現(xiàn)代通信概論：衛(wèi)星通信

1、衛(wèi)星通信,5.4 衛(wèi)星通信,5.4.1概述 5.4.2衛(wèi)星通信的發(fā)展及應(yīng)用 5.4.3通信衛(wèi)星與地球站 5.4.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成 5.4.5衛(wèi)星通信中的多址方式 5.4.6衛(wèi)星通信新技術(shù),5.4 衛(wèi)星通信,5.4.1概念 1衛(wèi)星通信的定義衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成 衛(wèi)星通信：以人造地球衛(wèi)星作為中繼站的微波通信系統(tǒng)。,5.4.1概述,衛(wèi)星通信是地球上多個(gè)地球站（包括陸地、水面和大氣層）利用空中人造通信衛(wèi)星作為中繼站而進(jìn)行的無線電通信。,5.4.1概述,2衛(wèi)星的軌道 衛(wèi)星通信的軌道 （1）軌道形狀 圓形：地球的中心處于圓形軌道的圓心 橢圓形：地球的中心應(yīng)處于橢圓軌道一個(gè)焦點(diǎn)上 （2）衛(wèi)星軌道傾角

2、赤道軌道：衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面重合，即軌道傾角為0 極地軌道：衛(wèi)星軌道平面與地球南北極的軸線重合，即軌道傾角為90 傾斜軌道：衛(wèi)星軌道平面與地球赤道平面之間的夾角在090之間,5.4.1概述,（3）衛(wèi)星軌道離地面的高度 按衛(wèi)星軌道離地面的高度分成： 低軌道（LEO）。高度為500km2000km或500km3000km（許多在1500km以下），運(yùn)行周期約24小時(shí) 中軌道（MEO）。高度為2000km20000km或3000km20000km，周期約為5h6h（對(duì)約10000km高度而言） 高軌道（HEO）。通常高度在20000km以上，周期大于12h。,5.4.1概述,3. 同步衛(wèi)星（

3、靜止衛(wèi)星）衛(wèi)星通信的通信范圍 何謂同步衛(wèi)星： 衛(wèi)星的軌道與地球赤道平面相重合、且離地球表面高度為35786.6km的圓形軌道上沿與地球的自轉(zhuǎn)方向相同的方向飛行，則衛(wèi)星繞地球一周的時(shí)間為23小時(shí)56分04秒。 同步衛(wèi)星的通信范圍 衛(wèi)星所能照射的地球上區(qū)域 全球表面積的42.4%,5.4.1概述,4衛(wèi)星通信工作頻段 地球站發(fā)射，通信衛(wèi)星接收所使用的頻率叫做上行頻率；通信衛(wèi)星發(fā)射，地球站接收所使用的頻率叫做下行頻率。 衛(wèi)星通信的工作頻段常用：上（下）行（線）下（上）行（線）頻段來表示 比如，64GHz頻段 上下行分開是為了免于相互干擾。 目前大都實(shí)用C波段的64GHz頻段 上行頻率為5.9256.4

4、25GHz； 下行頻段為3.74.2GHz。 可用帶寬500MHz，可設(shè)12個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，40MHz/轉(zhuǎn)發(fā)器， 衛(wèi)星通信上下行通信頻率,政府、軍事：x頻段的87GHz頻段 上行頻率為7.9GHz8.4GHz 下行頻率為7.257.75GHz。 這樣，將民間衛(wèi)星通信頻段和政府部門、軍事部門衛(wèi)星通信頻段分開，可以避免相互之間的干擾。,5.4.1概述,ku 頻段的1411GHz頻段 上行頻率為1414.5GHz 下行頻率為11.712.2GHz， 或?yàn)?0.9511.2GHz和11.45GHz11.7GHz 并已用于衛(wèi)星通信和衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)中。 目前衛(wèi)星通信又使用ka頻段的3020GHz頻段， 上行頻率為

5、27.531GHz 下行頻率為17.721.2GHz； 可利用帶寬可達(dá)3500MHz,5.4.1概述,5.衛(wèi)星通信的線路單跳和雙跳 所謂“跳”，是指電磁波以某個(gè)“轉(zhuǎn)接體”為跳板，在天空與地面之間來回跳躍傳播 單跳：只經(jīng)過通信衛(wèi)星一跳（靜止衛(wèi)星大都采用單跳） 單跳工作方式 雙跳 雙跳：信號(hào)經(jīng)過通信衛(wèi)星兩次轉(zhuǎn)發(fā),5.4.1概述,在靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，大多采用單跳工作方式。 在以下兩種情況，需采用雙跳工作方式： 一是在國際衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，如果兩個(gè)相距甚遠(yuǎn)，分別位于兩個(gè)衛(wèi)星覆蓋區(qū)內(nèi)，而處于它們的“共視區(qū)”之外的地球站之間的通信，必須采用雙跳工作方式才能進(jìn)行衛(wèi)星通信，參見圖5-28(a)所示情況。 二是

