衛(wèi)星通信概述

1、Xi衛(wèi)星,衛(wèi)星通信概述,楊天繪2017年9月8日,內(nèi)容大綱,衛(wèi)星通信基礎,衛(wèi)星移動通信,衛(wèi)星寬帶通信,,,,衛(wèi)星通信基礎,一、衛(wèi)星通信概述,,衛(wèi)星通信是地球站之間或航天器與地球站之間利用人造衛(wèi)星作為中繼的一種微波通信方式。,,目前衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有固定業(yè)務衛(wèi)星通信系統(tǒng)，移動業(yè)務衛(wèi)星通信系統(tǒng)和廣播業(yè)務衛(wèi)星通信系統(tǒng)。,,衛(wèi)星通信適用于以下業(yè)務,具備廣播特性的業(yè)務：電視廣播 音頻廣播 數(shù)據(jù)廣播地面通信手段無法到達的業(yè)務：海洋 沙漠

2、 偏遠山區(qū)抗自然災害能力要求高的業(yè)務稀路由廣域覆蓋業(yè)務：點多面廣的企業(yè)內(nèi)部專用通信網(wǎng)其他適合應用：遠程教育 遠程培訓 遠程醫(yī)療 資源共享等等,,,,,,衛(wèi)星通信基礎,衛(wèi)星通信基礎,,衛(wèi)星通信優(yōu)勢,覆蓋面積大，通信距離遠，建站成本與通信距離基本無關組網(wǎng)靈活，便于多址連接 不受地理條件的限制，不管是固定站還是移動站，不同種類的業(yè)務可組網(wǎng)在同一個 衛(wèi)星通信網(wǎng)內(nèi)。通信容量大 衛(wèi)星通信工作在微波頻段，可用帶

3、寬范圍很大。通信質量好可靠性高 電磁波主要在接近真空的外層空間傳播經(jīng)濟效益、社會效益好 衛(wèi)星通信不受地理和環(huán)境條件的限制，具有建設快，投資少，經(jīng)濟效益 高的優(yōu)點。,,,,,,,,,,衛(wèi)星通信基礎,二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成,衛(wèi)星通信系統(tǒng)由空間設備通信衛(wèi)星、地面設備地球站、跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)以及監(jiān)控管理分系統(tǒng)四大功能部分組成。,(1)空間設備也就是通信衛(wèi)星是由若干轉發(fā)器、數(shù)副天線與位置和姿態(tài)控制、遙測和指令

4、、以及電源分系統(tǒng)組成，其主要作用是轉發(fā)各地球站信號。,(2)地球站由天線、發(fā)射、接收、終端分系統(tǒng)及電源、監(jiān)控和地面設備組成。主要功能是將需要發(fā)射的信號傳至衛(wèi)星和從衛(wèi)星接收信號。,(3)地面的跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)并不直接用于通信，而是用來保障通信的正常進行。,(4)監(jiān)控管理分系統(tǒng)對在軌衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進行監(jiān)測與控制。,通信衛(wèi)星,,跟蹤遙測及指令分系統(tǒng),,監(jiān)控管理分 系統(tǒng),地球站,,通信業(yè)務控制中心,三、衛(wèi)星

5、軌道介紹,衛(wèi)星運動的軌跡和趨勢稱為衛(wèi)星運行軌跡，衛(wèi)星運動所在的平面叫軌道面。,,橢圓軌道圓軌道,,按形狀,赤道軌道極地軌道傾斜軌道,,按傾角,順行傾斜軌道逆行傾斜軌道,,回歸/準回歸軌道非回歸軌道,,按軌道周期,低軌道(LEO)中軌道(MEO)高軌道(HEO),,按高度,(偏心率不等于0，衛(wèi)星在軌道上做非勻速運動，主要用于重點覆蓋某些區(qū)域),(具有相對恒定的運動速度，可以提供較為均勻的覆蓋特性),軌道面和赤道面的夾角，i,

6、,(i=0,軌道面和赤道面重合。靜止通信衛(wèi)星就位于赤道軌道平面內(nèi)),(i=90o,軌道面穿過地球南北極),(0<i<90o),(90o<i<180o),(星下點軌跡重復),(星下點軌跡不重復),(500<h<2000km),(2000km<h<20000km),(20000km<h,h=35768km,GEO,衛(wèi)星通信基礎,今天的衛(wèi)星通信系統(tǒng)—GEO、MEO、LEO,,,衛(wèi)星通信基礎

7、,靜止軌道衛(wèi)星運行在軌道高度為35768km的地球靜止軌道上，衛(wèi)星軌道的旋轉與地球同步，從天空看起來是固定的。,,優(yōu)點： 通信距離遠，覆蓋面積大，3顆便可覆蓋全球。 地球站不需要復雜的跟蹤系統(tǒng)即可對準。,,,缺點： 高度高，因此信號衰減和時延大。 地球的兩極為通信盲區(qū)，而且高緯度地區(qū)通信效果較差。 地球靜止軌道只有一條，軌道上所能容納的衛(wèi)星數(shù)量有限。,,,,運行在中、低軌的衛(wèi)星通信系統(tǒng)

8、目前也得到了廣泛的應用。,,優(yōu)點： 衛(wèi)星高度低，所以信號衰減小，時延小。 衛(wèi)星重量輕，結構簡單。 將衛(wèi)星均勻地排布在整個地球的周圍，即使是在南北極，也能使用低軌道衛(wèi)星進 行通信，實現(xiàn)真正的全球覆蓋。,,,缺點： 覆蓋整個地球需要大量的衛(wèi)星，系統(tǒng)復雜。 衛(wèi)星數(shù)量多，壽命短，運行期間要及時補充發(fā)射替代或備用系統(tǒng)投資較高。,,,,四、衛(wèi)星鏈路設計,衛(wèi)星通信基礎,地球站,地球站,,,,

