卫星通信系统介绍

1.【卫星通信系统概念】
卫星通信是地球上多个地球站（包括陆地、水面和大气层）利用空中人造通信卫星作为中继站而进行的无线电通信。

卫星通信系统是由通信卫星、地球站和跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统。

通信卫星由若干个转发器、数副天线与位置和姿态控制、遥测和指令、电源分系统组成，其主要作用是转发各地球站信号。

地球站由天线、发射、接受、终端分系统及电源、监控和地面设备组成，主要作用是发射和接受用户信号。

跟踪遥测指令站是用来接收卫星发来的信标和各种数据，然后经过分析处理，再向卫星发出指令去控制卫星的位置、姿态及各部分工作状态。

监控管理分系统对在轨卫星的通信性能及参数进行业务开道前的监测和业务开通后的例行监测与控制，以便保证通信卫星的正常运行和工作
2.卫星通信体制
所谓通信体制，是指通信系统采用的信号传输方式和信号交换方式。

卫星通信系统的体制主要包括基带信号的类型及复用方式、中频(或射频)信号的调制方式、多址联接方式、信道分配方式等四个方面的内容。

其中复用方式和调制方式是无线通信中都要涉及到的，而多址联接和多址分配是卫星通信所特有的.
3. 卫星通信地球站
卫星通信系统中设置在地球上（包括大气层中）的通信终端站。

用户通过卫星通信地球站接入卫星通信线，进行相互间的通信。

主要业务为电话、电报、传真、电传、电视和数据传输。

卫星通信地球站按使用方式分为固定站、可搬运站和移动站(船载、车载、飞机载)；按通信性能分为标准站和非标准站。

在标准站中又分为A、B、C、D 4
种类型。

典型的卫星通信地球站的基本组成包括：天线系统、高功率发射系统、低噪声接收系统、信道终端系统、电源系统、监控系统。

为实现用户间通信，还需有地面接口系统、信息传输系统和信息交换中心。

近年来世界各国竞相发展便于移动、便于安装的小型卫星通信地球站，发展了一种非常小口径通信终端(VSAT)地球站，具有广阔的应用前景。

4.卫星通信的线路 (sorry 设计与测试未找到资料)
在一个卫星通信系统中，各地球站经过通信卫星转发器可以组成多条单跳单工或双跳单工卫星通信线路。

整个通信系统的全部通信传输工作就是通过这些卫星通信线路完成。

在卫星通信线路中，把从发信地球站到卫星这一段线路称为上行线路，从卫星到收信地球站这一段线路称为下行线路，上、下行线路和起来就构成一条最简单的单工卫星通信线路。

当两个地球站都有收发设备和上、下行线路，而且这两条线路共用一个通信卫星转发传播相反的信号进行通信，就构成了双工卫星通信线路。

5.卫星信标
卫星信标是由卫星发送用于地球站的信标接收机确定卫星位置的专用信号,自动对准卫星. 因找不到专业的名词解释. 我自己的理解..
信标接收机是卫星通信地球站中用于天线跟踪卫星的设备，具有L/ C/Ku各频段的信标接收能力，能够完成卫星的信标信号锁定、鉴相，并将其转换成与功率成正比的直流信号送给伺服控制系统，确保天线对准卫星工作，获得最佳天线增益。

广泛应用于固定卫通地球站和车载、船载动中通系统中。

一般由输入预选单元、一次混频处理单元、二次混频处理单元、三次混频处理单元、参考源、自动信号频率跟踪单元和微控制单元组成
6.数据链路
是数据电路加上传输控制规程，它由通信线路，调制解调器，终端及通信控制器之间的接口构成。

国际标准化组织(ISO)定义数据链路为：按照信息特定方式进行操作的两个或两个以上终端装置与互连线路的一种组合体。

所谓特定方式是指信息速率与编码均相同。

一个数据通信系统包括一个或多个数据链路。

数据链路的结构分为点对点与点对多点两种。

数据链路传输数据信息有三种不同的操作方式
(1)单向型。

信息只能按一个方向传送。

(2)双向交替型。

信息先从一个方向，后从相反方向传送。

(3)双方同时型。

信息可在两个方向上同时传送。

简单介绍Philips的商用卫星IRD DVS3824的结构，大致框图如图14－1。

主要部分有调谐器、QPSK解调、去扰码、纠错、解复用、解码、PAL／NTSC编码、系统控制和智能卡读出器等部分组成。

调谐器部分有两个独立的射频输入和70Hz中频输出。

调谐器能工作在C波段和Ku波段。

根据不同的应用可以设计成MCPC接收或SCPC接收。

MCPC指一个载波包含多路不同信号，称为多路单载波(Multiple Channel Per Carrier)系统。

由于一个转发器只有一个载波，因此没有多载波的谐波干扰问题，频带和功率的利用率较高。

但多路信号要在同一地点上星，不同节目需要地面传输设备将节目传送到地面站复用后送往上星设备。

SCPC(Single Channel Per Carr ier)是单路单载波系统。

每路信号占据一个载波，优点是可在不同的地点上星。

由于C波段和Ku波段的频谱位置左右不一样，因此Philips的调谐器具有频谱倒置功能，便于不同卫星节目的接收。

两个不同的射频输入端可以用于两种不同极化方式，即水平或垂直极化方式的接收.
7.VSAT卫星通信网的网络结构
卫星通信网的网络结构有星形、网状或者星形／网状混合三种，星形网由—个主站和若干个VSAT小站组成。

