Teledesic军事卫星通信系统
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7
低軌道衛星種類
微低軌道衛星(Little LEOs)
工作頻率在1 GHz以下 使用頻寬不超過5 MHz 資料傳輸率最多為10 kbps 系統主要用於傳呼(paging)、追蹤(tracking)和一些低 速訊息的系統上
巨型低軌道衛星(Big LEOs)
工作頻率在1 GHz以上 資料速率為每秒數個Mbps以上 另增加了語音通訊和定位系統的服務
全球 , 區域 , 單一國家
服務型態
固接式服務衛星 (fixed service satellite, FSS) 廣播服務衛星 (broadcast service satellite, BSS) 移動式服務衛星 (mobile service satellite, MSS)
使用者
商業 , 軍事 , 業餘 , 實驗
6
低軌道衛星
衛星高度在2000公里以下 運行週期在1.5至2小時之間 涵蓋面積的直徑大約是8000公里 信號傳輸之來回延遲少於20 ms 在地面上看到衛星的停留時間最多是20分鐘 低軌道衛星系統會有都普勒效應產生，所以信 號的頻率會隨著改變 地心引力對低軌道衛星的作用非常大 ，因此衛 星運行的軌道高度會逐漸下降。
4
衛星涵蓋範圍的幾何圖示
衛星
圖9.1 涵蓋範圍與仰角
地球
5
同步衛星
同步衛星軌道有下列幾項優點
沒有因為衛星和地表天線的相對運動時都普勒效應 所產生的頻率改變問題 地面對於衛星的追蹤較為容易 涵蓋面積廣
同步衛星軌道有下列幾項缺點
經過35,000公里的傳輸距離後，接收的信號變得非 常微弱 在兩極地區和接近北極與南極的區域信號品質非常 差 信號從衛星至地面再傳回衛星之延遲時間蠻可觀的
18
分頻多工(續) 續
頻寬
保護帶
(a) 水平極性
(b) 垂直極性 圖9.10 下鏈頻道使用之一般的衛星轉接器頻率頻帶規劃(每個特 19 定的頻率加上2225 MHz則是作為上鏈頻道使用)
分頻多重存取
限制一個衛星頻道經由FDMA技術切割的子頻 道數目的因素
熱雜訊 交互調變雜訊 串音
20
FDMA的型式 的型式
22
使用分時多工技術理由
雖然分頻多工技術仍用於衛星通訊系統中，但 分時多工技術也漸漸地被廣泛使用，其理由如 下
數位元件的價格持續地滑落 數位技術的優點較多
使用錯誤更正技術
由於有較少的交互調變雜訊
分時多工的效率較佳
23
分頻多工技術
重複傳送相同框架
每個框架都被切割成多個時槽 每個時槽的位址指定給特定的發射機
Ku -頻帶 衛星 遠端 站台
伺服 器 集線 器
電腦 遠端 站台 遠端 站台
點大小的 終端機
圖9.8 衛星通訊配置
16
容量分配
分頻多重存取(Frequency division multiple access, FDMA) 分時多重存取(Time division multiple access, TDMA) 分碼多重存取(Code division multiple access, CDMA)
17
分頻多工
衛星通訊系統所有的容量可以切割成為許多小 的頻道，再將所有的容量分配到每一個頻道內， 此種方式為最上層的分頻多工(FDM) 當使用在點對點的通訊架構時 (如圖9.8a)，每 個頻道能夠用於不同的目的，例如：
1200個語音頻率的語音頻道 一個50 MHz的資料流頻道 16個1.544 Mbps的頻道 400個64 kbps的頻道 600個40 kbps的頻道 一個類比視訊頻道 6至9個數位視訊頻道
第9章 衛星通訊系統
1
衛星通訊系統之參數與結構
地面站 – 在地球上或接近地球的基地台 上鏈 – 將資料從地面站傳送到衛星上 下鏈 – 從衛星傳送資料到地面站 轉接器 – 衛星內部將上鏈的信號轉換成 下鏈的信號之電子裝置