9、,,,,,,,,,上行鏈路,下行鏈路,衛(wèi)星,,信道(轉發(fā)器),,,,放大器,變頻器,帶通濾波器,(C/N0)u,(C/N0 )d,(C/N0 )T,透明型衛(wèi)星的衛(wèi)星鏈路,四、衛(wèi)星鏈路設計,衛(wèi)星通信基礎,,傳輸方程,,自由空間傳播損耗,,傳輸損耗,自由空間損耗饋線損耗天線未對準損耗（一般用統(tǒng)計數(shù)據(jù)來估計）大氣層和離子層損耗法拉第旋轉雨衰（對比較高的頻率有很大的影響）,四、衛(wèi)星鏈路設計,衛(wèi)星通信基礎,,載波噪聲比,dB,dB,,載

10、波干擾比,…,設,為上行鏈路的干擾，在載波帶寬內(nèi)對應的功率為 I1,u ,,I2,u,…,Ip,u,衛(wèi)星鏈路設計需要考慮：進入或來自鄰近衛(wèi)星的干擾地面微波干擾正交極化干擾鄰近信道干擾交調干擾,,載波噪聲干擾比,，則有,，,衛(wèi)星移動通信,衛(wèi)星移動業(yè)務標準,移動地球站標準,衛(wèi)星移動電視標準,衛(wèi)星移動電話標準,通用標準艦載站標準機載標準,,EN 300 721《SES; 基于 1GHz 以下頻段低軌衛(wèi)星提供低速率服務的移動地球站

11、》EN 301 473《SES; 基于 3GHz以下頻段航空移動衛(wèi)星業(yè)務和衛(wèi)星移動業(yè)務的機載地球站》,,通用標準GMR標準UMTS標準,SDR標準DVB-SH標準S-MIM標準,,,,這些標準不僅對地球站的EIRP、帶外抑制等性能指標及其測試方法進行了規(guī)定，還對它們自身的監(jiān)控功能和管理提出了要求。,,衛(wèi)星移動通信標準,,通用標準：對于 BSS、FSS、MSS 的共性內(nèi)容，ETSI 制定一系標準對其進行規(guī)范，如 TR 103 1

12、24《SES; 衛(wèi)星地球站及系統(tǒng)，衛(wèi)星與地面網(wǎng)絡融合》、TR 103 166《SES;衛(wèi)星地球站及系統(tǒng)，衛(wèi)星應急通信，基于衛(wèi)星的應急通信單元》這些標準不僅對衛(wèi)星與地面網(wǎng)的融合進行了規(guī)定，也對系統(tǒng)測量進行了規(guī)定；不僅對交互通信中回傳鏈路的數(shù)據(jù)封裝進行了規(guī)定，也對衛(wèi)星通信在應急通信中應用進行了規(guī)定；不僅對地球站中的相關設備進行了規(guī)定，也對地球站的電磁兼容性進行了規(guī)定。這些標準都對指導衛(wèi)星通信系統(tǒng)的設計起到了重要的作用。,衛(wèi)星移動通信,衛(wèi)星移

13、動電話標準,,通用標準GMR標準S-UMTS,,GMR-1（TS 101 376《地球同步軌道衛(wèi)星無線接口規(guī)范》系列標準）GMR-2（TS 101 377《地球同步軌道衛(wèi)星無線接口規(guī)范》系列標準）,,基于GEO衛(wèi)星,在用戶鏈路及饋線鏈路頻段、雙工方式、多址方式等方面相同，但在載波間隔、信息速率、調制方式等方面存在差異,,GMPRS，GMR-1 3G,,TS 101 851《SES;UMTS/MT2000 的衛(wèi)星部分》TS 102

14、 442《SES;UMTS/IMT2000的衛(wèi)星部分；多媒體廣播和組播業(yè)務》,,其中TS 101 851分為物理信道、信道復用與信道編碼、擴頻與調制、物理層流程、用戶終端的射頻傳輸與接收、地球站與衛(wèi)星間的射頻傳輸與接收6個部分，各部分對相關技術進行了規(guī)定。,TS 102 442則從系統(tǒng)架構、性能、接口、安全性等方面對 S-UMTS 開展組播業(yè)務進行了規(guī)定。,針對星地接口和地面段對GMR進行了補充涵蓋了 GEO、MEO、LEO衛(wèi)星,衛(wèi)星

15、移動電話標準,都分為通用技術規(guī)范、服務規(guī)范、網(wǎng)絡規(guī)范、射頻接口協(xié)議規(guī)范、物理層規(guī)范、語音編碼規(guī)范6個部分，從不同技術層面對GMR系統(tǒng)進行了規(guī)定。,Thuraya、TerreStar、SkyTerra,INMARSAT、ACeS,衛(wèi)星移動通信標準,衛(wèi)星移動電視標準,,衛(wèi)星移動電視標準,,和傳統(tǒng)衛(wèi)星電視相比，衛(wèi)星移動電視對圖像質量要求較低，傳輸數(shù)據(jù)較小，故對帶寬要求較低。ESTI在DVB-S基礎上，制定專門針對衛(wèi)星移動電視的DVB-SH

16、標準，其核心標準為EN 302 583《DVB;基于3GHz以下頻段為手持設備提供衛(wèi)星服務的幀結構、信道編碼及調制》DVB-SH 使用 3GHz 以下的 UHF、L及S頻段為用戶提供廣播服務。目前美國全球通信公司的 ICO G1 衛(wèi)星和歐洲通信衛(wèi)星公司的 Eutelsat W2A 衛(wèi)星都采用了 DVB-SH 標準,,,,,,,,,,,,其核心標準為 TS 102 721《SES; 衛(wèi)星地球站及系統(tǒng)，S 頻段移動交互多媒體的空中接

