通信与电子信息工程专业英语聂敏著第14单元.ppt

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1、Unit 14 Satellite CommunicationText AUnit 14v原文：原文：Satellite communication began after the Second World War.Scientists knew that it was possible to build rockets that would carry radio transmitters into space.v译文译文:卫星通信始于二战之后。科学家们知道制造火箭携带通信设备进入太空是可以实现的。2 2vIn 1945,Arthur C.Clarke published his essay

2、 on“Extra Terrestrial Relays”.But it was not until 1957,in the middle of the cold war,that the sudden launching of the first satellite SPUTNIK by the Soviet Union shocked the Western world1.1945年，年，Arthur C,Clarke在在“Extra Terrestrial Relays”上发表了他的著作。但是上发表了他的著作。但是直到直到 1957 年冷战期间，苏联突然发射了第一颗年冷战期间，苏联突然发

3、射了第一颗卫星卫星“伴侣伴侣”号才震惊了西方世界。号才震惊了西方世界。3 3vSPUTNIK is not at all comparable to a satellite today.It was basically a small sender transmitting a periodic“beep”.But this was enough for the US to put all its effort into developing vits first satellite.v“伴侣伴侣”号与今天的卫星是没法比的。他就是一个号与今天的卫星是没法比的。他就是一个基本的小发射机发射一个周

4、期性的基本的小发射机发射一个周期性的“嘟嘟音嘟嘟音”。但这已经足够让美国投入所有的精力去研究它的但这已经足够让美国投入所有的精力去研究它的第一颗人造卫星。第一颗人造卫星。4 4vOnly three years later,in 1960,the first reflecting communication satellite ECHO was in space.ECHO was basically a mirror in the sky enabling communication by reflecting signals.仅仅三年后，在仅仅三年后，在1960年第一架反射通信卫星年第一架反

5、射通信卫星ECHO发射到太空中。发射到太空中。ECHO卫星仿佛是天空中卫星仿佛是天空中的镜子能够通过反射信号实现通信。的镜子能够通过反射信号实现通信。5 5vThree years further on,the first geostationary(or geosynchronous)satellite SYNCOM followed.v在接下来的三年里第一架同步卫星（或静止卫星）在接下来的三年里第一架同步卫星（或静止卫星）SYNCOM 发射成功。发射成功。6 6vEven today,geostationary satellites are the backbone of news bro

6、adcasting in the sky.Their great advantage is their fixed position in the sky.Their rotation is synchronous to the rotation of the earth,so they appear to be pinned to a certain location.v甚至在今天，同步卫星也是太空信息广播的主干甚至在今天，同步卫星也是太空信息广播的主干网。他们的最大的优势就是在太空中的位置是固网。他们的最大的优势就是在太空中的位置是固定的。他们的旋律同步于地球的旋律，所以他们定的。他们的旋

7、律同步于地球的旋律，所以他们似乎是在一个特定的位置。似乎是在一个特定的位置。7 7vThe first commercial geostationary communication satellite INTELSAT 1(also known as“Early Bird”)went into operation in 1965.It was in service for one-and-a-half years,weighed 68 kg and offered 240 duplex telephone channels or,alternatively,a single TV channe

8、l2.v1965年第一台用于商业的同步通信卫星年第一台用于商业的同步通信卫星 INTELSAT 1（又名（又名“Early Bird”）投入运作）投入运作。他使用仅一年半时间，重。他使用仅一年半时间，重68Kg，并支持，并支持 240 条全双工电话信道或条全双工电话信道或 1 条电视信道。条电视信道。8 8v INTELSAT 2 followed in 1967,INTELSAT 3 in 1969 already offered 1 200 telephone channels.v在在1967年发射的年发射的INTELSAT 2卫星、在卫星、在1969年发射的年发射的INTELSAT 3卫

9、星已经提供卫星已经提供1200条电条电话信道。话信道。9 9vWhile communication on land always provides the alternative of using wires,this is not the case for ships at sea.v相对来讲陆地通信通常选择使用有线通信，而这相对来讲陆地通信通常选择使用有线通信，而这却不适用于海上的船舶。却不适用于海上的船舶。1010vThree MARISAT satellites went into operation in 1976 which offered worldwide maritime

10、communication.However,Sender and receiver still had to be installed on the ships with large antennas(1.2 m antenna,40 W transmit power).v在在1976年年3台服务于世界范围内海上通信的台服务于世界范围内海上通信的MARISAT卫星投入使用。然而，发送和接受设卫星投入使用。然而，发送和接受设备必须是固定在船上的大天线（备必须是固定在船上的大天线（1.2m的天线的天线 40W的发射功率）。的发射功率）。1111vThe first mobile satellite

