1、淺析衛星通信中的接入技術第1頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四1.1 衛星通信的發展歷史 1945年10月，英國空軍雷達軍官阿瑟克拉克在無線電世界雜志上發表了“地球外的中繼站”一文。第2頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四1.1 衛星通信的發展歷史1957年，蘇聯成功發射了第一顆低軌道衛星Sputnic。1958年，美國發射了第一顆衛星，實現語音通話。1960年，美國防部發射“信使”COVRIER有源無線電中繼衛星，它可以接收和存儲360000個字符，并可以轉發給地球。1962年，美ATT公司發射了“電星”TELSAT，可進行電話、電視、傳真和數據

2、的傳輸。1964年，美發射第一顆靜止軌道衛星“辛康姆3號”SYNCOM 3，同年，國際電信衛星組織（INTELSAT）成立。第一階段 第3頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四1.1 衛星通信的發展歷史1965年4月，INTELSAT把把原名晨鳥的國際電信衛星，代號為S-1的衛星射入地球同步軌道，作為商用國際通信業務。兩周后，蘇聯發射了第一顆非同步通信衛星“閃電”MOLNIYA1號。衛星轉為實用階段。1969年，美軍方發射了第1代戰術通信衛星，可轉發10000條語音信道。1970年4月24日我國在酒泉衛星發射中心成功發射了第1顆衛星東方紅1號。1972年，加拿大發射第一顆國

3、內通信衛星。1975年，第一次從美國到印度實現廣播實驗，衛星廣播。1979年，國際海事衛星組織（International Maritime Satellite），提供全球范圍內移動衛星通信的政府間合作機構。1982年，國際海事衛星通信進入運行階段。第二階段 實用階段第4頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四1.1 衛星通信的發展歷史1998年，LEO星座引入手機通信業務，使非靜止軌道衛星進入運行階段。2000年后，寬帶個人通信。第三階段 個人寬帶通信第5頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四1.1 衛星通信的發展歷史我國的衛星發展歷史1970年4月24

4、日，我國在酒泉衛星發射中心成功發射了第1顆衛星東方紅1號。1984年4月8日，東方紅2號，中國利用本國的衛星進行通信的歷史，使中國成為世界上第5個獨立研制和發射靜止軌道衛星的國家。1986年2月1日，第2顆東方紅二號1988年至1990年，3顆東方紅二號甲，通信、廣播、交通、水利、教育提供服務。1997年5月12日，東方紅3號成功發射。第6頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四1.2 衛星通信的概念 衛星通信：指的是設置在地球上的無線電通信站之間利用人造地球衛星作為中繼站轉發或反射無線電波，在2個或多個地球站之間進行的通信。 第7頁，共32頁，2022年，5月20日，11點

5、32分，星期四2.1衛星通信系統 GEO 同步軌道35786km MEO 軌道高度10000km LEO 軌道高度700-1500km HEO 近地點軌道高度1000-21000km，遠點39500-50600km 第8頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四衛星發展趨勢1960年1970年1980年1990年21世紀衛星40kg(INTELSAT)700kg(5.3M) 970kg(15.6M)1500kg(21.8M)GEO&LEO地球站30M10M2M 個人通信固定通信 移動通信2.1衛星通信系統 第9頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四2.1衛星

6、通信系統 兩個典型的LEO銥系統 銥衛星系統屬于極軌道系統，66顆星均勻分布在離地面785km上空的6個軌道，軌道傾角86.4度，各軌道沿經度線方向環繞地球，在南北兩極上空相交。每顆星與臨近的4顆星有星間電路，星上具有處理功能。 系統連接的最小仰角為8.2度，每個用戶對每顆衛星的最大可視時間為9min。 每顆衛星可提供48個點束波，在地球表面形成48個蜂窩區，每個蜂窩區的直徑為667km，總覆蓋直徑約為4450km，全球共有2150個蜂窩。每個波束平均包含80個信道，每顆星可提供3840個全雙工電路信道。第10頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四2.1衛星通信系統 銥系統

7、銥星隕落： 由于巨大的研發費用和系統建設費用，銥星背上了沉重 的債務負擔，整個銥星系統耗資達50多億美元，每年光系統的維護費就要幾億美元。最終導致銥星公司背負40多億美元債務于2000年3月18日正式宣布破產。 第11頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四2.1衛星通信系統 全球星系統 由48顆工作衛星和8顆備用衛星組成。工作衛星分布在8個軌道平面內，每個軌道平面有6顆衛星。軌道高度為1414km，軌道傾角為52度。 衛星繞地球一周的飛行時間為114分鐘，衛星過頂時間為10-15分鐘。在最小仰角為10度的情況下，星座能夠連續覆蓋緯度70度以內的地區。 第12頁，共32頁，2

8、022年，5月20日，11點32分，星期四2.1衛星通信系統 全球星系統 此系統無星上處理和星間鏈路能力。所以所有終端之間的通信均要通過信關站，信關站完成所有路有分配、用戶管理和與地面網的接口。兩個信關站之間的距離大致在1000-3000公里，覆蓋全球的數量大致需要150-210個。 信關站主要由三部分組成，即射頻子系統、CDMA設備和交換子系統。交換子系統完成信息路由的分配、移動管理、接入有關數據庫和與地面網的接口，一般都接有訪問位置登記器和住地位置登記器。 第13頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四2.1衛星通信系統 兩系統的比較 銥星系統具有星間電路的系統，而全球星

