8-卫星通信系统

NOAA Polar Orbiting Weather Satellite 氣象衛星 (風雲系列)
Global Positioning System (GPS) 全球 定位 系統
ESA Galileo Satellite & Orbit System 伽利略 全球衛星 導航系統
卫星通信的发展历史
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课件仅供北邮学生授课使用，禁止传播
卫星通信相关术语
远地点(Apogee) —
卫星椭圆轨道上距 离地球最远处的点 卫星椭圆轨道上距 离地球最近处的点 地球站天线瞄准卫 星的仰角
近地点(Perigee) —
仰角(Elevation) —
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卫星通信的发展历史(1950-1965
实验阶段)
1957 前苏联发射第一颗人造卫星(Sputnik LEO) 1958 第一颗美国广播试验卫星发射(SCORE)，进行磁

带录音信号的传输，利用卫星实现了语音通信(LEO) 1960 第一颗无源通信卫星发射(Large balloons Echo I and II) 1962 第一颗非政府的主动通信卫星发射（Telstar I,MEO）, 实现了横跨大西洋的电话、电视、传真和数 据的传输，奠定了商用卫星通信的技术基础 1963 第一次发射卫星进入地球同步轨道Syncom I 1964 国际电信卫星组织建立(INTELSAT) 1965 第一颗商用通信卫星发射进入地球同步轨道 (INTELSAT 1)
plane of satellite orbit
d inclination d
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equatorial plane
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按卫星运行高度 同步轨道(GEO) 中地轨道(MEO) 低地轨道(LEO)
HEO LEO (Globalstar, Irdium) earth 1000 10000
卫星重量：173公斤 卫星外形：直径1米的球形72面体 近地点：439公里 远地点：2384公里 用 途：广播“东方红”乐曲
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东方红三号
东方红三号
卫星外形：2.2 X 2.2 X 1.72米 双翼六面体，双翼展开后总长度 18.096米。 卫星重量： 1202公斤(静止轨道 寿命初期） 转发器数： 24个C波段转发器 姿态控制：三轴稳定 定点位置： 125° E 设计寿命：8年 1997年5月12日成功发射,交付给 中国通信广播卫星运营公司,命名 为“中星六号
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地球同步卫星(GEO)
是使用最普遍的卫星 工作方式 地面之上35 863km的圆 形轨道 在赤道所在平面上旋转 (inclination 0º) 与地球一样的角速度旋 转，并保持在赤道上空 的同一个点上
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卫星的应用
基本应用环境
陆地设备无法到达的远程通信 点对多点通信
典型系统
铱星系统(Iridium) 国际海事卫星系统(Inmarsat) 全球星系统(Globalstar) 等
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现代通信网络
张 冬 梅 (zhangdm@bupt.edu.cn)
北京邮电大学计算机科学与技术学院
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卫星通信系统与网络
(课件仅供北邮学生授课使用，禁止传播)
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主要内容
卫星通信概述
卫星的轨道与频带 卫星通信技术 卫星通信网络 典型卫星通信系统
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气象业务卫星 无线电导航业务卫星、无线电定位业务卫星 商用、军用、业余爱好者、实验
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按使用方式分
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卫星通信的发展历史(1945年以前-理论阶段)
1609-1619 Kepler的关于行星运动的观点 1926 美国人R.H.Goddard第一次发射液体助推
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卫星通信的概念
卫星通信是利用卫星作为中继站，转发微
波信号，实现两个或多个地球站间的通信
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卫星通信的发展背景与地位
发展背景 1965年4月，第一颗商用卫星升空，开始了卫星通信 实用化的新时代； 上世纪70-80年代，卫星通信系统达到了鼎盛时期； 随着光纤通信和地面蜂窝移动通信系统的崛起。卫星 通信受到了严重挑战 目前地位 空间与频谱是国家强盛的重要资源； 是其他通信手段的扩展与补充； 军事通信的主角（在综合天基信息网络中，卫星通信 是实施作战指挥与控制信息传递的主通道）
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卫星通信相关术语
地球站(Earth Station) —— 地球上负责接收
来自卫星的信号的系统，主要由天线、低噪声 放大器、下变频器和接收机等组成。天线尺寸 一般2.4m-27m。 上行链路(Down Link) —— 地球站到卫星的传 输链路 下行链路(Up Link) —— 卫星到地球站的传输 链路 转发器(Transponder) —— 卫星的电子器件， 负责将上行链路信号转换为下行链路信号,由接 收机、发射机和天线组成。
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我国的卫星通信发展
1970 我国成功发射了第一颗卫星； 1984 我国成功发射第一颗试验用“同步通信卫


