卫星通信原理 ppt课件
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《卫星通信基本概念及其系统组成》PPT模板课件
•双跳工作方式及示意图(经卫星两次转发) 双星双跳 单星双跳
卫星通信系统工作方式
A: 用于国际通 信，两个地球 站看不到同一 颗卫星，传输 时延大；
B: 用于星形网， 平时不通信， 需要时进行通 信，不允许国 内话音通信， 用于数据通信。
2.卫星通信系统的分类
归纳起来可以从不同角度进行分类： (1)按照卫星制式，分为随机、相位和静止3类 卫星通信系统； (2)按通信覆盖区的范围，分为国际、国内和区 域3类卫星通信系统； (3)按用户性质，分为公用(商用)、专用和军用 3类卫星通信系统； (4)按业务分为固定业务(FSS)、移动业务 (MSS)、广播业务(BSS)、科学实验及其它业务(如教 学、气象、军事等)卫星通信系统；
卫星通信系统指利用人造地球卫星在地球站之间进行通 信的通信系统。
通信卫星指用于实现通信目的的人造卫星。 卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接 力向太空的延伸。
• 图1-1 卫星通信过程示意图
通常以空间飞行器或通信转发体为对象的无线 电通信称为空间通信(宇宙通信)，它包括三种形式：
(1)地球站与空间站之间的通信； (2)各空间站之间的通信； (3)通过空间站的转发或反射进行的各地球站之 间的通信。 把第三种形式的空间通信称为卫星通信，这里 说的地球站是指设在地球表面(包括地面、海洋或大 气层)的通信站。
几个概念
1、对地非静止卫星： 相对于地球表面上的任一点，卫星的位置不
断地变化。又称运动卫星。
统四部分组成。
其作用是对在轨道上的卫星的通信性能 其控上道正及通器频运作制的、参后功频行用卫指位数的率率和是星定置进例、和工对准位、行行天带作卫确置姿业监线宽。星地，态务测增等进进并进开与益，行入对行通控、以跟静卫监前制地保踪止星视的，球证测轨的和监其发通量道轨校测中射信，和包功卫业括率星务转、正开发射常
卫星通信系统工作方式
A: 用于国际通 信，两个地球 站看不到同一 颗卫星，传输 时延大；
B: 用于星形网， 平时不通信， 需要时进行通 信，不允许国 内话音通信， 用于数据通信。
2.卫星通信系统的分类
归纳起来可以从不同角度进行分类： (1)按照卫星制式，分为随机、相位和静止3类 卫星通信系统； (2)按通信覆盖区的范围，分为国际、国内和区 域3类卫星通信系统； (3)按用户性质，分为公用(商用)、专用和军用 3类卫星通信系统； (4)按业务分为固定业务(FSS)、移动业务 (MSS)、广播业务(BSS)、科学实验及其它业务(如教 学、气象、军事等)卫星通信系统；
卫星通信系统指利用人造地球卫星在地球站之间进行通 信的通信系统。
通信卫星指用于实现通信目的的人造卫星。 卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接 力向太空的延伸。
• 图1-1 卫星通信过程示意图
通常以空间飞行器或通信转发体为对象的无线 电通信称为空间通信(宇宙通信)，它包括三种形式：
(1)地球站与空间站之间的通信； (2)各空间站之间的通信； (3)通过空间站的转发或反射进行的各地球站之 间的通信。 把第三种形式的空间通信称为卫星通信，这里 说的地球站是指设在地球表面(包括地面、海洋或大 气层)的通信站。
几个概念
1、对地非静止卫星： 相对于地球表面上的任一点，卫星的位置不
断地变化。又称运动卫星。
统四部分组成。
其作用是对在轨道上的卫星的通信性能 其控上道正及通器频运作制的、参后功频行用卫指位数的率率和是星定置进例、和工对准位、行行天带作卫确置姿业监线宽。星地，态务测增等进进并进开与益，行入对行通控、以跟静卫监前制地保踪止星视的，球证测轨的和监其发通量道轨校测中射信，和包功卫业括率星务转、正开发射常
卫星通信基础知识ppt课件
静止卫星发生星 蚀和日凌中断的原理
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
影响静止卫星通信的因素
圆形倾斜轨道同步卫星视在位置的日漂移
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
地球卫星的轨道
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
卫星通信的特点
1、通信范围大，三颗同步卫星即可覆盖全球（除两极外）。只要 在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通 信。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
卫星通信的基本原理
