第十二章 卫星和蜂窝移动通信

发送天线
传输中心
Modem
Internet
各办学单位传送的节目
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国际、 国际、国内骨干网 卫星接入Internet的关口站称为星关网络接入点 的关口站称为星关网络接入点SSNAP。 卫星接入 的关口站称为星关网络接入点 。 根据INTERSAT 1999年统计，它的 年统计， 根据 年统计 它的15%空间段已用于 INTERNET 空间段已用于 骨干网。 骨干网。 我国INTERNET骨干网接入采用卫星和光缆相结合。 骨干网接入采用卫星和光缆相结合。 我国 骨干网接入采用卫星和光缆相结合 用户直接接入 非对称传输 卫星TCP/IP的问题 的问题 卫星 延时长 信道的传输速率受限（针对单用户而言) 信道的传输速率受限（针对单用户而言 降低了TCP协议拥塞控制和流量恢复策略的性能 协议拥塞控制和流量恢复策略的性能 降低了 协议 信道误码
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蜂窝数字分组数据（CDPD） 蜂窝数字分组数据（CDPD） Data)实际上是蜂窝 CDPD(Cellular Digital Packet Data)实际上是蜂窝 状数字式分组数据交换网络， 状数字式分组数据交换网络，它是以数字分组数据技术 为基础， 为基础，以蜂窝移动通信为组网方式的移动无线数据通 信技术。蜂窝移动系统起源于美国的贝尔系统， 信技术。蜂窝移动系统起源于美国的贝尔系统，蜂窝系 统的构造是以AMPS为基础并与AMPS兼容， AMPS为基础并与AMPS兼容 统的构造是以AMPS为基础并与AMPS兼容，即利用划分小 区和频率复用技术。 区和频率复用技术。
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最具有代表性的LEOS主要有：铱（Iridium）系统、全 主要有： 最具有代表性的 主要有 ）系统、 球星系统（ ）、白羊系统 ）、低轨卫 球星系统（Globalstar）、白羊系统（Aries）、低轨卫 ）、白羊系统（ ）、 星系统（ ）、卫星通信网络 ）、柯 星系统（Leo-Set）、卫星通信网络（Teledesic）、柯 ）、卫星通信网络（ ）、 克斯卡系统（ 克斯卡系统（Coscon）。 ）。
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波束覆盖中国的区域卫星
亚洲一号 亚洲二号 亚洲三号 亚太一号 亚太一号A 亚太一号 亚太-IIR 亚太 中卫一号 鑫诺一号 鑫诺一号B 鑫诺一号 中星八号 寿命12年 寿命 年 15年 年 15年 年 10年 年 10年 年 15年 年 15年 年 15年 年 12年（2002年发） 年 年发） 年发 大于15年 大于 年
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蜂窝结构示意图
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（2）数字蜂窝移动通信
第二代蜂窝电话是数字的, 它是在AMPS AMPS基础上发展起来 第二代蜂窝电话是数字的 , 它是在 AMPS 基础上发展起来 数字蜂窝无线电系统信道分配方案有3 GSM，CDPD和 的。数字蜂窝无线电系统信道分配方案有3种：GSM，CDPD和 CDMA。 CDMA。 GSM（ communications） GSM （ Global Systems for Mobile communications ） 主 电路交换方式， 用于话音通信， 要 电路交换方式 ， 用于话音通信 ， 但若用带有特殊调制 解调器的便携机，亦可进行数据通信。 解调器的便携机，亦可进行数据通信。 缺点：一是基站之间的接管相当频繁, 缺点：一是基站之间的接管相当频繁,每次接管会导致 300ms 数据的丢失； 二是GSM 的错误率较高； ms数据的丢失 GSM的错误率较高 300ms 数据的丢失 ； 二是 GSM 的错误率较高 ； 三是由于 按接通的时间计费而不是按传送的字节收费, 按接通的时间计费而不是按传送的字节收费, 所以花费 很大。 很大。 解决的方法之一是采用蜂窝数字分组数据 CDPD。 CDPD。
为了展开国际业务需要，有关单位还租用了国外多颗卫星的转发器。 为了展开国际业务需要，有关单位还租用了国外多颗卫星的转发器。 国际通信卫星、泛美通信卫星、银河-3R通信卫星、热鸟 通信 通信卫星、 有：国际通信卫星、泛美通信卫星、银河 通信卫星 热鸟-3通信 卫星等。 卫星等。 国内外广播电视传输业务共用了国内外十几颗卫星三、四十台转发器。 国内外广播电视传输业务共用了国内外十几颗卫星三、四十台转发器。 大部分电视节目传送采用了数字频带压缩技术，从而节省了转发带宽， 大部分电视节目传送采用了数字频带压缩技术，从而节省了转发带宽， 使一台转发器可同时转发多套电视节目。 使一台转发器可同时转发多套电视节目。
