卫星通信基础/ Satcom ABC
静止卫星 / GSO satellite
?静止卫星工作在位于赤道平面的圆轨道上，卫星的运行周期为24小时。由于静止的运转方向和角速度与地球的自转方向和角速度相同，卫星的空间位置与地面任意地点的相对空间关系固定不变。
GSO satellites are locating and operating at geostationary orbit. Geostationary orbit is a circular one, with its revolution period of 24 hours. A GSO satellite appears stationary above the earth, because of its running direction and orbital velocity is as same as the earth’s rotational direction and
speed respectively. Therefore, an earth station could point to the satellite at fixed elevation and azimuth angles.
由静止卫星的轨道位置示意图可见，地球的平均半径约为6378公里，静止卫星的轨道高度约为35786公里，轨道半径约为42,164公里。从静止卫星看地球，地球的角直径约为17.4度。
As the sketch map of geostationary orbit shown, the earth’s mean radius is about 6378 km, while the altitude and orbit radius of a GSO satellite is approximately equal to 35786 km and 42164 km respectively. Looking from a GSO satellite, the earth’s diameter is about 17.4o in angle.
在采用EquiRectengular投影方式的静止卫星的覆盖范围示意图中，三条绿线分别对应东经105.5度卫星的0度、15度、及30度仰角服务区。图中的0度仰角服务区表明，静止卫星只能覆盖到南北纬大约80度处，南北两极附近的高纬度地区并不在静止卫星的服务区内。由15度仰角服务区的经度覆盖范围大致有140度可知，只需轨位间隔约为120度的三颗静止卫星，就可以覆盖南北纬70度以下的绝大部分地球表面。
Adopting EquiRectengular projection method, the sketch map of the coverage of a GSO satellite located in 105.5oE longitude presents three green lines denoting service areas of elevation 0o, 15o and 30orespectively.The service area of 0
o elevation indicates that a GSO satellite could only cover the area between 80oN and 80oS latitude, while higher latitude areas near north pole and south pole would be out of the service. On the other hand, the service area of 15o elevation could cover the area about 140 degrees in longitude, it shows that only three GSO satellites with 120oorbital space one another could cover most of the earth surface where latitude not higher than 70o.
卫星通信的历史与现况 / Satcom, the past and the present
英国的空军军官Arthur C Clarke于1945年著文提出利用静止卫星提
供全球微波通信的设想。
In 1945, Arthur C. Clarke, a British air force officer, conceived the idea to effect global microwave communication by GSO satellites.
卫星通信大致经历了如下发展阶段：1950年代中期，利用气球卫星等进行无源反射式通信试验；1960年前后，利用低轨卫星作存储转发式通信试验；1960年代初，利用中、高轨卫星进行越洋通信试验；1964年，利用静止通信卫星对东京奥运会作了实况转播；1965年，国际通信卫星组织发射Intelsat-I；同年，苏联也开始提供卫星通信业务。
The satcom development steps are as follows: The earliest space communication was experienced in mid 1950s, when some balloon-satellites were used as passive reflectors. Around 1960, store and then transit tests were held on low earth orbit (LEO) satellites. In early 1960s, people could communicate across the ocean by mid or high earth orbit (MEO or HEO) satellites. In 1964, GSO satellite was used for live broadcast for Tokyo Olympic Game. Intelsat-1 was launched in 1965 as the first commercial communication satellite, and Soviet Union began its satcom service as well in the same year.
目前，已有第9代Intelsat卫星在轨提供服务。卫星通信成为经济上最为成功的空间技术。仅在东亚和东南亚就有中国、日本、韩国、印度尼西亚、泰国、马来西亚、新加坡、菲律宾等国拥有在轨的静止通信卫星。我国现有5家通信卫星公司，拥有10颗在轨通信卫星，总通信容量约为370个（36MHz）标准转发器。
Nowadays, the 9th generation Intelsat satellites are providing service in orbit, and satcom has become most successful space technology in economy. Only in east and south-east Asia regions, there are 8 countries including China, Japan, Korea, Indonesia, Thailand, Malaysia, Singapore and Philippines which possess communication satellites. And China has now 5 satcom companies with 10 communication satellites in orbit, and the total communication capacity is approximately 370 standard transponders (36MHz bandwidth per transponder).卫星通信的特点 / Properties of satcom
卫星通信是以人造通信卫星为中继站的微波中继通信，其特点主要为：
覆盖范围大——通信成本与通信距离无关，适用于广播方式，便于网络快速扩容及站点应急部署，不容易查找干扰源；
通信距离长——传输延时长，传播损耗大
工作频率较高——带宽和通信容量较大，部分频段存在降雨衰耗
建网和使用成本高——地球站设备和天线、以及网管系统的一次性投入，专业建站人员的施工费用，卫星转发器（带宽资源与功率资源）的租金
Satcom is one kind of microwave communication by utilizing communication satellite as a relay station and it has the following properties.
