《卫星通信概述》PPT课件.pptx

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1、Xi卫星卫星通信概述卫星通信概述 杨天绘杨天绘2017年年9月月8日日 内容大纲卫星通信基础卫星移动通信卫星宽带通信卫星通信基础卫星通信概述卫星通信系统组成卫星轨道介绍卫星链路设计一、卫星通信概述卫星通信是地球站之间或航天器与地球站之间利用人造卫星作为中继的一种微波通信方式。目前卫星通信系统主要有固定业务卫星通信系统，移动业务卫星通信系统和广播业务卫星通信系统。卫星通信适用于以下业务具备广播特性的业务：电视广播 音频广播 数据广播地面通信手段无法到达的业务：海洋 沙漠 偏远山区抗自然灾害能力要求高的业务稀路由广域覆盖业务：点多面广的企业内部专用通信网其他适合应用：远程教育 远程培训 远程医疗

2、资源共享等等卫星通信基础卫星通信基础一、卫星通信概述卫星通信优势覆盖面积大，通信距离远，建站成本与通信距离基本无关组网灵活，便于多址连接 不受地理条件的限制，不管是固定站还是移动站，不同种类的业务可组网在同一个 卫星通信网内。通信容量大 卫星通信工作在微波频段，可用带宽范围很大。通信质量好可靠性高 电磁波主要在接近真空的外层空间传播经济效益、社会效益好 卫星通信不受地理和环境条件的限制，具有建设快，投资少，经济效益 高的优点。卫星通信基础二、卫星通信系统组成卫星通信系统由空间设备通信卫星、地面设备地球站、跟踪遥测及指令分系统以及监控管理分系统四大功能部分组成。(1)空间设备也就是通信卫星是由若

3、干转发器、数副天线与位置和姿态控制、遥测和指令、以及电源分系统组成，其主要作用是转发各地球站信号。(2)地球站由天线、发射、接收、终端分系统及电源、监控和地面设备组成。主要功能是将需要发射的信号传至卫星和从卫星接收信号。(3)地面的跟踪遥测及指令分系统并不直接用于通信，而是用来保障通信的正常进行。(4)监控管理分系统对在轨卫星的通信性能及参数进行监测与控制。通信卫星跟踪遥测及指令分系统监控管理分 系统地球站通信业务控制中心三、卫星轨道介绍卫星运动的轨迹和趋势称为卫星运行轨迹，卫星运动所在的平面叫轨道面。椭圆轨道圆轨道按形状赤道轨道极地轨道倾斜轨道按倾角顺行倾斜轨道逆行倾斜轨道回归/准回归轨道非

4、回归轨道按轨道周期低轨道(LEO)中轨道(MEO)高轨道(HEO)按高度(偏心率不等于0，卫星在轨道上做非匀速运动，主要用于重点覆盖某些区域)(具有相对恒定的运动速度，可以提供较为均匀的覆盖特性)轨道面和赤道面的夹角，i(i=0,轨道面和赤道面重合。静止通信卫星就位于赤道轨道平面内)(i=90o,轨道面穿过地球南北极)(0i90o)(90oi180o)(星下点轨迹重复)(星下点轨迹不重复)(500h2000km)(2000kmh20000km)(20000kmhh=35768km,GEO卫星通信基础今天的卫星通信系统GEO、MEO、LEO卫星通信基础静止轨道卫星运行在轨道高度为35768km的

5、地球静止轨道上，卫星轨道的旋转与地球同步，从天空看起来是固定的。优点：通信距离远，覆盖面积大，3颗便可覆盖全球。地球站不需要复杂的跟踪系统即可对准。缺点：高度高，因此信号衰减和时延大。地球的两极为通信盲区，而且高纬度地区通信效果较差。地球静止轨道只有一条，轨道上所能容纳的卫星数量有限。运行在中、低轨的卫星通信系统目前也得到了广泛的应用。优点：卫星高度低，所以信号衰减小，时延小。卫星重量轻，结构简单。将卫星均匀地排布在整个地球的周围，即使是在南北极，也能使用低轨道卫星进 行通信，实现真正的全球覆盖。缺点：覆盖整个地球需要大量的卫星，系统复杂。卫星数量多，寿命短，运行期间要及时补充发射替代或备用系

6、统投资较高。四、卫星链路设计卫星通信基础地球站地球站上行链路下行链路卫星信道(转发器)放大器变频器带通滤波器(C/N0)u(C/N0)d(C/N0)T 透明型卫星的卫星链路四、卫星链路设计卫星通信基础传输方程自由空间传播损耗传输损耗自由空间损耗馈线损耗天线未对准损耗（一般用统计数据来估计）大气层和离子层损耗法拉第旋转雨衰（对比较高的频率有很大的影响）四、卫星链路设计卫星通信基础载波噪声比dBdB载波干扰比设为上行链路的干扰，在载波带宽内对应的功率为 I1,u,I2,u Ip,u 卫星链路设计需要考虑：进入或来自邻近卫星的干扰地面微波干扰正交极化干扰邻近信道干扰交调干扰载波噪声干扰比，则有，卫星

