第六章衛(wèi)星傳輸的基本理論

第六章衛(wèi)星傳輸的基本理論第1頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1衛(wèi)星通信概述6.1.1衛(wèi)星通信的基本概念

1.衛(wèi)星通信?衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉發(fā)無線電信號，在多個地球站（衛(wèi)星接收站）之間進行的通信。2.通信衛(wèi)星的作用?

相當于離地面很高的微波中繼站。第2頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月衛(wèi)星通信的示意圖A、B、C、D、E分別為地球站。并且他們都能同時看到衛(wèi)星，那么，他們之間可經過衛(wèi)星轉發(fā)信號進行時實通信。第3頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月3.立即轉發(fā)式衛(wèi)星通信？在只用一顆衛(wèi)星工作的情況下,只有那些(如A、B兩地球站)能同時“看”到衛(wèi)星的地球站方可利用衛(wèi)星相互轉發(fā)無線電信號進行實時通信.稱為立即轉發(fā)式衛(wèi)星通信。4.延遲轉發(fā)式衛(wèi)星通信？當兩個地球站，若不能能同時“看”到衛(wèi)星,又要利用衛(wèi)星進行通信時,只能采用延遲轉發(fā)式.第4頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月5.同步(靜止)衛(wèi)星全球通信系統(tǒng)

用三顆靜止衛(wèi)星的等間隔配置在地球赤道平面內,這樣三顆衛(wèi)星就可覆蓋整個地球表面,只有南北極附近存在盲區(qū).這三顆衛(wèi)星運行周期為24小時,運行軌道在赤道所決定的平面內，定點高度約為35800Km，衛(wèi)星與地球作切線,其夾角17.340的衛(wèi)星組成。第5頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月

圖7.2.

靜止衛(wèi)星覆蓋區(qū)

第6頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.2衛(wèi)星通信的特點

1.衛(wèi)星通信的優(yōu)點

(1)通信距離遠，覆蓋區(qū)域大(2)可進行多址通信(3)通信頻帶寬，傳輸容量大。由于衛(wèi)星通信使用的是微波頻段（300MHz以上），因而可用頻帶寬、傳輸容量大，目前，衛(wèi)星通信的傳輸帶寬可達500MHz，可傳送10萬路以上的電話信號。

(4)機動靈活

(5)通信線路穩(wěn)定可靠，傳輸質量高第7頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術比較復雜。受太陽能電池的壽命和控制用燃料重量等的限制，衛(wèi)星的工作壽命僅約為7年。

(2)地球高緯度地區(qū)的通信效果不好，兩極地區(qū)為通信盲區(qū)。(3)存在日凌中斷和星蝕現象(4)衛(wèi)星通信傳輸距離太長，因而信號傳輸的時延較大。

2.

靜止衛(wèi)星通信的不足之處第8頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.1.3衛(wèi)星通信的使用頻段衛(wèi)星通信的使用頻段雖然也屬于微波頻段（300MHz—300GHz），但由于衛(wèi)星通信電波傳播的中繼距離遠：要受到對流層中的氧、水和雨、霧的吸收和散射衰減影響；受到宇宙噪聲的影響。衛(wèi)星通信工作頻段的選擇是一個很重要的問題，它將影響到系統(tǒng)的傳輸容量，地球站與轉發(fā)器的發(fā)射功率，天線口徑尺寸的大小和設備的復雜程度以及成本的高低等。第9頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月大氣中各種吸收衰減宇宙噪聲與頻率的關系頻率（GHz）

第10頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月在0.3～10GHz范圍內大氣吸收衰減最小，因此稱此頻段為“無線電窗口”，在衛(wèi)星傳輸中應用最多。在30GHz附近也有一個衰減的低谷，常稱為“半透明無線電窗口”。選擇工作頻段時，應選在這些“窗口”附近。天線接收的外界噪聲要?。簭慕档徒邮障到y(tǒng)噪聲的角度來考慮，工作頻段最好選在l～10GHz之間工作。綜述兩方面考慮，衛(wèi)星通信的工作頻段一般選在l～10GHz范圍內較為適宜，而且最理想的頻段是在4～6GHz附近，該頻段帶寬較寬，便于利用成熟的地面微波中繼傳輸技術，天線尺寸相對來講也比較小。由圖看出，頻率選擇主要受大氣層及外界噪聲的影響：第11頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月國際電聯給衛(wèi)星通信的頻段分配為

