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1第9章衛星通訊系統2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3通訊衛星的分類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)。全球,區域,單一國家服務型態固接式服務衛星(fixedservicesatellite,FSS)廣播服務衛星(broadcastservicesatellite,BSS)移動式服務衛星(mobileservicesatellite,MSS)使用者商業,軍事,業餘,實驗4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(equatorialorbit)兩極軌道(polarorbit)其餘的軌道依照軌道高度可區分為同步軌道衛星(geostationaryorbit,GEO)中軌道衛星(mediumearthorbit,MEO)低軌道衛星(lowearthorbit,LEO)5衛星涵蓋範圍的幾何圖示圖9.1涵蓋範圍與仰角衛星地球6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7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20ms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。8低軌道衛星種類微低軌道衛星(LittleLEOs)工作頻率在1GHz以下使用頻寬不超過5MHz資料傳輸率最多為10kbps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(BigLEOs)工作頻率在1GHz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9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10衛星通訊使用之頻帶頻帶頻率範圍全部頻寬一般應用L1到2GHz1GHz移動衛星服務(MSS)S2到4GHz2GHzMSS、NASA、外太空搜尋C4到8GHz4GHz固定衛星服務(FSS)X8到12.5GHz4.5GHzFSS軍用、地面廣播、和氣象衛星Ku12.5到18GHz5.5GHzFSS、廣播衛星服務(BSS)K18到26.5GHz8.5GHzBSS、FSSKa26.5到40GHz13.5GHzFSS表9.1衛星通訊使用之頻帶11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12信號損耗圖9.5與軌道高度函數相關之最小的空氣中損耗同步衛星高度耗損(dB)13衛星足跡圖9.6典型的衛星足跡14空氣衰減圖9.7因為大氣吸收所造成的信號衰減(C-頻帶)信號衰減(dB)仰角霧氣吸收大氣吸收雨水吸收15衛星網路配置(1)圖9.8衛星通訊配置衛星天線地面站衛星天線(a)點對點鏈接(b)廣播鏈接多個接收器發射機多個接收器16衛星網路配置(2)圖9.8衛星通訊配置伺服器點大小的終端機遠端站台遠端站台遠端站台Ku-頻帶衛星集線器電腦17容量分配分頻多重存取(Frequencydivisionmultipleaccess,FDMA)分時多重存取(Timedivisionmultipleaccess,TDMA)分碼多重存取(Codedivisionmultipleaccess,CDMA)18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50MHz的資料流頻道16個1.544Mbps的頻道400個64kbps的頻道600個40kbps的頻道一個類比視訊頻道6至9個數位視訊頻道19分頻多工(續)圖9.10下鏈頻道使用之一般的衛星轉接器頻率頻帶規劃(每個特定的頻率加上2225MHz則是作為上鏈頻道使用)頻寬保護帶(a)水平極性(b)垂直極性20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21FDMA的型式固接式多重存取(Fixed-assignmentmultipleaccess,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(Demand-assignmentmultipleaccess,DAMA)容量分配的方法是動態的依據地面站的需求而指定22FAMA-FDMA的例子圖9.11衛星通訊之FDMA格式[COUC01]36MHz頻寬站台B站台C從站台A發射的頻譜站台D站台E站台F站台G(a)轉接器上鏈頻率分配到站台B到站台D到站台EFM發射機fc=6.24GHz到衛星(b)地面站A的傳輸設備超群型態之分頻多工器23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24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25AMA-TDMA運作(上鏈)圖9.14FAMA-TDMA運作(a)上鏈叢集間保護時間傳輸的叢集時槽叢集之子時槽框架時間26FAMA-TDMA運作(下鏈)圖9.14FAMA-TDMA運作(a)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