衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理

1、18.1 衛(wèi)星通信的基本概念 18.2 通信衛(wèi)星的種類 18.3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)分類 18.4 衛(wèi)星通信的特點 18.5 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及工作原理 18.6 空分多址（SDMA） 18.7 衛(wèi)星通信新技術 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理18.1 衛(wèi)星通信的基本概念 衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉發(fā)無線電信號，在兩個或多個地面站之間進行的通信過程或方式。衛(wèi)星通信屬于宇宙無線電通信的一種形式，工作在微波頻段。 宇宙通信是以宇宙飛行體或通信轉發(fā)體作為對象的無線電通信。它可分為三種形式：衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 （1）地球站與宇宙站間的通信； （2）宇宙站之間的通信； （

2、3）通過宇宙站的轉發(fā)或反射進行的地球站之間的通信。 人們常把第三種形式稱為衛(wèi)星通信。宇宙站是指地球大氣層以外的宇宙飛行體（如人造衛(wèi)星和宇宙飛船等）或其它星球上的通信站。地球站是指設在地面、海洋或大氣層中的通信站，習慣上統(tǒng)稱為地面站。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 衛(wèi)星通信是在地面微波中繼通信和空間技術的基礎上發(fā)展起來的。微波中繼通信是一種“視距”通信，即只有在“看得見”的范圍內(nèi)才能通信。而通信衛(wèi)星的作用相當于離地面很高的微波中繼站。由于作為中繼的衛(wèi)星離地面很高，因此經(jīng)過一次中繼轉接之后即可進行長距離的通信。圖181是一種簡單的衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖，它是由一顆通信衛(wèi)星和多個地面通信站組成的。

3、衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理圖181 衛(wèi)星通信示意圖 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 由圖181可見，離地面高度為he的衛(wèi)星中繼站，看到地面的兩個極端點是A和B點，即S長度將是以衛(wèi)星為中繼站所能達到的最大通信距離。其計算公式為 式中，R0為地球半徑， R0 =6378km；為AB所對應的圓心角（弧度）；he為通信衛(wèi)星到地面的高度，單位為km。上式說明， he越高，地面上最大通信距離越大。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 （1） he =500km時，由公式求得S=4892km； （2） he =35800km時，S=18100km。 由于衛(wèi)星處于外層空間，即在電離層之外，地

4、面上發(fā)射的電磁波必須能穿透電離層才能到達衛(wèi)星；同樣，從衛(wèi)星到地面上的電磁波也必須穿透電離層，而在無線電頻段中只有微波頻段恰好具備這一條件，因此衛(wèi)星通信使用微波頻段。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 目前大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇在下列頻段工作： (1) UHF波段（400/200MHz）； (2) L波段（）； (3) C波段（）； (4) X波段（）； (5) K波段（；30/20GHz）。 由于C波段的頻段較寬，又便于利用成熟的微波中繼通信技術，且天線尺寸也較小，因此，衛(wèi)星通信最常用的是C波段。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理18.2 通信衛(wèi)星的種類 目前，通信衛(wèi)星的種類繁多，按不同

5、的標準有不同的分類。下面我們給出幾種常用的衛(wèi)星種類。 (1)按衛(wèi)星的結構可分為：無源衛(wèi)星和有源衛(wèi)星兩類。 無源衛(wèi)星是運行在特定軌道上的球形或其它形狀的反射體，沒有任何電子設備，它是靠其金屬表面對無線電波進行反射來完成信號中繼任務的。在20世紀5060年代進行衛(wèi)星通信試驗時，曾利用過這種衛(wèi)星。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 目前，幾乎所有的通信衛(wèi)星都是有源衛(wèi)星，一般多采用太陽能電池和化學能電池作為能源。 這種衛(wèi)星裝有收、發(fā)信機等電子設備，能將地面站發(fā)來的信號進行接收、放大、頻率變換等其它處理，然后再發(fā)回地球。這種衛(wèi)星可以部分地補償在空間傳輸所造成的信號損耗。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工

