衛(wèi)星通信系統(tǒng)基礎知識

1、衛(wèi)星通信系統(tǒng)基礎知識衛(wèi)星通信簡單地說就是地球上（包括地面和低層大氣中）的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/154369.htm t _blank 無線電通信站間利用衛(wèi)星作為中繼而進行的通信。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2302677.htm t _blank 衛(wèi)星通信系統(tǒng)由 HYPERLINK :/baike.baidu /view/22556.htm t _blank 衛(wèi)星和 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1578430.htm t _blank 地球站兩部分組成。衛(wèi)星通信的特點是：通信范圍大；只要在

2、衛(wèi)星發(fā)射的電波所覆蓋的范圍內，從任何兩點之間都可進行通信；不易受陸地災害的影響（可靠性高）；只要設置地球站電路即可開通（開通電路迅速）；同時可在多處接收，能經濟地實現廣播、多址通信（多址特點）；電路設置非常靈活，可隨時分散過于集中的話務量；同一信道可用于不同方向或不同區(qū)間（多址聯(lián)接）。1、衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本概念系統(tǒng)組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星端、地面端、用戶端三部分組成。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)：星載設備和衛(wèi)星母體。地面站則是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網的接口，地面用戶也可以通過地面站出入衛(wèi)星系統(tǒng)形成鏈路，地面站還包括地面 HYPE

3、RLINK :/baike.baidu /view/3871830.htm t _blank 衛(wèi)星控制中心，及其跟蹤、遙測和指令站。用戶段即是各種用戶終端。衛(wèi)星通信網絡的結構 點對點: 兩個衛(wèi)星站之間互通；小站間信息的傳輸無需中央站轉接；組網方式簡單。星狀網：外圍各邊遠站僅與中心站直接發(fā)生聯(lián)系，各邊遠站之間不能通過衛(wèi)星直接相互通信（必要時，經中心站轉接才能建立聯(lián)系）。網狀網：網絡中的各站，彼此可經衛(wèi)星直接溝通?；旌暇W：星狀網和網狀網的混合形式1.3衛(wèi)星通信的應用范圍 長途 、 電視廣播、娛樂計算機聯(lián)網電視會議、 會議交互型遠程教育醫(yī)療數據應急業(yè)務、新聞廣播交通信息、船舶、飛機的航行數據及軍事通

4、信等1.4衛(wèi)星通信使用頻率電波應能穿過電離層，傳輸損耗和外部附加噪聲應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線電頻譜，防止各宇宙通信業(yè)務之間及與其它地面通信業(yè)務之間產生相互干擾通信采用微波頻段（300MHz-300GHz）注：由于空間通信是超越國界的，頻譜分配是在ITU主管下進行的，1979年世界無線電行政大會（WRAC)分配給衛(wèi)星通信的頻帶包含17個業(yè)務分類，并將全球分為三個地理區(qū)域：區(qū)、區(qū)、區(qū)，我國位于第區(qū)。詳細的頻率分配可查閱到。常用工作頻段 頻段上行頻率下行頻率簡稱C-band6/4GKu-band14/12GKa-band30/20GC波段與Ku波段的比較 C波段

5、Ku波段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波段小，機動靈活受天氣影響較小在惡劣天氣情況下，信號傳輸損耗較大非常適合做傳輸波束窄1.5多址方式在微波頻帶，整個 HYPERLINK :/baike.baidu /view/19448.htm t _blank 通信衛(wèi)星的工作頻帶約有500MHz寬度，為了便于放大和發(fā)射及減少變調干擾，一般在星上設置若干個轉發(fā)器。每個轉發(fā)器被分配一定的工作頻帶。目前的衛(wèi)星通信多采用頻分多址技術，不同的地球站占用不同的頻率，即采用不同的載波。比較適用于點對點大容量的通信。近年來，時分多址技術也在衛(wèi)星通信中得到了較多的應用，即多個地球站占用同一頻帶，但

6、占用不同的時隙。與頻分多址方式相比，時分多址技術不會產生互調干擾、不需用上下變頻把各地球站信號分開、適合數字通信、可根據業(yè)務量的變化按需分配傳輸帶寬，使實際容量大幅度增加。另一種多址技術是 HYPERLINK :/baike.baidu /view/138772.htm t _blank 碼分多址(CDMA)，即不同的地球站占用同一頻率和同一時間，但利用不同的隨機碼對信息進行編碼來區(qū)分不同的地址。CDMA采用了擴展頻譜通信技術，具有抗干擾能力強、有較好的保密通信能力、可靈活調度傳輸資源等優(yōu)點。它比較適合于容量小、分布廣、有一定保密要求的系統(tǒng)使用。1.6衛(wèi)星的運動軌道衛(wèi)星運行的軌跡和趨勢稱為衛(wèi)星