o Wide coverage: cost independent of distance, well suitable for broadcasting, easier network expansion and quicker remote
installation, but difficult in finding interfering resources
o Long distance: long time delay and high loss in propagation
o High frequency: wider bandwidth and larger capacity, but higher rain attenuation in some frequency bands
o High cost: more expensive in installation and operation which including earth station equipments and antennas, the network
management system, installation expense, and the rent for
transponder resource
卫星通信的分类 / Classifications for satcom
按照业务划分：
固定卫星业务（FSS, Fixed Satellite Service）
广播卫星业务（BSS, Broadcasting Satellite Service）
移动卫星业务（MSS, Mobile Satellite Service）
According to services types:
o FSS, Fixed Satellite Service, satcom service for fixed earth stations
o BSS, Broadcasting Satellite Service, broadcasting service for audio, video and data
o MSS, Mobile Satellite Service, communication service for mobile users
按照工作频段划分：
L频段，1-2GHz，移动通信、声音广播
S频段，2-3GHz，移动通信、图像广播
C频段，4-6GHz，固定通信、声音广播
X频段，7-8GHz，固定通信（通常用于政府和军方业务）
Ku频段，10-14GHz，固定通信、电视直播
Ka频段，17-31GHz，固定通信、移动通信
卫星通信的分配频段
卫星通信所用的微波频段的划分如下表：
频段频率范围波长范围
UHF300 - 1120 MHz100 - 26.8 cm
L1120 -1700 MHz26.8 -17.7 cm
LS1700 -2600 MHz17.7 -11.5 cm
S2600 -3950 MHz11.5 -7.6 cm
C3950 -5850 MHz7.6 - 5.1 cm
XC5850 -8200 MHz 5.1 -3.7 cm
X8.2 -12.4 GHz 3.7 -2.4 cm
Ku12.4 -18.0 GHz 2.4 -1.7 cm
K18.0 -26.5 GHz 1.7 -1.1 cm
Ka26.5 -40.0 GHz 1.1 -0.8 cm
According to operational frequency bands:
o L-band, 1-2GHz, for mobile communication and audio broadcastingr
o S-band, 2-3GHz, for mobile communication and video broadcasting
o C-band, 4-6GHz, for fixed communication and audio broadcasting
o X-band, 7-8GHz, for fixed communication (especially for government and military service)
o Ku-band, 10-14GHz, for fixed communication and broadcasting
o Ka-band, 17-31GHz, for fixed and mobile communication
国际电信联盟通信卫星工作频段的划分
国际电信联盟早在六七十年代，曾多次召开世界无线电行政大会，制定了分配空间应用频率的无线电规则，详细地划分了以特高频（UHF）一直到极高频（EHF）为各类卫星通信业务可资利用的工作频段。这些频段具体划分如下：
P频段：225-390MHz；
Ｌ频段：390-1550MHz；
S频段：1.55-3.4GHz；
C频段：3.4-8GHz；
X频段：7.925-12.5GHz；
Ku频段：12.5-16GHz；
K频段：18-26.5GHz；
Ka频段：26.5-36GHz；
Q频段：36-46GHz；
V频段：46-56GHz；
通信卫星的工作频段，主要是根据电波传播特点和合理利用无线电频率资源等因素确定的。但由于技术条件的限制，迄今实际应用的频段还十分有限。目前卫星通信常用的工作频段有：
UHF频段：400-200MHz；
Ｌ频段：1.6-1.5GHz；
C频段：6-4GHz；
X频段：8-7GHz；
Ku频段：14-11GHz；
Ka频段：30-20GHz。
卫星通信常用工作频段中，前边的是卫星地球站向卫星传输的上行频率，后边的是卫星向地球站传输的下行频率。例如，C频段6-4GHz，表示上行频率为6GHz，下行频率为4GHz。同时，实际工作频段与划分的频率范围略有出入。
整个卫星通信工作频段中，1-10GHz 频段，被称为卫星通信频率的“窗口”。窗口中最理想的频段是Ｃ频段，它的典型应用实例是国际通信卫星组织发射的第六代国际通信卫星。
按照轨道高度划分：
低轨（LEO），轨道高度低于5000公里
中轨（MEO），轨道高度在5000到20000公里之间
高轨（HEO），轨道高度高于20000公里
According to orbital altitude:
o LEO, Low Earth Orbit, lower than 5000 km
o MEO, Medium Earth Orbit, between 5000 and 20000 km
o HEO, High Earth Orbit, higher than 20000 km
按照轨道类型划分：
