衛(wèi)星通信系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

衛(wèi)星通信系統(tǒng)根底學(xué)問(wèn)衛(wèi)星通信簡(jiǎn)潔地說(shuō)就是地球上〔包括地面和低層大氣中〕的無(wú)線電通信站間利用衛(wèi)星作為中繼而進(jìn)展的通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星和地球站兩局部組成。衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是：通信范圍大；只要在衛(wèi)星放射的電波所掩蓋的范圍內(nèi)，從任何兩點(diǎn)之電路設(shè)置格外靈敏，可隨時(shí)分散過(guò)于集中的話務(wù)量；同一信道可用于不同方向或不衛(wèi)星通信簡(jiǎn)潔地說(shuō)就是地球上〔包括地面和低層大氣中〕的無(wú)線電通信站間利用衛(wèi)星作為中繼而進(jìn)展的通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星和地球站兩局部組成。衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是：通信范圍大；只要在衛(wèi)星放射的電波所掩蓋的范圍內(nèi)，從任何兩點(diǎn)之電路設(shè)置格外靈敏，可隨時(shí)分散過(guò)于集中的話務(wù)量；同一信道可用于不同方向或不1、衛(wèi)星通信系統(tǒng)根本概念1.11.1系統(tǒng)組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星端、地面端、用戶端三局部組成。衛(wèi)星端在空中起中繼站的作用，即把地面站發(fā)上來(lái)的電磁波放大后再返送回另一地面站，衛(wèi)星星體又包括兩大子系統(tǒng)：星載設(shè)備和衛(wèi)星母體。地面站則是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口，地及其跟蹤、遙測(cè)和指令站。用戶段即是各種用戶終端。1.21.2衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)造點(diǎn)對(duì)點(diǎn):星狀網(wǎng)：外圍各遙遠(yuǎn)站僅與中心站直接發(fā)生聯(lián)系，各遙遠(yuǎn)站之間不能通過(guò)衛(wèi)星直接相互通信〔必要時(shí)，經(jīng)中心站轉(zhuǎn)接才能建立聯(lián)系網(wǎng)狀網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)中的各站，彼此可經(jīng)衛(wèi)星直接溝通。混合網(wǎng)：星狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)的混合形式1.31.3衛(wèi)星通信的應(yīng)用范圍長(zhǎng)途 、電視播送、消遣電腦聯(lián)網(wǎng)電視會(huì)議、 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)、聞播送交通信息、船舶、飛機(jī)的航行數(shù)據(jù)及軍事通信等1.41.4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)生相互干擾通信承受微波頻段〔300MHz-300GHz〕ITU主管下進(jìn)展的，1979年世界無(wú)線電行政大會(huì)〔WRAC)安排給衛(wèi)星通信的頻帶包含17個(gè)業(yè)務(wù)分類，并將全球分為三個(gè)地理區(qū)域：Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū)，我國(guó)位于第Ⅲ區(qū)。具體的頻率安排可查閱到。常用工作頻段頻段上行頻率下行頻率簡(jiǎn)稱C-band5.85-6.65GHz3.4-4.2GHz6/4GKu-band14.0-14.5GHz12.25-12.75GHz14/12GKa-band27.5-31GHz17.7-21.2GHz30/20GCKu易受地面干擾抗地面微波干擾性好天線口徑較大天線口徑較CKu易受地面干擾抗地面微波干擾性好天線口徑較大天線口徑較C受天氣影響較小在惡劣天氣狀況下，信號(hào)傳輸損耗較大格外適合做傳輸波束窄1.5多址方式在微波頻帶，整個(gè)通信衛(wèi)星的工作頻帶約有500MHz寬度，為了便于放大和放射及削減變調(diào)干擾，一般在星上設(shè)置假設(shè)干個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器被安排確定的工作頻帶。目前的衛(wèi)星通信多承受頻分多址技術(shù)，不同的地球站占用不同的頻率，即承受不同的載波。比較適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)大容量的通信。近年來(lái)，時(shí)分多址技術(shù)也在衛(wèi)星通信中得到了較多的應(yīng)用，即多個(gè)地球站占用同一頻帶，但占用不同的時(shí)隙。與頻分多址方式相比，時(shí)分多址技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生互調(diào)干擾、不需用上下變頻把各地球站信號(hào)分開、適合數(shù)字通信、可依據(jù)業(yè)務(wù)量的變化按需安排傳輸帶寬，使實(shí)際容量大(CDMA)，即不同的地球站占用同一頻率和同一時(shí)間，但利用不同的隨機(jī)碼對(duì)信息進(jìn)展編碼來(lái)區(qū)分不同的地址。CDMA承受了擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)，具有抗干擾力氣強(qiáng)、有較好的保密通信力氣、可靈敏調(diào)度傳輸資源等優(yōu)點(diǎn)。它比較適合于容量小、分布廣、有確定保密要求的系統(tǒng)使用。1.61.6衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)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。i〔軌道傾角〕的不同，地球衛(wèi)星的軌道有以下三種：赤道軌道〔i=0o〕極軌道〔i=90o〕傾斜軌道〔0o<i<90o〕2、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類2.1、依據(jù)工作軌道區(qū)分3類：2.1.1、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(LEO)：距地面500—2023Km2.1、依據(jù)工作軌道區(qū)分3類：2.1.1、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(LEO)：距地面500—2023Km，傳輸時(shí)延和功耗都比較小，但每顆星的掩蓋范圍也比較小，典型系統(tǒng)有Motorola的銥星系統(tǒng)。