1、1主講人：葛延良主講人：葛延良衛衛 星星 通通 信信2通信：在兩個或多個位置實現信息的傳輸、接 收和處理。 有線通信：光纖、電纜、明線 無線通信：短波/超短波通信、微波中 繼通信、衛星通信第第1 1章章 衛星通信系統概述衛星通信系統概述3n衛星通信的概念 衛星通信：是指利用通信衛星作為中繼站轉發或反射無線電波，以此來實現兩個或多個地球站（或手持終端）之間或者地球站與航天器之間通信的一種通信形式。 換言之，衛星通信是在地球站上，包括地面、水面和大氣層中的無線電通信站之間，利用人造衛星作為中繼站進行的通信。 衛星通信是個人通信網的組成部分，衛星通信是個人通信網的組成部分，是地面通信網的補充。是地面

2、通信網的補充。 41.1 衛星軌道衛星軌道1cosPre21bea2(1)Pae5圖1 橢圓軌道的示意圖621() (km/s)VuraV為衛星在軌道上的瞬時速度。其中a為橢圓軌道的半長軸，r為衛星到地心的距離。 為開普勒常數，u值為7為開普勒常數，u值為32saTu81.2 衛星通信系統的組成9選擇工作頻段時，應考慮的重要因素：選擇工作頻段時，應考慮的重要因素：（1 1）電波傳播衰減及其它衰減要小電波傳播衰減及其它衰減要小；（；（圖圖 1-14） 在在0.3-10GHz0.3-10GHz頻段，大氣吸收衰減最小，稱為頻段，大氣吸收衰減最小，稱為“無線無線電窗口電窗口”。另外，在。另外，在30G

3、Hz30GHz附近也有一個衰減的低谷，稱附近也有一個衰減的低谷，稱為為“半透明無線電窗口半透明無線電窗口”。（2 2）天線接收的外界噪聲要小天線接收的外界噪聲要小；（圖（圖 1-15） 從降低接收系統噪聲的角度來考慮，工作頻段最好從降低接收系統噪聲的角度來考慮，工作頻段最好選在選在1-10GHz1-10GHz之間工作。之間工作。（3 3）大氣層中雨、霧、云的影響大氣層中雨、霧、云的影響； （圖（圖 1-16）1.3 衛星通信的工作頻段10 從上述三方面考慮，衛星通信的工作頻率一般選在從上述三方面考慮，衛星通信的工作頻率一般選在1-10GHz1-10GHz范圍內較為適宜，而且范圍內較為適宜，而且

4、最理想最理想的頻段是在的頻段是在4-6GHz4-6GHz附近。附近。 除上述三個方面以外，還應考慮如下因素：除上述三個方面以外，還應考慮如下因素：（4 4）有）有較寬的可用頻帶較寬的可用頻帶，以滿足信息傳輸的要求；，以滿足信息傳輸的要求；（5 5）與地面微波通信、雷達等其他無線系統間的）與地面微波通信、雷達等其他無線系統間的相互干相互干 擾要小擾要小；（6 6）能充分）能充分利用現有通信技術利用現有通信技術，并便于與現有地面通信，并便于與現有地面通信 設備配合使用；設備配合使用；（7 7）設備）設備尺寸要小尺寸要小。11段號段號頻段名稱頻段名稱頻段范圍頻段范圍1 1極低頻極低頻(ELF)(EL

5、F)330330赫赫(Hz)(Hz)2 2超低頻超低頻(SLF)(SLF)3030030300赫赫(Hz)(Hz)3 3特低頻特低頻(ULF)(ULF)30030003003000赫赫(Hz)(Hz)4 4甚低頻甚低頻(VLF)(VLF)330330千赫千赫(KHz)(KHz)5 5低頻低頻(LF)(LF)3030030300千赫千赫(KHz)(KHz)6 6中頻中頻(MF)(MF)30030003003000千赫千赫(KHz)(KHz)7 7高頻高頻(HF)(HF)330330兆赫兆赫(MHz)(MHz)8 8甚高頻甚高頻(VHF)(VHF)3030030300兆赫兆赫(MHz)(MHz)9

