衛(wèi)星通信系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)

1、衛(wèi)星通信系統(tǒng)基礎(chǔ)知識(shí)衛(wèi)星通信簡(jiǎn)單地說就是地球上（包括地面和低層大氣中）的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/154369.htm t _blank 無線電通信站間利用衛(wèi)星作為中繼而進(jìn)行的通信。 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2302677.htm t _blank 衛(wèi)星通信系統(tǒng)由 HYPERLINK :/baike.baidu /view/22556.htm t _blank 衛(wèi)星和 HYPERLINK :/baike.baidu /view/1578430.htm t _blank 地球站兩部分組成。衛(wèi)星通信的特點(diǎn)是：通信范圍大；只要在

2、衛(wèi)星發(fā)射的電波所覆蓋的范圍內(nèi)，從任何兩點(diǎn)之間都可進(jìn)行通信；不易受陸地災(zāi)害的影響（可靠性高）；只要設(shè)置地球站電路即可開通（開通電路迅速）；同時(shí)可在多處接收，能經(jīng)濟(jì)地實(shí)現(xiàn)廣播、多址通信（多址特點(diǎn)）；電路設(shè)置非常靈活，可隨時(shí)分散過于集中的話務(wù)量；同一信道可用于不同方向或不同區(qū)間（多址聯(lián)接）。1、衛(wèi)星通信系統(tǒng)基本概念系統(tǒng)組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星端、地面端、用戶端三部分組成。衛(wèi)星端在空中起中繼站的作用，即把地面站發(fā)上來的電磁波放大后再返送回另一地面站，衛(wèi)星星體又包括兩大子系統(tǒng)：星載設(shè)備和衛(wèi)星母體。地面站則是衛(wèi)星系統(tǒng)與地面公眾網(wǎng)的接口，地面用戶也可以通過地面站出入衛(wèi)星系統(tǒng)形成鏈路，地面站還包括地面 HYPE

3、RLINK :/baike.baidu /view/3871830.htm t _blank 衛(wèi)星控制中心，及其跟蹤、遙測(cè)和指令站。用戶段即是各種用戶終端。衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)的結(jié)構(gòu) 點(diǎn)對(duì)點(diǎn): 兩個(gè)衛(wèi)星站之間互通；小站間信息的傳輸無需中央站轉(zhuǎn)接；組網(wǎng)方式簡(jiǎn)單。星狀網(wǎng)：外圍各邊遠(yuǎn)站僅與中心站直接發(fā)生聯(lián)系，各邊遠(yuǎn)站之間不能通過衛(wèi)星直接相互通信（必要時(shí)，經(jīng)中心站轉(zhuǎn)接才能建立聯(lián)系）。網(wǎng)狀網(wǎng)：網(wǎng)絡(luò)中的各站，彼此可經(jīng)衛(wèi)星直接溝通?；旌暇W(wǎng)：星狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)的混合形式1.3衛(wèi)星通信的應(yīng)用范圍 長(zhǎng)途 、 電視廣播、娛樂計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)電視會(huì)議、 會(huì)議交互型遠(yuǎn)程教育醫(yī)療數(shù)據(jù)應(yīng)急業(yè)務(wù)、新聞廣播交通信息、船舶、飛機(jī)的航行數(shù)據(jù)及軍事通

4、信等1.4衛(wèi)星通信使用頻率電波應(yīng)能穿過電離層，傳輸損耗和外部附加噪聲應(yīng)盡可能小有較寬的可用頻帶，盡可能增大通信容量較合理的使用無線電頻譜，防止各宇宙通信業(yè)務(wù)之間及與其它地面通信業(yè)務(wù)之間產(chǎn)生相互干擾通信采用微波頻段（300MHz-300GHz）注：由于空間通信是超越國(guó)界的，頻譜分配是在ITU主管下進(jìn)行的，1979年世界無線電行政大會(huì)（WRAC)分配給衛(wèi)星通信的頻帶包含17個(gè)業(yè)務(wù)分類，并將全球分為三個(gè)地理區(qū)域：區(qū)、區(qū)、區(qū)，我國(guó)位于第區(qū)。詳細(xì)的頻率分配可查閱到。常用工作頻段 頻段上行頻率下行頻率簡(jiǎn)稱C-band6/4GKu-band14/12GKa-band30/20GC波段與Ku波段的比較 C波段

