卫星通信系统整理

《卫星通信系统整理》由会员分享，可在线阅读，更多相关《卫星通信系统整理（12页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、卫星通信技术自20世纪90年代以来，卫星移动通信的迅猛发展推动了天线技术的进步。卫星通信具有 覆盖范围广、通信容量大、传输质量好、组网方便迅速、便于实现全球无缝链接等众多优点， 被认为是建立全球个人通信必不可少的一种重要手段。卫星通信是一种利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波而进行的两个或多个地球站 之间的通信。是由通信卫星和经该卫星连通的地球站两部分组成。静止通信卫星是目前全球卫星通 信系统中最常用的星体，是将通信卫星发射到赤道上空35860公里的高度上，使卫星运转 方向与地球自转方向一致，并使卫星的运转周期正好等于地球的自转周期（24小时），从 而使卫星始终保持同步运行状态。故静止卫星

2、也称为同步卫星。静止卫星天线波束最大覆盖 面可以达到大于地球表面总面积的三分之一。因此，在静止轨道上，只要等间隔地放置三颗 通信卫星，其天线波束就能基本上覆盖整个地球（除两极地区外），实现全球范围的通信。 目前使用的国际通信卫星系统，就是按照上述原理建立起来的，三颗卫星分别位于大西洋、 太平洋和印度洋上空。与其它通信手段相比，卫星通信具有许多优点：一是电波覆盖面积大，通信距离远，可实现多址通信。在卫星波束覆盖区内一跳的通 信距离最远为18000公里。覆盖区内的用户都可通过通信卫星实现多址联接，进行即时通 信。二是传输频带宽，通信容量大。卫星通信一般使用110千兆赫的微波波段，有很宽 的频率范围

3、，可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路，提供每秒几十兆比特甚至每秒一 百多兆比特的中高速数据通道，还可传输好几路电视。三是通信稳定性好、质量高。卫星链路大部分是在大气层以上的宇宙空间，属恒参信 道，传输损耗小，电波传播稳定，不受通信两点间的各种自然环境和人为因素的影响，即便 是在发生磁爆或核爆的情况下，也能维持正常通信。卫星传输的主要缺点是传输时延大。在打卫星电话时不能立刻听到对方回话，需要间 隔一段时间才能听到。其主要原因是无线电波虽在自由空间的传播速度等于光速（每秒30 万公里），但当它从地球站发往同步卫星，又从同步卫星发回接收地球站，这“一上一下”就 需要走8万多公里。打电话时，一问一

4、答无线电波就要往返近16万公里，需传输0.6秒 钟的时间。也就是说，在发话人说完0.6秒钟以后才能听到对方的回音，这种现象称为延 迟效应”。由于“延迟效应”现象的存在，使得打卫星电话往往不象打地面长途电话那样自如方 便。卫星通信是军事通信的重要组成部分。目前，一些发达国家和军事集团利用卫星通信 系统完成的信息传递，约占其军事通信总量的80%。编辑本段卫星通信的主要发展趋势是：充分利用卫星轨道和频率资源，开辟新的工作频段，各种数字务综合传输，发展 移动卫星通信系统。卫星星体向多功能、大容量发展，卫星通信地球站日益小型化，卫星通 信系统的保密性能和抗毁能力进一步提高。卫星通信就是先将信号转换成微波

5、发射到地球同步卫星，而后通过地球同步卫星发射 到转发信号，从而将信号覆盖面扩大，达到信号的传输.一)什么是卫星通信卫星通信是地球上(包括陆地、水面和低层大气中)无线电通信站之 间利用人造卫星作为中继站而进行的空间微波通信，卫星通信是地面微波接力通信的继承和 发展。我们知道微波信号是直接传播的，因此，可以把卫星通信看作是微波中继通信的一种 特例，它只是把中继站放置在空间轨道上。编辑本段卫星通信的特点卫星通信是现代通信技术的重要成果，它是在地面微波通信和空间技术的基础上发展 起来的。与电缆通信、微波中继通信、光纤通信、移动通信等通信方式相比，卫星通信具有 下列特点：(1) 卫星通信覆盖区域大，通信

