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1、第四章第四章 卫卫 星星 通通 信信 系系 统统 卫星通信系统课件l4.1 概述概述l4.2 卫星通信定义卫星通信定义l4.3 通信卫星的轨道通信卫星的轨道l4.4 同步静止轨道卫星同步静止轨道卫星l4.5 卫星通信的发展概况卫星通信的发展概况l4.6 卫星通信的特点卫星通信的特点l4.7 卫星通信的应用范围卫星通信的应用范围l4.8 卫星通信系统卫星通信系统l4.9 卫星通信卫星通信工作波段工作波段l4.10 星蚀、日凌中断及传输时延星蚀、日凌中断及传输时延卫星通信系统课件4.1 概述为了增加地面通信距离，采用中继接力的方法可以部分克服地球曲率对电波传播的阻挡，使点对点的通信距离加大。通信距
2、离与天线架高有关，微波中继通信是视距通信，中继接力的距离为50km，若进行长距离如18101 km通信，则需要设置360个中继站，造价高、维护不便、而且经过多次转发后信号质量会受到较大的影响。随着航天技术的发展，人们必然想把中继通信站放到距离地面很高的卫星上，并使天线对准地球表面，由于视野十分开阔，便可达到地面接力无法达到的“中继”效果。由此引入一种新的中继通信方式-卫星通信。卫星通信系统课件4.2 卫星通信定义卫星通信，简单的说就是地球上（包括地面、水面和低层大气中）的无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站转发或反射无线电波，以此来实现两个或多个地球站之间通信的一种通信方式。它是一种无线通信
3、方式，可以承载多种通信业务，是当今社会重要的通信手段之一。 卫星通信系统课件卫星通信系统课件4.3 通信卫星的轨道卫星运行的轨迹和趋势称为卫星运行轨道；其轨道近似于椭圆或圆形，地心就处在椭圆的一个焦点或圆心上，按照轨道平面与赤道平面的夹角i（轨道倾角）的不同，地球卫星的轨道有赤道轨道（i=0）、极轨道（i=90）、倾斜轨道（0i90）之分。卫星通信系统课件4.4 同步静止轨道卫星卫星运行轨道处于地球赤道平面内，运行方向与地球自转方向一致，绕地球一圈的时间与地球自转一周的时间相同（24小时）的卫星称为同步静止轨道卫星（此时卫星距地面高度为35785.6公里）。从地面看卫星是“静止”不动的，即地面
4、上各点与卫星之间的相对位置不变，因此称之为静止轨道卫星（同步卫星）。卫星通信系统课件 静止卫星距赤道的高度为35786km，从卫星向地球引两条切线，切线夹角为17.34，两切点的弧线距18101km（此为每颗卫星可以通信的最远距离）。若以120的等间隔在静止轨道上配置3颗静止卫星，则卫星至地球覆盖边缘的最远距离41756km，卫星与卫星之间的空间距离为73511km，地球赤道上的直径约12740km，则在地球表面除两级地区未被卫星波束覆盖外，其他地区均在覆盖范围内，而且其中一部分地区还是两个静止卫星天线波束覆盖的重叠区域，借助于重叠区域内地球站的中继，便可实现在不同卫星覆盖区的地球站的通信。这
5、样，利用3颗等间隔配置的静止卫星就可以实现全球通信。卫星通信系统课件 利用静止卫星建立全球通信示意图卫星通信系统课件4 4. .5 5 卫星通信的发展概况卫星通信的发展概况19451945年五月英国人阿瑟克拉克提出关于静止卫星的设想。年五月英国人阿瑟克拉克提出关于静止卫星的设想。1954-1964 1954-1964 卫星通信试验，卫星通信试验，19571957年年1010月月4 4日苏联发射了第一颗人造卫星，日苏联发射了第一颗人造卫星，19631963年年7 7月美国发射了第一颗地球同步卫星，他们都进行了卫星通信试验。月美国发射了第一颗地球同步卫星，他们都进行了卫星通信试验。19651965
