卫星通信

4.2 通信卫星的组成及部分功能
通信卫星主要有两部分组成：
有效载荷：装载于卫星上用于完成通信任务的仪器设备的总称。
卫星公用舱：用于安装固定有效载荷的服务系统。
二、卫星公用舱的组成——五个分系统组成。
Ⅰ姿态和轨道控制系统——Aocs（Attitude and orbit control subsystem）
重叠区设置中继站，可实现全球通卫星通信。
第二阶段：实用阶段
1964年，美国人成功发射了“辛康姆”卫星——事件标志着卫星通信进入实 用阶段，标志性体现在：
1、成功的进行了电话和电视的传输试验。 2、向美国国内传播在日本东京举行的奥运会。 第三阶段：商用阶段
由于卫星通信带来的巨大经济效益。卫星通信商用化逐渐提上了议事日程。
第四章 卫星通信系统的组成
4.1 卫星通信系统的组成 一个完整的卫星通信系统由空间段、地面段和用户段三部分组成：
一、空间段：也称空间分系统，通常是指通信卫星，研究的重点
二、地面段：一般包括地球站群，测控系统和监控中心
1、地球站群：包括一个中央地球站和若干个普通地球站，中央站和普通站之
间采用高度集中的星形网络结构
的“闪电”号卫星及实现全球通信三颗同步卫星）
2、国内卫星通信系统——为本国提供卫星业务的系统 3、区域卫星通信系统——低轨卫星。（用于特殊服务，地质勘测，海洋勘探等）
二、按卫星业务分类 1、卫星固定业务：向现有的电话网（PSTN）和有线电视网（CATV） 提供卫星链路，用来传输语音信号和电视信号。
S
Sun
Earth Satellite
E
E
Td=2d/c=0.27s
为消除0.27s的时间延迟，必须增加回波抵消器，大大增加了星上设备的复杂
程度。
第二章 通信卫星
在卫星通信系统中，通信卫星是最重要的组成部分 2.1 通信卫星的轨道参数
2.2 同步卫星运动的基本规律 一、卫星轨道的有关术语：
二、开普勒三大定律
现代通信技术 ——卫星通信
江苏理工学院
第一章 卫星通信概论
1.1 卫星通信的含义
卫星通信是属于宇宙通信的范畴。
一、宇宙通信
1.定义：以宇宙飞行体为对象的无线电通信。
S
2.形式：① 地球站与飞行体之间的通信。 ② 飞行体之间的互相通信
S
E
S
S
③ 通过 飞行体实现地球站之间的相互通信
———第三种形式称为卫星通信
——卫星围绕地球运动与行星围绕太阳运动遵循相同定律。
补充说明：开普勒三大定律只是描述了卫星运动的基本规律，但真正对 此作出解释的是牛顿的三大定律和万有引律。
将轨道曲线投影到赤道面，得到卫星绕地心做椭圆曲线的平面图
第二定律：
——
第三定律：轨道周期的平方正比于轨道长半轴的立方。
关键是求：
③近地点的瞬时速度
INTELSAT (international telecommunication satellite consortium)
4、1965年，第一颗商用卫星IS-I（晨鸟一号）进入静止轨道，成为第一 代国际通信卫星，目前已经经历了八代，第九代正在建立。
1.3 卫星通信系统的分类
一、按覆盖范围分
1、国际卫星通信系统——提供全球范围内的电话和电视数据线路。（前苏联
2、数字制卫星通信系统——（基带数字信号调制到微波载波上）
ASK（幅移键控） FSK（频移键控）
BPSK（二进制相移键控）
DPSK（差分键控） QPSK（正交键控）
五、按照所用频段 1、UHF（特高频）卫星通信系统
2、SHF（超高频）卫星通信系统
3、EHF（极高频）卫星通信 4、激光卫星通信系统
1.4 卫星业务的频率分配（重点）
例2：
2.3 卫星的摄动
一、定义
由于地球结构的不均匀和太阳，月亮等其他星体引力的影响，使卫星的轨道不 断偏离由开普勒法则所确定的理想轨道，产生一定的漂移，将该现象称为卫星的 摄动。
二、引起摄动的原因
1、太阳、月亮等星体引力的影响
LEO：地球引力占绝对的优势，其它星体的引力影响可忽略。 HEO：太阳、月亮等星体的引力影响较大，使轨道倾角发生累积性的变化，
导致卫星轨道发生南北方向的漂移。
2、地球引力场的不均匀
地球是一个呈扁平状的椭圆球体，由于表面起伏不平，造成地球引力场的不均，
导致卫星轨道发生东西方向的漂移（对LEO,HEO均有影响）
3、地球大气阻力的影响
HEO：处于地球大气层以外的宇宙空间，大气阻力的影响可忽略。
LEO：轨道高度较低，受大气阻力影响较大，导致卫星位置逐年下落。
一、频段表示法
例：试计算万米波的频率范围。 解：
以此类推：随着波长下降一个数量级，则频率上升一个数
量级，而目前卫星通信的主要波段集中在微波段，VHF（甚高 频），UHF（特高频），SHF（超高频），EHF（极高频）
二、卫星业务在微波段的频率分配
卫星业务在不同的频段有不同的业务分配：
三、区域划分
ITU（国际电信联盟）不仅在频段上做了业务分配，而且在区域上做了 划分。 区域1：欧洲 ，非洲 ，前苏联和蒙古；
