衛(wèi)星通信基本概念及其系統(tǒng)組成

衛(wèi)星通信基本概念及其系統(tǒng)組成第一頁，共三十四頁。第1章衛(wèi)星通信概述1.1衛(wèi)星通信的基本概念和特點

1.2衛(wèi)星通信地球站

1.3通信衛(wèi)星（組成、軌道及星座設計）

1.4衛(wèi)星通信工作頻段的選擇及電波傳輸?shù)奶攸c

1.5衛(wèi)星通信的發(fā)展第二頁，共三十四頁。通信：有線通信和無線通信有線通信：光纖、電纜、明線無線通信：短波通信、微波中繼通信、地面蜂窩移動通信、衛(wèi)星通信、無線局域網(wǎng)等衛(wèi)星通信是個人通信網(wǎng)的組成部分，是地面通信網(wǎng)的補充。第三頁，共三十四頁?；靖拍?/p>

通信：信息的傳遞（傳遞含有信息的消息）。

消息：以某種形式對主、客觀事物運動狀態(tài)的具體描述。語音、文字、圖像、數(shù)據(jù)等在通信中可以認為是通信傳輸?shù)木唧w對象信息：消息中所包含的對收信者有用的內(nèi)容，或者說是收信者感興趣的那部分內(nèi)容。第四頁，共三十四頁。1.1.1衛(wèi)星通信的基本概念

衛(wèi)星是指在圍繞行星的軌道上運行的天然天體或人造天體，如月球是地球的衛(wèi)星。

1.1衛(wèi)星通信的基本概念和特點

衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，在兩個或多個地球站之間進行的通信。其無線電波頻率使用微波頻段(300MHz～300GHz，即波段1m～1mm)。

衛(wèi)星通信系統(tǒng)指利用人造地球衛(wèi)星在地球站之間進行通信的通信系統(tǒng)。

通信衛(wèi)星指用于實現(xiàn)通信目的的人造衛(wèi)星。

衛(wèi)星通信是地面微波中繼通信的繼承和發(fā)展，是微波接力向太空的延伸。第五頁，共三十四頁。第六頁，共三十四頁。

圖1-1衛(wèi)星通信過程示意圖第七頁，共三十四頁。第八頁，共三十四頁。通常以空間飛行器或通信轉(zhuǎn)發(fā)體為對象的無線電通信稱為空間通信(宇宙通信)，它包括三種形式：

(1)地球站與空間站之間的通信；

(2)各空間站之間的通信；

(3)通過空間站的轉(zhuǎn)發(fā)或反射進行的各地球站之間的通信。

把第三種形式的空間通信稱為衛(wèi)星通信，這里說的地球站是指設在地球表面(包括地面、海洋或大氣層)的通信站。第九頁，共三十四頁。2、對地靜止衛(wèi)星：相對于地球表面上的任一點，衛(wèi)星的位置保持固定不變。1、對地非靜止衛(wèi)星：相對于地球表面上的任一點，衛(wèi)星的位置不斷地變化。又稱運動衛(wèi)星。幾個概念第十頁，共三十四頁。

靜止軌道必須具備以下三個條件：衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的方向和周期與地球自轉(zhuǎn)的方向和周期相同(T=23:56:4.09)；軌道面與赤道面重合；軌道是圓軌道。注意：靜止衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的區(qū)別第十一頁，共三十四頁。自然靜止軌道人工靜止軌道（自然靜止軌道：以地心為圓心，半徑為42164.6公里，運行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致）

在理想情況下，衛(wèi)星入軌后，無需再為克服地心引力而消耗能量，故稱之為“自然的”。（地球半徑為6378公里，則衛(wèi)星距離地面的高度為35786公里）

其軌道稱為對地靜止軌道，對地靜止軌道有自然的和人工的兩種。第十二頁，共三十四頁。人工靜止軌道自然靜止軌道

近年來，為了克服衛(wèi)星通信傳輸時延長的缺點，有人提出了低高度的人工對地靜止通信衛(wèi)星的設想，在地面上不斷地向衛(wèi)星發(fā)射激光或微波能量，以供給衛(wèi)星用以克服地心的引力，保持衛(wèi)星正常運轉(zhuǎn)。第十三頁，共三十四頁。