6、在被同一顆衛(wèi)星所覆蓋的、衛(wèi)星通信“星形網(wǎng)絡(luò)”遠(yuǎn)、近地球站之間的通信，必須采用如圖5-28 (b)所示的雙跳工作方式才能進(jìn)行衛(wèi)星通信。注意，圖5-28 (b)中的中央主站，就是星形網(wǎng)絡(luò)的中心結(jié)點(diǎn)。,5.4.1概述,6. 衛(wèi)星通信的特點(diǎn) （1）優(yōu)點(diǎn) 通信距離遠(yuǎn)，而通信的成本與通信距離無關(guān)。 利用靜止衛(wèi)星單跳最大通信距離達(dá)1800km。建站費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用不應(yīng)通信站之間的距離不同而改變， 通信覆蓋面積大，具有多址通信能力 一顆同步衛(wèi)星可覆蓋地球表面積的42%左右，在這個(gè)覆蓋范圍內(nèi)的地球站，不論是地面、海上或空間，都可同時(shí)共用這一顆通信衛(wèi)星來轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)雙邊和多邊通信。 這種同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向、多個(gè)地

7、球站之間直接通信的特性稱為多址連接。,通信頻率寬，傳輸容量大，適于多種業(yè)務(wù)傳輸 通信線路穩(wěn)定可靠，通信質(zhì)量高 通信電路靈活,5.4.1概述,（2）缺點(diǎn) 兩極地區(qū)為通信盲區(qū)，高緯度地區(qū)通信效果不佳。 衛(wèi)星發(fā)射和控制技術(shù)比較復(fù)雜； 存在日凌中斷現(xiàn)象 有較大的信號(hào)延遲和回聲（波）干擾 在同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，從地球站發(fā)射的信號(hào)經(jīng)過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)到另一地球站時(shí)，單程傳播時(shí)間約為027s。進(jìn)行雙向通信時(shí)，往返傳播延遲約為0.54s。所以通過衛(wèi)星打電話時(shí)，講完話后要等半秒鐘才能聽到對(duì)方的回話，使人感到很不習(xí)慣。 通信衛(wèi)星有一定的壽命 軌道上所能容納的衛(wèi)星數(shù)目有限（截至08年，250多顆靜止衛(wèi)星）,5.4.2衛(wèi)星通

8、信的發(fā)展及應(yīng)用,1衛(wèi)星通信的發(fā)展 衛(wèi)星通信概念的提出可以追溯到1945年，英國空軍雷達(dá)軍官阿瑟克拉克在無線電世界上發(fā)表了“地球外的中繼站”，最先提出了利用靜止衛(wèi)星進(jìn)行通信的設(shè)想，約20年之后，人類就實(shí)現(xiàn)了這個(gè)設(shè)想。 下面分別介紹國際上衛(wèi)星通信的發(fā)展和我國的發(fā)展。,5.4.2衛(wèi)星通信的發(fā)展及應(yīng)用,(1)國際上的發(fā)展 國際上衛(wèi)星通信的發(fā)展大致經(jīng)過如下幾個(gè)時(shí)期： 1957年10月4日，原蘇聯(lián)發(fā)射了世界上第一顆人造衛(wèi)星。 1963年7月美國宇航局發(fā)射的“同步2號(hào)”(試驗(yàn)星)靜止衛(wèi)星首次進(jìn)入靜止軌道，為衛(wèi)星通信的迅速發(fā)展鋪平了道路。同年10月克服了許多技術(shù)上的困難，利用該衛(wèi)星向全世界轉(zhuǎn)播了東京奧運(yùn)會(huì)的實(shí)

9、況。,5.4.2衛(wèi)星通信的發(fā)展及應(yīng)用,1965年4月6日，美國發(fā)射成功實(shí)用的地球同步衛(wèi)星，定名為晨鳥(Early bird)， 首先在大西洋地區(qū)開始進(jìn)行商用國際通信業(yè)務(wù)，并由“國際通信衛(wèi)星組織(財(cái)團(tuán))” INTELSAT (The Internation Telecommunication Satellite Organization) 定名為INTELSAT1。 這標(biāo)志著衛(wèi)星通信進(jìn)入了商用階段。,5.4.2衛(wèi)星通信的發(fā)展及應(yīng)用,“國際通信衛(wèi)星組織”，最初只有八國家參加，于1964年8月正式成立的。 從1965年4月到現(xiàn)在，先后由這個(gè)財(cái)團(tuán)提供經(jīng)費(fèi)，由美國研制發(fā)射了第一代到第九代“國際通信衛(wèi)星”