1--300GHZ1.特高頻（UHF）波段400／200GHz2.L波段1.6／1.5GHz;3.C波段6／4GHz;4.X波段8／7GHz;5.Ku波段14／11GHz，14／12GHz6.Ka波段30／20GHz上述工作頻段也不是絕對的，隨著通信業(yè)務的增長，人們正在探索應用更高的頻段，直至光波頻段。

第12頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月波段使用

1.早期使用C波段（4/6GHz）:目前大部分民用通信衛(wèi)星，尤其是商用衛(wèi)星使用4／6GHz頻段，上行為5.925~6.425GHz，下行為3.7~4.2GHz，轉發(fā)器帶寬為500MHz。

許多國家的政府和軍事衛(wèi)星使用7／8GHz，上行為7.9~8.4GHz，下行為7.25~7.75GHz。2.近期擴展的Ku波段（11／14GHz）:上行采用14~14.5GHz，下行采用11.7~12．2GHz，或10.95~11.2GHz，3.實驗使用Ka波段（20／30GHz）：上行為27.5~31GHz，下行為17.7~21．2GHz。第13頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2衛(wèi)星傳輸線路

A、B兩個地球站通過衛(wèi)星進行通信的衛(wèi)星傳輸線路是由收發(fā)端地球站，上、下行無線傳輸線路、衛(wèi)星轉發(fā)器。

第14頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月若地球站A所屬用戶要和B地球站所屬用戶通話：A站用戶衛(wèi)星，上行頻率f1衛(wèi)星B站用戶，下行頻率f2B站的用戶要與A站的用戶通話時，與上述過程相似。不過B站的上行頻率要用f3，而且；下行頻率用f4，而且，以避免工作中的相互干擾。此情況下，任意兩個地球站進行雙向通信必須占用4個頻道。第15頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.1衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)中存在的噪聲和干擾

接收機系統(tǒng)內、外噪聲的來源第16頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)中存在的噪聲和干擾：

1．太陽系噪聲

2．宇宙噪聲和大氣噪聲3．降雨噪聲

4．地面噪聲

5．干擾噪聲

天線接收到噪聲的大小可以用天線的等效噪聲溫度Ta表示。

第17頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.2接收機的載噪比C/N與地球站性能因素G/T值

1.接收機輸入端的信號功率接收點的信號功率為：自由空間傳播損耗（GT、GR為1時）:

第18頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月也可進一步寫為第19頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2.接收機輸入端的噪聲功率N由電子線路分析可知，當接收機阻抗匹配時，外部噪聲折算到接收機輸入端的噪聲功率為：

接收端匹配時的熱噪聲功率為N=kTB式中:k=1.38×10-23J／K為波爾茲曼常數，T為接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度，B為等效噪聲帶寬.

第20頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月3.接收機輸入載噪比C/N和地球站性能品質因數G／T值（1）接收機輸入端的信號載波功率，線路噪聲之比為載噪比：

①［C/N］=［PT］+［GT］+［GR］-［Lp］-［kTB］

②［C/N］=［EIRP］+［GR］-［LP］-［kTB］式中:［EIRP］=［PT］+［GT］=10lg(PT·GT)稱為有效全向輻射功率。

第21頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）上行線路［C／N］U［C/N］u=［EIRP］g

+［GRS］-［LPU］-［kTsatBsat］式中：［EIRP］g為地球站有效全向輻射功率，［GRS］為衛(wèi)星接收天線增益，［LPU］為上行傳播衰減；Tsat為衛(wèi)星接收系統(tǒng)的噪聲溫度；Bsat為衛(wèi)星接收系統(tǒng)的帶寬。第22頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（3）下行線路［C／N］D[C/N］D=［EIRP］s+［GR］-［LpD］-［kTtB］式中：［EIPR］S為衛(wèi)星轉發(fā)器的有效全向輻射功率，［LPD］為下行傳播衰減，［GR］為地球站天線接收增益，Tt為地球站接收系統(tǒng)的噪聲溫度；B為地球站接收系統(tǒng)帶寬。