什么是卫星通信? 卫星通信，简单地说，就是地球上（包括地面、水面 和低层大气中）无线电通信站之间利用人造卫星作中 继站而进行的通信，它覆盖面积大、不受地理条件的 限制、通信频带宽、容量大、机动灵活，因而在国际 和国内通信领域中，成为不可缺少的通信手段。
卫星通信系统的分类
按业务分
固定业务卫星通信系统 移动业务卫星通信系统 广播业务卫星通信系统 科学实验卫星通信系统
按多址方式分
频分多址卫星通信系统 时分多址卫星通信系统 空分多址卫星通信系统 码分多址卫星通信系统
混合多址卫星通信系统
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
卫星通信原理
卫星通信原理卫星通信是一种利用人造卫星作为中继站，实现地面通信的技术。
它的原理是利用卫星在地球轨道上的运行，将地面的通信信号发送到卫星上，再由卫星转发到另一个地面接收站，从而实现远距离的通信。
卫星通信的原理可以分为发射、传输和接收三个环节。
首先，发射端将需要传输的信号转换成微波信号，然后通过天线发送到卫星上。
这个过程需要考虑到信号的频率、功率和调制等参数，以确保信号能够被卫星接收并传输。
其次，卫星接收到信号后，会对其进行解调和放大处理，然后再通过卫星上的转发器将信号转发到目标地面接收站。
在这个过程中，卫星需要考虑到信号的转发路径、天线的指向和信号的衰减等因素，以确保信号能够准确地传输到目标地面接收站。
最后，目标地面接收站接收到信号后，会对其进行解调和处理，然后将其转换成人们能够理解的语音、图像或数据等形式。
在这个过程中，地面接收站需要考虑到信号的接收质量、抗干扰能力和数据处理能力等因素，以确保信号能够被准确地解码和处理。
卫星通信的原理虽然看似复杂，但其实质是利用卫星作为中继站，将地面的通信信号传输到远距离的地方。
通过合理的信号处理和调制技术，卫星通信能够实现高质量、大容量和远距离的通信，广泛应用于电视广播、电话通信、互联网接入和军事通信等领域。
总的来说，卫星通信的原理是利用卫星作为中继站，通过发射、传输和接收三个环节，实现地面通信信号的远距离传输。
这种技术不仅可以满足人们对通信质量和容量的需求，还可以弥补地面通信的盲区和不可及区域，具有广阔的应用前景和社会意义。
随着科技的不断发展，卫星通信技术也将不断提升，为人们的通信生活带来更多便利和可能。
《卫星通信基础》PPT模板课件
2 卫星通信的电波传播和工作频段
3、卫星提供的业务。 1）卫星固定业务（FSS）。 2）卫星广播业务（BSS）。 3）卫星移动业务（MSS）。 4）卫星导航业务。 5）卫星气象业务。 6）卫星间业务。
4、卫星通信目前使用的频段 1）VHF(0.1-0.3GHz) 2）UHF(0.3-1GHz) 3）L波段(1.0-2.0GHz) 4）S波段(2.0-4.0GHz) 5）C波段(4.0-8.0GHz,4/6GHz) 7)X波段(8.0-12GHz) 8)Ku波段(12-18GHz,11/14GHz,12/14GHz) 9)K波段(18-27GHz)
2、预分配方式（PA） 1）固定预分配（FPA）。 2）按时预分配（TPA）。
3、按申请分配方式（DA） 1）收端固定—发端可变（FR-VT） 2）发端固定—收端可变（FT-VR） 3）全可变（VT-VR）
4、动态/随机分配方式 5、FDMA需要考虑的问题
1）邻道干扰 2）保护频带 3）互调 4）回退的影响
4、多址接入与多路复用是两个不同的概念
5 多址接入
卫星
固定 站
固定 站
…
固定 站
固定 站
…
f1 f2 f3 f4
fn
频分多址
卫星
固定 站
固定 站
…
固定 站
固定 站
…
T1
T2 T3
T4
Tn
时分多址
卫星
…
固定 站
固定 站
固定 站
固定 站
…
1
2
3
4
5
码分多址
地址码
5 多址接入
5、2多址分配制度
1、基本概念 为了充分利用卫星转发器的功率和频率资源而进行的卫星通道的分 配方式。这里的通信对应着FDMA的频带、TDMA的时隙、CDMA的码型 SDMA的窄波束。
《卫星通信原理》PPT课件
降雨、冰晶
C和Ku频段的双极化系统（与系统 配置有关）
大气层中的大气
低仰角时的通信和跟踪
对流层和电离层的折射率起伏 对流层：10GHz以上的频率和低仰 角；
电离层：10GHz以下的频率
地表面、地球表面上的物体 卫星移动业务
传播时延、变化 系统间干扰
对流层、电离层 风管、散射、衍射
精确定时和定位系统，时分复用 多址接入（TDMA）系统
卫星通信系统
收发地球站
卫星通信网络的结构
星形
网格形
卫星通信体制
1）基带信号形式 模拟/数字、信源编码、信源调制、单路/多路、
FDM/TDM、预加重、加密、差错控制等； 2）中频（或射频）调制制度
FM、PSK等； 3）多址联接方式
FDMA、TDMA、SDMA、CDMA等； 4）通道分配与交换制度
卫星通信系统组成（二）
2、水平极化、垂直极化