11、 telephone system,INMARSAT-A,was introduced in 1982.Six years later,INMARSAT-C became the first satellite system to offer mobile phone and data services.(Data rates of about 600 bps,interfaces to the X.25 packet data network exist.)v第一个移动卫星电话系统第一个移动卫星电话系统INMARSAT-A是在是在1982年提出的。六年后年提出的。六年后INMARSAT-C成

12、为第成为第一个提供移动手机和数据服务的卫星系统。（数一个提供移动手机和数据服务的卫星系统。（数据速率约据速率约600bps，面向网络，面向网络X.25数据包的接口）数据包的接口）1212vIn 1993,satellite telephone systems finally became fully digital with INMARSAT-M.The actual mobility,however,was relative from a users point of view,as the devices needed for communication via geostationary

13、 satellites were heavy(several kilograms)and needed a lot of transmit power to achieve decent data rates3.v在在1993年卫星电话系统最终变成了全数字的像年卫星电话系统最终变成了全数字的像INMARSAT-M。然而，从用户的观点来看其实。然而，从用户的观点来看其实际的移动性是相对的，因为要与这些同步卫星通际的移动性是相对的，因为要与这些同步卫星通信所需的终端设备就达几千克重，且需要大量的信所需的终端设备就达几千克重，且需要大量的发射功率才能达到较优的数据速率。发射功率才能达到较优的数据速率

14、。1313vNineteen ninety-eight marked the beginning of a new age of satellite data communication with the introduction of global satellite systems for small mobile phones,such as,e.g.,Iridium and Global star.v在在1998年随着全球专门为手机的卫星系统例如年随着全球专门为手机的卫星系统例如Iridium和和Global Star的提出这标志着卫星数的提出这标志着卫星数据通信新时代的开始。据通信新

15、时代的开始。1414vThere are currently almost 200 geostationary satellites in commercial use which shows the impressive growth of satellite communication over the last 30 years.v有大约有大约200个同步卫星用于商业这表明了卫星通个同步卫星用于商业这表明了卫星通信在过去信在过去30年里的巨大增长。年里的巨大增长。1515vHowever,satellite networks are currently facing heavy comp

16、etition from terrestrial networks with nationwide coverage or at least enough coverage to support most applications and users4.v然而，卫星通信网目前面临着和地面通信网激烈然而，卫星通信网目前面临着和地面通信网激烈的竞争，因为其地面通信网的覆盖能力可达到全的竞争，因为其地面通信网的覆盖能力可达到全球或足够大的区域以支持更多的应用和用户。球或足够大的区域以支持更多的应用和用户。1616vTraditionally,satellites have been used in

17、the following areas:v Weather forecasting:Several satellites deliver pictures of the earth using,e.g.,infrared or visible light.Without the help of satellites,the forecasting of hurricanes would be impossible.v 传统上卫星用于以下方面：传统上卫星用于以下方面：v天气预报：几台卫星共同使用红外线或可见光发天气预报：几台卫星共同使用红外线或可见光发送回地球的图片，没有卫星的帮助将不能对飓风送

18、回地球的图片，没有卫星的帮助将不能对飓风进行预测。进行预测。1717vRadio and TV broadcast satellites:Hundreds of radio and TV programs are available via satellite.This technology competes with cable in many places,as it is cheaper to install and,in most cases,no extra fees have to be paid for this service.v无线电和电视广播卫星：数以百计的无线电和电无线电

19、和电视广播卫星：数以百计的无线电和电视节目能够通过卫星实现。这技术在很多方面主视节目能够通过卫星实现。这技术在很多方面主要通过电缆来完成，因为它安装便宜并且不会产要通过电缆来完成，因为它安装便宜并且不会产生额外的服务费用。生额外的服务费用。1818vTodays satellite dishes have diameters of 30 40 cm in central Europe,(the diameters in northern countries are slightly larger).v如今的卫星接收器在欧洲内的直径大约是如今的卫星接收器在欧洲内的直径大约是30-40cm。（在北

20、方国家的接收器稍微大点）。（在北方国家的接收器稍微大点）。1919vMilitary satellites:One of the earliest applications of satellites was their use for carrying out espionage.Many communication links are managed via satellite because they are much safer from attack by enemies.v军用卫星：卫星最早的应用之一是进行间谍活动。军用卫星：卫星最早的应用之一是进行间谍活动。很多军事通信是通过卫星