6、作原理圖182 通信衛(wèi)星軌道示意圖 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理(2)按通信衛(wèi)星的運行軌道可分為：赤道軌道衛(wèi)星（指軌道平面與赤道平面夾角=0）；極軌道衛(wèi)星（=90）；傾斜軌道衛(wèi)星（090）。所謂軌道就是衛(wèi)星在空間運行的路線。見圖182。 (3)按衛(wèi)星離地面最大高度h的不同可分為：低高度衛(wèi)星h5000km；中高度衛(wèi)星5000kmh20000km。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 (4) 按衛(wèi)星與地球上任一點的相對位置的不同可分為：同步衛(wèi)星和非同步衛(wèi)星。同步衛(wèi)星是指在赤道上空約35800km高的圓形軌道上與地球自轉同向運行的衛(wèi)星。由于其運行方向和周期與地球自轉方向和周期均相同，因此從地

7、面上任何一點看上去，衛(wèi)星都是“靜止”不動的，所以把這種對地球相對靜止的衛(wèi)星簡稱為同步（靜止）衛(wèi)星，其運行軌道稱為同步軌道。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 非同步衛(wèi)星的運行周期不等于（通常小于）地球自轉周期，其軌道傾角、軌道高度、軌道形狀（圓形或橢圓形）可因需要而不同。從地球上看，這種衛(wèi)星以一定的速度在運動，故又稱為移動衛(wèi)星或運動衛(wèi)星。 不同類型的衛(wèi)星有不同的特點和用途。在衛(wèi)星通信中，同步衛(wèi)星使用得最為廣泛，其主要原因是：第一，同步衛(wèi)星距地面高達35800km，一顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū)（從衛(wèi)星上能“看到”的地球區(qū)域）可達地球總面積的40%左右，地面最大跨距可達18000km。因此只需三顆衛(wèi)星適當配

8、置，就可建立除兩極地區(qū)（南極和北極）以外的全球性通信。如圖183所示。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理圖183 全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 圖中，每兩顆相鄰衛(wèi)星都有一定的重疊覆蓋區(qū)，但南、北兩極地區(qū)則為盲區(qū)。目前正在使用的國際通信衛(wèi)星系統(tǒng)就是按這個原理建立的，其衛(wèi)星分別位于大西洋、印度洋和太平洋上空。其中，印度洋衛(wèi)星能覆蓋我國的全部領土，太平洋衛(wèi)星覆蓋我國的東部地區(qū)，即我國東部地區(qū)處在印度洋衛(wèi)星和太平洋衛(wèi)星的重疊覆蓋區(qū)中。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 第二，由于同步衛(wèi)星相對于地球是靜止的，因此，地面站天線易于保持對準衛(wèi)星，不需要復雜的跟蹤系統(tǒng)；通

9、信連續(xù)，不像衛(wèi)星相對于地球以一定的速度運動時那樣，需要變更轉發(fā)當時信號的衛(wèi)星而出現(xiàn)信號中斷；信號頻率穩(wěn)定，不會因衛(wèi)星相對于地球運動而產(chǎn)生多卜勒頻移。當然，同步衛(wèi)星也有一些缺點，主要表現(xiàn)在：兩極地區(qū)為通信盲區(qū)；衛(wèi)星離地球較遠， 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 故傳輸損耗和傳輸時延都較大；同步軌道只有一條，能容納衛(wèi)星的數(shù)量有限；同步衛(wèi)星的發(fā)射和在軌測控技術比較復雜。此外，在春分和秋分前后，還存在著星蝕（衛(wèi)星進入地球的陰影區(qū)）和日凌中斷（衛(wèi)星處于太陽和地球之間，受強大的太陽噪聲影響而使通信中斷）現(xiàn)象。 非同步衛(wèi)星的主要優(yōu)缺點基本上與同步衛(wèi)星相反。由于非同步衛(wèi)星的抗毀性較高，因此也有一定的應用。

10、 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理18.3 衛(wèi)星通信系統(tǒng)分類 目前世界上建成了數(shù)以百計的衛(wèi)星通信系統(tǒng)，歸結起來可進行如下分類： (1)按衛(wèi)星制式可分為 靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)、隨機軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)和低軌道衛(wèi)星（移動）通信系統(tǒng)。 (2)按通信覆蓋區(qū)域的范圍劃分為 國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)、國內(nèi)衛(wèi)星通信系統(tǒng)和區(qū)域衛(wèi)星通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 (3)按用戶性質可分為 公用（商用）衛(wèi)星通信系統(tǒng)、專用衛(wèi)星通信系統(tǒng)和軍用衛(wèi)星通信系統(tǒng)。 (4)按業(yè)務范圍可分為 固定業(yè)務衛(wèi)星通信系統(tǒng)、移動業(yè)務衛(wèi)星通信系統(tǒng)、廣播業(yè)務衛(wèi)星通信系統(tǒng)和科學實驗衛(wèi)星通信系統(tǒng)。 (5)按基帶信號體制可分為 模擬制衛(wèi)星通信系統(tǒng)