3、上行鏈路：從地球站發(fā)射信號到通信衛(wèi)星所經(jīng)過的通信路徑。

4、下行鏈路指通信衛(wèi)星將信號轉(zhuǎn)發(fā)到其它地球站的通信路徑。

當衛(wèi)星運行軌道較高時，相距較遠的兩個地球站可同時“看”到衛(wèi)星，這樣就可采用立即轉(zhuǎn)發(fā)方式。

只用一顆衛(wèi)星就能實現(xiàn)立即轉(zhuǎn)發(fā)通信，這種系統(tǒng)稱為立即轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星通信系統(tǒng)。第十四頁，共三十四頁。當衛(wèi)星運行軌道較低時，相距較遠的兩個地球站不能同時“看”到同一顆通信衛(wèi)星，若采用立即轉(zhuǎn)發(fā)方式，就必須利用多顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，才能進行遠距離實時通信，其通信鏈路會增加同軌道通信衛(wèi)星的星間鏈路(InterSatelliteLinks，ISL)或不同軌道通信衛(wèi)星的星際鏈路(Inter-OrbitLinks，IOL)，這種系統(tǒng)就是通常所說的低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)。否則，就只能采用延遲轉(zhuǎn)發(fā)方式進行通信，這種系統(tǒng)則稱為延遲式衛(wèi)星通信系統(tǒng)。第十五頁，共三十四頁。1.1.2衛(wèi)星通信的特點

優(yōu)點：

（1）通信距離遠，且費用與通信距離無關。

（2）覆蓋面積大，可進行多址通信。

（3）通信頻帶寬，傳輸容量大。

（4）機動靈活。

（5）通信鏈路穩(wěn)定可靠，傳輸質(zhì)量高。第十六頁，共三十四頁。

局限性：

（1）通信衛(wèi)星使用壽命較短。

*部件故障導致的不可修復

*推進劑攜帶量有限

控制衛(wèi)星入軌

推進劑的應用軌道位置保持

姿態(tài)保持

（2）存在日凌中斷和

星蝕現(xiàn)象。圖1-4靜止衛(wèi)星的日凌中斷和星蝕現(xiàn)象

第十七頁，共三十四頁。靜止衛(wèi)星的星蝕

衛(wèi)星、地球、太陽共處在一條直線上，且地球擋住了陽光,靜止衛(wèi)星處于地球的陰影區(qū)，導致衛(wèi)星上的太陽能電池無法正常工作。第十八頁，共三十四頁。

星蝕現(xiàn)象發(fā)生在每年春分和秋分前后各23天，每天當衛(wèi)星星下點進入當?shù)貢r間午夜前后。春分秋分第十九頁，共三十四頁。靜止衛(wèi)星的日凌中斷

衛(wèi)星處在太陽與地球之間，地球站的天線對準衛(wèi)星的同時，也對準了太陽，這樣大量的太陽噪聲進入地球站接收設備，導致通信中斷。第二十頁，共三十四頁。春分秋分

日凌中斷現(xiàn)象發(fā)生在每年春分和秋分前后，當衛(wèi)星星下點進入當?shù)貢r間中午前后。第二十一頁，共三十四頁。（3）電波的傳播時延較大且存在回波干擾。

（4）衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術復雜。

（5）靜止衛(wèi)星通信在地球高緯度地區(qū)通信效果不好，并且兩極地區(qū)為通信盲區(qū)。第二十二頁，共三十四頁。1.1.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成和分類

1.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成

衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常由通信衛(wèi)星、通信地球站分系統(tǒng)、跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)，以及監(jiān)控管理分系統(tǒng)四部分組成。

圖1-5衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成由一顆或多顆通信衛(wèi)星組成，在空中對發(fā)來的信號起中繼放大和轉(zhuǎn)發(fā)作用。每顆通信衛(wèi)星均包括收發(fā)天線、通信轉(zhuǎn)發(fā)器、跟蹤遙測指令、控制和電源等分系統(tǒng)。其作用是對衛(wèi)星進行跟蹤測量，控制衛(wèi)星準確地進入靜止軌道上的指定位置，并對衛(wèi)星的軌道、位置、姿態(tài)進行監(jiān)視和校正包括地球站和通信業(yè)務控制中心，其中有天饋設備、發(fā)射機、接收機、信道終端、跟蹤與伺服系統(tǒng)等。其作用是對在軌道上的衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進行業(yè)務開通前的監(jiān)測和業(yè)務開通后的例行監(jiān)測與控制，其中包括轉(zhuǎn)發(fā)器功率、天線增益、地球發(fā)射功率、射頻頻率和帶寬等，以保證通信衛(wèi)星正常運行和工作。第二十三頁，共三十四頁。(1)通信衛(wèi)星：由一顆或多顆通信衛(wèi)星組成，在空中對發(fā)來的信號起中繼放大和轉(zhuǎn)發(fā)作用。每顆通信衛(wèi)星均包括收發(fā)天線、通信轉(zhuǎn)發(fā)器、跟蹤遙測指令、控制和電源等分系統(tǒng)。

