卫星通信系统概述 PPT课件

频段范围 3~30赫(Hz) 30~300赫(Hz) 300~3000赫(Hz) 3~30千赫(KHz) 30~300千赫(KHz) 300~3000千赫(KHz) 3~30兆赫(MHz) 30~300兆赫(MHz) 300~3000兆赫(MHz) 3~30吉赫(GHz) 30~300吉赫(GHz) 300~3000吉赫(GHz)
选在1-10GHz之间工作。
（3）大气层中雨、雾、云的影响； （图 1-16）
1.3 卫星通信的工作频段
从上述三方面考虑，卫星通信的工作频率一般选在 1-10GHz范围内较为适宜，而且最理想的频段是在4-6GHz 附近。
除上述三个方面以外，还应考虑如下因素：
（4）有较宽的可用频带，以满足信息传输的要求； （5）与地面微波通信、雷达等其他无线系统间的相互干
卫星、区域通信卫星。
• 按应用领域分：广播电视卫星、跟踪与数 据中继卫星、军事通信卫星（如战略、战 术通信卫星、舰队通信卫星、军用数据转 发卫星等）。
卫星按重量分类
种类 大卫星 中型卫星 小卫星 微小卫星 纳卫星 皮卫星 飞卫星
重量（kg）
>1000 500～1000 100～500 10～100
卫星通信
主讲人：葛延良
通信工程教研室
第1章 卫星通信系统概述
通信：在两个或多个位置实现信息的传输、接 收和处理。
有线通信：光纤、电缆、明线 无线通信：短波/超短波通信、微波中
继通信、卫星通信
卫星通信的概念
卫星通信：是指利用通信卫星作为中继 站转发或反射无线电波，以此来实现两个 或多个地球站（或手持终端）之间或者地 球站与航天器之间通信的一种通信形式。
V为卫星在轨道上的瞬时速度。其中a为椭圆轨道的半 长轴，r为卫星到地心的距离。u为开普勒常数，u值为 398601.58 km3/s2
开普勒第三定律：卫星运转周期的平方与轨道 半长轴的3次方成正比。
Ts 2
a3 u
u为开普勒常数，u值为398601.58 km3/s2。
1.2 卫星通信系统的组成
1.4 卫星通信的特点
• 由于卫星通信相对于地面通信网的综合造价成本 高，终端贵，因此，卫星通信的市场定位应该是 地面通信网的延伸和补充，主要服务于地面通信 网不能覆盖的区域及有特殊通信需求的人群。
• 卫星覆盖区域广，可以较经济地为地面蜂窝网覆 盖范围以外的用户---“唯星用户”提供移动通信 业务。
（8）现有卫星通信系统为适应新技术发展和系统对容量的 更大要求形成了新的演变方案，如Iridium系统将其运行 的卫星数目从66颗增加至96颗。
（9）天地网络不断融合。卫星通信与有线电视、宽带互联 网、移动互联网等融合。
（10）新技术广泛应用。如星上交换与处理、多波速天线等。
附录：通信卫星的分类
• 按轨道分：GEO， HEO，MEO，LEO。 • 按工作区域分：国际通信卫星、国内通信
1～10 0.1～1
<0.1
1.4 卫星通信的工作频段
图 1-14 大气中自由电子、离子、氧和水汽分子对电波的吸收衰减
此外，VHF、UHF用方于段低面，轨有从小：而卫空可星间有通研效信究地。、降广低播接卫收星成、本固，定方
<6> <7>
VHF UHF
频频段段：：00..13～ ～01..30通卫便GG讯星个HHzz业等体务用接用用卫途收于于星。。移移、动动地、、球导 导探航航测业业卫务务星。。、气象
更高频段：Q 频段：36～46 GHz， V 频段：46～56 GHz。
1.5 卫星通信系统的业务类型
卫星通信的其它应用：
• 卫星导航 • 卫星遥感（对空和对地遥感） • 气象观测 • 地球资源勘探、海洋监视 • 侦察（包括照相侦察和电子侦察）、预警 • 支持载人航天 • 远程教育、远程医疗
1.6 卫星通信的发展趋势
（1）传统的C、Ku频段静止轨道卫星将保持稳定发展，并将 以大容量(转发器数量在50个左右)、高功率(功率为8000瓦 至15000瓦)和长寿命(寿命在15年左右)的新系统逐步更换 现有系统。同步卫星向大容量、多波束、智能化方向发展。 Ka频段静止轨道卫星系统已逐步走向实用化，卫星通信网 从窄带向宽带过渡，如覆盖美洲的EchoStar-Ka、PAS和 ASTROLINK等。