7、移动通信卫星移动业务标准移动地球站标准卫星移动电视标准卫星移动电话标准通用标准舰载站标准机载标准EN 300 721SES;基于 1GHz 以下频段低轨卫星提供低速率服务的移动地球站EN 301 473SES;基于 3GHz以下频段航空移动卫星业务和卫星移动业务的机载地球站通用标准GMR标准UMTS标准SDR标准DVB-SH标准S-MIM标准这些标准不仅对地球站的EIRP、带外抑制等性能指标及其测试方法进行了规定，还对它们自身的监控功能和管理提出了要求。卫星移动通信标准通用标准：对于 BSS、FSS、MSS 的共性内容，ETSI 制定一系标准对其进行规范，如 TR 103 124SES;卫星地

8、球站及系统，卫星与地面网络融合、TR 103 166SES;卫星地球站及系统，卫星应急通信，基于卫星的应急通信单元这些标准不仅对卫星与地面网的融合进行了规定，也对系统测量进行了规定；不仅对交互通信中回传链路的数据封装进行了规定，也对卫星通信在应急通信中应用进行了规定；不仅对地球站中的相关设备进行了规定，也对地球站的电磁兼容性进行了规定。这些标准都对指导卫星通信系统的设计起到了重要的作用。卫星移动通信卫星移动电话标准通用标准GMR标准S-UMTSGMR-1（TS 101 376地球同步轨道卫星无线接口规范系列标准）GMR-2（TS 101 377地球同步轨道卫星无线接口规范系列标准）基于GEO卫

9、星在用户链路及馈线链路频段、双工方式、多址方式等方面相同，但在载波间隔、信息速率、调制方式等方面存在差异GMPRS，GMR-1 3GTS 101 851SES;UMTS/MT2000 的卫星部分TS 102 442SES;UMTS/IMT2000的卫星部分；多媒体广播和组播业务其中TS 101 851分为物理信道、信道复用与信道编码、扩频与调制、物理层流程、用户终端的射频传输与接收、地球站与卫星间的射频传输与接收6个部分，各部分对相关技术进行了规定。TS 102 442则从系统架构、性能、接口、安全性等方面对 S-UMTS 开展组播业务进行了规定。针对星地接口和地面段对GMR进行了补充涵盖了

10、GEO、MEO、LEO卫星卫星移动电话标准都分为通用技术规范、服务规范、网络规范、射频接口协议规范、物理层规范、语音编码规范6个部分，从不同技术层面对GMR系统进行了规定。Thuraya、TerreStar、SkyTerraINMARSAT、ACeS卫星移动通信标准卫星移动电视标准卫星移动电视标准和传统卫星电视相比，卫星移动电视对图像质量要求较低，传输数据较小，故对带宽要求较低。ESTI在DVB-S基础上，制定专门针对卫星移动电视的DVB-SH标准，其核心标准为EN 302 583DVB;基于3GHz以下频段为手持设备提供卫星服务的帧结构、信道编码及调制DVB-SH 使用 3GHz 以下的 U

11、HF、L及S频段为用户提供广播服务。目前美国全球通信公司的 ICO G1 卫星和欧洲通信卫星公司的 Eutelsat W2A 卫星都采用了 DVB-SH 标准其核心标准为 TS 102 721SES;卫星地球站及系统，S 频段移动交互多媒体的空中接口系列S-MIM标准是对DVB-SH标准的扩展，下行链路沿用DVB-SH相关规定，增加回传链路，因此能同时支持同步传输和异步传输。S-MIM还增加了与地面IP网络的接口，使得其应用更为广泛。目前 ESA 依托 Eutelsat W2A 卫星建立了基于 S-MIM 标准的“DENISE”系统。卫星移动通信标准DVB-SH标准SDR标准S-MIM标准SD

12、R（卫星数字无线电通信），其核心标准为EN 302 550SES;星数字无线电通信系统系列标准SDR也为终端用户提供广播服务，也需要地面网络进行辅助，但在工作频段、调制方式、编码形式等方面与DVB-SH存在一定的差异目前美国WorldSpace 公司的 Afristar 和 Asiastar 两颗卫星的通信体制都采用了 SDR 标准卫星移动通信系统 海事卫星 通信系统INMARSAT 铱星系统 Iridium 全球星系统 Globalstar卫星移动通信系统介绍LEOGEOMEO国际海事卫星(INMARSAT)通信系统最早的海事卫星移动系统，由美国通信公司（COMSAT）利用Marisat卫星

