卫星通信简介

1卫星通信简介卫星通信定义什么是卫星通信？卫星通信，就是地球上的无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站转发无线电波进行的通信。卫星功能：接收信号改变信号的频率放大信号转发信号2卫星的运动轨道卫星运行的轨迹和趋势称为卫星运行轨道；其轨道近似于椭圆或圆形，地心就处在椭圆的一个焦点或圆心上按照轨道平面与赤道平面的夹角i（轨道倾角）的不同，地球卫星的轨道有赤道轨道（i=0º）、极轨道（i=90º）、倾斜轨道（0º<i<90º）之分3倾斜轨道赤道轨道极轨道卫星的运动轨道45卫星的分类按照轨道高度不同可分为：静止轨道卫星（GEO）卫星在接近36000km的赤道平面上低轨道卫星（LEO）卫星高度在700～5000km中轨道卫星（MEO）卫星高度在5000～20000km高轨道卫星（HEO）卫星高度>20000km赤道轨道极地轨道倾斜轨道GEO：高轨道，距地35786公里。又称地球同步轨道或静止轨道。在该轨道上运行的卫星围绕地球转动的速度与地球自转的速度相同。从地面上看，卫星似乎是静止的。MEO：中轨道，距地<20000公里LEO：低轨道，距地约700－

1500公里LEOMEOGEO地球1000公里20000公里35786公里6同步卫星特点：卫星轨道在地球赤道面上轨道半径约42,164km（卫星距地面高度为35786公里）与地球旋转方向和周期相同用三颗等间隔静止卫星就可以实现全球通信注：在地球表面观察卫星则是静止的，固定的天线可始终对准卫星，窄波束天线需要跟踪系统。目前，全球同步轨道商用通信卫星总数已超过290颗常用工作频段9频段上行频率下行频率简称C-band5.85-6.65GHz3.4-4.2GHz6/4GKu-band14.0-14.5GHz12.25-12.75GHz14/12GKa-band27.5-31GHz17.7-21.2GHz30/20G也有如下的频段划分：

UHF（特高频）：0.3-3GHz分米波SHF（超高频）：3-30GHz厘米波EHF（极高频）：30-300GHz毫米波C波段易受地面干扰天线口径较大受天气影响较小非常适合做传输卫星通信使用频率特点：电波应能穿过电离层，传输损耗和外部附加噪声应尽可能小有较宽的可用频带，尽可能增大通信容量较合理的使用无线电频谱，防止各宇宙通信业务之间及与其它地面通信业务之间产生相互干扰通信采用微波频段（300MHz-300GHz）Ku波段抗地面微波干扰性好天线口径较C波段小，机动灵活，适合做应急、车载波束窄在浓云、密雾、暴雨等恶劣天气情况下，信号传输损耗较大11卫星通信特点：路径时延长广播特性覆盖区域大通信容量大建站成本及通信费用与距离无关很少受地理条件的限制抗自然灾害能力强机动灵活可自发自收进行监测有日凌中断和星蚀现象，存在空间干扰问题12卫星通信的特点[1]路径时延长(RTD)信号以光速到卫星并返回，轨道海拔高度是36000公里,从地面达到卫星需要较长时间，并在地面不同的地点由于到卫星的距离不同，延时略有差别。长时延将影响话音质量。长时延将影响TCP/IP数据传输。13卫星通信特点[2]广播特性大范围直接广播功能是卫星通信主要特点之一。这一特点是其他通信方式不能代替的。建立在此特性基础上的通信业务有：数字卫星电视直播——DVB/MPEG-2

宽带Internet接入——DVB-RCS14覆盖范围域大一个卫星可以覆盖1/3地球表面积同步轨道三颗卫星可以覆盖全球

卫星通信特点[3]通信容量大除光纤外通信容量最大的通信系统工作于C、Ku频段，目前又向Ka频段发展C、Ku频段一般可用带宽为500MHz，Ka频段可用带宽为3.5GHz卫星通信特点[4]16星蚀所有静止卫星在每年春分和秋分前后各23天中，当星下点（卫星与地心连线同地球表面的交点）进入当地时间午夜前后，卫星、地球和太阳共处在一条直线上，卫星进入地球阴影区而造成星蚀；此时一般靠星载蓄电池来供给能源卫星位置西移1º，星蚀开始时间可推迟4分钟，东移1º则可提前4分钟日凌中断在每年春分秋分前后，当卫星星下点进入当地中午前后时，卫星处在太阳和地球中间，天线在对准卫星的同时也会对准太阳，会因接收到强大的太阳热噪声而使通信无法进行，称为日凌中断（每次延续约6天）；月亮也会引起类似问题，但其噪声比太阳小的多，不会造成中断每天出现中断的最长时间与天线口径、工作频率有关星蚀及日凌中断17

