衛星通信的(衛星寬帶通信系統的技術(shù)基礎)
1.衛星寬帶通信系統的技術(shù)基礎
衛星通信的可用頻譜資源很有限，建設寬帶網(wǎng)必然要采用更高頻率。
寬帶衛星業(yè)務(wù)基本是使用Ku頻段和C頻段，但Ku頻段的應用已經(jīng)非常擁擠，故計劃中的寬帶衛星通信網(wǎng)基本是采用Ka頻段，通過(guò)同步軌道衛星、非靜止軌道衛星或兩者的混合衛星群系統提供多媒體交互式業(yè)務(wù)和廣播業(yè)務(wù)。 Ka 頻段衛星通信技術(shù)己有基礎，衛星通信要利用Ka頻段必須解決下列關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：
*克服信號雨衰；
*研制復雜的Ka頻段星上處理器；
*保證高速傳輸的數據沒(méi)有明顯的時(shí)延；
*保持星座中有關(guān)衛星之間的有效通信；
*通過(guò)星上交換進(jìn)行數據包的路由選擇。
國際上特別是歐洲、美國，有關(guān)Ka頻段衛星通信概念和關(guān)鍵技術(shù)的試驗工作已做了不少，可以說(shuō)，現代衛星通信技術(shù)的發(fā)展已為解決后四項關(guān)鍵技術(shù)打下了基礎，而降雨對信號的衰減是波長(cháng)在1~1.5cm之間的Ka頻段的特殊問(wèn)題。由于使用的波長(cháng)和雨滴的大小相仿，雨滴將使信號發(fā)生畸變。目前正在設計的Ka頻段的衛星通信系統，因降雨衰減而引起的通信中斷平均每月要超過(guò)3小時(shí)。這就難于滿(mǎn)足一般電信用戶(hù)通信可利用率達到99.9%的要求。
為了克服雨衰問(wèn)題已提出的解決方法：
(1) 加大天線(xiàn)尺寸和信號功率，但這會(huì )增加衛星的成本；
(2) 設立更多的地面終端站，從而使信號能沿多條路徑傳送，但這會(huì )增加地面系統的成本；
(3) 通過(guò)控制功率分配，增大對降雨地區的傳輸功率。采用這個(gè)措施會(huì )增加衛星的復雜性，特別是提高了對控制軟件的要求；
(4) 發(fā)展對信號畸變的校正技術(shù)；
(5) 采用地面光纖于衛星通信相結合的方式。
Ka頻段的衛星通信系統雨衰問(wèn)題的解決，在一定程度上是服務(wù)質(zhì)量和費用的折衷。若要保證Ka頻段衛星通信業(yè)務(wù)的高可靠性和高利用率，就必須在鏈路設計中留有一定余量來(lái)避免因暴雨造成通信中斷。但這種余量在正常的天氣情況下卻是一種浪費，會(huì )導致整個(gè)系統的成本增加和終端的價(jià)格上升。 低軌道衛星星座組網(wǎng)技術(shù)積累了經(jīng)驗 以銥星、全球星和ICO為代表的非靜止軌道衛星通信系統取得了很大進(jìn)展，銥星系統已投入了運行。這些系統的建造促進(jìn)了星座組網(wǎng)、星上處理和星間通信等技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)過(guò)程中積累的衛星設計能力、衛星制造技術(shù)、大衛星系統集成和超大系統管理經(jīng)驗都將直接應用到全球寬帶多媒體通信系統。可以說(shuō)是全球個(gè)人移動(dòng)電話(huà)系統奠定了發(fā)展全球寬帶多媒體衛星通信系統的基礎。
2.衛星通信
現在，人們從電視屏幕上能看到世界各地正在舉行的體育比賽實(shí)況和當天發(fā)生的新聞。
這些電視信號就是通過(guò)衛星傳送的，它實(shí)際上是衛星通信的一種形式。早在1946年，美國一些人用雷達把電波發(fā)射到月球，并第一次收到它的回波。
這個(gè)事實(shí)告訴人們，攜載信號的微波可穿過(guò)大氣層，從離我們38萬(wàn)多公里的月球反射地面的信號。 如果有一個(gè)星球，作為無(wú)人值班的微波中繼站，將從地球上發(fā)來(lái)的電波信號加以放大處理后，再發(fā)回地球，就能便捷地實(shí)現遠距離及國際通信了。
