电子科大-卫星移动通信系统(课件)
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《卫星通信系统》课件
导弹制导：卫星通信系统可用于导弹的制导和控制系统，提高导弹的命中精度和作战 效能。
战略侦察：卫星通信系统能够传输大量的侦察数据和情报信息，为军事决策提供重要 支持。
战场指挥：卫星通信系统可实现战场各部队之间的实时通信和信息共享，提高指挥效 率和协同作战能力。
民用领域应用
移动通信：卫星 通信系统提供全 球范围内的移动 通信服务，包括 海上、空中和陆 地上的通信
广播和电视：卫 星通信系统用于 传输广播电视信 号，覆盖范围广， 不受地域限制
互联网接入：卫 星通信系统提供 互联网接入服务， 包括家庭和企业 用户的宽带接入
应急通信：在自 然灾害等紧急情 况下，卫星通信 系统可以提供可 靠的应急通信服 务，保障救援工 作的顺利进行
商业领域应用
商业通信：卫星通信系统为商业 领域提供高效、可靠的通信服务， 支持语音、数据、视频等多种通 信方式。
汇报人：PPT
Part Five
卫星通信系统 关键技术
信号传输技术
调制技术：将基 带信号转换为适 合传输的调制信 号
多路复用技术： 提高频谱利用率， 实现多路信号同 时传输
纠错编码技术： 降低误码率，保 证传输质量
天线技术：实现 信号的高效辐射 和接收
信道编码技术
信道编码的基本 概念
信道编码的原理
常见的信道编码 技术
工作原理简介
卫星通信系统概述
卫星通信系统组成
卫星通信系统工作原理
卫星通信系统特点
特点与优势
特点：覆盖范围广、不受地理条件限制、通信容量大、传输质量稳定 优势：适用于远程通信、应急通信、军事通信等领域，可提供话音、数据、图像等多种业务
Part Three
卫星通信系统 分类
战略侦察：卫星通信系统能够传输大量的侦察数据和情报信息，为军事决策提供重要 支持。
战场指挥：卫星通信系统可实现战场各部队之间的实时通信和信息共享，提高指挥效 率和协同作战能力。
民用领域应用
移动通信：卫星 通信系统提供全 球范围内的移动 通信服务，包括 海上、空中和陆 地上的通信
广播和电视：卫 星通信系统用于 传输广播电视信 号，覆盖范围广， 不受地域限制
互联网接入：卫 星通信系统提供 互联网接入服务， 包括家庭和企业 用户的宽带接入
应急通信：在自 然灾害等紧急情 况下，卫星通信 系统可以提供可 靠的应急通信服 务，保障救援工 作的顺利进行
商业领域应用
商业通信：卫星通信系统为商业 领域提供高效、可靠的通信服务， 支持语音、数据、视频等多种通 信方式。
汇报人：PPT
Part Five
卫星通信系统 关键技术
信号传输技术
调制技术：将基 带信号转换为适 合传输的调制信 号
多路复用技术： 提高频谱利用率， 实现多路信号同 时传输
纠错编码技术： 降低误码率，保 证传输质量
天线技术：实现 信号的高效辐射 和接收
信道编码技术
信道编码的基本 概念
信道编码的原理
常见的信道编码 技术
工作原理简介
卫星通信系统概述
卫星通信系统组成
卫星通信系统工作原理
卫星通信系统特点
特点与优势
特点：覆盖范围广、不受地理条件限制、通信容量大、传输质量稳定 优势：适用于远程通信、应急通信、军事通信等领域，可提供话音、数据、图像等多种业务
Part Three
卫星通信系统 分类
卫星通信系统教学课件
跳频扩频（FHSS）
使用伪随机序列在多个频率上跳变，实现扩频。
跳时扩频（THSS）
使用伪随机序列在多个时隙上跳变，实现扩频。
04
卫星通信系统的优势与挑战
卫星通信系统的优势
覆盖范围广
卫星通信系统能够覆盖地 球的各个角落，实现全球 通信。
通信容量大
卫星通信系统具有较大的 通信容量，能够满足大量 数据的传输需求。
01 无线传输
卫星通信系统通过无线电波进行信号传输，包括 微波、毫米波和激光等频段。
02 信号覆盖
卫星信号覆盖范围广泛，可以实现全球通信和广 播服务。
03 信号传输距离
卫星信号传输距离远，可以克服地理障碍，实现 远距离通信。
卫星通信信号的处理过程
01 信号调制解调
在卫星通信中，信号需要进行调制解调，以适应 无线传输的需要。
电视机。这种方式可以实现大范围覆盖，提高电视信号的覆盖率和质量
。
02
直播卫星电视
直播卫星电视是将卫星信号直接传输到用户的接收设备上，用户可以实
时收看卫星转播的电视节目。这种方式可以提供更高质量的电视信号，