17、口》系列,S-MIM標準是對DVB-SH標準的擴展，下行鏈路沿用DVB-SH相關規(guī)定，增加回傳鏈路，因此能同時支持同步傳輸和異步傳輸。S-MIM還增加了與地面IP網(wǎng)絡的接口，使得其應用更為廣泛。,目前 ESA 依托 Eutelsat W2A 衛(wèi)星建立了基于 S-MIM 標準的“DENISE”系統(tǒng)。,,,,,衛(wèi)星移動通信標準,DVB-SH標準SDR標準S-MIM標準,SDR（衛(wèi)星數(shù)字無線電通信），其核心標準為EN 302 550《S

18、ES; 星數(shù)字無線電通信系統(tǒng)》系列標準,SDR也為終端用戶提供廣播服務，也需要地面網(wǎng)絡進行輔助，但在工作頻段、調制方式、編碼形式等方面與DVB-SH存在一定的差異,目前美國WorldSpace 公司的 Afristar 和 Asiastar 兩顆衛(wèi)星的通信體制都采用了 SDR 標準,衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),,,,海事衛(wèi)星 通信系統(tǒng)INMARSAT,銥星系統(tǒng) Iridium,全球星系統(tǒng) Globalstar,衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)介紹,

19、LEO,GEO,MEO,國際海事衛(wèi)星 (INMARSAT) 通信系統(tǒng),最早的海事衛(wèi)星移動系統(tǒng)，由美國通信公司（COMSAT）利用Marisat衛(wèi)星進行衛(wèi)星通信，是一個軍用的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。70年代中期為增強海上船只的安全保障，將部分內(nèi)容提供給遠洋船只使用。1982年形成了以國際海事衛(wèi)星組織管理的INMARSAT系統(tǒng)，開始提供全球海事衛(wèi)星通信服務。如今已發(fā)展為INMARSAT-4移動通信衛(wèi)星以及INMARSAT-5寬帶通信衛(wèi)星，控制

20、著135個國家的大量話音和系統(tǒng)。,運行在地球靜止軌道上，為除南北極75度以上的級區(qū)外的全球區(qū)域提供通信服務。按發(fā)展順序由INMARSAT-1、 INMARSAT-2、 INMARSAT-3、 IN-MARSAT-4 、 INMARSAT-5代衛(wèi)星組成。,GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),INMARSAT-4 BGAN系統(tǒng),GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),◆ BGAN是寬帶全球區(qū)域網(wǎng)絡 ( broadband global area network

21、)的簡稱，是國際海事衛(wèi)星組織所主導的第四代衛(wèi)星通信系統(tǒng)。 ◆ BGAN具有全球無縫隙的寬帶網(wǎng)絡接入、移動實時視頻直播、 兼容3G等多種通信能力，它的出現(xiàn)給海事、航空以及陸地偏遠地區(qū)移動信息化帶來革命性的變化!,INMARSAT-4于2005年至2008年8月期間發(fā)射，共三顆，容量是第三代的60倍，通信業(yè)務量絕大部分是作為IP分組交換數(shù)據(jù)進行傳輸，擴展了INMARSAT網(wǎng)絡，提供增強的數(shù)字移動通信的能力，同時也支持傳統(tǒng)的電路交換的服務

22、，具有1個全球波束，19個區(qū)域波束，228個窄帶點波束。,◆星座設計,INMARSAT-4 BGAN系統(tǒng),用戶鏈路：采用L頻段 上行1626.5-1660.5MHZ 下行1525.0-1559.0MHZ 饋線鏈路：采用C頻段 上行6424.0-6575MHZ 下行3550-3700MHZ,◆頻率分配,◆信道容量,630個雙向200KHz,◆通信體制,TDM-TDMA/FDMA,GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),◆BGAN是一個

23、3GPP 包交換和電路交換的網(wǎng)絡，兼容第3代（3G）手機系統(tǒng)，其所有提供的服務都基于UMTS技術。,GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),BGAN通信系統(tǒng)介紹,用戶設備,無線接入網(wǎng),核心網(wǎng),分組域模式,電路域模式,核心網(wǎng),GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),BGAN空中接口,◆ BGAN使用Inmarsat專用的空中接口IAI-2提供同樣的UMTS業(yè)務。,,承載信道鏈接層,承載信道控制層,物理層,適配層,接入層,BANG空口協(xié)議棧,負責移動性管理、呼叫控制、短消

24、息SMS以及GPRS會話管理等功能,負責糾錯編碼和譯碼、擾碼和解擾、濾波、調制解調、交織和解交織、準確接收、接收脈沖的定時、功率測量和使碼元在正確的頻率、時隙和功率水平上傳輸?shù)裙δ堋?負責控制接入物理層。,提供與UTRAN無線鏈路控制層類似的功能，最主要的就是在UE和網(wǎng)絡之間傳輸空中接口的控制和用戶數(shù)據(jù)。,負責注冊管理、GMM/MM處理、無線信道控制。,,非接入層,GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),BGAN通信信令流程-注冊,空口注冊過程,,用戶

25、終端,無線網(wǎng)絡控制單元,,公共信道（全球波束）：系統(tǒng)信息,公共信道（區(qū)域、窄帶波束）：系統(tǒng)信息,公共信道：注冊申請,公共信道：注冊確認信息,注冊完成確認信息（專用信道）,用戶位置信息申請,用戶位置信息應答,注冊模式更新,,,,,,,,,◆,注冊過程就是UE和RNC初始化通信的信息交換，并且給UE分配一個專用的信令連接，這個過程發(fā)生在UE能給BGAN核心網(wǎng)發(fā)送信令信息之前。,GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),IMSI附著流程圖,GPRS （或混合）