极化通常是指与电波传播方向垂直的平面内，瞬时电场矢量的方 向。在极化波中，以地平线为准，当极化方向与地面平行时，称 为水平极化。当极化方向与地面垂直时，称为垂直极化。
线极化：水平极化、垂直极化 圆极化：左旋极化、右旋极化
卫星通信系统组成（三）
3、卫星天线
江苏/上海/广东/广西/云南/浙江/四川 /贵州卫视等10套
西藏/陕西/CETV教育/CCTV综合/经 济/国际/军事/农业/英语频道 等10套
中国波束 中国波束 中国波束
11960
左旋圆极化
28800
直播付费业务
中国波束
对地静止轨道
（１）卫星必须以与地球旋转相同的速度 向东运动；
（２）轨道必须是圆形的； （３）轨道的倾角必须为零度。
对地静止轨道
现代通信技术3(卫星通信)课件ppt
发展趋势
未来，随着技术的进步和市场的变化，高轨卫星和低轨卫星将各自发 挥优势，并在某些领域实现互补，共同推动卫星通信技术的发展。
卫星通信与地面通信的融合发展
融合发展的必要性
随着通信技术的不断发展，卫星通信与地面通信的融合成 为一种必然趋势，可以更好地满足用户对于高速、大容量、 低延迟的通信需求。
融合技术
兼容性与互操作性
卫星通信协议与标准应保证不同 厂商的设备能够兼容和互操作，
促进市场竞争和技术创新。
04
卫星通信应用
卫星电视广播
卫星电视广播
通过卫星将电视信号传输到地面接 收站，再由接收站将信号传输给电
视机，实现电视节目的播放。
覆盖范围广
卫星电视广播的覆盖范围广泛， 可以覆盖全球，为不同地区的人 们提供相同的电视节目。
能接入互联网。
高速度连接
卫星互联网可以实现高速数据 传输，满足用户对高带宽业务
的需求。
可靠性高
卫星互联网的可靠性较高，不 易受到地面网络故障的影响。
卫星导航定位
卫星导航定位
通过卫星信号实现定位和导航服务。
高精度定位
卫星导航定位可以实现高精度定位，提供 准确的地理位置信息。
多功能应用
实时性强
卫星导航定位不仅可以用于车辆、船舶、 飞机的导航，还可以用于地图绘制、地质 勘查等领域。
为了实现卫星通信与地面通信的融合，需要发展一系列关 键技术，如网络融合技术、终端设备兼容技术、信号处理 技术等。
未来展望
未来，随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，卫星 通信与地面通信的融合将更加紧密，为用户提供更加优质、 高效的通信服务。
06
案例分析
国际通信卫星组织案例
未来，随着技术的进步和市场的变化，高轨卫星和低轨卫星将各自发 挥优势，并在某些领域实现互补，共同推动卫星通信技术的发展。
卫星通信与地面通信的融合发展
融合发展的必要性
随着通信技术的不断发展，卫星通信与地面通信的融合成 为一种必然趋势，可以更好地满足用户对于高速、大容量、 低延迟的通信需求。
融合技术
兼容性与互操作性
卫星通信协议与标准应保证不同 厂商的设备能够兼容和互操作，
促进市场竞争和技术创新。
04
卫星通信应用
卫星电视广播
卫星电视广播
通过卫星将电视信号传输到地面接 收站，再由接收站将信号传输给电
视机，实现电视节目的播放。
覆盖范围广
卫星电视广播的覆盖范围广泛， 可以覆盖全球，为不同地区的人 们提供相同的电视节目。
能接入互联网。
高速度连接
卫星互联网可以实现高速数据 传输，满足用户对高带宽业务
的需求。
可靠性高
卫星互联网的可靠性较高，不 易受到地面网络故障的影响。
卫星导航定位
卫星导航定位
通过卫星信号实现定位和导航服务。
高精度定位
卫星导航定位可以实现高精度定位，提供 准确的地理位置信息。
多功能应用
实时性强
卫星导航定位不仅可以用于车辆、船舶、 飞机的导航，还可以用于地图绘制、地质 勘查等领域。
为了实现卫星通信与地面通信的融合，需要发展一系列关 键技术，如网络融合技术、终端设备兼容技术、信号处理 技术等。
未来展望
未来，随着技术的不断进步和应用场景的不断拓展，卫星 通信与地面通信的融合将更加紧密，为用户提供更加优质、 高效的通信服务。
06
案例分析
国际通信卫星组织案例
卫星通信简介ppt课件
卫星通信的特点
5、可以与接收无线电信号
通信分系统：接收、处理并重发信号。（转发器）
电源分系统：为卫星提供电能，包括太阳能电池、 蓄电池和配电设备。
跟踪遥测指令分系统：
跟踪部分用来为地球站跟踪卫星发送信标
遥测部分用来在星上测定并给地面的TTC站发 送的有关卫星姿态、星上各部件工作状态的数据
➢ 组网灵活，建设周期短（经济活跃时，优势明显） ➢ 非对称信道 ➢ 网状指挥、控制（司令部与单兵） ➢ 面向用户（更好地交互）
卫星通信的缺点
➢ 同步轨道卫星： 通信时延大 通信端站体积大 设备价格高 操作复杂
➢ 中、低轨道卫星： 系统复杂，使用费用高
➢ 政策、通信安全方面 ➢ 易受恶意干扰和攻击
1#站
信信 号号 设识 计别
2#站
信信 号号 设识 计别
3#站
一个无线电信号可以用若干个参量（指广义的参量，
