卫星通信

1、1卫星通信的 基本概念
卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发或反 射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。
卫星通信属于宇宙无线电通信。宇宙通信有三种基本形式： （1）、地球站与宇宙站之间的通信； （2）、宇宙站之间的通信； （3）、通过宇宙站转发或反射进行的地球站之间的通信。 与其它通信手段相比，卫星通信的主要优点是： ①通信距离远，且费用和通信距离无关； ②工作频段宽，通信容量大，适用于多种业务传输。 ②通信线路稳定可靠，通信质量高； ④以广播方式工作，具有大面积覆盖能力而通信灵活机动； ⑤可以自发自收进行监测。 静止卫星通信也存在某些不足： ①两极地区为通信盲区，高纬度地区通信效果不佳； ②卫星发射和控制技术比较复杂；
l 37座大中型卫星通信地球站，开通7万条双向电话 线路 。 l 建立了约80个低成本VSAT专用卫星通信网，终端约 1万多个。涉及人民银行、煤炭、电力、石油、人民日 报、海关、民航、新华社、证券交易公司及以三金工程 为代表的金字号工程等许多部门和专用公司。
2、在移动卫星通信网方面 ： l 开通了约400～500个国际海事卫星A型站和几十个 M型站 l 将建立静止轨道区域性卫星移动通信系统。 3、在卫星通信技术体制方面： 已研制生产了SCPC、CDMA、MCPC等通信体制 的设备，并用于各种不同的卫星通信系统中 。 尚存不足之处： l VSAT小型地球站设备，除天线外，国内市场几乎 全被国外产品占据 。 l 在轨运行的卫星，除东方红三号卫星外，都是国 外制造的。
三、卫星通信在广播电视中的应用
1.广电行业卫星应用的历程
• 20世纪80年代初期，国务院决定将广播电视业务做为卫 星技术应用的一个方面，列入国家的发展计划 。 •1985年开始，研制和发射了“东方红二号”卫星，通过卫 星传送CCTV1和CCTV2电视节目以及中央的多路声音广播节 目。 • 进入90年代，各省电视台纷纷申请用卫星传本省的广播 电视节目。 • 到1998年，全国的31个省级电视台节目全部上星传输， 加上中央电视台的9套节目，共有44套电视节目在卫星上传输。 •于1999年初，中广影视卫星有限公司（CBSat）开始了卫 星直播（DTH）试验播出，将中央电视台和各省电视台40多套 电视节目集中打包在鑫诺卫星（SINOSat）上播出。 2.竞争不可避免，出路在于发展
第一篇：卫星通信系统
第一章 概述
一、 卫星通信历史回顾
l 1945年10月，英国人A.C.克拉克提出静止卫星通信的设想。 l 1957年10月4日，世界上第一颗人造卫星升空。 l 1960年10月，美利用“信使1B”卫星进行延迟中继通信。
l 1963年11月，美日利用“中继1号”卫星成功地进行了横跨 太平洋的有源中继通信。
通信网的三种网络形式：
A：直通方式 B：分支方式
C：交换方式
1.4 通信系统主要性能指标
1、传输信息的有效性 通信系统传输信息“量”的描述 模拟系统：指有效频带宽度 数字系统：指信息传输速率（码元速率、信息速率） 2、传输信息的可靠性 通信系统传输信息“质”的描述 模拟系统：信噪比 数字系统：误码率
l 1984年4月8日，我国发射成功“东方红—Ⅰ型”试验通信卫星 (STW—1)，4月6日定点于东经125度赤道上空。
l 1986年2月1日，发射成功“东方红-Ⅱ型”实用通信广播卫星 （STW-2），2月20日定点于东经103度赤道上空，用于部分电视、 广播及通信的传输。 l 1988年3月7日，我国发射又一颗实用通信卫星(东方红 —Ⅱ甲)，3月22日定点在东经87.5度赤道上空。
（1）透明转发器：仅对信号进行放大、变频、功放。单 纯完成转发任务，不作其他处理。 （2）处理转发器：转发时还要进行多种形式的处理。 3、电源分系统 太阳能电池和蓄电池组成。 4、遥测、指令分系统 检测、发射卫星控制信息。 5、控制分系统 控制卫星的各种运行、工作状态。