用來(lái)作衛星通信的人造衛星，叫做通信衛星。它被發(fā)射到地球赤道上空約3。
6萬(wàn)公里的軌道上，繞地球旋轉，與地球自轉的快慢一樣。 這樣，從地球上望去，就像是靜止不動(dòng)的一樣。
只要有三顆這樣的衛星，就可以實(shí)現全球通信。衛星通信除了能遠距離傳送信息以外，還有通信容量大、干擾小、質(zhì)量好、功效高等優(yōu)點(diǎn)。
一顆通信衛星能傳送上萬(wàn)路電話(huà)，上十套的電視。衛星通信不僅可以普及電視廣播和電視教育，還可以通長(cháng)途電視電話(huà)，召開(kāi)電視電話(huà)會(huì )議，使遠隔重洋的人們能“見(jiàn)面”交談。
我國不僅發(fā)射了自己的通信衛星，而且建立了包括烏魯木齊、呼和浩特、拉薩、廣州等地的很多衛星通信地面站。在這些地區里，不管是展翅云天的飛機，還是地面高速行駛的汽車(chē)，或在海洋乘風(fēng)破浪的船舶，甚至身帶接收機的便步行人，都可以通過(guò)衛星相互通信。
3.衛星寬帶通信系統的技術(shù)基礎
衛星通信的可用頻譜資源很有限，建設寬帶網(wǎng)必然要采用更高頻率。
寬帶衛星業(yè)務(wù)基本是使用Ku頻段和C頻段，但Ku頻段的應用已經(jīng)非常擁擠，故計劃中的寬帶衛星通信網(wǎng)基本是采用Ka頻段，通過(guò)同步軌道衛星、非靜止軌道衛星或兩者的混合衛星群系統提供多媒體交互式業(yè)務(wù)和廣播業(yè)務(wù)。 Ka 頻段衛星通信技術(shù)己有基礎，衛星通信要利用Ka頻段必須解決下列關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題：
*克服信號雨衰；
*研制復雜的Ka頻段星上處理器；
*保證高速傳輸的數據沒(méi)有明顯的時(shí)延；
*保持星座中有關(guān)衛星之間的有效通信；
*通過(guò)星上交換進(jìn)行數據包的路由選擇。
國際上特別是歐洲、美國，有關(guān)Ka頻段衛星通信概念和關(guān)鍵技術(shù)的試驗工作已做了不少，可以說(shuō)，現代衛星通信技術(shù)的發(fā)展已為解決后四項關(guān)鍵技術(shù)打下了基礎，而降雨對信號的衰減是波長(cháng)在1~1.5cm之間的Ka頻段的特殊問(wèn)題。由于使用的波長(cháng)和雨滴的大小相仿，雨滴將使信號發(fā)生畸變。目前正在設計的Ka頻段的衛星通信系統，因降雨衰減而引起的通信中斷平均每月要超過(guò)3小時(shí)。這就難于滿(mǎn)足一般電信用戶(hù)通信可利用率達到99.9%的要求。
為了克服雨衰問(wèn)題已提出的解決方法：
(1) 加大天線(xiàn)尺寸和信號功率，但這會(huì )增加衛星的成本；
(2) 設立更多的地面終端站，從而使信號能沿多條路徑傳送，但這會(huì )增加地面系統的成本；
(3) 通過(guò)控制功率分配，增大對降雨地區的傳輸功率。采用這個(gè)措施會(huì )增加衛星的復雜性，特別是提高了對控制軟件的要求；
(4) 發(fā)展對信號畸變的校正技術(shù)；
(5) 采用地面光纖于衛星通信相結合的方式。