下同）来表征，最基本的是：信号的射频频率，信号 出现的时间以及信号所处的空间
目前卫星通信系统主要多址
按 射
预分配
按需分配
随机接入
频 多
CDMA
CDMA
CDMA 码分多址
址
联 接
SDMA
SDMA
信息调制波频谱 扩频调制后频谱
fc-Rc
fc-Rd fc fc+Rd
频率 fc+Rc
扩频原理示意图
fc为中心频率 Rc为码速率 Rd为数据速率
码分多址方式（CDMA）
CDMA方式的优点是：具有较强的抗干扰能力；有 一定的保密能力；改变地十比较灵活。
缺点是：要占用很宽的频带，频带利用率一般较低； 要选择数量足够的可用地址码组较为困难；接收时，对 地址码的捕获与同步需有一定时间。CDMA方式特别适 用于军事卫星通信系统及小容量的系统。
卫星通信基础知识.ppt
静止卫星发生星 蚀和日凌中断的原理
影响静止卫星通信的因素
日凌中断：每年春分和秋分前后， 在静止卫星星下点进入当地中午 前后的一段时间里，卫星处于太 阳与地球之间。地球站天线在对 准卫星的同时也会对准太阳，这 时强大的太阳噪声使通信无法进 行，这种现象通常称为日凌中断。
静止卫星发生星 蚀和日凌中断的原理
影响静止卫星通信的因素
圆形倾斜轨道同步卫星视在位置的日漂移
影响静止卫星通信的因素
轨道平面的倾斜效应和位置控制 当静止卫星因某种原因发生相对于赤道平面向上或向下一个固 定的偏离值时，必然形成卫星轨道的倾角不为0，于是卫星的 视在位置或星下点就不再固定，这就是所谓的倾斜效应。
由于倾斜效应的存在，同步卫星的视在位置和星下点的每日漂移轨 迹就成为一个两圈高、宽不等的“8”字形。
点）。 5、电路设置非常灵活，可随时分散过于集中的话务量。
6、同一信道可用于不同方向或不同区间（多址联接）。
卫星通信频段和频率再用
适用于宇宙通信的频段为1GHZ ~ 10GHZ，这频段一般称为 无线电窗口。
根据无线电规则分配的频率，目前大多数卫星固定业务使用 6/4GHZ频段（C频段）。同时，因采用了相应的降雨补偿 措施，14/12GHZ频段(Ku频段)也开始使用。目前，一些 国家和国际组织也在加紧Ka频段（30/20GHZ）的开发与 利用。
卫星通信的传输时延和回波干扰
时延：指信号在传输过程中所产生的时间延迟。 单跳：任意两个在同一卫星覆盖区域内的地球站经静止卫星
一次转接的通信为单跳。传输时间为0.54s
卫星通信的缺点之一是：传输时延大。传输时延大会产生2个 问题：1、传输电话信号时，会使双方通话重叠而使通话 者觉得很不习惯；2、会出现回波干扰。
卫星通信基本原理
其中我国拥有10颗（包括亚洲卫星公司和亚太卫 星公司）
12
卫星通信的特点
➢ 覆盖区域大，通信距离远，通信成本与通信距离 无关
➢ 以广播方式工作，便于实现多址联接，组网方式 灵活
➢ 通信容量较大，能应用的业务种类多 ➢ 可自发自收进行监测 ➢ 机动灵活 ➢ 设备复杂，有时延 ➢ 要解决星蚀及空间干扰问题
8
通信卫星的轨道
9
卫星通信的发展概况（一）
➢ 1945年五月英国人阿瑟克拉克提出关于静止卫星 的设想
➢ 50年代，美国宇航局和国防部分别研制了不同类 型的通信卫星：
➢ NASA：“反射镜”、“被动式”、“无源式”通 信卫星（“回声”）
➢ DoD：“转发器”、“主动式”、“有源式”通信 卫星，通信质量要好的多
及与其它地面通信业务之间产生相互干扰 ➢ 通信采用微波频段（300MHz-300GHz）
37
卫星通信使用频率
➢ C频段（3.4-6.65GHz) ➢ Ku频段(10.95-18GHz) ➢ Ka频段(18-40GHz) ➢ L频段(1.12-2.6GHz) ➢ 其他频段(UHF,S,X,Q,V)
38
45
姿态稳定
➢ 静止通信卫星在太空中需要以正确的姿态面队地球 并保持稳定，以保证星上定向辐射的通信天线照射 到地球上的通信区域，太阳能电池板能良好的采集 阳光等。
简称
6/4G 14/11G
30/20G
39
另一种频段划分
频率划分 UHF L
SHF C X Ku Ka
EHF Q v
频率范围
带宽
200-400MHz 47MHz
1.5-1.6GHz
6/4GHz
800MHz
8/7GHz
12
卫星通信的特点
➢ 覆盖区域大，通信距离远，通信成本与通信距离 无关
➢ 以广播方式工作，便于实现多址联接，组网方式 灵活
➢ 通信容量较大，能应用的业务种类多 ➢ 可自发自收进行监测 ➢ 机动灵活 ➢ 设备复杂，有时延 ➢ 要解决星蚀及空间干扰问题
8
通信卫星的轨道
9
卫星通信的发展概况（一）
➢ 1945年五月英国人阿瑟克拉克提出关于静止卫星 的设想
➢ 50年代，美国宇航局和国防部分别研制了不同类 型的通信卫星：
➢ NASA：“反射镜”、“被动式”、“无源式”通 信卫星（“回声”）
➢ DoD：“转发器”、“主动式”、“有源式”通信 卫星，通信质量要好的多
及与其它地面通信业务之间产生相互干扰 ➢ 通信采用微波频段（300MHz-300GHz）
