卫星通信(第一章).docx

概 要概 述第一章1.卫星通信简介1.1卫星通信的特点1.2卫星通信的主要应用领域1.3卫星通信的频率选择2.卫星轨道郑 军2.1卫星运动的基本规律2.2卫星轨道的分类东南大学移动通信国家重点实验室2.3卫星轨道的摄动2.3日凌中断与星蚀3.卫星通信的系统结构3.1卫星通信系统的基本结构2012年10月8日3.2卫星通信系统的分类3.3 通信卫星的组成2012-12-27移动通信国家重点实验室21.卫星通信简介1.1 卫星通信的特点优点：由于卫星能提供较宽范围的覆盖，卫星通信系统能为用户的无线连接提供很大的灵活性，并支持用户的移动性1）通信距离远，费用与通信距离无关利用静止卫星，最大通信距离可达18000公里；建站、运行、维护费用不因地球站之间的距离远近及地理条件的恶劣程度而变化；在远距离通信时，比地面微波中继通信、光缆通信、短波通信等有明显优势；适应于边远地区、农村和交通、经济不发达地区2012-12-27 移动通信国家重点实验室 31.卫星通信简介2）覆盖面积大，可进行多址通信卫星覆盖区域达，且在其覆盖范围内的地球站基本上不受地理条件或通信对象的限制；在卫星天线覆盖范围内的任何位置都可设置地球站，这些地球站可共用一颗卫星在这些地球站之间进行双边或多边通信或多址通信。

3）通信频带宽，传输容量大卫星通信通常使用300MHz以上的微波频段，通信带宽可达 3000MHz以上；一颗卫星的通信容量可容纳数千路乃至上万路，并可传输多达数百路彩色电视以及数据和其它信息，适用于多种业务传输2012-12-27 移动通信国家重点实验室 41.卫星通信简介4）通信链路稳定可靠、传输质量高卫星通信的无线电波主要是在大气层以外的宇宙空间中传播，传播特性比较稳定；不易受自然条件和干扰的影响，传输质量高5）机动灵活，适用面广作为大型固定地球站之间的远距离干线通信；车载、船载、机载等移动地球站之间进行通信；为个人终端提供通信服务2012-12-27 移动通信国家重点实验室 51.卫星通信简介局限性：1）卫星通信使用寿命较短通信卫星由成千上万了零部件组成，只要其中某个零部件发生故障，就可能造成整个卫星的失效；处于太空中的卫星，发生故障后修复的可能性很小，成本很高；卫星需要推进剂来控制通信卫星的轨道位置和姿态，而卫星能携带的推进剂有限一旦推进剂消耗完，卫星失去控制能力，会脱离轨道随机漂移，沦为“太空垃圾”2）电波传播时延较大，且存在回波干扰采用（静止）卫星进行通信时，卫星与地面相距约36000公里，单程传播时延约为250ms。

若进行通话，需等候约500ms左右；若不采取回波抵消器等特殊措施，还会由于收、发话音的混合线圈不平衡等原因，产生回波干扰2012-12-27 移动通信国家重点实验室 611.卫星通信简介4）卫星通信系统技术复杂卫星与地球相距数万公里，电磁波在自由空间传播时损耗极大；把卫星发送到预定轨道上精确定点，并保持较小的飘移，难度很大；为保证通信质量，需要采用高增益天线、大功率发射机、低噪声接收机和高灵敏度调制解调器等一系列先进技术5）存在日凌中断和星蚀现象日凌中断：当卫星处在太阳和地球之间时发生的现象；星蚀：当卫星进入地球的阴影区时发生的现象6）地球高纬度地区通信效果不好，且两极地区为通信盲区2012-12-27 移动通信国家重点实验室 71.卫星通信简介日凌中断现象─ 当卫星处于太阳和地球之间且三者在一条直线上时，卫星天线在对准卫星接收信号的同时，也会因对准太阳而受到太阳的辐射干扰；─ 由于地球站天线在对准卫星的同时也对准了太阳，使得强大的太阳噪声进入地球站，会造成通信中断；─ 每年春分和秋分各发生一次，每次约6天，持续时间最长约10分钟，具有持续时间与地球站的天线口径、工作频率有关例如：10m天线的地球站在4GHz工作时，最长日凌中断时间约为6分钟。

─ 中断时间较短，累积时间为全年的0.02%，且可以预报，必要时可采用主、备卫星转化办法来保证不间断通信；─ 月亮也会造成类似现象，但其噪声比太阳弱得多，不会导致通信中断2012-12-27 移动通信国家重点实验室 81.卫星通信简介星蚀现象─ 当卫星进入地球的阴影区时，通信卫星上的太阳能电池不能正常工作，而星载蓄电池只能维持卫星自转，不能支持转发器工作；─ 对于静止卫星，星蚀发生在每年春分和秋分前后各23天的午夜，每天发生的星蚀持续时间不等，最长约为72分钟2012-12-27 移动通信国家重点实验室 91.卫星通信简介1.2 卫星通信的应用领域1）视频广播业务视频广播业务是卫星通信系统支持的重要业务之一目前世界上运行的静止地球轨道卫星转发器中，有2/3用于电视和视频广播；早期的卫星电视广播是以调频方式传送模拟电视信号，由地区电视台、有线电视网的卫星电视接收站进行接收，再送入家庭电视接收机；目前的卫星电视广播已采用数字化信号，可以在几乎不损害视频信号质量的条件下有效地压缩数据传输速率，从而减小传输所需的带宽2012-12-27 移动通信国家重点实验室 101.卫星通信简介2）等交互式业务业务是卫星通信系统支持的另一个重要业务。