并且可以实现全球范围内的直播。
03
数字卫星电视
数字卫星电视采用数字信号传输技术，相比模拟信号传输具有更高的传
可靠性
卫星通信系统的可靠性要 求高，需要保证在各种恶 劣环境下能够正常工作。
适应性
卫星通信系统需要适应各 种复杂环境，包括不同地 区、不同气候条件等。
03
卫星通信系统的关键技术
调制解调技术
调频（FM）
01
通过改变载波的频率来携带信息。
频同时存在的调制方式
卫星通信系统教学课 件
目录
使用伪随机序列在多个频率上跳变，实现扩频。
跳时扩频（THSS）
使用伪随机序列在多个时隙上跳变，实现扩频。
04
卫星通信系统的优势与挑战
卫星通信系统的优势
覆盖范围广
卫星通信系统能够覆盖地 球的各个角落，实现全球 通信。
通信容量大
卫星通信系统具有较大的 通信容量，能够满足大量 数据的传输需求。
01 无线传输
卫星通信系统通过无线电波进行信号传输，包括 微波、毫米波和激光等频段。
02 信号覆盖
卫星信号覆盖范围广泛，可以实现全球通信和广 播服务。
03 信号传输距离
卫星信号传输距离远，可以克服地理障碍，实现 远距离通信。
卫星通信信号的处理过程
01 信号调制解调
在卫星通信中，信号需要进行调制解调，以适应 无线传输的需要。
电视机。这种方式可以实现大范围覆盖，提高电视信号的覆盖率和质量
。
02
直播卫星电视
直播卫星电视是将卫星信号直接传输到用户的接收设备上，用户可以实
时收看卫星转播的电视节目。这种方式可以提供更高质量的电视信号，
并且可以实现全球范围内的直播。
03
数字卫星电视
数字卫星电视采用数字信号传输技术，相比模拟信号传输具有更高的传
可靠性
卫星通信系统的可靠性要 求高，需要保证在各种恶 劣环境下能够正常工作。
适应性
卫星通信系统需要适应各 种复杂环境，包括不同地 区、不同气候条件等。
03
卫星通信系统的关键技术
调制解调技术
调频（FM）
01
通过改变载波的频率来携带信息。
频同时存在的调制方式
卫星通信系统教学课 件
目录
移动通信系统第六章ppt现代无线与移动通信系统第
PCS
A D B EF C
1990 MHz
A D B EF C
MSS
Broadcast auxiliary
2170 MHz
IMT 2000 MSS A’
2165 MHz
Reserve
MSS
1850
1900
1950
2000
2050
2100
2150
2200
2250 2250
IMT-2000的基本要求
──频谱利用率高 ──服务质量好 ──高速传输支持多媒体业务
cdma20003x(SR3)采用三个1.25MHz载波组合而 成，码片速率为3.686Mcps，因此常叫多载波 CDMA(MC-CDMA)。
由于多载波CDMA技术实现上难度较大，人们 现在主要考虑在cdma20001x上增强技术，直接 实现3G的目标。
cdma2000模式：
1X(SR1)、3X(SR3)、多天线发送分集
纠错编码采用Turbo码，可提高信噪比2dB。容 量是卷积码的1.6倍，
cdma20001x在IS-95基础上的改进(续)
快速寻呼信道，极大地减少了移动台的电源消耗，待 机时间增加5倍。
定义了新的接入方式，减少呼叫建立时间，并减少移 动台在接入过程中对其他用户的干扰。
辅助码分信道，灵活支持分组业务，可以对一个用户 同时承载多个数据流和多种业务。
信令和用户采用20ms帧长，控制信息采用了5ms帧长， 数据传输率：144kbps 经过上述技术改进cdma20001x系统容量为话音2倍、数
据3倍于IS-95
cdma2000的无线配置
cdma20001x与3x业务信道存在一系列工 作模式，每种模式的数据传输率、调制 方式、纠错方式等参数不一样，这种方 式称为无线配置(RC)。
电子科大 卫星通信系统概述(课件)
5
卫星通信
卫星通信的概念
卫星通信是指利用通信卫星转发器实现 卫星通信是指利用通信卫星转发器实现 通信卫星转发器 地球站（或手持终端）之间、 地球站（或手持终端）之间、或者地球站 与航天器之间的无线通信 无线通信。 与航天器之间的无线通信。 卫星通信是个人通信网的组成部分， 卫星通信是个人通信网的组成部分，是地 面通信网的补充。 面通信网的补充。
2
关于本课程
本课程的学习目标