第23頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月由上式可以看出，當設計好衛(wèi)星轉發(fā)器的有效全向輻射功率[EIRP]s之后，若地球站的工作頻率、接收系統(tǒng)帶寬以及下行線路傳輸衰減數值一定，則接收系統(tǒng)輸入端載噪比將由

決定,因而稱為地球站性能因素，簡寫。

值越大，值也越大，表現出地球站接收系統(tǒng)性能越好。地球站性能因素G/T值

第24頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月例如，國際衛(wèi)星組織規(guī)定，A型標準地球站在4GHz，仰角5o時的[G/T]≥40.7dB/K，而對其他頻率工作下的性能因素做出的規(guī)定為：[G/T]＝40.7＋20lgf/4式中，工作頻率f的單位是GHz。第25頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月若考慮整個衛(wèi)星線路時，［C/N］中噪聲溫度擴展為地球站輸入端的噪聲三部分之和T=Tu+Ti+TD

或以噪聲功率方式可表示為：N=kTB=k(Tu+TD+Ti)B式中:Tu:上行線路噪聲溫度;Ti:衛(wèi)星轉發(fā)器的交調噪聲溫度;TD:下行線路噪聲溫度.(4)整個衛(wèi)星線路的C/N第26頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.3衛(wèi)星通信的

（接收系統(tǒng)的品質因素）

模擬通信系統(tǒng)強調信噪比S／N，數字通信系統(tǒng)強調載噪比C／N,它們的值是帶寬函數。缺乏一般性,對不同帶寬的系統(tǒng)不便比較，改用C／T(與帶寬無關)值表示。C/T=C/N·k·BT是接收系統(tǒng)的等效噪聲溫度，包括TU，TD，Ti。第27頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月1.熱噪聲對上下行線路C／T的影響(1)上行線路[C／T]U值為了說明上行線路[C/T]U值與轉發(fā)器輸入信號功率的關系，引入

轉發(fā)器的靈敏度：當衛(wèi)星轉發(fā)器達到最大輸出（飽和）時，其輸入端所需要的最小單位信號功率，即單位面積上的有效全向輻射功率，以功率密度Ws表示：第28頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月［Ws］=［EIRPg

］-［LpU］+[4π/λ2]（1）單載波情況[C／T]U=[C/N]U+[k]+［Bsat］

[C／T]U=[EIRPg]-［LpU］+[GRS/Tsat]因第29頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月[EIRP]gM=[EIRP]gs-[BO]i

式中:[EIRP]gs表示轉發(fā)器在單波工作時的值;[EIRP]gM表示在多載波工作時的值;[BO]i輸入補償.與之對應的[C／T]U和[C／T]Um

表示:（1）多載波情況第30頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2.下行線路的(C／T)D值

單載波情況［C／T］D=［EIRP］s-［LpD］+［GR／TD]多載波情況[EIRP]sM=[EIRP]ss-[BO]0式中:[EIRP]s表示轉發(fā)器在單波工作時的值;[EIRP]sM表示在多載波工作時的值;[BO]0輸出補償.［C／T］DM=［EIRP］SS-［BO］0-［LPD］＋［GR／TD］第31頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.2.3.2交調噪聲對C／T值的影響

在采用FDMA方式的衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，若轉發(fā)器中輸出波管工作在大信號的非線性區(qū)時，將會在放大多個不同頻率的載波時產生交調噪聲

［C／T］i=［C/N］i+10lg(1.38×10-23)+［B］

［C／T］i=［C/N]i-228.6+[B]第32頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月當輸出補償減小時，衛(wèi)星的[EIRP]sM要增大，這可使[C/T]D得到改善，但將會因行波管的非線性使[C/T]I降低（這是因內部噪聲增大，使行波管的等效噪聲溫度增大，而使C/T降低）。因此，為了使衛(wèi)星線路得到最佳的傳輸特性，必須選擇適當大小的補償值。［C／T］DM=［EIRP］S

S-［BO］0-［LPD］+［GR／TD］應適當選擇補償值大小，例如第33頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月3.衛(wèi)星線路的C／T值

