卫星通信概述
卫星通信
卫星通信一、卫星通信概述1、卫星通信基本概念卫星通信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射功率，因此不易普及使用。
卫星通信系统由卫星段、地面段、用户段三部分组成。
卫星段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。
卫星通信系统的结构如下图1-1所示。
图1-1 卫星通信系统结构在微波频带，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。
2、卫星通信系统的分类2.1按照工作轨道区分，卫星通信系统一般分为以下3类。
（1）低轨道卫星通信系统（LEO）：距地面500-2000Km，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。
卫星通信系统概述
卫星通信系统概述
卫星通信系统是指利用卫星进行通信的一种系统。
卫星通信系统利用
地球上的通信站与卫星进行通信，再通过卫星之间的通信连接实现全球范
围内的通信。
它具有广泛的覆盖范围、高可靠性和持续连接的特点，是现
代通信领域的重要组成部分。
卫星通信系统由地面控制站、卫星及通信设备组成。
地面控制站负责
管理整个系统，并通过射频系统与卫星进行通信。
卫星作为通信中继器，
负责接收、放大和转发信号。
通信设备包括地球站、航天器和卫星地面站，用于连接用户和卫星。
1.广域覆盖能力：卫星通信系统通过卫星之间的通信连接，可以实现
全球范围内的通信覆盖，即使在边远地区也能进行通信。
2.高可靠性：由于卫星通信系统具有多点接入的特点，即使一些通信
节点故障，通信仍然可以通过其他节点进行。
3.持续连接：卫星通信系统可以提供持续的通信连接，不受地理位置
和时间的限制，方便用户进行长时间的通信。
4.大容量传输：卫星通信系统具有较大的带宽和传输速率，可以同时
传输多个通道和大量的数据。
5.灵活性：卫星通信系统可以根据需求进行调整和扩展，适用于不同
规模和需求的通信应用。
然而，卫星通信系统也存在一些挑战和限制：
1.高成本：卫星通信系统的建设和运营成本较高，包括卫星的制造和
发射、地面控制站的建设和维护等。
2.延迟问题：由于信号需要经过地面站、卫星和地面站的传输，卫星通信系统存在一定的信号传输延迟，不适用于实时性要求较高的应用。
3.天气影响：卫星通信系统受天气条件的影响较大，特别是在恶劣天气下，如暴风雨或大雪，信号传输可能会受到干扰或中断。
卫星通信系统
低地球轨道
卫星高度较低，适用于对地观测、短报文通 信等应用。
高椭圆轨道
卫星运行轨道呈高度椭圆状，适用于侦察、 导弹预警等应用。
通信链路
射频链路
负责传输信号，包括上行链路（地面站到卫星）和下行链路（卫星到地面站） 。
信令链路
负责控制和管理信号传输，确保通信过程的正常进行。
固定安装在地面上，提供稳定 的通信服务。
移动地面站
安装在车辆、船舶或飞机上， 实现移动通信。
个人地面站
便携式地面站，便于个人随身 携带和使用。
网关地面站
负责将卫星信号接入传统通信 网络，实现卫星与地面网络的
互联互通。
空间段
地球同步轨道
卫星运行与地球自转同步，覆盖范围广，适 用于通信、气象等应用。
中地球轨道
卫星定位服务
利用卫星信号提供定位服务，广泛应用于导航、物流等领域。
互联网接入
卫星宽带
通过卫星为偏远地区和海洋区域提供 互联网接入服务，满足用户上网需求 。
卫星数据中继
为飞机、船舶等移动平台提供数据中 继服务，保障实时通信。
军事通信
战略通信
为军事战略指挥提供可靠的通信保障，确保信息传递的准确性和及时性。
星上处理与星间通信
要点一
总结词
未来的卫星通信系统将更加依赖星上处理和星间通信技术 ，以提高系统的灵活性和可靠性。
要点二
详细描述
星上处理技术将数据处理的任务从地面站转移到了卫星上 ，使得卫星能够实时处理和转发数据，减少了地面站的压 力。星间通信技术则通过卫星之间的直接通信，实现了更 加灵活的路由和更高的数据传输效率。
启了卫星通信的历史。
卫星通信系统概述-文档资料
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1.4 卫星通信的特点