形状——圆轨道与椭圆轨道
倾角——赤道轨道、倾斜轨道、极轨道
对地静止轨道（GEO）——在赤道平面上的圆轨道，轨道高度约为36000公里
According to orbital types:
o Type: circle orbit and ellipse orbit
o Inclined angle: equator orbit, inclined orbit and polar orbit
按照转发器类型划分：
透明信道——又称弯管式（bend pipe），不对收自地面的信号作解调处理，经过变频后直接转发回地面
星上处理——对收自地面的信号作解调和交换处理、以及变频和波束选择后，再转发回地面
存储转发——暂时存储收自地面的信号，在特定的时间和地点回传给地面，通常用于低轨小卫星
According to transponder types:
o Transparent channel or bend pipe: frequency conversion and carrier transmission, without demodulate and other process
o On-broad processing: including carrier demodulation and switching, even beam exchange
o Store and transit: normally for LEO mini-satellite, the received signals will be stored temporarily, and then transmitted back to the
earth at desired time and location
常用工作频段 /
从地面发送上卫星的载波工作频段称为上行频段，从卫星向地面发送的载波工作频段称为下行频段。上行频段的工作频率通常高于下行频段。
固定卫星业务的常用工作频段：
C频段——上行5850-6425MHz，下行3725-4200MHz，上下行频率之差通常为2225MHz
C扩展频段——上行6425-6725MHz，下行3400-3700MHz，上下行频率之差通常为3025MHz
Ku频段——在中国所在的ITU 3区，上行14.0-14.5GHz，下行12.25-12.75GHz，上下行频率差通常为1750或1748MHz
ITU 3区的广播卫星业务常用工作频段：
Ka频段上行，17.3-17.8GHz
Ku频段上行，14.5-14.8GHz（仅分配给部分国家）
Ku频段下行，11.7-12.2GHz
常用极化方式 /
电磁波辐射的电场矢量方向可按旋转或线性方式变化，对应的两种电磁波分别被称为圆极化波和线极化波。圆极化包含相互正交的左旋和右旋两种极化方式，线极化包含相互正交的水平和垂直两种极化方式。
在相同的频段同时使用水平和垂直（或者左旋和右旋）这两种相互正交的极化方式，被称为交叉极化频谱复用。采用交叉极化频谱复用方式的通信卫星可以双倍利用频谱资源。
地区性和国内通信卫星多采用双线极化复用方式。国际卫星组织的C频段转发器多采用双圆极化复用方式。
国际电联分配的电视直播频段采用双圆极化复用方式。由于圆极化电波在穿越雨区时，更容易产生去极化效应，降低交叉极化隔离度。国际电联规定，广播卫星在经过协调后，也可以改用双线极化复用方式。
频率极化计划与通信转发器 /
由通信卫星的频率极化计划图可见，通信卫星的整个工作频段通常被分为多个子频段。每个子频段都由一套滤波、变频和放大电路构成独立的传输通道，相关的电路设备被称为通信转发器。
C频段转发器的带宽通常为36MHz或72MHz，Ku频段转发器的带宽通常为54MHz或36MHz
透明信道方式的通信转发器只对信号作滤波、变频和放大处理：（接收天线定向接收上行信号，低噪声放大器对上行信号进行预放大，）输入带通滤波器选择上行信号中的相关频率分量，混频器对信号作上行/下行频率转换，信道放大器用于调整转发器的增益，功率放大器对输出信号作功率放大，输出带通滤波器限制带外噪声对相邻转发器的影响，（发送天线定向发送下行信号。）
分贝的概念 /
卫星通信所用的放大倍数和传输损耗等的数值都很大，不便于用真数表示和比较。如果用以10为底的对数，即贝尔（Bel）表示时，又因单位过大而不很方便。常用单位为分贝（dB，decibel），即贝尔的1/10。采用对数后，还可以将乘除运算简化为加减运算。
以分贝形式表示的计算单位有：
增益或损耗单位dB
功率关系，G
dB = 10 log
10
(P
1
/ P
2
)
电压关系，G
dB = 20 log
10
(V
1
/ V
2
)
电流关系，G
dB = 20 log
10
(I
1
/ I
2
)
功率单位dBW或dBm 1W = 0dBW
1mW = 0dBm
0dBW = 30dBm 带宽单位dBHz
1Hz = 0dBHz 1kHz = 30dBHz 1MHz = 60dBHz 天线增益单位dBi 温度单位dBk，等等
传输损耗 /
自由空间传输损耗的计算公式：
Lf = (4πd/λ)2
[Lf] = 10 lg (4πd/λ)2 = 20 lg (4πd/λ)
上式中的λ为信号的波长，即光速与信号频率的比值
λ = c / f = 3 * 108 / f (m)
传输损耗与距离的平方成正比，传输损耗与信号频率的平方成正比。
当传输距离为3万6千公里时，
4GHz信号的自由空间传输损耗约为195.6dB
6GHz信号的自由空间传输损耗约为199.1dB
12GHz信号的自由空间传输损耗约为205.2dB
14GHz信号的自由空间传输损耗约为206.5dB
面反射天线 /
卫星通信采用定向天线聚集信号能量，克服超长距离传输带来的极大损耗。卫星通信地球站常用抛物面反射天线。通信广播卫星多采用抛物面结构的波束赋型天线。
与全向天线相比，定向天线对信号能量的放大倍数为天线增益。天线增益与信号频率的平方成正比。抛物面反射天线的增益与天线口径的平方成正比。
天线增益随辐射球面的角坐标而变化的分布图为天线方向图。抛物面天线的方向图通常由一个主瓣和多个旁瓣构成。主瓣为圆柱状，旁瓣通常为环柱状。从主瓣、第一旁瓣、近旁瓣、远旁瓣、直到后瓣的天线增益，在总体上随偏轴角的增加而呈递减趋势。为了直观表示，本应由三维极坐标表示的天线方向图也可被分解为两个直角坐标图。直角坐标方向图的X轴为天线的方位角或者俯仰角，Y轴为对应于不同角度的天线增益值。赋型天线的方向图可用等值线图表示。
抛物面天线的主瓣波束宽度与信号频率、以及天线口径成反比。天线主瓣的半功率波束宽度（波束中心与天线增益从峰值下降3dB的偏轴方向的夹角）的估算公式为