各种用户终端。
1.3 卫星通信的工作频段
选择工作频段时，应考虑的重要因素：
（1）电波传播衰减及其它衰减要小；（图 1-14） 在0.3-10GHz频段，大气吸收衰减最小，称为“无线
电窗口”。另外，在30GHz附近也有一个衰减的低谷，称 为“半透明无线电窗口”。
（2）天线接收的外界噪声要小；（图 1-15） 从降低接收系统噪声的角度来考虑，工作频段最好
扰要小； （6）能充分利用现有通信技术，并便于与现有地面通信
设备配合使用； （7）设备尺寸要小。
频率划分:
段号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
频段名称 极低频(ELF) 超低频(SLF) 特低频(ULF) 甚低频(VLF) 低频(LF) 中频(MF) 高频(HF) 甚高频(VHF) 特高频(UHF) 超高频(SHF) 极高频(EHF) 至高频(THF)
1.3 卫星通信的工根据作IE频EE 段521-2002标准，L
高段<<<<1223工>>>>频LSC综作X。：合具频频频频上体段段段段述地：：：：要说1468求，.///6247，目/1GGG应前.HHH5zzz将大雷Z也波电导频卫采K句K通3是时和为的电是段范即展7率频比EGi0卫多aa.g达使段波航带星用话常HI7用又高1无视M指。围英的代波R受段较KBz5m星数主等用是波系，地，说用KPH作是频线领aeC据频而则语”表段甚特国。大XG~波的卫较e波z要波。这指段统在面且，于电航（电域1波I~H、率在为中着也高高际，KE用用用。段d工大星段3应段个频。等卫站一z该卫u台空波。HE段现无在某7的被Km频频有多0，于于于的作，波通(EF~用，0范率可。星应直的波星1及和，特通，在线8些“称(（关采1）上MMMM8V频加段频信5~：是1围在被电用被正段通电航常高常频~广路场e作2HUH法用SSS1不.行率上卫段系2x1中频SSS12的用视中广上直信FHz视海用频的率泛合由37律赋t-同频，，，~的G)范K星e选2统FG0G继率是频于广，泛方接。2台的 于主下为使n中、0H）保形/u的率GGG频HH围2单在是0d、4G指D率播该使(高波z广沟移要行3EEE0用，无zK是z护波2是~为e段。为AH转0选微的OOO)卫标频。和频用于段8d-G播通动用频,的X线0指，束aBz，7。卫卫卫XG”2发K择波无H~星的准b波带各段。K接.，频通于、率，7波蓝鼠9波H覆13电u星星星多oz器波在~频线~通无，2段0类首收波波z同道信短卫为表v段牙标长4盖离8~0测测测数的e功段以电段信0线X的小先.天段1段0。和途星7示中、)4等范，G控控控一，波8M.率。下波或、频2型被线，的G广通“G的H围卫H5。。。段换段一波频特H率Hz效频~播信扩zX星。zz般，，
换言之，卫星通信是在地球站上，包 括地面、水面和大气层中的无线电通信站 之间，利用人造卫星作为中继站进行的通 信。
卫星通信是个人通信网的组成部分， 是地面通信网的补充。
1.1 卫星轨道
假设地球是质量均匀分布的圆球体，忽略 太阳、月球和其它行星的引力作用，卫星运动 服从开普勒(Kepler)三大定律。
<4> <5>
Ku Ka
频段： 频段：
14/12 30/20
GGHH层可动也线率波zz通以通常电高段常用信被规于卫不小。称则星C用用波会而为第节于于段反短78目FF/条SS接8射的的SS，G收天V，，天HX天线BB线zF频SS波的线作口SS段段。。信，收径在。号因发远空据。此，小间I接适T于应U收合C用无K波移u
（6）地面终端的发展呈现小型化、综合化和智能化。终端可工 作在多个频段，支持综合业务，适应多种多址接入方式、 调制方式、编码方式，传输速率可改变。
1.6 卫星通信的发展趋势
（7）宽带低轨道系统正在加紧开发之中，用于高速数据和 可视电话传输。如Teledesic系统共包括288颗卫星，工作 于Ka频段，寿命设计为10年左右。