卫星移动通信和地面移动通信的关系： 卫星移动通信系统能扩大地面移动通信的地理
和业务覆盖范围，除提供常规的移动通信业务 外，还可向空中、海面和复杂地理结构的地面 区域的各类移动用户提供服务。 从应用来讲，地面移动通信网主要集中在高业 务量的应用环境，而卫星移动通信系统最适合 于低业务量地区、航海、航空及地面网欠发达 地区的应用环境，并且在地面网络过载或发生 故障时作为其迂回网络。
换言之，卫星通信是在地球站上，包
括地面、水面和大气层中的无线电通信站 之间，利用人造卫星作为中继站进行的通 信。
卫星通信是个人通信网的组成部分，
是地面通信网的补充。
2
1.1 卫星轨道
假设地球是质量均匀分布的圆球体，忽略 太阳、月球和其它行星的引力作用，卫星运动 服从开普勒(Kepler)三大定律。
（8）现有卫星通信系统为适应新技术发展和系统对容量的 更大要求形成了新的演变方案，如Iridium系统将其运行 的卫星数目从66颗增加至96颗。
（9）天地网络不断融合。卫星通信与有线电视、宽带互联 网、移动互联网等融合。
（10）新技术广泛应用。如星上交换与处理、多波速天线等。
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附录：通信卫星的分类
300~3000吉赫(GHz)
10
1.3 卫星通信的工根作据IE频EE段521-2002标准，L
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概论05：卫星通信概论
气象卫星
观测地球气象状况，为 气象预报和灾害监测提
供数据。
科学实验卫星
进行空间科学实验，研 究宇宙和地球科学。
地面站
01
02
03
固定地面站
固定安装的大型地面设施， 用于与卫星进行通信。
移动地面站
如车载、便携式地面站， 用于移动用户与卫星通信。
个人地面站
小型便携式设备，如手持 终端，用于个人用户与卫 星通信。
战术通信
卫星为战场上的部队提供移动通信服务，保障实时指挥和协同作战。
04
卫星通信的挑战与前景
技术挑战
高技术门槛
卫星通信技术涉及多个领 域，如航天技术、无线通 信技术等，需要较高的技 术门槛。
信号传输损耗
卫星通信过程中，信号需 要穿越大气层和太空，会 面临较大的传输损耗。
同步与定位精度
卫星的位置和时间需要高 度精确的同步，以确保通 信的稳定性和可靠性。
概论05：卫星通信概论
• 卫星通信概述 • 卫星通信系统组成 • 卫星通信的应用 • 卫星通信的挑战与前景 • 案例研究Байду номын сангаас
01
卫星通信概述
定义与特点
定义
卫星通信是指利用人造地球卫星 作为中继站转发无线电信号，在 两个或多个地球站之间进行通信 的一种无线通信方式。
特点
覆盖范围广、容量大、传输质量 稳定、可靠性高、灵活性强等。
中国北斗卫星导航系统
区域特色
中国北斗卫星导航系统具有区域覆盖优势，提供定位、导航、授时和短报文通信服务。该系统不仅用 于民用领域，还广泛应用于军事和应急响应等场景。
THANKS
感谢观看
04
1970年代
随着低成本、高性能的微电子技术和 集成电路的广泛应用，卫星通信技术 取得了重大突破。
卫星通信 第1章
3
图1-1 卫星通信过程示意图
4
利用卫星进行通信的过程如图1-1所示，图中A、B、C 等分别表示进行通信的各地球站，例如地球站A通过定向天 线向通信卫星发射无线电信号，先被通信卫星天线接收，再 经转发器放大和变换，由卫星天线转发到地球站B，当地球 站B接收到信号后，就完成了从A站到B站的信息传递过程。
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⑤按照卫星轨道与赤道平面的夹角(即卫星倾角i)，通信 卫星可分为赤道轨道卫星(i＝0°)、倾斜轨道卫星 (0°<i<90°，顺行；90°<i<180°，逆行)和极地轨道卫星(i ＝90°)。 (2)通信地球站分系统：包括地球站和通信业务控制中 心，其中有天馈设备、发射机、接收机、信道终端、跟踪与 伺服系统等。 (3)跟踪遥测及指令分系统：其作用是对卫星进行跟踪 测量，控制卫星准确地进入静止轨道上的指定位置，并对卫
