第二章 卫星通信系统

1、1卫星通信的 基本概念
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。
卫星通信属于宇宙无线电通信。宇宙通信有三种基本形式： （1）、地球站与宇宙站之间的通信； （2）、宇宙站之间的通信； （3）、通过宇宙站转发或反射进行的地球站之间的通信。 与其它通信手段相比，卫星通信的主要优点是： ①通信距离远，且费用和通信距离无关； ②工作频段宽，通信容量大，适用于多种业务传输。 ②通信线路稳定可靠，通信质量高； ④以广播方式工作，具有大面积覆盖能力而通信灵活机动； ⑤可以自发自收进行监测。 静止卫星通信也存在某些不足： ①两极地区为通信盲区，高纬度地区通信效果不佳； ②卫星发射和控制技术比较复杂；
1.6.1 工作频段的选择 工作频段主要考虑电离层的反射、吸收；对流层的吸 收、散射损耗等因数与频率的关系。
一般工作频段选择在1G~10G；最理想的频率在4~6G。
1.6.2 电波传播的特点 1、自由空间的传播损耗 卫星通信中电波的损耗主要有自由空间的传播损耗和 大气损耗。由于卫星一般位于3~4万千米的太空，所以主 要考虑自由空间传播的损耗。 在自由空间传播过程中，接收信号的功率为：
l 1988年12月22日，我国又发射1颗实用通信卫星(东方红 Ⅱ甲)，12月30日定点在东经110.5度赤道上空，作为前一颗“东方 红Ⅱ甲”的后继星。 l 1990年2月4日，我国再发射1颗实用通信卫星（东方红Ⅱ 甲），2月13日定点在东经98度赤道上空。
l 1994年12月1日，我国发射成功由空间技术研究院研制， 达到国际80年代水平的“东方红Ⅲ)实用广播通信卫星。
第二章 卫星通信系统
第一节
概述
一、 卫星通信历史回顾
l 1945年10月，英国人A.C.克拉克提出静止卫星通信的设想。
l 1957年10月4日，世界上第一颗人造卫星升空。
l 1960年10月，美利用“信使1B”卫星进行延迟中继通信。
l 1963年11月，美日利用“中继1号”卫星成功地进行了横跨 太平洋的有源中继通信。
三、卫星通信在广播电视中的应用
1.广电行业卫星应用的历程
• 20世纪80年代初期，国务院决定将广播电视业务做为卫 星技术应用的一个方面，列入国家的发展计划 。 •1985年开始，研制和发射了“东方红二号”卫星，通过卫 星传送CCTV1和CCTV2电视节目以及中央的多路声音广播节 目。 • 进入90年代，各省电视台纷纷申请用卫星传本省的广播 电视节目。 • 到1998年，全国的31个省级电视台节目全部上星传输， 加上中央电视台的9套节目，共有44套电视节目在卫星上传输。 •于1999年初，中广影视卫星有限公司（CBSat）开始了卫 星直播（DTH）试验播出，将中央电视台和各省电视台40多套 电视节目集中打包在鑫诺卫星（SINOSat）上播出。 2.竞争不可避免，出路在于发展
1、3卫星通信系统的组成 空间分系统 通信地球站 卫星通信系统 跟踪遥测及指令分系统 监控管理分系统 1、4通信卫星的组成和功能 通信卫星由以下部分组成： 1、天线分系统 天线系统由两部分组成：接受地球指令，发射遥测数 据和信标的全向天线；通信用微波天线。 2、通信分系统（卫星转发器） 卫星上的通信系统称为卫星转发器，其主要功能是： 接收上行信号，进行放大变频，经功率放大后，作为下行 信号发回地球。 转发器有两类：透明转发器 处理转发器
2.1卫星通信体制概述 卫星通信系统的工作方式即卫星通信体制。指以下两方 面内容： 1、卫星通信采用的信号传输方式 式 2、信号处理和交换方式 多路复用方
调制方式 编码方式 多址连接方式
2.1.1 基带信号和复用方式
基带信号的形式 模拟或数字、信源编码方式 （增量调制或脉冲编码调制）、单路传输或多路传输。 • 单路传输即单路单载波（SCPC）：一路信号去调制 一个频率的载波。 • 多路传输即群路制（MCPC）：用多路复用的基带信 号去调制一个频率的载波。 多路复用的方式采用频分多路和时分多路两种。 2.1.2 卫星通信调制方式 由于不同的数字调制方式具有不同的功率利用率和频 带利用率，综合两方面考虑，现在主要采用二相移相键控 和四相移相键控调制方式。 随着转发器线性技术的发展，也有采用正交调幅QAM 方式，以提高频率利用率。
2、在移动卫星通信网方面 ： l 开通了约400～500个国际海事卫星A型站和几十个 M型站 l 将建立静止轨道区域性卫星移动通信系统。 3、在卫星通信技术体制方面： 已研制生产了SCPC、CDMA、MCPC等通信体制 的设备，并用于各种不同的卫星通信系统中 。
尚存不足之处：
l VSAT小型地球站设备，除天线外，国内市场几乎 全被国外产品占据 。 l 在轨运行的卫星，除东方红三号卫星外，都是国 外制造的。
②存在日凌中断现象 ④有较大的信号延迟和回波干扰； ⑥卫星通信需要有高可靠、长寿命的通信卫星； ⑥卫星通信要求地球站有大功率发射机、高灵敏度接收机 和高增益天线
