卫星通信第5章V3
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卫星通信第6章V3 共146页
即仰角和方位角方向，以便能迅速跟踪卫星
29
1. 天线基础和辐射方向性图
天线辐射方向性图
30
2. 天线主要特性参量
1. 天线的半功率点波束宽度
ΨhpN/D
N ——场分布系数 λ——工作波长 D ——天线直径
31
2. 天线主要特性参量
2.天线方向性
D,P,
PAV
θ ——仰角 φ——方位角 PAV ——平均辐射功率
自动跟踪系统
1 步进跟踪系统 2 单脉冲跟踪技术 3 智能跟踪
51
6.5 射频 (RF) 分系统
6.5.1 发送设备
1. HPA备份方式
1+1 N+1
2. 多载波合成 3. 功率合成
提高输出功率 提高系统可靠性
4. 高功放的非线性
52
6.5.2 接收设备
(a) 参量放大器原理电路框图。(b) 一个GaAs FET低噪声放大器电路
地球站技术近期发展趋向
最大的增长点是移动卫星业务。用户的 数目在本世纪前10年会达到1千万以上。 大部分手持终端，都具有与地面移动系 统同时运行的能力。
18
6. 3 地球站射频基本性能
6.3.1 有效全向辐射功率 (EIRP)的定义和计算
如果用PT表示天线馈源口的输入功率，GT是发射天线增 益，则地球站的有效全向辐射功率就是：
第六章 地球站和VSAT
6.1 引言 6.2 HPA & LNA 6.3 地球站射频基本性能 6.4 天线、馈源和跟踪系统 6.5 射频 (RF) 分系统 6.6 通信公用和网络接口分系统 6.7 固定和广播卫星业务地球站 6.8 很小孔径终端网络 (VSAT网络)
1
6.1 引言
29
1. 天线基础和辐射方向性图
天线辐射方向性图
30
2. 天线主要特性参量
1. 天线的半功率点波束宽度
ΨhpN/D
N ——场分布系数 λ——工作波长 D ——天线直径
31
2. 天线主要特性参量
2.天线方向性
D,P,
PAV
θ ——仰角 φ——方位角 PAV ——平均辐射功率
自动跟踪系统
1 步进跟踪系统 2 单脉冲跟踪技术 3 智能跟踪
51
6.5 射频 (RF) 分系统
6.5.1 发送设备
1. HPA备份方式
1+1 N+1
2. 多载波合成 3. 功率合成
提高输出功率 提高系统可靠性
4. 高功放的非线性
52
6.5.2 接收设备
(a) 参量放大器原理电路框图。(b) 一个GaAs FET低噪声放大器电路
地球站技术近期发展趋向
最大的增长点是移动卫星业务。用户的 数目在本世纪前10年会达到1千万以上。 大部分手持终端，都具有与地面移动系 统同时运行的能力。
18
6. 3 地球站射频基本性能
6.3.1 有效全向辐射功率 (EIRP)的定义和计算
如果用PT表示天线馈源口的输入功率，GT是发射天线增 益，则地球站的有效全向辐射功率就是：
第六章 地球站和VSAT
6.1 引言 6.2 HPA & LNA 6.3 地球站射频基本性能 6.4 天线、馈源和跟踪系统 6.5 射频 (RF) 分系统 6.6 通信公用和网络接口分系统 6.7 固定和广播卫星业务地球站 6.8 很小孔径终端网络 (VSAT网络)
1
6.1 引言
卫星通信系统概述课件
在民用领域，卫星电视广播和移动通信是最常见的应用 ，为人们提供高质量的电视节目和便捷的通信服务。
02
卫星通信系统的工作原 理
卫星通信系统的信号传输原理
无线电信号传输
卫星通信系统利用无线电波进 行信号传输，将信息编码为无 线电信号，并通过天线发送到
空间中。
信号反射和折射
卫星通信系统利用地球表面或高度 大气的反射和折射实现信号传输， 使得远离地球的区域也能够接收到 信号。
非静止轨道卫星通信系统
总结词
具有灵活性和机动性，适用于应急通信和军事通信等特殊应用场景。
详细描述
非静止轨道卫星通信系统是指卫星在地球的非静止轨道上运行，与地球保持相对运动，从而实现与地球表面进行 通信的卫星通信系统。这种系统的优点是灵活性好，可以随时调整卫星的位置和姿态，适用于应急通信和军事通 信等特殊应用场景。但是，由于卫星轨道资源的限制，建设成本较高。
信号传输频段
卫星通信系统工作在特定的频段， 包括微波、毫米波和激光等，这些 频段具有较宽的带宽和较高的传输 速率。
卫星通信系统的调制解调原理
01
02
03
调制技术
卫星通信系统采用数字调 制技术，将信息编码为数 字信号，并通过调制技术 将其加载到载波上。
解调技术
接收端对接收到的信号进 行解调，提取出原始信息 ，并将其解码为原始信号 。
卫星通信系统概述课 件
目录
• 卫星通信系统简介 • 卫星通信系统的工作原理 • 卫星通信系统的种类与特点 • 卫星通信系统的优势与局限 • 卫星通信系统的发展现状与趋势 • 卫星通信系统的实际应用案例
01
卫星通信系统简介
卫星通信系统的定义
卫星通信系统是一种利用人造卫星作为中继站，在地球上（ 包括地面和空中）的通信站之间进行信息传输的无线电通信 系统。
02
卫星通信系统的工作原 理
卫星通信系统的信号传输原理
无线电信号传输
卫星通信系统利用无线电波进 行信号传输，将信息编码为无 线电信号，并通过天线发送到
空间中。
信号反射和折射
卫星通信系统利用地球表面或高度 大气的反射和折射实现信号传输， 使得远离地球的区域也能够接收到 信号。
非静止轨道卫星通信系统
总结词
具有灵活性和机动性，适用于应急通信和军事通信等特殊应用场景。
详细描述
非静止轨道卫星通信系统是指卫星在地球的非静止轨道上运行，与地球保持相对运动，从而实现与地球表面进行 通信的卫星通信系统。这种系统的优点是灵活性好，可以随时调整卫星的位置和姿态，适用于应急通信和军事通 信等特殊应用场景。但是，由于卫星轨道资源的限制，建设成本较高。
