卫星通信基本概念及其系统组成

卫星通信基本概念及其系统组成第一页，共三十四页。第1章卫星通信概述1.1卫星通信的基本概念和特点

1.2卫星通信地球站

1.3通信卫星（组成、轨道及星座设计）

1.4卫星通信工作频段的选择及电波传输的特点

1.5卫星通信的发展第二页，共三十四页。通信：有线通信和无线通信有线通信：光纤、电缆、明线无线通信：短波通信、微波中继通信、地面蜂窝移动通信、卫星通信、无线局域网等卫星通信是个人通信网的组成部分，是地面通信网的补充。第三页，共三十四页。基本概念

通信：信息的传递（传递含有信息的消息）。

消息：以某种形式对主、客观事物运动状态的具体描述。语音、文字、图像、数据等在通信中可以认为是通信传输的具体对象信息：消息中所包含的对收信者有用的内容，或者说是收信者感兴趣的那部分内容。第四页，共三十四页。1.1.1卫星通信的基本概念

卫星是指在围绕行星的轨道上运行的天然天体或人造天体，如月球是地球的卫星。

1.1卫星通信的基本概念和特点

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。其无线电波频率使用微波频段(300MHz～300GHz，即波段1m～1mm)。

卫星通信系统指利用人造地球卫星在地球站之间进行通信的通信系统。

通信卫星指用于实现通信目的的人造卫星。

卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接力向太空的延伸。第五页，共三十四页。第六页，共三十四页。

图1-1卫星通信过程示意图第七页，共三十四页。第八页，共三十四页。通常以空间飞行器或通信转发体为对象的无线电通信称为空间通信(宇宙通信)，它包括三种形式：

(1)地球站与空间站之间的通信；

(2)各空间站之间的通信；

(3)通过空间站的转发或反射进行的各地球站之间的通信。

把第三种形式的空间通信称为卫星通信，这里说的地球站是指设在地球表面(包括地面、海洋或大气层)的通信站。第九页，共三十四页。2、对地静止卫星：相对于地球表面上的任一点，卫星的位置保持固定不变。1、对地非静止卫星：相对于地球表面上的任一点，卫星的位置不断地变化。又称运动卫星。几个概念第十页，共三十四页。

静止轨道必须具备以下三个条件：卫星绕地球公转的方向和周期与地球自转的方向和周期相同(T=23:56:4.09)；轨道面与赤道面重合；轨道是圆轨道。注意：静止卫星与同步卫星的区别第十一页，共三十四页。自然静止轨道人工静止轨道（自然静止轨道：以地心为圆心，半径为42164.6公里，运行方向与地球自转方向一致）

在理想情况下，卫星入轨后，无需再为克服地心引力而消耗能量，故称之为“自然的”。（地球半径为6378公里，则卫星距离地面的高度为35786公里）

其轨道称为对地静止轨道，对地静止轨道有自然的和人工的两种。第十二页，共三十四页。人工静止轨道自然静止轨道

近年来，为了克服卫星通信传输时延长的缺点，有人提出了低高度的人工对地静止通信卫星的设想，在地面上不断地向卫星发射激光或微波能量，以供给卫星用以克服地心的引力，保持卫星正常运转。第十三页，共三十四页。

3、上行链路：从地球站发射信号到通信卫星所经过的通信路径。

4、下行链路指通信卫星将信号转发到其它地球站的通信路径。

当卫星运行轨道较高时，相距较远的两个地球站可同时“看”到卫星，这样就可采用立即转发方式。

只用一颗卫星就能实现立即转发通信，这种系统称为立即转发式卫星通信系统。第十四页，共三十四页。当卫星运行轨道较低时，相距较远的两个地球站不能同时“看”到同一颗通信卫星，若采用立即转发方式，就必须利用多颗卫星转发，才能进行远距离实时通信，其通信链路会增加同轨道通信卫星的星间链路(InterSatelliteLinks，ISL)或不同轨道通信卫星的星际链路(Inter-OrbitLinks，IOL)，这种系统就是通常所说的低轨道移动卫星通信系统。否则，就只能采用延迟转发方式进行通信，这种系统则称为延迟式卫星通信系统。第十五页，共三十四页。1.1.2卫星通信的特点