HPBW = (35 to 36) /D
为使增益分布能符合不同服务区的要求，卫星天线多采用赋型波束设计。赋型天线通常分为单反射面复合馈源、以及单馈源赋型反射面等两种设计方式。
转发器的主要参数 /
卫星转发器的三个主要参数为G/T、SFD与EIRP。G/T和SFD反映卫星接收系统在其服务区内的性能，它们与卫星接收天线的增益分布线性相关。EIRP反映转发器的下行功率，它与卫星发送天线的增益分布线性相关。
卫星天线增益随天线指向与工作频率而变。因此，转发器参数随服务区
内的不同地点而变，同一地点的不同转发器参数也有差异。特定地点的
转发器参数可从城市参数列表或等值线分布图中查到。
G/T为接收系统的品质因数（figure of merit）。它是接收天线增益G
与接收系统噪声温度T之比值，单位为dB/k。G/T的计算公式为
G/T = G R– T S
式中的G R为卫星天线的接收增益，T S为卫星接收系统的噪声温度。
饱和通量密度SFD为，当转发器被推到饱和工作点时，上行载波在接收天线口面所达到的通量密度。它反映卫星转发器对上行功率的需求量，单位为dBW/m2。SFD 与G/T的关系为
SFD = constant + attn – G/T
式中的constant为反映转发器增益的计算常数，其数值多在-100与-90之间，constant越小，转发器的增益就越高；attn为转发器的增益调整量，它可由地面遥控改变，用于调整SFD的灵敏度。用户在作链路计算时，应向卫星公司了解相关转发器attn的当前设置值，并且据此对从图表查到的SFD数据作修正。
有效全向辐射功率EIRP为卫星转发器在指定方向上的辐射功率。它为天线增益与功放输出功率之对数和，单位为dBW。EIRP的计算公式为
EIRP = P – Loss + G
T
式中的P为放大器的输出功率，Loss为功放输出端与天线馈源之间的馈线损耗，为卫星天线的发送增益。
G
T
由对比同一颗通信卫星的C频段EIRP分布图和Ku频段EIRP分布图可知，C频段转发器的服务区大，通常覆盖几乎所有的可见陆地，适用于远距离的国际或洲际业务；Ku频段转发器的服务区小，通常只覆盖一个大国或数个小国，只适用于国内业务。C频段转发器的EIRP通常为36到42dBW，G/T通常为-5到+1dB/k，地面天线的口径一般不小于1.8米；Ku频段转发器的EIRP通常为44到56dBW，G/T通常为-2到+8dB/k，地面天线口径有可能小于1米。另一方面，C频段因为电波传播通常不受气候条件的影响，适用于可靠性较高的业务；Ku频段转发器则因电波传播可能遭受降雨衰耗的影响，只适用于建网条件较差、天线尺寸和成本受限的业务。
I/O关系曲线与功率回退 /
卫星转发器通常采用行波管功率放大器。行波管放大器是一种非线性放大器，放大器输入功率与输出功率的关系可由I/O关系曲线表示。图中的纵坐标和横坐标分别为放大器的输出功率和输入功率。曲线的顶点对应于放大器的饱和输出功率。曲线从左至右可被大致分为三个区。左侧为线性区，输出功率和输入功率呈线性关系，最高点为放大器的线性工作点。线性工作点和饱和点之间为非线性区，输出功率的增幅低于输入功率的增幅。饱和点的右侧为过饱和区，输出功率将随输入功率的增大而下降。
饱和输出功率与曲线上某个点的输出功率之差值为该功率点的输出回退值（OBO，Output Back-off），饱和输入功率与某个实际输入功率的差值为该功率点的输入回退值（IBO，Input Back-off）。I/O关系曲线以饱和功率，即曲线的顶点所对应的最大功率为参考点。饱和功率点的输出回退值和输入回退值均为0。
转发器在多载波工作时，将产生互调分量，降低工作性能。为了避免互调干扰，所有载波的总功率应该不超过转发器的线性功率，以使转发器工作在线性条件下。转发器线性工作点的OBO和IBO分别为转发器的线性OBO和线性IBO。
放大器的线性工作点越接近于饱和点，多载波条件下的最大输出功率就越高。采用行波管放大器的转发器线性OBO通常为4.5dB。部分加装线性器的转发器，可以提高多载波条件下的转发器总输出功率，其线性OBO 通常为3dB。
短波是指频率为3～30MHz的无线电波。短波的波长短，沿地球表面传播的地波绕射能力差，传播的有效距离短。短波以天波形式传播时，在电离层中所受到的吸收作用小，有利于电离层的反射。经过一次反射可以得到100～4000km的跳跃距离。经过电离层和大地的几次连续反射，传播的距离更远。
超短波（ultra-short wave）亦称甚高频（VHF）波、米波（波长范围为1米至10米），频率从30兆赫至300M赫的无线电波，传插频带宽，短距离传播依靠电磁的辐射特性，用于电视广播和无线话筒传送音频信号，采用锐方向性的天线可补偿传输过程的衰减。
波段名称频率范围波长范围
L波段1 - 2 GHz 300.00 - 150.00 mm
S波段2 - 4 GHz 150.00 - 75.00 mm
C波段4 - 8 GHz 75.00 - 37.50 mm
X波段8 - 12 GHz 37.50 - 25.00 mm
Ku波段12 - 18 GHz 25.00 - 16.67 mm
K波段18 - 27 GHz 16.67 - 11.11 mm
Ka波段27 - 40 GHz 11.11 - 7.50 mm
Q波段30 - 50 GHz 10.00 - 6.00 mm
U波段40 - 60 GHz 7.50 - 5.00 mm
V波段50 - 75 GHz 6.00 - 4.00 mm
E波段60 - 90 GHz 5.00 - 3.33 mm
W波段75 - 110 GHz 4.00 - 2.73 mm
F波段90 - 140 GHz 3.33 - 2.14 mm
D波段110 - 170 GHz 2.73 - 1.76 mm
微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波，是无线电波中一个有限频带的简称，即波长在1米（不含1米）到1毫米之间的电磁波，是分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波的统称。微波频率比一般的无线电波频率高，通常也称为“超高频电磁波”。微波作为一种电磁波也具有波粒二象性。微波的基本性质通常呈现为穿透、反射、吸收三个特性。对于玻璃、塑料和瓷器，微波几乎是穿越而不被吸收。对于水和食物等就会吸收微波而使自身发热。而对金属类东西，则会反射微波。微波能通常由直流电或50Hz交流电通过一特殊的器件来获得。