21、来完成的，因为这样更很多军事通信是通过卫星来完成的，因为这样更安全。安全。2020vSatellites for navigation:Even though it was only used for military purposes in the beginning,the global positioning system(GPS)is nowadays well-known and available for everyone.v海事卫星：尽管全球定位系统海事卫星：尽管全球定位系统GPS在起初仅用于在起初仅用于军事目的，但今天对人们来说它确是众所周知的军事目的，但今天对人们来说它确是众

22、所周知的并可以被人们利用的。并可以被人们利用的。2121vThe system allows for precise localization worldwide,and with some additional techniques,the precision is in the range of some meters.Almost all ships and aircraft rely on GPS as an addition to traditional navigation systems.v这系统能够在世界范围内精确定位，使用一些精这系统能够在世界范围内精确定位，使用一些精确的技

23、术精确度可达到数米之内范围。几乎所有确的技术精确度可达到数米之内范围。几乎所有的船舶和飞机都装备了的船舶和飞机都装备了GPS系统。系统。2222v Many trucks and cars come with installed GPS receivers.This system is also used,e.g.,for fleet management of trucks or for vehicle localization in case of theft.v很多卡车和汽车也装有固定的很多卡车和汽车也装有固定的GPS接收器。这系接收器。这系统还用于车辆管理以及盗贼的定位。统还用于车辆管

24、理以及盗贼的定位。2323vIn the context of mobile communication,the capabilities of satellites to transmit data is of particular interest.v在移动通信的环境中卫星传输数据的能力也是很在移动通信的环境中卫星传输数据的能力也是很好的。好的。2424vGlobal telephone backbones:One of the first applications of satellites for communication was the establishment of inter

25、national telephone backbones.Instead of using cables it was sometimes faster to launch a new satellite(aka“big cable in the sky”).v全球电话网：卫星在通信方面的地一个应用是作全球电话网：卫星在通信方面的地一个应用是作为世界电话骨干网的设施。相对于使用电缆有时为世界电话骨干网的设施。相对于使用电缆有时候发射一颗新的卫星更加便捷候发射一颗新的卫星更加便捷(又叫做又叫做“大型空中大型空中电缆电缆”)。2525vHowever,while some applications

26、 still use them,these,satellites are increasingly being replaced by fiber optical cables crossing the oceans.v然而一些应用仍使用卫星但是卫星正在被海底光然而一些应用仍使用卫星但是卫星正在被海底光缆所取代。缆所取代。2626vThe main reason for this is the tremendous capacity of fiber optical links(commercially some 10 G bps using wavelength division multi

27、plexing,several T bps in labs)and,in particular,the much lower delay compared to satellites.v主要的原因是光纤巨大的传输能力（商业上用波主要的原因是光纤巨大的传输能力（商业上用波分复用的方式一分复用的方式一10Gbps传输，实验室里可以达传输，实验室里可以达到几到几Tbps速率）另外他比卫星有更小的时延。速率）另外他比卫星有更小的时延。2727vWhile the signal to a geostationary satellite has to travel about 72 000 km from

28、 a sender via the satellite to the receiver,the distance is typically less than 10 000 km if a fiber-optical link crossing the Pacific or Atlantic Ocean is used5.v同步卫星的信号从发射机到接收机的传输距离是同步卫星的信号从发射机到接收机的传输距离是72 000 km，而如果使用穿越大西洋和太平洋，而如果使用穿越大西洋和太平洋的光纤链路，其长度通常小于的光纤链路，其长度通常小于 10 000 km。2828vUnfortunately,

29、the speed of light is limited,resulting in a one-way,single-hop time delay of 0.25 s for geostationary satellites.Using satellites for telephone conversation is sometime annoying and requires particular discipline in discussions.v不幸的是光的速度是有限的，导致了同步卫星单不幸的是光的速度是有限的，导致了同步卫星单程信号有程信号有0.25s的时延。通过卫星打电话有时候的

30、时延。通过卫星打电话有时候是非常恼人的在讨论中并需要特殊的设施。是非常恼人的在讨论中并需要特殊的设施。2929vConnections for remote or developing areas:Due to their geographical location many places all over the world do not have direct wired connection to the telephone network or the internet(e.g.,researchers on Antarctica)or because of the current s

