1、1,第十二章 卫星和蜂窝移动通信,北京邮电大学世纪学院 电信工程系 Z,2,12.1 卫星通信,卫星通信就是利用位于3万6千公里高空的人造地球同步卫星作为太空无人值守的微波中继站的一种特殊形式的微波接力通信。 卫星通信可以克服地面微波通信的距离限制，其最大特点就是通信距离远，且通信费用与通信距离无关。,3,卫星通信示意图,4,同步卫星通信系统 当卫星的运行轨道在赤道平面内，其高度大约为 35786.6 km 时，它的运行方向（自东向西）与地球自转的方向相同，围绕地球做作圆周运动，运行周期恰好与地球的自转周期相等（同为一个恒星日：23小时56分40.9秒），在地面上的某点观察卫星时，卫星如同静止
2、不动的。这种卫星称为静止卫星，这种卫星轨道称为静止轨道或同步轨道。 利用静止卫星作中继站组成的通信系统称为静止卫星通信系统，或同步卫星通信系统。,5,静止卫星与地球的相对位置,6,卫星通信的特点 通信距离远，且费用与通信距离无关； 覆盖面积大，可进行多址通信； 通信频带宽、传输容量大； 机动灵活； 通信线路稳定可靠,7,卫星通信系统的组成 1.通信卫星； 2.地球站； 双向站：即能向卫星发送信号，也能从卫星接收信号 单收站：只能从卫星接收信号 3.跟踪遥测和指令系统； 4.监控管理系统。,8,通信卫星的分类 按轨道：低轨道（LEO）通信卫星：500km1500km中轨道（MEO）通信卫星：10
3、000km左右静止轨道（GEO）通信卫星：36000km左右 按通信范围：国际通信卫星 ；区域性通信卫星；国内通信卫星 按用途：综合业务通信卫星；军事通信卫星；海事通信卫星；电视直播卫星；气象卫星S,9,按转发能力：无星上处理能力 有星上处理能力 按频段：分为L、S、C、Ku、Ka、Q、V七个频段，中国分在KU频段第三区，并使用C频段（3.74.2GHZ）的线极化波。 按重量：大型卫星 Large 1000kg 1亿美元小卫星 Small 500-1000kg 0.5-1亿美元微小卫星 Mini 100-500kg 500-2000万美元微卫星 Micro 10-100kg 200-300万美
4、元纳卫星 Nano 10kg 100万美元皮卫星 Pico 1kg,10,卫星通信使用的频段 VHF 0.1-0.3GHz 移动、导航业务 UHF 0.3-1.0 移动、导航业务 L 1.0-2.0 移动业务 S 2.0-4.0 移动业务 C 4.0-8.0 固定通信业务 Ku 12.0-18.0 固定通信业务 Ka 24.0-30.0 Q 33.0-50.0 V 50.0-75.0,11,波束覆盖中国的区域卫星亚洲一号 寿命12年 亚洲二号 15年亚洲三号 15年亚太一号 10年亚太一号A 10年亚太-IIR 15年 中卫一号 15年鑫诺一号 15年鑫诺一号B 12年（2002年发）中星八号
5、 大于15年,12,中国独资和合资经营卫星的公司有5家：中国通信广播卫星公司、亚洲通信卫星有限公司、亚太通信卫星有限公司、鑫诺卫星通信有限公司和中国东方通信卫星有限责任公司。 现有9颗通信卫星在轨运行提供业务：中星-6（东方红-3）； 亚洲卫星-1； 亚洲卫星-2；亚洲卫星-3S； 亚太星-1； 亚太星-1A；亚太星-2R； 中卫-1； 鑫诺-1 。 为了展开国际业务需要，有关单位还租用了国外多颗卫星的转发器。有：国际通信卫星、泛美通信卫星、银河-3R通信卫星、热鸟-3通信卫星等。 国内外广播电视传输业务共用了国内外十几颗卫星三、四十台转发器。大部分电视节目传送采用了数字频带压缩技术，从而节省