1、1961年，J.F.Kennedy——第一个提出了商用通信业务的概念
2、1962年在卫星通信条例的基础上——建立了美国通信卫星的公司 {communication satellite corporation——COMST}
3、1964年，卫星通信领域中最重要的商业化组织（国际电信卫星组织） 成立，目前该组织已经有140多个全员国和40多个投资实体。
该分系统主要实现两个功能：姿态控制和轨道控制。 1、姿态控制——使卫星对地球保持正确的姿态。
何谓正确的姿态：
a)卫星的天线波束始终对准地球——保证信号收发顺畅 b)卫星的太阳能帆板电池对准太阳——保持电源的供给 目前主要有三种姿态控制技术： a)自旋稳定技术：依靠卫星的自旋来调整姿态。（早期同步卫星采用该技术） b)三轴稳定技术（首先要弄清是哪三轴）： 滚动轴：指向地球方向 偏航轴：轨道切线方向 俯仰轴：与上述两轴所确定的平面相垂直的轴
E
E
1.2 卫星通信的发展史：
卫星通信发展主要经历了三个阶段：试验阶段、实用阶段和商用阶段。 第一阶段：试验阶段 1945年，英国军官阿瑟· 克拉克在《地球外的中继站》一文中提出了卫星 覆盖说→该学说在20年后得到了实现。
卫星覆盖说主要内容：
1、在赤道平面上空35786km处设置一颗卫星，可实现与地球同步。 同步概念：i）卫星的旋转方向与地球的自旋方向相同（自西向东） ii）同步卫星的轨道周期=地球自转周期=24恒星时=23小时56分04秒 2、从卫星向地球引两条切线，通过计算，两切点间的弧线距离为18100km。 ——单颗同步卫星可实现的最大距离为18100km 3、以120°等间隔的配置三颗同步卫星可实现全球通信。 4、通过在重叠区内建立中继站，可实现不同卫星覆盖区的地球站之间的通信。 结论：以太阳能为动力，通过在赤道平面上空等间隔的放置三颗同步卫星和在
2、卫星广播业务：直播到户的卫星电视，通过家庭卫星接收机接收星
上的电视信号。 3、卫星移动业务：为飞机，轮船，车辆提供的车载或船载的无线终端服 Nhomakorabea务。
4、卫星导航业务：全球定位系统（GPRS） 5、卫星气象业务：对天气信息做动态分析，得到第一手的气象资料。
6、科学试验业务：开辟行的频段，用于研究卫星新领域的应用。
重点：摄动值（漂移值）的求解
例
2、计算摄动情况下的a值
2.5 同步卫星轨道（对地静止轨道）
一、同步卫星的覆盖区
第三章 无线电电波频率窗口的选择
引言：电波频率窗口的选择是一个十分重要的问题，直接涉及到了卫星 系统的传输容量 3.1 频率窗口的选择 一、选择的依据 1、无线电波要能顺利刺穿大气层，传播的附加损耗要尽可能小； 2、合理使用无线电频谱，防止各类通信业务之间相互干扰。 第二依据：国际电信联盟已经在区域上做频段上做了明确的划分： 区域上I，II，III 频段上 VHF UHF SHF EHF 本章主要讨论第一个依据。
三、按传输方式 1、频分多址（FDMA）2、时分多址（TDMA）3、码分多址（CDMA）
4、空分多址（SDMA） 5、混合多址
四、按传输基带信号的体制 1、模拟制卫星通信系统——（基带信号带为模拟信号）
I）话音信号：300—3400HZ（通过SSB调制，加载到卫星上行链路的载波）
II) 电视信号：4.2MHZ（视频信号+伴音信号）→通过AM和FM调制加载到卫 星上行链路。
Sun
每天有几分钟的通信中断，这种现象称作日凌现象。
Satellite Earth
II）星蚀现象： 在秋分前后的23天中，卫星进入地球的阴影区，此时太阳、地球和卫星在同一 直线上，由于受到地球的阻挡，导致太阳能电池不能正常工作，从而影响卫星天线 的接收信号，该现象称为星蚀现象。 4、存在较大的信号延迟——如何确定延时时间Td 同步卫星与地球站间的距离d d=35786+6378（地球半径）=42164（km）
2、覆盖面积大，单颗同步卫星能有效覆盖地球表面三分之一地区，三颗 同步卫星便能实现除两极以外的全球通信。 3、传输频带宽 目前通信卫星所使用的频段从VHF(基高频)—SHF（超高频），即从 30MHZ—300GHZ，仅次于光纤通信的带宽。
折合成现有线路=3000路电话信号+3路电视信号。
4、通信线路稳定可靠 卫星通信的电磁波主要在大气层以外的宇宙空间传播，宇宙空间视作均 匀介质，传输线路稳定。 5、机动性能好 卫星通信不仅能为地球站提供长距离的干线通信，而且能为各类车载， 船载等提供移动终端服务。 二、缺点 1、两极地区为通信盲区，高纬度的通信效果不好； 2、卫星的发射成本高，空间的测控技术较为复杂； 3、客观上存在日凌中断和星蚀现象。 I）日凌中断 在春分前后六天中卫星处在太阳和地球之间，并处在同一条直线上，此 时太阳就像一个极大的噪声源，严重干扰了卫星天线接收信号，从而造成