第一章 卫星通信概述

2005年发射，亚洲首 颗新型宽带通信卫星， 设计寿命12年，功率 15KW；提供宽带的 Internet接入、视频会 议、远程教育等业务。
iPSTAR
※ 国内卫星通信的发展动态
※通信卫星举例
• 大LEO系统Iridium（铱卫星系统） 采用66颗卫星运行在765km的6个极地、近地、近圆轨道， 每个轨道分布11颗。每颗卫星展开硅电池9.28平方米，可 输出500瓦功率。 采用L频段提供卫星至地面用户的链路，采用Ka频段提供 星际链路和卫星到地面关口和控制中心的链路。 每颗卫星与同轨道上的相邻卫星间有2条星际链路，与不同 轨道上的卫星间有4条星际链路。 系统具有空间交换能力，并具有路有分配功能。用户可以 用手提电话直接通过卫星通信，而无需通过地面网络转接。 真正的全球通信系统。
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▲ 卫星位置保持和姿态控制
位置保持： 轨道平面上位置保 持不变，主要靠星 体喷嘴完成。
▲ 卫星位置保持和姿态控制
姿态控制？？？
控制卫星保持一定的姿态，以便卫星的天线波束始终指向地球表面的服 务区，同时采用太阳能电池帆板的卫星，还应使帆板始终朝向太阳。
自旋稳定：根据陀螺旋转原理，卫星成轴对称形状，旋转时保持姿态稳定 三轴稳定：卫星本身不旋转，通过控制穿过卫星质心的三个固定轴来控制 姿态控制方法 重力梯度稳定：根据转动惯量最小的轴有与重力梯度最大的方向一致原理 磁力稳定：利用固定在卫星上的磁铁和地磁场的相互作用来控制卫星姿态
※ 工作频段的选择（300MHz—300GHz） 原则或者依据：
（1）所选频段电波穿透电离层； （2）电波传输损耗小； （3）天线系统接收的外界噪声要小； （4）设备重量要轻，耗电要省； （5）频带要宽，以满足通信容量； （6）与其它无限系统相互干扰尽量小； （7）与现有技术设备相兼容，能配合使用。 ★ 上行链路与下行链路的频率是不能相同的！
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※地球站的组成（六部分）
＊天线跟踪设备：用来校正地球站天线的方位和仰角，以便使天线对准 卫星，包括：手动跟踪、程序跟踪、自动跟踪）
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※卫星通信的基本工作原理
1.3通信卫星
※卫星与轨道
※通信卫星的组成 ※通信卫星举例
※卫星与轨道
▲ 卫星运动的基本定律（开普勒三大定律） 第一定律（轨道定律）：卫星以地心为一个焦点做椭圆运动。 P r 1 e cos
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第二定律（面积定律）：卫星与地心的连线在相同时间内扫 过的面积相等。
2 1 卫星瞬时速度 v(r ) ( )(km / s ) r a 开普勒常数（3.986013 105 km3 /s2）
第三定律（轨道周期定律）：卫星运转周期的平方与轨道半 长轴的3次方成正比。
※ 电波传播的特点
▲自由空间的传播损耗 接收信号功率
倒数即自由 空间传播损 耗[Lp]
单位： GHz
▲大气吸收损耗 电波在地球站与微星之间传播，势必要穿越大气层（对流层、平流层和电 离层），受到自由电子和离子的吸收；雨雪等自然天气现象的吸收、散射， 导致一定的衰减。
弊？OR 利？
▲移动卫星通信的电波传播衰落
按卫星距离地面的高度
低轨道（LEO，700~1500km） 中轨道（MEO，10000km） 按距离地面高度 39500~50600km） 高椭圆轨道（HEO，最近点1000~2100km，最远点： 同步轨道（GEO，35786km）
不宜运行卫星的两个带： 内、外范伦带。 原因：它们是由地磁场吸 引和俘获的太阳风的高能 带电离子组成，形成恶劣 的电辐射环境对卫星电子 设备损害极大。
局限性 ▲通信卫星寿命短，成本大；
▲日凌中断（太阳-卫星-地球在同一直线时，太阳干扰）和星蚀现象 （卫星进入地球阴影区，太能能电池无法正常工作）；
▲电波传播时延大，且干扰强； ▲卫星通信系统技术复杂； ▲静止卫星通信在地球高纬度地球通信效果不好，两极地区为盲区。
卫星通信系统的组成和分类
卫星通信系统组成：通信卫星、通信地球 站分系统、跟踪遥测及指令分系统、监控 管理分系统
低轨道：铱系统、全球性系统
▲国际卫星直接广播现状 两类：电视直接广播和声音直接广播。 卫视频道（全球近年数量猛增）
Go
2004年7月发射，加拿 大Telelsat公司所有， 美国波音公司生产。 5950千克，全球最重 的宽带、多媒体同步 地球通信卫星，发射 功率16KW，设计寿命 15年
ANIK-F2
※ 国际卫星通信现状
▲国际卫星固定通信现状 加拿大的“ANIK-F2” ：第一颗面向大众消费者商用宽带卫星； 泰国的“iPSTAR”：通信容量最大的宽带卫星。 特点：传输网接入网；话音业务多媒体业务； IDR技术（中等数据速 率）DVB技术（数字视频广播）； 面对电信面对用户。
▲国际卫星移动通信现状 静止轨道： “国际移动卫星”系统；移动卫星-2系统；亚洲蜂窝卫星系统 等；
原因：电波在移动过程中，遇到各种物体，经过绕射、反射、散射到达 天线后，此时信号是合成的信号，各路径信号幅度、相位不同，产生多径 衰落。
▲多普勒频移
两通信物体之间存在相对运动，必导致多普勒频移。
多普勒频移危害性：如对同步卫星，因此对多普勒频移进行校正、补偿。 多普勒频移有利面：定位、测速等。
1.5卫星通信发展动态
★同步卫星：卫星轨道在赤道平面内，高度约35786Km， 与地球运行方向相同，且围绕地球公转周期与地球自 转周期（24h）相等。
主要用途：国际通信业务、国际电视转播
卫星通信特点?
