卫星通信

卫星通信:指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或者多个地球站之间进行的通信。

卫星通信特点:1）通信距离远，且费用与通信距离无关；2)覆盖面积大，可进行多址通信；3）通信频带宽，传输容量大；4）地球站的分类：（1)按安装方法及设备规

模，地球站可分为固定站、移动站(船载站、车载站、机载站等)和可搬动站(在短时间内可拆卸转移)。(2)按天线反射面口径大小，地球站可分为20m、15m、10m、7m、5m、3m和1m等类型。(3)按传输信号的一次变频，突出的优点是设备简单，组合频率干扰少，但因中频带宽有限，不利于宽带系统的实现。

二次变频的优点是调整方便，易于实现带宽要求，其缺点则是电路较为复杂。

接收机主要由下变频器和低噪声放机动灵活；5）通信链路稳定可靠，传输质量高。

卫星通信系统的组成：通信卫星、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统，以及监控管理分系统四部分组成。

卫星通信系统的分类：1）按照卫星制式，分为随机、相位和静止3类卫星通信系统；2）按通信覆盖区的范围，分为国际、国内和区域3类卫星通信系统；3）按用户性质，分为公用、专用和军用3类卫星通信系统；4）按业务分为固定业务、移动业务、广播业务、科学实验及其它业务卫星通信系统；5）按多址方式，分为频分多址、时分多址、码分多址、空分多址和混合多址5类卫星通信系统；6）按基带信号体制，分为数字式和模拟式两类卫星通行系统；7）按所用频段，分为特高频、超高频、极高频和激光4类卫星通信系统。 特征，地球站可分为模拟站和数字站。(4)按用途，地球站可分为民用、军用、广播、航空、航海、气象以及实验等地球站。 (5)按业务性质，地球站可分为遥控、遥测跟踪站，通信参数测量站和通信业务站。 地球站的组成：一般包括天馈设备、发射机、接收机、信道终端设备、天线跟踪设备以及电源设备。

天馈设备的主要作用是将发射机送来的射频信号经天线向卫星方向辐射，同时它又接收卫星转发的信号送往接收机。

发射机主要由上变频器和功率放大器组成，其主要作用是将已调制的中频信号，经上变频器变换为射频信号，并放大到一定的电平，经馈线送至天线向卫星发射。

对于上变频器这一频率变换设备，主要有一次变频和二次变频两种方式。

大器组成，其主要作用是从噪声中接收来自卫星的有用信号，经下变频器变换为中频信号，送至解调器。

信道终端设备主要由基带处理与调制解调器、中频滤波及放大器组成。它的主要作用是将用户终端送来的信息加以处理，成为基带信号，对中频进行调制，同时对接收的中频已调信号进行解调以及进行与发端相反的处理，输出基带信号送往用户终端。

天线跟踪设备主要用来校正地球站天线的方位和仰角，以便使天线对准卫星，通常有手动跟踪、程序跟踪和自动跟踪三种。 地球站电源设备要供应站内全部设备所需的电能，一般设有两种电源设备，即交流不间断电源设备和应急电源设备。 卫星轨道的分类：1)卫星轨道按其与赤道

平面的夹角(即卫星轨道的倾角i)分为：赤道轨道(i＝0°)、倾斜轨道(顺行倾斜轨道0°

编码技术：信源编码、信道编码两类。 数字话音内插(DSI)、回波控制和语音编码已成为卫星通信中的三大最基本的信号处理技术。

回波大大削弱。回波抵消器分为模拟式和数字式两种，其基本思想是估计回波路径的特征参数，产生一个模拟的回波路径，得出模拟回波信号，再从接收信号中减去该信号，实现回波消除。 椭圆轨道(01)。3)卫星轨道按卫星离地面的高度(h)分为：低轨道(LEO，700～1500 km)、中轨道(MEO，h≈10000 km)、高椭圆轨道(HEO，最近点为1000～21000 km，最远点为39500～50600 km)和地球同步轨道(GEO，h≈35786 km)。 范轮带：

通信卫星的组成：由空间平台和有效载荷两部分组成，其作用是为各地球站转发无线电信号，以实现它们之间的多址通信。 有效载荷：通信卫星的有效载荷包括天线分系统和通信转发器。

电波传播的特点：自由空间的传播损耗（卫星通信链路的传输损耗包括自由空间传播损耗、大气吸收损耗、天线指向误差损耗、极化损耗和降雨损耗等等）、大气吸收损耗、移动卫星通信电波传播的衰数字话音内插:给通话者所分配的话路，在任一时刻，既可能有话音信号，也可能处于空闲状态。如果设法仅仅在有话音的时间内给通话者分配话路，而在空闲时间将话路分配给另外的用户，就是所谓的“话音内插”。

