衛(wèi)星通信基本原理

1、衛(wèi)星通信基本原理 中國(guó)移動(dòng)衛(wèi)星通信網(wǎng)培訓(xùn)教程 衛(wèi)星通信基本原理 主要內(nèi)容主要內(nèi)容 衛(wèi)星通信原理 典型衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡(jiǎn)介 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信定義衛(wèi)星通信定義 衛(wèi)星通信，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是地球上（包括地面、水 面和低層大氣中）的無(wú)線電通信站之間利用人造 衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無(wú)線電波，以此來(lái)實(shí) 現(xiàn)兩個(gè)或多個(gè)地球站之間通信的一種通信方式 無(wú)線通信方式 可以承載多種通信業(yè)務(wù) 是當(dāng)今社會(huì)重要的通信手段之一 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信示意圖衛(wèi)星通信示意圖 衛(wèi)星通信基本原理 通信衛(wèi)星的軌道通信衛(wèi)星的軌道 衛(wèi)星運(yùn)行的軌跡和趨勢(shì)稱為衛(wèi)星運(yùn)行軌道；其軌 道近似于橢圓或圓形，地心就處在橢圓的一個(gè)焦 點(diǎn)或圓心上 按

2、照軌道平面與赤道平面的夾角i（軌道傾角） 的不同，地球衛(wèi)星的軌道有赤道軌道（i=0）、 極軌道（i=90）、傾斜軌道（0i90）之分 衛(wèi)星通信基本原理 通信衛(wèi)星的軌道通信衛(wèi)星的軌道 衛(wèi)星通信基本原理 同步靜止軌道衛(wèi)星同步靜止軌道衛(wèi)星 衛(wèi)星運(yùn)行軌道處于地球赤道平面內(nèi)，運(yùn)行方向與 地球自轉(zhuǎn)方向一致，饒地球一圈的時(shí)間與地球自 轉(zhuǎn)一周的時(shí)間相同（24小時(shí)）的衛(wèi)星稱為同步靜 止軌道衛(wèi)星（此時(shí)衛(wèi)星距地面高度為公里） 從地面看衛(wèi)星是“靜止”不動(dòng)的，即地面上各點(diǎn) 與衛(wèi)星之間的相對(duì)位置不變 衛(wèi)星通信基本原理 通通 信信 衛(wèi)衛(wèi) 星星 的的 軌軌 道道 衛(wèi)星通信基本原理 通信衛(wèi)星的軌道通信衛(wèi)星的軌道 衛(wèi)星通信基本原

3、理 衛(wèi)星通信的發(fā)展概況（一）衛(wèi)星通信的發(fā)展概況（一） 1945年五月英國(guó)人阿瑟克拉克提出關(guān)于靜止衛(wèi)星 的設(shè)想 50年代，美國(guó)宇航局和國(guó)防部分別研制了不同類 型的通信衛(wèi)星： NASA：“反射鏡”、“被動(dòng)式”、“無(wú)源式”通 信衛(wèi)星（“回聲”） DoD：“轉(zhuǎn)發(fā)器”、“主動(dòng)式”、“有源式”通信 衛(wèi)星，通信質(zhì)量要好的多 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信的發(fā)展概況（二）衛(wèi)星通信的發(fā)展概況（二） 1954-1964 衛(wèi)星通信試驗(yàn)，1957年10月4日蘇聯(lián)發(fā)射了 第一顆人造衛(wèi)星，1963年7月美國(guó)發(fā)射了第一顆地球 同步衛(wèi)星，他們都進(jìn)行了衛(wèi)星通信試驗(yàn) 1965年國(guó)際通信衛(wèi)星組織的IS-1（國(guó)際通信衛(wèi)星）發(fā) 射，衛(wèi)星通