37
卫星通信使用频率
➢ C频段（3.4-6.65GHz) ➢ Ku频段(10.95-18GHz) ➢ Ka频段(18-40GHz) ➢ L频段(1.12-2.6GHz) ➢ 其他频段(UHF,S,X,Q,V)
38
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姿态稳定
➢ 静止通信卫星在太空中需要以正确的姿态面队地球 并保持稳定，以保证星上定向辐射的通信天线照射 到地球上的通信区域，太阳能电池板能良好的采集 阳光等。
简称
6/4G 14/11G
30/20G
39
另一种频段划分
频率划分 UHF L
SHF C X Ku Ka
EHF Q v
频率范围
带宽
200-400MHz 47MHz
1.5-1.6GHz
6/4GHz
800MHz
8/7GHz
卫星通信基本原理
43
星蚀及日凌中断示意图
44
位置保持
静止通信卫星会因受地球、月球、太阳及其它星球 的引力作用而发生漂移；其中，太阳和月球的引力 使静止卫星在南北方向上缓慢漂移，而地心引力的 不均匀会导致卫星瞬时速度的起伏，使其在东西方 向上漂移。
通常卫星上装有用于位置保持的喷气推进器，并备 有动力原料，通过地面测控站定期控制推进器的工 作，修正卫星的轨道位置，保证其位置精确度在要 求范围内。
6
同步静止轨道卫星
卫星运行轨道处于地球赤道平面内，运行方向与 地球自转方向一致，饶地球一圈的时间与地球自 转一周的时间相同（24小时）的卫星称为同步静 止轨道卫星（此时卫星距地面高度为35785.6公 里）
从地面看卫星是“静止”不动的，即地面上各点 与卫星之间的相对位置不变
7
通 信 卫 星 的 轨 道
18
卫星通信的应用简介
我国已有中央电视台的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通信卫星向全国传送。目 前我国广播电视节目共使用了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。我国已建成的广播电视卫星地 球站共31座，地面卫星收转台站52万多座。与1985年 上卫星时相比，我国广播电视人口覆盖率已由68.3%和 68.4%上升为2019年底的92.9%和94.1%。
常用工作频段
频段 上行频率
下行频率
C-band 5.9256.425GHz
Ku-band 14.0-14.5GHz
3.7-4.2GHz
10.95-11.2GHz 11.45-11.7GHz
星蚀及日凌中断示意图
44
位置保持
静止通信卫星会因受地球、月球、太阳及其它星球 的引力作用而发生漂移；其中，太阳和月球的引力 使静止卫星在南北方向上缓慢漂移，而地心引力的 不均匀会导致卫星瞬时速度的起伏，使其在东西方 向上漂移。
通常卫星上装有用于位置保持的喷气推进器，并备 有动力原料，通过地面测控站定期控制推进器的工 作，修正卫星的轨道位置，保证其位置精确度在要 求范围内。
6
同步静止轨道卫星
卫星运行轨道处于地球赤道平面内，运行方向与 地球自转方向一致，饶地球一圈的时间与地球自 转一周的时间相同（24小时）的卫星称为同步静 止轨道卫星（此时卫星距地面高度为35785.6公 里）
从地面看卫星是“静止”不动的，即地面上各点 与卫星之间的相对位置不变
7
通 信 卫 星 的 轨 道
18
卫星通信的应用简介
我国已有中央电视台的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通信卫星向全国传送。目 前我国广播电视节目共使用了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。我国已建成的广播电视卫星地 球站共31座，地面卫星收转台站52万多座。与1985年 上卫星时相比，我国广播电视人口覆盖率已由68.3%和 68.4%上升为2019年底的92.9%和94.1%。
常用工作频段
频段 上行频率
下行频率
C-band 5.9256.425GHz
Ku-band 14.0-14.5GHz
3.7-4.2GHz
10.95-11.2GHz 11.45-11.7GHz
卫星通信原理
卫星通信的应用范围很广，涉及长途电话、传真、电视 广播、娱乐、计算机联网、电视会议、电话会议、交互型远 程教育、医疗数据、应急业务、新闻广播、交通信息、船舶、 飞机的航行数据及军事通信等。
目前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。
国际通信方面我国运营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%）。中国通信广播 卫星公司等具有国际点对点业务许可的单位开通了150~200条国 际双向VSAT电路。公众通信约使用50个转发器 。
