現(xiàn)代通信技術(shù)概論 第4版 課件 第5、6章 數(shù)字微波通信系統(tǒng)、衛(wèi)星通信系統(tǒng)

現(xiàn)代通信技術(shù)概論2第5章數(shù)字微波通信系統(tǒng)5.1概述5.2微波的視距傳播特性5.3數(shù)字微波通信系統(tǒng)35.1概述5.1.1基本概念5.1.2微波通信發(fā)展歷程5.1.3微波通信的特點(diǎn)5.1.4微波通信系統(tǒng)的分類5.1.5微波通信的應(yīng)用45.1.1基本概念微波是指波長(zhǎng)在1nm~1m或頻率為300MHz-300GHz的電磁波。微波通信指的是以微波頻率作為載波，通過(guò)中繼接力方式實(shí)現(xiàn)的一種通信方式。55.1.2微波通信的發(fā)展歷程19世紀(jì)30年代中期出現(xiàn)了工作在VHF頻段的第一個(gè)商用模擬無(wú)線通信系統(tǒng)。二戰(zhàn)期間出現(xiàn)了UHF頻段的軍用無(wú)線中繼通信系統(tǒng)。1951年，美國(guó)紐約到舊金山之間成功開(kāi)通了商用的微波通信線路。在隨后的二三十年間，模擬微波通信系統(tǒng)迅速發(fā)展。我國(guó)從“七五”期間開(kāi)始引入微波通信系統(tǒng)。

20世紀(jì)70年代末出現(xiàn)了采用簡(jiǎn)單QPSK、8PSK等的商用數(shù)字微波通信系統(tǒng)。20世紀(jì)80年代，隨著數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)和大規(guī)模集成電路的發(fā)展，微波通信系統(tǒng)得到迅速發(fā)展。20世紀(jì)90年代后出現(xiàn)了容量更大的數(shù)字微波通信系統(tǒng)65.1.3微波通信的特點(diǎn)頻帶寬，傳輸容量大適于傳送寬頻帶信號(hào)天線增益高，方向性強(qiáng)外界干擾小，通信線路穩(wěn)定可靠投資少，建設(shè)快，通信靈活性大中繼通信方式75.1.4微波通信系統(tǒng)的分類模擬微波通信系統(tǒng)數(shù)字微波通信系統(tǒng)85.1.5微波通信的應(yīng)用作為干線光纖傳輸?shù)膫浞莺脱a(bǔ)充邊遠(yuǎn)地區(qū)和專用通信網(wǎng)中為用戶提供基本業(yè)務(wù)市內(nèi)的短距離支線連接無(wú)線寬帶業(yè)務(wù)接入95.2微波的視距傳播特性5.2.1天線高度與傳播距離5.2.2自由空間傳播損耗5.2.3地面效應(yīng)和大氣效應(yīng)105.2.1天線高度與傳播距離115.2.2自由空間傳播損耗在半徑為d的球面上的功率（電通量）密度為

輻射源發(fā)出的總輻射功率傳播（或擴(kuò)散）因子：125.2.2自由空間傳播損耗實(shí)際微波通信中采用的天線均有方向性，對(duì)于發(fā)射天線而言，天線增益Gt表示天線在最大輻射方向上單位立體角的發(fā)射功率與無(wú)方向天線單位立體角的發(fā)射功率的比值。此時(shí)，與發(fā)射源相距d的單位面積所接收的功率為135.2.2自由空間傳播損耗對(duì)于接收天線而言，天線增益Gr表示天線接收特定方向電波功率的能力。根據(jù)天線理論，天線的有效面積為若接收機(jī)與發(fā)射機(jī)的距離為d，接收天線的有效面積為A，發(fā)射天線的增益為Gt，接收天線的增益為Gr，則接收到的信號(hào)載波功率為145.2.2自由空間傳播損耗若不考慮發(fā)射天線增益Gt和接收天線增益Gr，電波的自由空間損耗定義為發(fā)射功率與接收功率之比，即通常用分貝表示自由空間傳播損耗，即155.2.2自由空間傳播損耗若考慮發(fā)射天線增益Gt和接收天線增益Gr，則將這種有方向性的傳播損耗稱為系統(tǒng)損耗，通常用L表示，其分貝形式為165.2.3地面效應(yīng)和大氣效應(yīng)地面效應(yīng)傳播路徑上障礙物的阻擋或部分阻擋引起的損耗電波在平滑地面（如水面、沙漠、草原等）的反射引起的多徑傳播，進(jìn)而產(chǎn)生接收信號(hào)的干涉衰落。