卫星通信系统的一些基本概念 卫星通信系统的一些基本特征 卫星通信系统的通信技术 卫星通信链路设计 链路设计方法 卫星通信链路设计方法 卫星基本覆盖特性和星座设计 覆盖特性和星座设计的计算方法 卫星基本覆盖特性和星座设计的计算方法 卫星移动通信系统的网络特性和协议 卫星移动通信系统的网络特性和协议 卫星定位与导航 定位与导航系统的基本原理 卫星定位与导航系统的基本原理
2 1 V＝ µ − ） （ r a
O
( km / s )
其中： 是半长轴 是半长轴， 其中：a是半长轴，开普勒常数 µ=3.9861×105 km3/s2 ×
15
1.2 卫星轨道
续2
开普勒第三定理（ 开普勒第三定理（1618年） 第三定理 年
小物体（卫星） 小物体（卫星）的运动周期的平方与椭圆轨道 半长轴的立方成正比关系
Teledesic Skybridge Globalstar Iridium Orbcomm
Outer Van Allen Belt ICO, Spaceway NGSO Concordian of Ellipso Borealis of Ellipso Inner Van Allen Belt
LEO
17
1.2 卫星轨道
移动通信系统第2章(电子科大课件)
① 同频干扰与同频复用比
DR 在蜂房系统中： C / I 40 lg R
C / I 40 lgQ 1 （dB）
I：主要取决于同频干扰。
① 同频干扰与同频复用比
推导：
DS DI
D D I DS R DS
① 同频干扰与同频复用比
C PT L S （传输损耗）dBw
④ 蜂窝系统的同频干扰
C C m I IK
k 1
m：干扰源的总数
I k ：相互独立的第 k 个干扰源对移动接收机的干扰功率
④ 蜂窝系统的同频干扰
可设各小区干扰功率一样：
C R m I n D K
k 1
n
1 DK k 1 R
m n
④ 蜂窝系统的同频干扰
2012/4/5
5
① 话音质量和信噪比要求
公网一般要求≥4级，专网≥3级 对于不同的移动业务，各国对S/N或C/N 的规定不一样。 中国：模拟通信，移动用户与固定市话、 长话用户通话时，要求S/N为大于29dB 或C/N为17dB，相当于4级话音。 美国AMPS网要求C/N大于18dB，日本要 求20dB，
（3）系统信道数的设计
在多信道共用中，存在两种中继方式： ① 不对呼叫请求进行排队
阻塞呼叫清除，如果有空闲信道则立即进入， 如果已没有空闲信道，则呼叫阻塞，拒绝进入。
② 对呼叫请求进行排队
根据排队论可得到在第一种中继方式下 服务等级B的公式为：
AN B Pr阻塞 N N ! k A k 0 k!
（2）信道的自动选择方法
多信道技术的主要问题是怎样自动选择 信道 传统方法（人工选择→老式电话机） 自动选择方法：
卫星通信系统课件
THANKS
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安全保密问题
卫星通信系统面临被窃听、干扰等安全保密问题 ，需要采取有效的加密和防护措施。
发展前景
5G融合发展
随着5G技术的不断发展，卫星通信系统将与5G技术融合，实现更高 效、更智能的通信服务。
物联网应用
卫星通信系统在物联网领域具有广泛的应用前景，为物联网设备提供 全球覆盖的通信服务。
低成本小型化
可靠性高
卫星通信系统不受地形、地 貌等因素影响，具有较强的 抗灾、抗干扰能力，保证通 信的可靠性。
挑战
传输延迟
卫星通信系统的传输距离较长，导致信号传输存 在一定的延迟，影响实时通信效果。
信号衰减
卫星通信过程中，信号经过长距离传输和大气层 时会产生衰减，影响通信质量。
ABCD
设备成本高
卫星通信系统的设备和运营成本较高，限制了其 在某些领域的应用。
优势
覆盖范围广
卫星通信系统可以覆盖地球 的各个角落，特别是在海洋 、荒漠等偏远地区，提供可 靠的通信服务。
通信容量大
卫星通信系统具有较大的通 信容量，可以同时传输语音 、数据和视频等多种信息， 满足各种通信需求。
灵活性强
卫星通信系统具有灵活的组 网方式，可以根据实际需求 快速构建大范围的通信网络 。
特点
覆盖范围广、通信容量大、传输 质量稳定、组网灵活等。
工作原理
01
02
03
信号传输
卫星接收来自地球站的信 号，进行变频和放大处理 后，再发向地面或其他地 球站。
频谱配置
卫星通信系统使用微波频 段，通常为C或Ku波段。
调制解调方式
采用数字调制解调方式， 如QPSK、QAM等。
卫星通信导论上课课件-第6章卫星移动通信系统