4、信進(jìn)入實(shí)用階段 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信的發(fā)展概況（三）衛(wèi)星通信的發(fā)展概況（三） 我國(guó)于1970年4月24日，成功地發(fā)射了自行研制 的東方紅一號(hào)衛(wèi)星，1984年4月發(fā)射了我國(guó)第一 顆同步通信衛(wèi)星東方紅二號(hào)，1997年5月12日月 發(fā)射了我國(guó)第一顆三軸穩(wěn)定的同步通信衛(wèi)星東方 紅三號(hào)，該星目前正在運(yùn)行 我國(guó)自1972年開(kāi)始運(yùn)行衛(wèi)星通信業(yè)務(wù) 目前全球共有地球同步靜止軌道衛(wèi)星約210顆， 其中我國(guó)擁有10顆（包括亞洲衛(wèi)星公司和亞太衛(wèi) 星公司） 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信的特點(diǎn)衛(wèi)星通信的特點(diǎn) 覆蓋區(qū)域大，通信距離遠(yuǎn)，通信成本與通信距離 無(wú)關(guān) 以廣播方式工作，便于實(shí)現(xiàn)多址聯(lián)接，組網(wǎng)方式 靈活 通信容量較

5、大，能應(yīng)用的業(yè)務(wù)種類多 可自發(fā)自收進(jìn)行監(jiān)測(cè) 機(jī)動(dòng)靈活 設(shè)備復(fù)雜，有時(shí)延 要解決星蝕及空間干擾問(wèn)題 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信的應(yīng)用范圍衛(wèi)星通信的應(yīng)用范圍 長(zhǎng)途電話、傳真 電視廣播、娛樂(lè) 計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng) 電視會(huì)議、電話會(huì)議 交互型遠(yuǎn)程教育 醫(yī)療數(shù)據(jù) 應(yīng)急業(yè)務(wù)、新聞廣播 交通信息、船舶、飛機(jī)的 航行數(shù)據(jù)及軍事通信等 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信和地面通信的對(duì)比衛(wèi)星通信和地面通信的對(duì)比 名稱名稱衛(wèi)星通信衛(wèi)星通信地面通信地面通信 覆蓋范圍廣泛局部 傳輸方式一跳或兩跳多結(jié)點(diǎn)接力 固定資費(fèi)低高 傳輸質(zhì)量高高 設(shè)備投資低低 端站搬遷靈活搬動(dòng)、自動(dòng)開(kāi)通 有限區(qū)域內(nèi)搬動(dòng)，申 請(qǐng)之后開(kāi)通 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)

6、衛(wèi)星通信業(yè)務(wù) 衛(wèi)星固定網(wǎng)業(yè)務(wù) 衛(wèi)星移動(dòng)通信業(yè)務(wù) VSAT通信業(yè)務(wù) 衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù) 衛(wèi)星專線業(yè)務(wù) 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信的應(yīng)用簡(jiǎn)介衛(wèi)星通信的應(yīng)用簡(jiǎn)介 中國(guó)的衛(wèi)星通信經(jīng)過(guò)近三十年的發(fā)展，從無(wú)到有，已經(jīng) 初具規(guī)模，但是發(fā)展速度仍比較緩慢。注冊(cè)的衛(wèi)星運(yùn)營(yíng) 公司已有中國(guó)通信廣播衛(wèi)星公司、中國(guó)東方通信衛(wèi)星有 限責(zé)任公司、鑫諾衛(wèi)星通信有限公司、亞洲衛(wèi)星通信有 限公司、亞太衛(wèi)星控股有限公司五家（在大陸注冊(cè)三 家），共擁有9顆衛(wèi)星, 342個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器單元（C波段236個(gè)、 Ku波段106個(gè)，均已折合至每轉(zhuǎn)發(fā)器36MHz帶寬）。其業(yè) 務(wù)已覆蓋到亞洲大部分地區(qū)和歐洲部分地區(qū)。 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信的應(yīng)用簡(jiǎn)介衛(wèi)

7、星通信的應(yīng)用簡(jiǎn)介 目前國(guó)內(nèi)公眾衛(wèi)星通信網(wǎng)的干線已有37個(gè)大型C波段地 球站，運(yùn)行著3萬(wàn)5千條雙向電路（占國(guó)內(nèi)長(zhǎng)途電路的 56），另有4個(gè)試驗(yàn)地球站和約30臺(tái)移動(dòng)衛(wèi)星通信車 載站工作在Ku波段。 國(guó)際通信方面我國(guó)運(yùn)營(yíng)15座國(guó)際通信衛(wèi)星地球站，開(kāi)通 了約1萬(wàn)3千條雙向電路（占國(guó)際長(zhǎng)途電路的26%）。中 國(guó)通信廣播衛(wèi)星公司等具有國(guó)際點(diǎn)對(duì)點(diǎn)業(yè)務(wù)許可的單位 開(kāi)通了150200條國(guó)際雙向VSAT電路。公眾通信約使用 50個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器 。 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信的應(yīng)用簡(jiǎn)介衛(wèi)星通信的應(yīng)用簡(jiǎn)介 我國(guó)已有中央電視臺(tái)的12套節(jié)目，中央人民廣播電臺(tái)和 國(guó)際臺(tái)的32路聲音廣播節(jié)目，以及31個(gè)省、自治區(qū)、直 轄市的廣播電