纽站和馈送站，它通过空间段从用户处收集信息或向用户分
发信息)。
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(3)控制段：由所有地面控制和管理设施组成，它既包 括用于监测和控制(跟踪遥测及指令系统)这些卫星的地球站， 又包括用于业务与星上资源管理的地球站。
括信源、发送设备、传输媒质、接收设备和信宿等部分。
2
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电 波，在两个或多个地球站之间进行的通信。它是在微波通信 和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术。其 无线电波频率使用微波频段(300 MHz～300 GHz，即波段1 m～1 mm)。这种利用人造地球卫星在地球站之间进行通信 的通信系统，则称为卫星通信系统，而把用于实现通信目的 的人造卫星称为通信卫星，其作用相当于离地面很高的中继 站。因此，可以认为卫星通信是地面微波中继通信的继承和 发展，是微波接力向太空的延伸。
卫星通信的基本概念和分类
卫星通信的基本概念和分类一、卫星通信的定义卫星通信是指利用人造卫星作为中继站来转发无线电波，在两个或多个地面站之间所进行的通信。
卫星通信系统由卫星转发器和地球站组成，其中卫星转发器负责接收来自地球站的信号，并将其放大、变频后再转发回地球站，从而实现远距离通信。
二、卫星通信的分类1.按卫星轨道位置：可分为静止卫星通信和中低轨道卫星通信。
静止卫星通信利用位于地球赤道上空的卫星，实现全球覆盖和通信。
中低轨道卫星通信则利用位于地球中低轨道的卫星，实现区域覆盖和通信。
2.按通信频段：可分为L频段（1-2GHz）、S频段（2-4GHz）、C频段（4-8GHz）、Ku频段（10-15GHz）和Ka频段（20-30GHz）等。
不同频段的无线电波具有不同的传播特性和抗干扰能力。
3.按卫星通信系统的结构：可分为单星型、双星型和多星型。
单星型系统只有一个卫星转发器，实现简单的点对点通信。
双星型系统有两个卫星转发器，可实现具有一定覆盖范围的区域通信。
多星型系统则由多个卫星转发器组成，可实现全球覆盖和通信。
三、卫星通信的优点1.覆盖范围广：卫星通信不受地理条件的限制，可实现全球覆盖和通信。
2.通信容量大：卫星通信系统可以利用多个频段和多颗卫星，实现高速数据传输和大容量通信。
3.可靠性高：卫星通信系统具有较高的可靠性和稳定性，适用于各种重要场合和应急通信。
4.灵活性好：卫星通信系统具有较好的灵活性和适应性，可根据不同需求进行定制和优化。
四、卫星通信的应用案例1.含例1：国际卫星通信。
国际卫星通信是利用卫星转发器实现跨国或跨洲的语音、数据和视频传输。
例如，通过国际卫星电话进行远程医疗、灾害救援等紧急通信。
2.含例2：区域卫星通信。
区域卫星通信是利用中低轨道卫星实现一定区域内的通信和信息传输。
例如，通过移动卫星车或便携式卫星电话为野外作业提供实时通信支持。
3.含例3：国内卫星通信。
国内卫星通信是利用静止卫星或中低轨道卫星实现国内范围内的通信和信息传输。
卫星通信简介..
2、国外卫星通信的发展
按轨道高度的划分：
低轨(LEO)卫星移动系统：～1000km~ 中轨(MEO)卫星通信系统：5000～15000km 同步轨道(GEO)卫星通信系统：35786.6km 高椭圆轨道 (HEO) 卫星通信系统：远地点＞ 40000km
距离地球 1500km~5000km 和 13000km~20000km 有两个强 辐射带，对电器器件的破坏力极大，卫星轨道应避开此区 域。此区域被称为范艾伦辐射带。
1、卫星通信的基本概念
卫星通信的优点：
（1）通信距离远（卫星单跳最大通信距离达1800km ），且费
用与距离无关 （2）覆盖面积大（1颗卫星覆盖地球表面42%）三颗同步卫星 即可覆盖全球，可进行多址通信 （3）通信频带宽，传输容量大 （4）通信线路稳定可靠（畅通率在99.8%以上 ），经济效益高 （5）系统容量大，可提供多种通信业务，从而使通信业务向多 样化和综合化方向发展，实现区域及全球个人移动通信 （6）在使用静止轨道的同时，也可使用中、低轨道卫星，使业 务性能更优良。
