卫星通信原理
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角。 （1）地球站的纬度 （2）地球站的经度 （3）星下点的经度（或称为卫星经度）
全球卫星分布图
卫星的地球日蚀
在春分点和秋分点前后，当太阳穿越赤道时，在 一段时间内卫星进入地球的阴影区。
日蚀从二分点（春分点或秋分点）之前23天开始， 在二分点之后23天结束。
持续时间开始约10分钟，逐渐增加到最大值约72 分钟，然后逐渐减少为约10分钟。
（１）卫星必须以与地球旋转相同的速度 向东运动；
（２）轨道必须是圆形的； （３）轨道的倾角必须为零度。
对地静止轨道
高度： hGSO = aGSO - aE = 42164 –6378 = 35786
注：这个值经常取为36000km。
天线视角
概念：天线直接指向卫星所需要的方位角和仰角。 参数：三种参数确定地球站到对地静止轨道的视
卫星通信系统组成（二）
2、水平极化、垂直极化
极化通常是指与电波传播方向垂直的平面内，瞬时电场矢量的方 向。在极化波中，以地平线为准，当极化方向与地面平行时，称 为水平极化。当极化方向与地面垂直时，称为垂直极化。
线极化：水平极化、垂直极化 圆极化：左旋极化、右旋极化
卫星通信系统组成（三）
3、卫星天线
卫星轨道要素
➢ 长半轴 ➢ 偏心率 ➢ 平均近点角 ➢ 近地点幅角 ➢ 倾角 ➢ 升交点的右旋升交点赤经
卫星按轨道分类（高度）
➢ 低高度卫星：H<5000km，T<4h； ➢ 中高度卫星：5000km<H<20000km，
4h<T<12h； ➢ 高高度卫星：H>20000km，T>12h。
卫星按轨道分类（倾角）
卫星通信系统的组成
➢ 卫星
空中中继站的作用，即把地球站发上来的电磁波放大后再返 送回另一地球站
➢ 地球站
卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫 星系统形成链路
卫星通信系统的组成-卫星
卫星通信系统的组成-地球站
卫星通信的主要优点
（１）通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均 可进行通信。
接收11.7~12.2 GHz 东部地区 ≥ 5.0 dB/K
11701（右旋）
中星9号（二）
中星9号（三）
中星9号参考接收参数
下行频率
极化
符号率
FEC
频道名称
视频方式 V-PID
A-PID
卫星波束 来源/日期
11840
左旋圆极化
28800
11880
左旋圆极化
28800
11920
左旋圆极化
28800
电磁波
卫星常用频段
频段 VHF UHF
L S C X
频率范围（GHz） 0.1~0.3 0.3~1.0 1.0~2.0 2.0~4.0 4.0~8.0 8.0~12.0
卫星常用频段
Ku K Ka V W mm μm
12.0~18.0 18.0~27.0 27.0~40.0 40.0~75
75~110 110~300 300~3000
卫星相关术语
➢ 远地点 ➢ 近地点 ➢ 拱线 ➢ 升交点 ➢ 降交点 ➢ 交点线 ➢ 倾角 ➢ 星下点 ➢ 近地点幅角
➢ 平均近点角
离地球最远的点。 离地球最近的点。 穿过地球中心连接远地点和近地点的连线。 轨道从南向北穿过赤道面的点。 轨道从北向南穿过赤道面的点。 穿过地球中心连接升交点和降交点的连线。 轨道面和地球赤道面之间的夹角。 地球上处于卫星垂直下方的点。 在地球中心处卫星轨道面内卫星运动方向上测得的从升 交点到近地点的角度。 卫星相对于近地点的角位置的平均值。
