卫星通信系统知识介绍

北京华油天然气有限责任公司内部培训资料生产运行部通信专业2003年12月30日VSAT卫星通信网部分卫星通信网概述卫星通信分类卫星地球站的组成影响卫星通信的常见因素我公司卫星通信网现状我公司VSAT卫星网设备的维护补充内容－架设卫星天线步骤卫星通信概述－定义卫星通信定义：是微波通信的一种。它是利用人造地球卫星作为中继站，来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。由定义可知，卫星通信系统由通信卫星和地球站两部分组成。通信卫星实际上就是一个悬挂在空中的通信中继站，把地球站发上来的电磁波放大后再返送回另一地球站。它居高临下，视野开阔，只要在它的覆盖照射区以内，不论距离远近都可以通信。地球站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫星系统形成链路。卫星通信概述－举例说明你在国内要通过卫星与大洋彼岸美国一个亲戚打电话，先要通过长途电话局，由它把用户电话线路与卫星通信系统中的当地地面站连通，地面站把电话信号发射到卫星，卫星接到这个信号后通过功率放大器，将信号放大再转发到大西洋彼岸的地面站，地面站把电话信号取出来，送到受话人所在的城市长途电话局，之后再转接到你这个亲戚的电话机上。卫星通信概述－主要优点1.通信距离远、覆盖面积大：一颗静止通信卫星的天线波束，可以覆盖地球表面积的42.4%。在这个覆盖区域内，两个相距18000公里的地面站可以进行远距离通信。在静止轨道上等间隔(120度)配置三颗卫星，就可建立起除地球两极地区以外的全球通信。卫星通信概述－主要优点2.组网络灵活，便于多重撷取联接在卫星天线波束的覆盖区内，卫星通信网络所属的地面站可以同时和其它地面站建立各自的通信路线，形成一种多方向，多地点的通信。这种卫星通信特有的性能，叫做多重撷取联接。另外，各种形式的地球站，可以不受地理条件的限制，无论是固定站还是移动站，各种不同的业务种类，都可以组织在一个通信网络内，电路的建立十分灵活方便。卫星通信概述－主要优点3.通信品质高、容量大卫星通信工作在微波频段，再加上各种频率的重复利用，使得近代一颗通信卫星可用频带宽度达几千兆赫与之相应的通信容量超过了33000条话路。在卫星通信中，电波主要在接近真空的外层太空传播。因而可以很大地减小大气折射和地面反射的影响，传播特性比地面微波接力线路明显稳定，所以通信品质高。4.建设速度快。5.易于实现广播和多址通信。6.同一信道可用于不同方向和不同区域。卫星通信概述－主要缺点卫星通信中，信号经同步通信卫星一跳至对方地球站所实现的单向传输距离约72000KM，信号到达有延迟，大约270ms的时间。10GHZ以上频带受降雨雪的影响。天线受太阳噪声的影响。卫星通信概述通信卫星使用的频段L-波段（1.6／1.5GHz）：同步卫星移动业务使用频段C-波段（4/6GHz）X-波段（8/10GHz）Ku-波段（12/14GHz）Ka波段（20/30GHz）卫星通信分类1.按卫星运动方式分：同步卫星通信系统与非同步卫星通信系统。2.按通信覆盖区分：国际卫星通信系统、区域卫星通信系统、国内卫星通信系统。3.按使用者分：公用卫星通信系统、专用卫星通信系统。4.按通信业务分：固定地面站卫星通信系统、移动地面站卫星通信系统、广播业务卫星通信系统、科学试验卫星通信系统。卫星通信分类5.按多址方式分：分频多址(FDMA)卫星通信系统、分时多址(TDMA)卫星通信系统、空间分隔多址(SDMA)卫星通信系统、分码多址(CDMA)卫星通信系统、混合多址卫星通信系统。6.按基频信号分：模拟卫星通信系统、数字卫星通信系统。卫星通信分类-静止轨道卫星系统同步卫星通信系统（GeosynchronousEarthOrbit）：利用在地球同步轨道上的卫星作为接力站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站之间的通信。由于卫星绕地球的运行周期与地球自转同步，而对地球应相对静止所以又可称为静止轨道卫星系统。