优点：

（1）通信距离远，且费用与通信距离无关。

（2）覆盖面积大，可进行多址通信。

（3）通信频带宽，传输容量大。

（4）机动灵活。

（5）通信链路稳定可靠，传输质量高。第十六页，共三十四页。

局限性：

（1）通信卫星使用寿命较短。

*部件故障导致的不可修复

*推进剂携带量有限

控制卫星入轨

推进剂的应用轨道位置保持

姿态保持

（2）存在日凌中断和

星蚀现象。图1-4静止卫星的日凌中断和星蚀现象

第十七页，共三十四页。静止卫星的星蚀

卫星、地球、太阳共处在一条直线上，且地球挡住了阳光,静止卫星处于地球的阴影区，导致卫星上的太阳能电池无法正常工作。第十八页，共三十四页。

星蚀现象发生在每年春分和秋分前后各23天，每天当卫星星下点进入当地时间午夜前后。春分秋分第十九页，共三十四页。静止卫星的日凌中断

卫星处在太阳与地球之间，地球站的天线对准卫星的同时，也对准了太阳，这样大量的太阳噪声进入地球站接收设备，导致通信中断。第二十页，共三十四页。春分秋分

日凌中断现象发生在每年春分和秋分前后，当卫星星下点进入当地时间中午前后。第二十一页，共三十四页。（3）电波的传播时延较大且存在回波干扰。

（4）卫星通信系统技术复杂。

（5）静止卫星通信在地球高纬度地区通信效果不好，并且两极地区为通信盲区。第二十二页，共三十四页。1.1.3卫星通信系统的组成和分类

1.卫星通信系统的组成

卫星通信系统通常由通信卫星、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统，以及监控管理分系统四部分组成。

图1-5卫星通信系统的组成由一颗或多颗通信卫星组成，在空中对发来的信号起中继放大和转发作用。每颗通信卫星均包括收发天线、通信转发器、跟踪遥测指令、控制和电源等分系统。其作用是对卫星进行跟踪测量，控制卫星准确地进入静止轨道上的指定位置，并对卫星的轨道、位置、姿态进行监视和校正包括地球站和通信业务控制中心，其中有天馈设备、发射机、接收机、信道终端、跟踪与伺服系统等。其作用是对在轨道上的卫星的通信性能及参数进行业务开通前的监测和业务开通后的例行监测与控制，其中包括转发器功率、天线增益、地球发射功率、射频频率和带宽等，以保证通信卫星正常运行和工作。第二十三页，共三十四页。(1)通信卫星：由一颗或多颗通信卫星组成，在空中对发来的信号起中继放大和转发作用。每颗通信卫星均包括收发天线、通信转发器、跟踪遥测指令、控制和电源等分系统。

(2)通信地球站分系统：包括地球站和通信业务控制中心，其中有天馈设备、发射机、接收机、信道终端、跟踪与伺服系统等。

(3)跟踪遥测及指令分系统：其作用是对卫星进行跟踪测量，控制卫星准确地进入静止轨道上的指定位置，并对卫星的轨道、位置、姿态进行监视和校正。

(4)监控管理分系统：其作用是对在轨道上的卫星的通信性能及参数进行业务开通前的监测和业务开通后的例行监测与控制，其中包括转发器功率、天线增益、地球发射功率、射频频率和带宽等，以保证通信卫星正常运行和工作。

第二十四页，共三十四页。系统组成另一种说法

卫星通信系统的组成还可以分为空间段、地面段和用户段三部分。

空间段

主要是卫星本身。星体包括两大子系统：

有效载荷——天线分系统、通信分系统(转发器)

空间平台——遥测指令分系统、控制分系统和电源分系统等地面段(地球站群)

典型的地面段即地球站，通信地球站由天线馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端设备等组成。还包括监控中心：地面卫星控制中心（SCC,Satellitecontrolcenter）及其跟踪、遥测和指令站（TT&C,Tracking,telemetryandcommandstation）。用户段：各种用户终端第二十五页，共三十四页。监控中心监控管理分系统——对在轨卫星的通信性能及参数进行业务开通前的监测和业务开通后的例行监测和控制，以保证通信卫星的正常运行和工作；跟踪遥测及指令分系统——对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置，并对在轨卫星的轨道、位置及姿态进行监视和校正。第二十六页，共三十四页。(3)控制段：由所有地面控制和管理设施组成，它既包括用于监测和控制(跟踪遥测及指令系统)这些卫星的地球站，又包括用于业务与星上资源管理的地球站。(1)空间段：包括通信系统中所有的处在地球外层空间的卫星，其作用是在空中对地面或其它卫星发来的信号起中继放大和转发作用。(2)地面段：主要由多个承担不同业务的地球站组成，它们按照业务类型，大致分为用户站(如手机、便携设备、移动站和小口径终端VSAT，可以直接连接到空间段)、接口站(又称关口站，它将空间段与地面网络互连)和服务站(如枢纽站和馈送站，它通过空间段从用户处收集信息或向用户分发信息)。第二十七页，共三十四页。卫星通信系统组成空间段：转发无线电信号，要求放大，且尽量无失真，无噪声；地面段：放大、发射、接收信号等；监控中心：保证通信卫星正常运转，通信网络正常工作，对地球站的方向图、功率和频率进行监测。第二十八页，共三十四页。空间段第二十九页，共三十四页。地面段第三十页，共三十四页。用户段第三十一页，共三十四页。补充：卫星通信系统工作方式单跳工作方式(只经卫星一次转发)

双跳工作方式及示意图(经卫星两次转发)

双星双跳单星双跳第三十二页，共三十四页。卫星通信系统工作方式A:用于国际通信，两个地球站看不到同一颗卫星，传输时延大；B:用于星形网，平时不通信，需要时进行通信，不允许国内话音通信，用于数据通信。第三十三页，共三十四页。