数字话音内插(DSI)技术包括时分话音内插(TASI)和话音预测编码(SPEC)两种方式。

产生回波的原因：回波可以分为电学回波和声学回波，分别是由于通信网络中的阻抗不匹配和声波的耦合及遇物体反射引起的。

回波控制措施：通过比较收、发话音电平的话音开关进行回波控制，它的基本原理是，在收听对方的讲话时，将本地的发送话音支路断开，以防止收到的话音信号又经混合线圈被发回对方；在本地发话时，则将接收支路的衰减加大，以便使收到的语音编码

语音编码可以分成以下三大类：

第一类是波形编码，其编码思想是通过对语音信号的时域或频域波形进行处理，达到压缩的目的，在译码端采用相反的过程恢复语音波形，这种编码的传输速率一般在16～64 kb/s。

第二类是参量编码，即声码器。声码器采用固定的语音产生结构，通过对输入语音信号进行处理，提取结构参数，然后将参数量化传输，接收端根据传输的参数重构语音信号。

第三类是混合编码，它在保留参数编码模型技术精华的基础上，应用波形编码准则去优化激励信号。

多址技术：指多个地球站通过同一颗卫星建立两址和多址之间的通信的技术。 多路复用：指一个地球站把送来的多个信号在基带信号上进行复用，而多址联接是

指多个地球站发射的（射频）信号，在卫星转发器中进行射频信号的复用。

频分多址(FDMA)：把卫星占用的频带按频率高低划分给各地面站的多址方式。 时分多址(TDMA)：按规定时隙分配给各地球站的多址方式。

码分多址(CDMA)：是一种给各地球站分配一个特殊的地址码(伪随机码)的扩频通信多址方式。

空分多址(SDMA)：是一种把卫星上的多副窄波束天线指向不同区域的天线波束分配给对应区域内的地球站的多址方式。 信道分配技术

信道分配方式大致分为预分配、按需分配和随机分配等。 1)预分配方式(PA)

预分配方式是指卫星信道预先分配给各个地球站。使用过程中不再变动的预分配称为固定预分配；依据每日通信量的变化而不断改变的预分配则称为动态预分配。

预分配方式的优点是接续控制简单，适用于信道数目多、业务量大的干线通信；缺点是不能随业务量的变化对信道分配数目进行调整，以保持动态的平衡，故信道利用率低。 2)按需分配方式(DA)

按需分配方式是把所有信道归各站所共有，当某地球站需要与另一地球站通信时，首先向负责对卫星转发器全部信道进行统筹控制和管理的网络控制中心站提出申请，通过中心站分配一对空闲信道供其使用。一旦通信结束，这对信道又归各地球站共用。

按需分配方式的优点是可用较少的信道为较多的地球站服务，信道利用率高；缺点是控制系统较复杂。 3)随机分配方式(RA)

随机分配方式是面向用户需要而选取信道的方法，通信网中的每个用户可以随机地选取(占用)信道。采用随机占用信道方式可大大提高信道利用率。

内部噪声：主要指接收机本身的固有噪声，主要来源是电阻的热噪声和电子期间的散弹噪声；

外部噪声：分为自然噪声（天电噪声、宇宙噪声和太阳噪声等）和人为噪声（由于各种电器设备中电流或电压的剧变而形成的电磁波辐射所产生的）。

卫星通信网络可以归纳为两种主要形式，即星形网络和网形网络。

星形网络，它是一种由中心站与各地球站之间的相互连接而形成的网络在星形网络中，各远端地球站都直接与中心站(或称主站)发生联系，而各远端地球站之间则不能经卫星直接进行通信。星形网络最适合于广播、收集等进行点到多点间通信的应用环境。

网形网络，将各地球站彼此相互直接连接在一起。这种点对点连接而成的网络，又称为全互连网络，其中每个地球站皆可经由卫星彼此相互进行通信。

采用网形网络的优点：星间链路的冗余备份充分，系统可靠度高，可扩展性强；星间链路的传输带宽可以很高，数据的传输速度快，延迟小，可以实现全球覆盖。 网形网络的缺点:网络结构较为复杂，建造成本高，对于卫星的数量要求较多等。 地面中继方式

目前绝大多数地球站采用的是FDM、

SCPC、TDMA或IDR(中等数据速率)方式工作。因此地面中继线路也是分为模拟线路和数字线路。

模拟地面接口：地球站按TDMA方式工作，地面中继采用模拟传输线路。这种工作方式分为两类，一类是数字话音插空(TDMA/DSI)，另一类是非数字话音插空(TDMA/DNI)。在实际使用中，DSI设备均以240路为一个单元。为完成与地面模拟通信网的接口，需要进行FDM与TDMA的转换。

数字地面接口：地球站按TDMA方式工作，地面中继采用数字线路。目前这种方式虽然较少使用，但随着通信网数字化程度的不断提高，将会用得越来越多。当卫星链路和地面线路都数字化以后，地球站与长途交换中心之间的中继将会变得比较简单，数字设备可以直接在一次群接口上连接。

当地面线路与TDMA卫星链路直接进行数字接口时，必须解决好TDMA卫星链路与地面数字线路间的同步问题，在数字地面接口处设臵缓冲器吸收时钟差异。根据同步方法的不同，直接数字接口有以下三种。