2
通訊衛星的分類
在通訊衛星的分類上， 在通訊衛星的分類上，總共有下列幾種不同的分類 涵蓋範圍 (涵蓋範圍愈大，則相對地需要愈多的衛星)。
每個獨立的地面站分別輪流使用上鏈頻道
在其指定的時槽內將其資料上傳
衛星則是重複將由地面站所傳送進來的資料
向所有的地面站廣播 衛星亦同時不斷重複地廣播參考叢集，所有的地面站 可依據所接收到的參考叢集進行同步
24
AMA-TDMA 運作 上鏈 運作(上鏈 上鏈)
叢集間 保護時間 傳輸的叢 集時槽 叢集之 子時槽
固接式多重存取(Fixed-assignment multiple access, FAMA)
所有的衛星頻道容量固定平均分配給地面站 需求的變動造成大量沒被使用的容量浪費掉
依需求而指定多重存取(Demandassignment multiple access, DAMA)
容量分配的方法是動態的依據地面站的需求 而指定
8
中軌道衛星
衛星軌道高度在5000至12000公里間的圓 形軌道高空上 衛星繞地球一週大約是6小時 涵蓋地面範圍的直徑是10,000到15,000公 里 來回一趟信號傳輸延遲少於50微秒 在地面上看到衛星停留在空中的時間在 幾小時之內
9
衛星通訊使用之頻帶
頻帶 L S C X Ku K Ka 頻率範圍 1到2 GHz 2到4 GHz 4到8 GHz 8到12.5 GHz 12.5到18 GHz 18到26.5 GHz 26.5到40 GHz 全部頻寬 1 GHz 2 GHz 4 GHz 4.5 GHz 5.5 GHz 8.5 GHz 13.5 GHz 一般應用 移動衛星服務(MSS) MSS、NASA、外太空搜尋 固定衛星服務(FSS) FSS 軍用、地面廣播、和氣象衛 星 FSS、廣播衛星服務(BSS) BSS、FSS FSS
3
衛星軌道分類
軌道形狀
地球中心為圓心的圓形軌道 地球中心在橢圓的兩個焦點之一的橢圓形軌道
環繞在地球的不同平面上
赤道軌道(equatorial orbit) 兩極軌道 (polar orbit) 其餘的軌道
百度文库
依照軌道高度可區分為
同步軌道衛星 (geostationary orbit, GEO) 中軌道衛星 (medium earth orbit, MEO) 低軌道衛星(low earth orbit, LEO)
12
衛星足跡
圖9.6 典型的衛星足跡
13
空氣衰減
信 號 衰 減 (dB)
吸收 氣吸收
圖9.7 因為大氣吸收所造 成的信號衰減(C-頻帶)
大氣 吸收
14
衛星網路配置(1) 衛星網路配置
衛星天線
地面站
(a)點對點鏈接 圖9.8 衛星通訊配置
衛星天線
多個接收器 發射機
(b)廣播鏈接
多個接 收器
15
衛星網路配置(2) 衛星網路配置
表9.1 衛星通訊使用之頻帶
10
決定衛星連結效能的因素
地面站和衛星間的距離 下鏈過程中，衛星的焦點受地面地形的高低所 影響
此種效應可以用在地面不同位置的接收功率之分佈 表示成足跡圖(如圖9.6所示)
空氣衰減
氧氣和水蒸氣跟頻率高及仰角對信號衰減的影響
11
信號損耗
同步衛星 高度
耗 損 (dB)
圖9.5 與軌道高度函數相 關之最小的空氣中損耗
框架時間
(a) 上鏈
圖9.14 FAMA-TDMA 運作
25
FAMA-TDMA 運作 下鏈 ) 運作(下鏈
從站台1傳輸的 資料 從站台3傳輸的 資料 從站台2 傳輸的資料 從站台1 傳輸的資料
(a) 下鏈
圖9.14 FAMA-TDMA 運作
26
21
FAMA-FDMA的例子 的例子
36 MHz頻寬 站台B 從站台A發 站台C 射的頻譜 站台D 站台G 站台F 站台E
(a) 轉接器上鏈頻率分配
到衛星 到站 台B 到站 台D 到站 台E 超群型態 之分頻多 工器
FM發射機 發射機 fc=6.24GHz