我国已有中央电视台的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 播电视节目均通过通信卫星向全国传送。目前我国广播电视节 目共使用了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。
1.8 卫星通信使用频率
• 1.8.1卫星通信使用频率 1、C频段（3.4-6.65GHz） 2、Ku频段(10.95-18GHz) 3、Ka频段(18-40GHz) 4、L频段(1.12-2.6GHz) 5、其他频段(UHF,S,X,Q,V)
• 1.8.2 C波段与Ku波段比较
C波段
Ku 波段
1.3 同步静止轨道卫星
• 卫星运行轨道处于地球赤道平面内，运行方向与地球自转方向一致， 饶地球一圈的时间与地球自转一周的时间相同（24小时）的卫星称为 同步静止轨道卫星（此时卫星距地面高度为35785.6公里）。从地面 看卫星是“静止”不动的，即地面上各点与卫星之间的相对位置不变， 因此称之为静止轨道卫星。
目前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。
国际通信方面我国运营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%）。中国通信广播 卫星公司等具有国际点对点业务许可的单位开通了150~200条国 际双向VSAT电路。公众通信约使用50个转发器 。
我国已有中央电视台的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 播电视节目均通过通信卫星向全国传送。目前我国广播电视节 目共使用了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。
1.8 卫星通信使用频率
• 1.8.1卫星通信使用频率 1、C频段（3.4-6.65GHz） 2、Ku频段(10.95-18GHz) 3、Ka频段(18-40GHz) 4、L频段(1.12-2.6GHz) 5、其他频段(UHF,S,X,Q,V)
• 1.8.2 C波段与Ku波段比较
C波段
Ku 波段
1.3 同步静止轨道卫星
• 卫星运行轨道处于地球赤道平面内，运行方向与地球自转方向一致， 饶地球一圈的时间与地球自转一周的时间相同（24小时）的卫星称为 同步静止轨道卫星（此时卫星距地面高度为35785.6公里）。从地面 看卫星是“静止”不动的，即地面上各点与卫星之间的相对位置不变， 因此称之为静止轨道卫星。
第1章卫星通信原理
预分配（PA）、按需分配（DA）、随机分配 （RA）、星上交换制度等。
双向卫星通信系统
卫星通信系统组成（一）
1、卫星转发器
卫星转发器,是这样的设备，接收地面发射站发来的14GHz或6GHz 的微弱的上行电视信号，经频率变换（一次变频、二次变频）为 不同的下行频率12GHz或4GHz，再由技术处理放大到一定功率向 地球发射，由卫星接收设备接收。 每一路音视频和数据通道都是由一个卫星转发器进行接收处理然 后再传输，每一个转发器所处理的信号都有一个中心频率及一个 特定的带宽，目前卫星转发器主要使用L、S、C、Ku和Ka频段。
赤道轨道卫星：i = 0 ° ； 极轨道卫星： i = 90 °； 倾斜轨道卫星： 0 °< i < 90 °。
卫星按轨道分类（周期）
同步卫星：T＝24h； 准同步卫星：T＝24/N or 24N h； 非同步卫星：T<>24 or 24/N or
24N h。
对地静止轨道
卫星通信系统组成（二）
2、水平极化、垂直极化
极化通常是指与电波传播方向垂直的平面内，瞬时电场矢量的方 向。在极化波中，以地平线为准，当极化方向与地面平行时，称 为水平极化。当极化方向与地面垂直时，称为垂直极化。
线极化：水平极化、垂直极化 圆极化：左旋极化、右旋极化
卫星通信系统组成（三）
3、卫星天线
（１）卫星必须以与地球旋转相同的速度 向东运动；
（２）轨道必须是圆形的； （３）轨道的倾角必须为零度。
对地静止轨道
高度： hGSO = aGSO - aE = 42164 –6378 = 35786
注：这个值经常取为36000km。
天线视角
概念：天线直接指向卫星所需要的方位角和仰角。 参数：三种参数确定地球站到对地静止轨道的视
双向卫星通信系统
卫星通信系统组成（一）
1、卫星转发器
卫星转发器,是这样的设备，接收地面发射站发来的14GHz或6GHz 的微弱的上行电视信号，经频率变换（一次变频、二次变频）为 不同的下行频率12GHz或4GHz，再由技术处理放大到一定功率向 地球发射，由卫星接收设备接收。 每一路音视频和数据通道都是由一个卫星转发器进行接收处理然 后再传输，每一个转发器所处理的信号都有一个中心频率及一个 特定的带宽，目前卫星转发器主要使用L、S、C、Ku和Ka频段。