11、和數(shù)字制衛(wèi)星通信系統(tǒng)。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 (6)按多址方式可分為 頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、空分多址（SDMA）和碼分多址（CDMA）衛(wèi)星通信系統(tǒng)。 (7)按運行方式可分為 同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)和非同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)。目前國際和國內(nèi)的衛(wèi)星通信大都是同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理18.4 衛(wèi)星通信的特點 衛(wèi)星通信系統(tǒng)以通信衛(wèi)星為中繼站，與其它通信系統(tǒng)相比較，衛(wèi)星通信有如下特點： (1)覆蓋區(qū)域大，通信距離遠。一顆同步通信衛(wèi)星可以覆蓋地球表面的三分之一區(qū)域，因而利用三顆同步衛(wèi)星即可實現(xiàn)全球通信。它是遠距離越洋通信和電視轉播的主要手段。衛(wèi)星通信

12、技術基本概念、特點和工作原理 (2)具有多址連接能力。地面微波中繼的通信區(qū)域基本上是一條線路，而衛(wèi)星通信可在通信衛(wèi)星所覆蓋的區(qū)域內(nèi)，所有四面八方的地面站都能利用這一衛(wèi)星進行相互間的通信。我們稱衛(wèi)星通信的這種能同時實現(xiàn)多方向、多個地面站之間的相互聯(lián)系的特性為多址連接。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 (3)頻帶寬，通信容量大。衛(wèi)星通信采用微波頻段，傳輸容量主要由終端站決定，衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳輸容量取決于衛(wèi)星轉發(fā)器的帶寬和發(fā)射功率，而且一顆衛(wèi)星可設置多個（如IS-有46個）轉發(fā)器，故通信容量很大。例如，利用頻率再用技術的某些衛(wèi)星通信系統(tǒng)可傳輸30000路 和4路彩色電視。衛(wèi)星通信技術基本概念、特

13、點和工作原理 (4) 通信質量好，可靠性高。衛(wèi)星通信的電波主要在自由（宇宙）空間傳播，傳輸電波十分穩(wěn)定，而且通常只經(jīng)過衛(wèi)星一次轉接，其噪聲影響較小，通信質量好。通信可靠性可達99.8%以上。 (5) 通信機動靈活。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的建立不受地理條件的限制，地面站可以建立在邊遠山區(qū)、海島、汽車、飛機和艦艇上。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 (6)電路使用費用與通信距離無關。地面微波中繼或光纜通信系統(tǒng)，其建設投資和維護使用費用都隨距離而增加。而衛(wèi)星通信的地面站至空間轉發(fā)器這一區(qū)間并不需要投資，因此線路使用費用與通信距離無關。 (7)對衛(wèi)星通信系統(tǒng)也有一些特殊要求：一是由于通信衛(wèi)星的一次投資費用較

14、高，在運行中難以進行檢修，故要求通信衛(wèi)星具備高可靠性和較長的使用壽命；二是衛(wèi)星上能源有限， 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 衛(wèi)星的發(fā)射功率只能達到幾十至幾百瓦，因此要求地面站要有大功率發(fā)射機、低噪聲接收機和高增益天線，這使得地面站比較龐大；三是由于衛(wèi)星通信傳輸距離很長，使信號傳輸?shù)臅r延較大，其單程距離（地面站A衛(wèi)星轉發(fā)地面站B）長達80000km，需要時間約270ms；雙向通信往返約160000km，延時約540ms，所以，在通過衛(wèi)星打 時，通信雙方會感到很不習慣。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理18.5 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及工作原理 根據(jù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的任務，一條衛(wèi)星通信線路要由發(fā)端