Nt=NU+Ni+ND=K(TU+Ti+TD)B=KTtB三部分噪聲總和的C／T值：

第34頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月當輸入補償[BO]i改變時，會使[C/T]UM[C/T]IM、[C/T]DM和[C/T]IM都變化，可以通過改變[BO]i值，使系統(tǒng)[C/T]tM達到一個最佳值。在IS―IV衛(wèi)星系統(tǒng)中，當[BO]i＝11dB時，可使系統(tǒng)的[C/T]tM達到最佳值時。

第35頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月4.門限余量［M］th

在實際工作時的［C／T］值應超過門限［C／T］th。為使衛(wèi)星線路參數滿足通信質量要求，必須留有一定的“門限余量”

［M］th=［C/T］實際-［C/T］th第36頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月例：已知條件如下圖所示，設衛(wèi)星轉發(fā)器工作在單載波狀態(tài)，分別求出衛(wèi)星線路的上行和下行的值。

第37頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月解：（1）衛(wèi)星上行線路的

由題設條件知：＝43＋63＝106dBW，＝200.6dB，

＝17.5dB，

＝10lg50=17dBK＝106－200.6＋17.5－17＝－94.1（dB/K）第38頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）衛(wèi)星下行線路的

由題設條件知：

＝22dBW＝32.44＋20lg20000＋20lg4000

＝32.44＋86＋72＝190.4（dB）

＝59.4dB,＝10lg40＝16dBK＝22－116.44＋45.4＝－49.04（dB/K）

第39頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3

衛(wèi)星通信的多址連接

多址聯接：指多個地球站發(fā)射的信號，在共用衛(wèi)星轉發(fā)器的射頻信道上，按預先設計的復用方式——頻分復用(FDM)、時分復用(TDM)、碼分復用(CDM)等實施復用，再將復用后的信號發(fā)射回各地球站,地球站再從中選出本地球站應接收的信號。多址聯接是指不同地點用戶的多點間的通信。對于“衛(wèi)星通信”而言，就是“一點對多點”通信。第40頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月多址連接主要解決各地球站能從接收到的衛(wèi)星信號中判別哪些信號是來自哪個地球站的，其中哪些信號是屬于本站的。第41頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月多址方式的基本概念1.頻分多址(FDMA)——指各地球站所占用的衛(wèi)星轉發(fā)器的頻段不同。2.時分多址(TDMA)——指各地球站所占用的衛(wèi)星轉發(fā)器的時隙不同。3.碼分多址(CDMA)—指各地球站所使用的衛(wèi)星轉發(fā)器的碼型不同。4.空分多址(SDMA)——指各地球站所指向的空間方位不同。第42頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3.1頻分多址(FDMA)方式

1.頻分多址的原理衛(wèi)星轉發(fā)器按預先確定的不同載波頻率的原則，把來自各地球站的上行信號配置在轉發(fā)器頻帶內的某一位置上。各站接收時，根據載波的不同就能區(qū)分各地球站，判斷接收到的信號來自哪個地球站。第43頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月

頻分多址方式的原理框圖

第44頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月FDM/FM/FDMA方式原理圖

fAfA′第45頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月

A站——F站通信過程

當A站用戶與F站的用戶通話時，就把各個話路復用到給F站的基群內，然后用基帶信號對A站的發(fā)射載波fA進行調頻，并向衛(wèi)星發(fā)射。

F站收到經衛(wèi)星轉發(fā)的載頻為fA′的信號后，通過接收機的解調器和濾波器選出發(fā)給本站的基群，再經長途電話局將各路電話信號送到被呼叫的用戶。第46頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月其它各站之間的工作情況基本相同，只是載波頻率不同?？梢钥闯?，任一地球站為了接收其它地球站的信號，必須具有除本站以外的所有下行線頻率的接收電路。第47頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2.FDMA方式分類

1)多路單載波傳輸頻分復用／調頻／頻分多址(FDM／FM／FDMA)

在發(fā)端地球站先對多路電話單邊信號進行頻分復用(FDM),再采用調頻方式FM調制到衛(wèi)星射頻載波上,最后將已調波發(fā)射到衛(wèi)星轉發(fā)器.在衛(wèi)星轉發(fā)器中進行頻分多址聯接.此方法適用于大容量線路.第48頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2)單路單載波傳輸(SCPC--FDMA)

每路話路對一個射頻載波進行調制,并將其發(fā)射到衛(wèi)星轉發(fā)器上,再進行頻分多址聯接.此方法適用于站多而容量小線路.特點:技術成熟,設備簡單,但頻率利用低,存在互調干擾.