总而言之，卫星通信有优点，也存在一 些缺点，这些缺点与优点相比是次要的，而 且有的缺点随着卫星通信技术的发展，已经 得到或正在得到解决。
下图是静止卫星与地球相对位置的示意图。由此可见， 只需三颗等间隔配置静止卫星就可以实现全球通信。
l 1984年4月8日，我国发射成功“东方红—Ⅰ型”试验通信卫星 (STW—1)，4月6日定点于东经125度赤道上空。
l 1986年2月1日，发射成功“东方红-Ⅱ型”实用通信广播卫星 （STW-2），2月20日定点于东经103度赤道上空，用于部分电视、 广播及通信的传输。 l 1988年3月7日，我国发射又一颗实用通信卫星(东方红 —Ⅱ甲)，3月22日定点在东经87.5度赤道上空。
4、多普勒频移 由于通信双方相对位置在移动时，由多普勒效应 引起的附加频移称为多普勒频移。
1.6.3 卫星通信线路噪声 在卫星通信中，由于信号十分微弱，对通信质量产 生影响的主要是信道噪声。 （1）宇宙噪声 （2）大气噪声 （3）降雨噪声 （4）干扰噪声 （5）地面噪声
第2节 卫星通信的通信体制
二、我国卫星通信现状
l 1984年4月，我国第一颗同步通信卫星发射成功并投入 使用，标志着我国通信卫星从研制转入实用阶段。 l 在80年代中期，4颗东二甲同步通信卫星的发射成功与 交付使用，建立了公用卫星通信网和专用网 。 上个世纪末，我国卫星通信所取得的成绩：
1、地球站、通信网与双向话路等方面： l 37座大中型卫星通信地球站，开通7万条双向电话 线路 。 l 建立了约80个低成本VSAT专用卫星通信网，终端约 1万多个。涉及人民银行、煤炭、电力、石油、人民日 报、海关、民航、新华社、证券交易公司及以三金工程 为代表的金字号工程等许多部门和专用公司。
•渗透和反渗透 •发展，使其产生效益，维护国家的空 间权益； （2）促进火箭、卫星制造业、电子产品制造业、影视信 息制作业协调发展，扩大内需，形成规模，创造新的经济 增长点； （3）丰富电视频道，满足观众需求，有效地缩小非法卫 星电视的市场空间，起到反渗透作用； （4）卫星直接接收，不受地理条件的限制，可有效地提 高以往难以覆盖地区的人口覆盖率； （5）采用最新的数字压缩技术，卫星通道的利用率将大 大提高，系统的造价和运行成本得以大大降低； （6）采用条件接收（CA）和综合商务系统（IBS）管理， 经营手段更加灵活高效，服务更周全。
3.新世纪的展望 • 在今后 5-10 年的发展规划中确定建立中国的卫星直播系 统，开展用户服务，力争2015年达到5000万用户。 •跟踪国际上对Ka卫星的研究，适时开展卫星多媒体交互 技术试验，为新技术的应用创造有利的条件和环境，让中 国的广播电视卫星应用跟上世界的发展
四、卫星互联网技术
1、VSAT（甚小口径天线）的发展 • VSAT是卫星通信中的主流技术，它的应用相当成功和 普及，一些在VSAT市场角逐的大公司投入大量的资金和 人力正在进行一场提高网络速度的竞争。 传统VSAT提供的业务速率：入向链路速率达到64kb／ s，出向链路速率一般可达到512kb／s。 目前最高网络速率达到20Mb／s或更高。 • VSAT系统还不断吸取各种最新信息技术IP Multicast、数 字广播技术、PUSH技术，支持TCP／IP、UDP／IP等协 议，把卫星高速宽带广播的特点扩展到网络应用。 2、VSAT系统在Internet接入方面的应用主要有以下几种 方式： (1)、为大型ISP提供远程Internet连接
l 1966年10月至1967年9月，4颗“国际通信卫星——Ⅱ”升空， 通信容量为400个比问话路，通信能力遍及环球。 l 1975年至1979年，2颗“国际通信卫星——ⅣA”升空，每颗 有20个转发器，通信容量为6250个双向话路和2路彩色电视， 寿命为7年。 l 90年代开始，“国际通信卫星——Ⅶ”升空，使用了大量的 窄波束，并开发应用了5种新技术。该卫星可同时传送10万个 双向话路加4路彩色电视。
外交互通信技术实现成本可以降得很低。如一套卫星接收站 价格（包括天线、高频头）可在5000-6000元人民币，天 线尺寸可以降到45厘米。 外交互技术来实现卫星通信存在的问题： 1）系统与互联网兼容性问题。 2）系统用户容量低。 3）速率较低。 4、宽带卫星通信技术的未来 • 现代宽带卫星系统，大多利用Ka频段（20／ 30GHz），至EHF或Q／F（40／50／60GHz）的更高频 段。可以发展成为全球信息高速公路的重要组成部分，成为 实现全球无缝个人通信、Internet空中高速通道必不可少的 手段。而且最终进入家庭。
PT 为天线发射功率； A R为接收天线开口面积；
自由空间传播损耗为：
G G
T
R
为发射天线增益； 为接收天线增益。
以分贝为单位表示为：
式中d为地球站到静止卫星的距离，可以取d=40000km 电磁波在传播过程中除了与距离的平方呈反比衰减 外，还要受大气因数（如水分、电离层等）的影响，而 衰减。 各种因数的影响见下图：
2.1.3卫星通信数字话音编码方式