信号传输频段
卫星通信系统工作在特定的频段， 包括微波、毫米波和激光等，这些 频段具有较宽的带宽和较高的传输 速率。
卫星通信系统的调制解调原理
01
02
03
调制技术
卫星通信系统采用数字调 制技术，将信息编码为数 字信号，并通过调制技术 将其加载到载波上。
解调技术
接收端对接收到的信号进 行解调，提取出原始信息 ，并将其解码为原始信号 。
卫星通信系统概述课 件
目录
• 卫星通信系统简介 • 卫星通信系统的工作原理 • 卫星通信系统的种类与特点 • 卫星通信系统的优势与局限 • 卫星通信系统的发展现状与趋势 • 卫星通信系统的实际应用案例
01
卫星通信系统简介
卫星通信系统的定义
卫星通信系统是一种利用人造卫星作为中继站，在地球上（ 包括地面和空中）的通信站之间进行信息传输的无线电通信 系统。
第五章 第2课时 人造卫星 宇宙速度-2025物理大一轮复习讲义人教版
第2课时人造卫星宇宙速度目标要求1.会比较卫星运行的各物理量之间的关系。
2.理解三种宇宙速度，并会求解第一宇宙速度的大小。
3.会分析天体的“追及”问题。
考点一卫星运行参量的分析1．基本公式(1)线速度大小：由G Mmr 2＝m v 2r得v ＝GMr。
(2)角速度：由GMmr2＝mω2r 得ω＝GMr 3。
(3)周期：由G Mm r 2＝m (2πT )2r 得T ＝2πr 3GM。
(4)向心加速度：由GMm r 2＝ma n 得a n ＝GMr 2。
结论：同一中心天体的不同卫星，轨道半径r 越大，v 、ω、a n 越小，T 越大，即越高越慢。
2．“黄金代换式”的应用忽略中心天体自转影响，则有mg ＝G MmR2，整理可得GM ＝gR 2。
在引力常量G 和中心天体质量M 未知时，可用gR 2替换GM 。
3．人造卫星卫星运行的轨道平面一定通过地心，一般分为赤道轨道、极地轨道和其他轨道，同步卫星中的静止卫星的轨道是赤道轨道。
(1)极地卫星运行时每圈都经过南北两极，由于地球自转，极地卫星可以实现全球覆盖。
(2)同步卫星①静止卫星的轨道平面与赤道平面共面，且与地球自转的方向相同。
②周期与地球自转周期相等，T ＝24h 。
③高度固定不变，h ＝3.6×107m 。
④运行速率约为v ＝3.1km/s 。
(3)近地卫星：轨道在地球表面附近的卫星，其轨道半径r ＝R (地球半径)，运行速度等于第一宇宙速度v ＝7.9km/s(人造地球卫星做匀速圆周运动的最大运行速度)，T ＝85min(人造地球卫星的最小周期)。
注意：近地卫星可能为极地卫星，也可能为赤道卫星。
思考(1)在同一轨道上质量大的卫星受到地球引力大，是否加速度就大，运行速度就快？(2)随着我国航空航天科技的发展，将来可以发射定点到广州上空的静止轨道卫星吗？(3)赤道上停放一待发射卫星A ，天空运行一同步卫星B ，可以由v ＝GMr得A 卫星线速度大于B 卫星线速度吗？答案(1)由a ＝GMr2及v ＝GMr可得卫星运行加速度和速度与卫星质量无关，同一轨道上各卫星具有相同加速度和速度大小(2)由于静止轨道卫星必须与地球自转同步，且转动中心必须在地心，故静止轨道卫星只能定点在赤道正上方(3)赤道上停放的物体由万有引力的一个分力提供向心力，故不满足v ＝GMr，又由v ＝ωr ，A 、B 两卫星具有相同的角速度，故B 卫星线速度大。
Synlock_V3产品概述
5.1 技术参数 ......................................................................................................................... 21 5.1.1 频率同步性能指标 ................................................................................................. 21 5.1.2 时间同步性能指标 ................................................................................................. 28 5.1.3 接口指标............................................................................................................... 29 5.1.4 单板功耗............................................................................................................... 30 5.1.5 MTBF 指标 ........................................................................................................... 31 5.1.6 EMC 指标 ............................................................................................................. 31 5.2 技术标准 ......................................................................................................................... 