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卫星通信示意图
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同步卫星通信系统
当卫星的运行轨道在赤道平面内， 当卫星的运行轨道在赤道平面内，其高度大约为 35786.6 km 时，它的运行方向（自东向西）与地球自转的方向相同， 它的运行方向（自东向西）与地球自转的方向相同， 围绕地球做作圆周运动，运行周期恰好与地球的自转周期相 围绕地球做作圆周运动， 同为一个恒星日： 小时 小时56分 等（同为一个恒星日：23小时 分40.9秒），在地面上的某 秒），在地面上的某 点观察卫星时，卫星如同静止不动的。 点观察卫星时，卫星如同静止不动的。这种卫星称为静止卫 这种卫星轨道称为静止轨道或同步轨道。 星，这种卫星轨道称为静止轨道或同步轨道。 利用静止卫星作中继站组成的通信系统称为静止卫星通信系 或同步卫星通信系统。 统，或同步卫星通信系统。
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码分多址访问（CDMA） 码分多址访问（CDMA） CDMA（ Access） CDMA（Code Division Multiple Access）有很多优 如容量是目前流行的GSM GSM的 点，如容量是目前流行的GSM的3～4倍；通话质量大幅度 提高，接近有线电话的通话质量； 提高，接近有线电话的通话质量；由于所有小区使用相 同的频率故大大简化小区频率规划；保密性能更强； 频率故大大简化小区频率规划 同的频率故大大简化小区频率规划；保密性能更强；手 机功耗更小，通话时间更长；增强小区的覆盖能力， 机功耗更小，通话时间更长；增强小区的覆盖能力，减 少基站数目；不会与现在的模拟和数字系统产生干扰； 少基站数目；不会与现在的模拟和数字系统产生干扰； 提供可靠的移动数据通信；可靠的软切换方式大大降低 提供可靠的移动数据通信； 了切换的失败几率。 了切换的失败几率。
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通信卫星Baidu Nhomakorabea
ODU
ODU 网络监控设备
IDU VSAT小站
IDU 主站 VSAT小站
计算机 电话 传真
计算机 电话 传真 ODU－室外单元 IDU－室内单元 大型主机 服务器 监视器 摄像机 电话 传真
VSAT网络组成 网络组成
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卫星电视教育网系统示意图
单终端用户
卫 星
卫星接收机 多终端用户 功分器 卫星接收机 点播服务器 路由器 防火墙 Modem 局域网或CATV Modem 或 卫星接收机
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静止卫星与地球的相对位置
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卫星通信的特点
通信距离远，且费用与通信距离无关； 通信距离远，且费用与通信距离无关； 覆盖面积大，可进行多址通信； 覆盖面积大，可进行多址通信； 通信频带宽、传输容量大； 通信频带宽、传输容量大； 机动灵活； 机动灵活； 通信线路稳定可靠
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卫星通信系统的组成
1.通信卫星； 通信卫星； 通信卫星 2.地球站； 地球站； 地球站
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卫星
双向卫星网接入服务
传输平台 前端
卫星天线
用户端
家庭PC
校园或企业网
VPN 服务器 代理服务器
Cernet/PSTN
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VSAT卫星通信 卫星通信
VSAT（Very Small Aperture Terminal，甚小口径地球终 （ ， 世纪80年代末发展起来并于 端）是20世纪 年代末发展起来并于 年代得到广泛应用的新 世纪 年代末发展起来并于90年代得到广泛应用的新 一代数字卫星通信系统。 一代数字卫星通信系统。 VSAT网通常由一个卫星转发器、一个大型主站和大量的 网通常由一个卫星转发器、 网通常由一个卫星转发器 VSAT小站组成，能单双向传输数据、语音、图像、视频等多 小站组成， 小站组成 能单双向传输数据、语音、图像、 媒体综合业务。 媒体综合业务。 VSAT具有很多优点，如：设备简单、体积小、耗电少、组 具有很多优点， 具有很多优点 设备简单、体积小、耗电少、 网灵活、安装维护简便、通信效率高等， 网灵活、安装维护简便、通信效率高等，尤其适用于大量分散 的业务量较小的用户共享主站， 的业务量较小的用户共享主站，所以许多部门和企业多使用 VSAT网来建设内部专用网。 网来建设内部专用网。 网来建设内部专用网