Ka頻段的衛星通信系統雨衰問(wèn)題的解決，在一定程度上是服務(wù)質(zhì)量和費用的折衷。若要保證Ka頻段衛星通信業(yè)務(wù)的高可靠性和高利用率，就必須在鏈路設計中留有一定余量來(lái)避免因暴雨造成通信中斷。但這種余量在正常的天氣情況下卻是一種浪費，會(huì )導致整個(gè)系統的成本增加和終端的價(jià)格上升。 低軌道衛星星座組網(wǎng)技術(shù)積累了經(jīng)驗 以銥星、全球星和ICO為代表的非靜止軌道衛星通信系統取得了很大進(jìn)展，銥星系統已投入了運行。這些系統的建造促進(jìn)了星座組網(wǎng)、星上處理和星間通信等技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)發(fā)過(guò)程中積累的衛星設計能力、衛星制造技術(shù)、大衛星系統集成和超大系統管理經(jīng)驗都將直接應用到全球寬帶多媒體通信系統。可以說(shuō)是全球個(gè)人移動(dòng)電話(huà)系統奠定了發(fā)展全球寬帶多媒體衛星通信系統的基礎。
4.衛星通信技術(shù)
衛星通信就是先將信號轉換成微波發(fā)射到地球同步衛星，而后通過(guò)地球同步衛星發(fā)射到轉發(fā)信號，從而將信號覆蓋面擴大，達到信號的傳輸.
一）什么是衛星通信
衛星通信是地球上（包括陸地、水面和低層大氣中）無(wú)線(xiàn)電通信站之間利用人造衛星作為中繼站而進(jìn)行的空間微波通信，衛星通信是地面微波接力通信的繼承和發(fā)展。我們知道微波信號是直接傳播的，因此，可以把衛星通信看作是微波中繼通信的一種特例，它只是把中繼站放置在空間軌道上。
（二）衛星通信的特點(diǎn)
衛星通信是現代通信技術(shù)的重要成果，它是在地面微波通信和空間技術(shù)的基礎上發(fā)展起來(lái)的。與電纜通信、微波中繼通信、光纖通信、移動(dòng)通信等通信方式相比，衛星通信具有下列特點(diǎn)：
(1)衛星通信覆蓋區域大，通信距離遠。因為衛星距離地面很遠，一顆地球同步衛星便可覆蓋地球表面的1/3，因此，利用3顆適當分布的地球同步衛星即可實(shí)現除兩極以外的全球通信。衛星通信是目前遠距離越洋電話(huà)和電視廣播的主要手段。
(2)衛星通信具有多址聯(lián)接功能。衛星所覆蓋區域內的所有地球站都能利用同一衛星進(jìn)行相互間的通信，即多址聯(lián)接。
(3)衛星通信頻段寬，容量大。衛星通信采用微波頻段，每個(gè)衛星上可設置多個(gè)轉發(fā)器，故通信容量很大。
(4)衛星通信機動(dòng)靈活。地球站的建立不受地理條件的限制，可建在邊遠地區、島嶼、汽車(chē)、飛機和艦艇上。
(5)衛星通信質(zhì)量好，可靠性高。衛星通信的電波主要在自由空間傳播，噪聲小，通信質(zhì)量好。就可靠性而言，衛星通信的正常運轉率達99.8%以上。
(6)衛星通信的成本與距離無(wú)關(guān)。地面微波中繼系統或電纜載波系統的建設投資和維護費用都隨距離的增加而增加，而衛星通信的地球站至衛星轉發(fā)器之間并不需要線(xiàn)路投資，因此，其成本與距離無(wú)關(guān)。
但衛星通信也有不足之處，主要表現在：
(1)傳輸時(shí)延大。在地球同步衛星通信系統中，通信站到同步衛星的距離最大可達40000km，電磁波以光速（3*108m/s）傳輸，這樣，路經(jīng)地球站→衛星→地球站（稱(chēng)為一個(gè)單跳）的傳播時(shí)間約需0.27s。如果利用衛星通信打電話(huà)的話(huà)，由于兩個(gè)站的用戶(hù)都要經(jīng)過(guò)衛星，因此，打電話(huà)者要聽(tīng)到對方的回答必須額外等待0.54s。
(2)回聲效應。在衛星通信中，由于電波來(lái)回轉播需0.54s，因此產(chǎn)生了講話(huà)之后的“回聲效應”。為了消除這一干擾，衛星電話(huà)通信系統中增加了一些設備，專(zhuān)門(mén)用于消除或抑制回聲干擾。
(3)存在通信盲區。把地球同步衛星作為通信衛星時(shí)，由于地球兩極附近區域“看不見(jiàn)”衛星，因此不能利用地球同步衛星實(shí)現對地球兩極的通信。
(4)存在日凌中斷、星蝕和雨衰現象。
5.通信基礎知識
