卫星通信基础知识.

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1、新疆长长途传输传输 局 卫星通信培训班 新疆长长途传输传输 局 培训内容 卫星通信的基本原理 常用的卫星通信方式简介 系统组成及MODEM的功能简介 上下变频器的原理及功能简介 高功率放大器的原理及功能简介 天线及伺服系统的原理及功能简介 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的基本原理 什么是卫星通信? 卫星通信，简单地说，就是地球上（包括地面、水面 和低层大气中）无线电通信站之间利用人造卫星作中 继站而进行的通信，它覆盖面积大、不受地理条件的 限制、通信频带宽、容量大、机动灵活，因而在国际 和国内通信领域中，成为不可缺少的通信手段。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信示 意图 新疆长长途传输传输

2、局 卫星通信系统的分类 新疆长长途传输传输 局 卫星通信系统的分类 新疆长长途传输传输 局 卫星通信系统的分类 新疆长长途传输传输 局 卫星通信发展 概况 1945年，英国的阿瑟.克拉克在无线电杂志上发表了地球 外的中继站一文，最先对利用静止卫星进行通信提出了科学 的设想。 卫星通信的发展过程，大致经历了两个阶段： 1、卫星通信的实验阶段(19541964):A:无源卫星通信实验。 B:有源卫星通信实验。i:低轨道迟延式实验通信卫星。Ii：中、高 度轨道实验通信卫星。Iii同步轨道实验通信卫星。 2：卫星通信的实用与提高阶段(1965). 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的基本原理 静止卫星：

3、如果卫星的轨道是圆 形且在赤道轨道上，卫星离地面 约35860km时，其飞行的方向与 地球自转的方向相同，则从地面 上任何一点看去，卫星都是“静止” 不动的，这种对地静止的同步卫星 简称为静止卫星。 利用静止卫星作为中继站的通信 系统，称为静止卫星通信系统。 地球卫星的轨道 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的 特点 1、通信范围大，三颗同步卫星即可覆盖全球（除两极外）。只 要在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进 行通信。 2、不易受陆地灾害的影响（可靠性高）。 3、只要设置地球站，电路即可开通（开通电路迅速）。 4、同时可在多处接收，能经济地实现广播、多址通信（多址特 点）。

4、5、电路设置非常灵活，可随时分散过于集中的话务量。 6、同一信道可用于不同方向或不同区间（多址联接）。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信频段和频率 再用 适用于宇宙通信的频段为1GHZ 10GHZ，这频段一般称为 无线电窗口。 根据无线电规则分配的频率，目前大多数卫星固定业务使用 6/4GHZ频段（C频段）。同时，因采用了相应的降雨补 偿措施，14/12GHZ频段(Ku频段)也开始使用。目前， 一些国家和国际组织也在加紧Ka频段（30/20GHZ）的 开发与利用。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信 频段 新疆长长途传输传输 局 卫星通信 频段 C频段 ：上行频率：5925- 6425MHZ 下

5、行频率：3700 - 4200MHZ 带 宽：500M Ku频段：上行频率：14.0 - 14.5GHZ 下行频率：10.95 - 11.20GHZ 11.45 - 11.70GHZ 带 宽：500M 新疆长长途传输传输 局 影响静止卫星通信的因素 n摄动：在地球卫星轨道上运行的卫星除了受到地球的引 力，还受到其他一些次要因素的影响，使卫星实际的运 行轨道逐渐偏离确定的理想运行轨道，这就是所谓的摄 动。 n其他原因：如地球引力的不均匀，地球大气层的阻力和 太阳辐射压力等。 新疆长长途传输传输 局 影响静止卫星通信的因素 星蚀：在每年的春分和秋分前后 各23天中，静止卫星和地心的连 线在地球表面