6、年国际通信卫星组织的年国际通信卫星组织的IS-1IS-1（国际通信卫星）发射，卫星通信进（国际通信卫星）发射，卫星通信进入实用阶段。入实用阶段。我国于我国于19701970年年4 4月月2424日，成功地发射了自行研制的东方红一号卫星，日，成功地发射了自行研制的东方红一号卫星，19841984年年4 4月发射了我国第一颗同步通信卫星东方红二号，月发射了我国第一颗同步通信卫星东方红二号，19971997年年5 5月月1212日月发射了我国第一颗三轴稳定的同步通信卫星东方红三号。日月发射了我国第一颗三轴稳定的同步通信卫星东方红三号。卫星通信系统课件我国自我国自19721972年开始运行卫星通信业务
7、，目前全球共有地球同步年开始运行卫星通信业务，目前全球共有地球同步静止轨道卫星约静止轨道卫星约210210颗。中国的卫星通信经过近三十年的发展，颗。中国的卫星通信经过近三十年的发展，从无到有，已经初具规模，但是发展速度仍比较缓慢。注册的从无到有，已经初具规模，但是发展速度仍比较缓慢。注册的卫星运营公司已有中国通信广播卫星公司、中国东方通信卫星卫星运营公司已有中国通信广播卫星公司、中国东方通信卫星有限责任公司、鑫诺卫星通信有限公司、亚洲卫星通信有限公有限责任公司、鑫诺卫星通信有限公司、亚洲卫星通信有限公司、亚太卫星控股有限公司五家（在大陆注册三家），共拥有司、亚太卫星控股有限公司五家（在大陆注册
8、三家），共拥有1010颗卫星颗卫星, 342, 342个转发器单元（个转发器单元（C C波段波段236236个、个、KuKu波段波段106106个，均个，均已折合至每转发器已折合至每转发器36MHz36MHz带宽）。其业务已覆盖到亚洲大部分地带宽）。其业务已覆盖到亚洲大部分地区和欧洲部分地区。区和欧洲部分地区。卫星通信系统课件4 4. .6 6 卫星通信的特点卫星通信的特点卫星通信的优点卫星通信的优点1、通信距离远，覆盖面积大；、通信距离远，覆盖面积大；2、便于实现多址连接通信；、便于实现多址连接通信；3、通信频带宽，传输容量大；、通信频带宽，传输容量大；4、机动灵活；、机动灵活；5、通信线路
9、稳定可靠，传输质量高；、通信线路稳定可靠，传输质量高；6、成本与通信距离无关、成本与通信距离无关；卫星通信系统课件卫星通信的缺点1、要有高可靠和长寿命的通信卫星；2、卫星的发射与控制技术比较复杂；3、卫星通信具有较大的信号传输延迟和回声干扰；4、存在星蚀和日凌中断现象。 卫星通信系统课件4 4. .7 7 卫星通信的应用范围卫星通信的应用范围 卫星通信的应用范围很广，涉及长途电话、传卫星通信的应用范围很广，涉及长途电话、传真、电视广播、娱乐、计算机联网、电视会议、真、电视广播、娱乐、计算机联网、电视会议、电话会议、交互型远程教育、医疗数据、应急业电话会议、交互型远程教育、医疗数据、应急业务、新
10、闻广播、交通信息、船舶、飞机的航行数务、新闻广播、交通信息、船舶、飞机的航行数据及军事通信等。据及军事通信等。 目前国内公众卫星通信网的干线已有目前国内公众卫星通信网的干线已有3737个大型个大型C C波段地球站，运行着波段地球站，运行着3 3万万5 5千条双向电路（占国内千条双向电路（占国内长途电路的长途电路的5656），另有），另有4 4个试验地球站和约个试验地球站和约3030台移动卫星通信车载站工作在台移动卫星通信车载站工作在KuKu波段。波段。卫星通信系统课件 国际通信方面我国运营国际通信方面我国运营1515座国际通信卫星地球站，开通了座国际通信卫星地球站，开通了约约1 1万万3 3千