7、運行軌道；其軌道近似于橢圓或圓形，地心就處在橢圓的一個焦點或圓心上。按照軌道平面與赤道平面的夾角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=0）極軌道 （i=90）傾斜軌道（0i90）2、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類、按照工作軌道區(qū)分按照工作軌道區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般分為以下3類：、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(LEO)：距地面5002000Km，傳輸時延和功耗都比較小，但每顆星的覆蓋范圍也比較小，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，信號傳播時延短，所以可支持多跳通信；其鏈路損耗小，可以降低對衛(wèi)星和用戶終端的要求，可以采用微型/小型衛(wèi)星和手持用戶終端。但是 H

8、YPERLINK :/baike.baidu /view/1378963.htm t _blank 低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)也為這些優(yōu)勢付出了較大的代價：由于軌道低，每顆衛(wèi)星所能覆蓋的范圍比較小，要構成全球系統(tǒng)需要數十顆衛(wèi)星，如銥星系統(tǒng)有66顆衛(wèi)星、Globalstar有48顆衛(wèi)星、Teledisc有288顆衛(wèi)星。同時，由于低軌道衛(wèi)星的運動速度快，對于單一用戶來說，衛(wèi)星從地平線升起到再次落到地平線以下的時間較短，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)構成和控制復雜、技術風險大、建設成本也相對較高。、中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(MEO)：距地面200020000Km，傳輸時延要大于低軌道衛(wèi)星，但覆蓋范圍

9、也更大，典型系統(tǒng)是國際 HYPERLINK :/baike.baidu /view/403061.htm t _blank 海事衛(wèi)星系統(tǒng)。中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以說是同步衛(wèi)星系統(tǒng)和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的折衷， HYPERLINK :/baike.baidu /view/265861.htm t _blank 中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)兼有這兩種方案的優(yōu)點，同時又在一定程度上克服了這兩種方案的不足之處。中軌道衛(wèi)星的鏈路損耗和傳播時延都比較小，仍然可采用簡單的小型衛(wèi)星。如果中軌道和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)均采用星際鏈路，當用戶進行遠距離通信時，中軌道 HYPERLINK :/baike.baidu /view/4036790.

10、htm t _blank 系統(tǒng)信息通過衛(wèi)星星際鏈路子網的時延將比低軌道系統(tǒng)低。而且由于其軌道比低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)高許多，每顆衛(wèi)星所能覆蓋的范圍比低軌道系統(tǒng)大得多，當軌道高度為l0000Km時，每顆衛(wèi)星可以覆蓋地球表面的235%，因而只要幾顆衛(wèi)星就可以覆蓋全球。若有十幾顆衛(wèi)星就可以提供對全球大部分地區(qū)的雙重覆蓋，這樣可以利用分集接收來提高 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3834076.htm t _blank 系統(tǒng)的可靠性，同時系統(tǒng)投資要低于低軌道系統(tǒng)。因此，從一定意義上說，中軌道系統(tǒng)可能是建立全球或區(qū)域性 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2

11、1416.htm t _blank 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)較為優(yōu)越的方案。當然，如果需要為地面終端提供寬帶業(yè)務，中軌道系統(tǒng)將存在一定困難，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)。、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)星即可以實現全球覆蓋。傳統(tǒng)的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/484988.htm t _blank 同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術最為成熟，自從同步衛(wèi)星被用于通信業(yè)務以來，用同步衛(wèi)星來建立全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經成為了建立衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式。但是，同步衛(wèi)星有一個不可克服的障

12、礙，就是較長的傳播時延和較大的鏈路損耗，嚴重影響到它在某些通信領域的應用，特別是在 HYPERLINK :/baike.baidu /view/263714.htm t _blank 衛(wèi)星移動通信方面的應用。首先，同步衛(wèi)星軌道高，鏈路損耗大，對用戶終端接收機性能要求較高。這種系統(tǒng)難于支持手持機直接通過衛(wèi)星進行通信，或者需要采用l2m以上的星載天線(L波段)，這就對衛(wèi)星星載通信有效載荷提出了較高的要求，不利于小衛(wèi)星技術在移動通信中的使用。其次，由于鏈路距離長，傳播延時大，單跳的傳播時延就會達到數百毫秒，加上語音編碼器等的處理時間則單跳時延將進一步增加，當移動用戶通過衛(wèi)星進行雙跳通信時，時延甚至將