15、地面站、上行線路、衛(wèi)星轉發(fā)器、下行線路和收端地面站組成，如圖184所示。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理圖184 衛(wèi)星通信線路組成框圖衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 其中上行線路和下行線路就是無線電波傳播的路徑。為了進行雙向通信，每一地面站均應包括發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)。由于收、發(fā)系統(tǒng)一般是共用一副天線，因此需要使用雙工器以便將收、發(fā)信號分開。地面站收、發(fā)系統(tǒng)的終端，通常都是與長途電信局或微波線路連接。地面站的規(guī)模大小則由通信系統(tǒng)的用途而定。轉發(fā)器的作用是接收地面站發(fā)來的信號，經(jīng)變頻、放大后，再轉發(fā)給其它地面站。衛(wèi)星轉發(fā)器由天線、接收設備、變頻器、發(fā)射設備和雙工器等部分組成。衛(wèi)星通信技

16、術基本概念、特點和工作原理 在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，各地面站發(fā)射的信號都是經(jīng)過衛(wèi)星轉發(fā)給對方地面站的，因此，除了要保證在衛(wèi)星上配置轉發(fā)無線電信號的天線及通信設備外，還要有保證完成通信任務的其它設備。一般來說，一個通信衛(wèi)星主要由天線系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、遙測指令系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)五大部分組成，如圖185所示。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理圖185 通信衛(wèi)星組成示意圖 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 1.天線系統(tǒng) 天線系統(tǒng)包括通信用的微波天線和遙測遙控系統(tǒng)用的高頻（或甚高頻）天線。微波天線根據(jù)波束的寬、窄又可分為覆球波束天線、區(qū)域波束天線和點波束天線。對靜止衛(wèi)星來說衛(wèi)星覆球波束天線的波束寬度

17、約為1718，其增益可達18dB；點波束天線因波束較窄而具有較高的增益，用來把輻射的電磁波功率集中到地球上較小的區(qū)域內(nèi)。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 通信微波天線的波束應對準地球上的通信區(qū)域。但是，對于采用自旋穩(wěn)定方式以保持姿態(tài)穩(wěn)定的靜止衛(wèi)星，由于衛(wèi)星是旋轉的，故要采用消旋天線，才能使波束始終對準地球。常用的有機械消旋天線和電子消旋天線，其消旋原理是用機械的方法或電子的方法，讓天線的旋轉方向與衛(wèi)星自旋方向相反，而兩者的旋轉速度相等，以保證天線波束始終朝著地球上需要通信的區(qū)域。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 遙測指令天線用于衛(wèi)星進人靜止軌道之前和之后，能向地面控制中心發(fā)射遙測信號和

18、接收地面的指令信號。這種天線為甚高頻全方向性天線，通常采用傾斜式繞桿天線和螺旋天線等天線。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 2.通信系統(tǒng)（轉發(fā)器） 靜止衛(wèi)星的通信系統(tǒng)又稱為通信中繼機，通常由多個（可達24個或更多）信道轉發(fā)器互相連接而組成。其任務是把接收的信號放大，并利用變頻器交換成下行頻率后再發(fā)射出去。 它實質上是一組寬頻帶收、發(fā)信機，對其要求是工作穩(wěn)定可靠，附加的噪聲小。衛(wèi)星轉發(fā)器是通信衛(wèi)星中最重要的組成部分，它能起到衛(wèi)星通信中繼站的作用，其性能直接影響到衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作質量。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 對衛(wèi)星轉發(fā)器的基本要求是附加噪聲和失真小，要有足夠的工作頻帶，有足夠大

19、的總增益，頻率穩(wěn)定度和可靠性盡量高。衛(wèi)星轉發(fā)器通常分為透明轉發(fā)器和處理轉發(fā)器兩大類。 (1) 透明轉發(fā)器。 這類轉發(fā)器接收到地面站發(fā)來的信號后，除進行低噪聲放大、變頻、功率放大外，不作任何處理，只是單純地完成轉發(fā)任務。也就是說，它對工作頻帶內(nèi)的任何信號都是“透明”的通路。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 透明轉發(fā)器有雙變頻和單變頻兩種，前者的優(yōu)點是中頻增益高（可達80100dB），電路工作穩(wěn)定，曾用于國際通信衛(wèi)星ISI。其缺點是中頻頻帶窄，不適于多載波工作，已很少使用。單變頻轉發(fā)器是先將輸人信號直接放大，再變頻為下行頻率，經(jīng)功率放大后轉發(fā)給地面站。單變頻轉發(fā)器實際上是微波放大式轉發(fā)器，射頻