圖9.11 衛星通訊之FDMA格式[COUC01] (b) 地面站A的傳輸設備
低軌道衛星種類
微低軌道衛星(Little LEOs)
工作頻率在1 GHz以下 使用頻寬不超過5 MHz 資料傳輸率最多為10 kbps 系統主要用於傳呼(paging)、追蹤(tracking)和一些低 速訊息的系統上
巨型低軌道衛星(Big LEOs)
工作頻率在1 GHz以上 資料速率為每秒數個Mbps以上 另增加了語音通訊和定位系統的服務
全球 , 區域 , 單一國家
服務型態
固接式服務衛星 (fixed service satellite, FSS) 廣播服務衛星 (broadcast service satellite, BSS) 移動式服務衛星 (mobile service satellite, MSS)
使用者
商業 , 軍事 , 業餘 , 實驗
6
低軌道衛星
衛星高度在2000公里以下 運行週期在1.5至2小時之間 涵蓋面積的直徑大約是8000公里 信號傳輸之來回延遲少於20 ms 在地面上看到衛星的停留時間最多是20分鐘 低軌道衛星系統會有都普勒效應產生，所以信 號的頻率會隨著改變 地心引力對低軌道衛星的作用非常大 ，因此衛 星運行的軌道高度會逐漸下降。
4
衛星涵蓋範圍的幾何圖示
衛星
圖9.1 涵蓋範圍與仰角
地球
5
同步衛星
同步衛星軌道有下列幾項優點
沒有因為衛星和地表天線的相對運動時都普勒效應 所產生的頻率改變問題 地面對於衛星的追蹤較為容易 涵蓋面積廣
同步衛星軌道有下列幾項缺點
經過35,000公里的傳輸距離後，接收的信號變得非 常微弱 在兩極地區和接近北極與南極的區域信號品質非常 差 信號從衛星至地面再傳回衛星之延遲時間蠻可觀的
18
分頻多工(續) 續
頻寬
保護帶
(a) 水平極性
(b) 垂直極性 圖9.10 下鏈頻道使用之一般的衛星轉接器頻率頻帶規劃(每個特 19 定的頻率加上2225 MHz則是作為上鏈頻道使用)
分頻多重存取
限制一個衛星頻道經由FDMA技術切割的子頻 道數目的因素
熱雜訊 交互調變雜訊 串音
20
FDMA的型式 的型式
22
使用分時多工技術理由
雖然分頻多工技術仍用於衛星通訊系統中，但 分時多工技術也漸漸地被廣泛使用，其理由如 下
數位元件的價格持續地滑落 數位技術的優點較多
使用錯誤更正技術
由於有較少的交互調變雜訊
分時多工的效率較佳
23
分頻多工技術
重複傳送相同框架
每個框架都被切割成多個時槽 每個時槽的位址指定給特定的發射機
Ku -頻帶 衛星 遠端 站台
伺服 器 集線 器
電腦 遠端 站台 遠端 站台
點大小的 終端機
圖9.8 衛星通訊配置
16
容量分配
分頻多重存取(Frequency division multiple access, FDMA) 分時多重存取(Time division multiple access, TDMA) 分碼多重存取(Code division multiple access, CDMA)
17
分頻多工
衛星通訊系統所有的容量可以切割成為許多小 的頻道，再將所有的容量分配到每一個頻道內， 此種方式為最上層的分頻多工(FDM) 當使用在點對點的通訊架構時 (如圖9.8a)，每 個頻道能夠用於不同的目的，例如：
1200個語音頻率的語音頻道 一個50 MHz的資料流頻道 16個1.544 Mbps的頻道 400個64 kbps的頻道 600個40 kbps的頻道 一個類比視訊頻道 6至9個數位視訊頻道
第9章 衛星通訊系統
1
衛星通訊系統之參數與結構
地面站 – 在地球上或接近地球的基地台 上鏈 – 將資料從地面站傳送到衛星上 下鏈 – 從衛星傳送資料到地面站 轉接器 – 衛星內部將上鏈的信號轉換成 下鏈的信號之電子裝置
2
通訊衛星的分類