6、距离远。因为卫星距离地面很远，一颗地球同步卫星便 可覆盖地球表面的1/3,因此，利用3颗适当分布的地球同步卫星即可实现除两极以外的全 球通信。卫星通信是目前远距离越洋电话和电视广播的主要手段。(2) 卫星通信具有多址联接功能。卫星所覆盖区域内的所有地球站都能利用同一卫星进 行相互间的通信，即多址联接。(3) 卫星通信频段宽，容量大。卫星通信采用微波频段，每个卫星上可设置多个转发器， 故通信容量很大。(4)卫星通信机动灵活。地球站的建立不受地理条件的限制，可建在边远 地区、岛屿、汽车、飞机和舰艇上。(5) 卫星通信质量好，可靠性高。卫星通信的电波主要在自由空间传播，噪声小，通信 质量好。就可靠性

7、而言，卫星通信的正常运转率达99.8%以上。(6) 卫星通信的成本与距离无关。地面微波中继系统或电缆载波系统的建设投资和维护 费用都随距离的增加而增加，而卫星通信的地球站至卫星转发器之间并不需要线路投资，因 此，其成本与距离无关。但卫星通信也有不足之处，主要表现在：(1) 传输时延大。在地球同步卫星通信系统中，通信站到同步卫星的距离最大可达 40000km，电磁波以光速(3x108m/s)传输，这样，路经地球站卫星地球站(称为一 个单跳)的传播时间约需0.27s。如果利用卫星通信打电话的话，由于两个站的用户都要经 过卫星，因此，打电话者要听到对方的回答必须额外等待0.54s。(2) 回声效应。

8、在卫星通信中，由于电波来回转播需0.54s，因此产生了讲话之后的“回 声效应”。为了消除这一干扰，卫星电话通信系统中增加了一些设备，专门用于消除或抑制 回声干扰。(3) 存在通信盲区。把地球同步卫星作为通信卫星时，由于地球两极附近区域“看不见” 卫星，因此不能利用地球同步卫星实现对地球两极的通信。(4) 存在日凌中断、星蚀和雨衰现象。卫星通信系统实际上也是一种微波通信，它以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地 面站之间通信，卫星通信的主要目的是实现对地面的“无缝隙”覆盖，由于卫星工作于几百、 几千、甚至上万公里的轨道上，因此覆盖范围远大于一般的移动通信系统。但卫星通信要求 地面设备具有较大的发

9、射功率，因此不易普及使用。概念卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。卫星端在空中起中继站的作用， 即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站，卫星星体又包括两大子系统：星载 设备和卫星母体。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出 入卫星系统形成链路，地面站还包括地面卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站。用户段 即是各种用户终端。在微波频带，整个通信卫星的工作频带约有500MHz宽度，为了便于放大和发射及减 少变调干扰，一般在星上设置若干个转发器。每个转发器被分配一定的工作频带。目前的卫 星通信多采用频分多址技术，不同的地球站占用不同的频率，即采用不同的

10、载波。比较适用 于点对点大容量的通信。近年来，时分多址技术也在卫星通信中得到了较多的应用，即多个 地球站占用同一频带，但占用不同的时隙。与频分多址方式相比，时分多址技术不会产生互 调干扰、不需用上下变频把各地球站信号分开、适合数字通信、可根据业务量的变化按需分 配传输带宽，使实际容量大幅度增加。另一种多址技术是码分多址(CDMA)，即不同的地球 站占用同一频率和同一时间，但利用不同的随机码对信息进行编码来区分不同的地址。 CDMA采用了扩展频谱通信技术，具有抗干扰能力强、有较好的保密通信能力、可灵活调 度传输资源等优点。它比较适合于容量小、分布广、有一定保密要求的系统使用。 编辑本段分类工作轨

11、道按照工作轨道区分，卫星通信系统一般分为以下3类：211、低轨道卫星通信系统(LEO)：距地面5002000Km,传输时延和功耗都比较小，但每颗星的覆盖范围也比较小，典 型系统有Motorola的铱星系统。低轨道卫星通信系统由于卫星轨道低，信号传播时延短， 所以可支持多跳通信；其链路损耗小，可以降低对卫星和用户终端的要求，可以采用微型/ 小型卫星和手持用户终端。但是低轨道卫星系统也为这些优势付出了较大的代价:由于轨道 低，每颗卫星所能覆盖的范围比较小，要构成全球系统需要数十颗卫星，如铱星系统有66 颗卫星、Globalstar有48颗卫星、Teledisc有288颗卫星。同时，由于低轨道卫星的