预分配（PA）、按需分配（DA）、随机分配 （RA）、星上交换制度等。
双向卫星通信系统
卫星通信系统组成（一）
1、卫星转发器
卫星转发器,是这样的设备，接收地面发射站发来的14GHz或6GHz 的微弱的上行电视信号，经频率变换（一次变频、二次变频）为 不同的下行频率12GHz或4GHz，再由技术处理放大到一定功率向 地球发射，由卫星接收设备接收。 每一路音视频和数据通道都是由一个卫星转发器进行接收处理然 后再传输，每一个转发器所处理的信号都有一个中心频率及一个 特定的带宽，目前卫星转发器主要使用L、S、C、Ku和Ka频段。
卫星通信系统
收发地球站
卫星通信网络的结构
星形
网格形
卫星通信体制
1）基带信号形式 模拟/数字、信源编码、信源调制、单路/多路、
FDM/TDM、预加重、加密、差错控制等； 2）中频（或射频）调制制度
FM、PSK等； 3）多址联接方式
FDMA、TDMA、SDMA、CDMA等； 4）通道分配与交换制度
➢ 赤道轨道卫星：i = 0 ° ； ➢ 极轨道卫星： i = 90 °； ➢ 倾斜轨道卫星： 0 °< i < 90 °。
卫星按轨道分类（周期）
➢ 同步卫星：T＝24h； ➢ 准同步卫星：T＝24/N or 24N h； ➢ 非同步卫星：T<>24 or 24/N or
24N h。
对地静止轨道
锥形馈源 环形馈源 圆锥馈源 梯状馈源
卫星通信系统组成（五）
5、LNB高频头
高频头（Low Noise Block）即下行解频器，其功能是将由馈源 传送的卫星经过放大和下变频，把Ku或C波段信号变成L波段，经 同轴电缆传送给卫星接收机。
单本振、双本振 单极化、双极化 单输出、双输出
LO（本振频率）：5150MHz（C-Band）、11300MHz（Ku-Band）
例：卫星上的辐射体、标量馈源
卫星通信系统组成（三）
抛物面天线
正焦馈源
偏焦馈源
卫星通信系统组成（三）
双反射面天线
卡塞格伦天线
格里高利天线
卫星通信系统组成（三）
卫星通信系统组成（四）
4、馈源
馈源的主要功能是将天线收集的信号聚集送给高频头（LNB）， 馈源在接收系统中的作用是非常重要的。 馈源的种类
北京/河北/山东/辽宁/吉林/山西/陕西 /河南/新疆/内蒙古卫视等10 套
江苏/上海/广东/广西/云南/浙江/四川 /贵州卫视等10套
西藏/陕西/CETV教育/CCTV综合/经 济/国际/军事/农业/英语频道 等10套
中国波束 中国波束 中国波束
11960
左旋圆极化
28800
直播付费业务
中国波束
卫星业务的频率分配（区域）
➢ 区域1：欧洲、非洲、前苏联和蒙古 ➢ 区域2：南北美洲和格陵兰岛 ➢ 区域3：亚洲（除区域1中的地区之外）、澳大
利亚和西南太平洋
卫星业务的频率分配（业务）
➢ 卫星固定业务（FSS） ➢ 卫星广播业务（BSS） ➢ 卫星移动业务 ➢ 卫星导航业务 ➢ 卫星气象业务
………
ITU 频率表示法
表示符号
VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
频率范围 3~30kHz 30~300kHz 300~3000kHz 3~30MHz 30~300MHz 300~3000MHz 3~30GHz 30~300GHz 300~3000GHz
c = ƒ·λ
米制划分
万米波 千米波 百米波 十米波 米波 分米波 厘米波 毫米波 丝米波
目前主要是C频段；降雨散射可能 会影响更高频率
开普勒第一定律
➢ 卫星运行路线——椭圆 ➢ 质心始终在其中一个焦点上
开普勒第二定律
➢ 相同时间扫过相同面积
➢ 离地球越远，穿越给定距离所需 时间越长
