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1、第四章 卫 星 通 信 系 统,4.1 概述4.2 卫星通信定义4.3 通信卫星的轨道4.4 同步静止轨道卫星4.5 卫星通信的发展概况4.6 卫星通信的特点4.7 卫星通信的应用范围4.8 卫星通信系统4.9 卫星通信工作波段4.10 星蚀、日凌中断及传输时延,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
2、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。,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。,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
3、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。,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）。,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
4、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。这样，利用3颗等间隔配置的静止卫星就可以实现全球通信。,利用静止卫星建立全球通信示意图,4.5 卫星通信的发展概况,1945年五月英国人阿瑟克拉克提出关于静止卫星的设想。1954-1964 卫星通信试验，1957年10月4日苏联发射了第一颗人造卫星，1963年7月美国发射了第一颗地球同
5、步卫星，他们都进行了卫星通信试验。1965年国际通信卫星组织的IS-1（国际通信卫星）发射，卫星通信进入实用阶段。我国于1970年4月24日，成功地发射了自行研制的东方红一号卫星，1984年4月发射了我国第一颗同步通信卫星东方红二号，1997年5月12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。,我国自1972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210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司、亚太卫星控
6、股有限公司五家（在大陆注册三家），共拥有10颗卫星,342个转发器单元（C波段236个、Ku波段106个，均已折合至每转发器36MHz带宽）。其业务已覆盖到亚洲大部分地区和欧洲部分地区。,4.6 卫星通信的特点,卫星通信的优点1、通信距离远，覆盖面积大；2、便于实现多址连接通信；3、通信频带宽，传输容量大；4、机动灵活；5、通信线路稳定可靠，传输质量高；6、成本与通信距离无关；,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。,4.7 卫星通信的应用范围,卫星通信的应用范围很广，涉及长途
7、电话、传真、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、应急业务、新闻广播、交通信息、船舶、飞机的航行数据及军事通信等。目前国内公众卫星通信网的干线已有37个大型C波段地球站，运行着3万5千条双向电路（占国内长途电路的56），另有4个试验地球站和约30台移动卫星通信车载站工作在Ku波段。,国际通信方面我国运营15座国际通信卫星地球站，开通了约1万3千条双向电路（占国际长途电路的26%）。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150200条国际双向VSAT电路。公众通信约使用50个转发器。我国已有中央电视台的12套节目，中央人民广播电台和国际台的3
8、2路声音广播节目，以及31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目共使用了11颗通信卫星（亚太1A、亚洲2号、亚洲3S、鑫诺1号、亚太2R、泛美3R号、泛美8号、泛美9号、泛美3R号、泛美10号、银河3R和热鸟3号）的32个转发器。,VSAT(Very Small Aperture Terminal)于20世纪80年代最先在美国兴起，发展速度很快，是30多年来卫星通信技术的转折性发展。VSAT系统有两种类型，一种是双向VSAT系统，它由中心站控制许多VSAT终端来提供数据传输、语音和传真等业务；另一种是单向VSAT系统，在这种系统中，图像和数据等信号从中
9、心站传输到许多单收VSAT终端。VSAT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(一般为0.3-2.4米)，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，且不受地面网络的限制，组网灵活。,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%。,4.8 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。1、卫星通信系统的组成及工作过程
10、（1）组成 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、跟踪遥测指令分系统、监控管理分系统及空间分系统共4大部分，如图所示。,空间分系统是卫星通信的核心，即通信卫星，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，保障部分星体上的遥测指令、控制系统和能源装置等。监控管理分系统，也称为监控中心，主要负责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、各地球站发射功率、带宽等参数进行监控）。,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，控制其准确进入静止轨道上的指定
11、位置；定期对卫星进行轨道修正和位置保持。通信地球站分系统 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、发射设备、功率放大器、接收设备、信道终端设备、跟踪/伺服设备以及电源设备等等。,（2）工作过程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，如图所示。,4.9 卫星通信工作频段,1、卫星工作频段 卫星通信使用的频率范围选在
12、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，卫星通信的使用频段为136MHZ-275GHZ。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：（1）C波段（3.4-6.65GHz）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）（2）Ku波段(10.95-18GHz)全球星（电视、直接广播、太空站）（3）Ka波段(18-40GHz)高级通信技术卫星（移动电话）（4）L波段(1.12-2.6GHz)大型低轨道地球卫星（5）VHF波段（136-137MHz和148MHz）低轨道地球气象卫
13、星（6）UHF波段（200-400MHz）轨道通信卫星（航空对空通信和移动通信）,2、C波段与Ku波段比较,4.10 星蚀、日凌中断及传输时延,1、星蚀所有静止卫星在每年春分和秋分前后各23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。卫星位置西移1，星蚀开始时间可推迟4分钟，东移1则可提前4分钟。,2、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，称为日凌中
14、断（每次延续约6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。每天出现中断的最长时间与天线口径、工作频率有关。,3、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时延为：t=上行下行空间传输路径距离和/C（其中：C为电波在自由空间的传播速度）当卫星为静止卫星时，空间传输距离和最小为35786.6公里，最大为41679.4公里，一般取40000公里的约值 单程时延一般取0.27秒，双程取0.54秒,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。,谢谢大家！,
