卫星通信系统

卫星通信介绍

卫星通信系统实际上也是一种微波通信，

它以卫星作为中继站转发微波信号，

在多个地面站

之间通信，卫星通信的主要目的是实现对地面的“无缝隙”覆盖,

千、甚至上万公里的轨道上， 因此覆盖范围远大于一般的 移动通信系统。但卫星通信要求地 面设备具有较大的发射功率，因此不易普及使用。

卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。卫星端在空中起中继站的作用,

2.1.1、低轨道卫星通信系统 （LEO ）:

由于卫星工作于几百、几

即把

地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站, 卫星星体又包括两大子系统：星载设备

和卫星母体。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口， 地面用户也可以通过地面站出入卫

星系统形成链路，地面站还包括地面 卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站。用户端即是

各种用户终端。

在微波频带，整个通信卫星的工作频带约有500MHZ 宽度，为了便于放大和发射及减少变调 干扰，一般在星上设置若干个转发器。每个转发器被分配一定的工作频带。 目前的卫星通信 多采用频分多址技术， 不同的地球站占用不同的频率，

即采用不同的载波。

比较适用于点对 点大容量的通信。近年来，时分多址技术也在卫星通信中得到了较多的应用,

即多个地球站

占用同一频带，但占用不同的时隙。与频分多址方式相比，时分多址技术不会产生互调干扰、 不需用上下变频把各地球站信号分开、

适合数字通信、可根据业务量的变化按需分配传输带

宽，使实际容量大幅度增加。 另一种多址技术是 码分多址（CDMA ，即不同的地球站占用同一 频率和同一时间，但利用不同的随机码对信息进行编码来区分不同的地址。

CDMA 采

用了扩展频谱通信技术，具有抗干扰能力强、有较好的保密通信能力、可灵活调度传输资源 等优点。它比较适合于容量小、分布广、有一定保密要求的系统使用。

工作轨道

按照工作轨道区分，卫星通信系统一般分为以下

3类:

距地面500—2000Km传输时延和功耗都比较小，但每颗星的覆盖范围也比较小，典型系统

有Motorola的铱星系统。低轨道卫星通信系统由于卫星轨道低，信号传播时延短，所以可

支持多跳通信；其链路损耗小，可以降低对卫星和用户终端的要求，可以采用微型/小型卫星和手持用户终端。但是低轨道卫星系统也为这些优势付出了较大的代价：由于轨道低，每颗卫星所能覆盖的范围比较小，要构成全球系统需要数十颗卫星，如铱星系统有66颗卫星、Globalstar 有48颗卫星、Teledisc 有288颗卫星。同时，由于低轨道卫星的运动速度快,

对于单一用户来说，卫星从地平线升起到再次落到地平线以下的时间较短, 所以卫星间或载

波间切换频繁。因此，低轨系统的系统构成和控制复杂、技术风险大、建设成本也相对较高。2.1.2、中轨道卫星通信系统(MEO):

距地面2000—20000Km传输时延要大于低轨道卫星，但覆盖范围也更大, 典型系统是国际

海事卫星系统。中轨道卫星通信系统可以说是同步卫星系统和低轨道卫星系统的折衷, 中轨道卫星系统兼有这两种方案的优点，同时又在一定程度上克服了这两种方案的不足之处。

轨道卫星的链路损耗和传播时延都比较小，仍然可采用简单的小型卫星。如果中轨道和低轨

道卫星系统均采用星际链路，当用户进行远距离通信时，中轨道系统信息通过卫星星际链路

子网的时延将比低轨道系统低。而且由于其轨道比低轨道卫星系统高许多，每颗卫星所能覆

盖的范围比低轨道系统大得多，当轨道高度为l0000Km时，每颗卫星可以覆盖地球表面的

23. 5%因而只要几颗卫星就可以覆盖全球。若有十几颗卫星就可以提供对全球大部分地区

的双重覆盖，这样可以利用分集接收来提高系统的可靠性，同时系统投资要低于低轨道系统。

因此，从一定意义上说，中轨道系统可能是建立全球或区域性卫星移动通信系统较为优越的方案。当然，如果需要为地面终端提供宽带业务，中轨道系统将存在一定困难，而利用低轨

道卫星系统作为高速的多媒体卫星通信系统的性能要优于中轨道卫星系统。

2.1.3、高轨道卫星通信系统(GEO)：

距地面35800km,即同步静止轨道。理论上，用三颗高轨道卫星即可以实现全球覆盖。传统

的同步轨道卫星通信系统的技术最为成熟，自从同步卫星被用于通信业务以来，用同步卫星

来建立全球卫星通信系统已经成为了建立卫星通信系统的传统模式。但是，同步卫星有一个

不可克服的障碍，就是较长的传播时延和较大的链路损耗，严重影响到它在某些通信领域的

应用，特别是在卫星移动通信方面的应用。首先，同步卫星轨道高，链路损耗大，对用户终

端接收机性能要求较高。这种系统难于支持手持机直接通过卫星进行通信，或者需要采用

12m 以上的星载天线（L 波段），这就对卫星星载通信有效载荷提出了较高的要求，不利于小

卫星技术在移动通信中的使用。

其次，由于链路距离长， 传播延时大，单跳的传播时延就会

达到数百毫秒，加上语音编码器等的处理时间则单跳时延将进一步增加, 星进行双跳通信时，时延甚至将达到秒级，这是用户、特别是话音通信用户所难以忍受的。 为了避免这种双跳通信就必须采用星上处理使得卫星具有交换功能, 杂度，不但增加系统成本，也有一定的技术风险。

目前，同步轨道卫星通信系统主要用于

VSAT 系统、电视信号转发等，较少用于个人通信。

发展趋势

未来卫星通信系统主要有以下的发展趋势:

4.1、地球同步轨道通信卫星向多波束、大容量、智能化发展;

4.2、低轨卫星群与蜂窝通信技术相结合、实现全球个人通信;

4.3、小型卫星通信地面站将得到广泛应用;

4.4、通过卫星通信系统承载数字视频直播 （DvB ）和数字音频广播（DAB ）； 4.5、卫星通信系统将与IP 技术结合，用于提供多媒体通信 和因特网接入，即包括用于国际、 国内的骨干网络，也包括用于提供用户直

接接入;

4.6、微小卫星和纳卫星将广泛应用于数据存储转发通信以及星间组网通信。

动中通控制系统方案

星，使系统能在最短的时间内锁定卫星、 在信号中断后最短的时间完成重捕获，

并能在各种

复杂地形和快速机动条件下保持系统的正常工作和信号不丢失,

当移动用户通过卫

但这必将增加卫星的复

天线跟踪控制技术是卫星动中通系统的关键技术之一,

如何能够有效控制天线的准确对

是动中通用户和设备厂家非