new第4章-1 概述課件

1、通信：有線通信和無線通信 有線通信：光纖、電纜、明線 無線通信：短波通信、微波中繼通信、 地面蜂窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星通 信、無線局域網(wǎng) 衛(wèi)星通信是個(gè)人通信網(wǎng)的組成部分，是衛(wèi)星通信是個(gè)人通信網(wǎng)的組成部分，是地面通信網(wǎng)的補(bǔ)充。地面通信網(wǎng)的補(bǔ)充。 n衛(wèi)星通信的概念 衛(wèi)星通信是指地球站（也可能是手持終端）之間或地球站與航天器之間利用通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器實(shí)現(xiàn)的無線電通信。通信衛(wèi)星的分類通信衛(wèi)星的分類 按軌道分：衛(wèi)星軌道形狀和高度是確定完成對指定區(qū)域覆蓋所需的衛(wèi)星數(shù)量和系統(tǒng)特性的一個(gè)非常重要的因素 1）按形狀：橢圓軌道和圓軌道 橢圓軌道通常只在衛(wèi)星相對地面運(yùn)動(dòng)速度較慢（即位于遠(yuǎn)地點(diǎn)附近）時(shí)才提供通信服務(wù)，因此更加適

2、合于為特定的區(qū)域提供服務(wù)（特別是高緯度區(qū)域）。 圓軌道衛(wèi)星可以提供較均勻的覆蓋特性，通常被提供較均勻的全球覆蓋的系統(tǒng)采用。 2）按傾角（軌道與赤道的夾角）分： 赤道軌道、極軌道和傾斜軌道3）按高度分：靜止軌道GEO、中高度軌道MEO、低地球軌道LEO、高橢圓軌HEO軌道類型可用高度（km）LEO (low earth orbit)7002000MEO (medium earth orbit)800020000GEO（geostationary earth orbit）/GSO35786HEO遠(yuǎn)地點(diǎn)可達(dá)40000若衛(wèi)星沿若衛(wèi)星沿赤道上空赤道上空35800km的圓形軌道的圓形軌道與地球自轉(zhuǎn)同向運(yùn)行

3、，則衛(wèi)星在運(yùn)行過程與地球自轉(zhuǎn)同向運(yùn)行，則衛(wèi)星在運(yùn)行過程中將與地球上任一點(diǎn)都保持相對靜止，即從地球上看，衛(wèi)星是中將與地球上任一點(diǎn)都保持相對靜止，即從地球上看，衛(wèi)星是“定點(diǎn)定點(diǎn)”在太空的在太空的某一位置，這種衛(wèi)星稱為同步定點(diǎn)衛(wèi)星某一位置，這種衛(wèi)星稱為同步定點(diǎn)衛(wèi)星/靜止衛(wèi)星。靜止衛(wèi)星。按工作區(qū)域分：國際通信衛(wèi)星 國內(nèi)通信衛(wèi)星 區(qū)域通信衛(wèi)星按應(yīng)用領(lǐng)域分：廣播電視衛(wèi)星 跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星 軍事通信衛(wèi)星（如戰(zhàn)略、戰(zhàn)術(shù)通信衛(wèi)星、 艦隊(duì)通信衛(wèi)星、軍用數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星等）。衛(wèi)星按重量分類種類重量（kg）大衛(wèi)星1000中型衛(wèi)星5001000小衛(wèi)星100500微小衛(wèi)星10100納衛(wèi)星110皮衛(wèi)星0.11飛衛(wèi)星0.1衛(wèi)星

4、應(yīng)用衛(wèi)星應(yīng)用 通信 廣播 中繼 衛(wèi)星導(dǎo)航 衛(wèi)星遙感（對空和對地遙感） 氣象觀測 地球資源勘探、海洋監(jiān)視 偵察（包括照相偵察和電子偵察）、預(yù)警 支持載人航天 遠(yuǎn)程教育、遠(yuǎn)程醫(yī)療衛(wèi)星應(yīng)用實(shí)例衛(wèi)星應(yīng)用實(shí)例 衛(wèi)星視頻廣播業(yè)務(wù) 交互式業(yè)務(wù) 數(shù)據(jù)通信和Internet業(yè)務(wù) 移動(dòng)通信業(yè)務(wù)第一章第一章 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述一、衛(wèi)星軌道一、衛(wèi)星軌道二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成三、衛(wèi)星通信的業(yè)務(wù)類型三、衛(wèi)星通信的業(yè)務(wù)類型四、頻率分配四、頻率分配五、衛(wèi)星通信的特點(diǎn)五、衛(wèi)星通信的特點(diǎn)六、衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史六、衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史一、衛(wèi)星軌道一、衛(wèi)星軌道1cosPre21bea2(1)Pae圖

