卫星通信概论

卫星通信概论

主要内容：

▪卫星通信的基本概念

▪卫星通信系统的分类

▪VSAT系统

▪移动卫星通信系统

▪几个主要的卫星通信系统

一、卫星通信的基本概念

1、卫星通信的定义

卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站转发或反射无线电信号，在两个或多个地球站之间进行的通信。卫星通信工作在微波频段。

2、简史

▪1945年，英国《Extra-Terrestrial Relays》一文中提出利用3颗

静止卫星覆盖全球的设想。

▪1945年到1964年间，曾经先后利用月球、气球、铜针偶极子带作为中继，进行电话电视传输试验

▪1957年，前苏联发射了第1颗LEO卫星－Sputnic（美苏太空竞赛的导火索）

▪1962年，美国第1次发射了真正实用通信卫星（Telstar/MEO）▪1965年，第1颗商业通信卫星（INTELSAT-1）进入静止轨道▪1990-2000年，引入卫星直接广播语言（DAB）业务

▪2000-2005年，引入宽带个人通信；Ka频段系统得到迅速；多个LEO和MEO卫星系统投入运行

3、发展

▪早期卫星通信系统采用C波段和S波段的静止轨道卫星通信，后来在K波段通信采用VSAT（Very Small Aperture Terminals）系统，可以覆盖到原来通信网络覆盖不到的区域。另外，出现了许多全球移动卫星通信系统，利用许多颗中低轨道卫星，提供全球的移动通信服务。

▪早期的卫星通信要求昂贵笨重的终端，因此限制了它的普及和可用性。静止轨道卫星处于高轨道，传输时延大，不能满足语音业务对时延的高要求。后来的中低轨道移动卫星通信系统虽然时延相对减小，但由于卫星运动速度很高，带来的多普勒频移很大，严重影响系统性能。随着射频技术的改进，在提高性能、减小体积和重量的同时降低了终端的成本。技术的进步也

更好的解决了多普勒频移带来的影响。

4、卫星通信的普及要求：

▪低成本：通信费用和终端费用

▪方便：手持电话，漫游，切换

▪可靠：低掉线率，高连接率

▪高质量通信：可接受的时延，语音质量

5、铱系统的失败

▪66颗低轨卫星(轨道高度780km)组成的铱星座是运行过一段时间的商业移动卫星通信系统，该系统最引人注目的成绩是在1997年5月至1998年5月的1年多时间中完成了整个卫星星座的发射，曾成为世界上第一个投人使用的大低轨系统。到2000年3月17日一直苦苦支持的铱公司终于半途夭折，宣告破产。

▪该系统发射成功后反映出的先进之处在于:应用了星上处理与星间链路技术，相当于把地面蜂窝网倒置于空中;解决了卫星网与地面蜂窝网之间、以及蜂窝网之间的跨协议漫游，从而实现了通信终端手机化、个人通信全球化，证明了LEO可以用于全球个人通信。

铱系统全球覆盖全球漫游的优势是显而易见的，然而，铱系统固有的问题决定了它失败的命运：

▪高成本：系统成本47亿美元；铱手机Eurasia公司卖8000美元/部，TDCOM公司卖5132美元/部；通话费数美元/分钟。漫游

费用

▪不方便：终端笨重，美国Motorola双模为454g，日本单模双模均为400g；而GSM < 100 g

▪不可靠：铱系统掉线率高，通信率80%，掉话率15%

▪质量低：数据传输率低，只有2.4k/s，远低于GSM系统

▪其它问题：目标客户定位错误，手机交货逾期，来自其它廉价陆地移动通信系统的竞争

二、卫星通信系统的分类

1、分三大类

静止轨道卫星（Geostationary Earth Orbit：GEO）：

▪与地球上某一点保持相对静止

▪赤道延伸平面：36000km

优点：

▪经济，三颗卫星，覆盖全球

缺点：

▪长距离造成大信号衰减和大传播时延（500ms以上）

中轨道卫星（Medium Earth Orbit：MEO）

▪高度在5000－12000km左右

▪为了覆盖整个地球需要10颗左右卫星

GPS：为美国空军系统运作，用作全球定位。

▪早期为12个卫星星座，在1978～1985年间发射;

▪新的GPS系统，在1989～1994年间发射；为24颗小卫星星座

系统,分6个轨道平面覆盖全球

低轨道卫星（Low Earth Orbit：LEO）

▪高度在500－900km

▪提供全球移动电话和数据服务；也可用于地面摄影和侦察优点：

▪信号衰减小，时延小

▪卫星重量轻，结构简单

缺点：

▪为了覆盖整个地球需要大量卫星，系统复杂

2、主要应用领域

▪互接长途电话业务：

国内公众卫星通信网的干线已有37个大型C波段地球站，运行着3万5千条双向电路（占国内长途电路的5~6‰），另有4个试验地球站和约30台移动卫星通信车载站工作在Ku波段。

国际通信方面：中国电信运营15座国际通信卫星地球站，开通了约1万3千条双向电路（占国际长途电路的26%）。

可以提供备份电路或传送峰值业务。

▪无线电和电视广播：

使用了11颗通信卫星（亚太1A、亚洲2号、亚洲3S、鑫诺1号、亚太2R、泛美3R号、泛美8号、泛美9号、泛美3R号、泛美10号、银河3R和热鸟3号）的32个转发器。

中央电视台的12套节目，中央人民广播电台和国际台的32路声音广播节目，以及31个省、自治区、直辖市的广播电视节目均通过卫星向全国传送。

▪海上、地面和空中的移动通信：

可以提供广域或全球覆盖的移动通信业务

成为UMTS的一部分

▪基于TCP/IP的internet业务

3、卫星通信的特点

▪通信距离远且建站费用与通信距离无关

地球站建设的费用不因两站之间距离远近、地面自然条件而变化。除了国际通信以外，在国内通信中，尤其是边远地区和陆地通信系统难以覆盖的地区，卫星通信是不可替代的选择。

▪通信频带宽，传输容量大，适用于多种业务

宽带数据业务、国际互联网业务、卫星电视业务、移动通信业务

▪固定卫星系统通信质量高，通信线路稳定可靠

卫星和地球站的位置相对稳定，只有直射径，无多径干扰和其他衰落。

▪发射与控制技术复杂

要把卫星发射到静止轨道上应确定点，并经常保持较小的漂移，难度是很高的。因为地球表面凹凸不平，太阳和月球的引力，大气层阻力，太阳辐射压力等都会造成轨道摄动。