双向站：即能向卫星发送信号， 双向站：即能向卫星发送信号，也能从卫星接收信号 单收站： 单收站：只能从卫星接收信号
3.跟踪遥测和指令系统； 跟踪遥测和指令系统； 跟踪遥测和指令系统 4.监控管理系统。 监控管理系统。 监控管理系统
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通信卫星的分类
按轨道： 按轨道： 低轨道（ 低轨道（LEO）通信卫星：500km┈1500km ）通信卫星： ┈ 中轨道（ 中轨道（MEO）通信卫星：10000km左右 ）通信卫星： 左右 静止轨道（GEO）通信卫星：36000km左右 静止轨道（ ）通信卫星： 左右 按通信范围： 按通信范围： 区域性通信卫星； 国际通信卫星 ；区域性通信卫星；国内通信卫星 按用途： 按用途： 综合业务通信卫星；军事通信卫星；海事通信卫星； 综合业务通信卫星；军事通信卫星；海事通信卫星； 电视直播卫星；气象卫星S 电视直播卫星；气象卫星
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按转发能力： 按转发能力： 无星上处理能力 有星上处理能力 按频段： 按频段： 分为L、 、 、 、 、 、 七个频段 中国分在K 七个频段， 分为 、S、C、Ku、Ka、Q、V七个频段，中国分在 U 频段第三区，并使用C频段 频段（ － 频段第三区，并使用 频段（3.7－4.2GHZ）的线极化波。 ）的线极化波。 按重量： 按重量： 大型卫星 小卫星 微小卫星 微卫星 纳卫星 皮卫星 Large Small Mini Micro Nano Pico >1000kg 500-1000kg 100-500kg 10-100kg <10kg <1kg >1亿美元 亿美元 0.5-1亿美元 亿美元 500-2000万美元 万美元 200-300万美元 万美元 <100万美元 万美元
第十二章 卫星和蜂窝移动通信
北京邮电大学世纪学院 电信工程系 Zhaiyingbin@ccbupt.cn
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12.1 卫星通信
卫星通信就是利用位于 万 千公里高空的人造地球同步 卫星通信就是利用位于3万6千公里高空的人造地球同步 就是利用位于 卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的 微波接力通信。 微波接力通信。 卫星通信可以克服地面微波通信的距离限制，其最大特 卫星通信可以克服地面微波通信的距离限制， 点就是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。 点就是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。
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卫星通信使用的频段
VHF UHF L S C Ku Ka Q V 0.1-0.3GHz 0.3-1.0 1.0-2.0 2.0-4.0 4.0-8.0 12.0-18.0 24.0-30.0 33.0-50.0 50.0-75.0 移动、 移动、导航业务 移动、 移动、导航业务 移动业务 移动业务 固定通信业务 固定通信业务
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中国独资和合资经营卫星的公司有5家 中国通信广播卫星公司、 中国独资和合资经营卫星的公司有 家：中国通信广播卫星公司、亚 洲通信卫星有限公司、亚太通信卫星有限公司、 洲通信卫星有限公司、亚太通信卫星有限公司、鑫诺卫星通信有限公 司和中国东方通信卫星有限责任公司。 司和中国东方通信卫星有限责任公司。 现有9颗通信卫星在轨运行提供业务： 现有 颗通信卫星在轨运行提供业务： 颗通信卫星在轨运行提供业务 中星-6（东方红 ）； 亚洲卫星-1； 中星 （东方红-3）； 亚洲卫星 ； 亚洲卫星-3S； ； 亚洲卫星 亚太星-2R； 亚太星 ； 亚太星-1； 亚太星 ； 中卫-1； 中卫 ； 亚洲卫星-2； 亚洲卫星 ； 亚太星-1A； ； 亚太星 鑫诺-1 。 鑫诺
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12.2 蜂窝移动通信
蜂窝移动通信
(1) 模拟蜂窝移动通信
模拟蜂窝移动通信中使用最普及的技术是先进移动电 模拟蜂窝移动通信中使用最普及的技术是先进移动电 中使用最普及的技术是 System)，AMPS容 话系统 AMPS(Advanced Mobile Phone System)，AMPS容 量增大的关键思想是利用相对较小的单元, 量增大的关键思想是利用相对较小的单元,并且重用附近 不是邻接)单元的传送频率。单元一般都近似于圆形, (不是邻接)单元的传送频率。单元一般都近似于圆形,但 是用六边形更容易表示。 是用六边形更容易表示。