13、達到秒級，這是用戶、特別是話音通信用戶所難以忍受的。為了避免這種雙跳通信就必須采用星上處理使得衛(wèi)星具有交換功能，但這必將增加衛(wèi)星的復雜度，不但增加系統(tǒng)成本，也有一定的技術風險。目前，同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要用于VSAT系統(tǒng)、電視信號轉發(fā)等，較少用于個人通信。注：在地球表面觀察衛(wèi)星則是靜止的，固定的天線可始終對準衛(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)星總數已超過290顆。、按照通信范圍區(qū)分按照通信范圍區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為 HYPERLINK :/baike.baidu /view/54976.htm t _blank 國際通信衛(wèi)星、區(qū)域性通信衛(wèi)星、國內通信衛(wèi)星。、按照用

14、途區(qū)分按照用途區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為綜合業(yè)務通信衛(wèi)星、軍事通信衛(wèi)星、海事通信衛(wèi)星、電視直播衛(wèi)星等。、按照轉發(fā)能力區(qū)分按照轉發(fā)能力區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為無星上處理能力衛(wèi)星、有星上處理能力衛(wèi)星。3、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點衛(wèi)星通信是現代通信技術的重要成果，它是在地面微波通信和空間技術的基礎上發(fā)展起來的。與電纜通信、微波中繼通信、光纖通信、移動通信等通信方式相比，衛(wèi)星通信具有下列特點：（1）衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域大，通信距離遠。因為衛(wèi)星距離地面很遠，一顆地球同步衛(wèi)星便可覆蓋地球表面的1/3，因此，利用3顆適當分布的地球同步衛(wèi)星即可實現除兩極以外的全球通信。衛(wèi)星通信是目前遠距離越洋 和電視廣播的主要手段。

15、（2）衛(wèi)星通信具有多址聯(lián)接功能。衛(wèi)星所覆蓋區(qū)域內的所有地球站都能利用同一衛(wèi)星進行相互間的通信，即多址聯(lián)接。（3）衛(wèi)星通信頻段寬，容量大。衛(wèi)星通信采用微波頻段，每個衛(wèi)星上可設置多個轉發(fā)器，故通信容量很大。 （4）衛(wèi)星通信機動靈活。地球站的建立不受地理條件的限制，可建在邊遠地區(qū)、島嶼、汽車、飛機和艦艇上。（5）衛(wèi)星通信質量好，可靠性高。衛(wèi)星通信的電波主要在自由空間傳播，噪聲小，通信質量好。就可靠性而言，衛(wèi)星通信的正常運轉率達99.8%以上。（6）衛(wèi)星通信的成本與距離無關。地面微波中繼系統(tǒng)或電纜載波系統(tǒng)的建設投資和維護費用都隨距離的增加而增加，而衛(wèi)星通信的地球站至衛(wèi)星轉發(fā)器之間并不需要線路投資，因此

16、，其成本與距離無關。但衛(wèi)星通信也有不足之處，主要表現在：（1）傳輸時延大。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40000km，電磁波以光速（3108m/s）傳輸，這樣，路經地球站衛(wèi)星地球站（稱為一個單跳）的傳播時間約需。如果利用衛(wèi)星通信打 的話，由于兩個站的用戶都要經過衛(wèi)星，因此，打 者要聽到對方的回答必須額外等待。（2）回聲效應。在衛(wèi)星通信中，由于電波來回轉播需，因此產生了講話之后的“回聲效應”。為了消除這一干擾，衛(wèi)星 通信系統(tǒng)中增加了一些設備，專門用于消除或抑制回聲干擾。（3）存在通信盲區(qū)。把地球同步衛(wèi)星作為通信衛(wèi)星時，由于地球兩極附近區(qū)域“看不見”衛(wèi)星，因此不能利用地球同步衛(wèi)星實現對地球兩極的通信。（4）存在日凌中斷、星蝕和雨衰現象。4、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有以下的發(fā)展趨勢：（1） HYPERLINK :/baike.baidu /view/184142.htm t _blank 地