但与地面光缆支持的公用网相比，卫星信道容量小、成本高，只有在地面网无法覆盖的乡村、边远地区的用户才使用卫星；采用卫星通信系统支持业务，信号传输延时长（约250ms）,通话双方会有不自然的感觉但大量统计结果表明，90%的用户表示可以接受；长的传播时延会带来回波干扰问题为此，卫星通信系统通常需要采用回波抵消器，以消除回声的影响；随着用户对多种业务需求的增长，要求卫星通信系统能够支持宽带多媒体业务，包括高速数据业务、电视会议和可视业务、高分辨率彩色图像业务、英特网环境下的语音/数据/视频综合业务2012-12-27 移动通信国家重点实验室 111.卫星通信简介3）数据通信和英特网业务数据通信网普遍采用TCP/IP协议进行数据传输，卫星通信系统应能支持基于TCP/IP协议的数据传输；相对于地面链路，卫星链路的比特差错率高且传输延时大为改善卫星链路的比特差错性能，应采用前向纠错（FEC），以减小重传概率；为减少卫星链路长延时对数据传输效率的影响，应避免使用握手信号，以避免终端长时间等待应答而不能正常发送数据；卫星通信系统适用于没有高速数据用户线的用户接入，例如卫星链路可以提供400Kb/s的下载速率；卫星通信系统适用于不同区域的大型计算机系统或计算机局域网之间提供互连链路；卫星通信系统可用于连接多个局域网而构成广域网，由路由器将数据分组从一个局域网传送到另一个局域网的用户。

2012-12-27 移动通信国家重点实验室 1221.卫星通信简介4）移动通信业务对于移动通信业务，卫星通信系统无论在服务质量或用户付费方面都无法与地面蜂窝网相竞争但卫星具有大范围的无缝覆盖能力，使基于卫星的移动通信系统可为地面蜂窝网覆盖范围外的用户（唯星用户）提供移动业务卫星通信适用于一些没有基本通信手段的边远地区和农村在这些地区，利用地面通信网的延伸和扩展来覆盖或者技术上不可能，或者经济上不可行5）全球导航卫星系统导航卫星系统能够在全球范围内能够提供全天候、连续性和实时性的定位、导航和授时服务，在民用和军用领域有着广泛应用；卫星导航定位技术已基本取代了无线电导航、天文测量和传统大地测量技术，成为人类活动中普遍采用的导航定位技术，并在精度、实时性和全天候等方面带来了革命性的变化2012-12-27 移动通信国家重点实验室 131.卫星通信简介1.3 卫星通信的频率选择1、工作频段的选择原则卫星通信工作频段的选择是一个十分重要的问题，它直接影响到整个卫星通信系统的传输容量、地球站与转发器的发散功率、天线尺寸、设备的复杂程度以及成本的高低1）工作频段的电波应能穿透电离层；（2）电波传输损耗及其它损耗要小；（3）天线系统接收的外界噪声要小；（4）设备重量要轻、耗电要省；（5）可用频带要宽，以满足通信容量的需要；（6）与其它地面无线系统之间的相互干扰要尽量小；（7）能充分利用现有技术设备，并便于与现有通信设备配合使用。

2012-12-27 移动通信国家重点实验室 141.卫星通信简介2、实际选择综合各项选择原则，卫星通信的工作频段应选择在微波频段（300MHZ-300GHZ）最为合适；微波频段频率高，信号不会被电离层发射，能够直接穿透电离层到达卫星；频带宽，可用获得较大的通信能量；天线增益高、尺寸下；现有的微波通信设备可以改造利用；在具体确定使用频率的范围时，需要综合考虑与频率相关的天线增益、传输损耗、噪声等因素的影响，以及与其它通信系统之间的干扰问题2012-12-27 移动通信国家重点实验室 151.卫星通信简介3、频率范围划分甚高频VHF： 30MHz-300MHz，其中100MHzy以下 不能用于空间通信，用于电视、调频广播、空中管制、车辆通信、导航;特高频UHF： 300MHz-3GHz，用于电视、空间遥测、雷达导航、点对点通信、移动通信；─ 在卫星通信领域，UHF的范围通常认为在300MHz-1GHz，这一频率范围的大部分实际上已经被地面无线通信所占用；─ 对于卫星通信系统，UHF频段只能传输较低的数据速率，通常只用于低轨道小卫星通讯系统和静止卫星的遥测与指令系统，以及某些军用卫星通信系统;超高频SHF：3GHz。