衛(wèi)星通信基礎知識講座

衛(wèi)星通信基礎知識講座2024/12/271內(nèi)容：1、基本概念2、衛(wèi)星通信系統(tǒng)3、衛(wèi)星通信技術4、幾個問題5、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹2024/12/2721、基本概念1.1什么是衛(wèi)星通信是指地球站之間利用人造地球衛(wèi)星中繼轉(zhuǎn)發(fā)，而實現(xiàn)的無線通信。2024/12/2731、基本概念1.2通信衛(wèi)星的類型按軌道類型分：（1）赤道衛(wèi)星，其軌道面與赤道面重合；（2）極軌道衛(wèi)星，其軌道面與赤道面垂直。這種衛(wèi)星穿過地球南、北兩極的上空；（3）傾斜軌道衛(wèi)星，其軌道面相對于赤道面是傾斜的。2024/12/2741、基本概念1.2通信衛(wèi)星的類型按高度分：（1）低高度衛(wèi)星，h<1500km；（2）中高度衛(wèi)星，8000km<h<12000km；（3）高高度衛(wèi)星，h＞20000km。范艾倫高速粒子帶2024/12/2751、基本概念1.2通信衛(wèi)星的類型同步衛(wèi)星

2024/12/2761、基本概念1.3日凌中斷與星蝕

春分和秋分前后還存在星蝕（衛(wèi)星進入地球的陰影區(qū)）和日凌中斷（衛(wèi)星處于太陽和地球之間，受強大的太陽噪聲影響而使通信中斷）現(xiàn)象。2024/12/2771、基本概念1.4單跳、雙跳

2024/12/2781、基本概念1.5衛(wèi)星通信頻段

1）C波段，4／6GHZ設備成熟，可用帶寬500MHz，大部分國際衛(wèi)星通信，尤其是商業(yè)衛(wèi)星通信都使用此頻段，雨衰小，1－2dB

C波段工作頻段選擇可以有以下選擇：頻段上行（GHz）下行（GHz）標準C5.925~6.4253.7~4.2擴展C5.85~6.4253.625~4.2超級擴展C5.85~6.7253.4~4.2Palapa

C6.425~6.7253.4~3.72024/12/2791、基本概念1.5衛(wèi)星通信常用頻段

1）C波段，4／6GHZ

擴展C特點：租用費用便宜；

對L波接口的調(diào)制器、接收機、功放、天線均有擴展頻段要求，價格比標準設備高；下行與地面有重疊，受地面3.5GHzWBA，LMDS等業(yè)務影響，干擾可達55dB，造成衛(wèi)星接收機收通道飽和；2024/12/27101、基本概念1.5衛(wèi)星通信常用頻段

2）Ku波段，11（或12）／14GHZ

國際通信衛(wèi)星從第五代開始使用此頻段，國家的民用衛(wèi)星通信和廣播衛(wèi)星業(yè)務大多使用此頻段。可用帶寬1400MHz，雨衰大，一般5~10dB。2024/12/27111、基本概念1.5衛(wèi)星通信常用頻段

3）Ka波段，20／30GHz目前用于寬帶衛(wèi)星通信系統(tǒng)，使用該頻段時，可用帶寬可增大到3.5GHZ，為4／6GHZ時的7倍，但降雨影響相當嚴重。最大可達30dB!IPStar：關口站到衛(wèi)星銥系統(tǒng)：星際鏈路2024/12/27121、基本概念1.5衛(wèi)星通信常用頻段

4）UHF（0.3~1Ghz)、L波段(1~2GHz)

目前主要用于非同步衛(wèi)星或移動業(yè)務的衛(wèi)星通信，用于車輛、艦船和飛機上。北斗、銥系統(tǒng)、全球星等1992年國際電聯(lián)的WARC大會對衛(wèi)星移動通信的頻率分配主要是：1、L波段：1530MHz~1660MHz；S波段：2483~2500MHz（下行）作為主要業(yè)務分配給大

LEO（BigLEO）。2、VHF和UHF頻段：137MHz~400MHz分配給LEO（littleLEO）作為非話業(yè)務頻段。2024/12/27131、基本概念1.5衛(wèi)星通信常用頻段

4）UHF（0.3~1Ghz)、L波段(1~2GHz)為什么各種衛(wèi)星移動選擇L頻段？

除小LEO外，各種衛(wèi)星移動業(yè)務都要擠在L頻段，原因是雖然L頻段以上的更高的頻率資源豐富，但研究表明，200～2500MHz頻段對樹木、房屋的陰影效應小，空間衰耗也不甚大，衛(wèi)星移動業(yè)務正合需要，可是較低頻段如地面800MHZ、900MHZ頻段的蜂窩移動電話系統(tǒng)，800MHZ集群調(diào)度系統(tǒng)，以及廣播、電視業(yè)務都已擠滿，只有L頻段還可調(diào)整。2024/12/27141、基本概念1.5衛(wèi)星通信頻段