星”STW-1（即东方红二号）； 1986 我国用长征3号火箭成功发射第二颗“实验通信 卫星”STW-2； 1988 我国用长征3号火箭发射成功第一颗“实用通信 卫星”； 1988.12 发射了“东二甲－2”卫星，说明我国的卫星 通信技术已经迈入国际领先领域 2007.10 发射了“嫦娥－号”卫星 2010.10 发射了“嫦娥二号”卫星
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卫星的应用
典型应用领域
国际电信业务：越洋电话、传真、数据业务 国内电信业务：国内电话、传真、数据等业 务 广播电视/多媒体直播：以数字或模拟方式进 行电视节目广播、转播和直播 专网业务：用VSAT为行业、企业等提供语音、 数据和图像业务 卫星移动业务：低轨卫星系统提供的移动通 信等业务
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Sputnik - I
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Explorer - I
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ECHO I
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Telstar I
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Intelsat I
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Hubble Space Telescope 哈勃 太空望遠鏡
火箭 1927 第一次横穿大西洋的无线通信实验 1942 德国第一次成功发射V-2火箭 1945，英国科学家Arthur Clarke发表论文“地 球外的中继”,提出利用地球同步卫星实现全球 通信（GEO）
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V2 Rocket
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GEO (Inmarsat) MEO (ICO) 范艾伦辐射带
35768 km
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范艾伦辐射带 环绕地球的高能粒子辐射带 分为内外两层： 20世纪初，挪威空间物理学家斯托默从理论上证明在 地球周围存在带点粒子捕获区 1958年美国物理学家 范艾伦利用卫星上的 盖革计数器探测并证 实了辐射带的存在
(1970-1990 同步卫星应用)
1972 前苏联发射第一颗人造卫星
(Sputnik LEO) 1975 第一颗美国广播试验卫星发射 (SCORE)，进行磁带录音信号的传输，利 用卫星实现了语音通信(LEO) 1977 第一颗无源通信卫星发射(Large balloons Echo I and II) 1979 国际移动卫星组织建立(Inmarsat)
主要内容
卫星通信概述
卫星的轨道与频带 卫星通信系统概述 典型卫星通信系统 卫星互联网技术
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卫星的轨道
按轨道形状划分
圆轨道 椭圆轨道
按环绕平面划分
赤道轨道 极地轨道 倾斜轨道
satellite orbit perigee
卫星通信的优、缺点
卫星的优点
通信距离远,通信成本和距离关系小 广播方式通信,Biblioteka Baidu以进行多址连接 对地球拓扑不敏感 通信频带宽、容量大
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卫星的缺点
初装成本高 GEO系统传输时延较大 环境干扰问题 卫星姿态控制问题 需要许可证
地球同步卫星(GEO)
优点 相对地球位置固定，无 多普勒效应 地面站跟踪卫星简单 三颗卫星基本覆盖全球 存在的问题 信号衰减大 高纬度地区服务质量差 (纬度60%以上信号覆盖不好) 传输延迟大(275ms) 频率重用困难
2017/1/2
应用 多用于无线和电视信号 传输 不适合要求全球覆盖的 移动电话通信 典型系统
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The Chinese GPS system (Beidou) 北斗 導航 定位 衛星
Chang’E – 1 「嫦娥 1 號」衞星
Mass 重量 Orbit 軌道 Inclination 仰角 Eccentricity 偏心率 Apogee 遠地點 Perigee 近地點 Period 周期 Duration 壽命 Antenna 天線 83 kg. Elliptic橢圓 形 65.1o 0.05201 939 km 215 km 96 min. 12 sec. 92 days ４sets
卫星通信相关术语
点波束(Spot Beam) ——
点波束截面为圆形或椭圆 形，覆盖地球表面的一定 区域 卫星覆盖区(Footprint) — —卫星波束覆盖区域
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通信卫星分类
按覆盖范围分类

全球、区域、国家
按业务类型分类 固定业务卫星(Fixed service satellite, FSS) 移动业务卫星(Mobile service satellite, MSS) 宽带业务卫星(Broadcast service satellite, BSS)
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卫星通信的发展历史(1950-1965
实验阶段)
1957 前苏联发射第一颗人造卫星(Sputnik LEO) 1958 第一颗美国广播试验卫星发射(SCORE)，进行磁

带录音信号的传输，利用卫星实现了语音通信(LEO) 1960 第一颗无源通信卫星发射(Large balloons Echo I and II) 至此，经过通信卫星的试验，使卫星通信的 1962 第一颗非政府的主动通信卫星发射（Telestar 实用价值得到了广泛的承认 I,MEO）, 实现了横跨大西洋的电话、电视、传真和数 据的传输，奠定了商用卫星通信的技术基础 1963 第一次发射卫星进入地球同步轨道Syncom I 1964 国际电信卫星组织建立(INTELSAT) 1965 第一颗商用通信卫星发射进入地球同步轨道 (INTELSAT 1)
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我国第一颗卫星
1970年4月24日发射的第一颗人造地球卫星。 卫星的主要任务是向太空播放“东方红”乐曲，同时进行
卫星技术试验，探测电离层和大气密度。
星上采用银锌蓄电池作电源，电池寿命有限，卫星运行20
天后，电池耗尽，“东方红”乐曲停止播放，卫星结束了 它的工作寿命。