13、进行卫星通信，是一个军用的卫星通信系统。70年代中期为增强海上船只的安全保障，将部分内容提供给远洋船只使用。1982年形成了以国际海事卫星组织管理的INMARSAT系统，开始提供全球海事卫星通信服务。如今已发展为INMARSAT-4移动通信卫星以及INMARSAT-5宽带通信卫星，控制着135个国家的大量话音和系统。运行在地球静止轨道上，为除南北极75度以上的级区外的全球区域提供通信服务。按发展顺序由INMARSAT-1、INMARSAT-2、INMARSAT-3、IN-MARSAT-4、INMARSAT-5代卫星组成。GEO卫星移动通信系统INMARSAT-4 BGAN系统GEO卫星移动通信

14、系统 BGAN是宽带全球区域网络(broadband global area network)的简称，是国际海事卫星组织所主导的第四代卫星通信系统。BGAN具有全球无缝隙的宽带网络接入、移动实时视频直播、兼容3G等多种通信能力，它的出现给海事、航空以及陆地偏远地区移动信息化带来革命性的变化!INMARSAT-4于2005年至2008年8月期间发射，共三颗，容量是第三代的60倍，通信业务量绝大部分是作为IP分组交换数据进行传输，扩展了INMARSAT网络，提供增强的数字移动通信的能力，同时也支持传统的电路交换的服务，具有1个全球波束，19个区域波束，228个窄带点波束。星座设计INMARSAT-

15、4 BGAN系统 用户链路：采用L频段 上行1626.5-1660.5MHZ 下行1525.0-1559.0MHZ 馈线链路：采用C频段 上行6424.0-6575MHZ 下行3550-3700MHZ 频率分配信道容量630个双向200KHz通信体制TDM-TDMA/FDMAGEO卫星移动通信系统BGAN是一个3GPP 包交换和电路交换的网络，兼容第3代（3G）手机系统，其所有提供的服务都基于UMTS技术。GEO卫星移动通信系统BGAN通信系统介绍用户设备 无线接入网核心网分组域模式电路域模式核心网GEO卫星移动通信系统BGAN空中接口 BGAN使用Inmarsat专用的空中接口IAI-2提供

16、同样的UMTS业务。承载信道链接层承载信道控制层物理层适配层接入层BANG空口协议栈负责移动性管理、呼叫控制、短消息SMS以及GPRS会话管理等功能负责纠错编码和译码、扰码和解扰、滤波、调制解调、交织和解交织、准确接收、接收脉冲的定时、功率测量和使码元在正确的频率、时隙和功率水平上传输等功能。负责控制接入物理层。提供与UTRAN无线链路控制层类似的功能，最主要的就是在UE和网络之间传输空中接口的控制和用户数据。负责注册管理、GMM/MM处理、无线信道控制。非接入层GEO卫星移动通信系统BGAN通信信令流程-注册空口注册过程用户终端无线网络控制单元公共信道（全球波束）：系统信息公共信道（区域、窄

17、带波束）：系统信息公共信道：注册申请公共信道：注册确认信息注册完成确认信息（专用信道）用户位置信息申请用户位置信息应答注册模式更新注册过程就是UE和RNC初始化通信的信息交换，并且给UE分配一个专用的信令连接，这个过程发生在UE能给BGAN核心网发送信令信息之前。GEO卫星移动通信系统UERNCMSC/VLR位置更新请求（IMSI附着）鉴权请求鉴权响应安全模式命令安全模式完成Common ID（IMSI）TMSI再分配完成位置更新接受（新TMSI）信令连接释放Iu释放命令Iu释放完成位置更新请求（IMSI附着）鉴权请求鉴权响应安全模式命令安全模式完成位置更新接受（新TMSI）TMSI再分配完成

18、UERNCSGSN附着申请（GPRS附着）鉴权请求鉴权响应安全模式命令安全模式完成Common ID（IMSI）附着完成附着接受（新P-TMSI）信令连接释放Iu释放命令Iu释放完成附着申请（GPRSI附着）鉴权请求鉴权响应安全模式命令安全模式完成附着接受（新P-TMSI）附着完成IMSI附着流程图GPRS（或混合）附着流程BGAN通信信令流程-附着GEO卫星移动通信系统UERNCMSC/VLR服务请求（终端主叫业务）鉴权响应安全模式命令安全模式完成鉴权请求呼叫建立请求呼叫接续无线信道建立建立完成确认被叫用户回铃音被叫用户摘机链接确认信息服务请求（终端主叫业务）鉴权请求鉴权响应安全模式命令安全