在通訊衛星的分類上， 在通訊衛星的分類上，總共有下列幾種不同的分類 涵蓋範圍 (涵蓋範圍愈大，則相對地需要愈多的衛星)。
每個獨立的地面站分別輪流使用上鏈頻道
在其指定的時槽內將其資料上傳
衛星則是重複將由地面站所傳送進來的資料
向所有的地面站廣播 衛星亦同時不斷重複地廣播參考叢集，所有的地面站 可依據所接收到的參考叢集進行同步
24
AMA-TDMA 運作 上鏈 運作(上鏈 上鏈)
叢集間 保護時間 傳輸的叢 集時槽 叢集之 子時槽
固接式多重存取(Fixed-assignment multiple access, FAMA)
所有的衛星頻道容量固定平均分配給地面站 需求的變動造成大量沒被使用的容量浪費掉
依需求而指定多重存取(Demandassignment multiple access, DAMA)
容量分配的方法是動態的依據地面站的需求 而指定
8
中軌道衛星
衛星軌道高度在5000至12000公里間的圓 形軌道高空上 衛星繞地球一週大約是6小時 涵蓋地面範圍的直徑是10,000到15,000公 里 來回一趟信號傳輸延遲少於50微秒 在地面上看到衛星停留在空中的時間在 幾小時之內
9
衛星通訊使用之頻帶
頻帶 L S C X Ku K Ka 頻率範圍 1到2 GHz 2到4 GHz 4到8 GHz 8到12.5 GHz 12.5到18 GHz 18到26.5 GHz 26.5到40 GHz 全部頻寬 1 GHz 2 GHz 4 GHz 4.5 GHz 5.5 GHz 8.5 GHz 13.5 GHz 一般應用 移動衛星服務(MSS) MSS、NASA、外太空搜尋 固定衛星服務(FSS) FSS 軍用、地面廣播、和氣象衛 星 FSS、廣播衛星服務(BSS) BSS、FSS FSS
3
衛星軌道分類
軌道形狀
地球中心為圓心的圓形軌道 地球中心在橢圓的兩個焦點之一的橢圓形軌道
環繞在地球的不同平面上
赤道軌道(equatorial orbit) 兩極軌道 (polar orbit) 其餘的軌道
百度文库
依照軌道高度可區分為
同步軌道衛星 (geostationary orbit, GEO) 中軌道衛星 (medium earth orbit, MEO) 低軌道衛星(low earth orbit, LEO)
12
衛星足跡
圖9.6 典型的衛星足跡
13
空氣衰減
信 號 衰 減 (dB)
吸收 氣吸收
圖9.7 因為大氣吸收所造 成的信號衰減(C-頻帶)
大氣 吸收
14
衛星網路配置(1) 衛星網路配置
衛星天線
地面站
(a)點對點鏈接 圖9.8 衛星通訊配置
衛星天線
多個接收器 發射機
(b)廣播鏈接
多個接 收器
15
衛星網路配置(2) 衛星網路配置
表9.1 衛星通訊使用之頻帶
10
決定衛星連結效能的因素
地面站和衛星間的距離 下鏈過程中，衛星的焦點受地面地形的高低所 影響
此種效應可以用在地面不同位置的接收功率之分佈 表示成足跡圖(如圖9.6所示)
空氣衰減
氧氣和水蒸氣跟頻率高及仰角對信號衰減的影響
11
信號損耗
同步衛星 高度
耗 損 (dB)
圖9.5 與軌道高度函數相 關之最小的空氣中損耗
框架時間
(a) 上鏈
圖9.14 FAMA-TDMA 運作
25
FAMA-TDMA 運作 下鏈 ) 運作(下鏈
從站台1傳輸的 資料 從站台3傳輸的 資料 從站台2 傳輸的資料 從站台1 傳輸的資料
(a) 下鏈
圖9.14 FAMA-TDMA 運作
26
21
FAMA-FDMA的例子 的例子
36 MHz頻寬 站台B 從站台A發 站台C 射的頻譜 站台D 站台G 站台F 站台E
(a) 轉接器上鏈頻率分配
到衛星 到站 台B 到站 台D 到站 台E 超群型態 之分頻多 工器
FM發射機 發射機 fc=6.24GHz
圖9.11 衛星通訊之FDMA格式[COUC01] (b) 地面站A的傳輸設備