20、帶寬可達500MHz，且由于其輸入、輸出特性的線性良好，允許多載波工作，適于多址連接，因此得到廣泛使用。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 (2)處理轉發(fā)器。 指除了信號轉發(fā)外，還具有信號處理功能的轉發(fā)器。與上述雙變頻透明轉發(fā)器相比，處理轉發(fā)器只是在兩級變頻器之間增加了信號的解調(diào)器、處理單元和調(diào)制器。先將信號解調(diào)，便于信號處理，再經(jīng)調(diào)制、變頻、功率放大后發(fā)回地面。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 3.遙測指令系統(tǒng) 遙測指令系統(tǒng)包括遙測和遙控指令系統(tǒng)兩個部分。 遙測部分的作用是在地球上測試衛(wèi)星的各種設備的工作情況，包括表示有關部分電流、電壓、溫度等工作狀態(tài)的信號；來自各傳感器的信息；指令

21、證實信號以及作控制用的氣體壓力等等。上述各種數(shù)據(jù)通過遙測系統(tǒng)送往地面監(jiān)測中心，這些數(shù)據(jù)傳送的方法與通信過程相似，即先通過多路復用、放大、編碼等處理后，再調(diào)制和傳輸。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 遙控指令系統(tǒng)包括對衛(wèi)星進行姿態(tài)和位置控制的噴射推進裝置的點火控制指令，行波管高壓電源的開、關控制指令，發(fā)生故障的部件與備用部件的轉換指令，以及其它由地面對衛(wèi)星內(nèi)部各種設備的控制指令等等。指令信號由地面的控制站發(fā)出，在衛(wèi)星轉發(fā)器內(nèi)被分離出來。經(jīng)檢波、解碼后送至控制設備，以控制各種執(zhí)行機構實施指令。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 4.控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)包括位置控制和姿態(tài)控制兩部分。位置控制系

22、統(tǒng)用來消除“攝動”的影響，以便使衛(wèi)星與地球的相對位置固定。位置控制是利用裝在星體上的氣體噴射裝置由地面控制站發(fā)出指令進行工作的。當衛(wèi)星有“攝動”現(xiàn)象時，衛(wèi)星上的遙測裝置就發(fā)給地面控制站遙測信號，地面控制站隨即向衛(wèi)星發(fā)出遙控指令，以進行位置控制。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 姿態(tài)控制是使衛(wèi)星對地球或其它基準物保持正確的姿態(tài)，即衛(wèi)星在軌道上立著還是躺著。衛(wèi)星姿態(tài)是否正確，不僅影響衛(wèi)星上的定向通信天線是否指向覆蓋區(qū)，還會影響太陽能電池帆板是否朝向太陽。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 5.電源系統(tǒng) 通信衛(wèi)星的電源要求體積小、重量輕和壽命長。常用的電源有太陽能電池和化學能電池。 平時主要使

23、用太陽能電池，當衛(wèi)星進入地球的陰影區(qū)（即星蝕）時，則使用化學能電池。 太陽能電池由光電器件組成。由太陽能電池直接供出的電壓是不穩(wěn)定的，必須經(jīng)電壓調(diào)整后才能供給負載?；瘜W能電池可以進行充電和放電。如鎳鎘蓄電池。平時由大陽能電池給它充電，當衛(wèi)星發(fā)生星蝕時，由太陽能電池轉換為化學能電池供電。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 6.衛(wèi)星通信地面站 在前面已經(jīng)講過，任何一條衛(wèi)星通信線路都包括發(fā)端和收端地面站、上行和下行線路以及通信衛(wèi)星轉發(fā)器?？梢?，地面站是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的一個重要組成部分。 地面站的基本作用是向衛(wèi)星發(fā)射信號，同時接收由其它地面站經(jīng)衛(wèi)星轉發(fā)來的信號。根據(jù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的性質和用途的不同；

24、可有不同形式的地面站。例如，按站址的固定與否、G/T值的大小、用途、天線口徑以及傳輸信號的特征等多種方法來分類。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 (1)按站址特征分類：可分為固定站、移動站（如艦載站、機載站和車載站等）、可拆卸站（短時間能拆卸轉移地點的站）。 (2)按G/T值分類：地面站性能指數(shù)G/T值是反映地面站接收系統(tǒng)的一項重要技術性能指標。其中G為接收天線增益，T為表示接收系統(tǒng)噪聲性能的等效噪聲溫度。GT值越大，說明地面站接收系統(tǒng)的性能越好。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 目前，國際上把G/T35dB/K的地面站定為A型標準站，把的站定為B型標準站，而把G/T的站稱為非標準站。