6、的交点(称为星下点) 进入当地的午夜时间前后，太阳、 地球和卫星处在一条直线上，此时 卫星进入地球的阴影区，即地球挡 住了照射到太阳上的阳光，发生了 卫星的日蚀，这就是星蚀。 静止卫星发生星 蚀和日凌中断的原理 新疆长长途传输传输 局 影响静止卫星通信的因素 日凌中断：每年春分和秋分前后， 在静止卫星星下点进入当地中午 前后的一段时间里，卫星处于太 阳与地球之间。地球站天线在对 准卫星的同时也会对准太阳，这 时强大的太阳噪声使通信无法进 行，这种现象通常称为日凌中断。 静止卫星发生星 蚀和日凌中断的原理 新疆长长途传输传输 局 影响静止卫星通信的因素 圆形倾斜轨道同步卫星视在位置的日漂移 新疆

7、长长途传输传输 局 影响静止卫星通信的因素 n轨道平面的倾斜效应和位置控制 当静止卫星因某种原因发生相对于赤道平面向上或向下一个 固定的偏离值时，必然形成卫星轨道的倾角不为0，于是卫星 的视在位置或星下点就不再固定，这就是所谓的倾斜效应。 由于倾斜效应的存在，同步卫星的视在位置和星下点的每日漂移 轨迹就成为一个两圈高、宽不等的“8”字形。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的传输时延和回波 干扰 时延：指信号在传输过程中所产生的时间延迟。 单跳：任意两个在同一卫星覆盖区域内的地球站经静止卫 星一次转接的通信为单跳。传输时间为0.54s 卫星通信的缺点之一是：传输时延大。传输时延大会产生2 个问题

8、：1、传输电话信号时，会使双方通话重叠而使通 话者觉得很不习惯；2、会出现回波干扰。 回波的抑制和抵消：回波抑制器 回波抵消器 新疆长长途传输传输 局 通信卫星系统的 组成 n主要由控制分系统、通信分系统、遥测指令分系统、电源分 系统、和温控分系统组成。 n通信分系统由天线和转发器两大部分。 n通信天线分为三种：覆球波束天线、点波束天线、赋形波束 天线。 新疆长长途传输传输 局 通信卫星系统的 组成 转发器 n装在卫星上的收、发系统称为转发器，它的作用是 ，接受由各地面站发来的信号，经变换频率和放大 后，再发给各收端站。它主要是由天线、接收设备 、发射设备和双工器组成。 新疆长长途传输传输 局

9、 卫星通信的频率再 用 n波束分割频率再用。利用卫星上不同波束方向的天线，实 现频率再用，比如采用所谓半球波束，分别服务于东、西 两个覆盖区，或采用所谓区域波束，分别服务于不同区域 。 n极化分割频率再用。利用两个相互正交的极化波在同一频 率、同一时间传送两组独立的信号，相互之间没有干扰。 不同覆盖区域内的两个正交极化波的利用，可实现双重频 率再用。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的应用 领域 n国家公众通信 电视广播 海 事 气 象 国 防 n信息高速公路 远程医疗 电子商务 金融 远程教育 n电 视 会 议 电脑直联 政府上网 工程 农村电 话 新疆长长途传输传输 局 我国的通信 卫星

10、n1984年4月8号，我国发射第一颗实验静止通信卫星。 n1986年2月1日，我国发射成功第一颗实用静止通信卫星。 n1988年1990年，我国相继发生3颗经过改进的实用通信卫 星，分别定点于87.5度E、110.5度E、98度E的赤道上空。 87.5度E称为中卫一号。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信系统的 组成 地面站 基本地球站系统 基带输出 基带输入 LNA D/C 基带处理 HP U/C 馈源 接口 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术 简介 调制解调技术:通常把用高频信号去携带低频信号的过程叫调制 ；其反过程叫解调。 调制分为：模拟调制和数字调制。目前所采用的调制方式一般 为

11、数字调制方式。基本类型分为幅度调制、相位调制和频率 调制3种。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术 简介 调幅：即幅度调制。这种调制方式使载波（被调制的波）的幅度 随着信息信号幅度的变化而变化，从而达到传送信息的目的。 调频：即频率调制。它使载波（被调制的波）的频率随着信息信 号频率的变化而变化。 调相：即相位调制。它使载波（被调制的波）的幅度保持不变， 而它的相位随着信息信号幅度的变化而变化。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术简 介 Data ASK PSK FSK 11111 000000 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术简介 n数字卫星通信的基本调制方式是移幅

