衛(wèi)星通信系統(tǒng)基礎(chǔ)知識

1/8衛(wèi)星通信系統(tǒng)基礎(chǔ)知識衛(wèi)星通信簡單地說就是地球上〔包括地面和低層大氣中的無線電通信站間利用衛(wèi)星作為中繼而進行的通信。衛(wèi)星通信系統(tǒng)由衛(wèi)星和地球站兩部分組成。衛(wèi)星通信的特點是：通信范圍大；只要在衛(wèi)星發(fā)射的電波所覆蓋的范圍內(nèi),從任何兩點之間都可進行通信；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多址通信〔多址特點；電路設(shè)置非常靈活,可隨時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)間區(qū)間〔多址聯(lián)接。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,地面站還包括地面衛(wèi)星控制中心,及其跟蹤、遙測和指令站。用戶段即是各種用戶終端。點對點:兩個衛(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)方式簡單。單星狀網(wǎng)：外圍各邊遠站僅與中心站直接發(fā)生聯(lián)系,各邊遠站之間不能通過衛(wèi)星直接相互通信〔必要時,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。2/8混合網(wǎng)：星狀網(wǎng)和網(wǎng)狀網(wǎng)的混合形式長途、電視廣播、娛樂計算機聯(lián)網(wǎng)電視會議、會議交互型遠程教育醫(yī)療數(shù)據(jù)應(yīng)急業(yè)務(wù)、新聞廣播交通信息、船舶、飛機的航行數(shù)據(jù)及軍事通信等電波應(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界的,頻譜分配是在ITU主管下進行的,1979年世界無線電行政大會〔WRAC>分配給衛(wèi)星通信的頻帶包含17個業(yè)務(wù)分類,并將全球分為三個地理區(qū)域：Ⅰ區(qū)、Ⅱ區(qū)、Ⅲ區(qū),我國位于第Ⅲ區(qū)。詳細的頻率分配可查閱到。常用工作頻段3/8頻段頻段上行頻率下行頻率簡稱C-band6/4GKu-band14/12GKa-band27.5-31GHz30/20G易受地面干擾天線口徑較大受天氣影響較小非常適合做傳輸抗地面微波干擾性好在惡劣天氣情況下,信號傳輸損耗較大束窄在微波頻帶,整個通信衛(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)置若干個轉(zhuǎn)發(fā)器。每個轉(zhuǎn)發(fā)器被分配一定的工作頻中得到了較多的應(yīng)用,即多個地球站占用同一頻帶,但占用不同的時隙。與頻分多址方式相比,時分多址技術(shù)不會產(chǎn)生互調(diào)干擾、不需用上下變頻把各地球站信號分開、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,使實際容量大幅度增加。另一種多址技術(shù)是碼分多址<CDMA>,即不同的地球站占用同一頻率和同一時間,但利用不同的隨機碼對信息進行編碼來區(qū)分不同的地址。CDMA采用了擴展頻4/8衛(wèi)星運行的軌跡和趨勢稱為衛(wèi)星運行軌道；其軌道近似于橢圓或圓形,地心就處在橢圓的一個焦點或圓心上。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=0o傾斜軌道〔0o<i<90o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：2.1.1、低軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)<LEO>：距地面500—2000Km,傳輸時延和功耗都比較小,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,信號傳播時延短,所以可支持多跳通信；其鏈路損耗小,可以降低對衛(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。但是低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)也為這些優(yōu)勢付出了較大的代價：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)5/8統(tǒng)構(gòu)成和控制復雜、技術(shù)風險大、建設(shè)成本也相對較高。距地面2000—20000Km,傳輸時延要大于低軌道衛(wèi)星,但覆蓋范圍也更大,典型和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)的折衷,中軌道衛(wèi)星系統(tǒng)兼有這兩種方案的優(yōu)點,同時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延都比較小,仍然可采用簡單的小型衛(wèi)星。如果中軌道和低軌道衛(wèi)星系統(tǒng)均采用星際鏈路,當用戶進行遠距離通信時,中軌道系統(tǒng)信息通過衛(wèi)星星際鏈路子網(wǎng)的時延將比低軌道系統(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,當軌道高度為l0000Km時,每顆衛(wèi)星可以覆蓋地球表面的23．5%,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系統(tǒng)的可靠性,同時系統(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)域性衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)較為優(yōu)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)。2.1.3、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)星即可以實現(xiàn)全球覆蓋。傳統(tǒng)的同步軌道衛(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)星有一個不可克服的障礙,就是較長的傳播時延和較大的鏈路損6/8耗,嚴重影響到它在某些通信領(lǐng)域的應(yīng)用,特別是在衛(wèi)星移動通信方面的應(yīng)用。首先,同步衛(wèi)星軌道高,鏈路損耗大,對用戶終端接收機性能要求較高。這種系統(tǒng)難于支持手持機直接通過衛(wèi)星進行通信,或者需要采用l2m以上的星載天線<L波段>,這就對衛(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)在移動通信中的使用。其次,由于鏈路距離長,傳播延時大,單跳的傳播時延就會達到數(shù)百毫秒,加上語音編碼器等的處理時間則單跳時延將進一步增加,當移動用戶通過衛(wèi)星進行雙跳通信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)星的復雜度,不但增加系統(tǒng)成本,也有一定的技術(shù)風險。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準衛(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。國國內(nèi)通信衛(wèi)星。7/8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。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、移動通信等通信方式相比,衛(wèi)星通信具有下列特點：星便可覆蓋地球表面的1/3,因此,利用3顆適當分布的地球同步衛(wèi)星即可實現(xiàn)除兩極以外的全球通信。衛(wèi)星通信是目前遠距離越洋和電視廣播的主要手段?！?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)星進行相互間的通信,即多址聯(lián)接?！?衛(wèi)星通信頻段寬,容量大。衛(wèi)星通信采用微波頻段,每個衛(wèi)星上可設(shè)置多個轉(zhuǎn)發(fā)器,故通信容量很大?！?衛(wèi)星通信機動靈活。地球站的建立不受地理條件的限制,可建在邊遠地區(qū)、島嶼、汽車、飛機和艦艇上。〔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)星通信的正常運轉(zhuǎn)率達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)投資和維護費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,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：8/8〔1傳輸時延大。在地球同步衛(wèi)星通信系統(tǒng)中,通信站到同步衛(wèi)星的距離最大可一個單跳的傳播時間約需0.27s。如果利用衛(wèi)星通信打的話,由于兩個站的用戶都要經(jīng)過衛(wèi)星,因此,打者要聽到對方的回答必須額外等待0.54s?！?回聲效應(yīng)。在衛(wèi)星通信中,由于電波來回轉(zhuǎn)播需0.54s,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?！?存在通信盲區(qū)。把地球同步衛(wèi)星作為通信衛(wèi)星時,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)星實現(xiàn)對地球兩極的通信。〔4存在日凌中斷、星蝕和雨衰現(xiàn)象。趨勢未來衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要