1)完全同步连接

这种方法是设在长途交换中心局的PCM复用终端和时分制交换机都按地球站送来的帧定时工作，而后者是与卫星TDMA系统保持同步的。

采用完全同步连接方式时，由于系统内所有的地球站以及所组成的通信网的同步，都从属于基准站，因此，一旦基准站发生故障就会影响到整个网络的正常工作，这是它的主要缺点。 2)跳帧法连接

这种方法是中心局与TDMA系统各自保持独立的帧同步，但帧频的标称值是相等的，而且要求其有非常高的稳定性。采用这种方法连接的系统组成如图4-6(b)所示。其中地球站的发射端设有缓冲存储器及其控制器。只要缓冲存储器两端的信号频率不同，即使差异及其微小，存储器的写入和读出都会产生微小的偏移。当这种偏移一旦超过某一规定数值时，便强制去掉一帧信息或重复插入一帧信息，这叫做跳帧。采用跳帧法连接，虽然损失了一帧信息，但不会破坏系统的帧同步。 因卫星漂移而引起的传播延迟变化的影响，还是通过缓冲存储器来加以补偿。

3)码速调整法进行连接

在地球站的发送端，当写入和读出时差超过某一预定值时，读出就会暂停，并在卫星链路中插入不含有信息的脉冲。接收端接收到信号后再把不含有信息的脉冲去掉，同时将数据流进行匀滑。通常这种方法称为码速调整或脉冲填充。

VSAT的基本概念：VSAT即甚小口径天线终端，有时也称为卫星小数据站或个人地球站。

VSAT卫星通信网(简称VSAT网)是指利用大量小口径天线的小型地球站与一个大站协调工作构成的卫星通信网。通过它可以进行单向或双向数据、语音、图像及其它业务通信。

VSAT网的特点与优点:与地面通信网相比，VSAT卫星通信网具有以下特点：(1)覆盖范围大(2)灵活性好(3)点对多点通信能力强(4)互操作性好

与传统卫星通信网相比，VSAT卫星通信网具有以下特点： (1)面向用户而不是面

向网络

(2)天线口径小；发射机功率低 (3)智能化功能强，集成化程度高 (4)VSAT站很多，但各站的业务量较小。

VSAT通信网具有以下优点：

(1)地球站设备简单，体积小，重量轻，造价低，安装与操作简便。 (2)组网灵活方便。 (3)通信质量好，可靠性高。(4)直接面向用户。 VSAT系统的分类

(1)按业务类型可分为三类：以语音业务为主；以数据业务为主；以综合业务为主。

(2)按业务性质可分为两种：固定业务和移动业务

(3)按网络结构可分为三类：星形结构，如PES；网形结构，如TES；星形和网形混合结构。

VSAT网的组成:主站、卫星转发器和众多远端VSAT小站

主站由高功率放大器(HPA)、低噪声放大器(LNA)、上/下变频器、调制/解调器以及数据接口设备等组成。主站一般采用模块化结构，设备之间采用高速局域网的方式互连。

小站由小口径天线、室外单元(ODU)和室内单元(IDU)组成。

卫星转发器亦称空间段，目前主要使用C频段或Ku频段转发器。

工作频段: VSAT卫星通信网使用的工作频段为C频段和Ku频段。 VSAT网的工作原理

以星形结构为例说明VSAT网的工作原理。由于主站发射EIRP高，且接收系统的G/T值大，因此网内所有的小站可以直接与主站通信，但若需要小站之间进行通信时，则因小站天线口径小，发射的EIRP低和接收G/T值小，必须首先将信号发送给主站，然后由主站转发给另一个小站。即必须通过小站—卫星—主站—卫星—小站，以双跳方式完成。而对于网形网络，各站可以直接进行业务互通，即只需经卫星单跳完成通信。

VSAT数据通信网的特点(1)数据传输和交换可以是非实时的。

(2)传输数据的时间是随机地、间断地使用信道。

(3)当突发式传输数据时，数据传送率可以很高，达数千比特每秒。

(4)数据业务种类繁多，如数据终端之间的通信、人机对话、文本检索和大容量的数据传输系统。

(5)由于要传送的数据长短不同、各种数据又可以非实时传送，因此为了提高卫星信道利用率，可以采用分组传输方式。 (6)利用卫星信道的广播性质进行数据传输的卫星通信网一般拥有大量低成本的地球站。

(7)数据传输必须高度准确和可靠。

VSAT数据通信网体系结构:VSAT数据通信网从信道共享的特点来看比较接近本地网(LAN)；从VSAT网的覆盖范围来看，又是一个广域网(WAN)；而从VSAT单结点、无层次的网络结构来看，其网内路由选择功能比较简单，也即其网络层(第三层)协议功能比较简单；从星形网络结构来看，是一种不平衡链路结构。 VSAT电话通信网的特点 (1)通信对象不同。 (2)通信内容不同。

(3)对传输差错的要求不同。 (4)组网要求不同。

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