赤道轨道卫星：i = 0 ° ； 极轨道卫星： i = 90 °； 倾斜轨道卫星： 0 °< i < 90 °。
卫星按轨道分类（周期）
同步卫星：T＝24h； 准同步卫星：T＝24/N or 24N h； 非同步卫星：T<>24 or 24/N or
24N h。
对地静止轨道
卫星通信系统组成（二）
2、水平极化、垂直极化
极化通常是指与电波传播方向垂直的平面内，瞬时电场矢量的方 向。在极化波中，以地平线为准，当极化方向与地面平行时，称 为水平极化。当极化方向与地面垂直时，称为垂直极化。
线极化：水平极化、垂直极化 圆极化：左旋极化、右旋极化
卫星通信系统组成（三）
3、卫星天线
（１）卫星必须以与地球旋转相同的速度 向东运动；
（２）轨道必须是圆形的； （３）轨道的倾角必须为零度。
对地静止轨道
高度： hGSO = aGSO - aE = 42164 –6378 = 35786
注：这个值经常取为36000km。
天线视角
概念：天线直接指向卫星所需要的方位角和仰角。 参数：三种参数确定地球站到对地静止轨道的视
什么是卫星通信原理
什么是卫星通信原理
卫星通信的原理是将卫星发射到赤道上空36000km处的对地静止轨道上，利用卫星上的通信转发器接收由地面站发射的信号，并对信号进行放大变频后转发给其他地面站，从而完成两个地面站之间的传输。
一颗通信卫星就是一个微波中继站。
卫星通信系统具有频带宽、通信容量大、误码率低、通信质量高和覆盖面广的优点，对于全球通信来说，只需采用3颗静止卫星就可以提供除南北极之外任意两点之间的通信。
以上信息仅供参考，建议查阅专业书籍或者咨询专业人士。
卫星通信导论上课课件-第3章-多址技术
2021/3/28
11
FDMA的非线性效应
• 频谱扩展:相邻信道干扰; • 交调（IM） 谐波:邻近业务信道的干扰。
交调干扰主要是由行波管放大器的非线性特性引起的。 FDMA的一个卫星转发器的功率放大器,可以同时放大多个 载波信号(几个、十几个甚至几百个载波) 。 目前卫星转发器 的功放级大都采用行波管放大器(TWTA),其单载波饱和输出 功率为5~40瓦,功率增益为30~40dB左右。多载波是为了充分 利用转发器资源,但是多载波工作却妨碍了卫星功率的有效 利用。在卫星转发器中,作为功放级的TWTA,是一个非线性 放大器,它的幅度特性是非线性的,它的相位特性具有调幅－ 调相变换作用(简写为AM—PM变换)。
1934 1938 1942* 1946*
2021/3/28
14
保护频带
2021/3/28
15
图3-1 FDMA的地球站框图
2021/3/28
16
频谱实际占用度
• 令表示转发器带宽的实际占用 比例,那么设转发器带宽的dB表 示为[BTR],单载波带宽的dB表示 为[Bc],K为FDMA载波数。有K= BTR / Bc
波 情况下的下行链路C/N值,并比较有没有功率“压缩”下
该 FDMA系统中可以容纳的载波数。假设可以忽略上行链 路解噪:转声发和器交带调宽噪的声dB,只表考示虑为单[B载TR波],单时载的波C/带N值宽。的dB表示为 [Bc],假设K为载波数。
[C/N]=[EIRP]+[G/T]-[L]+[K]-[BTR]
信息数据
保护比特
24
TDMA帧的基本组成
• 基准站相继两次发射基准信号的时间间隔叫 做一帧,在一帧内有一个基准分帧和若干信息 分帧,每个分帧占据一个时隙,基准分帧由基准 站的突发信号构成;信息分帧由地球站的突发 信号构成。
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卫星通信原理
（１）由于两地球站向电磁波传播距离有 72000KM，信号到达有延迟。
（２）10GHZ以上频带受降雨雪的影响。 （３）天线受太阳噪声的影响。
卫星通信原理
➢ 区域1：欧洲、非洲、前苏联和蒙古 ➢ 区域2：南北美洲和格陵兰岛 ➢ 区域3：亚洲（除区域1中的地区之外）、澳大
利亚和西南太平洋
日凌从二分点（春分点或秋分点）之前6天开始， 在二分点之后6天结束。
持续时间与地球站的纬度有关，一般最大中断时 间约10分钟。
卫星通信系统
收发地球站
卫星通信原理
星形
网格形
卫星通信原理
1）基带信号形式 模拟/数字、信源编码、信源调制、单路/多路、
注：这个值经常取为36000km。
卫星通信原理
概念：天线直接指向卫星所需要的方位角和仰角。 参数：三种参数确定地球站到对地静止轨道的视
角。 （1）地球站的纬度 （2）地球站的经度 （3）星下点的经度（或称为卫星经度）
卫星通信原理
卫星通信原理
在春分点和秋分点前后，当太阳穿越赤道时，在 一段时间内卫星进入地球的阴影区。
卫星通信原理
➢ 同步卫星：T＝24h； ➢ 准同步卫星：T＝24/N or 24N h； ➢ 非同步卫星：T<>24 or 24/N or
24N h。
卫星通信原理
（１）卫星必须以与地球旋转相同的速度 向东运动；
（２）轨道必须是圆形的； （３）轨道的倾角必须为零度。