25、 (3)按用途分類：可分為民用、軍用、廣播、航海、實驗等地面站。 (4)按天線口徑分類：可分為1米站、5米站、10米站以及30米站等等。 (5)按傳輸信號的特征分類：可分為模擬通信站和數(shù)字通信站。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 地面站種類繁多，大小不一，所采用的通信體制也不同，因而所需的設備組成也不一樣，但基本組成大同小異。典型的地面站由天線系統(tǒng)、發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)、終端系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、電源系統(tǒng)、地面接口及傳輸分系統(tǒng)等組成，如圖186所示。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 圖186 地面站設備組成 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 天線系統(tǒng)完成發(fā)送信號、接收信號和跟蹤衛(wèi)星的任務，

26、是決定地面站容量與通信質量的關鍵組成之一。天線系統(tǒng)只包括天線、饋線和跟蹤設備三個部分。 發(fā)射系統(tǒng)的主要作用是將終端系統(tǒng)送來的基帶信號進行調(diào)制，再經(jīng)過上變頻和功率放大后饋送給天線發(fā)往衛(wèi)星。 接收系統(tǒng)的主要作用是將天線系統(tǒng)收到的由衛(wèi)星轉發(fā)下來的微弱信號進行放大、下變頻和解調(diào)，并將解調(diào)后的基帶信號送至終端系統(tǒng)。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 終端系統(tǒng)有兩個作用：一個是對經(jīng)地面接口線路傳來的各種用戶信號分別用相應的終端設備對其進行轉換、編排及其它基帶處理，形成適合衛(wèi)星信道傳輸?shù)幕鶐盘枺坏诙€作用是將接收系統(tǒng)收到并解調(diào)的基帶信號進行與上述相反的處理，然后經(jīng)地面接口線路送到各有關用戶。 電源系統(tǒng)

27、對所有通信設備及輔助設備供電。 監(jiān)控系統(tǒng)通過監(jiān)控臺監(jiān)測各種設備是否發(fā)生故障、主要設備的工作參數(shù)是否正常等，便于及時處理，以及有效地對設備進行維護管理。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理18.6 空分多址（SDMA） 衛(wèi)星通信的多址連接技術主要采用四種方式，即頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、空分多址（SDMA）和碼分多址（CDMA）。頻分多址、時分多址和碼分多址方式的基本思想我們在其它章節(jié)已作過介紹，這里重點介紹空分多址方式。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 空分多址方式是指在衛(wèi)星上安裝多個天線，這些天線的波束分別指向地球表面上的不同區(qū)域。不同區(qū)域的地面站所發(fā)射的電波在空間不會

28、互相重疊，即使在同一時刻，不同區(qū)域的地面站使用相同的頻率來工作，它們之間也不會形成干擾。即用天線波束的方向性來分割各不同區(qū)域的地面站的電波，使同一頻率能夠再用，從而容納更多的用戶。與此同時，當然也就要求天線波束的指向非常準確。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 簡言之，所謂空分多址就是利用天線波束將空間分割出互不重疊的多個邏輯信道，以滿足同頻、同時向多點通信的目的。注意這里的邏輯信道和物理信道都是指無線電信道。 一個通信區(qū)域內(nèi)如果有幾個地面站，則它們之間的站址識別還要借助FDMA或TDMA技術。所以，在實際應用中，一般不單獨使用SDMA方式，而是與其它多址方式相結合。 若要保證空分多址方式

29、的系統(tǒng)正常工作，必須有以下幾個同步過程。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 (1)由于空分多址方式是在時分多址方式的基礎上進行工作的，因此各地面站的上行TDMA幀信號進入衛(wèi)星轉發(fā)器時，必須保證幀內(nèi)各分幀的同步，這與時分多址的幀同步相同。 (2)在衛(wèi)星轉發(fā)器中，接通收、發(fā)信道和窄波束天線的轉換開關的動作，分別與上行TDMA幀和下行TDMA幀保持同步，即每經(jīng)過一幀，天線的波束就要相應轉換一下。這是空分多址方式特有的一個同步關系。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 (3)每個地面站的相移鍵控調(diào)制和解調(diào)必須與各個分幀同步，這與數(shù)字微波中繼通信系統(tǒng)的載波同步相同。從以上討論可以看出，空分多址方式有以