6、 9特高頻特高頻(UHF)(UHF)30030003003000兆赫兆赫(MHz)(MHz)1010超高頻超高頻(SHF)(SHF)330330吉赫吉赫(GHz)(GHz)1111極高頻極高頻(EHF)(EHF)3030030300吉赫吉赫(GHz)(GHz)1212至高頻至高頻(THF)(THF)30030003003000吉赫吉赫(GHz)(GHz)頻率劃分:12 綜合上述要求，應將衛星的工作頻段選在微波頻段或特高頻。具體地說，目前大多數衛星通信系統是選擇在以下頻段工作： L 頻段： 1.6/1.5 GHz S頻段： 4/2 GHz C 頻段： 6/4 GHz X 頻段： 8/7 GHz

7、Ku 頻段： 14/12 GHz Ka 頻段： 30/20 GHz VHF 頻段：0.10.3 GHz 用于移動、導航業務。 UHF 頻段：0.31.0 GHz 用于移動、導航業務。 更高頻段：Q 頻段：3646 GHz， V 頻段：4656 GHz。 太赫茲頻段：0.110THz。 K波段波段(1827GHz), Ku波段的頻波段的頻率受國際有關法律保護，率受國際有關法律保護，1218GHz頻段。頻段。Ku波段衛星單轉發器功率一般波段衛星單轉發器功率一般比較大，多采用賦形波束覆蓋，衛星比較大，多采用賦形波束覆蓋，衛星EIRP較大，加上較大，加上Ku波段接收天線效波段接收天線效率高于率高于C波

8、段接收天線，因此接收波段接收天線，因此接收Ku波段衛星節目的天線口徑遠小于波段衛星節目的天線口徑遠小于C波波段，從而可有效地降低接收成本，方段，從而可有效地降低接收成本，方便個體接收。便個體接收。 主要應用：中繼、衛星通信、主要應用：中繼、衛星通信、雷達等。雷達等。 現在廣泛使用的藍牙、現在廣泛使用的藍牙、ZigBee、無線路由、無線鼠標等、無線路由、無線鼠標等也使用這個范圍的頻率。也使用這個范圍的頻率。 據據IEEE 521-2002標準，標準，X波段波段是指頻率在是指頻率在812 GHz的無線電波波的無線電波波段。而在某些場合中，段。而在某些場合中，X波段的頻率波段的頻率范圍則為范圍則為7

9、11.2 GHz。X波段中的波段中的X即英語中的即英語中的“extended”，表示，表示“擴擴展的展的” 。 X波段通常的下行頻率為波段通常的下行頻率為7.25 7.75 GHz，上行頻率為，上行頻率為7.98.4 GHz，也常被稱為也常被稱為7/8 GHz波段。據波段。據ITU無無線電規則第線電規則第8條，條，X頻段在空間應用頻段在空間應用方面有：空間研究、廣播衛星、固定方面有：空間研究、廣播衛星、固定通訊業務衛星、地球探測衛星、氣象通訊業務衛星、地球探測衛星、氣象衛星等用途。衛星等用途。 根據根據IEEE 521-2002標準，標準，L波段是指頻率在波段是指頻率在12 GHz的無線的無線

10、電波波段。可被用于電波波段。可被用于DAB、衛星、衛星導航系統等。導航系統等。 C波段，是頻率波段，是頻率48GHz的一段的一段頻帶，在衛星電視廣播和各類小型頻帶，在衛星電視廣播和各類小型衛星地面站應用中，該頻段首先被衛星地面站應用中，該頻段首先被采用，且一直被廣泛使用。采用，且一直被廣泛使用。 Ka波段的頻率范圍為波段的頻率范圍為2740GHz。Ka代表著代表著K的正上方的正上方(K-above)，換，換句話說，該波段直接高于句話說，該波段直接高于K波段。波段。Ka波段也被稱作波段也被稱作30/20 GHz波段，波段，通常用于衛星通信。通常用于衛星通信。 甚高頻甚高頻(VHF)是指頻帶是指頻