电磁波（又称电磁辐射）是由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动，其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面，有效的传递能量和动量。人眼可接收到的电磁辐射，波长大约在380至780纳米之间，称为可见光。电磁辐射可以按照频率分类，从低频率到高频率，包括有无线电波、微波、红外线、可见光、紫外光、X-射线和伽马射线等等。只要是本身温度大于绝对零度的物体，都可以发射电磁辐射，而世界上并不存在温度等于或低于绝对零度的物体。因此，人们周边所有的物体时刻都在进行电磁辐射。尽管如此，只有处于可见光频域以内的电磁波，才可以被人们肉眼看到。
无线电波是指在自由空间（包括空气和真空）传播的射频频段的电磁波。无线电技术是通过无线电波传播声音或其他信号的技术。无线电技术的原理在于，导体中电流强弱的改变会产生无线电波。利用这一现象，通过调制可将信息加载于无线电波之上。当电波通过空间传播到达收信端，电波引起的电磁场变化又会在导体中产生电流。通过解调将信息从电流变化中提取出来，就达到了信息传递的目的。
射频（RF）是Radio Frequency的缩写，表示可以辐射到空间的电磁频率，频率范围从300KHz～300GHz之间。射频简称RF射频就是射频电流，它是一种高频交流变化电磁波的简称。每秒变化小于1000次的交流电称为低频电流，大于10000次的称为高频电流，而射频就是这样一种高频电流。高频(大于10K)；射频（300K-300G）是高频的较高频段；微波频段（300M-300G）又是射频的较高频段。
卫星通信系统基础知识 卫星通信简单地说就是地球上（包括地面和低层大气中）的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点是：通信范围大；只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通信；不易受陆地灾害的影响（可靠性高）；只要设置地球站电路即可开通（开通电路迅速）；同时可在多处接收，能经济地实现广播、多址通信（多址特点）；电路设置非常灵活，可随时分散过于集中的话务量；同一信道可用于不同方向或不同区间（多址联接）。 1、卫星通信系统基本概念 1.1系统组成 卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。卫星端在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站，卫星星体又包括两大子系统：星载设备和卫星母体。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路，地面站还包括地面卫星控制中心, 及其跟踪、遥测和指令站。用户段即是各种用户终端。 叮搬迅地球』占 1.2卫星通信网络的结构 点对点：两个卫星站之间互通；小站间信息的传输无需中央站转接；组网方式简单。
星状网：外围各边远站仅与中心站直接发生联系，各边远站之间不能通过卫星直接相互通信（必要时，经中心站转接才能建立联系）。 网状网：网络中的各站，彼此可经卫星直接沟通。 混合网：星状网和网状网的混合形式 星状网网状网混合网 1.3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 1.4卫星通信使用频率 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
卫星通信基础知识 第一节电磁波常识 一、电磁波 振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。 由收音机收到的无线电广播信号，由电视机收到的高频电视信号, 医院里物理治疗用的红外线，消毒和杀菌用的紫外线，透视照相用的X射线，以及各种可见光，都属于电磁波。 二、电磁波的频率、波长 人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。 频率是指在单位时间内电场强度矢量E （或磁场强度矢量H）进行完全振动的次数，通常用f表示。波长是指在波的传播方向上相邻两个振动完全相同点之间的距离，通常用入表示。波速是指电磁波在单位时间内传播的距离，通常用v表示。频率f,波长入，和波速v 之间满足如下关系： v=Xf 如果一电磁波在一秒内振动一次，该电磁波的频率就是1Hz , 在国际单位制中，波速的单位是m/s（米/秒），波长的单位是m（米）, 频率的单位是Hz. 对于无线电信号，它属于电磁波，它的传播速度为光速，即每秒约前进30万公里。 例如：对于一个频率为98MHz的调频广播节目，其波长为 300,000,000 米除98,000,000Hz,等于3.06 米。 不同的频率的（或不同波长）电磁波具有不同的性质用途。人们按照其频
率或波长的不同把电磁波分为不同的种类，频率在300GHz（lGHz=109Hz）以下的波称为无线电波，主要用于广播，电视 或其他通讯。频率在3 X1011HZ-4X 1014Hz之间的波称为红外线, 它的显著特点是给人以“热”的感觉，常用于医学上的物理治疗或红外线加热，探测等，频率在3.84X 1014HZ-7.69X 1014Hz之间的波为 1417可见光，它能引起人们的视觉，频率在8X10Hz-3X10Hz 之间的 波称为紫外线，具有较强的杀菌能力，常用于杀菌，消毒，频率在3X1017 Hz-5X 1019Hz之间的波称为X射线（或伦琴射线）它的穿透能力很强，常用于金属探测，人体透视等，在原子核物理中还有频率为1018Hz-1022Hz以上的射线，其穿透能力就更强了。三、波段与频道 由于利用频率可以计算出波长，一个频率范围将对应一个波长范围，所以频段与波段具有同样的意思。两个叫法是对应的，也是通用的，在电视广播领域中，更多使用波段。 微波是指波长在微米级的无线电信号。 按照波长和用途不同，人们把无线电波又分成许多波段，如表所示。 表无线电波波段的划分 频道是指传送一个信号源节目所使用的频率（或波长）范围。通常一个频段（或波段）能够再分成多个频道。 四、极化方式 当电磁波在空间传播时，其电场强度矢量E的方向具有确定的规律，这种现象称为电磁波的极化。在均匀无限空间中传播的电磁波是一种横波，其电场