10、(INTERSAT)。 這些衛(wèi)星都處在靜止軌道上，對(duì)于國際業(yè)務(wù)，INTELSAT覆蓋了三個(gè)主要的區(qū)域：太平洋、印度洋和大西洋區(qū)域。 對(duì)于每個(gè)區(qū)域，衛(wèi)星定位在該大洋上空的靜止軌道上，用來提供越洋電信路由。三區(qū)域上空的多顆衛(wèi)星組成全球衛(wèi)星通信網(wǎng)，承擔(dān)了國際越洋通信業(yè)務(wù)的三分之二以上。 另外三分之一主要由海底電纜或光纖通信系統(tǒng)承擔(dān)。至今已有超過140個(gè)會(huì)員國和多于40個(gè)投資實(shí)體。 我國自1977年起加入該組織。,5.4.2衛(wèi)星通信的發(fā)展及應(yīng)用,除了美國的INTELSAT系統(tǒng)國際通信衛(wèi)星外， 前蘇聯(lián)的“靜止”衛(wèi)星STATSIONO、 歐洲的“交響樂”SYMPHONIE等 也是國際通信衛(wèi)星。,5.4.2

11、衛(wèi)星通信的發(fā)展及應(yīng)用,隨著固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，提出了移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)。 所謂移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)是指裝載在飛機(jī)、艦船、汽車上的移動(dòng)通信終端所用的同步衛(wèi)星通信，應(yīng)用最早的是海上移動(dòng)衛(wèi)星業(yè)務(wù)。 1976年第一顆“海事衛(wèi)星1號(hào)”(MARISAT1)發(fā)射到大西洋上空，隨后于1979年成立“國際海事衛(wèi)星組織”(INMARSAT)管理Inmarsat系統(tǒng)，并開始提供全球海事衛(wèi)星通信服務(wù)。 1985年決定把航空通信納入業(yè)務(wù)之內(nèi)， 1989年決定把業(yè)務(wù)從海事擴(kuò)展到陸地， 目前它已經(jīng)是一個(gè)有72個(gè)成員國的國際衛(wèi)星移動(dòng)通信組織，控制著135個(gè)國家的大量話音和數(shù)據(jù)系統(tǒng)， 中國交通部和中國交通通信中心分別代表中國參加了該組織

12、。,5.4.2衛(wèi)星通信的發(fā)展及應(yīng)用,(2)我國的發(fā)展 早在20世紀(jì)60年代，我國就注意到了發(fā)展現(xiàn)代空間技術(shù)和衛(wèi)星技術(shù)， 1970年4月24日成功地發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星東方紅1號(hào)(DFH1)衛(wèi)星。 70年代，我國先后引進(jìn)了標(biāo)準(zhǔn)地球站，并開通了國際衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)；同時(shí)，也開始研制國內(nèi)通信系統(tǒng)使用的衛(wèi)星和地球站；70年代未和80年代初。又先后利用前聯(lián)邦德國和法國聯(lián)合研制的“交響樂”通信衛(wèi)星和國際通信衛(wèi)星ISIVA、IUSV，進(jìn)行若干地球站型、若干通信和廣播業(yè)務(wù)試驗(yàn)。,5.4.2衛(wèi)星通信的發(fā)展及應(yīng)用,80年代中期，我國前郵電部(現(xiàn)信息產(chǎn)業(yè)部)租用位于印度洋赤道上空東經(jīng)60的ISV衛(wèi)星， 建立了由北京主站

13、和烏魯木齊、呼和浩特、拉薩、廣洲等區(qū)域中心站組成的公用衛(wèi)星通信網(wǎng)。,5.4.2衛(wèi)星通信的發(fā)展及應(yīng)用,從90年代起，我國與國外合作研制或引起的通信衛(wèi)星主要有： 亞太通信衛(wèi)星IR(可寫為APSTARR)、ARSTARR、 鑫諾專用通信衛(wèi)星一號(hào)(即SINOSAT)、 中衛(wèi)一號(hào)衛(wèi)星(CHINASTAR1)、 CHINASTAR5號(hào)接替衛(wèi)星以及高級(jí)衛(wèi)星移動(dòng)通信衛(wèi)星系統(tǒng)，即亞太區(qū)域移動(dòng)通信衛(wèi)星系統(tǒng)APMT， 這些通信衛(wèi)星及其衛(wèi)星通信系統(tǒng)，集中了現(xiàn)代最先進(jìn)的衛(wèi)星制造技術(shù)和衛(wèi)星通信技術(shù)，我國可從中學(xué)習(xí)先進(jìn)技術(shù)，以加速我國衛(wèi)星通信事業(yè)的發(fā)展。,5.4.2衛(wèi)星通信的發(fā)展及應(yīng)用,通過上述衛(wèi)星通信的發(fā)展可知，從196