8、視節(jié)目均通過(guò)通信衛(wèi)星向全國(guó)傳送。目前 我國(guó)廣播電視節(jié)目共使用了11顆通信衛(wèi)星（亞太1A、亞 洲2號(hào)、亞洲3S、鑫諾1號(hào)、亞太2R、泛美3R號(hào)、泛美8 號(hào)、泛美9號(hào)、泛美3R號(hào)、泛美10號(hào)、銀河3R和熱鳥(niǎo)3號(hào)） 的32個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。我國(guó)已建成的廣播電視衛(wèi)星地球站共31 座，地面衛(wèi)星收轉(zhuǎn)臺(tái)站52萬(wàn)多座。與1985年上衛(wèi)星時(shí)相 比，我國(guó)廣播電視人口覆蓋率已由68.3%和68.4%上升為 2001年底的92.9%和94.1%。 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信的應(yīng)用簡(jiǎn)介衛(wèi)星通信的應(yīng)用簡(jiǎn)介 至2001年底國(guó)內(nèi)VSAT經(jīng)營(yíng)者有43家。雙向VSAT 站7000多個(gè)，單向VSAT站近17000個(gè)。目前，經(jīng) 營(yíng)性和專用性

9、VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)約達(dá)120個(gè)左右。 專網(wǎng)通信約使用14個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，經(jīng)營(yíng)性VSAT通信 用了約14個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器 衛(wèi)星通信基本原理 VSATVSAT通信通信 VSAT是英文Very Small Aperture Terminal的縮寫，其 意為甚小天線口徑終端，也就是使用小口徑天線的用戶 地球站（天線口徑小于米） 一個(gè)典型的VSAT系統(tǒng)，是由眾多的VSAT、一個(gè)(或少數(shù) 幾個(gè))大的主站組成。以通信衛(wèi)星為中繼，VSAT可與主 站或其它VSAT對(duì)通，提供各種電信業(yè)務(wù) VSAT是80年代中期美國(guó)開(kāi)發(fā)的一種衛(wèi)星通信設(shè)備，它建 造成本很低且容易在作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)或其它地面線路難以到達(dá) 的場(chǎng)合進(jìn)行安裝 衛(wèi)星通信基本原理

10、VSATVSAT系統(tǒng)分類系統(tǒng)分類 按通信能力分： 單向VSAT 雙向VSAT 按網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)分： 星狀網(wǎng) 網(wǎng)狀網(wǎng) 混合網(wǎng) 衛(wèi)星通信基本原理 VSATVSAT通信的優(yōu)點(diǎn)通信的優(yōu)點(diǎn) 建造成本低，覆蓋范圍廣 安裝方便，可在樓頂，水泥座上安裝 集成性好，可將語(yǔ)音數(shù)據(jù)集成在一起使用 相對(duì)獨(dú)立，容易組成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)而不受公網(wǎng)的制約 通信質(zhì)量好，抗干擾能力強(qiáng) 組網(wǎng)方便，可以是星、網(wǎng)或星網(wǎng)結(jié)合 數(shù)據(jù)安全性好 衛(wèi)星通信基本原理 ODUODU ODU是一個(gè)緊湊的、安裝在防風(fēng)、防雨盒子內(nèi)的射頻 單元，由固態(tài)功放（SSPA）、低噪聲放大-變頻組件 （LNC）、上變頻器以及正交模耦合器（用以收、發(fā) 共用天線）組成 一般安裝