19、模式完成Common ID（IMSI）呼叫建立请求呼叫接续RAB分配申请RAB分配响应被叫用户回铃音被叫用户摘机链接确认信息BGAN通信信令流程-主叫GEO卫星移动通信系统UERNCMSC/VLR寻呼寻呼公共信息：注册申请公共信息：注册确认注册完成（专用信道）用户位置申请（公共密钥）用户位置信息应答注册模式更新寻呼应答寻呼应答鉴权请求鉴权请求鉴权响应鉴权响应安全模式命令安全模式完成安全模式命令安全模式完成Common ID（IMSI）呼叫建立申请呼叫建立申请呼叫确认呼叫确认无线信道建立建立完成确认RAB分配申请RAB分配响应回铃音回铃音建立连接建立连接连接应答连接应答BGAN通信信令流程-被叫

20、卫星移动通信系统 海事卫星 通信系统INMARSAT 铱星系统 Iridium 全球星系统 Globalstar卫星移动通信系统介绍LEOGEOMEO铱星(Iridium)移动卫星通信系统LEO卫星移动通信系统Iridium系统是由美国Motorola公司提出的一种低轨道全球卫星移动通信系统，其目标是向携带有手持式移动电话的铱用户提供全球个人通信能力。与静止轨道卫星通信系统相比，铱星系统轨道低，传播损耗小，时延小，通信质量大大提高铱星系统最显著的特点就是星际链路和极地轨道，最大的优势是达到真正的全球覆盖。基本上能做到用手机实现任何人在任何时间、任何地方，可以用任何方式与任何人进行通信。123铱

21、星(Iridium)移动卫星通信系统系统组成LEO卫星移动通信系统铱星系统由：空间段 系统控制段(SCS)关口站(GW)用户终端四部分组成。铱星系统空间段是由铱星系统空间段是由6666颗卫星构成的低轨移动通信卫星星座，颗卫星构成的低轨移动通信卫星星座，“第二代铱星第二代铱星”铱铱星系统除了星系统除了6666颗工作星，还包括颗工作星，还包括6 6颗在轨备份星和颗在轨备份星和9 9颗地面备份星。颗地面备份星。6666颗在轨卫星颗在轨卫星分布在分布在6 6个个极地圆轨道极地圆轨道上，每个轨道面上，每个轨道面1111颗卫星，轨道高度颗卫星，轨道高度780km780km，倾角倾角86.486.4o o,

22、每个轨道周期大约每个轨道周期大约101min101min，设计寿命，设计寿命1515年。年。星上携带星上携带再生型处理转发器再生型处理转发器，配备一副，配备一副L L频段相控阵列天线，可产生频段相控阵列天线，可产生4848个点波束组个点波束组成直径大约为成直径大约为4700km4700km的小区。同时，使用的小区。同时，使用KaKa频段频段用于星地用于星地馈电链路馈电链路。具有具有KaKa频段星间链路频段星间链路，使得用户终端可以通过多条路径与系统中的信关站进行通，使得用户终端可以通过多条路径与系统中的信关站进行通信，大大提高了系统的抗干扰和抗摧毁能力。每颗卫星包括信，大大提高了系统的抗干扰和

23、抗摧毁能力。每颗卫星包括2 2条同轨道面星间链条同轨道面星间链路路和和2 2条异轨道面星间链路条异轨道面星间链路。LEO卫星移动通信系统星上处理：星际链路接收机解调/译码发射机再编码/调制接收机解调/译码发射机再编码/调制接收机解调/译码发射机再编码/调制接收机解调/译码发射机再编码/调制信息存储信息交换信息复用路由选择信令处理网络控制轨道1轨道2轨道3铱星(Iridium)移动卫星通信系统系统组成LEO卫星移动通信系统铱星系统由：空间段 系统控制段(SCS)关口站(GW)用户终端四部分组成。SCS是系统的控制管理中心，负责控制卫星星座运行，并提并提供频率计划和路由信息。关口站是铱系统与外部通

24、信之间的接口，用于互连铱系统和PSTN,PLMN等，主要功能包括用户识别、呼叫建立、切换处理、路由选择、计费处理等ETETETETCMSCVLR HLR EIRMOCGMS至铱星商务支持系统至PSDN/ISDN铱星(Iridium)移动卫星通信系统通信体制LEO卫星移动通信系统用用户链路路馈电链路路星星际链路路业务频率16161626.5MHz上行：29.129.3GHz下行：19.419.6GHz23.1823.38GHz极化方式右旋圆极化右旋圆极化垂直极化多址方式FDMA/TDMA/SDMA/TDDTDM/FDMATDM/FDMA调制方式QPSK、BPSKQPSKQPSK编码方式卷积码，比

25、率=3/4卷积码，比率=1/2卷积码，比率=1/2数据速率50kbps6.25Mbps25Mbps工作带宽31.5kHz4.375MHz17.5MHzLEO卫星移动通信系统铱星(Iridium)移动卫星通信系统协议栈采用和GSM相似的协议体系，可以划分为三层。第三层：网络层。负责发送消息、连接管理、移动性管理、无线资源管理。第二层：数据链路层。负责对第三层消息的打包、成帧、复用、差错控制编码、流控制、传输协议等。第一层：物理层。比特流的传送。空中接口A接口CM CM MMMMRRRRSCCPLAPDmTDMAFDMATDMAFDMALAPDmMTPMTPSCCPBSSMAPBSSMAP第一层第

