星信標(biāo)是 由衛(wèi)星發(fā)送用于地球站的信標(biāo)接收機(jī)確定衛(wèi)星位置的專用信號(hào),自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星. 因找不到專業(yè)的名詞解釋. 我自己的理解..

信標(biāo)接收機(jī)是衛(wèi)星通信地球站中用于天線跟蹤衛(wèi)星的設(shè)備，具有L/ C/Ku各頻段的信標(biāo)接收能力，能夠完成衛(wèi)星的信標(biāo)信號(hào)鎖定、鑒相，并將其轉(zhuǎn)換成與功率成正比的直流信號(hào)送給伺服控制系統(tǒng)，確保天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星工作，獲得最佳天線增益。廣泛應(yīng)用于固定衛(wèi)通地球站和車載、船載動(dòng)中通系統(tǒng)中。

一般由輸入預(yù)選單元、一次混頻處理單元、二次混頻處理單元、三次混頻處理單元、參考源、自動(dòng)信號(hào)頻率跟蹤單元和微控制單元組成

6.數(shù)據(jù)鏈路

是數(shù)據(jù)電路加上傳輸控制規(guī)程，它由通信線路，調(diào)制解調(diào)器，終端及通信控制器之間的接口構(gòu)成。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化組織()定義數(shù)據(jù)鏈路為：按照信息特定方式進(jìn)-2

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行操作的兩 個(gè)或兩個(gè)以上終端裝置與互連線路的一種組合體。所謂特定方式是指信息速率與編碼均相同 。一個(gè)數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)數(shù)據(jù)鏈路。

數(shù)據(jù)鏈路的結(jié)構(gòu)分為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)與點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)兩種。

? 數(shù)據(jù)鏈路傳輸數(shù)據(jù)信息有三種不同的操作方式

? (1)單向型。信息只能按一個(gè)方向傳送。

(2)雙向交替型。信息先從一個(gè)方向，后從相反方向傳送。

(3)雙方同時(shí)型。信息可在兩個(gè)方向上同時(shí)傳送。

簡(jiǎn)單介紹的商用衛(wèi)星IRD DVS3824的結(jié)構(gòu)，大致框圖如圖14－1。主要部分 有調(diào)諧器、解調(diào)、去擾碼、糾錯(cuò)、解復(fù)用、解碼、／編碼、系統(tǒng)控制和智能卡 讀出器等部 分組成。調(diào)諧器部分有兩個(gè)獨(dú)立的射頻輸入和70Hz中頻輸出。調(diào)諧器能工作在C波段和Ku波 段。根據(jù)不同的應(yīng)用可以設(shè)計(jì)成MCPC接收或SCPC接收。MCPC指一個(gè)載波包含多路不同信號(hào)， 稱為多路單 載波(Multiple Channel

Per Carrier)系統(tǒng)。由于一個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器只有一個(gè)載波，因此沒(méi)有多載 波的諧波干擾問(wèn)題，頻帶和功率的利用率較高。但多路信號(hào)要在同一地點(diǎn)上星，不同節(jié)目需 要地面?zhèn)鬏斣O(shè)備將節(jié)目傳送到地面站復(fù)用后送往上星設(shè)備。SCPC(Single

Channel Per Carr ier)是單路單載波系統(tǒng)。每路信號(hào)占據(jù)一個(gè)載波，優(yōu)點(diǎn)是可在不同的地點(diǎn)上星。由于C波段 和Ku波段的頻譜位置左右不一樣，因此的調(diào)諧器具有頻譜倒置功能，便于不同衛(wèi)星 節(jié)目的接收。兩個(gè)不同的射頻輸入端可以用于兩種不同極化方式，即水平或垂直極化方式的 接收.