1、6 卫星通信工作频段及电波传播特点
（3）、双工方式（全双工方式）： 双方可以同时进行收信和发信的通信方式
（4）、半双工方式：一方为单工另一方为双工的通信方式
（5）、串序通信和并序通信方式
2、通信网： 当有多个通信点互相连接，并且他们之间的连接不止 一个路由时，就形成了通信网。通信网必须具有传输设备和 交换设备，才能实现网内多用户之间任意两点的通信。
1、3卫星通信系统的组成 空间分系统 通信地球站 卫星通信系统 跟踪遥测及指令分系统 监控管理分系统 1、4通信卫星的组成和功能 通信卫星由以下部分组成： 1、天线分系统 天线系统由两部分组成：接受地球指令，发射遥测数 据和信标的全向天线；通信用微波天线。 2、通信分系统（卫星转发器） 卫星上的通信系统称为卫星转发器，其主要功能是： 接收上行信号，进行放大变频，经功率放大后，作为下行 信号发回地球。 转发器有两类：透明转发器 处理转发器
广义信道：媒质与收发设 备
4、接收设备 对信号实施与发送设备相反变换的设备 5、收信者 将信号复原成消息的设备
1.2 通信系统的分类
电报通信系统 电话通信系统
1、按消息的物理特征 数据通信系统 图象通信系统 有线通信系统 2、按传输媒质划分
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无线通信系统（长波、中波、短 波、微波、光波）
模拟通信系统 3、按传输信号的特征划分 数字通信系统
•渗透和反渗透 •发展直播卫星业务（BSS）的突出优势和重要意义：
（1）尽快占领轨道资源，使其产生效益，维护国家的空 间权益； （2）促进火箭、卫星制造业、电子产品制造业、影视信 息制作业协调发展，扩大内需，形成规模，创造新的经济 增长点； （3）丰富电视频道，满足观众需求，有效地缩小非法卫 星电视的市场空间，起到反渗透作用； （4）卫星直接接收，不受地理条件的限制，可有效地提 高以往难以覆盖地区的人口覆盖率； （5）采用最新的数字压缩技术，卫星通道的利用率将大 大提高，系统的造价和运行成本得以大大降低； （6）采用条件接收（CA）和综合商务系统（IBS）管理， 经营手段更加灵活高效，服务更周全。
二、我国卫星通信现状 l 1984年4月，我国第一颗同步通信卫星发射成功并投入 使用，标志着我国通信卫星从研制转入实用阶段。 l 在80年代中期，4颗东二甲同步通信卫星的发射成功与 交付使用，建立了公用卫星通信网和专用网 。 上个世纪末，我国卫星通信所取得的成绩： 1、地球站、通信网与双向话路等方面：
PT 为天线发射功率； A R为接收天线开口面积；
G G
T R
为发射天线增益； 为接收天线增益。
自由空间传播损耗为：
以分贝为单位表示为：
式中d为地球站到静止卫星的距离，可以取d=40000km
电磁波在传播过程中除了与距离的平方呈反比衰减 外，还要受大气因数（如水分、电离层等）的影响，而 衰减。 各种因数的影响见下图：
l 1988年12月22日，我国又发射1颗实用通信卫星(东方红 Ⅱ甲)，12月30日定点在东经110.5度赤道上空，作为前一颗“东方 红Ⅱ甲”的后继星。 l 1990年2月4日，我国再发射1颗实用通信卫星（东方红Ⅱ 甲），2月13日定点在东经98度赤道上空。 l 1994年12月1日，我国发射成功由空间技术研究院研制， 达到国际80年代水平的“东方红Ⅲ)实用广播通信卫星。
②存在日凌中断现象 ④有较大的信号延迟和回波干扰； ⑥卫星通信需要有高可靠、长寿命的通信卫星； ⑥卫星通信要求地球站有大功率发射机、高灵敏度接收机 和高增益天线
总而言之，卫星通信有优点，也存在一 些缺点，这些缺点与优点相比是次要的，而 且有的缺点随着卫星通信技术的发展，已经 得到或正在得到解决。
下图是静止卫星与地球相对位置的示意图。由此可见， 只需三颗等间隔配置静止卫星就可以实现全球通信。
基带传输系统
4、按调制方式划分 调制传输系统 频分复用系统 （FDMA） 5、按复用方式划分 时分复用系统 （TDMA）
码分复用系统 （CDMA）
1.3 通信方式