覆盖范围
卫星移动通信系统的覆盖范围取决于卫星的轨道高度、发射功率以及地球表面的 地形等因素。一般来说，低轨道卫星具有较小的覆盖范围，而高轨道卫星则具有 较大的覆盖范围。
容量
卫星移动通信系统的容量是指系统在同一时间内能够处理的最大呼叫或数据传输 数量。容量的限制因素包括卫星的发射功率、频谱带宽以及地面终端的数量等。
卫星移动通信系统的网络融合与协同发展
网络融合
卫星移动通信系统将与地面移动通信系统实现深度融合， 形成一张无缝覆盖的网络，为用户提供更加便捷、高效的 服务。
协同发展
卫星与地面网络将协同工作，实现优势互补，提高整体网 络性能和覆盖范围。
多模终端
未来卫星移动通信系统的终端将支持多种通信模式，包括 卫星通信、地面移动通信等，以满足用户在不同场景下的 通信需求。
线性编码通过增加冗余信息来 提高信号的抗干扰能力。
02
调制解调技术
01
线性编码
调制是将基带信号转换为通带信 号，解调是将通带信号还原为基
带信号。
分集与均衡技术
分集
通过多个路径接收信号，然后合 并这些信号以获得更好的接收效 果。
均衡
补偿信道特性对信号造成的影响 ，以减小误码率。
卫星移动通信系统的干扰抑制技术
物理层协议
负责信号的调制、解调等物理过程，确 保信号的正确传输。
数据链路层协议
负责数据的打包、传输和错误控制，保 证数据传输的可靠性。
网络层协议
负责路由选择、流量控制等网络层功能 ，实现数据的正确传输。
应用层协议
负责各种业务应用，如电话、数据传输 、多媒体等。
05
卫星移动通信系统的性能 评估
卫星移动通信系统的覆盖范围与容量
卫星移动通信系统的覆盖范围取决于卫星的轨道高度、发射功率以及地球表面的 地形等因素。一般来说，低轨道卫星具有较小的覆盖范围，而高轨道卫星则具有 较大的覆盖范围。
容量
卫星移动通信系统的容量是指系统在同一时间内能够处理的最大呼叫或数据传输 数量。容量的限制因素包括卫星的发射功率、频谱带宽以及地面终端的数量等。
卫星移动通信系统的网络融合与协同发展
网络融合
卫星移动通信系统将与地面移动通信系统实现深度融合， 形成一张无缝覆盖的网络，为用户提供更加便捷、高效的 服务。
协同发展
卫星与地面网络将协同工作，实现优势互补，提高整体网 络性能和覆盖范围。
多模终端
未来卫星移动通信系统的终端将支持多种通信模式，包括 卫星通信、地面移动通信等，以满足用户在不同场景下的 通信需求。
线性编码通过增加冗余信息来 提高信号的抗干扰能力。
02
调制解调技术
01
线性编码
调制是将基带信号转换为通带信 号，解调是将通带信号还原为基
带信号。
分集与均衡技术
分集
通过多个路径接收信号，然后合 并这些信号以获得更好的接收效 果。
均衡
补偿信道特性对信号造成的影响 ，以减小误码率。
卫星移动通信系统的干扰抑制技术
物理层协议
负责信号的调制、解调等物理过程，确 保信号的正确传输。
数据链路层协议
负责数据的打包、传输和错误控制，保 证数据传输的可靠性。
网络层协议
负责路由选择、流量控制等网络层功能 ，实现数据的正确传输。
应用层协议
负责各种业务应用，如电话、数据传输 、多媒体等。
05
卫星移动通信系统的性能 评估
卫星移动通信系统的覆盖范围与容量
卫星通信系统概述
精选完整ppt课件
21
卫星运动规律与轨道参数 续17
卫星星下点轨迹
► 假定0时刻，卫星经过其右升交点，则卫星在任意时刻t（>0） 的星下点经度（用λs表示）和纬度（用φs表示）由以下方程组 确定：
180(18090) s(t)0arctan(cositan)et 0(9090)
180(90180) s(t)arcsin(sinisin)
第6章 卫星移动通信系统
电子科技大学 2006.08
大纲
卫星移动通信系统概述 卫星运动规律与轨道参数 非静止轨道卫星星座设计 卫星星际链路特性 卫星移动通信系统网络结构 卫星移动通信系统频率规划 典型卫星移动通信系统介绍
精选完整ppt课件
2
卫星的地理位置以经纬度坐标形式给出时，以(λu， φu)表示观察点的瞬时经纬度，(λs，φs)表示卫星的瞬时经纬度， 则两者所夹的地心角由下式确定
a r c c o s s i n ( u ) s i n ( s ) c o s ( u ) c o s ( s ) c o s ( u s )
8.5º
10
00 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6