地面反射電波在比較平滑的地表面上傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的鏡面反射，形成多徑傳播。大氣效應(yīng)大氣對(duì)微波傳輸所產(chǎn)生的影響主要有大氣損耗、雨雪天氣引起的損耗以及大氣折射引起的損耗。

175.3數(shù)字微波通信系統(tǒng)5.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成5.3.2微波波道及其頻率配置5.3.3發(fā)信設(shè)備5.3.4收信設(shè)備5.3.5天饋線系統(tǒng)185.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成數(shù)字微波通信線路195.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成數(shù)字微波通信系統(tǒng)組成用戶終端；交換機(jī)；數(shù)字終端機(jī)；微波站205.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成用戶終端直接為用戶所使用的終端設(shè)備。如電話機(jī)、傳真機(jī)、計(jì)算機(jī)、調(diào)度電話機(jī)等。

交換機(jī)用戶可通過(guò)交換機(jī)進(jìn)行呼叫連接，建立暫時(shí)的通信信道或電路。這種交換可以是模擬交換，也可以是數(shù)字交換。目前，大容量干線絕大部分采用數(shù)字程控交換機(jī)。

數(shù)字終端機(jī)實(shí)際上是一個(gè)數(shù)字電話終端復(fù)用/分接設(shè)備，其基本功能是把來(lái)自交換機(jī)的多路信號(hào)進(jìn)行復(fù)接，復(fù)接信號(hào)送往數(shù)字微波傳輸信道。同時(shí)把來(lái)自微波終端站的復(fù)接信號(hào)進(jìn)行分接，分接信號(hào)送往交換機(jī)。215.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成微波站數(shù)字微波終端站數(shù)字微波中繼站數(shù)字微波分路站數(shù)字微波樞紐站

22小視頻7：微波通信系統(tǒng)原理展示實(shí)物微波通信原理動(dòng)畫展示235.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成數(shù)字微波終端站數(shù)字微波終端站指的是位于線路兩端或分支線路終點(diǎn)的微波站。在SDH微波終端站設(shè)備中包括發(fā)信端和收信端兩大部分。SDH微波終端站的發(fā)信端主要負(fù)責(zé)完成主信號(hào)的發(fā)信基帶處理（包括CMI/NRZ變換、SDH開(kāi)銷的插入與提取、微波幀開(kāi)銷的插入和旁路業(yè)務(wù)的提取等）、調(diào)制（包括糾錯(cuò)編碼、擾碼和差分編碼等）、發(fā)信混頻和發(fā)信功率方法等。SDH微波終端站的收信端主要負(fù)責(zé)完成主信號(hào)的低噪聲接收（根據(jù)需要可含分集接收和分集合成）、解調(diào)（含中頻頻域均衡、基帶或中頻時(shí)域均衡、收信差分譯碼、解擾碼和糾錯(cuò)譯碼等）以及收信基帶處理（含旁路業(yè)務(wù)的提取、微波幀開(kāi)銷的插入與提取、SDH開(kāi)銷的插入與提取，以及NRZ/CMI變換等）。245.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成數(shù)字微波中繼站數(shù)字微波中繼站指的是位于線路中間的微波站。根據(jù)對(duì)信號(hào)的處理方式不同，又可將中繼站分為中間站和再生中繼站，再生中繼站又包括上下話路和不上下話路兩種結(jié)構(gòu)。數(shù)字微波中繼站的中繼方式基帶中繼（再生轉(zhuǎn)接）外差中繼（中頻轉(zhuǎn)接）直接中繼（射頻轉(zhuǎn)接）

255.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成基帶中繼（再生轉(zhuǎn)接）方式265.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成外差中繼（中頻轉(zhuǎn)接）方式275.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成直接中繼（射頻轉(zhuǎn)接）