静止卫星主要用作固定电话或电视传送，以确保传输的稳定性。名词解释－静止轨道卫星系统同步轨道卫星是指卫星在离地球约36000km的太空，与地球自转相同的方向运行，运行周期为一个恒星日，即与地球自转一周的时间相同，等于24小时。卫星在这个高度运行的轨道叫做同步轨道。当同步轨道的平面与地球赤道平面的夹角为零，也就是说卫星沿赤道平面运行时，从地球上看卫星仿佛静止不动，这个轨道称作静止轨道或赤道轨道，静止轨道上的卫星称静止卫星。要保持卫星与地球的运行同步，就要综合考虑地球自转、地球公转、卫星飞行速度等多种因素，所以同步通信卫星都“定点”在赤道上空，并有一系列的标准参数。卫星通信分类-静止轨道卫星系统一个卫星通信系统通常是由太空分系统(通信卫星)、地面站、追踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等四大部分组成。卫星通信分类-静止轨道卫星系统1、追踪遥测及指令分系统(测控系统)：它的任务是对卫星进行追踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置；待卫星正常后，要定期对卫星进行轨道修正和位置保持等控制。2、监控管理分系统：它的功能是对定点的卫星在业务营运前、后进行通信性能的监测和控制，例如对卫星转频器(Transponder)功率、卫星天线增益以及各地面站发射的功率、射频频率和频宽等基本通信参数进行监控，以保证正常通信。卫星通信分类-静止轨道卫星系统3、太空分系统(通信卫星)：通信卫星内的主体是通信装置，其必要部分有卫星本体上的遥测指令、控制系统和能源(包括太阳能电池和蓄电池)装置等设备，通信卫星主要是起无线电中继站的作用，它是靠卫星上通信装置中的转频器(微波收、发信机)和天线来完成的。每个转频器能同时接收和转发多个地面站的信号。显然，当每个转频器所能提供的功率和频宽一定时，转频器越多，卫星通信容量就越大。4、地面站：地面站的主要作用有两个：一是向卫星发射信号；二是接收经卫星转发的，来自其它地面站的信号。卫星通信分类－频分多址（FDMA）按不同配置的射频来区别地球站地球站同几个站通信就发几个载波多址载波方式，即每个地球站仅发一个载波，而利用基带中的频分多路复用（FDM）或时分多路复用（TDM）进行区别不同的地球站卫星通信分类－时分多址(TDMA)时分多址方式即采用传输信号的不同的时间间隔来区分或代表不同的VSAT站的站址。也就是每个VSAT小站传输信号对具有不同收、发数字码的时间间隔，以此区分不同小站。卫星通信分类－码分多址（CDMA）即采用传输信号的不同的码元来区分或代表不同的VSAT站的站址多址方式的信道分配技术方法很多，在VSAT通信系统中，常采用的有预分配方式和按需分配方式卫星通信分类－混合多址美国投资建设的用66颗卫星组成的“铱”星系统(IridiumSatelliteSystem)采用沿地球轨道高速运动的低轨道卫星通信。系统网络结构采用TDMA／FDMA(时分多址／频分多址)混合多址连接结构，系统由空中、地面和移动3个部分组成，可提供寻呼、话音、数据、传真、定位等业务。卫星地球站的组成-概述一般分为：天线、馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端设备、天线跟踪设备、电源卫星地球站的组成－各部分介绍天线、馈线设备：将发射机送来的射频信号定向（对准卫星）辐射的电磁波，同时收集接收卫星送来的电磁波送到卫星接收机双工器：一般卫星天线是收发公用的，所以要进行发射信号和接收信号的分离。卫星地球站的组成－各部分介绍发射设备：将中频信号（70M）变成射频信号例如：KU波段的信号，并将功率放大到一定电平经过天线系统发射出去。可以单载波工作和多载波工作对设备维护时要首先关掉电源卫星地球站的组成－各部分介绍接收设备：接收卫星送来的卫星信号送给解调器低噪声放大器：对接收的微弱卫星信号进行信号放大和变频的功能（L波段）卫星地球站的组成－各部分介绍信道终端设备：发射信道终端将用户送来的消息进行处理，变成适合卫星体制要求的信号形式，接收信道终端设备与发端进行相反的处理，还原出用户的原始信号。