31 5.2.1 国内规范............................................................................................................... 31 5.2.2 ITU-T 建议 ............................................................................................................ 31 5.2.3 ETSI 建议 ............................................................................................................. 32
卫星通信系统分解课件
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卫星通信系统分解课件
目录
• 卫星通信系统概述 • 卫星通信系统的工作原理 • 卫星通信系统的关键技术 • 卫星通信系统的性能指标 • 卫星通信系统的优势与挑战 • 卫星通信系统应用案例
01
卫星通信系统概述
定义与特点
定义
卫星通信系统是一种利用人造地 球卫星作为中继站，实现地球站 之间或地球站与航天器之间进行 无线通信的通信系统。
通信容量
通信容量
指卫星通信系统的信息传输速率，通常以每秒传输的比特数（bps）或兆比特 （Mbps）来表示。通信容量的提高可以增加系统的吞吐量，满足更多的通信 需求。
频谱效率
频谱效率是指单位频谱资源上所能传输的信息量，是衡量通信容量和频谱资源 利用效率的重要指标。提高频谱效率是卫星通信系统的重要研究方向。
设备成本高
卫星通信系统的设备和运营成本相对较高， 不易普及。
信号衰减
卫星信号在传输过程中会受到大气层和距离 的影响，导致信号衰减。
对地球静止轨道的依赖
卫星通信系统需要依赖地球静止轨道资源， 面临轨道资源紧缺的挑战。
技术发展趋势
高速数据传输技术
随着技术的发展，卫星通信系统的数 据传输速率将进一步提高。
调制方式
用于将数字信号转换为适合无线传输 的信号形式，包括QPSK、QAM和 OFDM等。
多址接入技术
FDMA
频分多址接入，每个用户使用一个特定的频段进行通信。
TDMA
时分多址接入，每个用户使用一个特定的时间片进行通信。
CDMA
码分多址接入，每个用户使用一个特定的码序列进行扩频通信。
04
卫星通信系统的性能指标
信号传输频段
卫星通信系统使用的频段包括微波频段、C波段、Ku波段和Ka波段 等。
《卫星通信原理》PPT课件
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以上的频率和低仰 角；
电离层：10GHz以下的频率
地表面、地球表面上的物体 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
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
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
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
对地静止轨道
（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
卫星通信第2章V3
远地点速度
VA = 1.65km/s
同步轨道速度
VC = 3.07km/s
⊿V = VC－VA = 1.46km/s
29
静止轨道上卫星的定位（续）
2. 倾斜轨道的校正（在节点处进行） 3. 静止轨道上卫星的定位精度
≤±0.05° 卫星指向地心的偏离
≤±0.2°
30
轨道平面取向和轨道参量
Z
地心坐标系
69
卫星轨道按倾角分类（续）
极轨道
轨道面垂直于赤道平面，轨道倾角为90º， 卫星穿越地球的南北极
23
通信卫星的姿态控制（续）
（2）三轴稳定法 三轴稳定法是指卫星的姿态是由稳定穿过
卫星重心的三个轴来保证的。这三个轴分别 在卫星轨道的切线、法线和轨道平面的垂线 等三个方向上，分别对应叫做滚动轴、俯仰
三轴可以采用喷气、惯性飞轮或电机等来直接分别 控制每个轴保持稳定。
24
三 轴 稳 定 法 示 意 图
转移轨道
停泊轨道
地球
17
发射过程（续）
（2）进入转移轨道（第一次变轨） 卫星在初始轨道上只飞行一小段，当卫星快要到达初 始轨道与赤道平面的交点时，要点燃第三级火箭，以 使卫星脱离初始轨道而进入转移轨道
18
发射过程（续）
（3）进入漂移轨道（第二次变轨）
卫星在转移轨道上运行了几圈，完成了上述各项准备 工作后，当再次到达远地点时，就要启动远地点发动 机，使卫星进入漂移轨道。
32
轨道平面取向和轨道参量（续）
轨道参数
确定轨道平面方位的三个参数为： ► 右旋升交点赤经Ω：赤道平面内从春分点方向到轨
道面交点线间的角度，按地球自转方向度量 ► 轨道倾角i：轨道平面与赤道平面间的夹角 ► 近地点幅角ω：轨道平面内，升交点与近地点间的
卫星通信基本概念及其系统组成 ppt课件
•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。
卫星通信基本概念及其系统组成
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。