5、1 橢圓軌道的示意圖O:地心，S:衛(wèi)星，r:軌道半徑=rE+h, rE地球半徑，a、b橢圓軌道的長短半軸，e偏心率 （e=0圓軌道）21() (km/s)VuraV為衛(wèi)星在軌道上的瞬時(shí)速度。其中a為橢圓軌道的半長軸，r為衛(wèi)星到地心的距離。 為開普勒常數(shù)，u值為衛(wèi)星離地球越遠(yuǎn)，穿越給定距離所需的時(shí)間越長衛(wèi)星離地球越遠(yuǎn)，穿越給定距離所需的時(shí)間越長?離地球越近，運(yùn)動(dòng)速度越快離地球越近，運(yùn)動(dòng)速度越快?為開普勒常數(shù)，u值為32saTu(1) 地球非球形引起的攝動(dòng)，表現(xiàn)為： -衛(wèi)星的軌道面繞地軸緩慢轉(zhuǎn)動(dòng) -近地點(diǎn)位置變化（2）大氣阻力的影響 -衛(wèi)星軌道的遠(yuǎn)地點(diǎn)降低，長軸縮短，即運(yùn)行周期縮短 -偏心率減小，

6、軌道愈變愈圓橢圓32saTu21bea二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及其工作過程二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及其工作過程三、衛(wèi)星三、衛(wèi)星通信通信的業(yè)務(wù)類型的業(yè)務(wù)類型四、頻率分配四、頻率分配五、衛(wèi)星通信的特點(diǎn)五、衛(wèi)星通信的特點(diǎn)六、衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史六、衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史 1945年Clarke A. C. “Extra-terrestrial Relays”, Wireless World, pp.305-308提出三顆同步衛(wèi)星覆蓋全球 1957年前蘇聯(lián)發(fā)射世界上第一顆衛(wèi)星Sputnik 1963年美國發(fā)射世界上第一顆同步軌道衛(wèi)星SYNCOM 1964年INTERSAT成立 1965年第一顆商用同步衛(wèi)星“晨鳥

7、”進(jìn)入軌道 1975年第一次通過衛(wèi)星成功實(shí)現(xiàn)直接廣播試驗(yàn)衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史（續(xù)）衛(wèi)星通信的發(fā)展歷史（續(xù)） 1979年INMARSAT成立 1982年國際海事衛(wèi)星通信進(jìn)入運(yùn)行 1984年第一個(gè)DTH系統(tǒng)在日本進(jìn)入運(yùn)行 1987年INMARSAT成功進(jìn)行地面移動(dòng)衛(wèi)星通信試驗(yàn) 19891990年INMARSAT將全球移動(dòng)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)擴(kuò)展到地面和空間移動(dòng)通信領(lǐng)域 1995年WRC對非靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)分配新頻譜；商用LEO衛(wèi)星系統(tǒng)ORBCOM第一次傳送低速數(shù)據(jù)試驗(yàn)成功 1998年通過LEO星座引入手機(jī)通信業(yè)務(wù) 19992000年引入衛(wèi)星直接廣播語音業(yè)務(wù) 20002005年引入寬帶個(gè)人通信，Ka頻段發(fā)展迅

8、速世界衛(wèi)星通信的發(fā)展 1997年世界衛(wèi)星市場銷售額512億美元，預(yù)計(jì)2007年達(dá)到1900億美元 截止1999年底，全球300顆同步衛(wèi)星提供60%的州際通信和100%國際電視轉(zhuǎn)播 全球在軌轉(zhuǎn)發(fā)器4467個(gè)，正在建造的轉(zhuǎn)發(fā)器1793個(gè) 發(fā)展經(jīng)歷了：從模擬數(shù)字 ;從窄帶話音寬帶綜合業(yè)務(wù) ;從FSSMSS ;從C波段Ku、Ka波段。中國衛(wèi)星通信的發(fā)展 中國第一顆試驗(yàn)衛(wèi)星“東方紅一號(hào)”于1970年4月24日發(fā)射成功，重37Kg，運(yùn)轉(zhuǎn)周期110分鐘，繞地球一周，以旋極化的全球波束向全球廣播“東方紅樂曲”。 1984年8月8日成功發(fā)射第一顆同步軌道試驗(yàn)通信衛(wèi)星“東方紅二-1”，定位在125E，重433Kg

9、，攜帶2個(gè)8W的C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，以全球波束輻射，中心波束為23.4dBW。中國衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)） 1986年2月1日“東方紅二號(hào)-2“成功定位在103E，攜帶2個(gè)C頻轉(zhuǎn)發(fā)器，以區(qū)域橢圓波束輻射傳送，重 433Kg，中心波束為34.5dBW。攜帶2個(gè)8W的C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，以全球波束輻射，中心波束為 23.4dBW。 1988年3月7日“東方紅二號(hào)甲-1“簡稱“東二甲-1“，對外稱“中衛(wèi)一號(hào)“定位在87.5E，波束中心指向101.7E，34.11N，中心波束為36dBW。4個(gè)C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，二個(gè)8W，二個(gè)10W，以區(qū)域橢圓波束輻射傳送。衛(wèi)星重441Kg，壽命7年。中國衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)） 1990年2月4日“