26、二层第三层移动终端ET/ETCMSCLEO卫星移动通信系统移动性管理(MM)移动性管理最核心的问题是如何让系统知道用户当前所处的位置。在铱星系统中特定的位置被归属到某个关口站的服务区的某个位置区中，用户通过位置登记向系统报告自己的位置区。(1)关口站服务区所有用户的通信都必须经过关口站进行。没有星际链路的卫星通信系统中，用户必须和关口站处在同一卫星的覆盖范围内才能通信。对于有星际链路的铱系统，所有处在卫星覆盖范围内的用户总能连接到某一关口站，原则上可以任意规划服务区。(2)位置登记位置登记就是要求用户定期或不定期的向系统报告它的位置。系统需要此信息处理打给用户的呼叫、鉴权、通信路由等问题。(3

27、)切换LEO卫星移动通信系统(3)切换移动性管理(MM)信道切换波束间切换星间切换网络切换关口站切换1、该不该切换以及什么时候切换？2、应该切换到哪个波束(或者卫星)？3、切换的过程如何进行？解决三个问题业务数据切换请求切换指令切换接入切换信息切换完成业务数据用户终端波束1波束2后向切换通话中通话中通话临时中断业务数据信道请求信令信道指派切换参数业务信道指派指派完成业务数据用户终端波束1波束2前向切换通话中通话中通话临时中断RACHAGCHT=3T信令传输+T后向切换T=T信令传输+T前向切换LEO卫星移动通信系统无线资源管理(RR)无线资源管理的问题发生在呼叫建立的时候，它的功能是为需要通信

28、的用户决定一个合适的卫星、波束，在这个波束内分配一个信道，并规定用户以及卫星以什么样的功率发送信号。(1)FCA（固定信道分配）(2)信道借用(3)DCA（动态信道分配）视同新 呼叫 预留 资源 切换 排队 DCA切换引起的资源分配LEO卫星移动通信系统铱星(Iridium)移动卫星通信系统通信流程铱星系统通信流程包括捕获、接入、注册、呼叫建立、呼叫维持（包括切换）呼叫释放几个过程。捕获位置确定用户参数 下载接入批准注册呼叫始发呼叫终到呼叫维持呼叫释放或呼叫建立LEO卫星移动通信系统铱星(Iridium)移动卫星通信系统铱星终端主叫流程Ka-BandKa-BandL-BandL-Band1接入

29、申请过程获得信道指派同步、接入过程获得接入允许2服务申请3鉴权5发送被叫电话号码4关口站发送服务允许给终端PSTN6关口站进行通信接续过程7发送回铃音8等待用户摘机 建立通信链路0 守候状态监视振铃信道铱星主叫固定电话用户LEO卫星移动通信系统铱星(Iridium)移动卫星通信系统铱星终端被叫流程Ka-BandKa-BandPSTN0 守候状态 监视振铃信道。L-BandL-Band1固定用户呼叫铱终端(MSISDN)到关口站MSISDNMSISDN通过终端最近的注册信息，得到终端的TMSI 及所在区域代码(LAC)2关口站发送TMSI和LAC到卫星。3卫星通过LAC计算寻呼区域范围，发送含T

30、SMI的寻呼信息。4终端接收到自己的TMSI。捕获(获得信道指派信息)同步、接入过程(获得接入允许)5终端发送含TMSI和LAC的呼叫 应答信号6鉴权过程7关口站发送服务允许给终端8关口站给主叫用户发送回铃音9铱终端摘机，建立通信链路卫星移动通信系统 海事卫星 通信系统INMARSAT 铱星系统 Iridium 全球星系统 Globalstar卫星移动通信系统介绍LEOGEOMEO全球星(Globalstar)系统Globalstar系统是美国LQSS(loral劳拉公司和Qualcomn高通公司共同组建的一个股份公司)公司于1991年6月向美国联邦通信委员会提出的LEOLEO卫星通信系统。G

31、lobalstar系统和Iridium系统在结构设计和技术上均不同。Globalstar不单独组网，其作用只是全球范围内任意移动用户随时可通过该系统接入地面网，作为陆地蜂窝移动通信系统的延伸，其成本低于Iridium系统。Globalstar系统特点：系统没有星际链路；卫星透明转发，没有星上处理，与地面多种标准兼容；采用CDMA技术，同一频率上与允许20个用户同时通话，全球范围内同时通话用户数可达10400个，并且提供保密和防伪功能；采用多端放大器可以自动把用户分配给各波束，也可以把用户集中到一个波束内；用户终端功率可以控制；通过卫星分集作用，提高了信号质量；只有星际切换和波束切换，通信信道周