26、附著流程,BGAN通信信令流程-附著,GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),UE,RNC,MSC/VLR,,,,服務請求（終端主叫業(yè)務）,鑒權響應,安全模式命令,安全模式完成,鑒權請求,呼叫建立請求,呼叫接續(xù),無線信道建立,建立完成確認,被叫用戶回鈴音,被叫用戶摘機,鏈接確認信息,服務請求（終端主叫業(yè)務）,,,鑒權請求,,,,,鑒權響應,,安全模式命令,,,,安全模式完成,Common ID（IMSI）,,,,呼叫建立請求,,呼叫接續(xù),,,RAB分配

27、申請,,,,RAB分配響應,,被叫用戶回鈴音,,,被叫用戶摘機,,,,鏈接確認信息,,,BGAN通信信令流程-主叫,GEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),UE,RNC,MSC/VLR,,,,,,尋呼,尋呼,公共信息：注冊申請,,公共信息：注冊確認,,,注冊完成（專用信道）,,用戶位置申請（公共密鑰）,,用戶位置信息應答,,注冊模式更新,,尋呼應答,,尋呼應答,鑒權請求,鑒權請求,,,,鑒權響應,,鑒權響應,,安全模式命令,安全模式完成,安全模式命令,

28、安全模式完成,,,,Common ID（IMSI）,,,呼叫建立申請,,呼叫建立申請,,,呼叫確認,呼叫確認,無線信道建立,建立完成確認,RAB分配申請,RAB分配響應,,,,,,回鈴音,,回鈴音,,,建立連接,建立連接,,,連接應答,連接應答,BGAN通信信令流程-被叫,衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),,,,海事衛(wèi)星 通信系統(tǒng)INMARSAT,銥星系統(tǒng) Iridium,全球星系統(tǒng) Globalstar,衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)介紹,LEO,GE

29、O,MEO,銥星 (Iridium) 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng),LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),Iridium系統(tǒng)是由美國Motorola公司提出的一種低軌道全球衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)，其目標是向攜帶有手持式移動電話的銥用戶提供全球個人通信能力。,與靜止軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)相比，銥星系統(tǒng)軌道低，傳播損耗小，時延小，通信質量大大提高,銥星系統(tǒng)最顯著的特點就是星際鏈路和極地軌道，最大的優(yōu)勢是達到真正的全球覆蓋。,基本上能做到用手機實現(xiàn)任何人在任何時間、任何地方，可

30、以用任何方式與任何人進行通信。,1,2,3,銥星 (Iridium) 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)—系統(tǒng)組成,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),銥星系統(tǒng)由：空間段 系統(tǒng)控制段(SCS) 關口站(GW) 用戶終端四部分組成。,銥星系統(tǒng)空間段是由66顆衛(wèi)星構成的低軌移動通信衛(wèi)星星座，“第二代銥星”銥星系統(tǒng)除了66顆工作星，還包括6顆在軌備份星和9顆地面?zhèn)浞菪恰?6顆在軌衛(wèi)星分布在6個極地圓軌道上，每個軌道面11顆衛(wèi)星，軌道高度780km，傾角86.4o

31、 ,每個軌道周期大約101min，設計壽命15年。星上攜帶再生型處理轉發(fā)器，配備一副L頻段相控陣列天線，可產(chǎn)生48個點波束組成直徑大約為4700km的小區(qū)。同時，使用Ka頻段用于星地饋電鏈路。具有Ka頻段星間鏈路，使得用戶終端可以通過多條路徑與系統(tǒng)中的信關站進行通信，大大提高了系統(tǒng)的抗干擾和抗摧毀能力。每顆衛(wèi)星包括2條同軌道面星間鏈路和2條異軌道面星間鏈路。,,,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),星上處理：,星際鏈路,…,…,接收機,

32、解調/譯碼,發(fā)射機,再編碼/調制,接收機,解調/譯碼,發(fā)射機,再編碼/調制,接收機,解調/譯碼,發(fā)射機,再編碼/調制,接收機,解調/譯碼,發(fā)射機,再編碼/調制,信息存儲信息交換信息復用路由選擇信令處理網(wǎng)絡控制,,,,,,,,,,,,,,,,軌道1,軌道2,軌道3,銥星 (Iridium) 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)—系統(tǒng)組成,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),銥星系統(tǒng)由：空間段 系統(tǒng)控制段(SCS) 關口站(GW) 用戶終端四部分組成。,,,

33、,SCS是系統(tǒng)的控制管理中心，負責控制衛(wèi)星星座運行，并提并提供頻率計劃和路由信息。,,,,關口站是銥系統(tǒng)與外部通信之間的接口，用于互連銥系統(tǒng)和PSTN,PLMN等，主要功能包括用戶識別、呼叫建立、切換處理、路由選擇、計費處理等,,,,,,,,,,ET,ET,ET,ETC,MSC,VLR HLR EIR,MOC,GMS,至銥星商務支持系統(tǒng),至PSDN/ISDN,銥星 (Iridium) 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)—通信體制,LEO衛(wèi)星移動通信

34、系統(tǒng),LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),銥星 (Iridium) 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)—協(xié)議棧,采用和GSM相似的協(xié)議體系，可以劃分為三層。,第三層：網(wǎng)絡層。負責發(fā)送消息、連接管理、移動性管理、無線資源管理。第二層：數(shù)據(jù)鏈路層。負責對第三層消息的打包、成幀、復用、差錯控制編碼、流控制、傳輸協(xié)議等。第一層：物理層。比特流的傳送。,,,,,,,,,,,,,,,空中接口,A接口,CM,CM,MM,MM,RR,RR,SCCP,LAPDm,TDMAFD