第49頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3.2時分多址(TDMA)方式

整個系統(tǒng)或各個地球站都使用同一上行、下行載波，即處于單載波工作。時分多址方式是各個地球站只能在指定的時間內向衛(wèi)星發(fā)射，衛(wèi)星轉發(fā)器將這些不同時刻進來的信號依次互不重疊地排列起來的方式。衛(wèi)星轉發(fā)器將它們放大后，重新發(fā)回地面，地球站從中提取出各站所需的業(yè)務信號。第50頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月TDMA方式工作原理示意圖

第51頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月時分多址通信過程①每個地球站，只能在指定的時間內向衛(wèi)星發(fā)送脈沖序列一分幀。N個分幀組成一個時幀（占125μs）。因此，衛(wèi)星轉發(fā)器在不同時刻收到各地球站發(fā)來上行信號而互不重疊。②每個地球站可以同時接收衛(wèi)星轉發(fā)器發(fā)射下行信號，但只取出送給本站的某個時隙信號。第52頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月整個系統(tǒng)的所有地球站時隙在衛(wèi)星內占有的整個時段，稱為衛(wèi)星的一個（TDMA）時隙，每個地球站所占用的時隙叫做分幀。為了使各分幀互不重疊，各地球站應有準確的發(fā)射時間。要確定各站準確的發(fā)射時間，必須建立系統(tǒng)共同的時間基準，稱為系統(tǒng)定時。

第53頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月TDMA方式有以下特點：（1）TDMA方式屬于“間歇”通信形式，不同于一般的連續(xù)通信。因此，為了保證用戶信息傳輸的連續(xù)性，對輸入的數據率需要按以下關系作“變速”處理，即

式中：RB是數據突發(fā)速率；Ri是輸入的數據率；是時幀長度；是分幀長度。

第54頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（2）TDMA方式是一種無交調多址連接方式，不會出現強信號對弱信號的抑制現象。（3）TDMA具有數字通信的許多優(yōu)點。第55頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月由于各地球站相互關聯，需要精確的同步，考慮到衛(wèi)星上設備應盡量簡單，以提高可靠性和避免衛(wèi)星發(fā)射的復雜性，所以系統(tǒng)捕捉與同步一般均須在地球站中進行，因而引入了長時延鎖相，快速鎖定等一系列問題，技術設備比較復雜。

TDMA方式的缺點：第56頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3.3碼分多址(CDMA)方式

碼分多址(CDMA)：各地球站信號先分別進行某種編碼變換，使形成某種正交信號組，然后進行正交傳輸的多址連接方式。第57頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2.CDMA系統(tǒng)示意圖第58頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月3.碼分多址特點(1)每個地球站所發(fā)射的上行信號，均可占用衛(wèi)星轉發(fā)器的整個頻帶。而且，地球站上行時間也是隨機的。(2)不同地球站用不同結構的地址碼，對各自時分復用的話路進行編碼變換。然后，分別進行調制及頻率變換送至衛(wèi)星轉發(fā)器。4.分類（1）直接序列碼分多址(CDMA/DS)系統(tǒng)（2）跳頻碼分多址(CDMA/FH)系統(tǒng)第59頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月實現CDMA方式的基本技術是擴頻技術。直接序列(DS)擴譜方式的基本原理：在CDMA方式中，發(fā)送信號是經過兩次調制后形成的：首先把速率為的二進制基帶信號用數字方式調制（叫一次調制）到射頻載波上；然后，用這個一次調制的數字已調波再去調制一個速率為(通常)的偽隨機碼擴頻信號（也叫地址碼），使頻譜擴展（叫二次調制），最后發(fā)射給衛(wèi)星。第60頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月相反，接收端首先用接收機產生的本地偽隨機碼對所接收的信號進行相關處理，只要接收機內產生的本地碼序列及其相位與哪一路接收機信號的地址碼相一致，經過相關處理后，就能解調出所需的一次調制信號。而其他信道的頻譜擴展信號將成為背景噪聲；傳輸系統(tǒng)的熱噪聲經相關處理后仍是背景熱噪聲，其功率譜密度并沒有變化；當疊加有干擾信號時，經擴頻解調后使干擾信號的頻譜被擴展，變?yōu)楸尘霸肼暋５?1頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.3.4空分多址(SDMA)方式