开普勒第三定律
➢ 轨道周期的平方正比于两个球体 之间平均距离的立方
a³ = μ/ n²
嫦娥一号飞行示意图
（２）不易受陆地灾害影响。 （３）建设速度快。 （４）易于实现广播和多址通信。 （５）电路和话务量可灵活调整。 （６）同一信道可用于不同方向和不同区域。
卫星通信的主要缺点
（１）由于两地球站向电磁波传播距离有 72000KM，信号到达有延迟。
（２）10GHZ以上频带受降雨雪的影响。 （３）天线受太阳噪声的影响。
卫星电视接收
卫星电视接收参数
下行频率：12395MHz 符号率：27500 极化方向：垂直极化
问题：若本振固定为5150，能否接收上述Ku波段节目？
中星9号（一）
中星9号卫星技术参数
中星9号信号模式：ABS.S
中星9号属于中国直播卫星公司
中星9号参数：东经92.2度
中星9号发射由长城工业总公司负责
降雨、冰晶
C和Ku频段的双极化系统（与系统 配置有关）
大气层中的大气
低仰角时的通信和跟踪
对流层和电离层的折射率起伏 对流层：10GHz以上的的物体 卫星移动业务
传播时延、变化 系统间干扰
对流层、电离层 风管、散射、衍射
精确定时和定位系统，时分复用 多址接入（TDMA）系统
在日蚀期间，太阳能电池不能工作，卫星的工作 必须要由电池供给。
卫星的日凌中断
在春分点和秋分点前后，当卫星处于地球和太阳 之间，即太阳处于地球站天线的波束内，太阳就像一 个极大的噪声源，完全淹没了卫星的信号。
日凌从二分点（春分点或秋分点）之前6天开始， 在二分点之后6天结束。
持续时间与地球站的纬度有关，一般最大中断时 间约10分钟。
焦点就是原中心聚焦天线的焦点。
卫星通信系统组成（三）
天线举例
卫星通信系统组成（三）
口径天线
波导末端的开口面可以看成是一个简单的口径天 线，它能够辐射由波导承载的高频电磁能量，同时也 能够接收入射到波导口径处的电磁波能量。
常见的口径天线：喇叭天线、反射面天线。
卫星通信系统组成（三）
喇叭天线
作用：将波导口径平滑过渡到更大口径的天线，这样可 以更有效地向空间辐射功率。
卫星电视与视频会议系统
第1章 卫星通信原理
本章主要内容
无线电波； 开普勒定律 ； 对地静止轨道 ； 卫星通信系统 ； 卫星电视接收 ；
卫星业务的开始
❖ 自从1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星以 来，人造卫星即被广泛应用于通信，广播，电 视等领域。1965年第一颗商用国际通信卫星被 送入大西洋上空同步轨道，开始了利用静止卫 星的商业通信。
近似高度（km）
地球大气层的分层
自由空间 600 500 400 300
电离层 200 100 90
对流层 地球表面
冰晶层降雨
卫星通信系统中的传输损耗
传输损耗 衰减和太空噪声的增加
物理原因 大气层中的大气、云、雨
主要影响对象 大约10GHz以上的频率
信号去极化 折射、大气层的多径 信号闪烁
反射多径、阻挡
中星9号节目将包括国内各省卫星台+中央台节目
中星9号星：由阿莱尼亚公司造
转发器 4×54MHz + 18×36MHz
工作频率 发射17.3~17.8 GHz
EIRP（峰值） 49.2－57.5 dBW
G/T（全国波束） 全国大部 ≥ 0.0 dB/K （区域波束）：波束覆盖区 ≥ 5 dB/K
信标频率 12199（左旋）
卫星天线的作用是收集由卫星传来的微弱信号，并尽可能去除 杂讯。大多数天线通常是抛物面状的，也有一些多焦点天线是 由球面和抛物面组合而成。卫星信号通过抛物面天线的反射后 集中到它的焦点处。
