第一章_卫星通信简介

低轨卫星(LEO)：
低轨道(1000公里以内)卫星约二至三小时绕行 地球一周，出现在可视范围内时间短，因此 需要较多卫星以接力方式，才能提供全球全 天候的服务。 通常间碟卫星就是属于这一种位于高度较低 的轨道，由于轨道限制较少，因此近年大为 流行。 适合于通讯，因此如铱计划(Iridium)等都是 用低轨道卫星来做。铱计划即采6个轨道面， 各轨道含11颗卫星；Globalstar也是6个轨道 面，各轨道面含8颗卫星。
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直接影视广播(Direct Video Broadcast, DVB) 直接音频广播(Direct Audio Broadcast, DAB) 紧急救助通信(Emergency Communication) 全球移动电话(如铱计划(Iridium)) 因特网干线(Internet Backbone Services)
卫星通信频率的提高：
C波段（下行4GHz，上行6GHz）天线——直径数米的抛
物面，地面站以及星上天线尺寸较大，频段资源少（ 100~300MHz）
Ku波段（下行12GHz，上行14GHz）天线——0.5-1米抛
物面天线，尺寸小，频段资源多（500MHz-1GHz）
人造卫星的应用与服务：
不同应用之卫星分类
我国卫星发展历史（3）：
1997年5月12日 东方红3号升空
24路C频段转发器，6路为 中功率转发器；18路低功 率转发器。中功率通道 EIRP≥37dBW 低功率通道 EIRP≥33.5dBW。
质量：946kg 地球静止轨道，精度：东西南北均为±0.1° 天线指向误差：俯仰和滚动均为±0.15°，偏航为±0.5° 卫星寿命：8年
将生命送入太空：
太空动物：
– 小狗莱伊卡(Laika)——Sputnik II，苏联，1957 – 海龟——探测器5号（绕月），苏联，1968 太空人 – 尤里· 加加林——东方1号，苏联，1961年4月12日 – 阿伦· 谢泼德——自由7号，美国，23日之后！ – 瓦伦京娜· 捷列什科娃（第一位女太空人）——东方6号 ，苏联， 1963
卫星通信特点：

卫星通信系统具有以下特征与重要作用： – 独特三度空间无缝隙覆盖能力 – 独特灵活性与普及服务能力 – 大区域的可机动性或可行动性通连 – 广域网状网络构连能力 – 广域Internet交互连接能力 – 特有的广域广播与多点同时通连能力 – 对国际/区域/本地距离连接的不敏感性 – 对紧急救灾及故障抢救的快速灵活


中轨卫星(MEO)：

在同步轨道与低轨道之间，以导航GPS卫星 而言，采6个轨道面，各轨道面含4颗。
同步卫星(GEO)：

距离地球表面约36000公里的高度。绕地球旋 转速度与地球自转速度一样，因此在地球上观 看该卫星时，好像静止不动的停留在太空中。 做为通讯使用，因为Delay严重，会造成讯息 传送时间较长。同步轨道中之卫星，因与地球 自转同步，因此只需三颗(一颗可覆盖42％地 表)即可构成全球通信。
卫星通信技术 —— 综合性课程
数学物理：轨道、仰角、方位角计算 自动控制：卫星姿态，火箭制导
遥控遥测：卫星跟踪技术
数字通信：调制编解码
通信系统：卫星链路计算，信道模型
天线技术：抛物面天线、相控阵天线、多波
束天线、天线馈电网络 射频微波技术：转发器、LNB、上行PA
第一章
300-1500 km 15min 低成本 传输延迟低 信号衰减低 15ms 生命周期短 卫星体系复杂 有多普勒效应
中轨卫星 MEO
8000-12000 km 2-4hrs
同步卫星 GEO
36000 km 24hrs 地表覆盖率 42.2% 无多普勒效应 250ms 传输延迟大 卫星成本较高 轨道为置有限
阿波罗计划——人类登月：
1969年7月21日，阿波罗11首次实现成功
太空竞赛其他成就（1）：
探索其他行星
– 1960年苏联首先发送了金星和火星的行星探测器 – 1962年美国的水手2号成功探测了金星并发回金星表面的温度和大 气密度数据 – 1971年苏联的金星7号成为第一个降落在金星的人造物体 – 1974年美国发射的水手10号，唯一一个到达过水星的太空船 – 1965年美国发射的水手4号成为首个抵达火星轨道的探测器 – 1971年苏联发射的火星3号是第一个在火星表面着陆的太空船 – 1976年美国的海盗1号在火星着陆并首次传输了火星图片 – 1973年美国的先驱者10号成功飞过木星 – 1979年先驱者11号首次飞越土星 – 旅行者2号（1977年）实现了唯一的一次飞越天王星和海王星！