14、3年美國發(fā)射第一顆商用同步衛(wèi)星起，衛(wèi)星通信已經(jīng)走過近40多年的歷程，取得了很大的發(fā)展。 目前在靜止軌道上運(yùn)行的通信衛(wèi)星有130多顆，全世界商用和專用地球站已超過100萬個(gè)。 在國際通信中，衛(wèi)星通信承擔(dān)了70以上的業(yè)務(wù)。衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是覆蓋面積大，通信距離長，不受地理環(huán)境限制以及投資省、見效快等許多優(yōu)點(diǎn)。尤其在長距離、多島嶼、移動(dòng)和災(zāi)害等通信中更是非它莫屬。在未來的信息社會(huì)中，它是一種重要的信息傳遞方式。,5.4.2衛(wèi)星通信的發(fā)展及應(yīng)用,1998年我國又參與了“銥”星的發(fā)射，并成為一個(gè)有經(jīng)營權(quán)的國家，90年代后，我國衛(wèi)星通信事業(yè)獲得了良好的發(fā)展機(jī)遇；自1984年4月8日，我國自行設(shè)計(jì)、制造的通信

15、廣播衛(wèi)星DFH1發(fā)射成功后，又經(jīng)歷了DFH2、DFH2A和DFH3通信衛(wèi)星的三個(gè)階段。目前，我國正在進(jìn)行新一代大容易通信衛(wèi)星、移動(dòng)衛(wèi)星、通信定位衛(wèi)星以及數(shù)字直播衛(wèi)星的研制工作；所以，我國衛(wèi)星通信事業(yè)獲得了前所未有的良好的發(fā)展空間。,5.4.2衛(wèi)星通信的發(fā)展及應(yīng)用,2衛(wèi)星通信的應(yīng)用 隨著通信業(yè)務(wù)的增加和空間技術(shù)的發(fā)展，各國研制了許多不同用途的通信衛(wèi)星。 例如，適用于某一國家或某一地區(qū)的國內(nèi)通信衛(wèi)星；專門為軍事服務(wù)的國防通信衛(wèi)星； 提供船艦使用的海事通信衛(wèi)星(如INMARSAT)； 提供衛(wèi)星測軌和數(shù)據(jù)傳輸?shù)母櫤蛿?shù)據(jù)中繼衛(wèi)星； 為家庭提供直接電視廣播服務(wù)的廣播衛(wèi)星； 提供無線電導(dǎo)航業(yè)務(wù)的通信衛(wèi)星(

16、如全球定位系統(tǒng)GPS(Global Position System)； 以及為氣象業(yè)務(wù)服務(wù)的通信衛(wèi)星等等。 目前，全球正在運(yùn)行的各類用途衛(wèi)星已超過500顆，將要發(fā)射的還有15000顆。其中，已進(jìn)入低軌道運(yùn)行的有近300顆，將要發(fā)射完畢的低軌道衛(wèi)星還有900顆；可見，低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)將代表衛(wèi)星通信的一種發(fā)展趨勢。,5.4.3通信衛(wèi)星與地球站,1通信衛(wèi)星 通信衛(wèi)星是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的核心，由通信裝置及其輔助設(shè)備組成。 通信裝置包括衛(wèi)星天線和通信轉(zhuǎn)發(fā)器， 輔助設(shè)備由姿態(tài)控制（跟蹤、遙測與指令分系統(tǒng)）、電源等輔助設(shè)備組成。,5.4.3通信衛(wèi)星與地球站,1)衛(wèi)星天線 通信衛(wèi)星上使用的天線有兩種類型：全向測

17、控天線和定向通信天線 (1)全向測控天線 用來接收地球站發(fā)給衛(wèi)星的指令，并向地球站發(fā)送遙測數(shù)據(jù)和信號(hào)。 以便在任意衛(wèi)星姿態(tài)可靠地接收指令和向地面發(fā)射遙測數(shù)據(jù)及信號(hào)； 當(dāng)衛(wèi)星收到指令后，將它送到控制單元，以調(diào)整衛(wèi)星的運(yùn)行軌道和衛(wèi)星的自旋姿態(tài)，使衛(wèi)星天線準(zhǔn)確地指向地球上的波束覆蓋區(qū)。,5.4.3通信衛(wèi)星與地球站,(2)定向通信天線 它與地面微波通信天線類似。 參見圖5-29，按照天線發(fā)射電磁波束所覆蓋地面區(qū)域的大小，可將定向通信天線分為以下三類：,5.4.3通信衛(wèi)星與地球站,2)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器 通信用的轉(zhuǎn)發(fā)器是衛(wèi)星上的主要設(shè)備，直接起中繼站作用的部分。完成接收、處理、發(fā)射信號(hào)作用。 對(duì)衛(wèi)星通信而言，轉(zhuǎn)