方式285.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成數(shù)字微波分路站數(shù)字微波分路站指的是位于線路中間的微波站，既可以上、下某收、發(fā)信波道的部分支路，也可以溝通干線上兩個(gè)方向之間的通信。由于在此站上能夠完成部分波道信號(hào)的再生，因此該站應(yīng)配備有SDH微波傳輸設(shè)備和SDH分插復(fù)用設(shè)備（ADM）。295.3.1中繼通信線路與設(shè)備組成數(shù)字微波樞紐站數(shù)字微波樞紐站指的是位于干線上的、需要完成多個(gè)方向通信任務(wù)的微波站。在系統(tǒng)多波道工作的情況下，此類站應(yīng)能完成對(duì)某些波道STM-4信號(hào)或部分支路的轉(zhuǎn)接和話路的上、下功能，同時(shí)也能完成對(duì)某些波道STM-4信號(hào)的復(fù)接和分接操作，如果需要，還能對(duì)某些波道的信號(hào)進(jìn)行再生處理后的再繼續(xù)傳播。305.3.2微波波道及其頻率配置微波通信頻率配置的基本原則是使整個(gè)微波傳輸系統(tǒng)中的相互干擾最小，頻率利用率最高。頻率配置時(shí)應(yīng)考慮的因素整個(gè)頻率的安排要緊湊，使得每個(gè)頻段盡可能獲得充分利用。在同一中繼站中，一個(gè)單向傳輸信號(hào)的接收和發(fā)射必須使用不同的頻率，以避免自調(diào)干擾。在多路微波信號(hào)傳輸頻率之間必須留有足夠的頻率間隔以避免不同信道間的相互干擾。因微波天線和天線塔建設(shè)費(fèi)用很高，多波道系統(tǒng)要設(shè)法共用天線，因此選用的頻率配置方案應(yīng)有利于天線共用，達(dá)到既能使天線建設(shè)費(fèi)用低又能滿足技術(shù)指標(biāo)的目的。避免某一傳輸信道采用超外差式接收機(jī)的鏡像頻率傳輸信號(hào)。315.3.2微波波道及其頻率配置單波道的頻率配置二頻制頻率分配

四頻制頻率分配

325.3.2微波波道及其頻率配置二頻制頻率分配

335.3.2微波波道及其頻率配置四頻制頻率分配

345.3.2微波波道及其頻率配置越站干擾

355.3.2微波波道及其頻率配置多波道的頻率配置收發(fā)頻率相間排列收發(fā)頻率集中排列365.3.2微波波道及其頻率配置收發(fā)頻率相間排列:375.3.2微波波道及其頻率配置收發(fā)頻率集中排列:385.3.2微波波道及其頻率配置頻率再用頻率再用是一種提高頻道利用率的常用技術(shù)。由微波的極化特性可知，利用兩個(gè)相互正交信號(hào)的極化方式（如水平極化和垂直極化）可以減少它們之間的干擾，由此可以對(duì)微波波道實(shí)行頻率再用。在微波通信系統(tǒng)中，頻率再用就是在相同和相近的波道頻率位置，借助不同的極化方式來(lái)增加射頻波道數(shù)量。頻率再用方案同波道型頻率再用插入波道型頻率再用395.3.2微波波道及其頻率配置同波道型頻率再用405.3.2微波波道及其頻率配置插入波道型頻率再用415.3.3發(fā)信設(shè)備直接調(diào)制式發(fā)信機(jī)變頻式發(fā)信機(jī)