6、了转发带宽，使一台转发器可同时转发多套电视节目。,13,最具有代表性的LEOS主要有：铱（Iridium）系统、全球星系统（Globalstar）、白羊系统（Aries）、低轨卫星系统（Leo-Set）、卫星通信网络（Teledesic）、柯克斯卡系统（Coscon）。,14,双向卫星网接入服务,传输平台,Cernet/PSTN,前端,VPN 服务器,代理服务器,校园或企业网,卫星天线,卫星,家庭PC,用户端,15,VSAT卫星通信VSAT（Very Small Aperture Terminal，甚小口径地球终端）是20世纪80年代末发展起来并于90年代得到广泛应用的新一代数字卫星通信系统。
7、VSAT网通常由一个卫星转发器、一个大型主站和大量的VSAT小站组成，能单双向传输数据、语音、图像、视频等多媒体综合业务。VSAT具有很多优点，如：设备简单、体积小、耗电少、组网灵活、安装维护简便、通信效率高等，尤其适用于大量分散的业务量较小的用户共享主站，所以许多部门和企业多使用VSAT网来建设内部专用网。,16,VSAT网络组成,17,Internet,卫 星,路由器 防火墙,传输中心,发送天线,局域网或CATV,单终端用户,点播服务器,功分器,卫星接收机,卫星接收机,或,卫星接收机,多终端用户,各办学单位传送的节目,卫星电视教育网系统示意图,18,国际、国内骨干网 卫星接入Interne
8、t的关口站称为星关网络接入点SSNAP。 根据INTERSAT 1999年统计，它的15%空间段已用于 INTERNET骨干网。 我国INTERNET骨干网接入采用卫星和光缆相结合。 用户直接接入 非对称传输 卫星TCP/IP的问题 延时长信道的传输速率受限（针对单用户而言)降低了TCP协议拥塞控制和流量恢复策略的性能 信道误码,19,12.2 蜂窝移动通信,蜂窝移动通信 (1) 模拟蜂窝移动通信模拟蜂窝移动通信中使用最普及的技术是先进移动电话系统 AMPS(Advanced Mobile Phone System)，AMPS容量增大的关键思想是利用相对较小的单元,并且重用附近(不是邻接)单元
9、的传送频率。单元一般都近似于圆形,但是用六边形更容易表示。,20,蜂窝结构示意图,21,（2）数字蜂窝移动通信第二代蜂窝电话是数字的,它是在AMPS基础上发展起来的。数字蜂窝无线电系统信道分配方案有3种：GSM，CDPD和CDMA。 GSM（Global Systems for Mobile communications）主要电路交换方式，用于话音通信，但若用带有特殊调制解调器的便携机，亦可进行数据通信。 缺点：一是基站之间的接管相当频繁,每次接管会导致300ms数据的丢失；二是GSM的错误率较高；三是由于按接通的时间计费而不是按传送的字节收费,所以花费很大。 解决的方法之一是采用蜂窝数字分组
10、数据 CDPD。,22,蜂窝数字分组数据（CDPD）CDPD(Cellular Digital Packet Data)实际上是蜂窝状数字式分组数据交换网络，它是以数字分组数据技术为基础，以蜂窝移动通信为组网方式的移动无线数据通信技术。蜂窝移动系统起源于美国的贝尔系统，蜂窝系统的构造是以AMPS为基础并与AMPS兼容，即利用划分小区和频率复用技术。,23,码分多址访问（CDMA）CDMA（Code Division Multiple Access）有很多优点，如容量是目前流行的GSM的34倍；通话质量大幅度提高，接近有线电话的通话质量；由于所有小区使用相同的频率故大大简化小区频率规划；保密性能
11、更强；手机功耗更小，通话时间更长；增强小区的覆盖能力，减少基站数目；不会与现在的模拟和数字系统产生干扰；提供可靠的移动数据通信；可靠的软切换方式大大降低了切换的失败几率。,24,蜂窝移动电话系统的组成 蜂窝移动通信系统主要是由交换网络子系统、无线基站子系统和移动台三大部分组成。,25,移动台（MS，Mobile Station）移动台就是移动客户设备部分，它由两部分组成：移动终端(MS)和客户识别卡（SIM, Subscriber Identity Module ） 交换网路子系统（NSS, Network Switching System ）交换网络子系统主要完成交换功能和客户数据与移动性管