11、条双向电路（占国际长途电路的千条双向电路（占国际长途电路的26%26%）。中国通信广播）。中国通信广播卫星公司等具有国际点对点业务许可的单位开通了卫星公司等具有国际点对点业务许可的单位开通了150200150200条国条国际双向际双向VSATVSAT电路。公众通信约使用电路。公众通信约使用5050个转发器个转发器 。 我国已有中央电视台的我国已有中央电视台的1212套节目，中央人民广播电台和国套节目，中央人民广播电台和国际台的际台的3232路声音广播节目，以及路声音广播节目，以及3131个省、自治区、直辖市的广个省、自治区、直辖市的广播电视节目均通过通信卫星向全国传送。目前我国广播电视节播电视
12、节目均通过通信卫星向全国传送。目前我国广播电视节目共使用了目共使用了1111颗通信卫星（亚太颗通信卫星（亚太1A1A、亚洲、亚洲2 2号、亚洲号、亚洲3S3S、鑫诺、鑫诺1 1号、亚太号、亚太2R2R、泛美、泛美3R3R号、泛美号、泛美8 8号、泛美号、泛美9 9号、泛美号、泛美3R3R号、泛美号、泛美1010号、银河号、银河3R3R和热鸟和热鸟3 3号）的号）的3232个转发器。个转发器。卫星通信系统课件 VSAT(Very Small Aperture Terminal )于于20世纪世纪80年代最先在美国兴起，发展速度很快，是年代最先在美国兴起，发展速度很快，是30多年来多年来卫星通信技
13、术的转折性发展。卫星通信技术的转折性发展。VSAT系统有两种类型，系统有两种类型，一种是双向一种是双向VSAT系统，它由中心站控制许多系统，它由中心站控制许多VSAT终终端来提供数据传输、语音和传真等业务；另一种是单端来提供数据传输、语音和传真等业务；另一种是单向向VSAT系统，在这种系统中，图像和数据等信号从系统，在这种系统中，图像和数据等信号从中心站传输到许多单收中心站传输到许多单收VSAT终端。终端。 VSAT是一种天线口径很小的卫星通信地球站，又是一种天线口径很小的卫星通信地球站，又称微型地球站或小型地球站。其特点是天线直径很小称微型地球站或小型地球站。其特点是天线直径很小(一般为一般
14、为0.3-2.4米米)，设备结构紧凑、固体化、智能化、，设备结构紧凑、固体化、智能化、价格便宜、安装方便、对使用环境要求不高，且不受价格便宜、安装方便、对使用环境要求不高，且不受地面网络的限制，组网灵活。地面网络的限制，组网灵活。卫星通信系统课件 我国已建成的广播电视卫星地球站共31座，地面卫星收转台站52万多座。与1985年上卫星时相比，我国广播电视人口覆盖率已由68.3%和68.4%上升为2001年底的92.9%和94.1%。 卫星通信系统课件4 4. .8 8 卫星通信系统卫星通信系统 卫星通信系统的重要组成部分是通信卫星和各种卫卫星通信系统的重要组成部分是通信卫星和各种卫星通信地球站，
15、了解它们的组成结构是掌握卫星通信星通信地球站，了解它们的组成结构是掌握卫星通信系统的基础。系统的基础。1、卫星通信系统的组成及工作过程、卫星通信系统的组成及工作过程（1）组成）组成 卫星通信系统是一个非常复杂的系统，它由地面部卫星通信系统是一个非常复杂的系统，它由地面部分和空间部分组成。主要包括：通信地球站分系统、分和空间部分组成。主要包括：通信地球站分系统、跟踪遥测指令分系统、监控管理分系统及空间分系统跟踪遥测指令分系统、监控管理分系统及空间分系统共共4大部分，如图所示。大部分，如图所示。 卫星通信系统课件卫星通信系统课件 空间分系统空间分系统是卫星通信的核心，是卫星通信的核心，即通信卫星即