日凌中断现象发生在每年春分和秋分前后， 当卫星星下点进入当地时间中午前后。
只用一颗卫星就能实现立即转发通信，这种系统称为立即转发式卫 星通信系统。
卫星通信基本概念及其系统组成
卫星通信基本概念及其系统组成
图1-4 静止卫星的日凌中断和星蚀现象
卫星通信基本概念及其系 统组成
卫星、地球、太阳共处在一条直线上，且地球挡住了阳光, 静止卫星处于地球的阴影区，导致卫星上的太阳能电池无法 正常工作。
第１章 卫星通信概述 第２章 卫星通信基本技术 第３章 卫星通信链路设计 第４章 卫星通信网 第５章 移动卫星通信系统
第1章 卫星通信概述
➢ 1.1 卫星通信的基本概念和特点 ➢ 1.2 卫星通信地球站 ➢ 1.3 通信卫星（组成、轨道及星座设计） ➢ 1.4 卫星通信工作频段的选择及电波传输 的特点 ➢ 1.5 卫星通信的发展
持固定不变。
➢ 静止轨道必须具备以下三个条件： 卫星绕地球公转的方向和周期与地球自转的方 向和周期相同(T=23:56:4.09)； 轨道面与赤道面重合； 轨道是圆轨道。
注意：静止卫星与同步卫星的区别
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。
卫星通信基本概念及其系统组成
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。
日凌中断现象发生在每年春分和秋分前后， 当卫星星下点进入当地时间中午前后。
只用一颗卫星就能实现立即转发通信，这种系统称为立即转发式卫 星通信系统。
卫星通信基本概念及其系统组成
卫星通信基本概念及其系统组成
图1-4 静止卫星的日凌中断和星蚀现象
卫星通信基本概念及其系 统组成
卫星、地球、太阳共处在一条直线上，且地球挡住了阳光, 静止卫星处于地球的阴影区，导致卫星上的太阳能电池无法 正常工作。
第１章 卫星通信概述 第２章 卫星通信基本技术 第３章 卫星通信链路设计 第４章 卫星通信网 第５章 移动卫星通信系统
第1章 卫星通信概述
➢ 1.1 卫星通信的基本概念和特点 ➢ 1.2 卫星通信地球站 ➢ 1.3 通信卫星（组成、轨道及星座设计） ➢ 1.4 卫星通信工作频段的选择及电波传输 的特点 ➢ 1.5 卫星通信的发展
持固定不变。
➢ 静止轨道必须具备以下三个条件： 卫星绕地球公转的方向和周期与地球自转的方 向和周期相同(T=23:56:4.09)； 轨道面与赤道面重合； 轨道是圆轨道。
注意：静止卫星与同步卫星的区别
卫星通信第3章V3
一类零阶修正贝塞尔函数。Z为直射波分量。定义Rice 因子K为直射波功率与平均多径功率的比值，K值反映 了多径散射对信号分布的影响。
38
当信号的直射波分量被树木、输电线或高的地面 障碍物所遮蔽时，接收信号的强度r1(t)服从对数高斯 条件下的Rician分布，相位服从[0,2]的均匀分布， r1(t)可以表示为
K
K0 K1 K2 0 1 2 2
2
3
3
0 1
(2-13)
40
经验公式（2-13）中的参数值
K
K0=2.731 K1=-0.1074 K2=0.002774
0=2.331 1=0.1142 2=-0.001939 3=1.049×10-5
0=4.5 1=-0.05
30
微波信号通过大气层时产生折射
3.1.4 链路附加损耗（续）
4、电离层闪烁和多径
电离层内存在电子密度的随机不均匀性而引起闪烁，可使 信号产生折射。
电离层中不均匀体的发生和发展，造成了穿越其中的电波的 散射，使得电磁能量在时空中重新分布，造成电波信号的幅度、 相位、到达角、极化状态等发生短期不规则变化。
3.1 链路传播特性（续）
星际链路：只考虑自由空间传播损耗 星-地链路：由自由空间传播损耗和近地 大气的各种影响所确定
4
外逸层（Exosphere） 500 - 64,374 km
热层（热电离层）（Thermosphere） 80 - 500 km
中间层（Mesosphere）
50 - 80 km
26
不同仰角时的雨衰频率特性
降雨衰减系数的频率特性
降雨地区的等效路径长度
3.1.4 链路附加损耗（续）
3、大气折射的影响
38
当信号的直射波分量被树木、输电线或高的地面 障碍物所遮蔽时，接收信号的强度r1(t)服从对数高斯 条件下的Rician分布，相位服从[0,2]的均匀分布， r1(t)可以表示为
K
K0 K1 K2 0 1 2 2
2
3
3
0 1
(2-13)
40
经验公式（2-13）中的参数值
K
K0=2.731 K1=-0.1074 K2=0.002774
0=2.331 1=0.1142 2=-0.001939 3=1.049×10-5
0=4.5 1=-0.05
30
微波信号通过大气层时产生折射
3.1.4 链路附加损耗（续）
4、电离层闪烁和多径
电离层内存在电子密度的随机不均匀性而引起闪烁，可使 信号产生折射。
电离层中不均匀体的发生和发展，造成了穿越其中的电波的 散射，使得电磁能量在时空中重新分布，造成电波信号的幅度、 相位、到达角、极化状态等发生短期不规则变化。
3.1 链路传播特性（续）
星际链路：只考虑自由空间传播损耗 星-地链路：由自由空间传播损耗和近地 大气的各种影响所确定
4
外逸层（Exosphere） 500 - 64,374 km
热层（热电离层）（Thermosphere） 80 - 500 km
中间层（Mesosphere）
50 - 80 km
26
不同仰角时的雨衰频率特性
降雨衰减系数的频率特性
降雨地区的等效路径长度
3.1.4 链路附加损耗（续）
3、大气折射的影响
通信导论卫星通信课件