12、理、安全性管理所需的数据库功能。 无线基站子系统（BSS, Base Station System ）无线基站子系统是在一定的无线覆盖区中由移动交换中心（MSC）控制，与MS进行通信的系统设备，它主要负责完成无线发送接收和无线资源管理等功能。功能实体可分为基站控制器（BSC, Base Station Controller ）和基站收发信台（BTS, Base Transceiver Station ）。,26,蜂窝通信原理图,27,蜂窝移动电话系统主要通信技术 （1）无线通信复用技术 传输技术的一个关键就是解决传输的有效问题，为此，要赋予不同的用户信号以不同的信号特征，这些信号特征能区分不同
13、的用户，就像不同的地址区分不同的用户一样。因此，这种技术称为多址技术。 这里要注意区分多路复用技术和多址技术。其中在两点之间同时互不干扰的传送多个信号是信道的多路复用。在多点之间实现互不干扰的通信是多址访问技术。 频分多址（FDMA, Frequency Division Multiple Access） 时分多址（TDMA, Time Division Multiple Access） 码分多址（CDMA, Code Division Multiple Access）,28,（2）蜂窝移动电话系统中的蜂窝 宏蜂窝小区传统的蜂窝式网络由宏蜂窝小区(Macrocell)构成，每小区的覆盖半径大多
14、为1km25km。每个小区分别设有一个基站，它与处于其服务区内的移动台建立无线通信链路。若干个小区组成一个区群(蜂窝)，区群内各个小区的基站可通过电缆、光缆或微波链路与移动交换中心(MSC)相连。移动交换中心通过PCM电路与市话交换局相连接。微蜂窝小区微蜂窝小区(Microcell)是在宏蜂窝小区的基础上发展起来的一门技术。它的覆盖半径大约为30m300m；基站天线置于相对低的地方，如屋顶下方，高于地面5m10m，传播主要沿着街道的视线进行，信号在楼顶的泄露小。因此，微蜂窝最初被用来加大无线电覆盖，消除宏蜂窝中的“盲点”。,29,微微蜂窝小区在目前的蜂窝式移动通信系统中，我们主要通过在宏蜂窝下
15、引入微蜂窝和微微蜂窝以提供更多的“内含”蜂窝，形成分级蜂窝结构，从而解决网络内的“盲点”和“热点”，提高网络容量的。因此，一个多层次网络，往往是由一个上层宏蜂窝网络和数个下层微蜂窝网络组成的多元蜂窝系统。 智能蜂窝随着移动通信的不断发展，近年来又出现了一种新型的蜂窝形式：智能蜂窝。所谓智能蜂窝，它是相对于智能天线而言的，是指基站采用具有高分辨阵列信号处理能力的自适应天线系统，智能地监测移动台所处的位置，并以一定的方式将确定的信号功率传递给移动台的蜂窝小区。智能蜂窝既可以是宏蜂窝，也可以是微蜂窝和微微蜂窝。这项技术正在研制过程中。,30,(a) （铱星）Iridium 构成了条项链，覆盖了整个地球。 (b) 1628 个移动的蜂窝覆盖了地球。,31,第三代(3G)移动通信IMT-2000意指在2000年左右开始商用并工作在2000MHz频段上的国际移动通信系统。 全球漫游，以低成本的多种模式的手机来实现 适应多种环境，将地面移动通信系统和卫星移动通信系统结合在一起 提供高质量的多媒体业务，包括高质量的话音通信、数据通信和高分辨率的图像通信等 提供足够的信息容量，具有高保密性和优质的服务 主流技术标准：WCDMA、CDMA2000、TD-SCDMA 2007年10月，WIMAX被ITU确定为第四个3G技术标准,