18、發(fā)器是一臺(tái)寬頻帶的微波收發(fā)信機(jī)； 在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，轉(zhuǎn)發(fā)器給系統(tǒng)引進(jìn)的附加噪聲和失真應(yīng)該盡可能小，并能夠提供足夠的功率放大能力，以輸出足夠的微波信號(hào)功率，有效、可靠地為地球站轉(zhuǎn)發(fā)微波信號(hào),5.4.3通信衛(wèi)星與地球站,其功能可簡述如下： 從發(fā)送地球站發(fā)出的上行頻率信號(hào)，經(jīng)衛(wèi)星的接收天線接收及雙工器后被送入低噪聲放大器放大。 然后經(jīng)頻率變換器變換成下行頻率，再經(jīng)功率放大器放大后通過雙工器由同一通信天線發(fā)向地球站。 其中，雙工器對(duì)發(fā)送和接收的信號(hào)進(jìn)行隔離， 而變頻處理是為了使上行信號(hào)和下行信號(hào)工作頻率是不同的，其原因是為避免在衛(wèi)星通信天線中產(chǎn)生同頻信號(hào)干擾。 由此可見，轉(zhuǎn)發(fā)器的功能并不僅僅是簡單地轉(zhuǎn)

19、發(fā)微波信號(hào)，而且還要對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)的微波信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的處理。,衛(wèi)星上轉(zhuǎn)發(fā)器的數(shù)量各不相同，通常把衛(wèi)星的整個(gè)工作頻帶劃分為多個(gè)信道，每個(gè)信道占用不同的頻帶，并且有各自的功放。 信道數(shù)目就是該衛(wèi)星的轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)目。 例如，IS-衛(wèi)星把整個(gè)通信頻帶（500MHz）劃分為12個(gè)信道，因此該衛(wèi)星共有12個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。,5.4.3通信衛(wèi)星與地球站,3)軌道校正與姿態(tài)控制（跟蹤、遙測與指令分系統(tǒng)） 衛(wèi)星在其軌道上運(yùn)行時(shí)，由于受到地球、月亮、太陽等引力的作用而緩緩移動(dòng)，使衛(wèi)星偏離預(yù)定的軌道而產(chǎn)生“攝動(dòng)”，并使衛(wèi)星不能保持一定的姿態(tài)而翻滾。 攝動(dòng)：由于地球、太陽、月球等引力和大氣阻力影響造成的衛(wèi)星軌道參數(shù)的變化，導(dǎo)致衛(wèi)星偏離軌

20、道、產(chǎn)生漂移的現(xiàn)象。 可通過跟蹤、遙測與指令系統(tǒng)來完成,遙測設(shè)備是用各種傳感器和敏感元件等器件不斷測得有關(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)處理后，通過專用的發(fā)射機(jī)和天線發(fā)給地面的跟蹤、遙測指令系統(tǒng)。地面的跟蹤、遙測指令系統(tǒng)接收并檢測出衛(wèi)星發(fā)來的遙測信號(hào)，轉(zhuǎn)送給衛(wèi)星監(jiān)控中心進(jìn)行分析和處理，然后再由地面的跟蹤、遙測指令系統(tǒng)向衛(wèi)星發(fā)出有關(guān)姿態(tài)和位置校正、星體內(nèi)溫度調(diào)節(jié)、主備用部件切換、轉(zhuǎn)發(fā)器增益換檔等控制指令信號(hào)。,指令設(shè)備專門用來接收地面的跟蹤、遙測指令系統(tǒng)發(fā)給衛(wèi)星的指令，進(jìn)行解調(diào)與譯碼后儲(chǔ)存起來，并經(jīng)遙測設(shè)備發(fā)回地面進(jìn)行校對(duì)。在核實(shí)無誤后發(fā)出指令執(zhí)行信號(hào)，指令設(shè)備收到后，再將儲(chǔ)存的各種指