16、通信卫星，起无线电中继站作用，主体是通信装置，包括一起无线电中继站作用，主体是通信装置，包括一个或多个转发器（微波收、发信机）和天线，保个或多个转发器（微波收、发信机）和天线，保障部分星体上的遥测指令、控制系统和能源装置障部分星体上的遥测指令、控制系统和能源装置等等。 监控管理分系统监控管理分系统，也称为监控中心，也称为监控中心，主要负责主要负责对定点的卫星在业务开通前、后进行通信性能的对定点的卫星在业务开通前、后进行通信性能的监测和控制（如对转发器功率、卫星天线增益、监测和控制（如对转发器功率、卫星天线增益、各地球站发射功率、带宽等参数进行监控）各地球站发射功率、带宽等参数进行监控）。卫星通
17、信系统课件跟踪遥测指令分系统跟踪遥测指令分系统 跟踪遥测指令分系统负责对卫星进行跟踪测量，跟踪遥测指令分系统负责对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置；定期对控制其准确进入静止轨道上的指定位置；定期对卫星进行轨道修正和位置保持卫星进行轨道修正和位置保持。通信通信地球站地球站分系统分系统 地球站是微波无线电收、发信台（站），用户地球站是微波无线电收、发信台（站），用户通过他们接入卫星线路。主要包括：天线、发射通过他们接入卫星线路。主要包括：天线、发射设备、功率放大器、接收设备、信道终端设备、设备、功率放大器、接收设备、信道终端设备、跟踪跟踪/伺服设备以及电源设备等等。伺服设备以及
18、电源设备等等。卫星通信系统课件（2 2）工作过程）工作过程在一个卫星通信系统中，各地球站经过卫在一个卫星通信系统中，各地球站经过卫星的转发可以组成多条卫星通信线路。整星的转发可以组成多条卫星通信线路。整个系统的全部通信任务就是利用这些线路个系统的全部通信任务就是利用这些线路分别完成的，在卫星通信线路中，通常把分别完成的，在卫星通信线路中，通常把从发信地球站到卫星这一段称为上行线路从发信地球站到卫星这一段称为上行线路（或称上行链路）。从卫星到收信地球这（或称上行链路）。从卫星到收信地球这一段称为下行线路（或称下行链路）。两一段称为下行线路（或称下行链路）。两者合起来就构成一条最简单的单工线路，者
19、合起来就构成一条最简单的单工线路，如图所示。如图所示。卫星通信系统课件卫星通信系统课件4.9 卫星通信工作频段卫星通信工作频段 1、卫星卫星工作频段工作频段 卫星通信使用的频率范围选在微波波段是最合适的。且必须高于卫星通信使用的频率范围选在微波波段是最合适的。且必须高于100MHz，以便不受电离层的吸收和衰减影响。世界无线电行政会议规定，卫星通，以便不受电离层的吸收和衰减影响。世界无线电行政会议规定，卫星通信的使用频段为信的使用频段为136MHZ-275GHZ。中间有许多频段被其他领域使用，如。中间有许多频段被其他领域使用，如航天、移动、广播、海上等。目前，大多数卫星选择频段如下：航天、移动、
20、广播、海上等。目前，大多数卫星选择频段如下： （1）C波波段（段（3.4-6.65GHz）星系、卫星通信、远星、通信卫星、星际卫星星系、卫星通信、远星、通信卫星、星际卫星等（电视、电话、视频会议）等（电视、电话、视频会议） （2）Ku波波段段(10.95-18GHz) 全球星（电视、直接广播、太空站）全球星（电视、直接广播、太空站） （3）Ka波波段段(18-40GHz) 高级通信技术卫星（移动电话）高级通信技术卫星（移动电话） （4）L波波段段(1.12-2.6GHz)大型低轨道地球卫星大型低轨道地球卫星 （5）VHF波段（波段（136-137MHz和和148MHz）低轨道地球气象卫星）低轨