12、运动 速度快，对于单一用户来说，卫星从地平线升起到再次落到地平线以下的时间较短，所以卫 星间或载波间切换频繁。因此，低轨系统的系统构成和控制复杂、技术风险大、建设成本也 相对较高。212、中轨道卫星通信系统(MEO)：距地面200020000Km,传输时延要大于低轨道卫星，但覆盖范围也更大，典型系统 是国际海事卫星系统。中轨道卫星通信系统可以说是同步卫星系统和低轨道卫星系统的折衷, 中轨道卫星系统兼有这两种方案的优点，同时又在一定程度上克服了这两种方案的不足之处。 中轨道卫星的链路损耗和传播时延都比较小，仍然可采用简单的小型卫星。如果中轨道和低 轨道卫星系统均采用星际链路，当用户进行远距离通信

13、时，中轨道系统信息通过卫星星际链 路子网的时延将比低轨道系统低。而且由于其轨道比低轨道卫星系统高许多，每颗卫星所能 覆盖的范围比低轨道系统大得多，当轨道高度为l0000Km时，每颗卫星可以覆盖地球表面 的23. 5%,因而只要几颗卫星就可以覆盖全球。若有十几颗卫星就可以提供对全球大部分 地区的双重覆盖，这样可以利用分集接收来提高系统的可靠性,同时系统投资要低于低轨道 系统。因此，从一定意义上说，中轨道系统可能是建立全球或区域性卫星移动通信系统较为 优越的方案。当然，如果需要为地面终端提供宽带业务，中轨道系统将存在一定困难,而利 用低轨道卫星系统作为高速的多媒体卫星通信系统的性能要优于中轨道卫星

14、系统。2.1.3、高轨道卫星通信系统(GEO)：距地面35800km,即同步静止轨道。理论上，用三颗高轨道卫星即可以实现全球覆盖。 传统的同步轨道卫星通信系统的技术最为成熟,自从同步卫星被用于通信业务以来，用同步 卫星来建立全球卫星通信系统已经成为了建立卫星通信系统的传统模式。但是，同步卫星有 一个不可克服的障碍，就是较长的传播时延和较大的链路损耗，严重影响到它在某些通信领 域的应用，特别是在卫星移动通信方面的应用。首先，同步卫星轨道高，链路损耗大，对用 户终端接收机性能要求较高。这种系统难于支持手持机直接通过卫星进行通信，或者需要采 用12m以上的星载天线(L波段)，这就对卫星星载通信有效载

15、荷提出了较高的要求，不利于 小卫星技术在移动通信中的使用。其次，由于链路距离长，传播延时大，单跳的传播时延就 会达到数百毫秒，加上语音编码器等的处理时间则单跳时延将进一步增加，当移动用户通过 卫星进行双跳通信时，时延甚至将达到秒级，这是用户、特别是话音通信用户所难以忍受的。 为了避免这种双跳通信就必须采用星上处理使得卫星具有交换功能，但这必将增加卫星的复 杂度，不但增加系统成本，也有一定的技术风险。目前，同步轨道卫星通信系统主要用于VSAT系统、电视信号转发等，较少用于个人 通信。通信范围按照通信范围区分，卫星通信系统可以分为国际通信卫星、区域性通信卫星、国内通 信卫星。用途区分按照用途区分，

16、卫星通信系统可以分为综合业务通信卫星、军事通信卫星、海事通信 卫星、电视直播卫星等。转发能力按照转发能力区分，卫星通信系统可以分为无星上处理能力卫星、有星上处理能力卫 星。编辑本段3.1、下行广播，覆盖范围广：对地面的情况如高山海洋等不敏感，适用于在业务量比 较稀少的地区提供大范围的覆盖，在覆盖区内的任意点均可以进行通信，而且成本与距离无 关；3.2、工作频带宽：可用频段从150MHz30GHz。目前已经开始开发0、v波段（40 50GHz）。ka波段甚至可以支持155Mb可s的数据业务；3.3、通信质量好：卫星通信中电磁波主要在大气层以外传播，电波传播非常稳定。虽 然在大气层内的传播会受到天气的影响，但仍然是一种可靠性很高的通信系统；3.4、网络建设速度快、成本低：除建地面站外，无需地面施工。运行维护费用低；3.5、信号传输时延大：高轨道卫星的双向传输时