425.3.3發(fā)信設(shè)備發(fā)信機(jī)的主要性能指標(biāo)工作頻段輸出功率頻率穩(wěn)定度435.3.4收信設(shè)備收信設(shè)備的組成:445.3.4收信設(shè)備收信機(jī)的主要性能指標(biāo)工作頻段收信本振的頻率穩(wěn)定度噪聲系數(shù)通頻帶選擇性收信機(jī)的最大增益自動(dòng)增益控制范圍455.3.5天饋線系統(tǒng)天饋線系統(tǒng)由饋線、雙工器和天線組成。微波通信中的饋線有同軸電纜和波導(dǎo)管兩種形式。一般在分米波段可以采用同軸電纜，而在厘米波段采用波導(dǎo)管可以降低饋線損耗。對(duì)天饋線系統(tǒng)的總體要求是：足夠的天線增益、良好的方向性、低傳輸損耗饋線系統(tǒng)、極小的電壓駐波比。整個(gè)天饋線系統(tǒng)應(yīng)該具有較高的極化去耦度和足夠的機(jī)械強(qiáng)度。46本章小結(jié)及知識(shí)點(diǎn)微波通信的概念和特點(diǎn)微波通信系統(tǒng)的分類及應(yīng)用微波的視距傳播特性數(shù)字微波通信系統(tǒng)的組成數(shù)字微波中繼站的中繼方式微波波道及其頻率配置數(shù)字微波收發(fā)信設(shè)備47本章習(xí)題解題指導(dǎo)概念部分主要給出對(duì)應(yīng)的知識(shí)點(diǎn)，教學(xué)中可以指導(dǎo)學(xué)生在相關(guān)章節(jié)中自己歸納?，F(xiàn)代通信技術(shù)概論49第6章衛(wèi)星通信系統(tǒng)6.1概述6.2衛(wèi)星運(yùn)行軌道6.3衛(wèi)星通信的多址方式6.4VSAT系統(tǒng)6.5衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)506.1概述6.1.1衛(wèi)星通信發(fā)展簡(jiǎn)史6.1.2衛(wèi)星通信的特點(diǎn)6.1.3衛(wèi)星通信的工作頻段6.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成6.1.5衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類516.1概述衛(wèi)星通信是指設(shè)置在地球上（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地球衛(wèi)星作中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無(wú)線電波，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。衛(wèi)星通信是在地面微波中繼通信和空間電子技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種通信方式，它是宇宙無(wú)線通信的主要形式之一，也是微波通信發(fā)展的一種特殊形式。526.1.1衛(wèi)星通信發(fā)展簡(jiǎn)史衛(wèi)星通信的起源536.1.1衛(wèi)星通信發(fā)展簡(jiǎn)史1957年10月，前蘇聯(lián)成功發(fā)射了世界上第一顆低軌人造地球衛(wèi)星Sputnik。1958年，美國(guó)宇航局發(fā)射了“SCORE”衛(wèi)星，并通過(guò)該衛(wèi)星廣播了美國(guó)總統(tǒng)圣誕節(jié)祝詞。1962年，美國(guó)電話電報(bào)公司發(fā)射了“電星”，它可進(jìn)行電話、電視、傳真和數(shù)據(jù)的傳輸。1964年8月，美國(guó)發(fā)射了首顆靜止軌道的通信衛(wèi)星“辛康姆3號(hào)”（SYNCOM-3），并利用它成功地進(jìn)行了電話、電視和傳真的傳輸試驗(yàn)。

1965年4月，INTELSAT把原名為“晨鳥”的第1代“國(guó)際電信衛(wèi)星”射入地球靜止軌道。1970年4月24日，我國(guó)在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功地發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”。

546.1.2衛(wèi)星通信的特點(diǎn)通信時(shí)延較長(zhǎng)通信鏈路易受外部條件影響存在星蝕和日凌中斷現(xiàn)象

556.1.3衛(wèi)星通信的工作頻段選擇工作頻段時(shí)考慮的因素工作頻段的電磁波應(yīng)能輕易穿透電離層；電波傳播損耗應(yīng)盡可能地小；天線系統(tǒng)引入的外部噪聲要小；有較寬可用頻帶，與地面現(xiàn)有的通信系統(tǒng)的兼容性要好，且相互間的干擾要?。恍巧显O(shè)備重量要輕，消耗的功率要??；盡可能地利用現(xiàn)有的通信技術(shù)和設(shè)備；與其他通信、雷達(dá)等電子系統(tǒng)或電子設(shè)備之間的相互干擾要小。566.1.3衛(wèi)星通信的工作頻段衛(wèi)星通信的頻段范圍衛(wèi)星通信的頻率范圍一般選在微波頻段（300MHz~300GHz）。微波頻段的特點(diǎn)是：有較寬的頻譜，可以獲得較大的通信容量；天線增益高、尺寸小；現(xiàn)有的微波通信設(shè)備稍加改造就可以利用。此外，考慮到衛(wèi)星處于電離層之外的外層空間，而微波頻率恰恰能夠較容易地穿透電離層。576.1.3衛(wèi)星通信的工作頻段微波頻段頻率范圍（GHz）微波頻段頻率范圍（GHz）微波頻段頻率范圍（GHz）L1~2K18~26E60~90S2~4Ka26~40W75~110C4~8Q33~50D110~170X8~12U40~60G140~220Ku12~18V50~75Y220~325586.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成596.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成空間段60通信衛(wèi)星的組成616.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成通信分系統(tǒng)衛(wèi)星上的通信分系統(tǒng)又稱為轉(zhuǎn)發(fā)器，它實(shí)際上是一個(gè)提供衛(wèi)星發(fā)射天線和接收天線之間鏈路連接的設(shè)備，是構(gòu)成衛(wèi)星通信的中樞，其功能是使衛(wèi)星具有接收、處理并重發(fā)信號(hào)的能力。轉(zhuǎn)發(fā)器按照變頻方式和傳輸信號(hào)形式的不同可分為單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器、雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器和星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器。