11、在天線發(fā)射面焦點(diǎn)處或附近，以減小天線饋 電喇叭與射頻設(shè)備之間的傳輸損耗 提供信號(hào)的上、下變頻 發(fā)送端站信號(hào)至衛(wèi)星及接收主站信號(hào) 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信基本原理 IDUIDU IDU配置在靠近用戶終端設(shè)備的室內(nèi)，由調(diào)制解調(diào)器和 基帶處理單元組成 提供VSAT與用戶的接口、VSAT與衛(wèi)星的鏈接、地面通信 規(guī)程與衛(wèi)星線路通信規(guī)程之間的變換等 衛(wèi)星通信基本原理 VSATVSAT業(yè)務(wù)業(yè)務(wù) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)，點(diǎn)對(duì)多點(diǎn) 單、雙向數(shù)據(jù)通信和廣播業(yè)務(wù) 網(wǎng)狀網(wǎng)話音和數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù) 尋呼聯(lián)網(wǎng)與覆蓋業(yè)務(wù) 報(bào)刊印版、聲訊、證券 信息傳輸業(yè)務(wù) VSAT工程服務(wù) 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成 測(cè)控

12、管理分系統(tǒng) 跟蹤遙測(cè)指令分系統(tǒng) 通信地球站系統(tǒng) 空間分系統(tǒng) 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成 空間分系統(tǒng) 即通信衛(wèi)星，起無(wú)線電中繼站作用，主體是通信裝置，包括一個(gè) 或多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器（微波收、發(fā)信機(jī)）和天線，保障部分星體上的遙 測(cè)指令、控制系統(tǒng)和能源裝置等 監(jiān)控管理分系統(tǒng) 對(duì)定點(diǎn)的衛(wèi)星在業(yè)務(wù)開(kāi)通前、后進(jìn)行通信性能的監(jiān)測(cè)和控制（如 對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器功率、衛(wèi)星天線增益、各地球站發(fā)射功率、帶寬等參數(shù) 進(jìn)行監(jiān)控） 跟蹤遙測(cè)指令分系統(tǒng) 對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測(cè)量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上的指定位置； 定期對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行軌道修正和位置保持 衛(wèi)星通信基本原理 通信衛(wèi)星的外觀（一）通信衛(wèi)星的外觀（一） 衛(wèi)

13、星通信基本原理 通信衛(wèi)星的外觀（二）通信衛(wèi)星的外觀（二） 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的頻率安排 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成 地球站 是微波無(wú)線電收、發(fā)信臺(tái)（站），用戶通過(guò)他們接入衛(wèi)星線路 典型的地球站示意圖： 天線、饋源設(shè)備 接收設(shè)備 發(fā)射設(shè)備 電源設(shè)備 跟蹤伺服設(shè)備 信道 終端 設(shè)備 電源設(shè)備 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu)衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 各衛(wèi)星通信系統(tǒng)都有一定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，如星形、網(wǎng) 格形或混合形 中心站 星形 網(wǎng)格形 衛(wèi)星通信基本原理 混合網(wǎng)混合網(wǎng) VSAT VSAT VSAT VSAT VSAT

14、 VSAT 衛(wèi)星通信基本原理 系統(tǒng)工作過(guò)程系統(tǒng)工作過(guò)程 基帶入 B D U MF U C H P A B D U L N A D C F D E M 基帶出 處理器 發(fā)基帶 調(diào)制器 中頻濾波器 上行變頻器 功率放大器 放大器 低噪聲 下行變頻器 中頻濾波器 解調(diào)器 處理器 收基帶 射頻線路 中頻線路 衛(wèi)星無(wú)線電線路 發(fā)送站一個(gè)已調(diào)載波通路接收站一個(gè)已調(diào)載波通路 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信使用頻率衛(wèi)星通信使用頻率 電波應(yīng)能穿過(guò)電離層，傳輸損耗和外部附加噪聲應(yīng)盡 可能小 有較寬的可用頻帶，盡可能增大通信容量 較合理的使用無(wú)線電頻譜，防止各宇宙通信業(yè)務(wù)之間 及與其它地面通信業(yè)務(wù)之間產(chǎn)生相互干擾 通信

15、采用微波頻段（300MHz-300GHz） 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信使用頻率衛(wèi)星通信使用頻率 C頻段（3.4-6.65GHz) Ku頻段(10.95-18GHz) Ka頻段(18-40GHz) L頻段(1.12-2.6GHz) 其他頻段(UHF,S,X,Q,V) 衛(wèi)星通信基本原理 常用工作頻段常用工作頻段 也有如下的頻段劃分： UHF（特高頻）： SHF（超高頻）：3-30GHz EHF（極高頻）：30-300GHz 頻段頻段上行頻率上行頻率下行頻率下行頻率簡(jiǎn)稱簡(jiǎn)稱 C-band5.925-6.425GHz3.7-4.2GHz6/4G Ku-band14.0-14.5GHz10.95-11.