卫星天线的类型 中心聚集天线 卡塞格伦天线：卡塞格伦天线亦称后馈式天线 偏馈天线：偏馈天线实际上是一个中心聚焦天线的一部分其
全球卫星分布图
卫星的地球日蚀
在春分点和秋分点前后，当太阳穿越赤道时，在 一段时间内卫星进入地球的阴影区。
日蚀从二分点（春分点或秋分点）之前23天开始， 在二分点之后23天结束。
持续时间开始约10分钟，逐渐增加到最大值约72 分钟，然后逐渐减少为约10分钟。
（１）卫星必须以与地球旋转相同的速度 向东运动；
（２）轨道必须是圆形的； （３）轨道的倾角必须为零度。
对地静止轨道
高度： hGSO = aGSO - aE = 42164 –6378 = 35786
注：这个值经常取为36000km。
天线视角
概念：天线直接指向卫星所需要的方位角和仰角。 参数：三种参数确定地球站到对地静止轨道的视
卫星通信系统组成（二）
2、水平极化、垂直极化
极化通常是指与电波传播方向垂直的平面内，瞬时电场矢量的方 向。在极化波中，以地平线为准，当极化方向与地面平行时，称 为水平极化。当极化方向与地面垂直时，称为垂直极化。
线极化：水平极化、垂直极化 圆极化：左旋极化、右旋极化
卫星通信系统组成（三）
3、卫星天线
卫星轨道要素
➢ 长半轴 ➢ 偏心率 ➢ 平均近点角 ➢ 近地点幅角 ➢ 倾角 ➢ 升交点的右旋升交点赤经
卫星按轨道分类（高度）
➢ 低高度卫星：H<5000km，T<4h； ➢ 中高度卫星：5000km<H<20000km，
4h<T<12h； ➢ 高高度卫星：H>20000km，T>12h。
卫星按轨道分类（倾角）
卫星通信系统的组成
➢ 卫星
空中中继站的作用，即把地球站发上来的电磁波放大后再返 送回另一地球站
➢ 地球站
卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫 星系统形成链路
卫星通信系统的组成-卫星
卫星通信系统的组成-地球站
卫星通信的主要优点
（１）通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均 可进行通信。
接收11.7~12.2 GHz 东部地区 ≥ 5.0 dB/K
11701（右旋）
中星9号（二）
中星9号（三）
中星9号参考接收参数
下行频率
极化
符号率
FEC
频道名称
视频方式 V-PID
A-PID
卫星波束 来源/日期
11840
左旋圆极化
28800
11880
左旋圆极化
28800
11920
左旋圆极化
28800
电磁波
卫星常用频段
频段 VHF UHF
L S C X
频率范围（GHz） 0.1~0.3 0.3~1.0 1.0~2.0 2.0~4.0 4.0~8.0 8.0~12.0
卫星常用频段
Ku K Ka V W mm μm
12.0~18.0 18.0~27.0 27.0~40.0 40.0~75
75~110 110~300 300~3000
卫星相关术语
➢ 远地点 ➢ 近地点 ➢ 拱线 ➢ 升交点 ➢ 降交点 ➢ 交点线 ➢ 倾角 ➢ 星下点 ➢ 近地点幅角
➢ 平均近点角
离地球最远的点。 离地球最近的点。 穿过地球中心连接远地点和近地点的连线。 轨道从南向北穿过赤道面的点。 轨道从北向南穿过赤道面的点。 穿过地球中心连接升交点和降交点的连线。 轨道面和地球赤道面之间的夹角。 地球上处于卫星垂直下方的点。 在地球中心处卫星轨道面内卫星运动方向上测得的从升 交点到近地点的角度。 卫星相对于近地点的角位置的平均值。
预分配（PA）、按需分配（DA）、随机分配 （RA）、星上交换制度等。
双向卫星通信系统
卫星通信系统组成（一）