頻率范圍GHz表示符號0.1–0.3VHF0.3–1.0UHF1.0–2.0L2.0–4.0S4.0–8.0C8.0–12.0X12.0–18.0Ku18.0–27.0K27.0–40.0Ka40.0–75V75–110W110–300mm300–3000

m2024/12/27151、基本概念1.7工作頻率與雨衰的關系

2024/12/27161、基本概念1.7工作頻率與天線尺寸、帶寬、雨衰的關系小結

頻率低高天線大小雨衰低高帶寬窄寬2024/12/27172、衛(wèi)星通信系統(tǒng)對衛(wèi)星進行跟蹤測量，控制其準確進入靜止軌道上的指定位置，待衛(wèi)星正常運行后，要定期對衛(wèi)星進行軌道修正和位置保持。對定點的衛(wèi)星在業(yè)務開通前、后進行通信功能的監(jiān)測和控制，例如對衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器功率、衛(wèi)星天線增益以及各地球站發(fā)射的功率、射頻頻率和帶寬等基本通信參數(shù)進行監(jiān)控，以保證正常通信。2024/12/27182、衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.1通信衛(wèi)星

電源分系統(tǒng)通信轉(zhuǎn)發(fā)器遙測與指令分系統(tǒng)天線分系統(tǒng)2024/12/27192、衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.1通信衛(wèi)星

通信轉(zhuǎn)發(fā)器透明轉(zhuǎn)發(fā)器：地面發(fā)來的信號僅進行低噪聲放大、變頻和功率放大后發(fā)回地面，對信號不作任何其他處理的轉(zhuǎn)發(fā)器，即單純完成轉(zhuǎn)發(fā)任務的轉(zhuǎn)發(fā)器。處理轉(zhuǎn)發(fā)器：指除了信號轉(zhuǎn)發(fā)外，還具有信號處理功能的轉(zhuǎn)發(fā)器。2024/12/27202、衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.1通信衛(wèi)星

轉(zhuǎn)發(fā)器主要參數(shù)：工作頻段帶寬功率結合收發(fā)天線后的參數(shù)有：G/T值，反應衛(wèi)星接收噪聲性能飽和通量密度（FSD），反應衛(wèi)星接收靈敏度全向輻射功率（EIRP），反應衛(wèi)星發(fā)射功率2024/12/27212、衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.2通信地球站

2024/12/27222、衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.2通信地球站

上變頻發(fā)中頻基帶處理業(yè)務接口收中頻下變頻雙工器天線驅(qū)動伺服供電高功放LNA天線2024/12/27232、衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.2通信地球站

波導

微波傳輸線口大頻率低，口小頻率高2024/12/27242、衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.2通信地球站

天線

饋源主反射面副反射面卡塞格倫天線2024/12/27252、衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.2通信地球站

天線

偏饋天線饋源反射面2024/12/27262、衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.2通信地球站

天線

主要技術參數(shù)：工作頻段天線直徑天線增益方向圖（旁瓣

特性）噪聲溫度2024/12/27272、衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.2通信地球站

天線

2024/12/27282、衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.2通信地球站

功放

行波管功放（TWTA）微波電子管，大功率（400W以上），線性差，壽命6~10年，便宜。固態(tài)功放（SSPA、SSPB）砷化鎵場效應管，中小功率，線性好，壽命10年以上，貴。2024/12/27292、衛(wèi)星通信系統(tǒng)2.2通信地球站

低噪聲放大器（LNA、LNB）

微波信號低噪聲放大帶下變頻（LNB）或不帶（LNA）帶10MHz參考輸入或不帶主要指標：工作頻率噪聲溫度增益本振穩(wěn)定性2024/12/27303、衛(wèi)星通信技術3.1基帶信號與頻帶信號

基帶信號：未進行調(diào)制前的模擬或數(shù)字信號。頻帶信號：模擬或數(shù)字信號經(jīng)過調(diào)制后所得到的信號。數(shù)字信號模擬信號頻帶信號2024/12/27313、衛(wèi)星通信技術3.2多路復用

頻分復用不同頻率范圍的頻帶信號在時間上混合。OFDM正交頻分復用COFDM編碼正交頻分復用2024/12/27323、衛(wèi)星通信技術3.3信道差錯控制編碼3.3.1什么是差錯控制編碼？

通過信息比特碼流中插入一些額外的差錯控制比特，使信息比特與差錯控制比特之間符合某種給定的約束關系。3.3.2差錯控制編碼類型反饋糾錯：ARQ前向糾錯：BCH、RS碼、卷積碼、Turbo碼、LDPC碼2024/12/27333、衛(wèi)星通信技術3.4信道調(diào)制