• 2.0-4.0，S，移动业务、指令传输；
• 4.0-8.0(4/6)，C，固定业务；
• 8..0-12.0，X；
• 12.0-18.0(12/14)，Ku，固定、DSS业务； • 18.0-24.0，K ；24.0-30.0，Ka； • 33.0-50.0，Q ； 50.0-75.0，V。
1、卫星通信的基本概念
全球星系统
2、国外卫星通信的发展
目前,运行于地球低轨道( 1000 km 以下
) 的人造地球卫星,包括成像侦察卫星、 电子侦察卫星、海洋监视卫星和商业 遥感卫星,有很多都直接或间接用于军 事目的。随着卫星在现代战争中的作 用日益增强,了解和认识当前的低轨道 卫星十分必要。
卫星通信系统概述
卫星通信系统概述卫星通信系统是指通过卫星进行信息传输和通信的一种技术系统，它由卫星、地面站和用户终端组成。
卫星通信系统具有覆盖范围广、传输速度快、通信质量好等优点，被广泛应用于全球范围内的语音通信、数据传输和互联网接入等领域。
卫星通信系统的核心是卫星，卫星通过搭载在地球轨道上的人造卫星来实现信息的传输。
卫星通信系统中的卫星分为地球同步轨道卫星和低轨道卫星两种类型。
地球同步轨道卫星位于地球上空3.6万公里左右的高度，因其轨道与地球自转速度同步，所以卫星看起来就像是一直悬停在地球上其中一点上，覆盖范围较广；低轨道卫星则位于地球上空500-2000公里之间的低轨道，覆盖范围较小，但传输速度更快，时延更低。
地面站是卫星通信系统中与卫星进行数据交互的节点，主要负责卫星信号的接收、放大、解调和编码等一系列工作。
地面站和卫星之间通过微波或光纤等方式进行数据传输。
地面站还可以与其他地面站互联，构成全球范围的通信网络，进而实现卫星与卫星之间的通信。
1.覆盖范围广：卫星通信系统可以覆盖整个地球，不受地理限制，能够实现全球通信。
2.传输速度快：卫星通信系统具有很高的传输速度，可以满足大容量数据的传输需求。
3.通信质量好：卫星通信系统可以实现高质量的音视频通信，图像清晰，声音稳定。
4.抗干扰性强：卫星通信系统使用无线传输方式，对干扰和故障具有较高的抵抗能力。
但是，卫星通信系统也存在一些不足之处，例如高昂的成本、传输时延较大等。
此外，由于天气干扰和信号衰减等原因，卫星通信系统的稳定性和可靠性也受到一定的影响。
总之，卫星通信系统是一种重要的全球通信技术，具有广泛的应用前景。
随着科技的不断进步和卫星通信技术的发展，卫星通信系统将会进一步完善，为人类的通信需求提供更加高效、方便和可靠的解决方案。
什么是卫星通信
什么是卫星通信卫星通信是指利用人造卫星作为中继器来传输通信信号的一种无线通信技术。
它通过将信号发送到地球上的卫星，再由卫星转发到目标接收站，实现远距离的通信。
卫星通信在现代社会中发挥着重要的作用，广泛应用于电视广播、电话通信、互联网接入等领域。
卫星通信系统主要由三个组成部分构成：卫星、地面站和用户终端。
卫星是核心部分，它通过携带发射器和接收器来接收地面站发送的信号，并将信号转发到目标地区。
地面站负责与卫星进行通信，它包括发射器和接收器，用于发送和接收信号。
用户终端是最终的通信终端，可以是个人使用的手机、电视接收器等设备。
卫星通信系统的工作原理是基于无线电波的传输。
地面站通过指向特定的卫星，并发送信号到卫星上。
卫星接收到信号后，通过转发器将信号重新发送到目标地区的地面站。
地面站再将信号传输到用户终端，实现通信。
卫星通信系统具有许多优点。
首先，它可以实现全球范围内的通信覆盖，无论目标地区有多远，只要有卫星覆盖，就可以进行通信。
其次，卫星通信具有高带宽的特点，可以传输大量的数据，适用于高速的数据传输需求，如互联网接入、视频流媒体等。
此外，卫星通信还具有抗干扰能力强、抗灾害能力强等优势。
然而，卫星通信也存在一些限制和挑战。
首先，卫星通信的延迟较高，因为信号需要经过卫星的中转，再传输到目标地区。
这对实时性要求较高的应用，如在线游戏、实时视频通话等可能造成一定的影响。
其次，卫星通信设备的成本较高，包括卫星的制造和发射成本，以及地面站和用户终端的设备成本。
这限制了卫星通信的普及和应用范围。
总的来说，卫星通信是一项重要的无线通信技术，可以实现全球范围内的通信覆盖，并且具有高带宽、抗干扰能力强等优势。