626.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成單變頻轉(zhuǎn)發(fā)器636.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成雙變頻轉(zhuǎn)發(fā)器646.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成星上處理轉(zhuǎn)發(fā)器656.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成天線分系統(tǒng)天線分系統(tǒng)承擔(dān)了接收上行鏈路信號(hào)和發(fā)射下行鏈路信號(hào)的雙重任務(wù)。衛(wèi)星天線分為遙測(cè)指令天線和通信天線兩類。

666.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成跟蹤、遙測(cè)和指令（TT&C）分系統(tǒng)

跟蹤設(shè)備用來(lái)為地球站跟蹤衛(wèi)星發(fā)送信標(biāo)。遙測(cè)部分用來(lái)對(duì)所有的衛(wèi)星分系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，獲得有關(guān)衛(wèi)星姿態(tài)及星內(nèi)各部分工作狀態(tài)等的數(shù)據(jù)，經(jīng)放大、多路復(fù)用、編碼、調(diào)制等處理后，通過(guò)專用的發(fā)射機(jī)和天線發(fā)給地面的TT&C站。指令部分專門用來(lái)接收和譯出TT&C站發(fā)給衛(wèi)星的指令，控制衛(wèi)星的運(yùn)行。676.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成控制分系統(tǒng)

控制分系統(tǒng)（CS）由一系列機(jī)械的或電子的可控調(diào)整裝置組成，在TT&C站的指令控制下完成對(duì)衛(wèi)星軌道位置、姿態(tài)、工作狀態(tài)等的調(diào)整與控制。CS需要完成兩種控制，即姿態(tài)控制和位置控制。姿態(tài)控制主要是保證天線波束始終對(duì)準(zhǔn)地球，同時(shí)確保太陽(yáng)能電池帆板始終對(duì)準(zhǔn)太陽(yáng)。位置控制用來(lái)消除天體引力產(chǎn)生的攝動(dòng)影響，使衛(wèi)星與地球的相對(duì)位置保持固定。

686.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成電源分系統(tǒng)

通信衛(wèi)星的電源除要求體積小、重量輕、效率高之外，最主要的還應(yīng)在其壽命期內(nèi)保持輸出足夠的電能。在宇宙空間，陽(yáng)光是最重要的能源，在有光照時(shí)，主要使用太陽(yáng)能電池產(chǎn)生功率；當(dāng)衛(wèi)星處于發(fā)射狀態(tài)或處于地球陰影區(qū)時(shí)，使用蓄電池來(lái)保證電源功率。