31、tate of the infrastructure of a country.Satellites now offer a simple and quick connection to global networks.v偏远和发展中地区的连接：由于地理的分布世界上很多地偏远和发展中地区的连接：由于地理的分布世界上很多地区不能使用电线直接连接电话网和区不能使用电线直接连接电话网和Internet网（例如南网（例如南极洲的研究家）或因为一个国家的基础设施比较落后。卫极洲的研究家）或因为一个国家的基础设施比较落后。卫星是一种简单快捷的方式连接全球网络。星是一种简单快捷的方式连接全球网络。3030v

32、Global mobile communication:The latest trend for satellites is the support of global mobile data communication.Due to the high latency,geostationary satellites are not ideal for this task;therefore,satellites using lower orbits are needed.v全球移动通信：卫星最新的趋势是支持移动通信。全球移动通信：卫星最新的趋势是支持移动通信。由于一些因素使得同步卫星并不是非

33、常适合这项由于一些因素使得同步卫星并不是非常适合这项业务；因此，低轨道卫星的需求就出现了。业务；因此，低轨道卫星的需求就出现了。3131vThe basic purpose of satellites for mobile communication is not to replace the existing mobile phone networks but to extend the area of coverage.v卫星移动通信的基本目的并不是取代原有的移动卫星移动通信的基本目的并不是取代原有的移动通信网络而是拓展其覆盖率。通信网络而是拓展其覆盖率。3232vCellular pho

34、ne systems,such as AMPS and GSM(and their successors)do not cover all parts of a country.Areas that are not covered usually have low population where it is too expensive to install a base station.v蜂窝通信系统例如蜂窝通信系统例如AMPS和和GSM并不能成功覆盖并不能成功覆盖一个国家的所有的地方。没有覆盖的地区通常是一个国家的所有的地方。没有覆盖的地区通常是人口稀少，因为成本太高而不能在那里建造基站。

35、人口稀少，因为成本太高而不能在那里建造基站。3333vWith the integration of satellite communication,however,the mobile phone can switch to satellites offering worldwide connectivity to a customer(Jamalipour,1998).v在卫星通信的综合应用下，移动电话可以保证通在卫星通信的综合应用下，移动电话可以保证通过卫星转换确保每一个人的连通。过卫星转换确保每一个人的连通。3434vFor the UMTS system frequency band

36、s directly adjacent to the terrestrial bands have been allocated for the satellite segment(S-Band:1980-2010MHz uplink,2170-2200 MHz downlink).vUMTS系统的频带宽度直接接近于陆地上的已经系统的频带宽度直接接近于陆地上的已经允许卫星接入的带宽（上行允许卫星接入的带宽（上行1980-2010MHz、下行下行2170-2200MHz）。）。3535vFigure 14.1 shows a classical scenario for satellite sy

37、stems supporting global mobile communication.v图图14.1显示了传统的卫星系统支持全球通信的情显示了传统的卫星系统支持全球通信的情形。形。3636vdepending on its type,each satellite can cover a certain area on the earth with its beam(the so-called”footprint”).v依据他的位置每个卫星可以通过波束覆盖地区的依据他的位置每个卫星可以通过波束覆盖地区的一确定区域（这又叫做一确定区域（这又叫做“阴影阴影”）。）。3737vWithin the

38、 footprint,communication with the satellite is possible for mobile users via a mobile user link(MUL)and for the base station controlling the satellite and acting as gateway to other networks via the gateway link(GWL)6.v在卫星通信的覆盖区内，利用卫星进行通信成为在卫星通信的覆盖区内，利用卫星进行通信成为可能，移动用户使用移动用户链路，同时基站控可能，移动用户使用移动用户链路，同时

39、基站控制卫星并利用网关链路扮演其他网络间网关的角制卫星并利用网关链路扮演其他网络间网关的角色。色。3838vSatellites may be able to communicate directly with each other via inter satellite links(ISL).This facilitates direct communication between users within different footprints without using base stations or other networks on earth.v卫星可以通过中心卫星的链接直接通

40、信。这使地卫星可以通过中心卫星的链接直接通信。这使地球上不同的覆盖区域内的用户可以直接的通信而球上不同的覆盖区域内的用户可以直接的通信而不借用基站和其他网络。不借用基站和其他网络。3939vSaving extra links from satellite to earth can reduce latency for data packets and voice data.Some satellites have special antennas to create smaller cells using spot beams(e.g.163 spot beams per satellite