随着技术的不断发展，卫星通信将在更多领域得到应用，并为人们的生活带来更多便利。
第八章_卫星通信
通信微波天线的波束应对准地球上的通信 区域。但是，对于采用自旋稳定方式以保持姿 态稳定的静止卫星，由于卫星是旋转的，故要 采用消旋天线，才能使波束始终对准地球。常 用的有机械消旋天线和电子消旋天线，其消旋 原理是用机械的方法或电子的方法，让天线的 旋转方向与卫星自旋方向相反，而两者的旋转 速度相等，以保证天线波束始终朝着地球上需 要通信的区域。
第八章 卫星通信
8.1 卫星通信的基本概念
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发 无线电信号，在两个或多个地面站之间进行的通信过 程或方式。卫星通信属于宇宙无线电通信的一种形式， 工作在微波频段。
宇宙通信是以宇宙飞行体或通信转发体作为对象的 无线电通信。它可分为三种形式：
（1）地球站与宇宙站间的通信； （2）宇宙站之间的通信； （3）通过宇宙站的转发或反射进行的地球站之间 的通信。
（1） he =500km时，由公式求得S=4892km； （2） he =35800km时，S=18100km。
由于卫星处于外层空间，即在电离层之外， 地面上发射的电磁波必须能穿透电离层才能到 达卫星；同样，从卫星到地面上的电磁波也必 须穿透电离层，而在无线电频段中只有微波频 段恰好具备这一条件，因此卫星通信使用微波 频段。
继通信技术，且天线尺寸也较小，因此，卫星通信最 常用的是C波段。
8.2 通信卫星的种类
目前，通信卫星的种类繁多，按不同的标准有 不同的分类。下面我们给出几种常用的卫星种类。
(1)按卫星的结构可分为：无源卫星和有源卫星 两类。
无源卫星是运行在特定轨道上的球形或其它形 状的反射体，没有任何电子设备，它是靠其金属表 面对无线电波进行反射来完成信号中继任务的。在 20世纪50~60年代进行卫星通信试验时，曾利用过这 种卫星。
卫星通信基本概念及其系统组成
功能：接收和发送卫星信 号
组成：天线、发射机、接 收机、调制解调器等
作用：实现卫星通信与地 面通信的连接
应用：广播电视、电话、 互联网等通信领域
功能：负责卫星的运行控制、状态监测和故障处理 设备：包括计算机、通信设备、监控设备等 操作人员：负责卫星的运行监控和故障处理 通信方式：通过地面站与卫星进行通信实现对卫星的控制和监测
卫星：作 为通信的 中继站负 责接收和 转发信号
地面站： 负责与卫 星通信包 括发射和 接收信号
通信链路： 连接卫星和 地面站的通 信线路包括 上行链路和 下行链路
信号处理 设备：负 责信号的 编码、解 码、调制 和解调等 处理
网络管理设 备：负责网 络的管理和 控制包括路 由选择、流 量控制等
用户终端： 负责接收 和发送信 号包括手 机、电脑 等设备
覆盖范围广：全球范 围内都可以实现通信
传输速度快：数据传 输速度比地面通信快
抗干扰能力强：不受 地面电磁干扰影响
保密性好：不易被窃 听和干扰
稳定性高：不受天气、 地形等因素影响
建设成本高：需要发射 卫星和建设地面站等基 础设施
卫星类型：通信卫星、导航卫星、遥感卫பைடு நூலகம்等 卫星功能：通信、导航、遥感、气象等 卫星轨道：地球同步轨道、中地球轨道、低地球轨道等 卫星寿命：根据不同类型和用途寿命从几年到几十年不等
卫星通信技术将更加注重与地面通信技术的融合实现天地一体化通信
卫星通信技术将更加注重与物联网、大数据、人工智能等技术的融合实现智能化、自动化和 数字化
卫星通信技术将更加注重环保和可持续发展实现绿色通信和可持续发展
卫星通信系统架构：包括卫星、地面站、 用户终端等
用户终端：包括固定终端、移动终端、 便携终端等
卫星通信基本概念及其系统组成
几个概念
1、对地非静止卫星： 相对于地球表面上的任一点，卫星的位置不
断地变化。又称运动卫星。
1.1 卫星通信的基本概念和特点
1.1.1 卫星通信的基本概念 卫星是指在围绕行星的轨道上运行的天然天体或人造
天体，如月球是地球的卫星。
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电 波，在两个或多个地球站之间进行的通信。其无线电波频率 使用微波频段(300 MHz～300 GHz，即波段1 m～1 mm)。