为了提高星载转发器的可靠性，一些容易失效的模 块或器件都有冗余配置，并配有各种切换开关，以 便在工作单元失效时切换至备用单元 。
通信导论卫星通信课件
16
3.遥测指令分系统
l）遥测部分
此部分主要收集卫星上设备工作的数据，如电流、
电压、温度、传感器信息、气体压力指令证实等信 号。这些数据经处理后送往地面监测中心站。
通信导论卫星通信课件
34
(2)处理转发器
指除了信号转发外，还具有信号处理功能 的转发器。与上述双变频透明转发器相比，处 理转发器只是在两级变频器之间增加了信号的 解调器、处理单元和调制器。先将信号解调， 便于信号处理，再经调制、变频、功率放大后 发回地面。
通信导论卫星通信课件
35
3 卫星通信地面站
卫星通信系统
一.通信卫星 二.同步通信卫星组成
三.卫星通信系统特点 四.卫星通信系统的组成与原理 五.数字卫星通信系统 六.卫星地球站
七.典型数字卫星通信系统介绍
通信导论卫星通信课件
1
一.通信卫星
地球卫星都有自己的运行轨道，这种轨
道有圆形，也有椭圆形，轨道所在的平 面称为轨道面，轨道面都要通过地心。
调
发
路
制
射
复
器
机
用
多
路
调
接
分
制
收
离
器
机
双
双
工
工
器
器
天线 馈电 设备
发
调
多
射
制
路
机
器
复
用
多
接
解
路
收
调
分
机
器
离
通信导论卫星通信课件
16
3.遥测指令分系统
l）遥测部分
此部分主要收集卫星上设备工作的数据，如电流、
电压、温度、传感器信息、气体压力指令证实等信 号。这些数据经处理后送往地面监测中心站。
通信导论卫星通信课件
34
(2)处理转发器
指除了信号转发外，还具有信号处理功能 的转发器。与上述双变频透明转发器相比，处 理转发器只是在两级变频器之间增加了信号的 解调器、处理单元和调制器。先将信号解调， 便于信号处理，再经调制、变频、功率放大后 发回地面。
通信导论卫星通信课件
35
3 卫星通信地面站
卫星通信系统
一.通信卫星 二.同步通信卫星组成
三.卫星通信系统特点 四.卫星通信系统的组成与原理 五.数字卫星通信系统 六.卫星地球站
七.典型数字卫星通信系统介绍
通信导论卫星通信课件
1
一.通信卫星
地球卫星都有自己的运行轨道，这种轨
道有圆形，也有椭圆形，轨道所在的平 面称为轨道面，轨道面都要通过地心。
调
发
路
制
射
复
器
机
用
多
路
调
接
分
制
收
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器
机
双
双
工
工
器
器
天线 馈电 设备
发
调
多
射
制
路
机
器
复
用
多
接
解
路
收
调
分
机
器
离
卫星通信课件第5章(xsy)
对面积S／S0为：
s0 4R2 (地球表面面积 )
(5)最大传传输延时(单程)：
式中C为光速。
14
仰角、方位角和星站距离的计算：
静止通信卫星s与地球站A的几何关系可用图a来表 示。其中，设地球站A的经、纬度分别为 1 和 1 ，静 止卫星s的星下点S’的经度为 2 ，而 | 2 1 | 为星 下点S’与地球站A之间的经度差。 为了进一步看清楚几何关系，我们把图a中用斜线 表示的一块地球表面AS’B画在图b中。下面我们分别来 求，当A站天线对准卫星S时，其仰角 e 、方位角 a 与经度差 、地球站纬度 1 的函数关系． 1．仰角 e 通过A站作一条指向S’方向的地平线AP，那么 SAP e 就是A站对卫星S的仰角。
8
3、数字处理转发器 转发器将接收到的信号经微波放大 和下变频，变成中频信号再进行解调和 数据处理从而得到基带信号，然后再经 调制、上变频、放大后发回地面。 （1）星上交换的TDMA转发器（书p8081)
（2）星载路由器（书p82) 路由器：读取每一个数据包中的地 址然后决定如何传送的专用智能性的网 络设备，工作在网络层的网络互联设备。
20
注意，利用上式求出的 a 是以正南方向为基准的方位 角，按规定地球站天线都是按正北方向为基准的。因 此，地球站天线的实际方位角 可按下述方法求得， 即 位于北半球的地球站其方位角 180 a 当卫星位于地球站的东侧时 当卫星位于地球站的西侧时 180
a
9
4、星载天线 常用的星载天线有： （1）、单级或双级线状天线：主要用 于TTC全向天线。 （2）、喇叭天线：用于全球波束。 （3）、反射面天线：用于区域波束或 点波束；多馈源赋形。（中心馈源的阻挡效应见
s0 4R2 (地球表面面积 )
(5)最大传传输延时(单程)：
式中C为光速。
14
仰角、方位角和星站距离的计算：
静止通信卫星s与地球站A的几何关系可用图a来表 示。其中，设地球站A的经、纬度分别为 1 和 1 ，静 止卫星s的星下点S’的经度为 2 ，而 | 2 1 | 为星 下点S’与地球站A之间的经度差。 为了进一步看清楚几何关系，我们把图a中用斜线 表示的一块地球表面AS’B画在图b中。下面我们分别来 求，当A站天线对准卫星S时，其仰角 e 、方位角 a 与经度差 、地球站纬度 1 的函数关系． 1．仰角 e 通过A站作一条指向S’方向的地平线AP，那么 SAP e 就是A站对卫星S的仰角。
8
3、数字处理转发器 转发器将接收到的信号经微波放大 和下变频，变成中频信号再进行解调和 数据处理从而得到基带信号，然后再经 调制、上变频、放大后发回地面。 （1）星上交换的TDMA转发器（书p8081)
（2）星载路由器（书p82) 路由器：读取每一个数据包中的地 址然后决定如何传送的专用智能性的网 络设备，工作在网络层的网络互联设备。
20
注意，利用上式求出的 a 是以正南方向为基准的方位 角，按规定地球站天线都是按正北方向为基准的。因 此，地球站天线的实际方位角 可按下述方法求得， 即 位于北半球的地球站其方位角 180 a 当卫星位于地球站的东侧时 当卫星位于地球站的西侧时 180