卫星通信原理
高度： hGSO = aGSO - aE = 42164 –6378 = 35786
卫星通信原理
➢ 长半轴 ➢ 偏心率 ➢ 平均近点角 ➢ 近地点幅角 ➢ 倾角 ➢ 升交点的右旋升交点赤经
卫星通信原理
➢ 低高度卫星：H<5000km，T<4h； ➢ 中高度卫星：5000km<H<20000km，
4h<T<12h； ➢ 高高度卫星：H>20000km，T>12h。
卫星通信原理
➢ 赤道轨道卫星：i = 0 ° ； ➢ 极轨道卫星： i = 90 °； ➢ 倾斜轨道卫星： 0 °< i < 90 °。
卫星通信原理
➢ 卫星固定业务（FSS） ➢ 卫星广播业务（BSS） ➢ 卫星移动业务 ➢ 卫星导航业务 ➢ 卫星气象业务
………
卫星通信原理
卫星通信原理
频段 VHF UHF
L S C X
频率范围（GHz） 0.1~0.3 0.3~1.0 1.0~2.0 2.0~4.0 4.0~8.0 8.0~12.0
对流层、电离层 风管、散射、衍射
精确定时和定位系统，时分复用 多址接入（TDMA）系统
目前主要是C频段；降雨散射可能 会影响更高频率
卫星通信原理
➢ 卫星运行路线——椭圆 ➢ 质心始终在其中一个焦点上
卫星通信原理
➢ 相同时间扫过相同面积
➢ 离地球越远，穿越定距离所需 时间越长
卫星通信原理
➢ 轨道周期的平方正比于两个球体 之间平均距离的立方
卫星通信原理
➢ 卫星
空中中继站的作用，即把地球站发上来的电磁波放大后再返 送回另一地球站
➢ 地球站
卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫 星系统形成链路
卫星通信原理
卫星通信原理
卫星通信原理
（１）通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均 可进行通信。
（２）不易受陆地灾害影响。 （３）建设速度快。 （４）易于实现广播和多址通信。 （５）电路和话务量可灵活调整。 （６）同一信道可用于不同方向和不同区域。
卫星通信原理
Ku K Ka V W mm μm
12.0~18.0 18.0~27.0 27.0~40.0 40.0~75
75~110 110~300 300~3000
卫星通信原理
表示符号
VLF LF MF HF VHF UHF SHF EHF
频率范围 3~30kHz 30~300kHz 300~3000kHz 3~30MHz 30~300MHz 300~3000MHz 3~30GHz 30~300GHz 300~3000GHz
卫星电视与视频会议系统
卫星通信原理
卫星通信原理
无线电波； 开普勒定律 ； 对地静止轨道 ； 卫星通信系统 ； 卫星电视接收 ；
卫星通信原理
❖ 自从1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星以 来，人造卫星即被广泛应用于通信，广播，电 视等领域。1965年第一颗商用国际通信卫星被 送入大西洋上空同步轨道，开始了利用静止卫 星的商业通信。
日蚀从二分点（春分点或秋分点）之前23天开始， 在二分点之后23天结束。
持续时间开始约10分钟，逐渐增加到最大值约72 分钟，然后逐渐减少为约10分钟。
在日蚀期间，太阳能电池不能工作，卫星的工作 必须要由电池供给。
卫星通信原理
在春分点和秋分点前后，当卫星处于地球和太阳 之间，即太阳处于地球站天线的波束内，太阳就像一 个极大的噪声源，完全淹没了卫星的信号。
信号去极化 折射、大气层的多径 信号闪烁
反射多径、阻挡
降雨、冰晶
C和Ku频段的双极化系统（与系统 配置有关）
大气层中的大气
低仰角时的通信和跟踪
对流层和电离层的折射率起伏 对流层：10GHz以上的频率和低仰 角；
电离层：10GHz以下的频率
地表面、地球表面上的物体 卫星移动业务
传播时延、变化 系统间干扰
a³ = μ/ n²
卫星通信原理
卫星通信原理
➢ 远地点 ➢ 近地点 ➢ 拱线 ➢ 升交点 ➢ 降交点 ➢ 交点线 ➢ 倾角 ➢ 星下点 ➢ 近地点幅角
➢ 平均近点角
离地球最远的点。 离地球最近的点。 穿过地球中心连接远地点和近地点的连线。 轨道从南向北穿过赤道面的点。 轨道从北向南穿过赤道面的点。 穿过地球中心连接升交点和降交点的连线。 轨道面和地球赤道面之间的夹角。 地球上处于卫星垂直下方的点。 在地球中心处卫星轨道面内卫星运动方向上测得的从升 交点到近地点的角度。 卫星相对于近地点的角位置的平均值。
c = ƒ·λ
米制划分
万米波 千米波 百米波 十米波 米波 分米波 厘米波 毫米波 丝米波
近似高度（km）
地球大气层的分层
自由空间 600 500 400 300
电离层 200 100 90
对流层 地球表面
冰晶层降雨
卫星通信原理
传输损耗 衰减和太空噪声的增加
物理原因 大气层中的大气、云、雨
主要影响对象 大约10GHz以上的频率