•双跳工作方式及示意图(经卫星两次转发) 双星双跳 单星双跳
卫星通信系统工作方式
A: 用于国际通 信，两个地球 站看不到同一 颗卫星，传输 时延大；
B: 用于星形网， 平时不通信， 需要时进行通 信，不允许国 内话音通信， 用于数据通信。
2.卫星通信系统的分类
归纳起来可以从不同角度进行分类： (1)按照卫星制式，分为随机、相位和静止3类 卫星通信系统； (2)按通信覆盖区的范围，分为国际、国内和区 域3类卫星通信系统； (3)按用户性质，分为公用(商用)、专用和军用 3类卫星通信系统； (4)按业务分为固定业务(FSS)、移动业务 (MSS)、广播业务(BSS)、科学实验及其它业务(如教 学、气象、军事等)卫星通信系统；
星蚀现象发生在每年春分和秋分前后各23天， 每天当卫星星下点进入当地时间午夜前后。
春分
秋分
静止卫星的日凌中断
卫星处在太阳与地球之间，地球站的天线对准卫 星的同时，也对准了太阳，这样大量的太阳噪声进入 地球站接收设备，导致通信中断。
卫星通信简介ppt课件
卫星通信的特点
5、可以与接收无线电信号
通信分系统：接收、处理并重发信号。（转发器）
电源分系统：为卫星提供电能，包括太阳能电池、 蓄电池和配电设备。
跟踪遥测指令分系统：
跟踪部分用来为地球站跟踪卫星发送信标
遥测部分用来在星上测定并给地面的TTC站发 送的有关卫星姿态、星上各部件工作状态的数据
➢ 组网灵活，建设周期短（经济活跃时，优势明显） ➢ 非对称信道 ➢ 网状指挥、控制（司令部与单兵） ➢ 面向用户（更好地交互）
卫星通信的缺点
➢ 同步轨道卫星： 通信时延大 通信端站体积大 设备价格高 操作复杂
➢ 中、低轨道卫星： 系统复杂，使用费用高
➢ 政策、通信安全方面 ➢ 易受恶意干扰和攻击
1#站
信信 号号 设识 计别
2#站
信信 号号 设识 计别
3#站
一个无线电信号可以用若干个参量（指广义的参量，
下同）来表征，最基本的是：信号的射频频率，信号 出现的时间以及信号所处的空间
目前卫星通信系统主要多址
按 射
预分配
按需分配
随机接入
频 多
CDMA
CDMA
CDMA 码分多址
址
联 接
SDMA
SDMA
信息调制波频谱 扩频调制后频谱
fc-Rc
fc-Rd fc fc+Rd
频率 fc+Rc
扩频原理示意图
fc为中心频率 Rc为码速率 Rd为数据速率
码分多址方式（CDMA）
CDMA方式的优点是：具有较强的抗干扰能力；有 一定的保密能力；改变地十比较灵活。
缺点是：要占用很宽的频带，频带利用率一般较低； 要选择数量足够的可用地址码组较为困难；接收时，对 地址码的捕获与同步需有一定时间。CDMA方式特别适 用于军事卫星通信系统及小容量的系统。
卫星通信基础知识简介
信业务
信覆盖效果差
➢ 从一颗星向另一颗星切换时 ➢ 地面设备大，成
，需要电路中继保护措施
本高，机动性差
➢ 需要多普勒移频率补偿功能 ➢ 要用星上处理技
➢ 地球站必须从一颗星跟踪到
术和大功率发射
及大口径天线
另一颗星，所以系统至少需
要两副天线和一套跟踪设备
➢ 地面设备比较大，成本高
➢ 卫星天线必须有波束定位控
和信标。
➢ 通信天线
全球波束天线
点波束天线
赋形波束天线
范晓晴
5 November 2015
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转发器
➢ 是通信卫星中直接起中继站作用的部分。
要求：以最小的附加噪声和失真，足够的工作频带和输出功率业为
各地球站有效可靠地转发无线电信号。
➢ 透明转发器
对收到的信号只进行低噪声放大、变频、功率放大，对频带内
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卫星通信发展史 （1/4）
1997年 中国发射第三代通信卫星（DFH-3) 第一批LEO（Iridium系统）卫星发射 1998年 非静止轨道卫星进入运行阶段 1999-2000年 引入卫星直接广播语音业务 2000-2005年 引入宽带个人通信； Ka频段系统将得到迅速发展； 多个LEO和MEO星座将投入运行 2008年底 我国通信卫星十几颗GEO提供服务
