卫星通信系统概述PPT.ppt

1、通信工程教室、发表人：葛延良、卫星通信、通信：在两个以上场所实现信息的收发与处理。 有线通信：光纤、电缆、明线无线通信：短波/超短波通信、微波中继通信、卫星通信、第一章卫星通信系统概要、卫星通信的概念卫星通信：以通信卫星为中继站传输或反射电波，在两个以上的地球站(或手持终端)之间或称为卫星通信卫星通信是个人通信网的一部分，是地面通信网的补充。 1.1假设卫星轨道、地球是质量均匀分布的球体，忽略太阳、月亮和其他行星的引力作用，卫星运动遵循开普勒(Kepler )的三项法则。 开普勒定律开普勒第一定律：卫星以地心为焦点进行椭圆运动。 其轨道平面的极坐标为：图1椭圆轨道的示意图，开普勒第二定律：卫星

2、与地心的连接在同一时间扫描的面积相等。 v是卫星在轨道上的瞬时速度。 其中，a是椭圆轨道的半长轴，r是卫星到地心的距离。 u为开普勒常数，u值为398601.58 km3/s2，开普勒第三定律：卫星运行周期的平方与轨道半长轴的平方成正比。 u为开普勒常数，u值为398601.58 km3/s2。 1.2卫星通信系统的配置、空间段主要是卫星本身。 恒星有星载设备和卫星母体两大子系统。 地段的典型地段是地球站，地球卫星控制中心(SCC，Satellite control center )及其跟踪、遥测和指令站(TTC，Tracking，telemetry and command station )

3、 在选择工作频带时要考虑的重要因素是： (1)电波传播衰减及其衰减小(图1-14 )在0.3-10g Hz频带中，大气吸收衰减最小，被称为“无线窗口”。 另外，在30GHz附近也有衰减的谷，被称为“半透明无线窗口”。 (2)天线接收的外部噪声小(图1-15 )从降低接收系统的噪声的观点来看，希望工作频带在1-10GHz之间工作。 (3)大气中雨、雾、云的影响(图1-16 )、1.3卫星通信的工作频带，从上述3点出发，卫星通信的工作频率一般适合选择在1-10GHz的范围内，而且最理想的频带在4-6GHz附近。 除上述三方面外，可利用(4)具有用于满足信息传输的请求的宽可用带宽，(4)具有用于满足

4、信息传输的请求的宽可用带宽，(5)与地面微波通信、雷达等其它无线系统的小相互干扰(6)现有通信技术、1.3卫星通信的工作频带、频率划分部分：上述要求应综合起来，以便选择卫星的工作频带为微波频带或特高频。 具体地说，目前许多卫星通信系统选择l频带：1.6/1.5 GHz用于MSS，用于GEO卫星定位。 s波段：4/2 GHz用于MSS，用于GEO卫星测量。 c波段：6/4 GHz用于MSS，用于GEO卫星测量。 x波段：8/7 GHz Ku波段： 14/12ghzfss用、BSS。 Ka频带： 30/20ghzfss用、BSS。 另外，VHF、UHF被用于低轨道小卫星通信。 VHF频带：0.10

5、.3 GHz用于移动、导航业务。 UHF频带：0.31.0 GHz用于移动、导航业务。 更高频带： q频带： 3646 GHz，v频带： 4656 GHz。 太赫兹频带：0.110THz。1.3卫星通信的工作频带、k频带(1827GHz )、Ku频带的频率受国际关系法律保护，为1218GHz频带。 由于Ku波段卫星单转发器的功率通常相对较大，通常被赋形波束复盖，并且卫星EIRP大，Ku波段接收天线的效率高于c波段接收天线，所以用于接收Ku波段卫星节目的天线口径远小于c波段，并且是有效的主要应用：中转、卫星通信、雷达等。 现在广泛使用的蓝牙、ZigBee、无线路由、无线鼠标等也在使用这个范围的频

6、率。 根据IEEE 521-2002标准，x波段是指频率为812 GHz的电波波段。 在某些情况下，x波段的频率范围是711.2 GHz。 x波段中的x是英语中的“extended”，表示“扩展”。 x频带的通常的下行频率是7.25 7.75 GHz，上行频率是7.98.4 GHz，也称为7/8 GHz频带。 根据ITU无线规则第8条，x波段在空间应用方面有空间研究、广播卫星、固定通信服务卫星、地球探测卫星、气象卫星等用途。 根据IEEE 521-2002标准，l波段指的是频率为12 GHz的无线电波段。 可用于DAB、卫星导航系统等。 c频带是频率48GHz的频带，最初采用该频带并被广泛用于

7、卫星电视广播或各种小型卫星地面站应用。 Ka波段的频率范围为2740GHz。 Ka代表k的正上方，换句话说，该频带直接高于k频带。 Ka频带也被称为30/20 GHz频带，在通常的卫星通信中使用。 另外，所谓非常高频(VHF )，是指频带30MHz300MHz的频带。 多用于广播和电视台的广播，也是航空和航海的通信频道。 与高频(HF )不同，电离层通常不反射VHF的信号。 特高频(UHF )是波长范围为1m1dm、频率为3003000MHz的无线电波，经常用于移动通信和广播电视的领域。 特殊高频主要用于短距离通信，在小的天线处发送和接收并适用于移动通信。 1.3卫星通信的工作频带，卫星通信与