16、2GHz 11.45-11.7GHz 14/11G Ka-band27.5-31GHz17.7-21.2GHz30/20G 衛(wèi)星通信基本原理 另一種頻段劃分另一種頻段劃分 頻率劃分頻率范圍帶寬應(yīng)用 UHFL200-400MHz47MHz軍用 1.5-1.6GHz商用 SHFC6/4GHz800MHz商用 X8/7GHz500MHz軍用 Ku14/12GHz500MHz商用 Ka30/20GHz2500MHz軍用 1000MHz商用 EHFQ44/20GHz3500MHz軍用 v64/59GHz5000MHz軍用 衛(wèi)星通信基本原理 C C波段與波段與KuKu波段的比較波段的比較 C C波段波段

17、資源較豐富 易受地面干擾 天線口徑較大 不受天氣影響 Ku Ku 波段波段 資源較為緊張 不易受到干擾 天線口徑較小 在地球站和天線一定時(shí) 波束較窄 在濃云、密霧、暴雨等 惡劣天氣情況下，信號(hào) 損耗較大 衛(wèi)星通信基本原理 星蝕及日凌中斷星蝕及日凌中斷 星蝕： 所有靜止衛(wèi)星在每年春分和秋分前后各23天中， 當(dāng)星下點(diǎn)（衛(wèi)星與地心連線同地球表面的交點(diǎn)） 進(jìn)入當(dāng)?shù)貢r(shí)間午夜前后，衛(wèi)星、地球和太陽(yáng)共處 在一條直線上，衛(wèi)星進(jìn)入地球陰影區(qū)而造成星蝕； 此時(shí)一般靠星載蓄電池來(lái)供給能源 衛(wèi)星位置西移1，星蝕開(kāi)始時(shí)間可推遲4分鐘， 東移1則可提前4分鐘 衛(wèi)星通信基本原理 星蝕及日凌中斷星蝕及日凌中斷 日凌中斷： 在

18、每年春分秋分前后，當(dāng)衛(wèi)星星下點(diǎn)進(jìn)入當(dāng)?shù)刂?午前后時(shí)，衛(wèi)星處在太陽(yáng)和地球中間，天線在對(duì) 準(zhǔn)衛(wèi)星的同時(shí)也會(huì)對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)，會(huì)因接收到強(qiáng)大的 太陽(yáng)熱噪聲而使通信無(wú)法進(jìn)行，稱為日凌中斷 （每次延續(xù)約6天）；月亮也會(huì)引起類似問(wèn)題，但 其噪聲比太陽(yáng)小的多，不會(huì)造成中斷 每天出現(xiàn)中斷的最長(zhǎng)時(shí)間與天線口徑、工作頻率 有關(guān) 衛(wèi)星通信基本原理 星蝕及日凌中斷示意圖星蝕及日凌中斷示意圖 衛(wèi)星通信基本原理 位置保持位置保持 靜止通信衛(wèi)星會(huì)因受地球、月球、太陽(yáng)及其它星球 的引力作用而發(fā)生漂移；其中，太陽(yáng)和月球的引力 使靜止衛(wèi)星在南北方向上緩慢漂移，而地心引力的 不均勻會(huì)導(dǎo)致衛(wèi)星瞬時(shí)速度的起伏，使其在東西方 向上漂移。 通常衛(wèi)

19、星上裝有用于位置保持的噴氣推進(jìn)器，并備 有動(dòng)力原料，通過(guò)地面測(cè)控站定期控制推進(jìn)器的工 作，修正衛(wèi)星的軌道位置，保證其位置精確度在要 求范圍內(nèi)。 衛(wèi)星通信基本原理 姿態(tài)穩(wěn)定姿態(tài)穩(wěn)定 靜止通信衛(wèi)星在太空中需要以正確的姿態(tài)面隊(duì)地球 并保持穩(wěn)定，以保證星上定向輻射的通信天線照射 到地球上的通信區(qū)域，太陽(yáng)能電池板能良好的采集 陽(yáng)光等。 常用的姿態(tài)控制方法有 自旋穩(wěn)定 三軸穩(wěn)定 衛(wèi)星通信基本原理 極化（一）極化（一） 天線的輻射場(chǎng)通常是橫電磁波，即沒(méi)有與傳播方向 平行的（縱向）電磁場(chǎng)分量；利用直角坐標(biāo)系可將 電場(chǎng)分解為Ex和EY分量（z為傳播方向）； 直線極化波：電場(chǎng)的水平與垂直分量的相位相同或 相差18