7.衛(wèi)星通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)

衛(wèi)星通信網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)有星形、網(wǎng)狀或者星形／網(wǎng)狀混合三種，星形網(wǎng)由—個(gè)主站和若干個(gè)小站組成。主站可與任一小站直接通信，各個(gè)VAST站之間必須通過(guò)主站轉(zhuǎn)接才能互相通信，此種網(wǎng)主要用于數(shù)據(jù)傳輸；網(wǎng)狀網(wǎng)中各站無(wú)主次之分，任意兩個(gè)VSAT站都能直接互相通信，此種網(wǎng)主要用于話音傳輸。—個(gè)網(wǎng)內(nèi)可有數(shù)十、數(shù)百甚至數(shù)千個(gè)VAST站。 VSAT衛(wèi)星通情網(wǎng)的主要特點(diǎn)：(1)-3

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組網(wǎng)比較靈活，可以根據(jù)需要組合成各種拓樸結(jié)構(gòu)的業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)，以滿足不同需求。(2) 能滿足話音、數(shù)據(jù)、圖像、傳真等多種業(yè)務(wù)的傳輸。(3)具有多種衛(wèi)星信道分配方式，如MA、PAMA和動(dòng)態(tài)分配方式。(4)設(shè)備趨于模塊化，易于擴(kuò)容、組合。(5)為用戶提供多種通信規(guī)程和接口，可滿足用戶現(xiàn)有設(shè)備以以及擴(kuò)容網(wǎng)絡(luò)新增設(shè)備的聯(lián)網(wǎng)。(6)網(wǎng)絡(luò)管理和控制功能軟件化，功能不斷增強(qiáng)。(7)投資少、見效快。

8.頻分多址方式、時(shí)分多址方式和碼分多址方式各自的特點(diǎn)

在微波頻帶，整個(gè)通信衛(wèi)星的工作頻帶約有500MHz寬度，為了便于放大和發(fā)射及減少變調(diào)干擾，一般在星上設(shè)置若干個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器被分配一定的工作頻帶。目前的衛(wèi)星通信多采用頻分多址技術(shù)，不同的地球站占用不同的頻率，即采用不同的載波。比較適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)大容量的通信。近年來(lái)，時(shí)分多址技術(shù)也在衛(wèi)星通信中得到了較多的應(yīng)用，即多個(gè)地球站占用同一頻帶，但占用不同的時(shí)隙。與頻分多址方式相比，時(shí)分多址技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生互調(diào)干擾、不需用上下變頻把各地球站信號(hào)分開、適合數(shù)字通信、可根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化按需分配傳輸帶寬，使實(shí)際容量大幅度增加。另一種多址技術(shù)是碼分多址()，即不同的地球站占用同一頻率和同一時(shí)間，但利用不同的隨機(jī)碼對(duì)信息進(jìn)行編碼來(lái)區(qū)分不同的地址。采用了擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、有較好的保密通信能力、可靈活調(diào)度傳輸資源等優(yōu)點(diǎn)。它比較適合于容量小、分布廣、有一定保密要求的系統(tǒng)使用。

9.固定分配和按需分配 及隨機(jī)分配

固定分配(Fixed Assignment)是將轉(zhuǎn)發(fā)器資源以固定形式分配給端站使用。這種方式所要求的系統(tǒng)技術(shù)和設(shè)備相對(duì)簡(jiǎn)單，但當(dāng)某端站的瞬間業(yè)務(wù)量大于系統(tǒng)所分配的容量時(shí)，端站只能存儲(chǔ)或拒絕業(yè)務(wù)請(qǐng)求，從而會(huì)造成時(shí)延增加或產(chǎn)生呼叫阻塞，而另外的端站即使有多余容量也不能使用，網(wǎng)絡(luò)資源未能得到充分利用。

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按需分配(Demand Assignment)是根據(jù)各個(gè)端站的傳輸量的需求來(lái)分配系統(tǒng)資源的。這些需求信息或者通過(guò)一個(gè)專用的信息信道上傳輸，或者在業(yè)務(wù)信道上分段送回到主站的網(wǎng)管中心，網(wǎng)管中心響應(yīng)需求并臨時(shí)分配一個(gè)信道給這個(gè)業(yè)務(wù)使用，當(dāng)業(yè)務(wù)完成后，又收回此信道的使用以便分配給下一個(gè)需求者，可以看出按需分配方式可以較好地利用衛(wèi)星資源，所以連續(xù)業(yè)務(wù)的多址接入大都采用了按需分配。