1、点对点通信 通信仅在点与点之间进行，按消息传输的 方向和时间，有以下几种通信方式：
（1）、单向通信和双向通信
（2）、单工通信：按键发话；松键收话
(2)、扩展Internet到边远地区并在ISP间提供链接 (3)、直连到计算机（包括连接到LAN服务器 3、卫星Internet技术热点 (1)、提高卫星链路TCP／IP性能——卫星协议网关 • 同步轨道卫星通信系统，存在时延长、误码率高和带 宽不对称等问题，严重影响了TCP／IP的性能。 • 优化措施包括：调整传输控制协议在卫星链路应用中 的参数：减轻卫星链路上TCP的负荷：使用协议转换网关。 (2)、卫星外交互通信技术 • 如果一种通信系统的收发信道彼此分离，并且可以实 现一个发信道对应于一个或多个收信道这两种特征，称之为 外交互通信。 • 外交互技术组网灵活，系统用户容量大，很容易适应 于传输比例大范围内变化的非平衡传输。 • 采用外交互通信技术，路将各卫星高速广播系统改造 为双向网络通信系统,也是目前卫星通信领域中的一个热点。
卫星通信
通信系统概述
1. 1通信系统的组成
通信系统的基本模型:
1、 信息源 信息源是消息产生的来源
连续信源
离散信源 2、 发送设备 发送设备的任务是将基带信号改变成适合在给定信道 中传输的信号，以提高传输质量和效率。调制就是一中典型 的变换。 3、信道 狭义信道：仅指传输媒质
传输信号的通路就是信道
3.新世纪的展望 •在今后5-10年的发展规划中确定建立中国的卫星直播系 统，开展用户服务，力争2005年达到2500万用户。 •跟踪国际上对Ka卫星的研究，适时开展卫星多媒体交互 技术试验，为新技术的应用创造有利的条件和环境，让中 国的广播电视卫星应用跟上世界的发展
四、卫星互联网技术
1、VSAT（甚小口径天线）的发展 • VSAT是卫星通信中的主流技术，它的应用相当成功和 普及，一些在VSAT市场角逐的大公司投入大量的资金和 人力正在进行一场提高网络速度的竞争。 传统VSAT提供的业务速率：入向链路速率达到64kb／ s，出向链路速率一般可达到512kb／s。 目前最高网络速率达到20Mb／s或更高。 • VSAT系统还不断吸取各种最新信息技术IP Multicast、数 字广播技术、PUSH技术，支持TCP／IP、UDP／IP等协 议，把卫星高速宽带广播的特点扩展到网络应用。 2、VSAT系统在Internet接入方面的应用主要有以下几种 方式： (1)、为大型ISP提供远程Internet连接
外交互通信技术实现成本可以降得很低。如一套卫星接收站 价格（包括天线、高频头）可在5000-6000元人民币，天 线尺寸可以降到45厘米。 外交互技术来实现卫星通信存在的问题： 1）系统与互联网兼容性问题。 2）系统用户容量低。 3）速率较低。
4、宽带卫星通信技术的未来
• 现代宽带卫星系统，大多利用Ka频段（20／ 30GHz），至EHF或Q／F（40／50／60GHz）的更高频 段。可以发展成为全球信息高速公路的重要组成部分，成为 实现全球无缝个人通信、Internet空中高速通道必不可少的 手段。而且最终进入家庭。
1.6.1 工作频段的选择 工作频段主要考虑电离层的反射、吸收；对流层的吸 收、散射损耗等因数与频率的关系。
一般工作频段选择在1G~10G；最理想的频率在4~6G。
1.6.2 电波传播的特点 1、自由空间的传播损耗 卫星通信中电波的损耗主要有自由空间的传播损耗和 大气损耗。由于卫星一般位于3~4万千米的太空，所以主 要考虑自由空间传播的损耗。 在自由空间传播过程中，接收信号的功率为：
l 1966年10月至1967年9月，4颗“国际通信卫星——Ⅱ”升空， 通信容量为400个比问话路，通信能力遍及环球。 l 1975年至1979年，2颗“国际通信卫星——ⅣA”升空，每颗 有20个转发器，通信容量为6250个双向话路和2路彩色电视， 寿命为7年。 l 90年代开始，“国际通信卫星——Ⅶ”升空，使用了大量的 窄波束，并开发应用了5种新技术。该卫星可同时传送10万个 双向话路加4路彩色电视。