卫星在无线通信领域的定位：

在无线通信领域中，卫星通信将提供全球、广域 之通连服务：
卫星通信主要功能运用：
– 国际电信链路(International Telecommunication,如INTELSAT) – 电视节目传送(TV Program Distribution) – 企业专用网络 (VSATs) – 军事通信运用 (Military Communications) – 移动通信服务(Mobile satellite services , 如 INMARSAT)
燃料火箭的设想 德国人的贡献——A-4火箭、V2火箭（沃纳· 冯· 布 劳恩） 二战后苏联、英国和美国人才争夺战
– 冯· 布劳恩在内的很多德国专家转移到美国 – 英国拿到数枚成品与半成品 – 苏联将剩下的工厂内的生产线以及附近与生产和研发火 箭有关的德国家庭全数运往国内
太空竞赛的冷战根源：
间谍卫星——侦查其他国家 火箭能将人类送入地球轨道或月球表面——
也能发射原子弹到敌国 太空技术具有双重属性：
– 为和平目的服务 – 用于军事目的
通讯卫星重大事件：
1962年，Telstar：第一颗跨洋通讯实验通讯卫星 1972年，Anik 1：第一颗国内通讯卫星（加拿大） 1974年，WESTAR：美国第一颗国内通讯卫星 1976年，MARISAT：第一颗移动通讯卫星
最早关于卫星通信的设想:
Arthur C. Clarke, “Extra-terrestrial Relays” Wireless World, pp. 305-308, 1945 首次提出地球同步静止轨道卫星通信
35860 Km
世界上第一个人造卫星:
Sputnik I：由苏联与1957年发射成功
太空竞赛其他成就（2）：
发射和对接 – 1962年8月12日苏联的东方3号和东方4号实现了首次太 空回汇合 – 美国的双子座8号于1968年3月16日首次完成了太空对接 – 1967年4月26日美国的Scout B进行了首次海上发射 – 1971年6月7日第一个空间站苏联的礼炮1号开始运作
我国卫星发展历史（1）：
太空竞赛：
1926年美国人罗伯特· 戈达德设计了第一枚应用液体燃料的
火箭。 标志着战争进入航空与火箭时代（Catapult rocketry），同时还预示着太空竞赛的到来。尽管太空竞 赛打着“科学”和“和平利用太空”的幌子，但却不可避 免的要和各国的军事目的联系起来
太空竞赛历史背景：
火箭——中国人早在11世纪就将其用作武器 俄国科学家康斯坦丁· 齐奥尔科夫斯——多级液体
现代卫星通信
陈 鹏
E-mail: pengchen@
教材及参考书：
Timothy Pratt, Charles Bostian, Байду номын сангаасeremy Allnutt,
Satellite Communications (Second Edition) 电子 工业出版社， 2003 Timothy Pratt, Charles Bostian, Jeremy Allnutt, 甘良才等译，卫星通信（第二版）Satellite Communication，电子工业出版社，2005 王丽娜、王兵、周贤伟，黄旗明等，卫星通信系 统，国防工业出版社，2006 储钟圻，数字卫星通信，机械工业出版社，2006
通信卫星轨道划分：
按轨道高度划分： – 低轨道(LEO): 300 to 1,500 km – 中轨道(MEO): 8,000 to 12,000 km – 同步轨道(GEO): approx. 36,000 km 按轨道形状划分： – 圆形轨道(Circular) – 椭圆轨道(Elliptical)

就应用方面来说，卫星约可分成下列几类： – 侦察卫星(Surveillance Satellites) – 预警卫星(Early Warning Satellites) – 气象卫星(Weather Satellite) – 天文卫星(Astronomical Satellite) – 导航卫星(Navigational Satellite) – 探测卫星(Remote Sensor Satellite) – 杀手卫星(Killer Satellite) – 通信卫星(Communication Satellite)
卫星通信简介
人造卫星的历史缘由:
20世纪无线通信的快速发展推动人类远距离通信
的需求，早期利用HF（短波）通信
HF 电报通信
HF 依靠电离层散射可以传输几千 公里的距离
HF通信的问题：
1：频率资源少（3-30MHz） 2：通信不稳定，易受太阳黑子活动干扰，昼夜变
化较大 3：天线设备庞大：



轨道资源有限(360º ) ，ITU于1985年国际卫 星会议，原规划3º 一颗，已改成2º 一颗，经 申请同意，才可布放。

资源卫星、通讯卫星、军事卫星、导航卫 星…都喜好长驻。
东经125º 至西经125º 的范围是太平洋上空， 其同步静止卫星较稀少。

不同轨道卫星比较：