通信技術(shù)基礎知識電信網(wǎng)（telecommunication network）是構成多個(gè)用戶(hù)相互通信的多個(gè)電信系統互連的通信體系，是人類(lèi)實(shí)現遠距離通信的重要基礎設施，利用電纜、無(wú)線(xiàn)、光纖或者其它電磁系統，傳送、發(fā)射和接收標識、文字、圖像、聲音或其它信號。
電信網(wǎng)由終端設備、傳輸鏈路和交換設備三要素構成，運行時(shí)還應輔之以信令系統、通信協(xié)議以及相應的運行支撐系統。現在世界各國的通信體系正向數字化的電信網(wǎng)發(fā)展，將逐漸代替模擬通信的傳輸和交換，并且向智能化、綜合化的方向發(fā)展，但是由于電信網(wǎng)具有全程全網(wǎng)互通的性質(zhì)，已有的電信網(wǎng)不能同時(shí)更新，因此，電信網(wǎng)的發(fā)展是一個(gè)逐步的過(guò)程。
電信網(wǎng)按不同的分類(lèi)體系可以劃分如下：按電信業(yè)務(wù)的種類(lèi)分為：電話(huà)網(wǎng)、電報網(wǎng)、用戶(hù)電報網(wǎng)、數據通信網(wǎng)，傳真通信網(wǎng)、圖像通信網(wǎng)、有線(xiàn)電視網(wǎng)等。按服務(wù)區域范圍分為：本地電信網(wǎng)、農村電信網(wǎng)、長(cháng)途電信網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、國際電信網(wǎng)等。
按傳輸媒介種類(lèi)分為：架空明線(xiàn)網(wǎng)、電纜通信網(wǎng)、光纜通信網(wǎng)、衛星通信網(wǎng)、用戶(hù)光纖網(wǎng)、低軌道衛星移動(dòng)通信網(wǎng)等。按交換方式分為：電路交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、寬帶交換網(wǎng)等。
按結構形式分為：網(wǎng)狀網(wǎng)、星形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、柵格網(wǎng)、總線(xiàn)網(wǎng)等。按信息信號形式分為：模擬通信網(wǎng)、數字通信網(wǎng)、數字模擬混合網(wǎng)等。
按信息傳遞方式分為：同步轉移模式（STM）的綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)（ISDN）和異地轉移模式（ATM）的寬帶綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)（B-ISDN）等。什么是智能網(wǎng)？智能網(wǎng)（Intelligentized Network）的思想起源于美國。
20世紀80年代初，AT&T公司就采用集中數據庫方式提供800號（被叫付費）業(yè)務(wù)和電話(huà)記帳卡業(yè)務(wù)，這是智能網(wǎng)的雛形。后來(lái)國際電聯(lián)ITU-T (International Telecommunications Union)在1992年正式命名了智能網(wǎng)一詞。
智能網(wǎng)是在現有交換與傳輸的基礎網(wǎng)絡(luò )結構上，為快速、方便、經(jīng)濟地提供電信新業(yè)務(wù)（或稱(chēng)增值業(yè)務(wù)）而設置的一種附加網(wǎng)絡(luò )結構。智能網(wǎng)提供新業(yè)務(wù)的突出優(yōu)點(diǎn)是可以做到快速、經(jīng)濟和方便。