35、MA,TDMAFDMA,LAPDm,MTP,MTP,SCCP,BSSMAP,BSSMAP,第一層,第二層,第三層,移動終端,ET/ETC,MSC,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),移動性管理(MM),移動性管理最核心的問題是如何讓系統(tǒng)知道用戶當前所處的位置。在銥星系統(tǒng)中特定的位置被歸屬到某個關口站的服務區(qū)的某個位置區(qū)中，用戶通過位置登記向系統(tǒng)報告自己的位置區(qū)。,(1)關口站服務區(qū),所有用戶的通信都必須經(jīng)過關口站進行。沒有星際鏈路的衛(wèi)星通信系

36、統(tǒng)中，用戶必須和關口站處在同一衛(wèi)星的覆蓋范圍內(nèi)才能通信。對于有星際鏈路的銥系統(tǒng)，所有處在衛(wèi)星覆蓋范圍內(nèi)的用戶總能連接到某一關口站，原則上可以任意規(guī)劃服務區(qū)。,(2)位置登記,位置登記就是要求用戶定期或不定期的向系統(tǒng)報告它的位置。系統(tǒng)需要此信息處理打給用戶的呼叫、鑒權、通信路由等問題。,(3)切換,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),(3)切換,移動性管理(MM),信道切換波束間切換星間切換網(wǎng)絡切換關口站切換,,1、該不該切換以及什么

37、時候切換？2、應該切換到哪個波束(或者衛(wèi)星)？3、切換的過程如何進行？,,解決三個問題,業(yè)務數(shù)據(jù),切換請求,切換指令,切換接入,切換信息,切換完成,業(yè)務數(shù)據(jù),用戶終端,波束1,波束2,后向切換,,,通話中,通話中,通話臨時中斷,業(yè)務數(shù)據(jù),信道請求,信令信道指派,切換參數(shù),業(yè)務信道指派,指派完成,業(yè)務數(shù)據(jù),用戶終端,波束1,波束2,前向切換,,,通話中,通話中,通話臨時中斷,RACH,AGCH,T=3T信令傳輸+T后向切換,T=T

38、信令傳輸+T前向切換,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),無線資源管理(RR),無線資源管理的問題發(fā)生在呼叫建立的時候，它的功能是為需要通信的用戶決定一個合適的衛(wèi)星、波束，在這個波束內(nèi)分配一個信道，并規(guī)定用戶以及衛(wèi)星以什么樣的功率發(fā)送信號。,(1) FCA（固定信道分配）(2) 信道借用(3) DCA（動態(tài)信道分配）,視同新 呼叫,預留 資源,切換 排隊,DCA,,切換引起的資源分配,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),銥星 (Iridiu

39、m) 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)—通信流程,銥星系統(tǒng)通信流程包括捕獲、接入、注冊、呼叫建立、呼叫維持（包括切換）呼叫釋放幾個過程。,捕獲,位置確定,用戶參數(shù) 下載,接入批準,注冊,呼叫始發(fā),呼叫終到,呼叫維持,呼叫釋放,,或,,呼叫建立,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),銥星 (Iridium) 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)—銥星終端主叫流程,,Ka-Band,,L-Band,1接入申請過程,獲得信道指派,同步、接入過程,獲得接入允許,2服務申請,3鑒權,5發(fā)

40、送被叫電話號碼,4關口站發(fā)送服務允許給終端,PSTN,6關口站進行通信接續(xù)過程,7發(fā)送回鈴音,8等待用戶摘機 建立通信鏈路,,,,,0 守候狀態(tài)監(jiān)視振鈴信道,銥星主叫固定電話用戶,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),銥星 (Iridium) 移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)—銥星終端被叫流程,,Ka-Band,,PSTN,,,,,0 守候狀態(tài) 監(jiān)視振鈴信道。,L-Band,1固定用戶呼叫銥終端(MSISDN)到關口站,MSISDN,通過終端最近的注

41、冊信息，得到終端的TMSI 及所在區(qū)域代碼(LAC),2關口站發(fā)送TMSI和LAC到衛(wèi)星。,3衛(wèi)星通過LAC計算尋呼區(qū)域范圍，發(fā)送含TSMI的尋呼信息。,4終端接收到自己的TMSI。,,,,捕獲(獲得信道指派信息),同步、接入過程(獲得接入允許),5終端發(fā)送含TMSI和LAC的呼叫 應答信號,6鑒權過程,7關口站發(fā)送服務允許給終端,8關口站給主叫用戶發(fā)送回鈴音,9銥終端摘機，建立通信鏈路,衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),,,,海事衛(wèi)星

42、通信系統(tǒng)INMARSAT,銥星系統(tǒng) Iridium,全球星系統(tǒng) Globalstar,衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)介紹,LEO,GEO,MEO,全球星 (Globalstar) 系統(tǒng),Globalstar系統(tǒng)是美國LQSS(loral勞拉公司和Qualcomn高通公司共同組建的一個股份公司)公司于1991年6月向美國聯(lián)邦通信委員會提出的LEO衛(wèi)星通信系統(tǒng)。,Globalstar系統(tǒng)和Iridium系統(tǒng)在結構設計和技術上均不同。 Globa

43、lstar不單獨組網(wǎng)，其作用只是全球范圍內(nèi)任意移動用戶隨時可通過該系統(tǒng)接入地面網(wǎng)，作為陸地蜂窩移動通信系統(tǒng)的延伸，其成本低于Iridium系統(tǒng)。,Globalstar系統(tǒng)特點：,系統(tǒng)沒有星際鏈路；衛(wèi)星透明轉發(fā)，沒有星上處理，與地面多種標準兼容；采用CDMA技術，同一頻率上與允許20個用戶同時通話，全球范圍內(nèi)同時通話用戶數(shù)可達10400個，并且提供保密和防偽功能；采用多端放大器可以自動把用戶分配給各波束，也可以把用戶集中到一個