卫星通信基础原理测试题 单位:_________ 姓名:___________ 分数:___________一、填空题（每空2分，共64分） 1 乐、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。 2、我国自目前全球共有地球同步静 止轨道卫星约。 3 4 5、SkyBridge2002年开始运行，通过 80 6、VSAT 7、在VSAT通信中，一般常用的调制解方式有 8、按卫星的运转周期以及卫星与地球上任一点的相对位置关系不同， 9
10、另外还有 的正常工作。 二、不定项选择（每题2分，共10分） 1、超级基站采用的卫星是（A ） A、同步静止轨道卫星 B、中轨卫星 C、倾斜同步轨道卫星 2、自动寻星天线室外部分包括（ ABC ） A、卫星天线 B、LNB C、BUC D、GPS 3、中国移动应急抗灾超级基站的网络拓扑结构为（ D ） A、环形 B、链型 C、网状 D、星型 4、VOIP超级基站无法对星通常会检查哪些参数（ ABCD ） A、极化角 B、方位角 C、俯仰角 D、信标频率 5、通过下列哪个命令可以查询iDriect设备的发送功率（ B ） A、rx power B、tx power C、tx cw on D、rx frequency 三、判断题（每题1分，共6分） 1、按轨道平面与赤道平面的夹角不同，可分为赤道轨道卫星、极轨道卫星和倾斜轨道卫星（√） 2、VOIP超级基站站点一律采用自动寻星天线。（√） 3、超级基站在配置时采用一套硬件，单逻辑基站配置。（x） 4、通信卫星是卫星通信系统中最关键的设备，一个静止通信卫星主要由5个分系统组成（√） 5、VSAT系统一般工作在Ku波段或C波段。（√）
卫星接收技术 一、卫星通信基础知识 1．无线电通信基本知识 １.１电磁波的概念 振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。 由收音机收到的无线电广播信号，由电视机收到的高频电视信号,医院里物理治疗用的红外线,消毒和杀菌用的紫外线,透视照相用的X射线，以及各种可见光，都属于电磁波。 1.2 电磁波的物理量 人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。 频率是指在单位时间内电场强度矢量E（或磁场强度矢量H)进行完全振动的次数，通常用f表示。波长是指在波的传播方向上相邻两个振动完全相同点之间的距离,通常用λ表示。波速是指电磁波在单位时间内传播的距离,通常用ｖ表示。频率f,波长λ，和波速v之间满足如下关系: v＝λｆ 如果一电磁波在一秒内振动一次，该电磁波的频率就是１Hz ，即发f=１/T 在国际单位制中,波速的单位是m／ｓ(米/秒) ,波长的单位是m(米) ,频率的单位是Hz. 对于无线电信号,它属于电磁波，它的传播速度为光速，即每秒约前进30万公里。 Y 图１－1 电磁波图 例如：对于一个频率为１０2ＭＨz的调频广播节目，其波长为３０0,00０,000米除1０2,０00，０00Hz,等于2.94米。
１.3 电磁波的种类 不同频率的（或不同波长)电磁波具有不同的性质用途。人们按照其频率或波长的不同把电磁波分为不同的种类,频率在３０0ＧHz（１GHz=109Hz)以下的波称为无线电波,主要用于广播,电视或其他通讯。频率在３×1011Hz-４×101４Hｚ之间的波称为红外线，它的显著特点是给人以“热”的感觉，常用于医学上的物理治疗或红外线加热，探测等，频率在3.8４×1014ＨZ-7．69×1０１４Hｚ之间的波为可见光，它能引起人们的视觉,频率在8×1０１４Hz-3×１０１７Ｈz之间的波称为紫外线,具有较强的杀菌能力,常用于杀菌,消毒,频率在3×1017Ｈｚ-5×1０１9Hｚ之间的波称为Ｘ射线（或伦琴射线）它的穿透能力很强，常用于金属探测，人体透视等,在原子核物理中还有频率为1０１８Hz－1022Hｚ以上的射线，其穿透能力就更强了。 1.４波段与频道的概念 由于利用频率可以计算出波长,一个频率范围将对应一个波长范围，所以频段与波段具有同样的意思。两个叫法是对应的，也是通用的,在电视广播领域中,更多使用波段。 频道是指传送一个信号源节目所使用的频率（或波长)范围。通常一个频段（或波段)能够再分成多个频道。 1.５波段的划分 按照波长和用途不同，人们把无线电波又分成许多波段,如表1.1所示。
卫星通信基础知识 一、电磁波 振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。 由收音机收到的无线电广播信号，由电视机收到的高频 电视信号，医院里物理治疗用的红外线，消毒和杀菌用的紫外线，透视照相用的X射线，以及各种可见光，都属于电磁波。 二、电磁波的频率、波长 人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。 频率是指在单位时间内电场强度矢量E（或磁场强度矢量H）进行完全振动的次数，通常用f表示。波长是指在波的传播方向上相邻两个振动完全相同点之间的距离，通常用λ表示。波速是指电磁波在单位时间内传播的距离，通常用v 表示。频率f，波长λ，和波速v之间满足如下关系： v=λf 如果一电磁波在一秒内振动一次，该电磁波的频率就是1Hz ，在国际单位制中，波速的单位是m/s(米/秒) ，波长的单位是m(米) ，频率的单位是Hz. 对于无线电信号，它属于电磁波，它的传播速度为光速，即每秒约前进30万公里。 例如：对于一个频率为98MHz的调频广播节目，其波长为300,000,000米除98,000,000Hz，等于3.06米。 不同的频率的（或不同波长）电磁波具有不同的性质用途。人们按照其频率或波长的不同把电磁波分为不同的种类，频率在300GHz(1GHz=109Hz)以下的波称为无线电波，主要用于广播，电视或其他通讯。频率在3×1011Hz-4×1014Hz 之间的波称为红外线，它的显著特点是给人以“热”的感觉，常用于医学上的物理治疗或红外线加热，探测等，频率在3.84×1014HZ-7.69×1014Hz之间的波为可见光，它能引起人们的视觉，频率在8×1014Hz-3×1017Hz之间的波称为紫外线，具有较强的杀菌能力，常用于杀菌，消毒，频率在3×1017 Hz-5×1019Hz之间的波称为X射线（或伦琴射线）它的穿透能力很强，常用于金属探测，人体透视等，
卫星通信基础知识