UMTS&IMT-2000（3/2）
2.关于用户终端
各种不同类型的终端（基本终端、PDA和视听多媒 体终端）。 由用户重新组合或通过无线电终端组合。 用于下载。
UMTS&IMT-2000（3/3）
3.关于网络
固定网络、移动网络和Internet网的合。 灵活的网络结构。 与第二代移动网络的相互运行和相互综合 大的网络容量，以满足日益增长的需求。
卫星通信发展史 （1/3）
1976年 第一代移动通信卫星发射（3颗GEO） 中国加入国际通信卫星组织 1982年 国际海事卫星通信进入运行 （INMARSAT-A,移动卫星电话系统) 1984年 中国发射了第一颗实用静止通信卫星 1986-1990年 中国发射四颗第二代通信卫星 1995年 VSAT系统数量在世界上具有最大增长； 商用LEO卫星系统传送低试验数据成功
卫星公用平台和寿命
公用平台的主要任务： 在卫星整个工作期间，保证通信有效载 荷能可靠地运行。
姿态和轨道控制分系统（2/1）
姿态控制 确保有方向性的天线 指向合适的方向。 摄动力矩 地球、月亮的重力场 太阳辐射、陨石撞击等 姿态稳定 自旋稳定 三轴稳定
轨道控制 确保卫星保持在其正确 的轨道位置上。 漂移 地球的赤道椭圆性 （东、西方向） 太阳、月亮的重力引力 （南、北方向） 控制方法 喷射推进器
克拉克轨道
静止轨道位于赤道上空 与地球自转同方向，绕 行的速度为11033km/hr 轨道高度为35786km 轨道周期为24小时
静止卫星的发射
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进入初始轨道 进入转移轨道 进入漂移轨道 进入静止轨道
十、移动和个人卫星通信
移动卫星通信的应用
职业旅行者(报告人、记者）和商人。 地面移动系统Байду номын сангаас能覆盖的地区。 长途旅行中的流动管理。 能支持应对突发事件和安全方面的需求。
卫星系统可以向终端用户提供全球多媒体业务。 在很多地区，地面多媒体业务的设置在商业上不 一定有价值。 在一个辽阔的地理区域内，卫星系统特别适用于 多媒体广播业务和分配多媒体内容业务。
十一、卫星通信的使用频带
六、卫星通信系统的组成
通信卫星：收发天线和通信分系统、 星体上遥测指令、控制系统和电源。 跟踪遥测及指令分系统：对卫星的轨 道、位置、姿态进行监视和校正。 地球站分系统：地球站和通信业务控 制中心。 监控管理分系统：对在轨道上的卫星 的通信性能及其参数进行监测和控制
七、卫星通信线路的组成
4）按多址方式分：频分多址卫星通信系统 时分多址卫星通信系统 空分多址卫星通信系统 码分多址卫星通信系统 混合多址卫星通信系统
5）按基带信号分：模拟卫星通信系统 数字卫星通信系统
五、卫星通信的技术难点和问题
卫星通信需要有高可靠、长寿命的通信卫星 静止卫星的发射与控制技术比较复杂 地球高纬度地区通信效果不好，两极地区为 通信盲区 存在日凌中断和星蚀现象 电波的传播时延较大，存在回波干扰
四、卫星通信系统的分类（2/1）
1）按卫星运动方式分：静止卫星通信系统 低轨道移动卫星通信系统
2）按通信覆盖区分: 国际卫星通信系统 国内卫星通信系统 区域卫星通信系统
3）按通信业务分: 固定业务卫星通信系统 移动业务卫星通信系统 广播业务卫星通信系统 科学试验卫星通信系统
卫星通信系统的分类（2/2）
个人卫星通信
移动电话，典型比特率为4.8kbit/s; 传真，典型为三次群； 移动实时数据通信，典型的为2.4~4.8kbit/s; 转移数据通信（电子邮件、语音邮件、静止图像、 控制和测量数据等）； 位置确定和报告； 补充业务（呼叫转移等）； 增值业务（在线服务、数据检索等）
八、通信卫星的组成
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通信分系统 天线分系统 控制分系统 遥测与指令分系统 电源分系统 温控分系统
有效载荷 (payload)
公用平台
(Platform or Bas)
通信分系统的转发器（2/1）
通信分系统的转发器（2/2）
通信卫星的天线分系统
卫星天线类型： 1）全向天线：用于遥控、遥测和信标信号 2）定向天线：用于通信，根据波束宽度不 同分为三类： ① 全球波束天线 ② 点波束天线 ③ 区域波束天线（赋形波束天 线）