21、令發(fā)送到控制分系統(tǒng)，再由各執(zhí)行機(jī)構(gòu)正確地完成控制動(dòng)作。,5.4.3通信衛(wèi)星與地球站,衛(wèi)星在軌道上的漂移(攝動(dòng))，必須予以定期(一月左右)的校正，否則產(chǎn)生的不良后果: 軌道上相鄰位置的衛(wèi)星如果漂移太近，電波波束將產(chǎn)生鄰星干擾； 對(duì)于大天線的地球站，波束寬度很窄(比如，30m的A型天線，波束寬為0.18)。天線自動(dòng)跟蹤有一定范圍，衛(wèi)星過大的偏離軌道將使波束不能對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星。 克服： （校正衛(wèi)星軌道的方法）啟動(dòng)星體上多個(gè)有不同方向噴嘴的小火箭。 靜止通信衛(wèi)星上的控制分系統(tǒng)是由一系列機(jī)械的或電子的可控調(diào)整裝置組成，如各種噴氣推進(jìn)器、驅(qū)動(dòng)裝置、加熱及散熱裝置，各種轉(zhuǎn)換開關(guān)等等。他是在跟蹤、遙測指令系統(tǒng)的指令

22、控制下完成對(duì)衛(wèi)星的各種控制。,5.4.3通信衛(wèi)星與地球站,衛(wèi)星在軌道上不能保持正常的姿態(tài)(產(chǎn)生翻滾)，將使通信用天線的波束不能對(duì)準(zhǔn)地球，使通信無法進(jìn)行。 姿態(tài)控制的方法分星體自旋穩(wěn)定方式和三軸姿勢控制方式兩種。 自旋穩(wěn)定方式是讓衛(wèi)星以一個(gè)慣性主軸為中心旋轉(zhuǎn)，利用陀螺旋轉(zhuǎn)原理(慧星穩(wěn)定姿勢的原理)來穩(wěn)定衛(wèi)星的姿勢。 三軸姿勢控制方式比旋轉(zhuǎn)穩(wěn)定方式其控制要復(fù)雜一些，但由于能搭載大的太陽能電池板，所以隨著衛(wèi)星的大功率化， 三軸姿勢控制方式已成主流。,5.4.3通信衛(wèi)星與地球站,4)衛(wèi)星上的電源 星蝕 衛(wèi)星上的電源有太陽能電池和化學(xué)蓄電池、原子能電池等。 目前仍以太陽能電池和化學(xué)電池（鎳隔蓄電池）為主

23、。 國際衛(wèi)星7號(hào)(IS)的電池單元片固定在兩塊長度為10m的臂面板上，可提供3900W的功率。 太陽能電池是把太陽輻射的光能直接轉(zhuǎn)換為電能的裝置。 大多用NP型單晶硅薄片貼在星體表面的絕緣膜上或?qū)Ｓ玫姆迳?，將各片的電極適當(dāng)分組串、并聯(lián)起來，構(gòu)成輸出功率較大的太陽能電池陣。 但它的輸出的電壓很不穩(wěn)定，須經(jīng)電壓調(diào)節(jié)器后才能使用。,在有太陽照射時(shí)，用太陽能電池供電并使化學(xué)電池充電，而星上備有的蓄電池是供衛(wèi)星產(chǎn)生日蝕時(shí)使用的。 這里所謂“日蝕”(也稱星蝕)，是每年春分和秋分前后在每天午夜后的十幾十分鐘內(nèi)(最長76分鐘)，衛(wèi)星、地球和太陽將共處在一條直線上，此時(shí)衛(wèi)星處于地球的陰影區(qū)內(nèi)，即發(fā)生了“日蝕”

24、。 衛(wèi)星的壽命主要取決于太陽能電池的壽命、星載燃料的消耗(作軌道校正等控制機(jī)構(gòu)的能源)和通信系統(tǒng)元器件(主要是功率放大器)壽命等因素。,5.4.3通信衛(wèi)星與地球站,2地球站：典型的地球站由天線饋線設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、信道終端設(shè)備、跟蹤伺服設(shè)備、電源設(shè)備及監(jiān)控設(shè)備組成。 地球站發(fā)射系統(tǒng)方框圖 地球站接收系統(tǒng) 地球站天線分系統(tǒng),靜止通信衛(wèi)星實(shí)際上并非完全靜止。雖然星上有位置控制設(shè)備，但它還是有一定的漂移，而一般地球站天線的波來很窄，因此衛(wèi)星的漂移可能導(dǎo)致地球站天線瞄準(zhǔn)的方向不是最佳指向。從而大大減弱衛(wèi)星收到的信號(hào)能量。 為使地球站天線始終對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，需要跟蹤設(shè)備。地球站天線跟蹤衛(wèi)星的方法有三種