20、00，即合成電場(chǎng)的大小隨時(shí)間變化，但方向 總保持在一直線上； 當(dāng)電波只含水平（與地面平行）分量時(shí)稱為水平線 極化波；只含垂直分量時(shí)稱為垂直線極化波。 衛(wèi)星通信基本原理 極化（二）極化（二） 電場(chǎng)的水平分量和垂直分量振幅相等，但相位相差 900或2700的稱為圓極化波，即電場(chǎng)的大小不變，方 向隨時(shí)間在圓上以射頻角速度旋轉(zhuǎn)； 若面向電磁波傳去的方向，電磁矢量為順時(shí)針?lè)较?旋轉(zhuǎn)，稱為右旋極化波；反之，若為逆時(shí)針?lè)较騻?播，則為左旋極化波； 水平與垂直極化波之間，左旋與右旋極化波之間無(wú) 能量耦合，即極化隔離。 衛(wèi)星通信基本原理 地球站的方位角和仰角地球站的方位角和仰角 E天線的仰角 A天線的方位角 1

21、衛(wèi)星星下點(diǎn)經(jīng)度 r/h 2所在地的經(jīng)度 所在地緯度 仰角E S（ 1 ） S地面投影 方位角A 正南 S （2，） 衛(wèi)星通信基本原理 傳輸時(shí)延傳輸時(shí)延 一條單跳的衛(wèi)星通信線路，由發(fā)送端到接收端的單程 傳輸時(shí)延為： t=上行下行空間傳輸路徑距離和/C C為電波在自由空間的傳播速度 當(dāng)衛(wèi)星為靜止衛(wèi)星時(shí)，空間傳輸距離和最小為公里， 最大為公里，一般取40000公里的約值 單程時(shí)延一般取秒，雙程取秒 衛(wèi)星通信基本原理 衛(wèi)星通信技術(shù)體制衛(wèi)星通信技術(shù)體制 頻分多址（FDMA） 時(shí)分多址（TDMA） 碼分多址（CDMA） 空分多址（SDMA） 衛(wèi)星通信基本原理 FDMAFDMA的基本特征的基本特征 將衛(wèi)星轉(zhuǎn)

22、發(fā)器的可用射頻頻帶分割成若干互不重疊 的部分，再分配給各地球站所要發(fā)送的各載波使用 FDMA方式中各載波的射頻頻率不同 發(fā)送的時(shí)間可以重合，但載波占用的頻帶是彼此嚴(yán) 格分開(kāi)的 衛(wèi)星通信基本原理 頻分多址（頻分多址（FDMAFDMA） S F T W F 衛(wèi)星通信基本原理 FDMAFDMA轉(zhuǎn)發(fā)器圖轉(zhuǎn)發(fā)器圖 站1 站2 站k 衛(wèi)星通信基本原理 預(yù)分配和按申請(qǐng)分配預(yù)分配和按申請(qǐng)分配 預(yù)分配：將各種頻率預(yù)先分給固定的VSAT站使用，各小站可 隨時(shí)使用分配給自己的頻率而不需要向主站申請(qǐng)； 按申請(qǐng)分配：分主站輪詢方式和主站發(fā)送呼叫請(qǐng)求方式；前 者指主站按順序查詢所有地球站，如有呼叫請(qǐng)求，就從可用 頻率中分

23、配相應(yīng)的頻系給呼叫站；后者也稱為集中控制隨機(jī) 多址接入方式，由主站通過(guò)專用數(shù)字信令信道發(fā)送呼叫請(qǐng)求。 衛(wèi)星通信基本原理 時(shí)分多址（時(shí)分多址（TDMATDMA）的基本特征）的基本特征 將衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的工作時(shí)間分割成周期性的互不重疊 的時(shí)隙（每個(gè)時(shí)隙也稱為分幀，一個(gè)周期稱為一 幀），再分配給各站使用 各站的基帶信號(hào)低速連續(xù)輸入并存儲(chǔ)在緩沖器里， 在分配的時(shí)隙里以高速突發(fā)形式的脈沖串調(diào)制載波 后發(fā)向衛(wèi)星 任何時(shí)候都只有一個(gè)站發(fā)出的信號(hào)通過(guò)轉(zhuǎn)發(fā)器，轉(zhuǎn) 發(fā)器始終處于單載波工作狀態(tài) 衛(wèi)星通信基本原理 時(shí)分多址（時(shí)分多址（TDMATDMA） S F T T 衛(wèi)星通信基本原理 TDMATDMA方式示意方式示意