优点： ▲通信距离远，且费用与距离无关； ▲覆盖面积大，多址通信； ▲通信频带宽，传输容量大；（300MHz-3000MHz） ▲机动灵活； ▲通信链路稳定可靠，传输质量高。
※通信卫星的组成
空间平台+有效载荷
结构 天线分系统 温控 电源 有效载荷 透明转发器：接收信号不做任何处理 空间平台 通信转发器 处理转发器：接收信号处理并转发 控制 跟踪、遥测和指令 远地点发动机（对静止轨道卫星）
1.4工作频段的选择及电波传播特点
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1.2卫星通信地球站
※地球站的分类
※地球站的组成
※卫星通信的基本工作原理
※地球站的分类
固定站（大、中、小型站） 按安装方法及设备规模 移动站（船载、车载、机载） 可搬动站（短时间内可拆卸转移） 20m 15m 按天线反射面口径大小 ... .... 1m 模拟站 地球站分类 按传输信号特征 数字站 民用 军用 广播 按用途 航空 航海 气象 实验 遥控、遥测跟踪站（遥测卫星工作参数，控制卫星位置、姿态） 按业务性质 通信参数测量站（监视转发器和地球站通信系统工作参数） 通信业务站（电话、电报、数据、电视）
第一章 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 卫星通信 1.4 卫星通信工作频段的选择和电波传播特点 1.5 卫星通信发展的动态
1.1 卫星通信的基本概念和特点
What’s 卫星通信?
• 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的通 信过程或方式。卫星通信属于空间无线电通信的 一种形式，工作在微波频段（300MHz～ 300GHz）。 • 空间通信是以空间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：
商用卫星系统
• 大LEO系统GlobalStar（全球星） 采用48颗卫星，分布在8个圆形轨道，每个轨道平均分布6 颗卫星。轨道高度1389km。全球星属于不单独组网系统， 作用是保证全球范围内的移动用户随时通过该系统接入地 面网。它与地面公共网联合组网，作为地面蜂窝网的延伸， 成本比铱星低。
• LEO卫星Teledesic系统 Teledesic系统是迄今为止最雄心勃勃的LEO星座系统，其 卫星数量之多，建造成本之高，都创下了星座系统之最， 因此该计划一出笼，立即引起世人关注。在系统设计上从 最初的840颗星，分布在21个轨道上，每个轨道48颗卫星， 卫星高度700km，每颗卫星由64个点波束形成64个直径为 1500km的圆形覆盖区。又称为“千星系统”，减至288颗 星，后来又减至120颗星加6颗在轨备份。卫星高度为 700km，每颗卫星用64个点波束形成相应64个直径为 1500km的圆形覆盖区。它最初的目标是宽带互联网业务。
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▲通信卫星：由一颗或者多颗组成，起中 继和转发作用。（结构：有源、无源；运 动方式：同步、非同步；质量：巨 （>3500kg）、大（1000~3500kg）、中 （500~1000kg）、小……；地面高度：低 轨（<5000km）、中轨、高轨 （>20000km）、同步（35786km）。
▲通信地球站分系统：地球站和通信站业 务控制中心：天馈设备、发射机、接收机、 信道终端、跟踪与伺服系统。
※ 国际卫星通信发展简史
▲20世纪40年代构想与探索 1945年10月英国阿瑟.克拉克提出了同步卫星全球无线电通信设想。 局限性：回波信号弱、时延长、通信时间短、带宽窄、失真大 ▲20世纪50年代实验阶段 1957年10月前苏联第一颗人造地球卫星，美国进行了有源、无源卫 星的实验 ▲20世纪60年代实用阶段 1965年4月“国际卫星通信组织”发射了“国际通信卫星”（同步卫 星，欧美大陆之间商业通信和国际通信业务）；前苏联发射了非同 步卫星“闪电-1”（电视、广播、传真等业务） ▲20世纪70年代国内通信 1972年加拿大发射了“ANIK”，国内通信业务 ▲20世纪80年代VSAT问世 突破性发展阶段。 ▲20世纪90年代至今 中、低轨道移动卫星
▲ 卫星轨道的摄动 理想条件下，卫星轨道是开普勒轨道，但由于一些次要 因素的影响，卫星的实际轨道不断发生不同程度的偏离轨道 情况，产生一定的飘移，这种现象叫摄动。