44、波束內(nèi)；用戶終端功率可以控制；通過衛(wèi)星分集作用，提高了信號質量；只有星際切換和波束切換，通信信道周期地把鏈路從現(xiàn)行衛(wèi)星切換到下一衛(wèi)星。,,,,,,,,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),全球星 (Globalstar) 系統(tǒng)－空間段,主要由分布在8個軌道面上的48顆衛(wèi)星組成，此外，每個軌道面還有一顆星做備份。軌道高度1414km,軌道平面傾角52o，運行周期114min，衛(wèi)星重量450kg。,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),全球星 (Global

45、star) 系統(tǒng)－地面段,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),全球星 (Globalstar) 系統(tǒng)－地面段,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),關口站由射頻分系統(tǒng)(GRS)、CDMA分系統(tǒng)(CS)、管理分系統(tǒng)(GMS)、交換分系統(tǒng)(GSS)、遙測控制單元（TCU，只有承擔衛(wèi)星測控功能的4個預生產(chǎn)關口站才有此單元)組成。,全球星 (Globalstar) 系統(tǒng)-通信體制,通信只在用戶鏈路和饋電鏈路上進行，用戶鏈路上行采用L頻段波束，下行采用S頻段波束，QPS

46、K調制，卷積編碼，維特比譯碼，多址方式為CDMA/FDMA/SDMA。每個波束內(nèi)把16.5MHz的總頻帶劃分為13條帶寬為1.23MHz的CDMA信道，信息速率最高9.6kb/s。,饋電鏈路采用C波段，用于信關站和衛(wèi)星之間通信，QPSK調制，多址方式為FDMA。160MHz連續(xù)帶寬分為連續(xù)8個子帶，經(jīng)過交叉極化復用后的每個子帶帶內(nèi)采用FDM方式復用一個波束內(nèi)的所有CDMA信道。,Globalstar系統(tǒng)只有波束間切換和星際切換，

47、而且反向和前向鏈路的切換是相互 獨立的?？罩薪涌诓捎眯抻喌腎S-95。,導頻信道,尋呼信道,同步信道,接入信道,業(yè)務信道,LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),——UT對UT的呼叫流程,全球星 (Globalstar) 系統(tǒng),LEO衛(wèi)星移動通信系統(tǒng),衛(wèi)星寬帶通信,衛(wèi)星寬帶通信,衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng)特點,傳輸速率高。面對互聯(lián)網(wǎng)用戶和視頻內(nèi)容的不斷增長，衛(wèi)星通信正在開發(fā)應用Ka這一更高的頻段，以適應信息網(wǎng)絡的寬帶化發(fā)展要求。,為了獨立于地面網(wǎng)絡，多數(shù)衛(wèi)星

48、寬帶通信系統(tǒng)使用微波或者激光星間鏈路實現(xiàn)衛(wèi)星互連，構成空間骨干傳輸網(wǎng)絡。,為用戶或用戶群提供Internet骨干網(wǎng)的高速接入。作為骨干傳輸網(wǎng)絡，連接不同地理區(qū)域的Internet網(wǎng)絡運營商。,,,系統(tǒng)信關站,,Internet骨干網(wǎng),用戶站,直接接入用戶,,,,,LAN,用戶群,衛(wèi)星寬帶通信標準,DVR-RCS提供高帶寬的前向鏈路和反向鏈路，采用多頻時分多址接入方案。標準文件中定義了系統(tǒng)參考模型，MAC層和物理層的實現(xiàn)機制，以及

49、同步、控制管理和安全等實現(xiàn)過程。是公認的第一個衛(wèi)星寬帶通信標準。,S-DOCSIS定義了調制解調器的物理層和鏈路層規(guī)范。,RSM-A(再生衛(wèi)星網(wǎng)狀網(wǎng))標準規(guī)定了幀結構、信道編碼、調制解調、無線傳輸和接收、無線鏈路控制和同步等空中接口以及部分鏈路層設計方法。,衛(wèi)星寬帶通信,IPOS定義了同步衛(wèi)星通信網(wǎng)中物理層和數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)則。包括對信息的管理、控制和物理層的定義。,衛(wèi)星寬帶通信標準,衛(wèi)星寬帶通信,為了支持寬帶業(yè)務，TIA首先制定了衛(wèi)星

50、寬帶通信標準TIA-1008《衛(wèi)星的IP協(xié)議》提出了基于IP協(xié)議的衛(wèi)星通信概念，并對系統(tǒng)的架構和物理層、數(shù)據(jù)鏈路層進行了規(guī)定。ETSI將TIA-1008納入其標準體系，并對SI-SAP(衛(wèi)星獨立業(yè)務接入點)，MPLS(多協(xié)議標簽交換)，QoS(服務質量)，組播等關鍵技術進行了規(guī)定。TIA和ETSI在美國休斯公司開發(fā)的Ka頻段衛(wèi)星通信的基礎上聯(lián)合制定了TIA-1040《基于星上再生處理的衛(wèi)星網(wǎng)絡系統(tǒng)的空中接口》TS 102