星蚀及日凌中断示意图1718

卫星通信的发展方向目的：在有限的空间、频率、功率等资源下，达到最大的通信容量。轨道位置密集、一个轨位多颗星等；卫星向多频段、高功率、大天线、多波束发展；卫星轨位及姿态的控制精度要求；地面设备信道利用率的要求（本着节省频率及功率资源，但保证通信质量）；天线的极化隔离度及旁瓣的要求。

卫星通信的应用范围长途电话、传真电视广播、娱乐计算机联网电视会议、电话会议交互型远程教育医疗数据应急业务、新闻广播交通信息、船舶、飞机的航行数据及军事通信等通信卫星——通信分系统设备功能天线：1、将接收到电磁波变换成电信号；2、将电信号变换成电磁波辐射出去；接收机将卫星天线收到的微弱电信号滤波并放大；变频器：将接收机放大后的电信号变换频率；带通滤波器只通过某一段频率的信号，滤除其他频段的信号，工作在不同频段的带通滤波器把500MHz频段分成若干个通道。发射机：将变换频率后的电信号高倍数放大；转发器通常是指带通滤波器和发射机组成的单元，讲到转发器技术指标时，还包括天线、接收机、变更器等卫星有效载荷其他单元指标。

卫星通信系统的基本组成通信卫星基本作用是为各地球站转发无线电信号，以实现他们之间的多址通信。主要组成为转发器（微波收、发信机）、天线和保障星体正常工作的遥测指令、控制系统和能源装置等组成。位置保持静止通信卫星会受地球、月球、太阳及其它星球的引力作用而发生漂移；其中，太阳和月球的引力使静止卫星在南北方向上缓慢漂移，而地心引力的不均匀会导致卫星瞬时速度的起伏，使其在东西方向上漂移。通常卫星上装有用于位置保持的喷气推进器，并备有动力原料，通过地面测控站定期控制推进器的工作，修正卫星的轨道位置，保证其位置精确度在要求范围内。姿态稳定静止通信卫星在太空中需要以正确的姿态面队地球并保持稳定，以保证星上定向辐射的通信天线照射到地球上的通信区域，太阳能电池板能良好的采集阳光等。常用的姿态控制方法有：自旋稳定三轴稳定常用的基本概念基带信号

调制器输入或解调器输出的信号

IF信号

在中频频率上的已调信号(70MHz或140MHz)L-Band信号

在L频带上的已调信号(950-1450MHz)，有时也把L-BAND信号称为IF信号，因IF的本意为中间频率，其实是一个过渡频率RF信号

在C频段或Ku频段上的已调信号25

上/下行链路26上行链路：地面站向卫星发射的载波链路下行链路：卫星向地面站发射的载波链路27极化极化与极化波的基本概念极化所谓极化通常是指在与电磁波传播方向垂直的平面内，瞬时电场矢量的方向。极化波的分类根据电场矢量的空间轨迹形状，可分为(正交)线极化波，圆极化波和椭圆极化波三大类。线极化波：电场矢量的方向始终为一条直线，幅度随时间变化。正交线极化又分为垂直极化和水平极化。对于星上天线：与卫星轨道平面平行为水平极化，与卫星轨道平面垂直为垂直极化对于地面天线：平行大地水平面为水平极化，垂直大地水平面为垂直极化

28极化隔离的作用水平与垂直极化波之间，左旋与右旋极化波之间的能量耦合，即极化隔离。指标用极化隔离度来衡量。两个波束的指向区域相互重叠，使用的频带相同，依靠正交极化方法，达到频率复用的目的，从而增加卫星转发器带宽，降低每MHz转发器成本。线极化天线可接收圆极化波但有3dB的能量损失，反之亦然。2917.34度全球覆盖波束宽度：17.34度地面覆盖率：42.5%点波束覆盖特定区域30卫星覆盖31传输时延一条单跳的卫星通信线路，由发送端到接收端的单程传输时延为：

t=上行下行空间传输路径距离之和/CC为电波在自由空间的传播速度当卫星为静止卫星时，空间传输距离为35786公里，一般按36000公里计算。单向时延一般取0.27秒，双向取0.54秒32在一个卫星通信系统中，各地球站中各个已调载波的发射或接收通路，经过卫星转发器可以组成很多条单跳或双跳的双工或单工卫星通信线路。单跳：即只经过一次卫星转发器后就被对方接收在静止卫星通信系统中，大多是单跳工作。双跳：即发送的信号要经两次卫星转发器才被对方接收单工：即单方向工作通信的