696.1.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成地面段706.1.5衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類按照衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（制式），可分為靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)和非靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)，非靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)又可進(jìn)一步分為隨機(jī)運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)和相位運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。按照衛(wèi)星的通信覆蓋區(qū)范圍，可分為全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)、國(guó)際衛(wèi)星通信系統(tǒng)、國(guó)內(nèi)衛(wèi)星通信系統(tǒng)和區(qū)域衛(wèi)星通信系統(tǒng)。716.1.5衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類按照衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)，可分為無(wú)源衛(wèi)星通信系統(tǒng)（被動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)）和有源衛(wèi)星通信系統(tǒng)（主動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)）。按照多址方式，可分為頻分多址衛(wèi)星通信系統(tǒng)、時(shí)分多址衛(wèi)星通信系統(tǒng)、碼分多址衛(wèi)星通信系統(tǒng)、空分多址衛(wèi)星通信系統(tǒng)、混合多址衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。按照所傳輸信號(hào)的體制，可分為模擬衛(wèi)星通信系統(tǒng)和數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)。726.1.5衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類按照用戶性質(zhì)，可分為商用衛(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)。按照通信業(yè)務(wù)種類，可分為固定業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)、移動(dòng)業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)、廣播電視衛(wèi)星通信系統(tǒng)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星通信系統(tǒng)以及教學(xué)、氣象、導(dǎo)航、軍事等衛(wèi)星通信系統(tǒng)等。按照工作頻段，可分為特高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)、超高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)、極高頻衛(wèi)星通信系統(tǒng)和激光衛(wèi)星通信系統(tǒng)。736.2衛(wèi)星運(yùn)行軌道6.2.1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律6.2.2衛(wèi)星軌道分類6.2.3衛(wèi)星軌道的攝動(dòng)746.2.1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律開(kāi)普勒第一定律——軌道定律衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的軌道一般是一個(gè)橢圓，一個(gè)橢圓有兩個(gè)焦點(diǎn)，雙體系統(tǒng)的質(zhì)量中心稱為質(zhì)心，它始終處在其中一個(gè)焦點(diǎn)上。質(zhì)心與地球中心是重合的，即地球的中心始終位于該橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)上。756.2.1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律開(kāi)普勒第二定律——面積定律在單位時(shí)間內(nèi)，衛(wèi)星的地心向徑，即地球質(zhì)心與衛(wèi)星質(zhì)心間的距離向量，掃過(guò)的面積相等。766.2.1衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)的基本規(guī)律開(kāi)普勒第三定律——軌道周期定律衛(wèi)星圍繞地球運(yùn)動(dòng)一圈的周期為，其平方與軌道橢圓半長(zhǎng)軸的立方之比為一常數(shù)，而該常量等于地球引力常數(shù)的倒數(shù)。776.2.2衛(wèi)星軌道分類按軌道高度分類低軌道（LEO：LowEarthOrbit）：距離地球表面大約為700~1500km；中軌道（MEO：MediumEarthOrbit）：距離地球表面10000km左右；高橢圓軌道（HEO：HighlyEllipticOrbit）:距離地球表面的最近點(diǎn)為1000~21,000km，最遠(yuǎn)點(diǎn)為39,500~50,600km；同步軌道（GEO：GeostationaryEarthOrbit）：距離地球表面35,786km。786.2.2衛(wèi)星軌道分類按軌道形狀分類圓形軌道（e=0）橢圓形軌道（1>e>0）按軌道平面傾角分類

赤道軌道：i=0°，軌道面與赤道面重合。傾斜軌道：0°<

i<90°，軌道面與赤道面成一個(gè)夾角，傾斜于赤道面。極軌道：i=90°，軌道面穿過(guò)地球的南北兩極，與赤道面呈垂直狀。

796.2.3衛(wèi)星軌道的攝動(dòng)引起衛(wèi)星軌道攝動(dòng)的主要力學(xué)因素地球引力場(chǎng)的不均勻性地球大氣層阻力太陽(yáng)、月亮引力的作用太陽(yáng)光壓806.3衛(wèi)星通信的多址方式6.3.1頻分多址6.3.2時(shí)分多址6.3.3碼分多址6.3.4空分多址816.3.1頻分多址826.3.2時(shí)分多址836.3.3碼分多址846.3.4空分多址85上述四種多址方式的比較參見(jiàn)表6-2。866.4VSAT系統(tǒng)6.4.1VSAT網(wǎng)的組成6.4.2VSAT的工作過(guò)程87小視頻8：VSAT系統(tǒng)VSAT網(wǎng)設(shè)備及工作過(guò)程886.4.1VSAT網(wǎng)的組成896.4.1VSAT網(wǎng)的組成主站（中心站）主站又稱中心站（中央站）或樞紐站，是VSAT網(wǎng)的重要組成部分。主站使用大型天線，其天線直徑一般約為3.5~8m（Ku波段）或7~13m（C波段），并配有高功率放大器、低噪聲放大器、上/下變頻器、調(diào)制解調(diào)器及數(shù)據(jù)接口設(shè)備等。主站內(nèi)設(shè)有一個(gè)網(wǎng)絡(luò)控制中心，對(duì)全網(wǎng)運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)控和管理。主站的設(shè)備皆設(shè)有備份。906.4.1VSAT網(wǎng)的組成小站（VSAT）VSAT小站由小口徑天線、室外單元和室內(nèi)單元組成。VSAT天線有正饋和偏饋兩種形成，正饋天線尺寸較大，而偏饋天線尺寸小、性能好，且結(jié)構(gòu)上不易積冰雪，因此常被采用。室外單元主要包括GaAsFET固態(tài)功放、低噪聲場(chǎng)效應(yīng)管放大器、上/下變頻器和相應(yīng)的監(jiān)測(cè)電路等。室內(nèi)單元主要包括調(diào)制解調(diào)器、編譯碼器和數(shù)據(jù)接口設(shè)備等。916.4.1VSAT網(wǎng)的組成空間段VSAT網(wǎng)的空間部分是C頻段或Ku頻段同步衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。926.4.2VSAT的工作過(guò)程在VSAT網(wǎng)中，小站和主站通過(guò)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器連成星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，所有的小站可直接與主站互通。小站之間的通信以雙跳方式來(lái)完成，即由小站首先將信號(hào)發(fā)送給主站，然后由主站轉(zhuǎn)發(fā)給其它小站。在VSAT網(wǎng)中，一般采用分組傳輸方式，任何進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)在網(wǎng)內(nèi)發(fā)送之前首先要進(jìn)行格式化，即每份較長(zhǎng)的數(shù)據(jù)分解成若干固定長(zhǎng)度的“段”，每“段”再加上必要的地址和控制信息并按規(guī)定的格式進(jìn)行排列作為信息傳輸單位，通常稱之為“分組”。936.4.2VSAT的工作過(guò)程出站（outbound）傳輸