51、188《基于星上再生處理的衛(wèi)星網(wǎng)絡系統(tǒng)的空中接口物理層規(guī)范》TS 102 189《基于星上再生處理的衛(wèi)星網(wǎng)絡系統(tǒng)的空中接口數(shù)據(jù)鏈路層規(guī)范》此外：ETSI還制定了基于DVB-S,DVB-RCS的 TS102 429《寬帶衛(wèi)星多媒體，基于星上再生處理的衛(wèi)星網(wǎng)絡系統(tǒng)，星上處理的DVB-S，DVB-RCS族》即RSM-B，已在歐洲的寬帶系統(tǒng)建設中得到了應用。,衛(wèi)星寬帶通信系統(tǒng),衛(wèi)星寬帶通信,休斯(Hughes) 寬帶衛(wèi)星基本情況,空中

52、接口：IPOS(hughes公司自己主導的，將DVB-S2行業(yè)標準與ACM調制結合并針對衛(wèi)星寬帶服務進行優(yōu)化，經(jīng)ETSI,TIA和ITU批準成為衛(wèi)星寬帶通信標準),Spaceway-3,衛(wèi)星寬帶通信,Spaceway-3,,35個用戶波束獨特的星上快速包交換技術星上路由,衛(wèi)星寬帶通信,Spaceway-3,NOCC負責收集全網(wǎng)路由信息的更新，并進行衛(wèi)星系統(tǒng)內(nèi)路由的計算。,系統(tǒng)組成：寬帶通信衛(wèi)星用戶終端信關站網(wǎng)絡運行控制中心

53、(NOCC)服務傳送系統(tǒng)等,衛(wèi)星寬帶通信,Viasat寬帶衛(wèi)星情況,Viasat-1，2010年10月發(fā)射，工作在Ka頻段，72個用戶波束，容量達到140Gbps。Viasat-2，2017年6月發(fā)射，選用Ka頻段，容量達到300Gbps。容量達到1Tbps的Viasat-3正在設計中。,地面網(wǎng)絡采用SurfBeam2 技術,美國衛(wèi)訊公司(Viasat)將有線電視寬帶接入標準(DOCSIS)和衛(wèi)星通信技術結合在一起，推出了新一代寬

54、帶衛(wèi)星通信產(chǎn)品SurfBeam。具有以下特點：(1)可利用現(xiàn)成的有線電視調制解調芯片；(2)可利用現(xiàn)有的運營商級的終端設備；(3)可采用第三方的產(chǎn)品、網(wǎng)管、OSS應用及在有線電視網(wǎng)數(shù)以百萬計用戶中廣泛應用的業(yè)務。,,,衛(wèi)星寬帶通信,SurfBeam2系統(tǒng)組成,中頻處理子系統(tǒng)完成調制解調，基帶處理設備主要完成調度、協(xié)議處理，QoS保障，TCP/HTTP加速、網(wǎng)絡路由等功能,為了在信關站和網(wǎng)絡運營中心NOC之間的連接被破壞時，仍能向用

55、戶提供無間斷的服務，每個信關站都有自己的網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，負責本地的設備配置、服務保障、IP地址分配、故障診斷、維護和存儲系統(tǒng)運行記錄，并周期性發(fā)送給 NOC的主數(shù)據(jù)存儲器進行信息更新。,運營商可以通過網(wǎng)絡管理系統(tǒng)集中控制和監(jiān)視系統(tǒng)運行的各個方面，通過與前/后臺管理系統(tǒng)，可實現(xiàn)差錯管理、配置管理、計費管理、性能管理和安全管理等多種管理功能,運營及商務支撐系統(tǒng)可通過一系列有效的工具開展高效的客 戶服務和管理，這些工具包括分銷商、客戶入口，客戶

56、 服務管理，計費，各種報表生成，計費及客戶數(shù)據(jù)庫 等，將運營商、分銷商和客戶等不同層次分開，實現(xiàn)分層管理。運營及商務支撐系統(tǒng)可采用第三方的產(chǎn)品。,衛(wèi)星寬帶通信,SurfBeam2,SurfBeam2系統(tǒng)可以提供從物理層到應用層的全部定義,1)衛(wèi)星鏈路自適應調整技術衛(wèi)星鏈路前向自適應編碼調制技術、衛(wèi)星鏈路反向功率自動控制和動態(tài)信道分配技術,2)運營支持管理實現(xiàn)技術 在網(wǎng)絡管理系統(tǒng)內(nèi)實現(xiàn)OSS和BSS的集成，從而突破大容 量衛(wèi)星通

57、信系統(tǒng)集成管理和支持技術，為Ka頻段寬帶 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的管理和運營提供有效的手段。,3)超大規(guī)模網(wǎng)元管理技術,關鍵技術：,衛(wèi)星寬帶通信,INMARSAT-5,INMARSAT-5系統(tǒng)即Global Xpress(全球高速移動寬帶)系統(tǒng)采用Ka頻段，星上89個固定轉發(fā)器和6個大容量機動轉發(fā)器，額定功率15kw,設計使用壽命15年，單個轉發(fā)器容量可達50Gbit/s,衛(wèi)星直接向地球發(fā)射Ka波段點波束，固定波束可提供最高上行和下行速率5

58、Mbit/s和50Mbit/s，機動波束則可以提供上行10Mbit/s和下行100Mbit/s。使用iDirect調制解調器結合高效的DVB-S2，前向鏈路采用TDMA接入，回傳鏈路采用自適應編碼和調制。具有按需分配容量和提供保障帶寬業(yè)務的能力?？偟耐掏铝砍^100Gbit/s。美國iDirect公司是衛(wèi)星寬帶接入解決方案領域的行業(yè)領導者。iDirect的衛(wèi)星IP通信技術能夠在各種環(huán)境下支持話音、視頻和數(shù)據(jù)的順利應用，包括企業(yè)網(wǎng)絡遠程