低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于衛(wèi)星軌道低，信號(hào)傳播時(shí)延短，所以可支持多跳通信；其鏈路損耗小，可以降低對(duì)衛(wèi)星和用戶終端的要求，可以承受微型/小型衛(wèi)星和手持用戶終端。但是低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)也為這些優(yōu)勢(shì)付出了較大的代價(jià)：由于軌道低，每顆衛(wèi)星所能掩蓋的范圍比較小，要構(gòu)成全球66Globalstar48Teledisc有288顆衛(wèi)星。同時(shí)，由于低軌道衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度快，對(duì)于單一用戶來(lái)說(shuō)，衛(wèi)星從地平線升起到再次落到地平線以下的時(shí)間較短，所以衛(wèi)星間或載波間切換頻繁。因此，低軌系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成和把握簡(jiǎn)潔、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大、建設(shè)本錢也相對(duì)較高。2.1.2、中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(MEO)：距地面2023—20230Km，傳輸時(shí)延要大于低軌道衛(wèi)星，但掩蓋范圍也更大，典型系統(tǒng)是國(guó)際海事衛(wèi)星系統(tǒng)。中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以說(shuō)是同步衛(wèi)星系統(tǒng)和低軌典型系統(tǒng)是國(guó)際海事衛(wèi)星系統(tǒng)。中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以說(shuō)是同步衛(wèi)星系統(tǒng)和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的折衷，中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)兼有這兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又在確定程度上抑制了這兩種方案的缺乏之處。中軌道衛(wèi)星的鏈路損耗和傳播時(shí)延都比較小，照舊可承受簡(jiǎn)潔的小型衛(wèi)星。假設(shè)中軌道和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)均承受星際鏈路，當(dāng)用戶進(jìn)而且由于其軌道比低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)高很多，每顆衛(wèi)星所能掩蓋的范圍比低軌道系統(tǒng)大得多，當(dāng)軌道高度為l0000Km時(shí)，每顆衛(wèi)星可以掩蓋地球外表的23．5%，因而只要幾顆衛(wèi)星就可以掩蓋全球。假設(shè)有十幾顆衛(wèi)星就可以供給對(duì)全球大局部地區(qū)的雙重掩蓋，這樣可以利用分集接收來(lái)提高系統(tǒng)的牢靠性，同時(shí)系統(tǒng)投資要低于低軌道系統(tǒng)。因此，從確定意義上說(shuō)，中軌道系統(tǒng)可能是建立全球或區(qū)域性衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)較為優(yōu)越的方案。固然，假設(shè)需要為地面終端供給寬帶業(yè)務(wù)，中軌道系統(tǒng)將存在確定困難，而利用低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)作為高速的多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)的性能要優(yōu)于中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)。2.1.3、高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GEO)：距地面35800km，即同步靜止軌道。理論上，用三顆高軌道衛(wèi)星即可以實(shí)現(xiàn)全球掩蓋。傳統(tǒng)的同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術(shù)最為成熟，自從同步衛(wèi)星被用于通信業(yè)務(wù)以來(lái)，用同步衛(wèi)星來(lái)建立全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)成為了建立衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式。但是，同步衛(wèi)星有一個(gè)不行抑制的障礙，就是較長(zhǎng)的傳播時(shí)延和較大的鏈道衛(wèi)星系統(tǒng)的折衷，中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)兼有這兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又在確定程度上抑制了這兩種方案的缺乏之處。中軌道衛(wèi)星的鏈路損耗和傳播時(shí)延都比較小，照舊可承受簡(jiǎn)潔的小型衛(wèi)星。假設(shè)中軌道和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)均承受星際鏈路，當(dāng)用戶進(jìn)而且由于其軌道比低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)高很多，每顆衛(wèi)星所能掩蓋的范圍比低軌道系統(tǒng)大得多，當(dāng)軌道高度為l0000Km時(shí)，每顆衛(wèi)星可以掩蓋地球外表的23．5%，因而只要幾顆衛(wèi)星就可以掩蓋全球。假設(shè)有十幾顆衛(wèi)星就可以供給對(duì)全球大局部地區(qū)的雙重掩蓋，這樣可以利用分集接收來(lái)提高系統(tǒng)的牢靠性，同時(shí)系統(tǒng)投資要低于低軌道系統(tǒng)。因此，從確定意義上說(shuō)，中軌道系統(tǒng)可能是建立全球或區(qū)域性衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)較為優(yōu)越的方案。