什么是調(diào)制？將基帶信號頻譜搬移到指定載波頻率位置的過程。常用調(diào)制方式模擬：AM、FM數(shù)字：BPSK、QPSK等2024/12/27342024/12/27353、衛(wèi)星通信技術3.4信道調(diào)制

什么是調(diào)制？將基帶信號頻譜搬移到指定載波頻率位置的過程。常用調(diào)制方式模擬：AM、FM數(shù)字：BPSK、QPSK等BPSK2024/12/27363、衛(wèi)星通信技術3.4信道調(diào)制

什么是調(diào)制？將基帶信號頻譜搬移到指定載波頻率位置的過程。常用調(diào)制方式模擬：AM、FM數(shù)字：BPSK、QPSK等2024/12/27373、衛(wèi)星通信技術3.4信道調(diào)制

什么是調(diào)制？將基帶信號頻譜搬移到指定載波頻率位置的過程。常用調(diào)制方式模擬：AM、FM數(shù)字：BPSK、QPSK、8PSK、QAM等8PSK2024/12/27383、衛(wèi)星通信技術3.4信道調(diào)制

什么是調(diào)制？將基帶信號頻譜搬移到指定載波頻率位置的過程。常用調(diào)制方式模擬：AM、FM數(shù)字：BPSK、QPSK、8PSK、QAM等64QAM2024/12/27393、衛(wèi)星通信技術3.5多址聯(lián)接方式3.5.1什么是多址聯(lián)接方式？

所謂多址聯(lián)接，是指在衛(wèi)星的覆蓋區(qū)內(nèi)，各地球站通過共同的衛(wèi)星，同時分別建立相互之間的通信線路。實現(xiàn)多址聯(lián)接的關鍵是各地球站所發(fā)信號經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器混合與轉(zhuǎn)發(fā)后應能為相應的對方站識別，同時，各站信號之間的干擾要盡量小。實現(xiàn)多址聯(lián)接的技術基礎是信號分割。

2024/12/27403、衛(wèi)星通信技術3.5多址聯(lián)接方式3.5.2多址聯(lián)接方式分類依據(jù)信號的不同參量來分割，有不同的多址聯(lián)接方式，常見的有：頻分多址（FDMA）時分多址（TDMA）碼分多址（CDMA）空分多址（SDMA）

2024/12/27413、衛(wèi)星通信技術3.5多址聯(lián)接方式3.5.2多址聯(lián)接方式分類1）頻分多址（FDMA）按分配給各站的射頻載波頻率不同區(qū)分站址的方式稱為頻分多址方式。f2024/12/27423、衛(wèi)星通信技術3.5多址聯(lián)接方式3.5.2多址聯(lián)接方式分類1）頻分多址（FDMA）特點：技術成熟、設備簡單，不需要網(wǎng)同步；存在互調(diào)和交調(diào)干擾；功放必須工作于甲類各載波之間要留有足夠?qū)挼谋Ｗo頻帶各站發(fā)射功率必須嚴格控制，存在強信號抑制弱信號的現(xiàn)象。2024/12/27433、衛(wèi)星通信技術3.5多址聯(lián)接方式3.5.2多址聯(lián)接方式分類1）頻分多址（FDMA）典型FDMA方式----SCPC

SCPC是英文SingleChannelPerCarrier的縮寫，即每載波僅傳送一路話音（或數(shù)據(jù)信號）。2024/12/27443、衛(wèi)星通信技術2024/12/27453、衛(wèi)星通信技術3.5多址聯(lián)接方式3.5.2多址聯(lián)接方式分類2）時分多址（TDMA）按分配給各站的不同工作時隙區(qū)分各站的信號。2024/12/27463、衛(wèi)星通信技術3.5多址聯(lián)接方式3.5.2多址聯(lián)接方式分類2）時分多址（TDMA）特點：單載波工作，沒有交調(diào)；功放可工作于非線性，功率效率高頻帶利用率高要有精確的同步，以保證各站突發(fā)信號到達轉(zhuǎn)發(fā)器的時間不發(fā)生重疊。2024/12/27473、衛(wèi)星通信技術3.5多址聯(lián)接方式3.5.2多址聯(lián)接方式分類2）時分多址（TDMA）特點：單載波工作，沒有交調(diào)；功放可工作于非線性，功率效率高頻帶利用率高要有精確的同步，以保證各站突發(fā)信號到達轉(zhuǎn)發(fā)器的時間不發(fā)生重疊。2024/12/27483、衛(wèi)星通信技術3.5多址聯(lián)接方式3.5.2多址聯(lián)接方式分類3）空分多址（SDMA）