1、卫星转发器
卫星转发器,是这样的设备，接收地面发射站发来的14GHz或6GHz 的微弱的上行电视信号，经频率变换（一次变频、二次变频）为 不同的下行频率12GHz或4GHz，再由技术处理放大到一定功率向 地球发射，由卫星接收设备接收。 每一路音视频和数据通道都是由一个卫星转发器进行接收处理然 后再传输，每一个转发器所处理的信号都有一个中心频率及一个 特定的带宽，目前卫星转发器主要使用L、S、C、Ku和Ka频段。
卫星通信系统
收发地球站
卫星通信网络的结构
星形
网格形
卫星通信体制
1）基带信号形式 模拟/数字、信源编码、信源调制、单路/多路、
FDM/TDM、预加重、加密、差错控制等； 2）中频（或射频）调制制度
FM、PSK等； 3）多址联接方式
FDMA、TDMA、SDMA、CDMA等； 4）通道分配与交换制度
➢ 赤道轨道卫星：i = 0 ° ； ➢ 极轨道卫星： i = 90 °； ➢ 倾斜轨道卫星： 0 °< i < 90 °。
卫星按轨道分类（周期）
➢ 同步卫星：T＝24h； ➢ 准同步卫星：T＝24/N or 24N h； ➢ 非同步卫星：T<>24 or 24/N or
24N h。
对地静止轨道
锥形馈源 环形馈源 圆锥馈源 梯状馈源
卫星通信系统组成（五）
5、LNB高频头
高频头（Low Noise Block）即下行解频器，其功能是将由馈源 传送的卫星经过放大和下变频，把Ku或C波段信号变成L波段，经 同轴电缆传送给卫星接收机。
单本振、双本振 单极化、双极化 单输出、双输出
LO（本振频率）：5150MHz（C-Band）、11300MHz（Ku-Band）
例：卫星上的辐射体、标量馈源
卫星通信系统组成（三）
抛物面天线
正焦馈源
偏焦馈源
卫星通信系统组成（三）
双反射面天线
卡塞格伦天线
格里高利天线
卫星通信系统组成（三）
卫星通信系统组成（四）
4、馈源
馈源的主要功能是将天线收集的信号聚集送给高频头（LNB）， 馈源在接收系统中的作用是非常重要的。 馈源的种类
北京/河北/山东/辽宁/吉林/山西/陕西 /河南/新疆/内蒙古卫视等10 套
江苏/上海/广东/广西/云南/浙江/四川 /贵州卫视等10套
西藏/陕西/CETV教育/CCTV综合/经 济/国际/军事/农业/英语频道 等10套
中国波束 中国波束 中国波束
11960
左旋圆极化
28800
直播付费业务
中国波束
卫星业务的频率分配（区域）
➢ 区域1：欧洲、非洲、前苏联和蒙古 ➢ 区域2：南北美洲和格陵兰岛 ➢ 区域3：亚洲（除区域1中的地区之外）、澳大
利亚和西南太平洋
卫星业务的频率分配（业务）
➢ 卫星固定业务（FSS） ➢ 卫星广播业务（BSS） ➢ 卫星移动业务 ➢ 卫星导航业务 ➢ 卫星气象业务
………
ITU 频率表示法
表示符号
VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
频率范围 3~30kHz 30~300kHz 300~3000kHz 3~30MHz 30~300MHz 300~3000MHz 3~30GHz 30~300GHz 300~3000GHz
c = ƒ·λ
米制划分
万米波 千米波 百米波 十米波 米波 分米波 厘米波 毫米波 丝米波
目前主要是C频段；降雨散射可能 会影响更高频率
开普勒第一定律
➢ 卫星运行路线——椭圆 ➢ 质心始终在其中一个焦点上
开普勒第二定律
➢ 相同时间扫过相同面积
➢ 离地球越远，穿越给定距离所需 时间越长
开普勒第三定律
➢ 轨道周期的平方正比于两个球体 之间平均距离的立方
a³ = μ/ n²
