卫星通信原理

1.7 卫星通信系统的基本组成
• 1.7.1 空间分系统
空间分系统即通信卫星，起无线电中继站作用，主体是通信装置， 包括一个或多个转发器（微波收、发信机）和天线，保障部分星体上 的遥测指令、控制系统和能源装置等
• 1.7.2 监控管理分系统 监控管理分系统主要负责对定点的卫星在业务开通前、 后进行通信性能的监测和控制（如对转发器功率、卫星天线 增益、各地球站发射功率、带宽等参数进行监控）
1.5 卫星通信的特点
• 卫星通信的优点 – – – – – 覆盖区域大，通信距离远，通信成本与通信距离无关 以广播方式工作，便于实现多址联接，组网方式灵活 通信容量较大，能应用的业务种类多 可自发自收进行监测 机动灵活
• 卫星通信的缺点
– – 设备复杂，存在时延 需要解决星蚀及空间干扰问题
1.6 卫星通信的应用范围
• 1.9.2 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。
国际通信方面我国运营15座国际通信卫星地球站，开通了 约1万3千条双向电路（占国际长途电路的26%）。中国通信广播 卫星公司等具有国际点对点业务许可的单位开通了150~200条国 际双向VSAT电路。公众通信约使用50个转发器 。 我国已有中央电视台的12套节目，中央人民广播电台和国 际台的32路声音广播节目，以及31个省、自治区、直辖市的广 播电视节目均通过通信卫星向全国传送。目前我国广播电视节 目共使用了11颗通信卫星（亚太1A、亚洲2号、亚洲3S、鑫诺1 号、亚太2R、泛美3R号、泛美8号、泛美9号、泛美3R号、泛美 10号、银河3R和热鸟3号）的32个转发器。
• 我国自1972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210颗。中国的卫星通信经过近三十年的发展， 从无到有，已经初具规模，但是发展速度仍比较缓慢。注册的 卫星运营公司已有中国通信广播卫星公司、中国东方通信卫星 有限责任公司、鑫诺卫星通信有限公司、亚洲卫星通信有限公 司、亚太卫星控股有限公司五家（在大陆注册三家），共拥有 10颗卫星, 342个转发器单元（C波段236个、Ku波段106个，均 已折合至每转发器36MHz带宽）。其业务已覆盖到亚洲大部分地 区和欧洲部分地区。
• 卫星运行轨道处于地球赤道平面内，运行方向与地球自转方向一致， 饶地球一圈的时间与地球自转一周的时间相同（24小时）的卫星称为 同步静止轨道卫星（此时卫星距地面高度为35785.6公里）。从地面 看卫星是“静止”不动的，即地面上各点与卫星之间的相对位置不变， 因此称之为静止轨道卫星。
利用静止卫星建立全球通信示意图
卫 星 通 信 原 理
1.1 卫星通信定义 1.2 通信卫星的轨道 1.3 同步静止轨道卫星 1.4 卫星通信的发展概况 1.5 卫星通信的特点 1.6 卫星通信的应用范围 1.7 卫星通信系统的基本组成 1.8 卫星通信使用频率 1.9 星蚀、日凌中断及传输时延
1.1 卫星通信定义
• 卫星通信，简单的说就是地球上（包括地面、水面和低层大气中）的 无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站转发或反射无线电波，以 此来实现两个或多个地球站之间通信的一种通信方式。它是一种无线 通信方式，可以承载多种通信业务，是当今社会重要的通信手段之一。
1.2 通信卫星的轨道
• 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。
1.3 同步静止轨道卫星
集团公司通信公司已经获得国家信息产业部颁发的VSAT运营许可证，主控 集团公司通信公司已经获得国家信息产业部颁发的VSAT运营许可证， VSAT运营许可证 站位于河北省固安县 ，拥有卫星天线群、专用卫星机房、完善的机房设施。 拥有卫星天线群、专用卫星机房、完善的机房设施。
卫星天线群Байду номын сангаас
卫星机房
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• 1.9.3 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和/C（其中：C为电波在自 由空间的传播速度） 当卫星为静止卫星时，空间传输距离和最小为35786.6公 里，最大为41679.4公里，一般取40000公里的约值 单程时延一般取0.27秒，双程取0.54秒
1.8 卫星通信使用频率
• 1.8.1卫星通信使用频率 1、C频段（3.4-6.65GHz） 2、Ku频段(10.95-18GHz) 3、Ka频段(18-40GHz) 4、L频段(1.12-2.6GHz) 5、其他频段(UHF,S,X,Q,V)
• 1.8.2 C波段与Ku波段比较
C波段 资源较丰富 易受地面干扰 天线口径较大 不受天气影响 Ku 波段 资源较为紧张 不易受到干扰 天线口径较小 在地球站和天线一定时波束较窄 在浓云、密雾、 在浓云、密雾、暴雨等恶劣天气情 况下， 况下，信号损耗较大
该系统设备工作在L频段，空间链路（BUC以上射频部分）采用Ku波段
1.9 星蚀、日凌中断及传输时延
• 1.9.1 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。
1.4 卫星通信的发展概况
• 1945年五月英国人阿瑟克拉克提出关于静止卫星的设想。19541964 卫星通信试验，1957年10月4日苏联发射了第一颗人造卫 星，1963年7月美国发射了第一颗地球同步卫星，他们都进行了 卫星通信试验。1965年国际通信卫星组织的IS-1（国际通信卫 星）发射，卫星通信进入实用阶段。 • 我国于1970年4月24日，成功地发射了自行研制的东方红一号卫 星，1984年4月发射了我国第一颗同步通信卫星东方红二号， 1997年5月12日月发射了我国第一颗三轴稳定的同步通信卫星东 方红三号。
• 1.7.3 跟踪遥测指令分系统 跟踪遥测指令分系统负责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；定期对卫星进行轨道修正 和位置保持
• 1.7.4 地球站
地球站是微波无线电收、发信台（站），用户通过他们 接入卫星线路。主要包括：天线、发射设备、功率放大器、 接收设备、信道终端设备、跟踪/伺服设备以及电源设备等 等。
我国已建成的广播电视卫星地球站共31座，地面卫星收 转台站52万多座。与1985年上卫星时相比，我国广播电视人 口覆盖率已由68.3%和68.4%上升为2001年底的92.9%和94.1%。 至2001年底国内VSAT经营者有43家。双向VSAT站7000多 个，单向VSAT站近17000个。目前，经营性和专用性VSAT卫 星通信网约达120个左右。专网通信约使用14个转发器，经 营性VSAT通信用了约14个转发器
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、 飞机的航行数据及军事通信等。 目前国内公众卫星通信网的干线已有37个大型C波段地球 站，运行着3万5千条双向电路（占国内长途电路的5~6‰）， 另有4个试验地球站和约30台移动卫星通信车载站工作在Ku 波段。