24、P f A B C 衛(wèi)星通信基本原理 TDMATDMA方式方式 衛(wèi)星通信基本原理 碼分多址（碼分多址（CDMACDMA）的基本特征）的基本特征 各站所發(fā)的信號(hào)在結(jié)構(gòu)上各不相同并相互具有準(zhǔn)正交性， 以區(qū)別地址，而在頻率、時(shí)間、空間上都可能重疊 各站所發(fā)載波大都受到兩種調(diào)制，一種是基帶信號(hào)（一 般是數(shù)字的）的調(diào)制，一種是地址碼的調(diào)制 對(duì)于某一地址碼，只有與之相應(yīng)的接收機(jī)才能檢測(cè)出信 號(hào) 受基帶信號(hào)調(diào)制的已調(diào)波再受地址碼調(diào)制后頻譜寬度會(huì) 大為擴(kuò)展 衛(wèi)星通信基本原理 碼分多址（碼分多址（CDMACDMA） 衛(wèi)星通信基本原理 空分多址（空分多址（SDMASDMA） 衛(wèi)星天線有多個(gè)窄波束（又稱點(diǎn)波束），分

25、別指向 不同區(qū)域的地球站，利用波束在空間指向上的差異 來(lái)區(qū)分不同的地球站 某區(qū)域中一站的上行信號(hào)經(jīng)衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)設(shè)備 轉(zhuǎn)到另一區(qū)域的下行波束上，從而傳送到該區(qū)域的 某站 一個(gè)通信區(qū)域內(nèi)若有多個(gè)地球站，則他們之間的站 址識(shí)別還要借助FDMA或TDMA 衛(wèi)星通信基本原理 空分多址（空分多址（SDMASDMA） F T S S 衛(wèi)星通信基本原理 各類波束示意圖各類波束示意圖 區(qū)域波束點(diǎn)波束 全球波束 地球 衛(wèi)星通信基本原理 各種多址方式的比較各種多址方式的比較 方式方式優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)缺點(diǎn)缺點(diǎn) 頻分 多址 FDMA 1、調(diào)制器工作速度低 2、不需復(fù)雜同步即可避 免與其他站所發(fā)信號(hào)的干 擾，易實(shí)現(xiàn)多址聯(lián)接

26、1、每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器的傳輸容量小 2、不易適應(yīng)各種速率的數(shù)字 信號(hào)傳輸 時(shí)分 多址 TDMA 1、可最大限度的利用轉(zhuǎn) 發(fā)器的發(fā)信功能 2、可靈活處理各地球站 電路容量的變化 1、需采取同步措施，基帶處 理電路復(fù)雜 2、發(fā)信功率需與每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器 相對(duì)應(yīng) 碼分 多址 CDMA 1、可按需多發(fā)信號(hào) 2、抗干擾性能強(qiáng) 1、需要較寬的頻帶轉(zhuǎn)發(fā)器 2、原采用的技術(shù)頻譜利用率 低 衛(wèi)星通信基本原理 競(jìng)爭(zhēng)多址競(jìng)爭(zhēng)多址 以隨機(jī)方式爭(zhēng)用信道，又稱隨機(jī)多址； 網(wǎng)絡(luò)內(nèi)各VSAT根據(jù)自己的需要隨時(shí)向信道發(fā)送消息， 星形網(wǎng)絡(luò)的中心站作為接收方收到該消息后以時(shí)分復(fù)用 TDM信道向VSAT發(fā)確認(rèn)信號(hào)； 若VSAT沒(méi)有收到確認(rèn)信號(hào)，則