由于智能網(wǎng)技術(shù)有標準模型約束，系統的實(shí)現可以獨立于將要生成的新業(yè)務(wù)，且有標準通信協(xié)議支持產(chǎn)品的互聯(lián)，從而為快速提供新業(yè)務(wù)創(chuàng )造了基礎條件。智能網(wǎng)是以計算機和數據庫為核心的，從理論上說(shuō)，智能網(wǎng)能提供的新業(yè)務(wù)是無(wú)限的。
但是開(kāi)辦新業(yè)務(wù)要考慮實(shí)際需要和經(jīng)濟效益等因素。現在世界上已經(jīng)提供的智能新業(yè)務(wù)有幾十種。
但各地提供的種類(lèi)不同，例如我國目前分國際、全國、省內三大類(lèi)，所提供的業(yè)務(wù)也不盡相同。在世界上已經(jīng)提供的常用的智能新業(yè)務(wù)如下：被叫集中付費業(yè)務(wù)：美國人把這種電話(huà)叫做“免費電話(huà)”，實(shí)際上只是打電話(huà)的人不付費，而由被叫用戶(hù)付費。
使用這種業(yè)務(wù)時(shí)，用戶(hù)需先撥“800”，因此也叫“800業(yè)務(wù)”。大眾服務(wù)業(yè)務(wù)：用戶(hù)撥通特定號碼字頭的電話(huà)號碼，就能獲得某種信息或可以進(jìn)行咨詢(xún)的服務(wù)。
在美國，使用這種業(yè)務(wù)時(shí)用戶(hù)先撥“900”，所以又叫“900號業(yè)務(wù)”。可選記帳業(yè)務(wù)：簡(jiǎn)稱(chēng)“ABS業(yè)務(wù)”。
它可以提供多種記費方式，如主叫付費、被叫付費、主叫被叫分攤付費、第三方付費或信用卡付費等多種形式的記帳方式。專(zhuān)用虛擬網(wǎng)業(yè)務(wù)：用戶(hù)可以按照自己的意愿，靈活地組建非永久性的專(zhuān)用網(wǎng)，稱(chēng)為“虛擬網(wǎng)”。
廣域集中小交換機業(yè)務(wù)（WAC業(yè)務(wù)）：用戶(hù)可以享受市內專(zhuān)用小交換機的一切功能，而不用設置專(zhuān)用小交換機。通用號碼業(yè)務(wù)：給有多個(gè)分號的企業(yè)分配一個(gè)通用的電話(huà)號碼來(lái)受理業(yè)務(wù)。
智能網(wǎng)的主要組成部分有：業(yè)務(wù)交換點(diǎn)（SSP），用來(lái)識別用戶(hù)對智能網(wǎng)的呼叫；業(yè)務(wù)控制點(diǎn)（SCP），完成對業(yè)務(wù)的控制，通常由大、中型計算機和大型數據庫組成；業(yè)務(wù)管理系統（SMS），是智能網(wǎng)中的操作、維護、管理及監視系統。總之，整個(gè)電信網(wǎng)絡(luò )正逐步向著(zhù)智能化、寬帶化、個(gè)人化的方向發(fā)展。
隨著(zhù)智能網(wǎng)的發(fā)展，可以實(shí)現智能網(wǎng)的網(wǎng)間互通，智能網(wǎng)與互聯(lián)網(wǎng)Internet的結合，智能網(wǎng)與寬帶綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)B-ISDN的結合，明天的智能網(wǎng)將更加智能化。什么是“一線(xiàn)通”？ISDN (Intergrated Service Digital Network)的中文名稱(chēng)是綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)，中國電信將“窄帶綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)”（N-ISDN）俗稱(chēng)為“一線(xiàn)通”。