► 圆轨道上卫星的瞬时速度和轨道周期
V 卫 星 ＝ r (km /s) T 卫 星 ＝ 2(R e h)3 (s)
精选完整ppt课件
10
卫星运动规律与轨道参数 续6
例6.1 某采用椭圆轨道的卫星，近地点高度（近地点到地球表 面的距离）为1000km，远地点高度为4000Km。在地球平均半
径为6378.137 km的情况下，求该卫星的轨道周期T。
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➢ 适用范围
➢ 中、低轨道卫星移动通信系统的总体规划
一、星座设计及星际链路（续）
卫星星座选择标准
➢ 仰角要尽可能高 ➢ 传输延时尽可能小 ➢ 星上设备的电能消耗尽可能少 ➢ 如果系统采用星际链路，则面内和面间的星际链
路干扰必须限制在不影响接收的范围内 ➢ 对不同国家、不同类型的服务，轨位的分配需要
遵循相应的规章制度 ➢ 多重覆盖问题以支持特定业务(GPS定位)或提供有
QoS保证的业务
一、星座设计及星际链路（续）
卫星星座类型
➢ 极/近极轨道星座 ➢ 倾斜圆轨道星座(主要有Walker的Delta星座和 Ballard的
Rosette星座) ➢ 混合轨道星座
星际链路
面内星际链路 面间星际链路 层间星际链路
1
1
极轨道星座 续3
相邻轨道面的几何覆盖关系
顺行轨道面间的升交点经度差
1 c
逆行轨道面间的升交点经度差
2 2c
相邻轨道面相邻卫星间相位差
c
/ S
c 1
Co-rotating orbits
2 / s
cc
2c 2
Counter-rotating orbits
极轨道星座续4
波束数/卫星 系统总波束数 波束直径（km） 卫星覆盖区直径（km） 卫星可视时间（min） 多址方式
66+6 780 26864 23937
48+8 1410 25754 21092
48 3168 600 4700 11.1 TDMA/FDMA/TDD
16 768 2254 5850 16.4 CDMA/FDMA/FDD
RAAN
N
N
Walker Delta Constellation
Ballard Rosette Constellation
倾斜圆轨道星座 －Walker Delta星座
相邻轨道面邻卫星的相位差概念
Satellite flying direction
Equator
Orbit 1
Orbit 2
ωf
h (km), El=10º 20958.6 10127.1 7562.4 3888.5 3135.5 2738.6 1917.2 1694.4 1550.6 1214.6 1115.3 1044.3 868.0
近极轨道星座
倾角接近但不等于90º，即80 -100º 覆盖带设计方法仍然适用 极轨道星座的设计方程需要进行扩展，加入倾角因
切换技术（续）
基本切换策略
最长覆盖时间切换策略 最短星地距离切换策略
切换策略一般与信道分配策略相结合
四、路由和交换技术
对于采用GSO卫星的系统，路由和交换技术 与地面系统差别不大
对于采用MEO和LEO卫星的系统，分为两种 情况：
无星际链路下的路由和交换：与地面系统类似 ，信关站起到交换中心的作用；
Ellipso系统
✓ BOREALISTM 子系统包含 10颗卫星，分布在2个 倾角为116.6º 的椭圆轨 道上，远地点和近地点 高度分别为7605 km和 633 km
✓ CONCORDIATM 子系统是 一个包含7颗卫星的赤 道轨道平面，轨道高度 为8050 km
星际链路
面内星际链路
➢ 通常，一颗卫星和同一轨道面内位于其前后的各 一颗卫星建立面内星际链路
极轨道星座 续2
➢ 顺行/逆行轨道面和‘缝隙(seam)’
➢ 由于存在逆向飞行现象， 1 星座第一个和最后一个
轨道面间的间隔小于其
1
它相邻轨道面间的间隔， 2
并且该两个面间的卫星
不能建立星际链路
1
1
co-rotating
1
orbits
1
counter rotating
2 Orbits (seam)
ILS NGEO
NGEO
ILISL NGEO
ISL
GEO ILISL
NGEO
NGEO
（c）
（d）
三、切换技术
适用范围：
对于采用GSO卫星的卫星移动通信系统，波束 对地是静止的，切换主要由用户移动引起。由 于卫星波束范围很大，通常认为只有移动速度 很大的终端，如飞机上的机载终端，才存在切 换问题
