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本专业主要介绍了节点部分(星上的有效负荷部分与地球站部分);轨道配置部分(LEOMEOHEOGEO等);多址接入部分(FDMATDMACDMASDMAALOHA等);信道配置部分(PADAMARA等);及其各种应用部分(VSATMMSSAMSSLMSSGPSDVMSS、卫星IP技术)等等。

卫星通信网络简介

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号,在两个或多个地球站之间进行的信息通信。卫星通信使用的频段也是微波频段,故有人说它是地面微波通信的一个特例,是把微波中继接力站设在了空中,扩大了覆盖面,减少了中继接力次数。为此,卫星通信包括了两个部分,一部分是中继接力站--通信卫星部分,一部分是终端站--地球站部分。

通信卫星是用于信息通信的人造地球卫星,因此它是一个庞大的系统,包括卫星技术范畴和通信技术范畴。为此人们把通信卫星分为空间平台和有效负荷两部分,空间平台是卫星技术范畴,主要包括卫星的控制、监测等。有效负荷是通信技术范畴,这是我们这里应该关注介绍的部分。因为它是一个设在空中的中继接力站,那么有效负荷部分无外乎是由天馈线和收发信设备组成,在通信卫星中,把收发信设备称为通信转发器。它分为透明转发器(只有低噪放大、变频、高功放的转发过程)和处理转发器(除转发过程外,还有如数字信号再生、波束之间信号交换等等)两类。由于转发器设在卫星之上,所以对它的起码要求是:以最小的附加噪声和失真,足够的工作频带和输出功率来为各地球站有效而可靠地转发无线电信号。

通信卫星依据所在的轨道可分为低轨道(LEO)通信卫星、中轨道(MEO)通信卫星、高椭圆轨道(HEO)通信卫星和静止轨道(GEO)通信卫星。卫星通信中常用的是静止轨道通信卫星,它距地球表面3600kM,处于赤道上空的圆型轨道上,该轨道上的卫星的运转速度与地球旋转速度同步,相对地球表面是静止的。GEO主要适应于低纬度地区;HEO主要适应于高纬度地区;LEO/MEO要利用许多颗星实现可覆盖全球的连续通信。

卫星通信地球站相当于地面微波通信的终端站,也包括基带设备、射频设备、天馈线设备、监控设备等,但为了保证地球站天线与卫星天线对准而增加了伺服跟踪设备。卫星通信地球站的突出特点是低噪声接收和大功率输出。卫星通信频段将由单一的C波段发展到UHFLKuKa等多频段。

卫星通信的多址连接技术也包括常用的频分多址方式(FDMA)、时分多址方式(TDMA)、码分多址方式(CDMA)、空分多址方式(SDMA)和随机多址方式(ALOHA)。在卫星通信中,与多址连接技术密切相关的技术就是信道分配技术,信道分配方式分为预分配方式(PA)、按需分配方式(DAMA)和随机分配方式(RA)等。

卫星通信提供的业务主要是话音通信、电视广播、导航定位等,还有窄带数据和低速会议电视等。卫星IP技术是随着Internet业务的迅速增加,而利用卫星链路来传输Internet业务的技术将大有应用前景。

卫星通信系统应用中,像甚小口径天线终端或称小站系统(VSAT)、移动卫星通信系统(MSS)、卫星导航系统(GNSS)、卫星电视广播系统等是比较普及的。VSAT是指地球站的变化,它与传统的卫星地球站相比设备简单、体积小,重量轻,尤其是天线直径可以做得很小,使之安装、维护和操作变得简单,另外它各站提供的业务量较小,组网灵活,接续方便,智能化,可以快速组成专网,它对通信卫星没有特殊的要求。MSS则主要是利用静止轨道卫星(GEO),是为地面和空中移动体之间或与固定体之间提供的通信信号的传输,其主要用途分为海事移动卫星通信系统(MMSS)、航空移动卫星通信系统(AMSS)和陆地移动卫星通信系统(LMSS)。它对通信卫星系统和地球站系统要求较高,技术相对复杂。关于GNSS是指利用多颗静止轨道卫星和几十颗非静止轨道卫星组成的卫星通信系统为用户提供导航、定位、授时等业务。已得到成熟应用的是美国的全球定位系统(GPS),我国正在布局的北斗卫星导航系统(BDS)即将全面使用(现已开始为我国及邻国用户提供业务,预计在2020年可实现覆盖全球)。卫星电视广播系统是利用卫星转发电视信号以有效的提高电视信号的覆盖,目前多位数字视频广播(DVB)。还有铱卫星通信系统是利用低轨道卫星群实现全球卫星移动通信的一种方案,该方案设计将使用六七十颗之多的卫星来组网,由于投资巨大、技术复杂而发展步履维艰。

在卫星通信网络专业内主要介绍如下图所示的内容:

卫星通信网络图

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