空分多址是利用空間波束指向進行劃分的多址聯接方式的簡稱,即SDMA方式。定義:在衛(wèi)星上安裝多副窄波束天線,分別指向不同地域的地球站的地址，用該方式可實現的多址聯接。第62頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月實際應用中，一般很少使用單獨SDMA方式，而是與其它多址聯接方式結合使用，典型方式是TDMA/SS/SDMA(時分多址/衛(wèi)星轉接/空分多址)方式。有時簡稱SS/TDMA方式。圖示的是三個波束區(qū)的地球站進行多址通信。該系統(tǒng)中三個天線波束A、B、C分別覆蓋三個通信區(qū)域，每個區(qū)域均包括若干個地球站。第63頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7-21TDMA/SS/SDMA方式原理圖第64頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月A波束區(qū)域與B、C波束區(qū)域通信過程設A波束區(qū)域內某一地球站的一個用戶與B、C波束區(qū)域內某地球站的用戶通信，那么A區(qū)某地球站先把要于B、C通話的多路信號進行TDM，如AB、AC和AA組成一個時幀，同理B、C區(qū)也這樣做。將復用后信號調制成上行信號發(fā)射至衛(wèi)星，不同波束區(qū)域的時分信號衛(wèi)星通過時分開關矩陣網絡對其重新編排，成為下行TDMA時幀如發(fā)往A區(qū)的CA、BA和AA組成一個TDMA時幀。發(fā)往B、C區(qū)也同理。第65頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4.1衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的組成衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)是由地球站、通信衛(wèi)星、跟蹤遙測及指令系統(tǒng)和監(jiān)控管理分系統(tǒng)四大部分組成。6.4衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的應用

第66頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4.1.1地球站的組成地球站是衛(wèi)星傳輸系統(tǒng)的主要組成部分,所有的用戶終端將通過它接入衛(wèi)星通信線。作為典型的標準地球站一般包括天線分系統(tǒng)、收、發(fā)射機分系統(tǒng)、信道終端設備分系統(tǒng)、信道控制分系統(tǒng)、終端接口設備和電源分系統(tǒng)六個分系統(tǒng)組成。第67頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月衛(wèi)星通信地球站的總體方框圖第68頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4.1.2

通信衛(wèi)星的組成1.通信衛(wèi)星運行軌道衛(wèi)星的運動路線稱為衛(wèi)星運動軌道，它所在的平面稱為軌道平面。1）衛(wèi)星運行軌道分類：(1）赤道軌道：位于赤道上空的軌道。(2）極軌道：經過南北極上空的軌道。(3）傾斜軌道：不經過南北極上空，且不經過赤道上空的軌道。如下圖所示。第69頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月傾角不同的衛(wèi)星軌道圖

衛(wèi)星軌道高度的劃分

第70頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2）軌道高度分類

(1)低軌道衛(wèi)星（LEO）：衛(wèi)星高度h＜5000km，運行周期約為2～4h；(2)中高度衛(wèi)星（MEO）：5000＜h＜20000km，運行周期約為4～12h(3)高軌道衛(wèi)星（GEO）：h＞20000km，運行周期＞12h；（靜止衛(wèi)星屬于高軌道）第71頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月（1）同步衛(wèi)星:其運行周期恰好為23小時56分4.09秒（2）非同步衛(wèi)星

作為通信用衛(wèi)星，不一定都要使用同步衛(wèi)星。根據使用目的和發(fā)射條件的不同，可以有不同高度和不同運動軌道。

3)按衛(wèi)星的運轉周期及衛(wèi)星同地球相對運動關系分類：第72頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月2、衛(wèi)星的攝動1）攝動：對靜止衛(wèi)星來說，由于地球結構的不均勻和太陽、月亮引力的影響等，（將使衛(wèi)星的軌道參數隨時發(fā)生變化），造成衛(wèi)星偏離理想軌道的現象稱為攝動。2）引起攝動的原因(1)太陽和月亮對衛(wèi)星的影響。(2)地球引力場不均均的影響(3)地球大氣阻力的影響(4)太陽輻射壓力的影響