在VSAT網(wǎng)中，主站向外方向發(fā)送的數(shù)據(jù)，也即從主站通過(guò)衛(wèi)星向小站方向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱為出站傳輸。出站信道通常采用時(shí)分復(fù)用（TDM）或統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（STDM）技術(shù)組成TDM幀，通過(guò)衛(wèi)星以廣播方式發(fā)向所有遠(yuǎn)端小站。946.4.2VSAT的工作過(guò)程TDM幀結(jié)構(gòu)956.4.2VSAT的工作過(guò)程入站（inbound）傳輸

各遠(yuǎn)端小站通過(guò)衛(wèi)星向主站傳輸?shù)臄?shù)據(jù)稱為入站傳輸數(shù)據(jù)。在VSAT網(wǎng)中，各用戶終端可以隨機(jī)地產(chǎn)生信息，由此入站數(shù)據(jù)一般采用隨機(jī)方式發(fā)射突發(fā)性信號(hào)。采用信道共享協(xié)議，一個(gè)入站信道可以同時(shí)容納許多小站。

966.4.2VSAT的工作過(guò)程TDMA信道幀結(jié)構(gòu)976.5衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)6.5.1全球定位系統(tǒng)（GPS）6.5.2Galileo全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)6.5.3“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)986.5.1全球定位系統(tǒng)（GPS）GPS構(gòu)成空間部分（GPS星座）控制部分（地面監(jiān)控系統(tǒng)）用戶部分（GPS信號(hào)接收機(jī)）996.5.1全球定位系統(tǒng)（GPS）1006.5.1全球定位系統(tǒng)（GPS）空間部分（空間段）由運(yùn)行在20,200km高空的24顆GPS工作衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座，其中包括21顆用于導(dǎo)航的衛(wèi)星和3顆在軌備用衛(wèi)星。24顆衛(wèi)星均勻分布在6個(gè)軌道平面內(nèi)，軌道傾角為55o，各個(gè)軌道平面之間夾角為60o，每顆衛(wèi)星的正常運(yùn)行周期為11h58min，若考慮地球自轉(zhuǎn)等因素，將提前4min進(jìn)入下一個(gè)周期。

1016.5.1全球定位系統(tǒng)（GPS）控制部分（控制段）由分布在全球的若干個(gè)跟蹤站組成的監(jiān)控系統(tǒng)構(gòu)成，具有跟蹤、計(jì)算、更新及監(jiān)視功能，用于控制系統(tǒng)中所有的衛(wèi)星。根據(jù)跟蹤站作用的不同，又可將其分為主控站、監(jiān)控站和注入站。1026.5.1全球定位系統(tǒng)（GPS）用戶部分（用戶段）所有用戶裝置及其支持設(shè)備的集合。典型的用戶設(shè)備包括一部GPS接收機(jī)/處理器、一部天線、計(jì)算機(jī)和CDU（控制和顯示單元）四個(gè)主要部件。1036.5.1全球定位系統(tǒng)（GPS）GPS定位GPS的定位原理就是利用空間分布的衛(wèi)星以及衛(wèi)星與地面點(diǎn)的距離交會(huì)得出地面點(diǎn)位置，簡(jiǎn)言之，GPS定位原理是一種空間的距離交會(huì)原理。

