1、.,第章 衛星通信概述,第章 衛星通信網,第章 衛星通信基本技術,第章 移動衛星通信系統,第章 衛星通信鏈路設計,.,第1章 衛星通信概述,1.1 衛星通信的基本概念和特點 1.2 衛星通信地球站 1.3 通信衛星（組成、軌道及星座設計） 1.4 衛星通信工作頻段的選擇及電波傳輸的特點 1.5 衛星通信的發展,.,通信：有線通信和無線通信 有線通信：光纖、電纜、明線 無線通信：短波通信、微波中繼通信、 地面蜂窩移動通信、衛星通 信、無線局域網等 衛星通信是個人通信網的組成部分，是地面通信網的補充。,.,基本概念,通信：信息的傳遞（傳遞含有信息的消息）。,消息：以某種形式對主、客觀事物運動狀態

2、的具體描述。,語音、文字、圖像、數據等,在通信中可以認為是通信傳輸的具體對象,信息：消息中所包含的對收信者有用的內容， 或者說是收信者感興趣的那部分內容。,.,1.1.1 衛星通信的基本概念 衛星是指在圍繞行星的軌道上運行的天然天體或人造天體，如月球是地球的衛星。,1.1 衛星通信的基本概念和特點,衛星通信是指利用人造地球衛星作為中繼站轉發無線電波，在兩個或多個地球站之間進行的通信。其無線電波頻率使用微波頻段(300 MHz300 GHz，即波段1 m1 mm)。 衛星通信系統指利用人造地球衛星在地球站之間進行通信的通信系統。 通信衛星指用于實現通信目的的人造衛星。 衛星通信是地面微波中繼通信

3、的繼承和發展，是微波接力向太空的延伸。,.,.,圖1-1 衛星通信過程示意圖,.,.,通常以空間飛行器或通信轉發體為對象的無線電通信稱為空間通信(宇宙通信)，它包括三種形式： (1)地球站與空間站之間的通信； (2)各空間站之間的通信； (3)通過空間站的轉發或反射進行的各地球站之間的通信。 把第三種形式的空間通信稱為衛星通信，這里說的地球站是指設在地球表面(包括地面、海洋或大氣層)的通信站。,.,2、對地靜止衛星： 相對于地球表面上的任一點，衛星的位置保持固定不變。,1、對地非靜止衛星： 相對于地球表面上的任一點，衛星的位置不斷地變化。又稱運動衛星。,幾個概念,.,靜止軌道必須具備以下三個條

4、件：,衛星繞地球公轉的方向和周期與地球自轉的方向和周期相同(T=23:56:4.09)； 軌道面與赤道面重合； 軌道是圓軌道。,注意：靜止衛星與同步衛星的區別,.,（自然靜止軌道：以地心為圓心，半徑為42164.6公里，運行方向與地球自轉方向一致）,在理想情況下，衛星入軌后，無需再為克服地心引力而消耗能量，故稱之為“自然的”。（地球半徑為6378公里，則衛星距離地面的高度為35786公里）,其軌道稱為對地靜止軌道，對地靜止軌道有自然的和人工的兩種。,.,近年來，為了克服衛星通信傳輸時延長的缺點，有人提出了低高度的人工對地靜止通信衛星的設想，在地面上不斷地向衛星發射激光或微波能量，以供給衛星用以

5、克服地心的引力，保持衛星正常運轉。,.,3、上行鏈路：從地球站發射信號到通信衛星所經過的通信路徑。 4、下行鏈路指通信衛星將信號轉發到其它地球站的通信路徑。,當衛星運行軌道較高時，相距較遠的兩個地球站可同時“看”到衛星，這樣就可采用立即轉發方式。,只用一顆衛星就能實現立即轉發通信，這種系統稱為立即轉發式衛星通信系統。,.,當衛星運行軌道較低時，相距較遠的兩個地球站不能同時“看”到同一顆通信衛星，若采用立即轉發方式，就必須利用多顆衛星轉發，才能進行遠距離實時通信，其通信鏈路會增加同軌道通信衛星的星間鏈路(Inter Satellite Links，ISL)或不同軌道通信衛星的星際鏈路(Inter

6、-Or bitLinks，IOL)，這種系統就是通常所說的低軌道移動衛星通信系統。否則，就只能采用延遲轉發方式進行通信，這種系統則稱為延遲式衛星通信系統。,.,1.1.2 衛星通信的特點 優點： （1）通信距離遠，且費用與通信距離無關。 （2）覆蓋面積大，可進行多址通信。 （3）通信頻帶寬，傳輸容量大。 （4）機動靈活。 （5）通信鏈路穩定可靠，傳輸質量高。,.,局限性： （1）通信衛星使用壽命較短。 *部件故障導致的不可修復 *推進劑攜帶量有限 控制衛星入軌 推進劑的應用 軌道位置保持 姿態保持 （2）存在日凌中斷和 星蝕現象。,圖1-4 靜止衛星的日凌中斷和星蝕現象,.,靜止衛星的星蝕,衛