主站可与任一小站直接通信，各个VAST站之间必须通过主站转接才能互相通信，此种网主要用于数据传输；网状网中各站无主次之分，任意两个VSAT站都能直接互相通信，此种网主要用于话音传输。

—个网内可有数十、数百甚至数千个VAST站。

VSAT卫星通情网的主要特点：(1)组网比较灵活，可以根据需要组合成各种拓朴结构的业务网络，以满足不同需求。

(2) 能满足话音、数据、图像、传真等多种业务的传输。

(3)具有多种卫星信道分配方式，如DA MA、PAMA和动态分配方式。

(4)设备趋于模块化，易于扩容、组合。

(5)为用户提供多种通信规程和接口，可满足用户现有设备以以及扩容网络新增设备的联网。

(6)网络管理和控制功能软件化，功能不断增强。

(7)投资少、见效快。

8.频分多址方式、时分多址方式和码分多址方式各自的特点
在微波频带，整个通信卫星的工作频带约有500MHz宽度，为了便于放大和发
射及减少变调干扰，一般在星上设置若干个转发器。

每个转发器被分配一定的工作频带。

目前的卫星通信多采用频分多址技术，不同的地球站占用不同的频率，即采用不同的载波。

比较适用于点对点大容量的通信。

近年来，时分多址技术也在卫星通信中得到了较多的应用，即多个地球站占用同一频带，但占用不同的时隙。

与频分多址方式相比，时分多址技术不会产生互调干扰、不需用上下变频把各地球站信号分开、适合数字通信、可根据业务量的变化按需分配传输带宽，使实际容量大幅度增加。

另一种多址技术是码分多址(CDMA)，即不同的地球站占用同一频率和同一时间，但利用不同的随机码对信息进行编码来区分不同的地址。

CDMA采用了扩展频谱通信技术，具有抗干扰能力强、有较好的保密通信能力、可灵活调度传输资源等优点。

它比较适合于容量小、分布广、有一定保密要求的系统使用。

9.固定分配和按需分配及随机分配
固定分配FA(Fixed Assignment)是将转发器资源以固定形式分配给端站使用。

这种方式所要求的系统技术和设备相对简单，但当某端站的瞬间业务量大于系统所分配的容量时，端站只能存储或拒绝业务请求，从而会造成时延增加或产生呼叫阻塞，而另外的端站即使有多余容量也不能使用，网络资源未能得到充分利用。

按需分配DA(Demand Assignment)是根据各个端站的传输量的需求来分配系统资源的。

这些需求信息或者通过一个专用的信息信道上传输，或者在业务信道上分段送回到主站的网管中心，网管中心响应需求并临时分配一个信道给这个业务使用，当业务完成后，又收回此信道的使用以便分配给下一个需求者，可以看出按需分配方式可以较好地利用卫星资源，所以连续业务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，比如传送请求信号的信令信道会占据系统容量，当信令信道采用固定载波传输时，为了把信令信道的使用限制在系统总容量的合理范围内，便会限制网络中VSAT端站的数量。

如果为了方便地在网络中增加新的端站而避开这种限制，可以采用随机接入信令信道的方案，但这又可能会使信令造成碰撞，从而增加了业务通信建立所需要的时延。

在按需分配系统中，在信息被传送前，必须先进行请求信令的传输和信道配置，所以该业务信息必须首先在站内等待，传播时间加上处理时间，总的时延可能高达1－2秒。

如果送一条消息就必须建立一次连接，那么这种方案就很不适应突发业务短信息的传输。

比如传送一条信息其长度为200字节，传输速率为64kb/s，则所需时间为25ms，而连接建立的时延约1.5s，则在传输该消息之前的报头时延是信息传输时间的60倍，效率非常低下。

对于这种突发性短信息业务，就必须用到随机多址方式。

交互式数据业务大多采用随机方式争用信道，称随机多址。

网络内各端站根据需要可随时向信道发送信息，在信道中各用户的一部分信息脉冲可能会互相碰撞，根据碰撞解决算法CRA(Collision Resolution Algorithm)，有的信息脉冲可顺利地到达接收方，有的信息脉冲会被碰撞丢失，丢失的信息必须再次发送，直到收到对端的确认信息为止。

10.GPS
全球定位系统（NAVSTAR GPS，NAVigation Satellite Timing And Ranging GlobalPositioning System，以下简称GPS）原是美国国防部为了军事定时、定位与导航的目的所发展，希望以卫星导航为基础的技术可构成主要的无线电导航系统，未来并能满足下一个世纪的应用
定位原理:卫星不间断地发送自身的星历参数和时间信息，用户接收到这些信息后，经过计算求出接收机的三维位置，三维方向以及运动速度和时间信息。

目前GPS系统提供的定位精度是优于10米，而为得到更高的定位精度，我们通常采用差分GPS技术：将一台GPS接收机安置在基准站上进行观测。

根据基准站已知精密坐标，计算出基准站到卫星的距离改正数，并由基准站实时将这一数据发送出去。

用户接收机在进行GPS观测的同时，也接收到基准站发出的改正数，并对其定位结果进行改正，从而提高定位精度。

差分GPS分为两大类：伪距差分和载波相位差分。