25、 自動(dòng)跟蹤、手動(dòng)跟蹤、程序跟蹤。 自動(dòng)跟蹤能使天線連續(xù)跟蹤衛(wèi)星且精度較高。 在大型標(biāo)準(zhǔn)地球站中，通常以自動(dòng)跟蹤為主，手動(dòng)跟蹤和程序跟蹤為輔。,5.4.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成,1衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成 衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由空間部分(通信衛(wèi)星)和地面部分(地球站、測控系統(tǒng)、監(jiān)控管理系統(tǒng))組成。 通信衛(wèi)星和地球站是直接用來進(jìn)行通信的， 測控系統(tǒng)、監(jiān)測管理系統(tǒng)是為保證系統(tǒng)的正常運(yùn)行而設(shè)置的。 如圖所示：,5.4.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成,測控系統(tǒng)的任務(wù) 在衛(wèi)星發(fā)射過程中對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤并控制衛(wèi)星準(zhǔn)確地進(jìn)入軌道上的定點(diǎn)位置。 在衛(wèi)星正常運(yùn)行過程中，測控系統(tǒng)將對(duì)它的軌道校正、位置和姿態(tài)保持進(jìn)行控制 監(jiān)控管理

26、系統(tǒng)的任務(wù)： 在通信開通之前，對(duì)通信系統(tǒng)的參數(shù)進(jìn)行測試和鑒定。 在通信業(yè)務(wù)開展過程中，對(duì)衛(wèi)星和地球站的各項(xiàng)通信參數(shù)進(jìn)行監(jiān)視和管理。,5.4.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成,2衛(wèi)星通信系統(tǒng)的工作過程,5.4.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成,當(dāng)A地的N個(gè)用戶要與B地的N個(gè)用戶通話時(shí)，A地用戶的電話信號(hào)先經(jīng)A地市內(nèi)通信線路送到地球站A的終端設(shè)備，進(jìn)行多路復(fù)用。 復(fù)用后所得基帶信號(hào)再送到調(diào)制器對(duì)中頻(如70MHz)副載波進(jìn)行調(diào)制。 然后再將中頻信號(hào)經(jīng)上變頻變?yōu)轭l率為1(如6GHz)的微波信號(hào)，最后經(jīng)功率放大后送往天線發(fā)射上衛(wèi)星。 信號(hào)經(jīng)上行線路到達(dá)衛(wèi)星時(shí)，要穿過大氣層和自由空間，因此會(huì)受到衰減，并會(huì)遭受噪聲等干擾

27、的影響。 衛(wèi)星中的轉(zhuǎn)發(fā)器在對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大、變頻等處理后，以頻率為2(如4GHz)的微波信號(hào)進(jìn)行功放、發(fā)射，經(jīng)下行線路傳到地球站B。,5.4.4衛(wèi)星通信系統(tǒng)的基本組成,由于衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率、天線增益等均有限，同時(shí)，信號(hào)經(jīng)下行線路到B站時(shí)也要經(jīng)過自由空間并穿過大氣層，這使到達(dá)B站的信號(hào)功率很微弱。經(jīng)地球站B用高增益的天線和低噪聲的接收機(jī)接收、放大后，進(jìn)入下變器變成中頻信號(hào)再進(jìn)一步放大， 然后送到解調(diào)器，解調(diào)器輸出的基帶信號(hào)經(jīng)多路分解設(shè)備分解成各路話音信號(hào)，最后通過B地市內(nèi)通信線路送到相應(yīng)用戶。 B地向A地送話音信號(hào)的過程與上述一樣，但上行頻率為3、下行頻率用4，為避免干擾，取31，42。 注意這里

28、的多址方式是認(rèn)為采用了頻分多址的方式，即各地球站均以不同的射頻頻率與衛(wèi)星聯(lián)接。,5.4.5衛(wèi)星通信中的多址方式,多路復(fù)用和多址(聯(lián)接)方式都是利用一條信道同時(shí)傳輸多個(gè)信號(hào)。在實(shí)際應(yīng)用中，多址技術(shù)常與多路復(fù)用技術(shù)混合使用。 下面簡單介紹衛(wèi)星通信中的多路復(fù)用和多址聯(lián)接方式。 多址聯(lián)接方式和多路復(fù)用(例如，F(xiàn)DM和TDM)有類似的含義； 多路復(fù)用：將同一信道傳輸?shù)亩嗦窂?fù)用(例如，F(xiàn)DM和TDM)信號(hào)分割到“路”(一路就是一個(gè)用戶)。,多址聯(lián)接方式： 衛(wèi)星：同時(shí)實(shí)現(xiàn)多個(gè)方向、多個(gè)地球站之間直接通信的特性稱為多址連接。 擴(kuò)充：將同一無線信道傳輸?shù)亩鄠€(gè)無線電已調(diào)波信號(hào)分割到“址”， 例如，衛(wèi)星通信中的地球