9、系統則不是，這直接影響了系統設計的不同。第14頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四3.1衛星通信系統的組成 第15頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四3.1衛星通信系統的組成 3.1.1 衛星通信系統的空間段 空間段包含天上的一顆或幾顆衛星，在空中對發來的信號起中繼放大和轉發作用。3.1.2 衛星通信系統的地面段 地面段主要由多個業務地球站組成。 按其服務類型又分為三種： 1）用戶站 2）關口站 3）服務站第16頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四3.2 衛星通信系統的關鍵技術 衛星移動通信網中要實現的主要功能與地面移動通信網的

10、功能一致，包括呼叫處理、資源分配、移動管理、無線電資源管理、保密和安全、網絡管理。與地面蜂窩通信系統唯一不同的是移動性管理，必須考慮的衛星在移動、終端也在移動的特點。因此，在衛星通信系統中，必須考慮信道資源分配、接入控制、功率控制、切換控制這些關鍵的技術，使得更為有效合理地使用資源。 第17頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四3.2 衛星通信系統的關鍵技術3.2.1 接入技術 第18頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四3.2 衛星通信系統的關鍵技術3.2.2 切換技術 衛星通信中呼叫切換的頻繁程度對系統的性能有極大的影響。對用戶而言，頻繁的切換請求使

11、得切換對相鄰衛星沒有空閑信道而造成中斷的概率大大增加，降低了用戶通信的可靠性，對于已建立的鏈接的呼叫用戶，被強制中斷是不可容忍的。對系統而言，頻繁的切換使得系統網絡重構變化劇烈，切換所帶來的系統開銷，如鏈路的建立和拆除、額外信令、網絡管理的開銷等也大大增加，增加了系統的成本。第19頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四3.2 衛星通信系統的關鍵技術 切換策略 1）最短饋電鏈路切換方案2）最長可視時間切換方案 第20頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四3.2 衛星通信系統的關鍵技術3.2.3 信道分配技術 呼叫接入和切換都是針對局部網絡的信道；對于網絡的

12、一部分或整個網絡，為了更為有效的利用系統資源，就需要考慮信道分配的策略問題了。 主要有以下三種策略： 1）固定信道分配策略 2）動態信道分配策略 3）靈活信道分配策略第21頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四4.1 衛星通信系統的接入技術 當衛星用戶進行呼叫時，選擇覆蓋到它的哪一顆衛星為自己服務，才能在保證實時業務服務質量的基礎上，使系統資源得到更好的利用并提高系統容量？4.1.1 衛星通信系統的接入第22頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四4.1 衛星通信系統的接入技術4.1.2 傳統的衛星通信系統的接入 在傳統的衛星通信系統中，呼叫接入控制所采用

13、的策略和地面蜂窩移動通信所采用的策略很相似，當衛星具有固定信道數時，在不考慮切換呼叫時，如果系統有空閑得信道滿足呼叫的請求，就接納呼叫，否則就拒絕。 對于地面蜂窩移動通信系統的呼叫接入問題，主要的策略就是小區內預留一定數量的保護信道專門供切換使用，而各種策略研究的主要目的集中在如何使預留的信道更合理。其中最有效的方法是利用定位預測用戶的移動趨勢來合理地預留保護信道。 第23頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四4.1 衛星通信系統的接入技術4.1.3 LEO衛星通信系統的接入 在非同步衛星系統中，必須考慮呼叫接入的問題，不僅是新用戶在本小區內建立新連接所涉及的呼叫接入，還包

14、括相鄰小區內切換過來的那部分呼叫請求的接入。 由于衛星和地面用戶終端之間的高速相對移動，使得部分呼叫在通信過程中需跨越區邊界，此時系統必須將這類呼叫切換至相鄰的、具有空閑信道的衛星繼續服務；如果呼叫申請切換時，多顆衛星均可提供后續信道，按照何種規則選定衛星進行星間切換也是接入方案需要解決的問題。 第24頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四4.1 衛星通信系統的接入技術4.1.4 LEO衛星通信系統的接入策略 目前比較典型的接入方案有距離優先方案、覆蓋時間優先方案和仰角加權覆蓋時間優先方案。 1）距離優先方案 2）覆蓋時間優先方案 3）仰角加權 第25頁，共32頁，2022

15、年，5月20日，11點32分，星期四4.1 衛星通信系統的接入技術4.1.4 LEO衛星通信系統的接入策略 距離優先方案：優先考慮接收信號最強的衛星作為接入衛星：通話時間短時比較好，但呼叫時間長的話就會頻繁地發生切換，增加系統的負擔和阻塞率。第26頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四4.1 衛星通信系統的接入技術4.1.4 LEO衛星通信系統的接入策略 覆蓋時間優先方案中用戶優先考慮的是覆蓋衛星對其還能覆蓋的時間，這樣能有效的減少切換的頻率，但對于呼叫時間較短的用戶，這種方案選擇的衛星的信號不是最好的。第27頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四4.1 衛星通信系統的接入技術4.1.4 LEO衛星通信系統的接入策略 仰角加權是綜合考慮了以上兩種方案，具備了二者的優點。 這種方案中，用戶在選擇接入衛星時，只要覆蓋用戶的衛星的距離是最短的或者覆蓋該用戶的時間是最長的，就把它作為接入衛星，接入時還要考慮到衛星資源的利用情況。這樣能有效地利用信道資源，降低衛星用戶呼叫和切換阻塞的概率。第28頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四4.1 衛星通信系統的接入技術4.1.5 幾個系統接入策略的比較第29頁，共32頁，2022年，5月20日，11點32分，星期四4.1 衛星通信系統的接入技