a
9
4、星载天线 常用的星载天线有： （1）、单级或双级线状天线：主要用 于TTC全向天线。 （2）、喇叭天线：用于全球波束。 （3）、反射面天线：用于区域波束或 点波束；多馈源赋形。（中心馈源的阻挡效应见
《卫星通信系统》课件
通信稳定性高
相对于地面通信系统，卫星通信系统 受自然灾害和人为干扰的影响较小， 通信稳定性较高。
灵活性
卫星通信系统具有较高的灵活性，可 以快速建立通信链路，满足应急通信 和快速部署的需求。
挑战与问题
传输延迟
设备成本高
卫星通信的传输距离较长，导致信号传输 存在一定的延迟，影响了实时通信的效果 。
卫星通信系统的设备和终端成本较高，限 制了其在某些领域的应用。
广播与电视节目传输
卫星通信系统广泛应用于电视 节目和广播节目的传输，可实 现大范围覆盖和高质量信号传
输。
移动通信
卫星通信系统为移动用户提供 全球覆盖的通信服务，包括海 事卫星通信、航空卫星通信等 。
应急通信
在灾害或紧急情况下，卫星通 信系统可快速建立应急通信链 路，保障救援工作的顺利进行 。
国际通信
无线电波的传输方式
无线电波可以通过直射、反射、折射 和散射等方式传输，其中直射传输是 卫星通信中常用的传输方式。
卫星轨道与覆盖
卫星轨道参数
卫星轨道参数包括高度、倾角、 近地点幅角和偏心率等，这些参 数决定了卫星的覆盖范围和运行
周期。
卫星覆盖区域
根据卫星轨道参数，可以确定卫星 的覆盖区域，从而实现全球或区域 性的卫星通信服务。
总结词
各具特色、服务特定区域或领域
详细描述
除了国际通信卫星组织和中国的北斗卫星导航系统，世界各国还纷纷建设自己的卫星通 信系统，以满足特定区域或领域的通信需求。这些系统在技术、覆盖范围和应用领域方
面各具特色，如欧洲的伽利略卫星导航系统（Galileo）、俄罗斯的GLONASS等。
THANKS
感谢观看
信号衰减
安全保密问题
卫星通信第5章V3
每载波多路MCPC-FDMA方式 每载波单路SCPC-FDMA方式 星上交换SS-FDMA
22
SS-FDMA卫星转发器方框图
1. MCPC
地球站接收机中的每个基带带通滤波器都对应一
特定的发送站 因此业务要求有变化时相对比较麻烦。 按所采用的基带信号类型划分
信道容量的任何变化都要求重新调谐这个滤波器，
2) 在信道频率分配上没有灵活性。
3) 为保持链路质量，要求上行链路有功率控
制装置。
4) 在含有强载波和弱载波的混合业务时，特
别是在MCPC中，弱载波可能被抑制。
57
5.3 时分多址联接
TDMA运行时，任何时间转发器只使用一
个载波，因此不会出现由多载波同时进行 非线性放大，所产生的交调干扰。这使得
上行链路——1610~1626.5MHz 下行链路——2483.5~2500MHz
4
5.1.2. 时分双工 (TDD)
正向和反向传输使用相同频带 正向和反向传输出现在不同的时间间
隔中
5
寻呼和 铃声告警
20.3ms
UL 1
8.3ms
UL 2
UL 3
UL 4
DL 1
DL 2
DL 3
DL 4
0.4ms 帧长 90ms
同时通过此信道将呼叫请求帧送到对方用户所在的
地球站，并由该站与对方局连通。
49
5.2.3 转发器利用率
限制FDMA连接通过转发器信道数目的
主要因素有两个：
a)
b)
随着接通载波数目的增加，交调噪声增大
对MCPC系统，载波带宽越小，频谱利用 率就越低
50
转发器容量与FDMA载波数目的函数曲线图
22
SS-FDMA卫星转发器方框图
1. MCPC
地球站接收机中的每个基带带通滤波器都对应一
特定的发送站 因此业务要求有变化时相对比较麻烦。 按所采用的基带信号类型划分
信道容量的任何变化都要求重新调谐这个滤波器，
2) 在信道频率分配上没有灵活性。
3) 为保持链路质量，要求上行链路有功率控
制装置。
4) 在含有强载波和弱载波的混合业务时，特
别是在MCPC中，弱载波可能被抑制。
57
5.3 时分多址联接
TDMA运行时，任何时间转发器只使用一
个载波，因此不会出现由多载波同时进行 非线性放大，所产生的交调干扰。这使得
上行链路——1610~1626.5MHz 下行链路——2483.5~2500MHz
4
5.1.2. 时分双工 (TDD)
正向和反向传输使用相同频带 正向和反向传输出现在不同的时间间
隔中
5
寻呼和 铃声告警
20.3ms
UL 1
8.3ms
UL 2
UL 3
UL 4
DL 1
DL 2
DL 3
DL 4
0.4ms 帧长 90ms
同时通过此信道将呼叫请求帧送到对方用户所在的
地球站，并由该站与对方局连通。
49
5.2.3 转发器利用率
限制FDMA连接通过转发器信道数目的
主要因素有两个：
a)
b)
随着接通载波数目的增加，交调噪声增大
对MCPC系统，载波带宽越小，频谱利用 率就越低
50
转发器容量与FDMA载波数目的函数曲线图
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式调制到一个载波频率上，最后再以FDMA方式 在TDM-PSK-FDMA方式中，首先将多路数 字基带信号用时分复用方式复用在一起，然后以 PSK方式调制到一个载波上，最后再以FDMA方
24
2. SCPC
这种方案适用于业务量要求不大的地球站， 如向边远地区提供卫星通信业务等。 已知在 n 个地球站全部连接的网状网络中，
按时预分配（TPA）方式。
9
2. 按需分配方式
按需分配（DA）方式是一种分配可变的 制度，这个可变是按申请进行信道分配 变化的，通话完毕之后，系统信道又收 归公有。
收端可变、发端固定的DA方式