27、意味著發(fā)出的消息因受 到其它站消息的碰撞而丟失或因誤碼率太大而丟失，需 要重新發(fā)送，直到收到主站的確認(rèn)信息為止。 衛(wèi)星通信基本原理 非時(shí)隙非時(shí)隙ALOHAALOHA 又稱異步ALOHA或ALOHA，表示消息碰撞的意思 ALOHA信道不設(shè)置時(shí)隙，沒(méi)有網(wǎng)絡(luò)同步信號(hào)，各VSAT 用戶可隨時(shí)向信道發(fā)送消息，在發(fā)生碰撞時(shí)等待隨機(jī)的 延時(shí)后再次發(fā)送遭碰撞的消息 只能提供較低的吞吐量和信道利用率（一般為） 低入網(wǎng)時(shí)延，運(yùn)行可靠，設(shè)備較簡(jiǎn)單 衛(wèi)星通信基本原理 時(shí)隙時(shí)隙ALOHAALOHA 限制VSAT的消息以固定的長(zhǎng)度在時(shí)隙內(nèi)有嚴(yán)格啟始和 結(jié)束的時(shí)間發(fā)送，只有在兩個(gè)消息在完全相同的時(shí)隙內(nèi) 發(fā)送時(shí)才會(huì)發(fā)生碰撞

28、其最大吞吐量比非時(shí)隙ALOHA大一倍，但因?yàn)闀r(shí)隙 ALOHA需要?jiǎng)澐謺r(shí)隙和配置同步系統(tǒng)，增加了設(shè)備和 網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的復(fù)雜程度，抵消了部分最大吞吐量改善的效 果 其延時(shí)特定與非時(shí)隙ALOHA類似，特別適用于固定長(zhǎng) 度業(yè)務(wù)量模型的網(wǎng)絡(luò) 衛(wèi)星通信基本原理 采用采用TDMATDMA預(yù)約的預(yù)約的DAMADAMA 信道的幀格式由預(yù)約和消息的傳輸區(qū)間組成，在每一 幀中都安排有分配給每個(gè)VSAT的短預(yù)約時(shí)隙，VSAT 可通過(guò)該預(yù)約時(shí)隙申請(qǐng)一個(gè)或更多消息數(shù)據(jù)時(shí)隙；在 星形網(wǎng)絡(luò)中，中心站接收預(yù)約時(shí)隙后通過(guò)TDMA廣播 信道將分配信息送回VSAT站 因?yàn)樾l(wèi)星的傳播時(shí)延和TDMA幀結(jié)構(gòu)的安排，這種方 式需要到秒的等待時(shí)延

29、，限制了所能支持的最大工作 站數(shù) 衛(wèi)星通信基本原理 采用時(shí)隙采用時(shí)隙ALOHAALOHA預(yù)約的預(yù)約的DAMADAMA DAMA/TDMA適用于大數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)量的VSAT使用，特別 是消息長(zhǎng)度可變的情況；但因?yàn)楸Ｗo(hù)時(shí)間和安排捕獲前 置碼，吞吐量很難高于 DAMA/時(shí)隙ALOHA方式的預(yù)約消息采用競(jìng)爭(zhēng)多址的方 式替代TDMA固定分配方式，可使預(yù)約的開(kāi)銷同實(shí)際支 持的站數(shù)無(wú)關(guān)，從而使DAMA系統(tǒng)支持大量的VSAT站 工作，具有良好的性能和處理混合交互/文件傳遞業(yè)務(wù) 的能力 衛(wèi)星通信基本原理 功率和帶寬受限信道功率和帶寬受限信道 VSAT系統(tǒng)一般由大量的遠(yuǎn)端VSAT站共享衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的 信道資源，使用小尺寸天線的VSAT站由于其全向輻射 有效功率（EIRP）較低，占用衛(wèi)星信道的功率就較大， 是一種典型的功率受限系統(tǒng) VSAT站一般傳輸?shù)娜刖硵?shù)據(jù)速率較低，因此大多分配 給它的帶寬較窄，為了使大量VSAT站能有效的共享衛(wèi) 星信道，一般而言它也是一種帶寬受限的系統(tǒng) 衛(wèi)星通信基本原理 差錯(cuò)控制編碼差錯(cuò)控制編碼 差錯(cuò)控制編碼的基本做法為：在發(fā)送端被傳輸?shù)男畔⑿?列上附加一些監(jiān)督碼元，這些多余的碼元與信息碼元之 間以某種確定的規(guī)則相互約