衛(wèi)星通信原理

1、衛(wèi)星電視與視頻會議系統(tǒng) l無線電波；無線電波； l開普勒定律開普勒定律 ； l對地靜止軌道對地靜止軌道 ； l衛(wèi)星通信系統(tǒng)衛(wèi)星通信系統(tǒng) ； l衛(wèi)星電視接收衛(wèi)星電視接收 ； v自從1957年前蘇聯(lián)發(fā)射第一顆人造地球衛(wèi)星以 來，人造衛(wèi)星即被廣泛應(yīng)用于通信，廣播，電 視等領(lǐng)域。1965年第一顆商用國際通信衛(wèi)星被 送入大西洋上空同步軌道，開始了利用靜止衛(wèi) 星的商業(yè)通信。 衛(wèi)星衛(wèi)星 空中中繼站的作用，即把地球站發(fā)上來的電磁波放大后再返 送回另一地球站 地球站地球站 衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口，地面用戶通過地球站出入衛(wèi) 星系統(tǒng)形成鏈路 （）通信范圍大，只要衛(wèi)星發(fā)射的波束覆蓋的范圍均 可進行通信。 （）不易

2、受陸地災(zāi)害影響。 （）建設(shè)速度快。 （）易于實現(xiàn)廣播和多址通信。 （）電路和話務(wù)量可靈活調(diào)整。 （）同一信道可用于不同方向和不同區(qū)域。 （）由于兩地球站向電磁波傳播距離有 72000KM，信號到達有延遲。 （）10GHZ以上頻帶受降雨雪的影響。 （）天線受太陽噪聲的影響。 區(qū)域1：歐洲、非洲、前蘇聯(lián)和蒙古 區(qū)域2：南北美洲和格陵蘭島 區(qū)域3：亞洲（除區(qū)域1中的地區(qū)之外）、澳大 利亞和西南太平洋 衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（FSS） 衛(wèi)星廣播業(yè)務(wù)（BSS） 衛(wèi)星移動業(yè)務(wù) 衛(wèi)星導(dǎo)航業(yè)務(wù) 衛(wèi)星氣象業(yè)務(wù) 頻段頻段頻率范圍（頻率范圍（GHz） VHF0.10.3 UHF0.31.0 L1.02.0 S2.04.0 C

3、4.08.0 X8.012.0 Ku12.018.0 K18.027.0 Ka27.040.0 V40.075 W75110 mm110300 mm 3003000 表示符號表示符號頻率范圍頻率范圍米制劃分米制劃分 VLF330kHz萬米波萬米波 LF30300kHz千米波千米波 MF3003000kHz百米波百米波 HF330MHz十米波十米波 VHF30300MHz米波米波 UHF3003000MHz分米波分米波 SHF330GHz厘米波厘米波 EHF30300GHz毫米波毫米波 3003000GHz絲米波絲米波 c = 90 100 200 300 400 500 600 近似高度（km

4、） 自由空間 電離層 對流層 地球表面 冰晶層降雨 傳輸損耗傳輸損耗物理原因物理原因主要影響對象主要影響對象 衰減和太空噪聲的增加衰減和太空噪聲的增加大氣層中的大氣、云、雨大氣層中的大氣、云、雨大約大約10GHz10GHz以上的頻率以上的頻率 信號去極化信號去極化降雨、冰晶降雨、冰晶C C和和KuKu頻段的雙極化系統(tǒng)（與系統(tǒng)頻段的雙極化系統(tǒng)（與系統(tǒng) 配置有關(guān)）配置有關(guān)） 折射、大氣層的多徑折射、大氣層的多徑大氣層中的大氣大氣層中的大氣低仰角時的通信和跟蹤低仰角時的通信和跟蹤 信號閃爍信號閃爍對流層和電離層的折射率起對流層和電離層的折射率起 伏伏 對流層：對流層：10GHz10GHz以上的頻率和