嫦娥一号飞行示意图
（２）不易受陆地灾害影响。 （３）建设速度快。 （４）易于实现广播和多址通信。 （５）电路和话务量可灵活调整。 （６）同一信道可用于不同方向和不同区域。
卫星通信的主要缺点
（１）由于两地球站向电磁波传播距离有 72000KM，信号到达有延迟。
（２）10GHZ以上频带受降雨雪的影响。 （３）天线受太阳噪声的影响。
卫星电视接收
卫星电视接收参数
下行频率：12395MHz 符号率：27500 极化方向：垂直极化
问题：若本振固定为5150，能否接收上述Ku波段节目？
中星9号（一）
中星9号卫星技术参数
中星9号信号模式：ABS.S
中星9号属于中国直播卫星公司
中星9号参数：东经92.2度
中星9号发射由长城工业总公司负责
降雨、冰晶
C和Ku频段的双极化系统（与系统 配置有关）
大气层中的大气
低仰角时的通信和跟踪
对流层和电离层的折射率起伏 对流层：10GHz以上的的物体 卫星移动业务
传播时延、变化 系统间干扰
对流层、电离层 风管、散射、衍射
精确定时和定位系统，时分复用 多址接入（TDMA）系统
在日蚀期间，太阳能电池不能工作，卫星的工作 必须要由电池供给。
卫星的日凌中断
在春分点和秋分点前后，当卫星处于地球和太阳 之间，即太阳处于地球站天线的波束内，太阳就像一 个极大的噪声源，完全淹没了卫星的信号。
日凌从二分点（春分点或秋分点）之前6天开始， 在二分点之后6天结束。
持续时间与地球站的纬度有关，一般最大中断时 间约10分钟。
焦点就是原中心聚焦天线的焦点。
卫星通信系统组成（三）
天线举例
卫星通信系统组成（三）
口径天线
波导末端的开口面可以看成是一个简单的口径天 线，它能够辐射由波导承载的高频电磁能量，同时也 能够接收入射到波导口径处的电磁波能量。
常见的口径天线：喇叭天线、反射面天线。
卫星通信系统组成（三）
喇叭天线
作用：将波导口径平滑过渡到更大口径的天线，这样可 以更有效地向空间辐射功率。
卫星电视与视频会议系统
第1章 卫星通信原理
本章主要内容
无线电波； 开普勒定律 ； 对地静止轨道 ； 卫星通信系统 ； 卫星电视接收 ；
卫星业务的开始
❖ 自从1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星以 来，人造卫星即被广泛应用于通信，广播，电 视等领域。1965年第一颗商用国际通信卫星被 送入大西洋上空同步轨道，开始了利用静止卫 星的商业通信。
近似高度（km）
地球大气层的分层
自由空间 600 500 400 300
电离层 200 100 90
对流层 地球表面
冰晶层降雨
卫星通信系统中的传输损耗
传输损耗 衰减和太空噪声的增加
物理原因 大气层中的大气、云、雨
主要影响对象 大约10GHz以上的频率
信号去极化 折射、大气层的多径 信号闪烁
反射多径、阻挡
中星9号节目将包括国内各省卫星台+中央台节目
中星9号星：由阿莱尼亚公司造
转发器 4×54MHz + 18×36MHz
工作频率 发射17.3~17.8 GHz
EIRP（峰值） 49.2－57.5 dBW
G/T（全国波束） 全国大部 ≥ 0.0 dB/K （区域波束）：波束覆盖区 ≥ 5 dB/K
信标频率 12199（左旋）
卫星天线的作用是收集由卫星传来的微弱信号，并尽可能去除 杂讯。大多数天线通常是抛物面状的，也有一些多焦点天线是 由球面和抛物面组合而成。卫星信号通过抛物面天线的反射后 集中到它的焦点处。
卫星天线的类型 中心聚集天线 卡塞格伦天线：卡塞格伦天线亦称后馈式天线 偏馈天线：偏馈天线实际上是一个中心聚焦天线的一部分其