卫星通信基础知识 第一节电磁波常识 一、电磁波 振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。 由收音机收到的无线电广播信号，由电视机收到的高频电视信号，医院里物理治疗用的红外线，消毒和杀菌用的紫外线，透视照相用的X射线，以及各种可见光，都属于电磁波。 二、电磁波的频率、波长 人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。 频率是指在单位时间内电场强度矢量E（或磁场强度矢量H）进行完全振动的次数，通常用f表示。波长是指在波的传播方向上相邻两个振动完全相同点之间的距离，通常用λ表示。波速是指电磁波在单位时间内传播的距离，通常用v表示。频率f，波长λ，和波速v之间满足如下关系： v=λf 如果一电磁波在一秒内振动一次，该电磁波的频率就是 1Hz ，在国际单位制中，波速的单位是m/s(米/秒) ，波长的单位是m(米) ，频率的单位是Hz. 对于无线电信号，它属于电磁波，它的传播速度为光速，即每秒约前进30万公里。 例如：对于一个频率为98MHz的调频广播节目，其波长为300,000,000米除98,000,000Hz，等于3.06米。 不同的频率的（或不同波长）电磁波具有不同的性质用途。人们按照其频率或波长的不同把电磁波分为不同的种类，频率在
四、极化方式 当电磁波在空间传播时，其电场强度矢量E的方向具有确定的规律，这种现象称为电磁波的极化。在均匀无限空间中传播的电磁波是一种横波，其电场矢量E、磁场强度矢量H和波的传播方向三者之间，两两互相垂直，常用电场强度矢量E的变化来代表电磁波的变化。 极化方式即卫星电视信号的电磁场的振动方向的变化方式。按照极化方式的不同，电磁波可分为线极化波和圆极化波等各种不同的类型。 所谓线极化波就是其电场强度矢量E 沿一定角度方向的波，当E与地面垂直时，称为垂直极化波；当E与地面平行时，称为水平极化波。考虑到发射天线和接收天线的架设方便，减少重影，以及避开其他电波的干扰等因素，一般垂直极化波大多用于中波广播、移动通讯、卫星电视广播等，水平极化波大多用于短波广播、地面电视广播、调频广播和卫星电视广播等。 五、Ku波段卫星通信波段及其特点 卫星通信使用微波频段300MHz—30GHz，采用高频信号的目的是保证地面上发射的电磁波能够穿透电离层到达卫星。在卫星通信中，不同的卫星，或者同一颗卫星上的转发器所使用的频率范围不同，不同频率范围有不同的代号。如3.95-5.85GHz频率范围的代号是Ｃ，该频率范围简称C波段；12.24-18GHz频率范围的代号是Ku, 该频率范围简称Ku波段。 项目卫星通信所用的电磁波在12.24-18GHz频率范围，属于微波范围的Ku波段，极化方式为垂直线极化。 六、同步通信卫星简介 由于电视信号属于微波信号，早期的电视广播信号主要在地面传播，其传播方式为直线传播。由于地球本身是一个球体，传播距离受地球弯曲弧度的影响,一般传播距离为40-60公里。 要使电视信号传播的更远，就需要加高天线或增加中继站。天线高度的增加是有限的，中继站的增加会使信号衰减，成本加大。
卫星通信概述 1.卫星通信的基本概念与特点 定义：卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站，转发或反射无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。卫星通信又是宇宙无线电通信形式之一，而宇宙通信是指以宇宙飞行体为对象的无线电通信，它有三种形式： （1）宇宙站与地球站之间的通信；（直接通信） （2）宇宙站之间的通信；（直接通信） （3）通过宇宙站转发或反射而进行的地球站间的通信。（间接通信） 第三种通信方式通常称为卫星通信，当卫星为静止卫星时称为静止卫星通信。 大多数通信卫星是地球同步卫星（静止卫星：轨道在一定高度时卫星与地球相对静止）。静止卫星是指卫星的运行轨道在赤道平面内。轨道离地面高度约为35800km （为简单起见，经常称36000km）。 静止卫星通信的特点 （1）静止卫星通信的优点 a 通信距离远，且费用与通信距离无关（只要在卫星波束范围内两站之间的传 输与距离无关） b 覆盖面积大（三颗卫星即可覆盖所有地方），可进行多址通信（一发多收） c 通信频带宽（带宽为500M），传输容量大 d 信号传输质量高，通信线路稳定可靠 e 建立通信电路灵活、机动性好（只要卫星覆盖到，均可建立地面站进行通信） f 可自发自收进行监测 （2）静止卫星通信的缺点 a 静止卫星的发射与控制技术比较复杂（所以国内做卫星发射的很少）。 b 地球的两极地区为通信盲区（轨道与赤道平行，切线方向下来无法到达两 极），而且地球的高纬度地区通信效果不好。 c 存在星蚀（卫星在地球和太阳之间）和日凌（地球在太阳和卫星之间）中断 现象。——（现今可通过处理缩短这种现象） d 有较大的信号传输时延（发射和接受时间）和回波干扰。 2. 卫星通信系统的组成 （1）卫星通信系统的组成 通常卫星通信系统是由地球站、通信卫星（前两个为主要组成，负责卫星收发）、跟踪遥测及指令系统和监控管理系统（后两个提供辅助功能，监测卫星、姿态调整等）4大部分组成的，如图所示。
卫星通信基础知识（五）EIRP值，G/T值的意义 在卫星通信中常常看到 EIRP、G/T 他们是什么意思呢？ EIRP EIRP(Effective Isotropic Radiated Power) 有效全向辐射功率 EIRP也称为等效全向辐射功率，它的定义是地球站或卫星的天线发送出的功率（P）和该天线增益（G）的乘积，即： EIRP=P*G 如果用dB计算，则为 EIRP(dBW) = P(dBW) + G(dBW) EIRP表示了发送功率和天线增益的联合效果。 EIRP是卫星通信和无线网络中的一种重要参数。有效全向辐射功率EIRP为卫星转发器在指定方向上的辐射功率。它为天线增益与功放输出功率之对数和，单位为dBW。EIRP的计算公式为 EIRP = P – Loss + G式中的P为放大器的输出功率，Loss为功放输出端与天线馈源之间的馈线损耗，G为卫星天线的发送增益。 通过对比同一颗通信卫星的C频段EIRP分布图和Ku频段EIRP分布图可知，C频段转发器的服务区大，通常覆盖几乎所有的可见陆地，适用于远距离的国际或洲际业务；Ku频段转发器的服务区小，通常只覆盖一个大国或数个小国，只适用于国内业务。C频段转发器的EIRP通常为36到42dBW，G/T通常为-5到+1dB/k，地面天线的口径一般不小于1.8米；Ku频段转发器的EIRP通常为44到56dBW，G/T通常为-2到+8dB/k，地面天线口径有可能小于1米。另一方面，C频段因为电波传播通常不受气候条件的影响，适用于可靠性较高的业务；Ku频段转发器则因电波传播可能遭受降雨衰耗的影响，只适用于建网条件较差、天线尺寸和成本受限的业务。下表是亚洲卫星公司四颗卫星的最大EIRP、G/T值 G/T 地面站性能指数G/T值是反映地面站接收系统的一项重要技术性能指标。其中G为接收天线增益，T为表示接收系统噪声性能的等效噪声温度。G/T值越大，说明地面站接收系统的性能越好。 目前，国际上把G/T≥35dB/K的地面站定为A型标准站，把G/T≥31.7dB/K的站定为B型标准站，而把G/T＜31.7dB/K的站称为非标准站。