30、下三個特點： (1)由于空分多址方式必須采用窄波束的天線，衛(wèi)星天線的輻射功率集中，有利于衛(wèi)星轉發(fā)器和地面站采用固體功率器件而變得小型化。 (2)由于利用了多波束之間的空分關系，提高了抗同波道干擾的能力。 (3)空分多址方式要求衛(wèi)星的位置和姿態(tài)高度穩(wěn)定，以保證天線窄波束的指向準確。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理18.7 衛(wèi)星通信新技術 18.7.1 VSAT衛(wèi)星通信系統(tǒng) VSAT是Very Small Aperture Terminals（小天線地面站衛(wèi)星通信系統(tǒng)）的英文縮寫。一般的衛(wèi)星通信系統(tǒng)用戶在利用衛(wèi)星通信的過程中，必須要通過地面通信網(wǎng)匯接到地面站后才能進行。對于有些用戶，如銀行、航

31、空公司、汽車運輸公司、飯店等就顯得很不方便，這 些用戶希望能自己組成一個更為靈活的衛(wèi)星通信網(wǎng)， 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 并且各自能夠直接利用衛(wèi)星來進行通信，把通信終端直接延伸到辦公室和私人家庭，甚至面向個人進行通信。這樣就產(chǎn)生了VSAT系統(tǒng)。VSAT系統(tǒng)代表了當今衛(wèi)星通信發(fā)展的一個重要方向，它的產(chǎn)生和發(fā)展奠定了衛(wèi)星通信設備向多功能化、智能化、小型化的方向發(fā)展。VSAT系統(tǒng)（網(wǎng)絡）是由一個主站和若干個VSAT終端組成的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 主站也稱為中心站或樞紐站，它是一個較大的地球站，具有全網(wǎng)的出、入站信息傳輸、交換和控制功能。VSAT系統(tǒng)終端，通常

32、指天線尺寸小于，由主站應用管理軟件高度監(jiān)測和控制的小型地面站。 VSAT系統(tǒng)主要用來進行2Mb/s以下低速率數(shù)據(jù)的雙向通信。VSAT系統(tǒng)中的用戶小站對環(huán)境條件要求不高，可以直接安裝在用戶屋頂上，不必匯接中轉，可由用戶直接控制電路，安裝組網(wǎng)方便、靈活。因而VSAT系統(tǒng)的發(fā)展非常迅速。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 VSAT系統(tǒng)工作在14/11GHz的KU頻段以及C頻段。系統(tǒng)中綜合了分組信息傳輸與交換、多址協(xié)議、頻譜擴展等多種先進技術，可以進行數(shù)據(jù)、語言、視頻圖像、 、計算機信息等多種信息的傳輸。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 18.7.2 低軌道（LEO）移動衛(wèi)星通信系統(tǒng) 為了實現(xiàn)

33、全球個人通信，人們研究了很多方法，其中的一個方案就是利用低軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)。美國摩托羅拉公司在1991年提出用77顆衛(wèi)星，覆蓋全球的移動 系統(tǒng)，這個方案和銥原子外圍包圍著77個電子的原子結構很相似，所以被稱為“銥系統(tǒng)”。 衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 這77顆衛(wèi)星分成7組，每組11顆，分布圍繞在地球上空、經(jīng)度上距離相等的7個平面內(nèi)的低軌道上；后又改為66顆小型智能衛(wèi)星在地面上空765km處圍繞6條極地軌道運行，衛(wèi)星與衛(wèi)星之間可以接力傳輸，從而使衛(wèi)星天線的波束覆蓋全球表面。這樣，在地面的任何地點、任何時間，總有一顆衛(wèi)星在視線范圍內(nèi)，以此來實現(xiàn)全球個人通信。衛(wèi)星通信技術基本概念、特點和工作原理 這種系統(tǒng)中的衛(wèi)星離地面高度較低，約為765km，所以叫做低軌道衛(wèi)星。由于衛(wèi)星離地球表面較近，每顆衛(wèi)星能夠覆蓋的地球表面就比靜止衛(wèi)星小得多，但是仍然比地面上移動通信的基站覆蓋的面積大得多，從而使系統(tǒng)中衛(wèi)星的覆蓋區(qū)域能布滿整個地球表面。這時，衛(wèi)星與移動通信用戶之間的最大通信距離不超過2315km，在這樣的距離內(nèi)，可以使用小天線、小功率、重量輕的移動通信 機