混合轨道星座
➢ Orbcomm系统 ➢ 3个倾角45º的轨道平面，每轨
道面8颗卫星，轨道高度均为 825 km ➢ 倾角70º和108º的轨道平面各1 个，每轨道面2颗卫星，轨道 高度均为780 km ，轨道面升 交点经度差180º ➢ 1个赤道轨道面，8颗卫星，轨 道高度780 km
混合轨道星座续1
0 120 240 40 160 280 80 200 320
倾斜圆轨道星座 －Walker Delta星座 续3
最优Delta星座
T
P
F
i (º)
5
5
1
43.7
6
6
4
53.1
7
7
5
55.7
8
8
6
61.9
9
9
7
70.2
10
5
2
57.1
11 11
4
53.8
12
3
1
50.7
13 13
5
58.4
14
7
➢ 因为同一轨道面内卫星间的相对运动几乎为零， 因此星际链路天线的指向角是固定的，也无需跟 踪功能
面间星际链路
➢ 由于卫星间存在相对运动，因此星际链路天线的 方位角、仰角以及链路长度都是时变的，因此需 要采用跟踪天线
星际链路（ 续）
层间星际链路
➢ 不同高度轨道平面内的卫星间存在相对运动，使 得层间星际链路会发生重建
Satellite flying direction
倾斜圆轨道星座 －Walker Delta星座 续2
星座标识法 ✓ Delta星座可以用一个3元参数组完整描述
T/P/F
✓ T：星座卫星总数 ✓ P：轨道平面数量 ✓ F：相位因子，取值0到P-1 ✓ 相位因子确定相邻轨道面相邻卫星间的相位差
f
单重全球覆盖星座参数
表 6－4
P S α(º) 2 3 66.7 2 4 57.6 2 5 53.2 3 5 42.3 3 6 38.7 3 7 36.5 4 7 30.8 4 8 28.9 4 9 27.6 5 9 24.2 5 10 23.0 5 11 22.2 6 11 19.9
∆1(º) 104.5 98.4 95.5 66.1 64.3 63.2 48.3 47.6 47.0 38.0 37.7 37.4 31.4
S501 S411
S511
S410 S510
S601 S106 S611 S610
-9-0180S109-150
-120
S309
-90
-60
S509
S209
-30
0
30
S409
60
90
S609
120
150
180
星际链路（续3）
NGEO NGEO
NGEO
GEO
NGEO
NGEO
PSTN
（a）
（b）
NGEO ILSs
➢ 需要采用跟踪天线 ➢ 接入卫星选择策略对层间星际链路的稳定性有很
大的影响
星际链路 续2
90
S603
S304
Intra-orbit ISLs
S504
Inter-orbit ISLs
S203
S403 S104
60
S204
S404
S604
S103
S303
S503
S305
S505
S202
S402
S602
有星际链路的路由和交换：必须具有星上处理 能力，路由算法应适应动态拓扑变化
路由和交换技术（续）
采用星际链路系统中的路由和交换技术
由于是动态拓扑，要求系统采用分组交换技术 需建立卫星和覆盖区域的对应关系
路由和交换技术（续）
一种典型的星际链路动态路由思想：
虚拓扑 拓扑快照 周期循环
Seam
S105
30
0
S107
-30
S108
-60
S205 S306
S206 S307
S207 S308
S208
S405
S605 S102
S506
S406
S606 S101
S507
S407 S508 S607 S111
S408
S608 S110
S302 S201
S301 S211
S311 S210
S310
S502 S401
极轨道星座
➢ 在极轨道星座中：每个轨道面有相同的倾角和相同 数量的卫星，所有卫星具有相同的轨道高度
➢ 轨道倾角为固定的90º，因此所有轨道平面在南北极 形成两个交叉点
➢ 星座卫星在高纬度地区密集，在低纬度地区稀疏 ➢ 顺行轨道平面间的间隔和逆行轨道平面间的不同
极轨道星座 续1
➢ 卫星覆盖带(Street of Coverage)
素，以适用于近极轨道
倾斜圆轨道星座
倾斜圆轨道星座特征：由高度和倾角相同的圆轨道 组成，轨道面升交点在参考平面内均匀分布，卫星 在每个轨道平面内均匀分布
两类经典设计方法
✓ Walker的Delta星座 ✓ Ballard的玫瑰(Rosette)星座 ✓ 两种方法是等效的