32、期地把链路从现行卫星切换到下一卫星。LEO卫星移动通信系统全球星(Globalstar)系统空间段主要由分布在8个轨道面上的48颗卫星组成，此外，每个轨道面还有一颗星做备份。轨道高度1414km,轨道平面倾角52o，运行周期114min，卫星重量450kg。LEO卫星移动通信系统全球星(Globalstar)系统地面段LEO卫星移动通信系统全球星(Globalstar)系统地面段LEO卫星移动通信系统关口站由射频分系统(GRS)、CDMA分系统(CS)、管理分系统(GMS)、交换分系统(GSS)、遥测控制单元（TCU，只有承担卫星测控功能的4个预生产关口站才有此单元)组成。全球星(Global

33、star)系统-通信体制通信只在用户链路和馈电链路上进行，用户链路上行采用L频段波束，下行采用S频段波束，QPSK调制，卷积编码，维特比译码，多址方式为CDMA/FDMA/SDMA。每个波束内把16.5MHz的总频带划分为13条带宽为1.23MHz的CDMA信道，信息速率最高9.6kb/s。馈电链路采用C波段，用于信关站和卫星之间通信，QPSK调制，多址方式为FDMA。160MHz连续带宽分为连续8个子带，经过交叉极化复用后的每个子带带内采用FDM方式复用一个波束内的所有CDMA信道。Globalstar系统只有波束间切换和星际切换，而且反向和前向链路的切换是相互 独立的。空中接口采用修订的I

34、S-95。导频信道寻呼信道同步信道接入信道业务信道LEO卫星移动通信系统UT对UT的呼叫流程全球星(Globalstar)系统LEO卫星移动通信系统卫星宽带通信卫星宽带通信卫星宽带通信系统特点传输速率高。面对互联网用户和视频内容的不断增长，卫星通信正在开发应用Ka这一更高的频段，以适应信息网络的宽带化发展要求。为了独立于地面网络，多数卫星宽带通信系统使用微波或者激光星间链路实现卫星互连，构成空间骨干传输网络。为用户或用户群提供Internet骨干网的高速接入。作为骨干传输网络，连接不同地理区域的Internet网络运营商。系统信关站Internet骨干网用户站直接接入用户LAN用户群卫星宽带通

35、信标准2000年，ESTI颁发了以DVB-S/S2标准为基础的宽带卫星系统回传链路标准DVB-DVB-RCSRCS2003年，修斯公司的直播线路(Direcway)被TIA批准授权为卫星互联网(IPoSIPoS)标准S-DOCSISS-DOCSIS为美国有线电视宽带接入标准DOCSIS改进版，适用于宽带多媒体卫星通信ESTI在修斯公司开发的Ka频段卫星通信系统“太空之路”的基础上，制定了RSM-ARSM-A该标准是专门针对具有星上交换能力的卫星提出的宽带卫星通信系统标准DVR-RCS提供高带宽的前向链路和反向链路，采用多频时分多址接入方案。标准文件中定义了系统参考模型，MAC层和物理层的实现机

36、制，以及同步、控制管理和安全等实现过程。是公认的第一个卫星宽带通信标准。S-DOCSIS定义了调制解调器的物理层和链路层规范。RSM-A(再生卫星网状网)标准规定了帧结构、信道编码、调制解调、无线传输和接收、无线链路控制和同步等空中接口以及部分链路层设计方法。卫星宽带通信IPOS定义了同步卫星通信网中物理层和数据链路层规则。包括对信息的管理、控制和物理层的定义。卫星宽带通信标准卫星宽带通信为了支持宽带业务，TIA首先制定了卫星宽带通信标准TIA-1008卫星的IP协议提出了基于IP协议的卫星通信概念，并对系统的架构和物理层、数据链路层进行了规定。ETSI将TIA-1008纳入其标准体系，并对S

37、I-SAP(卫星独立业务接入点)，MPLS(多协议标签交换)，QoS(服务质量)，组播等关键技术进行了规定。TIA和ETSI在美国休斯公司开发的Ka频段卫星通信的基础上联合制定了TIA-1040基于星上再生处理的卫星网络系统的空中接口TS 102 188基于星上再生处理的卫星网络系统的空中接口物理层规范TS 102 189基于星上再生处理的卫星网络系统的空中接口数据链路层规范此外：ETSI还制定了基于DVB-S,DVB-RCS的 TS102 429宽带卫星多媒体，基于星上再生处理的卫星网络系统，星上处理的DVB-S，DVB-RCS族即RSM-B，已在欧洲的宽带系统建设中得到了应用。卫星宽带通信