29、站、地面微波站、移動(dòng)通信中的基站；,5.4.5衛(wèi)星通信中的多址方式,1衛(wèi)星通信中的多路復(fù)用 衛(wèi)星通信中多路復(fù)用是指把通過一個(gè)地球站傳輸?shù)亩鄠€(gè)用戶的信號(hào)，如電話或電視信號(hào)，通過變換組合在一起，形成一路復(fù)用信號(hào)。 目前常用的復(fù)用方式有頻分多路復(fù)用(FDM)和時(shí)分多路復(fù)用(TDM)。 這與前面幾章中所講的相關(guān)內(nèi)容并無什么差異。,5.4.5衛(wèi)星通信中的多址方式,2、衛(wèi)星通信中的多址聯(lián)接 從地球站角度：多址連接是指在衛(wèi)星的覆蓋區(qū)內(nèi)，各地球站通過同一個(gè)衛(wèi)星，同時(shí)分別建立相互之間的通信線路而實(shí)現(xiàn)的各地球站之間通信的一種方式。 從衛(wèi)星通信角度：多址連接方式下衛(wèi)星通信能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多方向多個(gè)地面站之間的相互聯(lián)系。

30、關(guān)鍵技術(shù) ： 衛(wèi)星波束覆蓋區(qū)內(nèi)的多個(gè)地球站，以何種方式各自占有信道接入共同的衛(wèi)星 從衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)下來的總信號(hào)中分出發(fā)給自己的信號(hào)。接收信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)各地球站相互之間通信的一種方式。,實(shí)現(xiàn)多址連接的技術(shù)基礎(chǔ)：信號(hào)分割， 就是在發(fā)端對(duì)信號(hào)進(jìn)行適當(dāng)?shù)脑O(shè)計(jì)，使系統(tǒng)中各地球站所發(fā)射的信號(hào)各有差別； 而要求各地球站具有信號(hào)識(shí)別能力，能從衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的總信號(hào)中只收本站所需的信號(hào)。 常用的多址連接方式有： 頻分多址FDMA 時(shí)分多址TDMA 碼分多址CDMA 空分多址SDMA 或混合多址等。,5.4.5衛(wèi)星通信中的多址方式,(1)頻分多址(FDMA)FDMA方式示意圖 當(dāng)多個(gè)地球站共用衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，如果根據(jù)配置的載波

31、頻率的不同來區(qū)分地球站的地址，這種多址聯(lián)接方式就叫FDMA方式。 其轉(zhuǎn)發(fā)器頻帶資源占用特點(diǎn)是：頻分復(fù)用的多址用戶利用不同的頻段，可在同一時(shí)間互不重疊地共享信道(轉(zhuǎn)發(fā)器)的帶寬資源。,5.4.5衛(wèi)星通信中的多址方式,(2)時(shí)分多址(TDMA) 時(shí)分多址 TDMA的原理是用不同的時(shí)隙來區(qū)分地球站的地址， 該系統(tǒng)中只允許各地球站在規(guī)定時(shí)隙內(nèi)發(fā)射信號(hào)，這些射頻信號(hào)通過衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)，在時(shí)間上是嚴(yán)格依次排序、互不重疊的。 采用TDMA方式，一般需要一個(gè)時(shí)間基準(zhǔn)站提供共同的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間，保證各地球站發(fā)射的信號(hào)進(jìn)入轉(zhuǎn)發(fā)器時(shí)在規(guī)定的時(shí)隙而不互相干擾。 其轉(zhuǎn)發(fā)器資源占用特點(diǎn)是：時(shí)分復(fù)用的各多址用戶利用不同的時(shí)隙，在不

32、同的時(shí)間，可使用相同的載波頻率，獨(dú)自占用信道的全部頻帶資源。,5.4.5衛(wèi)星通信中的多址方式,(3)空分多頻(SDMA)容分多址 空分多址方式是利用天線的方向性來區(qū)分各區(qū)域的地球站信號(hào)，即在衛(wèi)星上安裝多個(gè)天線，各天線的波束分別指向地球上不同的區(qū)域。 這時(shí)，即使不同區(qū)域地球站在同一時(shí)間用相同的頻率工作，但因各區(qū)域的地球站發(fā)出的信號(hào)在空間不重疊，不會(huì)產(chǎn)生干擾，從而可以容納更多的用戶，起到頻率再用的作用。不過這種方式要求衛(wèi)星天線有多個(gè)窄波束(即點(diǎn)波束)并且所指的方向十分準(zhǔn)確。,5.4.5衛(wèi)星通信中的多址方式,(4)碼分多址(CDMA) 碼分多址是近年來推出的新的多址方式，由于其抗干擾性強(qiáng)，高保密性等特點(diǎn)，早期在軍事通信領(lǐng)域應(yīng)用較廣，近年逐步發(fā)展到民用技術(shù)如衛(wèi)星通信和移動(dòng)通信中。,在CDMA方式中，各站在通信時(shí)都被分配一個(gè)特殊的編碼信號(hào)，稱為地址碼。如：11100101