倾斜圆轨道星座续1
倾斜圆轨道星座的命名
4
54.0
15
3
1
53.5
αmin (º) 69.2 66.4 60.3 56.5 54.8 52.2 47.6 47.9 43.8 42.0 42.1
➢ 中、低轨道卫星移动通信系统的总体规划
一、星座设计及星际链路（续）
卫星星座选择标准
➢ 仰角要尽可能高 ➢ 传输延时尽可能小 ➢ 星上设备的电能消耗尽可能少 ➢ 如果系统采用星际链路，则面内和面间的星际链
路干扰必须限制在不影响接收的范围内 ➢ 对不同国家、不同类型的服务，轨位的分配需要
遵循相应的规章制度 ➢ 多重覆盖问题以支持特定业务(GPS定位)或提供有
QoS保证的业务
一、星座设计及星际链路（续）
卫星星座类型
➢ 极/近极轨道星座 ➢ 倾斜圆轨道星座(主要有Walker的Delta星座和 Ballard的
Rosette星座) ➢ 混合轨道星座
星际链路
面内星际链路 面间星际链路 层间星际链路
1
1
极轨道星座 续3
相邻轨道面的几何覆盖关系
顺行轨道面间的升交点经度差
1 c
逆行轨道面间的升交点经度差
2 2c
相邻轨道面相邻卫星间相位差
c
/ S
c 1
Co-rotating orbits
2 / s
cc
2c 2
Counter-rotating orbits
极轨道星座续4
波束数/卫星 系统总波束数 波束直径（km） 卫星覆盖区直径（km） 卫星可视时间（min） 多址方式
66+6 780 26864 23937
48+8 1410 25754 21092
48 3168 600 4700 11.1 TDMA/FDMA/TDD
16 768 2254 5850 16.4 CDMA/FDMA/FDD
RAAN
N
N
Walker Delta Constellation
Ballard Rosette Constellation
倾斜圆轨道星座 －Walker Delta星座
相邻轨道面邻卫星的相位差概念
Satellite flying direction
Equator
Orbit 1
Orbit 2
ωf
h (km), El=10º 20958.6 10127.1 7562.4 3888.5 3135.5 2738.6 1917.2 1694.4 1550.6 1214.6 1115.3 1044.3 868.0
近极轨道星座
倾角接近但不等于90º，即80 -100º 覆盖带设计方法仍然适用 极轨道星座的设计方程需要进行扩展，加入倾角因
切换技术（续）
基本切换策略
最长覆盖时间切换策略 最短星地距离切换策略
切换策略一般与信道分配策略相结合
四、路由和交换技术
对于采用GSO卫星的系统，路由和交换技术 与地面系统差别不大
对于采用MEO和LEO卫星的系统，分为两种 情况：
无星际链路下的路由和交换：与地面系统类似 ，信关站起到交换中心的作用；
Ellipso系统
✓ BOREALISTM 子系统包含 10颗卫星，分布在2个 倾角为116.6º 的椭圆轨 道上，远地点和近地点 高度分别为7605 km和 633 km
✓ CONCORDIATM 子系统是 一个包含7颗卫星的赤 道轨道平面，轨道高度 为8050 km
星际链路
面内星际链路
➢ 通常，一颗卫星和同一轨道面内位于其前后的各 一颗卫星建立面内星际链路
极轨道星座 续2
➢ 顺行/逆行轨道面和‘缝隙(seam)’
➢ 由于存在逆向飞行现象， 1 星座第一个和最后一个
轨道面间的间隔小于其
1
它相邻轨道面间的间隔， 2
并且该两个面间的卫星
不能建立星际链路
1
1
co-rotating
1
orbits
1
counter rotating
2 Orbits (seam)
ILS NGEO
NGEO
ILISL NGEO
ISL
GEO ILISL
NGEO
NGEO
（c）
（d）
三、切换技术
适用范围：
对于采用GSO卫星的卫星移动通信系统，波束 对地是静止的，切换主要由用户移动引起。由 于卫星波束范围很大，通常认为只有移动速度 很大的终端，如飞机上的机载终端，才存在切 换问题
混合轨道星座
➢ Orbcomm系统 ➢ 3个倾角45º的轨道平面，每轨
道面8颗卫星，轨道高度均为 825 km ➢ 倾角70º和108º的轨道平面各1 个，每轨道面2颗卫星，轨道 高度均为780 km ，轨道面升 交点经度差180º ➢ 1个赤道轨道面，8颗卫星，轨 道高度780 km