7、星、地球、太陽共處在一條直線上，且地球擋住了陽光, 靜止衛星處于地球的陰影區，導致衛星上的太陽能電池無法正常工作。,.,星蝕現象發生在每年春分和秋分前后各23天，每天當衛星星下點進入當地時間午夜前后。,春分,秋分,.,靜止衛星的日凌中斷,衛星處在太陽與地球之間，地球站的天線對準衛星的同時，也對準了太陽，這樣大量的太陽噪聲進入地球站接收設備，導致通信中斷。,.,春分,秋分,日凌中斷現象發生在每年春分和秋分前后，當衛星星下點進入當地時間中午前后。,.,（3）電波的傳播時延較大且存在回波干擾。 （4）衛星通信系統技術復雜。 （5）靜止衛星通信在地球高緯度地區通信效果不好，并且兩極地區為通信盲區。,.

8、,1.1.3 衛星通信系統的組成和分類 1.衛星通信系統的組成 衛星通信系統通常由通信衛星、通信地球站分系統、跟蹤遙測及指令分系統，以及監控管理分系統四部分組成。,圖1-5 衛星通信系統的組成,.,(1)通信衛星：由一顆或多顆通信衛星組成，在空中對發來的信號起中繼放大和轉發作用。每顆通信衛星均包括收發天線、通信轉發器、跟蹤遙測指令、控制和電源等分系統。 (2)通信地球站分系統：包括地球站和通信業務控制中心，其中有天饋設備、發射機、接收機、信道終端、跟蹤與伺服系統等。 (3)跟蹤遙測及指令分系統：其作用是對衛星進行跟蹤測量，控制衛星準確地進入靜止軌道上的指定位置，并對衛星的軌道、位置、姿態進行監

9、視和校正。 (4)監控管理分系統：其作用是對在軌道上的衛星的通信性能及參數進行業務開通前的監測和業務開通后的例行監測與控制，其中包括轉發器功率、天線增益、地球發射功率、射頻頻率和帶寬等，以保證通信衛星正常運行和工作。,.,系統組成另一種說法 衛星通信系統的組成還可以分為空間段、地面段和用戶段三部分。,空間段 主要是衛星本身。星體包括兩大子系統： 有效載荷天線分系統、通信分系統(轉發器) 空間平臺遙測指令分系統、控制分系統和電源分系統等 地面段(地球站群) 典型的地面段即地球站，通信地球站由天線饋線設備、發射設備、接收設備、信道終端設備等組成。還包括監控中心：地面衛星控制中心（SCC, Sate

10、llite control center）及其跟蹤、遙測和指令站（TT&C, Tracking, telemetry and command station）。 用戶段：各種用戶終端,.,監控中心 監控管理分系統對在軌衛星的通信性能及參數進行業務開通前的監測和業務開通后的例行監測和控制，以保證通信衛星的正常運行和工作； 跟蹤遙測及指令分系統對衛星進行跟蹤測量，控制其準確進入靜止軌道上的指定位置，并對在軌衛星的軌道、位置及姿態進行監視和校正。,.,(3)控制段：由所有地面控制和管理設施組成，它既包括用于監測和控制(跟蹤遙測及指令系統)這些衛星的地球站，又包括用于業務與星上資源管理的地球站。,(1

11、)空間段：包括通信系統中所有的處在地球外層空間的衛星，其作用是在空中對地面或其它衛星發來的信號起中繼放大和轉發作用。 (2)地面段：主要由多個承擔不同業務的地球站組成，它們按照業務類型，大致分為用戶站(如手機、便攜設備、移動站和小口徑終端VSAT，可以直接連接到空間段)、接口站(又稱關口站，它將空間段與地面網絡互連)和服務站(如樞紐站和饋送站，它通過空間段從用戶處收集信息或向用戶分發信息)。,.,衛星通信系統組成,空間段：轉發無線電信號，要求放大，且盡量無失真，無噪聲； 地面段：放大、發射、接收信號等； 監控中心：保證通信衛星正常運轉，通信網絡正常工作，對地球站的方向圖、功率和頻率進行監測。,.,空間段,.,地面段,.,用戶段,.,補充： 衛星通信系統工作方式,單跳工作方式(只經衛星一次轉發) 雙跳工作方式及示意圖(經衛星兩次轉發) 雙星雙跳 單星雙跳,.,衛星通信系統工作方式,A: 用于國際通信，兩個地球站看不到同一顆衛星，傳輸時延大； B: 用于星形網，平時不通信，需要時進行通信，不允許國內話音通信，用于數據通信。,.,2.衛星通信系統的分類 歸納起來可以從不同角度進行分類： (1)按照衛星制式，分為隨機、相位和靜止3類衛星通信系統； (2)按通信覆蓋區的范圍，分為國際、國內和區域3類衛星通信系統； (3)按用戶性質，分為公用(商用)、專用和軍用3類衛星通信系統； (4)按業