11、帶30MHz300MHz的頻段。多數的頻段。多數是用作電臺及電視臺廣播，同是用作電臺及電視臺廣播，同時又是航空和航海的溝通頻道。時又是航空和航海的溝通頻道。和高頻（和高頻（HF）不同的是，電離）不同的是，電離層通常不會反射層通常不會反射VHF的信號。的信號。 特高頻（特高頻（UHF）是指波長范圍）是指波長范圍為為1m1dm，頻率為，頻率為3003000MHz的無線電波，常用于移動通信和廣播的無線電波，常用于移動通信和廣播電視領域。特高頻主要用于短途通信，電視領域。特高頻主要用于短途通信，可以用小而短的天線作收發，適合移可以用小而短的天線作收發，適合移動通信。動通信。1314衛星通信與其他通信手

12、段相比，具有以下一些特點：衛星通信與其他通信手段相比，具有以下一些特點：優點優點： 1 1、衛星通信系統能以較低的成本提供較寬范圍的無、衛星通信系統能以較低的成本提供較寬范圍的無 縫覆蓋，縫覆蓋，圖圖 1-2) 2 2、可利用頻帶寬，傳輸容量大，可進行多址通信；、可利用頻帶寬，傳輸容量大，可進行多址通信； 3 3、 4 4、且費用與通信距離無關；且費用與通信距離無關； 5 5、衛星通信具有靈活性和普遍性；、衛星通信具有靈活性和普遍性； 6 6、統一的業務提供商有助于系統的、統一的業務提供商有助于系統的1.4 衛星通信的特點衛星通信的特點15缺點缺點： 1 1、靜止衛星的發射與控制比較復雜；、靜

13、止衛星的發射與控制比較復雜； 2 2、對于靜止衛星，地球高緯度地區通信效果不好，、對于靜止衛星，地球高緯度地區通信效果不好， 并且兩極地區為通信盲區；并且兩極地區為通信盲區； 3 3、存在、存在日凌中斷日凌中斷和和星蝕現象星蝕現象； 4 4、電波的、電波的傳播時延較大傳播時延較大，且存在，且存在回波干擾回波干擾。1.4 衛星通信的特點衛星通信的特點16 由于衛星通信相對于地面通信網的綜合造價成本高，終端貴，因此，衛星通信的市場定位應該是地面通信網的延伸和補充，主要服務于地面通信網不能覆蓋的區域及有特殊通信需求的人群。 衛星覆蓋區域廣，可以較經濟地為地面蜂窩網覆蓋范圍以外的用戶-“唯星用戶”提供

14、移動通信業務。 解決邊遠地區通信服務、企業專網、洲際通信、國防通信，與地面通信網結合解決廣域無縫覆蓋。1.4 衛星通信的特點衛星通信的特點17衛星移動通信和地面移動通信的關系：l 衛星移動通信系統能擴大地面移動通信的地理和業務覆蓋范圍，除提供常規的移動通信業務外，還可向空中、海面和復雜地理結構的地面區域的各類移動用戶提供服務。 l 從應用來講，地面移動通信網主要集中在高業務量的應用環境，而衛星移動通信系統最適合于低業務量地區、航海、航空及地面網欠發達地區的應用環境，并且在地面網絡過載或發生故障時作為其迂回網絡。1.4 衛星通信的特點衛星通信的特點18衛星通信在中國的特殊地位： 幅員遼闊； 人口