混合轨道星座续1
0 120 240 40 160 280 80 200 320
倾斜圆轨道星座 －Walker Delta星座 续3
最优Delta星座
T
P
F
i (º)
5
5
1
43.7
6
6
4
53.1
7
7
5
55.7
8
8
6
61.9
9
9
7
70.2
10
5
2
57.1
11 11
4
53.8
12
3
1
50.7
13 13
5
58.4
14
7
➢ 因为同一轨道面内卫星间的相对运动几乎为零， 因此星际链路天线的指向角是固定的，也无需跟 踪功能
面间星际链路
➢ 由于卫星间存在相对运动，因此星际链路天线的 方位角、仰角以及链路长度都是时变的，因此需 要采用跟踪天线
星际链路（ 续）
层间星际链路
➢ 不同高度轨道平面内的卫星间存在相对运动，使 得层间星际链路会发生重建
Satellite flying direction
倾斜圆轨道星座 －Walker Delta星座 续2
星座标识法 ✓ Delta星座可以用一个3元参数组完整描述
T/P/F
✓ T：星座卫星总数 ✓ P：轨道平面数量 ✓ F：相位因子，取值0到P-1 ✓ 相位因子确定相邻轨道面相邻卫星间的相位差
f
单重全球覆盖星座参数
表 6－4
P S α(º) 2 3 66.7 2 4 57.6 2 5 53.2 3 5 42.3 3 6 38.7 3 7 36.5 4 7 30.8 4 8 28.9 4 9 27.6 5 9 24.2 5 10 23.0 5 11 22.2 6 11 19.9
∆1(º) 104.5 98.4 95.5 66.1 64.3 63.2 48.3 47.6 47.0 38.0 37.7 37.4 31.4
S501 S411
S511
S410 S510
S601 S106 S611 S610
-9-0180S109-150
-120
S309
-90
-60
S509
S209
-30
0
30
S409
60
90
S609
120
150
180
星际链路（续3）
NGEO NGEO
NGEO
GEO
NGEO
NGEO
PSTN
（a）
（b）
NGEO ILSs
➢ 需要采用跟踪天线 ➢ 接入卫星选择策略对层间星际链路的稳定性有很
大的影响
星际链路 续2
90
S603
S304
Intra-orbit ISLs
S504
Inter-orbit ISLs
S203
S403 S104
60
S204
S404
S604
S103
S303
S503
S305
S505
S202
S402
S602
有星际链路的路由和交换：必须具有星上处理 能力，路由算法应适应动态拓扑变化
路由和交换技术（续）
采用星际链路系统中的路由和交换技术
由于是动态拓扑，要求系统采用分组交换技术 需建立卫星和覆盖区域的对应关系
路由和交换技术（续）
一种典型的星际链路动态路由思想：
虚拓扑 拓扑快照 周期循环
Seam
S105
30
0
S107
-30
S108
-60
S205 S306
S206 S307
S207 S308
S208
S405
S605 S102
S506
S406
S606 S101
S507
S407 S508 S607 S111
S408
S608 S110
S302 S201
S301 S211
S311 S210
S310
S502 S401
极轨道星座
➢ 在极轨道星座中：每个轨道面有相同的倾角和相同 数量的卫星，所有卫星具有相同的轨道高度
➢ 轨道倾角为固定的90º，因此所有轨道平面在南北极 形成两个交叉点
➢ 星座卫星在高纬度地区密集，在低纬度地区稀疏 ➢ 顺行轨道平面间的间隔和逆行轨道平面间的不同
极轨道星座 续1
➢ 卫星覆盖带(Street of Coverage)
素，以适用于近极轨道
倾斜圆轨道星座
倾斜圆轨道星座特征：由高度和倾角相同的圆轨道 组成，轨道面升交点在参考平面内均匀分布，卫星 在每个轨道平面内均匀分布
两类经典设计方法
✓ Walker的Delta星座 ✓ Ballard的玫瑰(Rosette)星座 ✓ 两种方法是等效的
倾斜圆轨道星座续1
倾斜圆轨道星座的命名
4
54.0
15
3
1
53.5
αmin (º) 69.2 66.4 60.3 56.5 54.8 52.2 47.6 47.9 43.8 42.0 42.1