第73頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月3、通信衛(wèi)星(中繼器)的組成

通信衛(wèi)星主要作用：中繼器即為各地球站轉發(fā)無線電信號，以實現它們之間的通信。通信衛(wèi)星組成：主要由天線分系統(tǒng)，通信分系統(tǒng)(轉發(fā)器)，遙測指令分系統(tǒng)，控制分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)五部分組成，其簡化方框圖如圖所示。第74頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月圖7.6通信衛(wèi)星組成方框圖第75頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月微波天線:全球波束天線(喇叭形)，區(qū)域波束天線和點波束天線。甚高頻全方向天線:全方向天線有鞭狀，螺旋形，繞桿式天線等(2)通信分系統(tǒng)

靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)也叫轉發(fā)器或中繼器。它實質上是一部寬頻帶收、發(fā)信機。通常一個衛(wèi)星上有若干個轉發(fā)器，每個轉發(fā)器覆蓋一定頻段即上、下頻率值都不同。(1)天線分系統(tǒng)第76頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月(3)遙測與指令系統(tǒng)

①遙測部分②遙控指令

(4)控制分系統(tǒng)

(5)電源分系統(tǒng)

通信衛(wèi)星的電源有太陽能電池和化學電池。①太陽能電池太陽能電池是通信衛(wèi)星的基本電源，由光電器件組成。

第77頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月②化學電池在通信衛(wèi)星上裝有可以充、放電的化學電池與太陽能電池并用。在沒有日蝕期間和衛(wèi)星未進入地球陰影區(qū)內時，使用太陽能電池供電，并向化學電池充電。在衛(wèi)星進入地球陰影區(qū)或日蝕期間，則采用化學電池供電。(6)溫控系統(tǒng)

第78頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月6.4.2衛(wèi)星通信的應用舉例

第79頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月衛(wèi)星通信實際上就是利用通信衛(wèi)星作為中繼站的一種特殊的微波中繼通信方式。應用非常廣泛，幾乎可應用于所有公用和專用通信中遠距離的中繼傳輸中。

一．衛(wèi)星通信在中繼傳輸中的應用衛(wèi)星通信在局域/城域網互聯中作為中繼傳輸方面的應用。

第80頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月第81頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月二．衛(wèi)星通信在海事通信中的應用國際海事通信衛(wèi)星組織（INMARSAT）成立于1979年，我國也是成員國之一。INMARSAT的國際海事衛(wèi)星系統(tǒng)(INMARST)正為海上、空中和陸地提供移動通信業(yè)務。INMARST是目前全球移動衛(wèi)星通信業(yè)務的主要提供者。INMARST系統(tǒng)由船站、岸站、通信衛(wèi)星和網絡協(xié)調站組成，整個系統(tǒng)組成如圖所示。第82頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月第83頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月整個INMARST系統(tǒng)有一個網絡操作控制中心（OOC），若干個網絡協(xié)調中心(NCS),所有的NCS有OCC控制，每個NCS控制若干個岸站(CES)。系統(tǒng)中有4顆（或8顆）通信衛(wèi)星。

第84頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月三、衛(wèi)星通信在移動通信系統(tǒng)中的應用目前典型的商用衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)有：靜止軌道衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)INMARST系統(tǒng)中軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)ICO系統(tǒng)（國際海事衛(wèi)星通信組織）低軌衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)Iridium系統(tǒng)（美國Motorola公司）、GlobalStar系統(tǒng)（美國Loral和Qualcomm公司）

第85頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月Iridium系統(tǒng)結構

第86頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月Globalstar系統(tǒng)結構

第87頁，課件共94頁，創(chuàng)作于2023年2月小

結衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，轉發(fā)無線電信號，在多個地球站之間進行的通信。衛(wèi)星通信具有通信距離遠，且電路費用與通信距離無關；覆蓋面積大，可進行多