按需分配也存在其固有的缺陷，比如傳送請(qǐng)求信號(hào)的信令信道會(huì)占據(jù)系統(tǒng)容量，當(dāng)信令信道采用固定載波傳輸時(shí)，為了把信令信道的使用限制在系統(tǒng)總?cè)萘康暮侠矸秶鷥?nèi)，便會(huì)限制網(wǎng)絡(luò)中VSAT端站的數(shù)量。如果為了方便地在網(wǎng)絡(luò)中增加新的端站而避開這種限制，可以采用隨機(jī)接入信令信道的方案，但這又可能會(huì)使信令造成碰撞，從而增加了業(yè)務(wù)通信建立所需要的時(shí)延。

在按需分配系統(tǒng)中，在信息被傳送前，必須先進(jìn)行請(qǐng)求信令的傳輸和信道配置，所以該業(yè)務(wù)信息必須首先在站內(nèi)等待，傳播時(shí)間加上處理時(shí)間，總的時(shí)延可能高達(dá)1－2秒。如果送一條消息就必須建立一次連接，那么這種方案就很不適應(yīng)突發(fā)業(yè)務(wù)短信息的傳輸。比如傳送一條信息其長(zhǎng)度為200字節(jié)，傳輸速率為64kb/s，則所需時(shí)間為25ms，而連接建立的時(shí)延約，則在傳輸該消息之前的報(bào)頭時(shí)延是信息傳輸時(shí)間的60倍，效率非常低下。對(duì)于這種突發(fā)性短信息業(yè)務(wù)，就必須用到隨機(jī)多址方式。

交互式數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)大多采用隨機(jī)方式爭(zhēng)用信道，稱隨機(jī)多址。網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各端站根據(jù)需要可隨時(shí)向信道發(fā)送信息，在信道中各用戶的一部分信息脈沖可能會(huì)互相碰撞，根據(jù)碰撞解決算法(Collision Resolution Algorithm)，有的信息脈沖可順利地到達(dá)接收方，有的信息脈沖會(huì)被碰撞丟失，丟失的信息必須再次發(fā)送，直到收到對(duì)端的確認(rèn)信息為止。

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全球定位系統(tǒng)（NAVSTAR GPS，NAVigation Satellite Timing And Ranging

GlobalPositioning System，以下簡(jiǎn)稱GPS）原是美國(guó)國(guó)防部為了軍事定時(shí)、定位與導(dǎo)航的目的所發(fā)展，希望以衛(wèi)星導(dǎo)航為基礎(chǔ)的技術(shù)可構(gòu)成主要的無(wú)線電導(dǎo)航系統(tǒng)，未來(lái)并能滿足下一個(gè)世紀(jì)的應(yīng)用

定位原理:衛(wèi)星不間斷地發(fā)送自身的星歷參數(shù)和時(shí)間信息，用戶接收到這些信息后，經(jīng)過(guò)計(jì)算求出接收機(jī)的三維位置，三維方向以及運(yùn)動(dòng)速度和時(shí)間信息。目前GPS系統(tǒng)提供的定位精度是優(yōu)于10米，而為得到更高的定位精度，我們通常采用差分GPS技術(shù)：將一臺(tái)GPS接收機(jī)安置在基準(zhǔn)站上進(jìn)行觀測(cè)。根據(jù)基準(zhǔn)站已知精密坐標(biāo)，計(jì)算出基準(zhǔn)站到衛(wèi)星的距離改正數(shù)，并由基準(zhǔn)站實(shí)時(shí)將這一數(shù)據(jù)發(fā)送出去。用戶接收機(jī)在進(jìn)行GPS觀測(cè)的同時(shí)，也接收到基準(zhǔn)站發(fā)出的改正數(shù)，并對(duì)其定位結(jié)果進(jìn)行改正，從而提高定位精度。

差分GPS分為兩大類：偽距差分和載波相位差分。

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