38、系统运营商轨道发射日期频段容量波束覆盖范围Anik-F2TelesatGEO2004.07C/Ku/Ka2.5Gbps24C转发器32转发器45Ka波束北美IPstarThaiconGEO2005.08Ku/Ka45Gbps84Ku用户波束3个Ku广播波束18个Ka关口站波束亚太地区WildBlue-1ViasatGEO2006,12Ka10Gbps35个用户波束部分美国地区Spaceway-3HughesGEO2007,08Ka10Gbps35个用户波束美国及加拿大部分地区Viasat-1ViasatGEO2011.11Ka140Gbps72个用户波束美国东部和西海岸O3bSESMEO201

39、3-14Ka84Gbps每颗星10个Ka波束南北纬45度内Inmarsat-5InmarsatGEO2013-15Ka50Gbps89个固定点波束6个可移动点波束全球Jupiter-2HughesGEO 2016.12Ka220Gbps138点波束北美Viasat-2ViasatGEO2017.06Ka300Gbps北美、南美部分、加勒比海、大西洋OneWebOneWebLEOKu/Ka每颗星16个Ku波束，2个Ka波束全球卫星宽带通信休斯(Hughes)宽带卫星基本情况制造商轨位发射日期频段容量覆盖范围Boeing95 W2007.08Ka10Gbps美国及加拿大部分地区Jupiter-1B

40、oeing107W2012.07Ka100Gbps美国东部和西海岸Jupiter-2SS/L97.2W2016.12Ka220Gbps北美空中接口：IPOS(hughes公司自己主导的，将DVB-S2行业标准与ACM调制结合并针对卫星宽带服务进行优化，经ETSI,TIA和ITU批准成为卫星宽带通信标准)Spaceway-3卫星宽带通信Spaceway-335个用户波束独特的星上快速包交换技术星上路由卫星宽带通信Spaceway-3NOCC负责收集全网路由信息的更新，并进行卫星系统内路由的计算。系统组成：宽带通信卫星用户终端信关站网络运行控制中心(NOCC)服务传送系统等卫星宽带通信Viasat

41、宽带卫星情况Viasat-1，2010年10月发射，工作在Ka频段，72个用户波束，容量达到140Gbps。Viasat-2，2017年6月发射，选用Ka频段，容量达到300Gbps。容量达到1Tbps的Viasat-3正在设计中。地面网络采用SurfBeam2 技术美国卫讯公司(Viasat)将有线电视宽带接入标准(DOCSIS)和卫星通信技术结合在一起，推出了新一代宽带卫星通信产品SurfBeam。具有以下特点：(1)可利用现成的有线电视调制解调芯片；(2)可利用现有的运营商级的终端设备；(3)可采用第三方的产品、网管、OSS应用及在有线电视网数以百万计用户中广泛应用的业务。卫星宽带通信S

42、urfBeam2系统组成中频处理子系统完成调制解调，基带处理设备主要完成调度、协议处理，QoS保障，TCP/HTTP加速、网络路由等功能为了在信关站和网络运营中心NOC之间的连接被破坏时，仍能向用户提供无间断的服务，每个信关站都有自己的网络管理系统，负责本地的设备配置、服务保障、IP地址分配、故障诊断、维护和存储系统运行记录，并周期性发送给 NOC的主数据存储器进行信息更新。运营商可以通过网络管理系统集中控制和监视系统运行的各个方面，通过与前/后台管理系统，可实现差错管理、配置管理、计费管理、性能管理和安全管理等多种管理功能运营及商务支撑系统可通过一系列有效的工具开展高效的客 户服务和管理，这

43、些工具包括分销商、客户入口，客户 服务管理，计费，各种报表生成，计费及客户数据库 等，将运营商、分销商和客户等不同层次分开，实现分层管理。运营及商务支撑系统可采用第三方的产品。卫星宽带通信SurfBeam2SurfBeam2系统可以提供从物理层到应用层的全部定义1)卫星链路自适应调整技术卫星链路前向自适应编码调制技术、卫星链路反向功率自动控制和动态信道分配技术2)运营支持管理实现技术 在网络管理系统内实现OSS和BSS的集成，从而突破大容 量卫星通信系统集成管理和支持技术，为Ka频段宽带 卫星通信系统的管理和运营提供有效的手段。3)超大规模网元管理技术关键技术：卫星宽带通信INMARSAT-5

44、INMARSAT-5系统即Global Xpress(全球高速移动宽带)系统采用Ka频段，星上89个固定转发器和6个大容量机动转发器，额定功率15kw,设计使用寿命15年，单个转发器容量可达50Gbit/s,卫星直接向地球发射Ka波段点波束，固定波束可提供最高上行和下行速率5Mbit/s和50Mbit/s，机动波束则可以提供上行10Mbit/s和下行100Mbit/s。使用iDirect调制解调器结合高效的DVB-S2，前向链路采用TDMA接入，回传链路采用自适应编码和调制。具有按需分配容量和提供保障带宽业务的能力。总的吞吐量超过100Gbit/s。美国iDirect公司是卫星宽带接入解决方案