利用衛(wèi)星天線的不同空間指向區(qū)分不同區(qū)域地球站信號的多址聯(lián)接稱為空分多址。采用空分多址方式工作的衛(wèi)星需有星上交換設備（SS）。經(jīng)常與其他多址方式相結合實現(xiàn)多址聯(lián)接，如與FDMA、TDMA結合等。衛(wèi)星天線增益高（波束窄），衛(wèi)星功率可得到合理有效的利用；不同區(qū)域地球站的信號在空間指向上互不重疊，可實現(xiàn)頻率重復使用；空中交換功能姿態(tài)穩(wěn)定度要求高，要有較龐大和復雜的天線（各天線的波束指向不同）2024/12/27493、衛(wèi)星通信技術3.5多址聯(lián)接方式3.5.2多址聯(lián)接方式分類4）碼分多址（CDMA）按分配給各站不同的地址碼來區(qū)分地址的方式。它根據(jù)擴頻通信原理實現(xiàn)，即對各地球站分別用各不相同的、互不相關的偽隨機碼（地址碼）將發(fā)送的信號進行擴頻調(diào)制。這樣，即使各站發(fā)射的信號在頻率、時間、空間上相互重疊，也不會出現(xiàn)相互干擾。2024/12/27503、衛(wèi)星通信技術2024/12/27513、衛(wèi)星通信技術3.5多址聯(lián)接方式3.5.2多址聯(lián)接方式分類4）碼分多址（CDMA）特點:有較強的抗干擾能力;有較好的隱蔽性;改變地址較靈活方便;不需要網(wǎng)同步;頻帶利用率較低，通信容量較小。2024/12/27523、衛(wèi)星通信技術3.6信道分配方式預分配（PA）

將頻率資源預先分配給地球站，不用也空著。按需分配（DAMA）

需要時申請頻率資源，再分配給地球站，用完后還回。按需分配帶寬（BOD）

隨業(yè)務碼流的變化動態(tài)分配帶寬。

2024/12/27534、幾個問題

(a)垂直極化

(b)水平極化(c)右旋圓極化

(d)左旋圓極化

(f)左旋橢圓極化(e)右旋橢圓極化

4.1什么是圓極化與線極化？自由空間電磁波通常以電場的取向作為電波極化方向。2024/12/27544、兩個問題4.2什么是EIRP？EffectiveIsotropicRadiatedPower（有效等向輻射功率）

EIRP=G*Pt(天線增益G＊發(fā)射功率Pt）＝1*（G*Pt）（天線增益1＊發(fā)射功率G*Pt）功率通量密度點天線以G*Pt功率發(fā)射衛(wèi)星2024/12/27554、幾個問題4.3為什么不把Ku波段的天線做得手機天線這么??？

理論上可以（線天線），實際不可用：

到了Ku波段時，電波是以直線傳播的。天線處的接收信號很微弱2024/12/27565、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹5.1銥系統(tǒng)

1、1988年美國摩托羅拉公司提出的一種低軌道移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)，最初是由77顆小型智能衛(wèi)星組成，在780公里的地球上空圍繞7個極地軌道運行，通過微波彼此互連成網(wǎng)絡。后來又提出改由66顆衛(wèi)星來完成，并于1998年建成。2024/12/27575、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹5.1銥系統(tǒng)

2、極地圓軌道高度約７８０ｋｍ，每個軌道平面分布１１顆在軌運行衛(wèi)星及１顆備用衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星重３８６ｋｇ。2024/12/27585、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹5.1銥系統(tǒng)

3、采用了其特有的、代表了現(xiàn)代高科技最新成果的“星上處理技術”和前所未有的“星際鏈路技術”，提供的主要業(yè)務：電話/傳真（2.4kbps）、數(shù)據(jù)（2.4kbps）、尋呼。2024/12/27595、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹5.1銥系統(tǒng)

4、1999年8月13日，由美國摩托羅拉公司牽頭組建的銥星公司正式申請破產(chǎn)保護，于2000年3月17日一3月18日午夜停止全部運營。地面蜂窩網(wǎng)已經(jīng)趨于完善手機價格和通話費用太高：在中國大陸對地面固定和移動電話的國內(nèi)通話費是每分鐘9.8元人民幣，國際通話費每分鐘27.4元；銥衛(wèi)星手機對銥衛(wèi)星手機每分鐘14.3元；地面固定和移動電話呼叫銥衛(wèi)星手機每分鐘14元；每月基本費250元。終端供貨不足債務過高2024/12/27605、現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)介紹5.2GPS系統(tǒng)

GPS系統(tǒng)是美國70年代開始研制的新一代衛(wèi)星定位系統(tǒng),6個軌道面上的24顆衛(wèi)星網(wǎng)狀星座方案。自1995年宣布達到全運行工作能力以來，工作一直很正常。明年將發(fā)射改進型的第二代GPS衛(wèi)星，并計劃于2014年發(fā)射第一顆型號為3A的第三代GPS衛(wèi)星。第三