15、眾多； 地區發展不平衡； 中國有60左右的地區是地面網盲區，如海洋、高山、沙漠和草原等，通信的困難甚至成為人們生存的障礙。1.4 衛星通信的特點衛星通信的特點191.5 衛星衛星通信系統通信系統的業務類型的業務類型衛星衛星通信系統通信系統的業務類型有的業務類型有201.5 衛星衛星通信系統通信系統的業務類型的業務類型4個階段個階段21衛星衛星通信系統通常用于支持通信系統通常用于支持1、衛星視頻廣播業務2、衛星電話等交互式業務3、數據通信和Internet業務4、衛星移動通信業務1.5 衛星衛星通信系統通信系統的業務類型的業務類型22衛星通信的其它應用：衛星通信的其它應用： 衛星導航 衛星遙感（

16、對空和對地遙感） 氣象觀測 地球資源勘探、海洋監視 偵察（包括照相偵察和電子偵察）、預警 支持載人航天 遠程教育、遠程醫療1.5 衛星衛星通信系統通信系統的業務類型的業務類型231.6 衛星通信的發展趨勢（1）傳統的C、Ku頻段靜止軌道衛星將保持穩定發展，并將以大容量(轉發器數量在50個左右)、高功率(功率為8000瓦至15000瓦)和長壽命(壽命在15年左右)的新系統逐步更換現有系統。同步衛星向大容量、多波束、智能化方向發展。Ka頻段靜止軌道衛星系統已逐步走向實用化，衛星通信網從窄帶向寬帶過渡，如覆蓋美洲的EchoStar-Ka、PAS和ASTROLINK等。（2）微小衛星、納衛星和皮衛星的

17、快速發展，小衛星通信地面站廣泛應用。小型低軌衛星系統已陸續投入運行，用于低速數據傳輸，如E-Sat、GE American和 GEMnet等系統。 （3）對地靜止軌道資源非常有限，因此ITU鼓勵采用中低軌道、高傾斜橢圓軌道以及IGSO軌道。24（4）隨著1997年9月26日美國FCC頻率申請計劃新周期的開始， Q、V段新系統紛紛推出，各公司開始申請Q和V頻段新系 統。（5）不斷發展新業務，如無線Internet、組播和交互式TV、移 動語音、數據通信、數字視頻廣播(DVB)和數字音頻廣播 (DAB)步入家庭和個人用戶、多媒體通信和Internet接入等。（6）地面終端的發展呈現小型化、綜合化和

18、智能化。終端可工作在多個頻段，支持綜合業務，適應多種多址接入方式、調制方式、編碼方式，傳輸速率可改變。1.6 衛星通信的發展趨勢25（7）寬帶低軌道系統正在加緊開發之中，用于高速數據和可視電話傳輸。如Teledesic系統共包括288顆衛星，工作于Ka頻段，壽命設計為10年左右。（8）現有衛星通信系統為適應新技術發展和系統對容量的更大要求形成了新的演變方案，如Iridium系統將其運行的衛星數目從66顆增加至96顆。（9）天地網絡不斷融合。衛星通信與有線電視、寬帶互聯網、移動互聯網等融合。（10）新技術廣泛應用。如星上交換與處理、多波速天線等。1.6 衛星通信的發展趨勢26附錄：通信衛星的分類

19、附錄：通信衛星的分類 按軌道分：GEO， HEO，MEO，LEO。 按工作區域分：國際通信衛星、國內通信衛星、區域通信衛星。 按應用領域分：廣播電視衛星、跟蹤與數據中繼衛星、軍事通信衛星（如戰略、戰術通信衛星、艦隊通信衛星、軍用數據轉發衛星等）。27衛星按重量分類種類重量（kg）大衛星1000中型衛星5001000小衛星100500微小衛星10100納衛星110皮衛星0.11飛衛星0.12829303132宇宙噪聲(冷空)宇宙噪聲(熱空)大氣噪聲333435 當當“太陽太陽衛星衛星地地球球”走成一線時，將發生走成一線時，將發生“日凌日凌”，此時，衛星處，此時，衛星處于光照最強的位置，受到于光照最強的位置，受到太陽輻射的干擾，由太陽太陽輻射的干擾，由太陽引起的強大噪聲從