45、领域的行业领导者。iDirect的卫星IP通信技术能够在各种环境下支持话音、视频和数据的顺利应用，包括企业网络远程机构互连，陆地、海上和空中的移动通信，农村地区电话和互联网宽带服务，提供灾难应急通信等。卫星宽带通信INMARSAT-5系统由空间段、关口站、地面续接站(POP)、卫星终端组成空间段：空间段：包括3颗主静止轨道卫星和一颗备用卫星。主用卫星分别是印度洋卫星，太平洋卫星和大西洋卫星。该卫星采用全球转发器技术，高性能弯管设计，包括前向和反向转发器，通过转发器将业务落地到 SAS 站，由其分发业务。Global Xpress 卫星的设计依照 VSAT 模式，上行和下行在同一波束内。关口站：

46、关口站：关口站是卫星和陆地侧网络通信的关键节点，负责处理用户终端的业务申请交换和分配用户资源容量，为用户提供电路交换和分组交换业务。主备关口站物理分离，遇到极端天气影响或故障时刻自动切换，最大限度地消除了地面关口站业务中断的可能性。卫星宽带通信INMARSAT-5POP是海事卫星网络在全球的延伸。INMARSAT 的商用合作伙伴可以建设自己的 POP 站，通过专线将 POP 站与 INMARSAT 全球网络各大洲的汇接中心连接，进而接入各个地面关口站。同时在另一个方向，地面接续站与所在国家的电信运行商互联网连接，提供本地的便捷网络接入，另外，还能通过专线接入相关企业内网，提供更好的链路质量。地

47、面接续站地面接续站（POPPOP）卫星宽带通信INMARSAT-5INMARSAT 五代星系统采用了频道更宽的 Ka 波段，卫星终端更小、更先进、更标准化，天线口径可小至 20cm，从而大大减小终端设备的体积和重量，且终端的数据传输速率大幅提高。海用终端分为 60 厘米口径和 1 米口径固定通信平台，在恶劣天气下，可以实现与海上宽带 FBB 互为备份。航空终端需在通用飞机机身安装天线，口径约 50 厘米，商务机机尾安装天线约 30 厘米。陆用终端口径从 60 厘米米至 2.4 米天线不等。可满足用户对宽带视频等多媒体应用的需求，如视频监控、视频会议等，为行业用户卫星通信的应用广度及深度拓展提供

48、更大的空间。INMARSAT 五代星系统主要实现标准 IP 业务以及基于IP 的流媒体业务等。支持的应用主要有：电话、传真、短信、语音邮箱、连接互联网的数据传输、连接专用网的数据传输和视频传输等。下行传输速率最高可达 50Mbps，上行传输速率最高可达 5Mbps。卫星终端卫星终端LEO卫星宽带通信O3b是other 3 billion的简称，意在为全球“另外30亿”没有网络覆盖的人提供网络服务，区域中的任何人都可以以光纤的速度接入互联网。是由12颗中地轨道卫星组成的卫星网络。每颗O3b产生12个可调节方向的Ka波束，其中两个与关口站通信，10个与用户通信。每颗卫星能以低于150ms的低延时传

49、送高达16Gbit/s的通量，相比地球同步通信卫星，是一个显著进步。其单个TCP连接的速度可以达到2.1Mbit/s。海事用户的速率可以高达500Mbit/s。O3b欧洲泰雷斯-阿莱尼亚空间公司研制轨道高度：8062km运行周期：360min/每天4圈频段：Ka波段覆盖范围：南北纬45度以内每个波束覆盖范围：700km每个波束带宽：2*216MHz2015年6月OneWeb公司高调宣布获得首轮5亿美元融资，决心发展低轨道太空互联网巨型星座。2016年4月与美国佛罗里达州当地政府达成共同投资协议，决定建一座能生产900颗小卫星的新型卫星制造厂。OneWeb紧接着向FCC递交了低轨道(LEO)卫星

50、通信系统的运营许可申请。目前FCC已许可其在美国提供互联网服务。OneWeb太空互联网LEO卫星宽带通信OneWeb太空互联网特点卫星宽带通信全球共部署50多个地面Ka关口站，其中美国至少4个。每个关口站至少配置10副天线，每副天线口径为2.4m或更大。从一个波束切换到另一个波束，从一颗卫星切换到另一颗卫星，通过波束的多重覆盖，使用户对切换不会有感知，保证通讯质量。OneWeb星座由720颗卫星组网，18个轨道面，每个轨道面40颗卫星，轨道高度1200km，每颗卫星重量150kg造价不超过150万美元。旨在提供低价全球高速宽带业务，可以为偏远地区以及还没有接入互联网的地区提供卫星互联网宽带接入