5、Ku波段易受地面干擾抗地面微波干擾性好天線口徑較大天線口徑較C波段小，機(jī)動(dòng)靈活受天氣影響較小在惡劣天氣情況下，信號(hào)傳輸損耗較大非常適合做傳輸波束窄1.5多址方式在微波頻帶，整個(gè) HYPERLINK :/baike.baidu /view/19448.htm t _blank 通信衛(wèi)星的工作頻帶約有500MHz寬度，為了便于放大和發(fā)射及減少變調(diào)干擾，一般在星上設(shè)置若干個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器。每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器被分配一定的工作頻帶。目前的衛(wèi)星通信多采用頻分多址技術(shù)，不同的地球站占用不同的頻率，即采用不同的載波。比較適用于點(diǎn)對(duì)點(diǎn)大容量的通信。近年來，時(shí)分多址技術(shù)也在衛(wèi)星通信中得到了較多的應(yīng)用，即多個(gè)地球站占用同一頻帶，但

6、占用不同的時(shí)隙。與頻分多址方式相比，時(shí)分多址技術(shù)不會(huì)產(chǎn)生互調(diào)干擾、不需用上下變頻把各地球站信號(hào)分開、適合數(shù)字通信、可根據(jù)業(yè)務(wù)量的變化按需分配傳輸帶寬，使實(shí)際容量大幅度增加。另一種多址技術(shù)是 HYPERLINK :/baike.baidu /view/138772.htm t _blank 碼分多址(CDMA)，即不同的地球站占用同一頻率和同一時(shí)間，但利用不同的隨機(jī)碼對(duì)信息進(jìn)行編碼來區(qū)分不同的地址。CDMA采用了擴(kuò)展頻譜通信技術(shù)，具有抗干擾能力強(qiáng)、有較好的保密通信能力、可靈活調(diào)度傳輸資源等優(yōu)點(diǎn)。它比較適合于容量小、分布廣、有一定保密要求的系統(tǒng)使用。1.6衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)軌道衛(wèi)星運(yùn)行的軌跡和趨勢(shì)稱為衛(wèi)星

7、運(yùn)行軌道；其軌道近似于橢圓或圓形，地心就處在橢圓的一個(gè)焦點(diǎn)或圓心上。按照軌道平面與赤道平面的夾角i（軌道傾角）的不同，地球衛(wèi)星的軌道有以下三種：赤道軌道（i=0）極軌道 （i=90）傾斜軌道（0i90）2、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類、按照工作軌道區(qū)分按照工作軌道區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)一般分為以下3類：、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(LEO)：距地面5002000Km，傳輸時(shí)延和功耗都比較小，但每顆星的覆蓋范圍也比較小，典型系統(tǒng)有Motorola的銥星系統(tǒng)。低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)由于衛(wèi)星軌道低，信號(hào)傳播時(shí)延短，所以可支持多跳通信；其鏈路損耗小，可以降低對(duì)衛(wèi)星和用戶終端的要求，可以采用微型/小型衛(wèi)星和手持用戶終端。但是 H

8、YPERLINK :/baike.baidu /view/1378963.htm t _blank 低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)也為這些優(yōu)勢(shì)付出了較大的代價(jià)：由于軌道低，每顆衛(wèi)星所能覆蓋的范圍比較小，要構(gòu)成全球系統(tǒng)需要數(shù)十顆衛(wèi)星，如銥星系統(tǒng)有66顆衛(wèi)星、Globalstar有48顆衛(wèi)星、Teledisc有288顆衛(wèi)星。同時(shí)，由于低軌道衛(wèi)星的運(yùn)動(dòng)速度快，對(duì)于單一用戶來說，衛(wèi)星從地平線升起到再次落到地平線以下的時(shí)間較短，所以衛(wèi)星間或載波間切換頻繁。因此，低軌系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)成和控制復(fù)雜、技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)大、建設(shè)成本也相對(duì)較高。、中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(MEO)：距地面200020000Km，傳輸時(shí)延要大于低軌道衛(wèi)星，但覆蓋范圍

9、也更大，典型系統(tǒng)是國(guó)際 HYPERLINK :/baike.baidu /view/403061.htm t _blank 海事衛(wèi)星系統(tǒng)。中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以說是同步衛(wèi)星系統(tǒng)和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的折衷， HYPERLINK :/baike.baidu /view/265861.htm t _blank 中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)兼有這兩種方案的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)又在一定程度上克服了這兩種方案的不足之處。中軌道衛(wèi)星的鏈路損耗和傳播時(shí)延都比較小，仍然可采用簡(jiǎn)單的小型衛(wèi)星。如果中軌道和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)均采用星際鏈路，當(dāng)用戶進(jìn)行遠(yuǎn)距離通信時(shí)，中軌道 HYPERLINK :/baike.baidu /view/4036790.