“一線(xiàn)通”采用數字傳輸和數字交換技術(shù)，將電話(huà)、傳真、數據、圖像等多種業(yè)務(wù)綜合在一個(gè)統一的數字網(wǎng)絡(luò )進(jìn)行傳輸和處理，向用戶(hù)提供基本速率（2B D,144kbit/s）和一次群速率（30B D,2Mkbit/s）兩種接口。基本速率接口包括兩個(gè)能獨立工作的B信道（64Kkbit/s）和一個(gè)D信道（16Kkbit/s）。
其中B信道一般用來(lái)傳輸話(huà)音、數據和圖像，D信道用來(lái)傳輸信令或分組信息。“一線(xiàn)通”是以電話(huà)綜合數字網(wǎng)為基礎發(fā)展而成的通信網(wǎng)，能提供端到端的數字連接，可承載話(huà)音和非話(huà)音業(yè)務(wù)，用戶(hù)能夠通過(guò)多用途用戶(hù)網(wǎng)絡(luò )接口接入網(wǎng)絡(luò )。
“一線(xiàn)通”不僅能提供電路交換業(yè)務(wù)，還能提供分組交換和非交換的專(zhuān)用線(xiàn)業(yè)務(wù)，客戶(hù)可根據需要靈活選用，并且能與現有電話(huà)網(wǎng)、分組網(wǎng)實(shí)現互通。“一線(xiàn)通”能夠向用戶(hù)提供三大類(lèi)業(yè)務(wù)：①、承載業(yè)務(wù)（與用戶(hù)終端類(lèi)型無(wú)關(guān)，如電路交換的承載業(yè)務(wù)和分組交換的承載業(yè)務(wù)等）；②、用戶(hù)終。
6.通信基礎知識有哪些
電信網(wǎng)（telecommunication network）是構成多個(gè)用戶(hù)相互通信的多個(gè)電信系統互連的通信體系，是人類(lèi)實(shí)現遠距離通信的重要基礎設施，利用電纜、無(wú)線(xiàn)、光纖或者其它電磁系統，傳送、發(fā)射和接收標識、文字、圖像、聲音或其它信號。電信網(wǎng)由終端設備、傳輸鏈路和交換設備三要素構成，運行時(shí)還應輔之以信令系統、通信協(xié)議以及相應的運行支撐系統。現在世界各國的通信體系正向數字化的電信網(wǎng)發(fā)展，將逐漸代替模擬通信的傳輸和交換，并且向智能化、綜合化的方向發(fā)展，但是由于電信網(wǎng)具有全程全網(wǎng)互通的性質(zhì)，已有的電信網(wǎng)不能同時(shí)更新，因此，電信網(wǎng)的發(fā)展是一個(gè)逐步的過(guò)程。
電信網(wǎng)按不同的分類(lèi)體系可以劃分如下：
按電信業(yè)務(wù)的種類(lèi)分為：電話(huà)網(wǎng)、電報網(wǎng)、用戶(hù)電報網(wǎng)、數據通信網(wǎng)，傳真通信網(wǎng)、圖像通信網(wǎng)、有線(xiàn)電視網(wǎng)等。
按服務(wù)區域范圍分為：本地電信網(wǎng)、農村電信網(wǎng)、長(cháng)途電信網(wǎng)、移動(dòng)通信網(wǎng)、國際電信網(wǎng)等。
按傳輸媒介種類(lèi)分為：架空明線(xiàn)網(wǎng)、電纜通信網(wǎng)、光纜通信網(wǎng)、衛星通信網(wǎng)、用戶(hù)光纖網(wǎng)、低軌道衛星移動(dòng)通信網(wǎng)等。
按交換方式分為：電路交換網(wǎng)、報文交換網(wǎng)、分組交換網(wǎng)、寬帶交換網(wǎng)等。按結構形式分為：網(wǎng)狀網(wǎng)、星形網(wǎng)、環(huán)形網(wǎng)、柵格網(wǎng)、總線(xiàn)網(wǎng)等。
按信息信號形式分為：模擬通信網(wǎng)、數字通信網(wǎng)、數字模擬混合網(wǎng)等。
按信息傳遞方式分為：同步轉移模式（stm）的綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)（isdn）和異地轉移模式（atm）的寬帶綜合業(yè)務(wù)數字網(wǎng)（b-isdn）等。