太赫兹频段：0.1～10THz。
1.3 卫星通信的工作频段
1.4 卫星通信的特点
卫星通信与其他通信手段相比，具有以下一些特点： 优点：
1、卫星通信系统能以较低的成本提供较宽范围的无 缝覆盖，服务范围宽且不受地理条件限制；(图 1-2)
2、可利用频带宽，传输容量大，可进行多址通信； 3、卫星通信系统与地面通信基础设施相对独立，网络
1.5 卫星通信系统的业务类型
从应用的角度来看，卫星通信可分为4个阶段： 第一阶段：主要用于国际通信； 第二阶段：开始提供电视传送； 第三阶段：提供国内公众通信和各种专网通信； 第四阶段：提供卫星移动通信。
1.5 卫星通信系统的业务类型
卫星通信系统通常用于支持： 1、卫星视频广播业务 2、卫星电话等交互式业务 3、数据通信和Internet业务 4、卫星移动通信业务
开普勒定律
开普勒第一定律：卫星以地心为一个焦点做椭 圆运动。其轨道平面的极坐标为：
r P
1 e cos
e
1


b a
2

P a(1 e2 )
图1 椭圆轨道的示意图
开普勒第二定律：卫星与地心的连线在相同时 间内扫过的面积相等。
V u( 2 1 ) (km/s) ra
空间段 主要是卫星本身。星体包括两大子系统：
星载设备和卫星母体。 地面段
典型的地面段即地球站，包括地面卫星控 制中心（SCC, Satellite control center）及其跟 踪、遥测和指令站（TT&C, Tracking, telemetry and command station）。 用户段
• 解决边远地区通信服务、企业专网、洲际通信、 国防通信，与地面通信网结合解决广域无缝覆盖。
1.4 卫星通信的特点
卫星移动通信和地面移动通信的关系： 卫星移动通信系统能扩大地面移动通信的地理
和业务覆盖范围，除提供常规的移动通信业务 外，还可向空中、海面和复杂地理结构的地面 区域的各类移动用户提供服务。 从应用来讲，地面移动通信网主要集中在高业 务量的应用环境，而卫星移动通信系统最适合 于低业务量地区、航海、航空及地面网欠发达 地区的应用环境，并且在地面网络过载或发生 故障时作为其迂回网络。
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1.4 卫星通信的特点
卫星通信在中国的特殊地位： • 幅员辽阔； • 人口众多； • 地区发展不平衡； • 中国有60％左右的地区是地面网盲区，如
海洋、高山、沙漠和草原等，通信的困难 甚至成为人们生存的障碍。
1.5 卫星通信系统的业务类型
ITU定义的卫星通信系统的业务类型有三种： 固定卫星业务FSS (Fixed satellite service) 移动卫星业务MSS (Mobile satellite service) 广播卫星业务BSS (Broadcasting satellite service)
路由简捷； 4、网络建设速度快、成本低，且费用与通信距离无关； 5、卫星通信具有灵活性和普遍性； 6、统一的业务提供商有助于系统的均匀服务，并有利
于引入新业务。
1.4 卫星通信的特点
缺点： 1、静止卫星的发射与控制比较复杂； 2、对于静止卫星，地球高纬度地区通信效果不好， 并且两极地区为通信盲区； 3、存在日凌中断和星蚀现象； 4、电波的传播时延较大，且存在回波干扰。
（4）随着1997年9月26日美国FCC频率申请计划新周期的开始， Q、V段新系统纷纷推出，各公司开始申请Q和V频段新系 统。
（5）不断发展新业务，如无线Internet、组播和交互式TV、移 动语音、数据通信、数字视频广播(DVB)和数字音频广播 (DAB)步入家庭和个人用户、多媒体通信和Internet接入等。
（2）微小卫星、纳卫星和皮卫星的快速发展，小卫星通信地 面站广泛应用。小型低轨卫星系统已陆续投入运行，用于 低速数据传输，如E-Sat、GE American和 GEMnet等系统。
（3）对地静止轨道资源非常有限，因此ITU鼓励采用中低轨道、 高倾斜椭圆轨道以及IGSO轨道。
1.6 卫星通信的发展趋势