天线跟踪设备：因为静止卫星并非绝对静止，需要自动或手动跟踪卫星的位置，手动需要人工定位，自动需要相关的电子设备进行定位。卫星地球站的组成－信号工作流程图示基带信号基带处理及调制器上变频器合路器功率放大器双工器天线低噪声放大器分路器下变频器解调及基带处理基带信号70M中频信号L波段中频信号KU波段中频信号影响卫星通信的常见因素日凌：每年春分和秋分前后几天中，在星下点的中午一段时间里，太阳、地球和卫星处在一条直线上，且卫星在地球和太阳之间，在这种情况下，地球站天线指向卫星的同时，也指向太阳。由于太阳是一个强大的噪声源，因此，地球站天线接收卫星转发器信号的同时，还不可避免地接收来自太阳的噪声，使信号完全被噪声淹没而造成通信中断。这种现象就叫日凌中断。这种现象每年发生两次，每次延续6天。每次几分钟，约占全年通信时间的0.02％。影响卫星通信的常见因素影响卫星通信的常见因素星蚀：与发生日凌原因相似，每年春分和秋分前后各23天中，在星下点的午夜前后，太阳、地球和卫星处在一条直线上，卫星进入地球的阴影区，就会发生卫星的日蚀，即发生星蚀。发生星蚀时会造成卫星通信中断。地星食，当地球处在太阳和卫星之间，并成一条线的时候，由于地球阴影的原因，卫星的太阳能电池不能正常供电。雨衰：雨、云、雾会吸收信号并使噪声增加，在10GHZ以上频带表现尤为明显。外部噪声：天线前部有障碍物或天线前部有噪声源，会增加噪声，影响信号的接收。我公司VSAT卫星网现状－概述北京华油天然气有限责任公司（北京天然气集输公司）通信系统为Ku波段VSAT卫星通信系统,于1998年元月全网建成开通。该系统原租用亚卫Ⅱ号卫星第八转发器3MHz带宽频带，开放了数据、话音和图象传输等业务。根据业务发展需要，于1999年10月1日改租鑫诺1号第7A转发器5.3MHz带宽频带。我公司VSAT卫星网现状－概述该系统由一个主控站(HUB)和若干个无人值守远端站(VSAT)组成。主控站建在北京天然气集输公司调度控制中心大楼内。远端站中大部分站为陕京天然气管线的SCADA系统和生产运行通信服务。每站配有1~2路数据接口和1~4路话音接口；另有1个远端站建在主控站机房内作培训站使用。我公司VSAT卫星网现状－VSAT设备介绍典型VSAT站主要包括三部分:天线、室外单元(ODU)、室内单元(IDU)。室外单元由天线馈源、接收设备(低噪声放大器和下变频器)、发送设备(高功放和上变频器)组成。ODU通过中频连接电缆(IFL)连接到IDU。IDU包括基带接收设备(中频下变频器和解调器)、基带发射设备(中频上变频器和调制器)、用户终端或电话的接口设备和对输入输出信号进行监控的处理器等。室内单元包括TES、PES或HES单元等。名词解释－VSATVSAT是VerySmallApertureTerminal的英文缩写，意思是甚小口径卫星通信终端，通常是指终端天线口径在1.2--2.8米左右的卫星通信地球站。VSAT通信系统一般可以工作在二个频段，分别是14（上行）/12（下行）GHz的Ku频段和6（上行）/4（下行）GHz的C频段。名词解释－TESTES：TelephonyEarthStation由机箱、CU板、衰减器等部分组成。通过衰减器与室外单元连接，再通过天线与卫星实现通信。另一端通过CU板与程控交换机连接或直接连接话机完成通话链路的连通。TES室内单元主要用于传输话音，还可以进行传真和数据传输。名词解释－PESPES：PersonalEarthStation室内单元用于传输数据。PES主要用于端站与调控中心之间的数据传输，端站控制系统数据通过BM85与PES通讯。PES再通过卫星传输至调控中心。PES与SCADA系统RTU的接口为RS-232C。另外，在PES出现故障数据通路中断时，可通过MODEM拨号方式进行数据传输。名词解释－HESHES：HybridEarthStationHES是TES与PES设备集成在一起，共用一套室外设备来实现传输数据和话音。HES中的TES和PES相互制约，当其中一个出现故障时另一