收端固定、发端可变的DA方式 收、发可变DA方式
10
3. 动态分配方式
系统根据终端申请要求，将系统的频带
问题。
2
5.1.1 频分双工
卫星通信通常采用FDD方式
固定业Βιβλιοθήκη （GEO）上行链路——高频
下行链路——低频
移动业务（LEO）：GlobalStar
上行链路——1610~1626.5MHz 下行链路——2483.5~2500MHz
3
5.1.2. 时分双工 (TDD)
正向和反向传输使用相同频带 正向和反向传输出现在不同的时间间
描述
45kHz 64kbit/s 7比特PCM/A-律 QPSK 60.5~69.8dBW 15.5dB 10-6
注解
语音激活
与链路和卫星有关
采用FEC为(1~3) ×10-9
1. SCPC终端 - 固定分配
① SCPC的频率配置
地球站接收机中的每个基带带通滤波器都对应一
特定的发送站 因此业务要求有变化时相对比较麻烦。 按所采用的基带信号类型划分
信道容量的任何变化都要求重新调谐这个滤波器，
FDM-FM-FDMA
TDM-PSK-FDMA方式
23
1. MCPC
在FDM-FM-FDMA方式中，首先基带模拟
信号以频分复用方式复用在一起，然后以调频方
预分配（PA）方式
固定预分配（FPA）
按时预分配（TPA）方式
（1
固定预分配（FPA）是指按事先规定半永久性地分配 给每个地球站固定数量的信道，这样各地球站只能各自在
特定的信道上完成与其他地球站的通信，其他地球站不得
占用。
8
1. 预分配方式
（2）按时预分配（TPA）方式
根据统计，事先知道了各地球站间业务 量随时间的变化规律，因而在一天内可按约 定对信道做几次固定的调整，这种方式就是
隔中
4
寻呼和 铃声告警
20.3ms
UL 1
8.3ms
UL 2
UL 3
UL 4
DL 1
DL 2
DL 3
DL 4
0.4ms 帧长 90ms
铱系统移动用户链路的时间帧
5.1.2. 时分双工
TDD方式的特点
不要求频率配对，频带利用率高
适用于动态信道的分配
发送和接收信号可以使用相同的天线
SCPC——Single-channel per carrier MCPC和SCPC的转发器频谱比较
19
MCPC和SCPC的频率分配方案比较
FDMA的分类
每载波多路MCPC-FDMA方式 每载波单路SCPC-FDMA方式 星上交换SS-FDMA
21
SS-FDMA卫星转发器方框图
1. MCPC
不同的信道占用不同的频段，互不重叠。
13
FDMA的时间–频率关系图
5.2 频分多址联接
1. 工作原理
在以此种方式工作的卫星通信网中，每 个地球站向卫星转发器发射一个或多个载波， 每个载波都具有一定的频带，它们互不重叠地 占用卫星转发器的带宽。
15
保护频带
5.2 频分多址联接
2． FDMA的应用特点
频分多址方式是最基本的多址方式，也是最古老的多址 方式，其最突出的特点是简单、可靠和易于实现。 （1）要求解决好卫星的功率和带宽之间的关系 （2
（3
（4）尽量减少互调的影响
17
用FDMA在地球站A与B之间进行通信
5.2.1 MCPC和SCPC
MCPC——Multiple-channel per carrier
要求连接的数目为 n (n-1) / 2。
25
3. 预分配和按需分配
在预分配的 SCPC中，将几条信道永久地
分配给一个地球站，多个地球站共享一
个频率库。
数字制的预分配SCPC
PCM-PSK-SCPC
DM-PSK-SCPC
26
3. 预分配和按需分配
按需分配使得地面和卫星电路允许
共享
27
4.集中控制和分散控制
资源（传输速率）实时地分配给地球站
或卫星移动通信终端，从而能高效率地
利用转发器的频带。
11
4. 随机分配方式
指通信中各种终端随机地占用卫星信道
的一种多址分配制度
12
5.2 频分多址联接
给定带宽BT
根据业务要求划分成n段
分配到网络中的所有n个地球站
特点
比较简单
以频率来分割，在时间和空间上无法分开
上下行链路需要保护时间
发送功率要求高 发送和接收均需要同步
6
5.2 信道分配方式
信道分配方式指如何进行信道分配。所采 用的多址方式不同，其信道的内涵不同
FDMA——频点
TDMA——时隙
CDMA——引导码 SDMA——波束
信道分配方式
预分配
按需分配
动态分配
随机分配
7
1. 预分配方式
在集中控制频率库管理方案中，信
道是由网络控制站 (NCS) 集中分配
的，他们管理着频率库。
28
集中控制按需分配方案的主要元件图
分散频率管理方案
每个地球站可以从公用频率库里得到信
道，按照预定的规则接通。这种方案的
优点是可靠性高，任何一个地球站出故
障时，不会影响系统中其它地球站工作
的可靠性。但是，地球站的复杂性增加
会使设备的价格上升。
30
5.2.2 小型固定业务地球站
SCPC终端： INTELSAT SCPC是这种类 型传输方式的代表 运行类型有两种
固定分配
按需分配
两种方式运行时，允许传送话音和数据
31
Intersat SCPC主要传输特性
参数
带宽 传输速率 语音编码 调制 地球站EIRP 运行C/N 额定BER
5.1 频分双工和时分双工
本章着重讲解卫星通信的另一个重要方
面，用于与卫星连接的技术，使得卫星 的频谱和功率能有效地在大量用户之间 分享。
1
5.1.1 频分双工 (FDD)
正向和反向链路传输使用不同频带
通常正向和反向链路具有相同的带宽
正向和反向信道配对
具有固定的频率间隔
无线电通信中的频带分配，就考虑这种
24
2. SCPC
这种方案适用于业务量要求不大的地球站， 如向边远地区提供卫星通信业务等。 已知在 n 个地球站全部连接的网状网络中，
按时预分配（TPA）方式。
9