接收和译出地面控制中心的指令，对喷射推进器 的点火与否，行波管高压电源的开、关，发生故障 的部件与备用部件的转换等控制。
卫星的寿命和可靠性
卫星的寿命
轨道上允许的最大偏差 存储的燃料容量 关键部件的可靠性 太阳能电池阵的老化
卫星的可靠性
卫星的可靠性决定于 卫星关键部件的可靠性， 关键部件有备份能改善 可靠性，如行波管功率 放大器的备份等。
20世纪90年代已经将卫星寿命增加到15-17年。
九、卫星运动轨道（3/1）
开普勒第一定律（轨道定律） 卫星运行在以地球中心为焦点的椭圆轨道上。
卫星运动轨道（3/2）
开普勒第二定律（面积定律）
椭圆焦点位于地球质心时，卫星在椭圆轨道上 单位时间内扫过的轨道面积相等。
卫星运动轨道（3/3）
开普勒第三定律（周期定律）
二、卫星通信的特点
通信距离远，建站成本与通信距离无关 以广播方式工作，覆盖面积大，便于实 现多址连接 卫星通信频带宽，通信容量大，能传送 的业务类型多 机动灵活，便于组网 抗御自然灾害能力强 可以自收自发，有利于监测
三、卫星通信的主要应用领域
长途电话和电视业务 提供直播到家（DTH）的语音和电视广播节目 （DVB/MPEG-2） 海上、地面、和空中的移动通信，个人终端可 以是便携式电脑、手持移动电话 用在基于TCP/IP协议的Internet业务 固定通信网。多媒体通信的宽带广域网、ATM 卫星必将是未来全球信息基础设施（GII） 不可缺少的组成部份。
宽带多媒体卫星通信（2/1）
1.卫星多媒体通信的典型应用
电视电话和电视会议 高速Internet互连和高速在线业务 电子商务 电子邮件和传真 视频节目直接播送到家(DTH) 远程医疗、教学和培训 比赛（运动，游戏）节目分送等
宽带多媒体卫星通信（2/2）
2.具有与地面固定宽带网络所不同的特点
卫星通信发展史 （1/2）
1964年 美国NASA发射了第一颗通信卫星进入静 止轨道（SYNCOM-3） 1965年 国际卫星组织（INTELSAT)发射的第一 颗商业通信卫星投入使用 1970年 中国发射第一颗卫星（DFH-1,LEO) 1972年 第一个国内卫星通信系统在加拿大进入 运行(INTER-SPUTNI系统） 1975年 第一次通过卫星成功实现直接广播试验
卫星在轨道上运行周期的平方与其轨道半长 轴的立方成正比。
T 2 2
3
μ是地球的重心重力常数 3.986005 1014 m3 / s 2
卫星轨道术语
卫星轨道模式
倾斜轨道 赤道平面轨道 极地轨道
对地静止轨道
对地静止轨道的条件： 卫星必须以与地球旋转相同的速度向 东运动 轨道必须是圆形的 轨道的倾斜角必须为零度
姿态和轨道控制分系统（2/2）
电源分系统（2/1）
电源分系统（2/2）
遥测和指令分系统
遥测部分
用来了解卫星内部各种设备的工作状况，例如表 示某些部件的电流、电压和温度的等信息，姿态信 息，指令证实信号以及反映控制用气体压力的信号 等。上述各种数据都必须随时通过遥测部分送往地 球监控中心。 指令部分
卫星个人通信终端（手持）的技术要求
适用于地面蜂窝网络，也适用于卫星通信。 能够提供直接对向卫星的一条通信链路。 尺寸很小，重量很轻（小于500g)。 用全向天线装备。 用小电池工作，而且必须有较长时间的备份和讲 话时间。另外，它还必须呈现为低辐射。 在价格上使用户能够承担。
UMTS&IMT-2000（3/1）
1.关于业务和使用场合
高数据比特率（卫星部分应支持144kbit/s) 时变数据速率和不对称数据速率。 电路交换业务、分组交换业务、实时和非实时业务。 移动多媒体业务、移动Internet连接。 改善服务质量。 在各种环境下都能够通信。 使用唯一的用户号在全世界漫游。 个人通信，用户控制的业务平台。
卫星通信原理
第一章 卫星通信概述
一、卫星通信发展史 （1/1）
1945年 英国人阿瑟C.克拉克提出静止卫星通信的概念
1957年 前苏联发射世界上第一颗人造地球卫星 (Sputnic,一颗LEO卫星） 1958年 美国宇航局(NASA)发射第一颗卫星，第一次通过 卫星实现语音通信 1962年 美国AT&T发射第一颗通信卫星（Telsat）它可进 行电话、电视、和数据的传输