5、低仰以上的頻率和低仰 角；角； 電離層：電離層：10GHz10GHz以下的頻率以下的頻率 反射多徑、阻擋反射多徑、阻擋地表面、地球表面上的物體地表面、地球表面上的物體衛(wèi)星移動業(yè)務(wù)衛(wèi)星移動業(yè)務(wù) 傳播時延、變化傳播時延、變化對流層、電離層對流層、電離層精確定時和定位系統(tǒng)，時分復(fù)用精確定時和定位系統(tǒng)，時分復(fù)用 多址接入（多址接入（TDMATDMA）系統(tǒng)）系統(tǒng) 系統(tǒng)間干擾系統(tǒng)間干擾風(fēng)管、散射、衍射風(fēng)管、散射、衍射目前主要是目前主要是C C頻段；降雨散射可能頻段；降雨散射可能 會影響更高頻率會影響更高頻率 衛(wèi)星運行路線橢圓 質(zhì)心始終在其中一個焦點上 相同時間掃過相同面積 離地球越遠(yuǎn)，穿越給定距離所需 時

6、間越長 軌道周期的平方正比于兩個球體 之間平均距離的立方 a = / n 遠(yuǎn)地點離地球最遠(yuǎn)的點。 近地點離地球最近的點。 拱線穿過地球中心連接遠(yuǎn)地點和近地點的連線。 升交點軌道從南向北穿過赤道面的點。 降交點軌道從北向南穿過赤道面的點。 交點線穿過地球中心連接升交點和降交點的連線。 傾角軌道面和地球赤道面之間的夾角。 星下點地球上處于衛(wèi)星垂直下方的點。 近地點幅角在地球中心處衛(wèi)星軌道面內(nèi)衛(wèi)星運動方向上測得的從升 交點到近地點的角度。 平均近點角衛(wèi)星相對于近地點的角位置的平均值。 長半軸 偏心率 平均近點角 近地點幅角 傾角 升交點的右旋升交點赤經(jīng) 低高度衛(wèi)星：H5000km，T4h； 中高度衛(wèi)

7、星：5000kmH20000km， 4hT20000km，T12h。 赤道軌道衛(wèi)星：i = 0 ； 極軌道衛(wèi)星： i = 90 ； 傾斜軌道衛(wèi)星： 0 i 90 。 同步衛(wèi)星：T24h； 準(zhǔn)同步衛(wèi)星：T24/N or 24N h； 非同步衛(wèi)星：T24 or 24/N or 24N h。 （）衛(wèi)星必須以與地球旋轉(zhuǎn)相同的速度 向東運動； （）軌道必須是圓形的； （）軌道的傾角必須為零度。 高度： hGSO = aGSO - aE = 42164 6378 = 35786 注：這個值經(jīng)常取為36000km。 概念：天線直接指向衛(wèi)星所需要的方位角和仰角。 參數(shù)：三種參數(shù)確定地球站到對地靜止軌道的視 角

8、。 （1）地球站的緯度 （2）地球站的經(jīng)度 （3）星下點的經(jīng)度（或稱為衛(wèi)星經(jīng)度） 在春分點和秋分點前后，當(dāng)太陽穿越赤道時，在 一段時間內(nèi)衛(wèi)星進入地球的陰影區(qū)。 日蝕從二分點（春分點或秋分點）之前23天開始， 在二分點之后23天結(jié)束。 持續(xù)時間開始約10分鐘，逐漸增加到最大值約72 分鐘，然后逐漸減少為約10分鐘。 在日蝕期間，太陽能電池不能工作，衛(wèi)星的工作 必須要由電池供給。 在春分點和秋分點前后，當(dāng)衛(wèi)星處于地球和太陽 之間，即太陽處于地球站天線的波束內(nèi)，太陽就像一 個極大的噪聲源，完全淹沒了衛(wèi)星的信號。 日凌從二分點（春分點或秋分點）之前6天開始， 在二分點之后6天結(jié)束。 持續(xù)時間與地球站的