卫星通信基础原理测试 题含答案 集团标准化办公室：[VV986T-J682P2&JP266L8-68PNN]
卫星通信基础原理测试题 单位: ________ 姓名: __________________ 分数: _______________ 一、填空题（每空2分，共64分） 1、卫星通信的应用范围很广，涉及长途电话、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、飞机的航行数据及至事通信等。 2、我国自迺龙年开始运行卫星通信业务，目前全球共有地球同步静止轨道卫星约辿颗。。 3、地球卫星的轨道有赤道轨道、极轨道、倾斜轨道之分。 4、卫星通信系统主要由通信卫星和地球站两大部分组成。 5、S kyBridge是一个宽带卫星接入系统,在2002年开始运行，通过80颗低轨卫星,可为全球型父多万用户提供木地宽带接入。 6、V SAT卫星通信网络是以数据传輸为主要业务的星状网络，主要由主站、VSAT终端站、卫星转发器和网络管理系统NMS组成。 7、在VSAT通信中，一般常用的调制解方式有BPSK （二相相移键控）、QPSK （四相相移键控）、0QPSK （偏移四相相移键控）、SFSK （止弦频移键控）和TFM （平滑调频）等。 8、按卫星的运转周期以及卫星与地球上任一点的相对位置关系不同，可分为同步卫星和非同步卫星。 9、地球站是微波无线电收、发信台，用户通过他们接入卫星线路。
10、卫星通信系统主要由通信卫星和地球站两大部分组成，另外还有跟踪遥测及指令系统和监控管理系统,这两部分是为了保证卫星系统的正常工作。 二、不定项选择（每题2分，共10分） 1、超级基站采用的卫星是（A ） A、同步静止轨道卫星 B、中轨卫星 C、倾斜同步轨道卫星 2、自动寻星天线室外部分包括（ABC ） A、卫星天线 B、LNB C、BUC D、GPS 3、中国移动应急抗灾超级基站的网络拓扑结构为（D ） A、环形 B、链型 C、网状 D、星型 4、 VOIP超级基站无法对星通常会检查哪些参数（ABCD ） A、极化角 B、方位角 C、俯仰角 D、信标频率 5、通过下列哪个命令可以查询iDriect设备的发送功率（B ） A、rx power B> tx power C\ tx cw on D N rx frequency 三、判断题（每题1分，共6分） 1、按轨道平面与赤道平面的夹角不同，可分为赤道轨道卫星、极轨道 卫星和倾斜轨道卫星（V） 2、 VOIP超级基站站点一律采用自动寻星天线。（V ） 3、超级基站在配置时采用一套硬件，单逻辑基站配置。（x） 4、通信卫星是卫星通信系统中最关键的设备，一个静止通信卫星主要由5个分系统组成（V） 5、 VSAT系统一般工作在Ku波段或C波段。（J ） 6、天线分系统包括天线、馈线2个部分。(x)
第1章 1．卫星通信：利用人造地球卫星作为中继站转发无线电破，在两个或多个地球站之间进行通信。它是宇宙通信形式之一。 2．卫星通信的特点：①覆盖面积大, 通信距离远。一颗静止卫星可最大覆盖地球表面三分之一, 三颗同步卫星可覆盖除两极外的全球表面, 从而实现全球通信。②设站灵活, 容易实现多址通信。③通信容量大, 传送的业务类型多。④卫星通信一般为恒参信道, 信道特性稳定。⑤电路使用费用与通信距离无关。⑥建站快, 投资省。 3．卫星通信的缺点：①卫星要求严格,要求有高可靠性、长寿命。②通信地球站设备较复杂、庞大。③存在日凌和星蚀现象。④卫星传输信号有延迟 4．非同步卫星系统按轨道分：1）低轨道卫星通信系统(LEO)，如极轨道卫星, 当卫星通过赤道上空时卫星间的距离最大, 此时须多开放一些小区; 当卫星通过两极时, 卫星间的距离变小, 这时会出现小区重叠, 在切换时要关闭一些小区。 2）中轨道卫星通信系统(MEO)3）同步（静止）卫星通信系统(GEO)：当卫星的运行轨道在赤道平面内，其高度大约为35800 km 时，它的运行方向与地球自转的方向相同． 5．地球卫星轨道分为：赤道轨道，极轨道，倾斜轨道。 6．卫星通信系统的组成：通信卫星，地球站，跟走遥测及指令系统和监控管理系统。 7．地球站的组成：天馈设备，收信机，发信机，终端设备，天线跟踪设备，以及电源设备。8．基本工作原理：当甲地一些用户要与乙地的某些用户通话时, 甲地首先要把本站的信号组成基带信号, 经过调制器变换为中频信号(70 MHz), 再经上变频变为微波信号, 经高功放放大后, 由天线发向卫星(上行线)。卫星收到地面站的上行信号，经放大处理, 变换为下行的微波信号。 9．影响同步卫星通信的因素：1）摄动：在空中运行的卫星, 受到来自地球、太阳、月亮的引力以及地球形状不均匀, 太阳辐射压力等影响, 使卫星运行轨道偏离预定理想轨道, 这种现象称为摄动。2）轨道平面倾斜效应3）星蚀与日凌中断4）卫星姿态的保持与控制 10．同步卫星通信卫星的组成：控制分系统，通信分系统，遥测指令分系统，电源分系统，温控分系统。 11．天线类型（按其覆盖面大小分）：1）球波束天线: 覆盖地球表面面积最大。一般可达地球表面的1/3。2）覆形波束天线(区域波束天线): 覆盖的地球通信区域为一特定的区域, 如为一个国家国土等。3）半球波束天线: 是球波束天线覆盖的1/2。4）点波束天线: 此波束很窄, 覆盖地面某一限定的小区。 12．卫星通信的工作频段：1~10GHZ范围内较为适宜，而且最理想的频段是4~6GHZ附近。 第2章 1．窄带调频：NBFM 宽带调频：WBFM 2．调频波带宽公式（模拟）：BFM=2(mf+1)fm=2(Δfp+fm) 3．CSSB/AM压扩单边带调幅 概念：压扩器是由在卫星通信发射端的“压缩器”和接收端的“扩展器”组成。 原理：如果一个36MHz带宽的转发器能容纳一个携带1100条话路的FDM／FM／FDMA载波，则在采用压扩器后。可使36MHz的转发器容纳2100条活路。另外，如果在转发器中可利用过频偏传输．则该转发器的容量还可进一步增至2900条话路。 4．CSSSB/AM/FDMA与FDM/FM/FDMA的不同：前者制式的卫星转发器的容量并不随着多址而减少。 5．QPSK解调方式：同步解调，非同步解调。 6．MSK调制与QPSK调制的区别：QPSK产生的相位模糊可以用DQPSK调制方式的 180（度）的载波相位变化消除，但不能改变其相位不连续；MSK（最小移频键控）就是相位连续频移键