固然，假設(shè)需要為地面終端供給寬帶業(yè)務(wù)，中軌道系統(tǒng)將存在確定困難，而利用低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)作為高速的多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)的性能要優(yōu)于中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)。2.1.3、高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GEO)：距地面35800km，即同步靜止軌道。理論上，用三顆高軌道衛(wèi)星即可以實(shí)現(xiàn)全球掩蓋。傳統(tǒng)的同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術(shù)最為成熟，自從同步衛(wèi)星被用于通信業(yè)務(wù)以來(lái)，用同步衛(wèi)星來(lái)建立全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)成為了建立衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式。但是，同步衛(wèi)星有一個(gè)不行抑制的障礙，就是較長(zhǎng)的傳播時(shí)延和較大的鏈?zhǔn)紫龋叫l(wèi)星軌道高，鏈路損耗大，對(duì)用戶終端接收機(jī)性能要求較高。這種系統(tǒng)l2m以上的星載天線(L波段)，這就對(duì)衛(wèi)星星載通信有效載荷提出了較高的要求，不利于小衛(wèi)星技術(shù)在移動(dòng)通信中加上語(yǔ)音編碼器等的處理時(shí)間則單跳時(shí)延將進(jìn)一步增加，當(dāng)移動(dòng)用戶通過(guò)衛(wèi)星進(jìn)展為了防止這種雙跳通信就必需承受星上處理使得衛(wèi)星具有交換功能，但這必將增加衛(wèi)星的簡(jiǎn)潔度，不但增加系統(tǒng)本錢，也有確定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。目前，同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要用于VSAT系統(tǒng)、電視信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)等，較少用于個(gè)人通信。注：在地球外表觀看衛(wèi)星則是靜止的，固定的天線可始終對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，窄波束天線需要跟蹤系統(tǒng)。目前，全球同步軌道商用通信衛(wèi)星總數(shù)已超過(guò)290顆。、依據(jù)通信范圍區(qū)分依據(jù)通信范圍區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為國(guó)際通信衛(wèi)星、區(qū)域性通信衛(wèi)星、國(guó)內(nèi)通信衛(wèi)星。、依據(jù)用途區(qū)分依據(jù)用途區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為綜合業(yè)務(wù)通信衛(wèi)星、軍事通信衛(wèi)星、海事通信衛(wèi)星、電視直播衛(wèi)星等。2.42.4、依據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)力氣區(qū)分依據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)力氣區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為無(wú)星上處理力氣衛(wèi)星、有星上處理力氣衛(wèi)星。依據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)力氣區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為無(wú)星上處理力氣衛(wèi)星、有星上處理力氣衛(wèi)星。3、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點(diǎn)衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信技術(shù)的重要成果，它是在地面微波通信和空間技術(shù)的根底衛(wèi)星通信具有以下特點(diǎn)：〔1〕衛(wèi)星通信掩蓋區(qū)域大，通信距離遠(yuǎn)。由于衛(wèi)星距離地面很遠(yuǎn)，一顆地球同步衛(wèi)星便可掩蓋地球外表的1/3，因此，利用3顆適當(dāng)分布的地球同步衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)除兩極以外的全球通信。衛(wèi)星通信是目前遠(yuǎn)距離越洋 和電視播送的主要手段。〔2一衛(wèi)星進(jìn)展相互間的通信，即多址聯(lián)接。〔3個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，故通信容量很大?！?島嶼、汽車、飛機(jī)和艦艇上?！?99.8%以上。〔6資和維護(hù)費(fèi)用都隨距離的增加而增加，而衛(wèi)星通信的地球站至衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器之間并不需要線路投資，因此，其本錢與距離無(wú)關(guān)。但衛(wèi)星通信也有缺乏之處，主要表現(xiàn)在：〔1傳輸時(shí)延大在地球同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)中通信站到同步衛(wèi)星的距離最大可達(dá)40000km，電磁波以光速〔3×108m/s〕傳輸，這樣，路經(jīng)地球站→衛(wèi)星→地球站〔稱為一個(gè)單跳〕的傳播時(shí)間約需0.27s。假設(shè)利用衛(wèi)星通信打 的話，由于兩個(gè)站的用戶都要經(jīng)過(guò)衛(wèi)星因此打 者要聽到對(duì)方的答復(fù)必需額外等待0.54s?！?〕回聲效應(yīng)。在衛(wèi)星通信中，由于電波來(lái)回轉(zhuǎn)播需0.54s，因此產(chǎn)生了講話之后的“回聲效應(yīng)”。為了消退這一干擾，衛(wèi)星通信系統(tǒng)中增加了一些設(shè)備，特地用于消退或抑制回聲干擾?！?“看不見(jiàn)”衛(wèi)星，因此不能利用地球同步衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)地球兩極的通信?！?〕存在日凌中斷、星蝕和雨衰現(xiàn)象。4、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的進(jìn)展趨勢(shì)將來(lái)衛(wèi)