10、東方紅二號(hào)甲3“簡稱“東二甲3“，對外稱“中衛(wèi)三號(hào)“定位在98E，波束中心指向103.23E，33.84N，中心波束36dBW。4個(gè)C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器以區(qū)域橢圓波束輻射傳送。衛(wèi)星重441Kg。 1991年12月28日“東方紅三號(hào)”發(fā)射但衛(wèi)星定位失敗。 1993年7月“中星五號(hào)”衛(wèi)星啟用，定位115.5o，播出8個(gè)省級(jí)節(jié)目。中國衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)）中國衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)）l1998年5月30日新的“中衛(wèi)一號(hào)”發(fā)射成功。它是第一顆攜帶Ku頻段的新型大功率的衛(wèi)星，攜帶18個(gè) C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器，定位在87.5E。l1998年7月18日“鑫諾一號(hào)”發(fā)射成功。攜帶14個(gè)Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器和24個(gè)C頻段轉(zhuǎn)發(fā)器和一對C-Ku頻段互

11、聯(lián)轉(zhuǎn)發(fā)器，定位在 110.5 E。 中國衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)）l2003年5月23日 “北斗一號(hào)”第三顆衛(wèi)星發(fā)射成功，預(yù)計(jì)用戶30萬，直接產(chǎn)值35億。l2003年10月21日11時(shí)16分，太原衛(wèi)星發(fā)射中心用“長征”四號(hào)乙運(yùn)載火箭成功地將中國與巴西聯(lián)合研制的第二顆“資源一號(hào)”衛(wèi)星和中國科學(xué)院研制的“創(chuàng)新一號(hào)”小衛(wèi)星送入太空?；鸺l(fā)射13分鐘后，“資源一號(hào)”衛(wèi)星進(jìn)入太陽同步軌道。火箭繼續(xù)飛行約40秒后，“創(chuàng)新一號(hào)”衛(wèi)星與火箭分離，進(jìn)入預(yù)定軌道。 中國衛(wèi)星發(fā)展史（續(xù)）l臺(tái)灣：“中華一號(hào)”，“中華二號(hào)”和“中華三號(hào)”l“中華一號(hào)”： 1999年12月由雅典娜一型火箭運(yùn)載的“中華一號(hào)”衛(wèi)星在佛州卡納維拉爾角4

12、6號(hào)發(fā)射場發(fā)射升空，并順利進(jìn)入任務(wù)軌道。該衛(wèi)星用于科學(xué)研究l“中華二號(hào)”：對地觀測，2004年6月發(fā)射l“中華三號(hào)”：軍事應(yīng)用衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢傳統(tǒng)的C、Ku頻段靜止軌道衛(wèi)星將保持穩(wěn)定發(fā)展，并將以大容量(轉(zhuǎn)發(fā)器數(shù)量在50個(gè)左右)、高功率(功率為8000瓦至15000瓦)和長壽命(壽命在15年左右)的新系統(tǒng)逐步更換現(xiàn)有系統(tǒng)。靜止軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)服務(wù)對象將從原有的傳統(tǒng)用戶轉(zhuǎn)移至缺少陸地服務(wù)的邊遠(yuǎn)地區(qū)。Ka頻段靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)已逐步走向?qū)嵱没l(wèi)星通信網(wǎng)從窄帶向?qū)拵н^渡，如覆蓋美洲的EchoStar-Ka、ASTROLINK和PAS等。 衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢（續(xù)）窄帶的中、低軌道衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)投入運(yùn)行，如Iridium 、ICO和Globalstar等系統(tǒng)。寬帶低軌道系統(tǒng)正在加緊開發(fā)之中，預(yù)計(jì)在21世紀(jì)初可陸續(xù)發(fā)射，用于高速數(shù)據(jù)和可視電話傳輸。如Teledesic系統(tǒng)共包括288顆衛(wèi)星，工作于Ka頻段，壽命設(shè)計(jì)為10年左右。小型低軌衛(wèi)星系統(tǒng)已陸續(xù)投入運(yùn)行，用于低速數(shù)據(jù)傳輸，如E-Sat、GE American和 GEMnet等系統(tǒng)。 全球定位衛(wèi)星系統(tǒng)將面臨升級(jí)換代的問題。 中、低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)為適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展和系統(tǒng)對容量的更大要求已形成了新的演變過渡方案，如Iridium系統(tǒng)將其運(yùn)行的衛(wèi)星數(shù)目從