10、htm t _blank 系統(tǒng)信息通過衛(wèi)星星際鏈路子網(wǎng)的時(shí)延將比低軌道系統(tǒng)低。而且由于其軌道比低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)高許多，每顆衛(wèi)星所能覆蓋的范圍比低軌道系統(tǒng)大得多，當(dāng)軌道高度為l0000Km時(shí)，每顆衛(wèi)星可以覆蓋地球表面的235%，因而只要幾顆衛(wèi)星就可以覆蓋全球。若有十幾顆衛(wèi)星就可以提供對(duì)全球大部分地區(qū)的雙重覆蓋，這樣可以利用分集接收來提高 HYPERLINK :/baike.baidu /view/3834076.htm t _blank 系統(tǒng)的可靠性，同時(shí)系統(tǒng)投資要低于低軌道系統(tǒng)。因此，從一定意義上說，中軌道系統(tǒng)可能是建立全球或區(qū)域性 HYPERLINK :/baike.baidu /view/2

11、1416.htm t _blank 衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)較為優(yōu)越的方案。當(dāng)然，如果需要為地面終端提供寬帶業(yè)務(wù)，中軌道系統(tǒng)將存在一定困難，而利用低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)作為高速的多媒體衛(wèi)星通信系統(tǒng)的性能要優(yōu)于中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)。、高軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)(GEO)：距地面35800km，即同步靜止軌道。理論上，用三顆高軌道衛(wèi)星即可以實(shí)現(xiàn)全球覆蓋。傳統(tǒng)的 HYPERLINK :/baike.baidu /view/484988.htm t _blank 同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)的技術(shù)最為成熟，自從同步衛(wèi)星被用于通信業(yè)務(wù)以來，用同步衛(wèi)星來建立全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)已經(jīng)成為了建立衛(wèi)星通信系統(tǒng)的傳統(tǒng)模式。但是，同步衛(wèi)星有一個(gè)不可克服的障

12、礙，就是較長(zhǎng)的傳播時(shí)延和較大的鏈路損耗，嚴(yán)重影響到它在某些通信領(lǐng)域的應(yīng)用，特別是在 HYPERLINK :/baike.baidu /view/263714.htm t _blank 衛(wèi)星移動(dòng)通信方面的應(yīng)用。首先，同步衛(wèi)星軌道高，鏈路損耗大，對(duì)用戶終端接收機(jī)性能要求較高。這種系統(tǒng)難于支持手持機(jī)直接通過衛(wèi)星進(jìn)行通信，或者需要采用l2m以上的星載天線(L波段)，這就對(duì)衛(wèi)星星載通信有效載荷提出了較高的要求，不利于小衛(wèi)星技術(shù)在移動(dòng)通信中的使用。其次，由于鏈路距離長(zhǎng)，傳播延時(shí)大，單跳的傳播時(shí)延就會(huì)達(dá)到數(shù)百毫秒，加上語(yǔ)音編碼器等的處理時(shí)間則單跳時(shí)延將進(jìn)一步增加，當(dāng)移動(dòng)用戶通過衛(wèi)星進(jìn)行雙跳通信時(shí)，時(shí)延甚至將

13、達(dá)到秒級(jí)，這是用戶、特別是話音通信用戶所難以忍受的。為了避免這種雙跳通信就必須采用星上處理使得衛(wèi)星具有交換功能，但這必將增加衛(wèi)星的復(fù)雜度，不但增加系統(tǒng)成本，也有一定的技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)。目前，同步軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要用于VSAT系統(tǒng)、電視信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)等，較少用于個(gè)人通信。注：在地球表面觀察衛(wèi)星則是靜止的，固定的天線可始終對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星，窄波束天線需要跟蹤系統(tǒng)。目前，全球同步軌道商用通信衛(wèi)星總數(shù)已超過290顆。、按照通信范圍區(qū)分按照通信范圍區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為 HYPERLINK :/baike.baidu /view/54976.htm t _blank 國(guó)際通信衛(wèi)星、區(qū)域性通信衛(wèi)星、國(guó)內(nèi)通信衛(wèi)星。、按照用