12、键控（ASK），相 移键控（PSK）和频移键控（FSK）。在数字通信中， 目前多采用移相键控（PSK）调制方式 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术简 介 QPSK调制：四相相对移相调制 利用载波的四种不同的相位变化（01-/4、 00-3/4、 10-5/4和11-7/4）来表征数字信息。 调制的产生办法：调相法 相位选择法 OK-QPSK：理想的QPSK调制方式，它是使已调载波的最大相位变 化为/2的一种调制方式。 MSK调制方式：最小相移键控方式。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术 简介 n差错控制及扰码 差错控制技术：自动要求重发（ARQ）、前向纠错（FEC）。 前向纠

13、错技术分为两类： 分组码：BCH码 卷积码：分为代数译码和概率译码 概率译码：维特比译码和序列译码 维特比译码：计算速度快，设备简单 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术简介 多路复用：是在同一电信传输系统中传送多路信号的一 项技术。它的基本方法是使多路信号在进入同一条 线路传送之前，使之互不干扰。 目前用的多路复用方式有频分多路复用（FDM）、时 分多路复用（TDM）、码分多路复用（CDM）和空 分多路复用（SDM）方式。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术简介 扰码就是作有规律的随机化处理后的信码。 作用： 1、减少连“0”或连“1”长度，保证接收机能提取到位定时信 号。 2

14、、使加扰后的信号频谱更能适合基带传输。 3、保密通信需要 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术 简介 频分多路复用（FDM）：用“频率分割”方法实现的多路复用。 时分多路复用（TDM）：用“时间分割”方法实现的多路复用 。 码分多路复用（CDM）：利用各路信号码型结构的正交性而实 现的多路复用。 空分多路复用（SDM）：在传输空间上实现多路复用。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术简介 所谓多址技术：指把处于不同地点的多个用户接入一个公共传 输媒质，实现各用户之间通信的技术。 多址技术与信道复用相比：它们都是利用一条信道（卫星通信 线路）同时传输多个信号，其不同点在于多路复用是群

15、频 （基带）信道的复用，多址通信则是射频信道的复用。 n多址方式分为频分多址方式（FDMA）、时分多址方式（ TDMA)、码分多址方式（CDMA）及空分多址方式（ SDMA）。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术 简介 频分多址（FDMA）方式：不同的站占用不同频率的信道进行 通信。早期的移动通信多使用这种方式。 频分多址方式是按频率把各地面站发射的信号，配置在指 定的卫星频带内，而它们的频谱排列是互不重叠的。换句 话说，就是按频率区分站址。 优点：建立通信线路较为方便。 缺点：存在交调干扰。（交叉调制干扰） 交调干扰：放大器件在同时放大多个不同频率的载波信号时， 由于输入、输出的非线

16、性和调幅/调相转换的非线性，都会 在输出信号中产生多种组合频率成分，当这些组合频率与信 号频率重合或部分重合时，就会产生干扰噪声，即交调干扰 。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术简介 时分多址（TDMA）方式：系统内的用户共同使用一个信道， 但占用的时间不同，所以相互之间不会产生干扰。 n时分多址方式就是各地面站发射的信号在通过转发器时是按 时间排列的，即各站信号所占时隙互不重叠。由于这种方 式是按时间分割信号的，因而分给每一地面站的不再是规定 的载波频率，而是一个指定的时隙。换句话说，各地面站的 信号只是在规定的时隙内通过转发器。因此，任何一个时间 都只有一个地面站的载波通过转发器。 新疆长长途传输传输 局 卫星通信的主要技术简介 码分多址（CDMA）方式：给共用一个信道的每个站都分配一 个独特的“码序列”，各用户依靠它来区分。 所谓码分多址方式，它的特点是各地面站所发的信号常常占用 转发器的全部频带，而发射时间是任意的。因此，各站