21、道地球气象卫星 （6）UHF波段（波段（200-400MHz）轨道通信卫星（航空对空通信和移动通信）轨道通信卫星（航空对空通信和移动通信） 卫星通信系统课件2、 C波段与Ku波段比较C C波段波段Ku Ku 波段波段资源较丰富资源较丰富易受地面干扰易受地面干扰天线口径较大天线口径较大不受天气影响不受天气影响资源较为紧张资源较为紧张不易受到干扰不易受到干扰天线口径较小天线口径较小在地球站和天线一定时波束较窄在地球站和天线一定时波束较窄在浓云、密雾、暴雨等恶劣天气情况下，在浓云、密雾、暴雨等恶劣天气情况下，信号损耗较大信号损耗较大卫星通信系统课件4 4. .1010 星蚀、日凌中断及传输时延星蚀、
22、日凌中断及传输时延1 1、 星蚀星蚀所有静止卫星在每年春分和秋分前后各所有静止卫星在每年春分和秋分前后各2323天中，当星下点天中，当星下点（卫星与地心连线同地球表面的交点）进入当地时间午夜前（卫星与地心连线同地球表面的交点）进入当地时间午夜前后，卫星、地球和太阳共处在一条直线上，卫星进入地球阴后，卫星、地球和太阳共处在一条直线上，卫星进入地球阴影区而造成星蚀；此时一般靠星载蓄电池来供给能源。卫星影区而造成星蚀；此时一般靠星载蓄电池来供给能源。卫星位置西移位置西移11，星蚀开始时间可推迟，星蚀开始时间可推迟4 4分钟，东移分钟，东移11则可提前则可提前4 4分钟。分钟。卫星通信系统课件2 2、
23、 日凌中断日凌中断 在每年春分秋分前后，当卫星星下点进入当地中午前后在每年春分秋分前后，当卫星星下点进入当地中午前后时，卫星处在太阳和地球中间，天线在对准卫星的同时也会时，卫星处在太阳和地球中间，天线在对准卫星的同时也会对准太阳，会因接收到强大的太阳热噪声而使通信无法进行，对准太阳，会因接收到强大的太阳热噪声而使通信无法进行，称为日凌中断（每次延续约称为日凌中断（每次延续约6 6天）；月亮也会引起类似问题，天）；月亮也会引起类似问题，但其噪声比太阳小的多，不会造成中断。每天出现中断的最但其噪声比太阳小的多，不会造成中断。每天出现中断的最长时间与天线口径、工作频率有关。长时间与天线口径、工作频率
24、有关。卫星通信系统课件卫星通信系统课件3 3、 传输时延传输时延 一条单跳的卫星通信线路，由发送端到接收端的单程传输一条单跳的卫星通信线路，由发送端到接收端的单程传输时延为：时延为： t= t=上行下行空间传输路径距离和上行下行空间传输路径距离和/C/C（其中：（其中：C C为电波在自为电波在自由空间的传播速度）由空间的传播速度） 当卫星为静止卫星时，空间传输距离和最小为当卫星为静止卫星时，空间传输距离和最小为35786.635786.6公公里，最大为里，最大为41679.441679.4公里，一般取公里，一般取4000040000公里的约值公里的约值 单程时延一般取单程时延一般取0.270.27秒，双程取秒，双程取0.540.54秒秒卫星通信系统课件卫星广播（satellite broadcasting）利用广播卫星向地面转播电视或声音广播信号，供一般公众直接接收的广播方式。自从1963年7月美国发射成功世界上第1颗同步通信卫星“同步号”后，卫星通信得到很快发展。到20世纪70年代中期，各国开始发射实验用的广播卫星。到80年代卫星广播进入实用阶段。卫星通信系统课件 谢谢大家！谢谢大家！卫星通信系统课件