8、其他通信手段相比，具有以下特点： 1、卫星通信系统能够以低成本提供广范围的无缝复盖，服务范围广，不受地理条件限制(图1-2) 2、能够利用带宽，传输容量大， 可多址通信的3 .卫星通信系统与地面通信基础设施相对独立，网络路由简单4 .网络建设速度快，成本低，而且费用与通信距离无关5 .卫星通信具有灵活性和普遍性6 .统一的商务提供商是系统、1.4卫星通信的特点、缺点： 1、静止卫星的发射和控制比较复杂2 .对于静止卫星，地球高纬度地区通信效果差，两极地区存在通信死角3 .日凌中断和星蚀现象4 .电波传播延迟大，有回声干扰。 1.4卫星通信的特点是卫星通信对地面通信网的综合成本高，终端高，因此卫

9、星通信的市场定位应该是地面通信网的延长和补充，主要为地面通信网不可复盖的区域和有特殊通信需求的人们提供服务。 卫星复盖面广，可以经济地向地面蜂窝网复盖范围外的用户“唯星用户”提供移动通信服务。 解决边疆通信服务、企业专业网、洲际通信、国防通信，结合地面通信网解决广域无缝展望复盖。 1.4卫星通信的特点、卫星移动通信与地面移动通信的关系：卫星移动通信系统可以扩大地面移动通信的地理和业务范围，除提供正常的移动通信业务外，还可以为空中、海面和地理结构复杂的地面区域的各种移动用户提供服务。 从应用来说，地面移动通信网主要集中在高业务量的应用环境中，卫星移动通信系统最适合低业务量地区、航海、航空及地面网

10、不发达地区的应用环境，当地网超载或故障时作为迂回网络。 1.4卫星通信的特点，卫星通信在中国的特殊地位：广大人口众多地区发展不平衡中国60左右的地区是海洋、高山、沙漠、草原等地上网死角，通信困难也成为人们生存的障碍。1.4卫星通信的特征、1.5卫星通信系统的服务类型ITU所定义的卫星通信系统的服务类型是固定卫星服务固定卫星服务(FSS )移动卫星服务移动卫星服务(MSS ) 广播卫星服务bss(broadcastingsatellite )三种第二阶段：开始电视分发的第三阶段：提供国内公共通信和各种专用网络通信的第四阶段：提供卫星移动通信。 卫星通信系统通常包括： 1、卫星视频广播服务2、交互

11、服务3 (如卫星电话)、数据通信和因特网服务4、卫星移动通信服务、1.5卫星通信系统服务类型卫星通信的其他应用：卫星导航卫星遥感(对空和对地遥感) 气象观测地球资源勘探、海洋监视侦察(包括照片侦察和巡逻)、警报支持载人航天远程教育、远程医疗、1.5卫星通信系统业务类型、1.6卫星通信发展趋势、(1)传统c、 用大容量(中继器数50台左右)、高输出(电力800015000w )、长寿命(寿命15年左右)的新系统阶段性地更换现有系统。 同步卫星向大容量、多波束、智能方向发展。 Ka波段静止轨道卫星系统正逐渐向实用化发展，卫星通信网从窄带转移到宽带，例如复盖美国的EchoStar-Ka、PAS、AS

12、TROLINK等。 (2)微卫星、纳米卫星和微微卫星的迅速发展，小卫星通信地面站得到广泛应用。 小型低轨卫星系统现在用于E-Sat、GE American、GEMnet等低速数据传输系统。 (3)由于对地静止轨道资源非常有限，ITU鼓励采用中低轨道、高倾斜椭圆轨道和IGSO轨道。 (随着1997年9月26日美国FCC频率申请修订计划新周期的开始，q、v段新系统陆续上市，各公司开始申请q和v段新系统。 (5)无线互联网、多播和交互电视、移动语音、数据通信、数字视频广播(DVB )和数字音频广播(DAB )发展了家庭和个人用户、多媒体通信和因特网接入等新服务。 (6)地上端终端的发展呈现小型化、综

13、合化、智能化。 终端在多个频带上运行，支持综合服务，并且可根据多址方案、调制方案、编码方案等而改变传输率。 1.6卫星通信的发展趋势，(7)宽带低轨道系统的开发正在进行中，用于高速数据和可视电话传输。 Teledesic系统包含288颗卫星，在Ka频带工作，寿命设定为10年左右。 (8)当前的卫星通信系统形成了新的发展方案以适应新技术的发展和对系统容量的进一步要求，例如Iridium系统将其运行的卫星数量从66个增加到96个。 (9)天地网络不断融合。 卫星通信与有线电视、宽带互联网、移动互联网等相融合。 (10 )新技术得到了广泛应用。 星上交换和处理，多波速天线等。 1.6卫星通信发展趋势，附录：通信卫星分类，轨道类别： GEO、HEO、MEO、LEO。 按工作区：国际通信卫星、国内通信卫星、区域通信卫星。 按应用领域划分：广播电视卫星、跟踪与数据中继卫星、军事通信卫星(战略、战术通信卫星、舰队通信卫星、军用数据传输卫星等)。按卫星重量，图1-14大气中的自由电子、离子、氧和水蒸气分子对电波的吸收衰减、1.4卫星通信的工作频带、图1-15宇宙和大气噪声和频率的关系、1.4卫星通信的工作频带、宇宙噪声(冷空)1.4卫星通信的工作频带、静止卫星配置的几何关系是，太阳卫星地球 此时，卫星处于光最强的位置，受