(2)通信地球站分系統(tǒng)：包括地球站和通信業(yè)務控制中心，其中有天饋設備、發(fā)射機、接收機、信道終端、跟蹤與伺服系統(tǒng)等。

(3)跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)：其作用是對衛(wèi)星進行跟蹤測量，控制衛(wèi)星準確地進入靜止軌道上的指定位置，并對衛(wèi)星的軌道、位置、姿態(tài)進行監(jiān)視和校正。

(4)監(jiān)控管理分系統(tǒng)：其作用是對在軌道上的衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進行業(yè)務開通前的監(jiān)測和業(yè)務開通后的例行監(jiān)測與控制，其中包括轉(zhuǎn)發(fā)器功率、天線增益、地球發(fā)射功率、射頻頻率和帶寬等，以保證通信衛(wèi)星正常運行和工作。

第二十四頁，共三十四頁。系統(tǒng)組成另一種說法

衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成還可以分為空間段、地面段和用戶段三部分。

空間段

主要是衛(wèi)星本身。星體包括兩大子系統(tǒng)：

有效載荷——天線分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)(轉(zhuǎn)發(fā)器)

空間平臺——遙測指令分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)等地面段(地球站群)

典型的地面段即地球站，通信地球站由天線饋線設備、發(fā)射設備、接收設備、信道終端設備等組成。還包括監(jiān)控中心：地面衛(wèi)星控制中心（SCC,Satellitecontrolcenter）及其跟蹤、遙測和指令站（TT&C,Tracking,telemetryandcommandstation）。用戶段：各種用戶終端第二十五頁，共三十四頁。監(jiān)控中心監(jiān)控管理分系統(tǒng)——對在軌衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進行業(yè)務開通前的監(jiān)測和業(yè)務開通后的例行監(jiān)測和控制，以保證通信衛(wèi)星的正常運行和工作；跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)——對衛(wèi)星進行跟蹤測量，控制其準確進入靜止軌道上的指定位置，并對在軌衛(wèi)星的軌道、位置及姿態(tài)進行監(jiān)視和校正。第二十六頁，共三十四頁。(3)控制段：由所有地面控制和管理設施組成，它既包括用于監(jiān)測和控制(跟蹤遙測及指令系統(tǒng))這些衛(wèi)星的地球站，又包括用于業(yè)務與星上資源管理的地球站。(1)空間段：包括通信系統(tǒng)中所有的處在地球外層空間的衛(wèi)星，其作用是在空中對地面或其它衛(wèi)星發(fā)來的信號起中繼放大和轉(zhuǎn)發(fā)作用。(2)地面段：主要由多個承擔不同業(yè)務的地球站組成，它們按照業(yè)務類型，大致分為用戶站(如手機、便攜設備、移動站和小口徑終端VSAT，可以直接連接到空間段)、接口站(又稱關口站，它將空間段與地面網(wǎng)絡互連)和服務站(如樞紐站和饋送站，它通過空間段從用戶處收集信息或向用戶分發(fā)信息)。第二十七頁，共三十四頁。衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成空間段：轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號，要求放大，且盡量無失真，無噪聲；地面段：放大、發(fā)射、接收信號等；監(jiān)控中心：保證通信衛(wèi)星正常運轉(zhuǎn)，通信網(wǎng)絡正常工作，對地球站的方向圖、功率和頻率進行監(jiān)測。第二十八頁，共三十四頁。空間段第二十九頁，共三十四頁。地面段第三十頁，共三十四頁。用戶段第三十一頁，共三十四頁。補充：衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作方式單跳工作方式(只經(jīng)衛(wèi)星一次轉(zhuǎn)發(fā))

雙跳工作方式及示意圖(經(jīng)衛(wèi)星兩次轉(zhuǎn)發(fā))

雙星雙跳單星雙跳第三十二頁，共三十四頁。衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作方式A:用于國際通信，兩個地球站看不到同一顆衛(wèi)星，傳輸時延大；B:用于星形網(wǎng)，平時不通信，需要時進行通信，不允許國內(nèi)話音通信，用于數(shù)據(jù)通信。第三十三頁，共三十四頁。