59、機構互連，陸地、海上和空中的移動通信，農(nóng)村地區(qū)電話和互聯(lián)網(wǎng)寬帶服務，提供災難應急通信等。,,衛(wèi)星寬帶通信,INMARSAT-5系統(tǒng)由空間段、關口站、地面續(xù)接站(POP)、衛(wèi)星終端組成,,空間段：,包括3顆主靜止軌道衛(wèi)星和一顆備用衛(wèi)星。主用衛(wèi)星分別是印度洋衛(wèi)星，太平洋衛(wèi)星和大西洋衛(wèi)星。該衛(wèi)星采用全球轉發(fā)器技術，高性能彎管設計，包括前向和反向轉發(fā)器，通過轉發(fā)器將業(yè)務落地到 SAS 站，由其分發(fā)業(yè)務。Global Xpress 衛(wèi)星的設

60、計依照 VSAT 模式，上行和下行在同一波束內(nèi)。,關口站：,關口站是衛(wèi)星和陸地側網(wǎng)絡通信的關鍵節(jié)點，負責處理用戶終端的業(yè)務申請交換和分配用戶資源容量，為用戶提供電路交換和分組交換業(yè)務。,主備關口站物理分離，遇到極端天氣影響或故障時刻自動切換，最大限度地消除了地面關口站業(yè)務中斷的可能性。,衛(wèi)星寬帶通信,INMARSAT-5,,POP是海事衛(wèi)星網(wǎng)絡在全球的延伸。INMARSAT 的商用合作伙伴可以建設自己的 POP 站，通過專線將 POP

61、 站與 INMARSAT 全球網(wǎng)絡各大洲的匯接中心連接，進而接入各個地面關口站。同時在另一個方向，地面接續(xù)站與所在國家的電信運行商互聯(lián)網(wǎng)連接，提供本地的便捷網(wǎng)絡接入，另外，還能通過專線接入相關企業(yè)內(nèi)網(wǎng)，提供更好的鏈路質量。,地面接續(xù)站（POP）,衛(wèi)星寬帶通信,INMARSAT-5,,INMARSAT 五代星系統(tǒng)采用了頻道更寬的 Ka 波段，衛(wèi)星終端更小、更先進、更標準化，天線口徑可小至 20cm，從而大大減小終端設備的體積和重量，且終端

62、的數(shù)據(jù)傳輸速率大幅提高。海用終端分為 60 厘米口徑和 1 米口徑固定通信平臺，在惡劣天氣下，可以實現(xiàn)與海上寬帶 FBB 互為備份。航空終端需在通用飛機機身安裝天線，口徑約 50 厘米，商務機機尾安裝天線約 30 厘米。陸用終端口徑從 60 厘米米至 2.4 米天線不等。可滿足用戶對寬帶視頻等多媒體應用的需求，如視頻監(jiān)控、視頻會議等，為行業(yè)用戶衛(wèi)星通信的應用廣度及深度拓展提供更大的空間。INMARSAT 五代星系統(tǒng)主要實現(xiàn)標準 IP 業(yè)

63、務以及基于IP 的流媒體業(yè)務等。支持的應用主要有：電話、傳真、短信、語音郵箱、連接互聯(lián)網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸、連接專用網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸和視頻傳輸?shù)取Ｏ滦袀鬏斔俾首罡呖蛇_ 50Mbps，上行傳輸速率最高可達 5Mbps。,衛(wèi)星終端,LEO衛(wèi)星寬帶通信,O3b是other 3 billion的簡稱，意在為全球“另外30億”沒有網(wǎng)絡覆蓋的人提供網(wǎng)絡服務，區(qū)域中的任何人都可以以光纖的速度接入互聯(lián)網(wǎng)。是由12顆中地軌道衛(wèi)星組成的衛(wèi)星網(wǎng)絡。每顆O3b產(chǎn)生12個可

64、調節(jié)方向的Ka波束，其中兩個與關口站通信，10個與用戶通信。每顆衛(wèi)星能以低于150ms的低延時傳送高達16Gbit/s的通量，相比地球同步通信衛(wèi)星，是一個顯著進步。其單個TCP連接的速度可以達到2.1Mbit/s。海事用戶的速率可以高達500Mbit/s。,O3b,歐洲泰雷斯-阿萊尼亞空間公司研制軌道高度：8062km運行周期：360min/每天4圈頻段：Ka波段覆蓋范圍：南北緯45度以內(nèi)每個波束覆蓋范圍：700km每個波束

65、帶寬：2*216MHz,OneWeb太空互聯(lián)網(wǎng),LEO衛(wèi)星寬帶通信,OneWeb太空互聯(lián)網(wǎng)—特點,衛(wèi)星寬帶通信,全球共部署50多個地面Ka關口站，其中美國至少4個。每個關口站至少配置10副天線，每副天線口徑為2.4m或更大。,從一個波束切換到另一個波束，從一顆衛(wèi)星切換到另一顆衛(wèi)星，通過波束的多重覆蓋，使用戶對切換不會有感知，保證通訊質量。,OneWeb星座由720顆衛(wèi)星組網(wǎng)，18個軌道面，每個軌道面40顆衛(wèi)星，軌道高度1200km

66、，每顆衛(wèi)星重量150kg造價不超過150萬美元。旨在提供低價全球高速寬帶業(yè)務，可以為偏遠地區(qū)以及還沒有接入互聯(lián)網(wǎng)的地區(qū)提供衛(wèi)星互聯(lián)網(wǎng)寬帶接入服務。,OneWeb采用了極軌軌道，保證了身處任何地點都能享受服務 。每顆LEO衛(wèi)星有16個工作在Ku頻段的橢圓形用戶波束和兩個Ka頻段的饋電波束。,OneWeb720顆低軌衛(wèi)星在飛越在飛越赤道的過程中，官方稱其專利“漸進俯仰(progressive pitch)”技術能逐步改變LEO衛(wèi)星信號發(fā)