2. 按需分配方式
按需分配（DA）方式是一种分配可变的 制度，这个可变是按申请进行信道分配 变化的，通话完毕之后，系统信道又收 归公有。
收端可变、发端固定的DA方式
收端固定、发端可变的DA方式 收、发可变DA方式
10
3. 动态分配方式
系统根据终端申请要求，将系统的频带
问题。
2
5.1.1 频分双工
卫星通信通常采用FDD方式
固定业Βιβλιοθήκη （GEO）上行链路——高频
下行链路——低频
移动业务（LEO）：GlobalStar
上行链路——1610~1626.5MHz 下行链路——2483.5~2500MHz
3
5.1.2. 时分双工 (TDD)
正向和反向传输使用相同频带 正向和反向传输出现在不同的时间间
描述
45kHz 64kbit/s 7比特PCM/A-律 QPSK 60.5~69.8dBW 15.5dB 10-6
注解
语音激活
与链路和卫星有关
采用FEC为(1~3) ×10-9
1. SCPC终端 - 固定分配
① SCPC的频率配置
地球站接收机中的每个基带带通滤波器都对应一
特定的发送站 因此业务要求有变化时相对比较麻烦。 按所采用的基带信号类型划分
信道容量的任何变化都要求重新调谐这个滤波器，
FDM-FM-FDMA
TDM-PSK-FDMA方式
23
1. MCPC
在FDM-FM-FDMA方式中，首先基带模拟
信号以频分复用方式复用在一起，然后以调频方
预分配（PA）方式
固定预分配（FPA）
按时预分配（TPA）方式
（1
固定预分配（FPA）是指按事先规定半永久性地分配 给每个地球站固定数量的信道，这样各地球站只能各自在
特定的信道上完成与其他地球站的通信，其他地球站不得
占用。
8
1. 预分配方式
（2）按时预分配（TPA）方式
根据统计，事先知道了各地球站间业务 量随时间的变化规律，因而在一天内可按约 定对信道做几次固定的调整，这种方式就是
隔中
4
寻呼和 铃声告警
20.3ms
UL 1
8.3ms
UL 2
UL 3
UL 4
DL 1
DL 2
DL 3
DL 4
0.4ms 帧长 90ms
铱系统移动用户链路的时间帧
5.1.2. 时分双工
TDD方式的特点
不要求频率配对，频带利用率高
适用于动态信道的分配
发送和接收信号可以使用相同的天线
SCPC——Single-channel per carrier MCPC和SCPC的转发器频谱比较
19
MCPC和SCPC的频率分配方案比较
FDMA的分类
每载波多路MCPC-FDMA方式 每载波单路SCPC-FDMA方式 星上交换SS-FDMA
21
SS-FDMA卫星转发器方框图
1. MCPC
不同的信道占用不同的频段，互不重叠。
13
FDMA的时间–频率关系图
5.2 频分多址联接
1. 工作原理
在以此种方式工作的卫星通信网中，每 个地球站向卫星转发器发射一个或多个载波， 每个载波都具有一定的频带，它们互不重叠地 占用卫星转发器的带宽。
15
保护频带
5.2 频分多址联接
2． FDMA的应用特点
频分多址方式是最基本的多址方式，也是最古老的多址 方式，其最突出的特点是简单、可靠和易于实现。 （1）要求解决好卫星的功率和带宽之间的关系 （2
（3
（4）尽量减少互调的影响
17
用FDMA在地球站A与B之间进行通信
5.2.1 MCPC和SCPC
MCPC——Multiple-channel per carrier
要求连接的数目为 n (n-1) / 2。
25
3. 预分配和按需分配
在预分配的 SCPC中，将几条信道永久地
分配给一个地球站，多个地球站共享一
个频率库。
数字制的预分配SCPC
PCM-PSK-SCPC
DM-PSK-SCPC
26
3. 预分配和按需分配
按需分配使得地面和卫星电路允许
共享
27
4.集中控制和分散控制
资源（传输速率）实时地分配给地球站
或卫星移动通信终端，从而能高效率地
利用转发器的频带。
11
4. 随机分配方式
指通信中各种终端随机地占用卫星信道
的一种多址分配制度
12
5.2 频分多址联接
给定带宽BT
根据业务要求划分成n段
分配到网络中的所有n个地球站
特点
比较简单
以频率来分割，在时间和空间上无法分开
上下行链路需要保护时间
发送功率要求高 发送和接收均需要同步
6
5.2 信道分配方式
信道分配方式指如何进行信道分配。所采 用的多址方式不同，其信道的内涵不同
FDMA——频点
TDMA——时隙
CDMA——引导码 SDMA——波束
信道分配方式
预分配
按需分配
动态分配
随机分配
7
1. 预分配方式
在集中控制频率库管理方案中，信
道是由网络控制站 (NCS) 集中分配
的，他们管理着频率库。
28
集中控制按需分配方案的主要元件图
分散频率管理方案
每个地球站可以从公用频率库里得到信
道，按照预定的规则接通。这种方案的
优点是可靠性高，任何一个地球站出故
障时，不会影响系统中其它地球站工作
的可靠性。但是，地球站的复杂性增加
会使设备的价格上升。
30
5.2.2 小型固定业务地球站
SCPC终端： INTELSAT SCPC是这种类 型传输方式的代表 运行类型有两种
固定分配
按需分配
两种方式运行时，允许传送话音和数据
31
Intersat SCPC主要传输特性
参数
带宽 传输速率 语音编码 调制 地球站EIRP 运行C/N 额定BER
5.1 频分双工和时分双工
本章着重讲解卫星通信的另一个重要方
面，用于与卫星连接的技术，使得卫星 的频谱和功率能有效地在大量用户之间 分享。
1
5.1.1 频分双工 (FDD)
正向和反向链路传输使用不同频带
通常正向和反向链路具有相同的带宽
正向和反向信道配对
具有固定的频率间隔
无线电通信中的频带分配，就考虑这种