GPS的定位方法若根據(jù)定位模式的不同，可分為絕對(duì)定位和相對(duì)定位。

若根據(jù)用戶接收機(jī)在定位中的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，可分為靜態(tài)定位和動(dòng)態(tài)定位。

1046.5.2Galileo全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)空間部分VSAT網(wǎng)的空間部分是C頻段或Ku頻段同步衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器。1056.5.2Galileo全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)Galileo系統(tǒng)組成全球設(shè)施部分區(qū)域設(shè)施部分局域設(shè)施部分用戶接收機(jī)及終端1066.5.2Galileo全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)全球設(shè)施部分Galileo系統(tǒng)的空間段由30顆MEO導(dǎo)航星組成，距離地面約23，616km，分布在三個(gè)軌道傾角為56o的等間距的軌道上。地面段由Galileo控制中心、Galileo上行鏈路站、Galileo監(jiān)測(cè)站網(wǎng)絡(luò)和Galileo全球通信網(wǎng)絡(luò)組成，具有衛(wèi)星控制和任務(wù)控制功能。衛(wèi)星控制通過(guò)使用TT&C上行鏈路進(jìn)行監(jiān)控來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)星座的管理；任務(wù)控制是指對(duì)導(dǎo)航任務(wù)的核心功能（如定規(guī)、時(shí)鐘同步），以及通過(guò)MEO衛(wèi)星發(fā)布完好性消息進(jìn)行全球控制。

1076.5.2Galileo全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)區(qū)域設(shè)施部分區(qū)域設(shè)施部分由完好性監(jiān)測(cè)站網(wǎng)絡(luò)、完好性控制中心和完好性注入站組成。區(qū)域范圍內(nèi)服務(wù)的提供者可獨(dú)立使用Galileo系統(tǒng)提供的完好性上行鏈路通道發(fā)布區(qū)域完好性數(shù)據(jù)，這將確保每個(gè)用戶能夠收到至少由兩顆仰角在25o以上的衛(wèi)星提供的完好性信號(hào)。全球最多可設(shè)8個(gè)區(qū)域性地面設(shè)施。1086.5.2Galileo全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)局域設(shè)施部分局域設(shè)施部分根據(jù)當(dāng)?shù)氐男枰鰪?qiáng)系統(tǒng)的性能。局域設(shè)備需要確保完好性檢測(cè)，數(shù)據(jù)的處理和發(fā)射。局域設(shè)施部分應(yīng)包括本地精確導(dǎo)航設(shè)備、本地高精度導(dǎo)航設(shè)備、本地導(dǎo)航輔助設(shè)備和本地?cái)U(kuò)大可用性導(dǎo)航設(shè)備組成。1096.5.2Galileo全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)用戶接收機(jī)及終端用戶接收機(jī)及終端的基本功能是在用戶段實(shí)現(xiàn)Galileo系統(tǒng)所提供各種衛(wèi)星無(wú)線導(dǎo)航服務(wù)。1106.5.2Galileo全球衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)Galileo系統(tǒng)與GPS的各種參數(shù)比較系統(tǒng)GalileoGPS衛(wèi)星總數(shù)2724軌道高度23,61620,230軌道平面數(shù)36軌道仰角5655軌道形狀圓軌道圓軌道定位載波L1、L2、L3L1、L2使用頻段1164~1215MHz1260~1300MHz1559~1591MHzf1=1575.42MHzf2=1227.6MHz1116.5.3“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)“北斗一號(hào)”衛(wèi)星導(dǎo)航定位系統(tǒng)是我國(guó)自行研制的導(dǎo)航定位系統(tǒng)，也稱為雙星區(qū)域?qū)Ш蕉ㄎ幌到y(tǒng)，它是一個(gè)全天候、全天時(shí)提供衛(wèi)星導(dǎo)航信息的區(qū)域性導(dǎo)航系統(tǒng)，該系統(tǒng)覆蓋范圍為東經(jīng)70°~145°，北緯5°~55°，可以無(wú)縫覆蓋我國(guó)全部本土和周邊海域，在中國(guó)全境范圍內(nèi)具有良好的