14、途區(qū)分按照用途區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為綜合業(yè)務(wù)通信衛(wèi)星、軍事通信衛(wèi)星、海事通信衛(wèi)星、電視直播衛(wèi)星等。、按照轉(zhuǎn)發(fā)能力區(qū)分按照轉(zhuǎn)發(fā)能力區(qū)分，衛(wèi)星通信系統(tǒng)可以分為無星上處理能力衛(wèi)星、有星上處理能力衛(wèi)星。3、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點(diǎn)衛(wèi)星通信是現(xiàn)代通信技術(shù)的重要成果，它是在地面微波通信和空間技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。與電纜通信、微波中繼通信、光纖通信、移動(dòng)通信等通信方式相比，衛(wèi)星通信具有下列特點(diǎn)：（1）衛(wèi)星通信覆蓋區(qū)域大，通信距離遠(yuǎn)。因?yàn)樾l(wèi)星距離地面很遠(yuǎn)，一顆地球同步衛(wèi)星便可覆蓋地球表面的1/3，因此，利用3顆適當(dāng)分布的地球同步衛(wèi)星即可實(shí)現(xiàn)除兩極以外的全球通信。衛(wèi)星通信是目前遠(yuǎn)距離越洋 和電視廣播的主要手段。

15、（2）衛(wèi)星通信具有多址聯(lián)接功能。衛(wèi)星所覆蓋區(qū)域內(nèi)的所有地球站都能利用同一衛(wèi)星進(jìn)行相互間的通信，即多址聯(lián)接。（3）衛(wèi)星通信頻段寬，容量大。衛(wèi)星通信采用微波頻段，每個(gè)衛(wèi)星上可設(shè)置多個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，故通信容量很大。 （4）衛(wèi)星通信機(jī)動(dòng)靈活。地球站的建立不受地理?xiàng)l件的限制，可建在邊遠(yuǎn)地區(qū)、島嶼、汽車、飛機(jī)和艦艇上。（5）衛(wèi)星通信質(zhì)量好，可靠性高。衛(wèi)星通信的電波主要在自由空間傳播，噪聲小，通信質(zhì)量好。就可靠性而言，衛(wèi)星通信的正常運(yùn)轉(zhuǎn)率達(dá)99.8%以上。（6）衛(wèi)星通信的成本與距離無關(guān)。地面微波中繼系統(tǒng)或電纜載波系統(tǒng)的建設(shè)投資和維護(hù)費(fèi)用都隨距離的增加而增加，而衛(wèi)星通信的地球站至衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器之間并不需要線路投資，因此

16、，其成本與距離無關(guān)。但衛(wèi)星通信也有不足之處，主要表現(xiàn)在：（1）傳輸時(shí)延大。在地球同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，通信站到同步衛(wèi)星的距離最大可達(dá)40000km，電磁波以光速（3108m/s）傳輸，這樣，路經(jīng)地球站衛(wèi)星地球站（稱為一個(gè)單跳）的傳播時(shí)間約需。如果利用衛(wèi)星通信打 的話，由于兩個(gè)站的用戶都要經(jīng)過衛(wèi)星，因此，打 者要聽到對(duì)方的回答必須額外等待。（2）回聲效應(yīng)。在衛(wèi)星通信中，由于電波來回轉(zhuǎn)播需，因此產(chǎn)生了講話之后的“回聲效應(yīng)”。為了消除這一干擾，衛(wèi)星 通信系統(tǒng)中增加了一些設(shè)備，專門用于消除或抑制回聲干擾。（3）存在通信盲區(qū)。把地球同步衛(wèi)星作為通信衛(wèi)星時(shí)，由于地球兩極附近區(qū)域“看不見”衛(wèi)星，因此不能利用地球同步衛(wèi)星實(shí)現(xiàn)對(duì)地球兩極的通信。（4）存在日凌中斷、星蝕和雨衰現(xiàn)象。4、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要有以下的發(fā)展趨勢(shì)：（1） HYPERLINK :/baike.baidu /view/184142.htm t _blank 地