9、緯度有關(guān)，一般最大中斷時 間約10分鐘。 收發(fā)地球站收發(fā)地球站 星形 網(wǎng)格形 1）基帶信號形式 模擬/數(shù)字、信源編碼、信源調(diào)制、單路/多路、 FDM/TDM、預(yù)加重、加密、差錯控制等； 2）中頻（或射頻）調(diào)制制度 FM、PSK等； 3）多址聯(lián)接方式 FDMA、TDMA、SDMA、CDMA等； 4）通道分配與交換制度 預(yù)分配（PA）、按需分配（DA）、隨機分配 （RA）、星上交換制度等。 1、衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器 衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器,是這樣的設(shè)備，接收地面發(fā)射站發(fā)來的14GHz或6GHz 的微弱的上行電視信號，經(jīng)頻率變換（一次變頻、二次變頻）為 不同的下行頻率12GHz或4GHz，再由技術(shù)處理放大到一定功率向 地

10、球發(fā)射，由衛(wèi)星接收設(shè)備接收。 每一路音視頻和數(shù)據(jù)通道都是由一個衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器進行接收處理然 后再傳輸，每一個轉(zhuǎn)發(fā)器所處理的信號都有一個中心頻率及一個 特定的帶寬，目前衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器主要使用L、S、C、Ku和Ka頻段。 2、水平極化、垂直極化 極化通常是指與電波傳播方向垂直的平面內(nèi)，瞬時電場矢量的方 向。在極化波中，以地平線為準(zhǔn)，當(dāng)極化方向與地面平行時，稱 為水平極化。當(dāng)極化方向與地面垂直時，稱為垂直極化。 線極化：水平極化、垂直極化 圓極化：左旋極化、右旋極化 3、衛(wèi)星天線 衛(wèi)星天線的作用是收集由衛(wèi)星傳來的微弱信號，并盡可能去除 雜訊。大多數(shù)天線通常是拋物面狀的，也有一些多焦點天線是 由球面和拋物面組

11、合而成。衛(wèi)星信號通過拋物面天線的反射后 集中到它的焦點處。 衛(wèi)星天線的類型 l中心聚集天線 l卡塞格倫天線：卡塞格倫天線亦稱后饋式天線 l偏饋天線：偏饋天線實際上是一個中心聚焦天線的一部分其 焦點就是原中心聚焦天線的焦點。 波導(dǎo)末端的開口面可以看成是一個簡單的口徑天 線，它能夠輻射由波導(dǎo)承載的高頻電磁能量，同時也 能夠接收入射到波導(dǎo)口徑處的電磁波能量。 常見的口徑天線：喇叭天線、反射面天線。 作用：將波導(dǎo)口徑平滑過渡到更大口徑的天線，這樣可 以更有效地向空間輻射功率。 例：衛(wèi)星上的輻射體、標(biāo)量饋源 正焦饋源偏焦饋源 卡塞格倫天線格里高利天線 4、饋源 饋源的主要功能是將天線收集的信號聚集送給高

12、頻頭（LNB）， 饋源在接收系統(tǒng)中的作用是非常重要的。 饋源的種類 l錐形饋源 l環(huán)形饋源 l圓錐饋源 l梯狀饋源 5、LNB高頻頭 高頻頭（Low Noise Block）即下行解頻器，其功能是將由饋源 傳送的衛(wèi)星經(jīng)過放大和下變頻，把Ku或C波段信號變成L波段，經(jīng) 同軸電纜傳送給衛(wèi)星接收機。 l單本振、雙本振單本振、雙本振 l單極化、雙極化單極化、雙極化 l單輸出、雙輸出單輸出、雙輸出 LO（本振頻率）：5150MHz（C-Band）、11300MHz（Ku-Band） 衛(wèi)星電視接收參數(shù) l下行頻率：12395MHz l符號率：27500 l極化方向：垂直極化 問題：若本振固定為問題：若本振固定為5150，能否接收上述，能否接收上述Ku波段節(jié)目？波段節(jié)目？ 中星9號衛(wèi)星技術(shù)參數(shù) 中星9號信號模式：ABS.S 中星9號屬于中國直播衛(wèi)星公司 中星9號參數(shù)：東經(jīng)92.2度 中星9號發(fā)射由長城工業(yè)總公司負(fù)責(zé)