41、 in the ICO system).v减少卫星和地球间的链接可以减少数据包和声音减少卫星和地球间的链接可以减少数据包和声音的时延。一些卫星有小的天线用波束覆盖一块区的时延。一些卫星有小的天线用波束覆盖一块区域建立蜂窝小区（例如在域建立蜂窝小区（例如在ICO系统中每个卫星的系统中每个卫星的163波束）。波束）。4040vThe required terrestrial service infrastructure for satellite control and the control links between Earth control stations and satellites

42、not shown in Figure 14.1.v陆地服务的基础设施在卫星控制和卫星陆地间的陆地服务的基础设施在卫星控制和卫星陆地间的链路控制没有在图中显示出来。链路控制没有在图中显示出来。4141vGeostationary(or geosynchronous)earth orbit(GEO):GEO satellites have a distance of almost 36 000 km to the earth.Examples are almost all TV and radio broadcast satellites,many weather satellites and

43、satellites operating as backbones for the telephone network.v地球同步轨道：地球同步卫星在距地大约地球同步轨道：地球同步卫星在距地大约36000km的轨道上。例如几乎所有的电视好、的轨道上。例如几乎所有的电视好、和无线电广播卫星，很多气象卫星以及构成电话和无线电广播卫星，很多气象卫星以及构成电话支撑网的卫星。支撑网的卫星。4242vMedium earth orbit(MEO):MEOs operate at a distance of about 5000 12 000 km.Up to now there have not bee

44、n many satellites in this class,but some upcoming system(e.g.,ICO)use this class for various reasons.v中距离轨道：中距离轨道距地在中距离轨道：中距离轨道距地在5000-12000km之间。至今为止在这一层中没有多少之间。至今为止在这一层中没有多少卫星，但是一些未来系统在这一层有很多用途。卫星，但是一些未来系统在这一层有很多用途。4343vLow earth orbit(LEO):While some time ago LEO satellites were mainly used for es

45、pionage,several of the new satellite systems now rely on this class using altitudes of 500 1 500 km.v近地轨道：很早以前近地轨道卫星主要用于间谍近地轨道：很早以前近地轨道卫星主要用于间谍侦测，一些新的卫星依赖于这一层，大约距地侦测，一些新的卫星依赖于这一层，大约距地500-1500km。4444vHighly elliptical orbit(HEO):This class comprises all satellites with noncircular orbits.Currently,on

46、ly a few commercial communication systems using satellites with elliptical orbits are planned.These systems have their perigee over large cities to improve communication quality.v椭圆轨道：这一层包含了几乎所有的卫星，但他椭圆轨道：这一层包含了几乎所有的卫星，但他不是圆形轨道。起初，仅仅计划现有的商业通信不是圆形轨道。起初，仅仅计划现有的商业通信用该层的卫星。这系统在大城市上面是近地点，用该层的卫星。这系统在大城市上面

47、是近地点，以此来改善通信状况。以此来改善通信状况。4545vThe Van Allen radiation belts,belts consisting of ionized particles,at heights of about 2 000 6 000 km(inner Van Allen belt)and about 15 000 30 000 km(outer Van Allen belt)respectively make satellite communication very difficult in these orbits.vVan Allen辐射带由离子化的微粒组成，在辐

48、射带由离子化的微粒组成，在2000-6000km和在和在15000-30000km使卫使卫星在这轨道内通信非常困难。星在这轨道内通信非常困难。4646Unit 14 Satellite CommunicationText B GPSUnit 14v原文：原文：In the past sailors used to look at the stars in the sky to navigate their ships.v译文译文:在过去，水手们常常是通过观察天空中的星在过去，水手们常常是通过观察天空中的星星来导航。星来导航。4848Unit 14v原文：原文：Subsequently,a nu

49、mber of electromagnetic and electronic navigational aids were developed to determine the location of moving as well as stationary objects.v译文译文:然后，人们发明了许多电磁电子设备用以确然后，人们发明了许多电磁电子设备用以确定运动和静止的物体的位置。定运动和静止的物体的位置。4949Unit 14v原文：原文：Perhaps the greatest innovation in navigationalaids is the Global Position

50、ing System(GPS),in which electronic gadgets look at artificial satellites to determine the location and speed of an objectv译文译文:或许，在导航设备中最伟大的创新就是全球或许，在导航设备中最伟大的创新就是全球定位系统（定位系统（GPS），在这种系统中，电子装置通），在这种系统中，电子装置通过观测人造卫星来确定物体的位置和移动速度。过观测人造卫星来确定物体的位置和移动速度。5050Unit 14v原文：原文：The most attractive feature of th