衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述PPT課件

1、主講人：葛延良主講人：葛延良衛(wèi)衛(wèi) 星星 通通 信信通信：在兩個或多個位置實現(xiàn)信息的傳輸、接 收和處理。 有線通信：光纖、電纜、明線 無線通信：短波/超短波通信、微波中 繼通信、衛(wèi)星通信第第1 1章章 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述n衛(wèi)星通信的概念 衛(wèi)星通信：是指利用通信衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)或反射無線電波，以此來實現(xiàn)兩個或多個地球站（或手持終端）之間或者地球站與航天器之間通信的一種通信形式。 換言之，衛(wèi)星通信是在地球站上，包括地面、水面和大氣層中的無線電通信站之間，利用人造衛(wèi)星作為中繼站進行的通信。 衛(wèi)星通信是個人通信網(wǎng)的組成部分，衛(wèi)星通信是個人通信網(wǎng)的組成部分，是地面通信網(wǎng)的補充。是地面通信網(wǎng)

2、的補充。 1.1 衛(wèi)星軌道衛(wèi)星軌道1cosPre21bea2(1)Pae圖1 橢圓軌道的示意圖21() (km/s)VuraV為衛(wèi)星在軌道上的瞬時速度。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值為為開普勒常數(shù)，u值為32saTu1.2 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成選擇工作頻段時，應(yīng)考慮的重要因素：選擇工作頻段時，應(yīng)考慮的重要因素：（1 1）電波傳播衰減及其它衰減要小電波傳播衰減及其它衰減要?。唬?；（圖圖 1-14） 在在0.3-10GHz0.3-10GHz頻段，大氣吸收衰減最小，稱為頻段，大氣吸收衰減最小，稱為“無線無線電窗口電窗口”。另外，在。另外，在30GHz30GHz附近

3、也有一個衰減的低谷，稱附近也有一個衰減的低谷，稱為為“半透明無線電窗口半透明無線電窗口”。（2 2）天線接收的外界噪聲要小天線接收的外界噪聲要?。唬▓D（圖 1-15） 從降低接收系統(tǒng)噪聲的角度來考慮，工作頻段最好從降低接收系統(tǒng)噪聲的角度來考慮，工作頻段最好選在選在1-10GHz1-10GHz之間工作。之間工作。（3 3）大氣層中雨、霧、云的影響大氣層中雨、霧、云的影響； （圖（圖 1-16）1.3 衛(wèi)星通信的工作頻段 從上述三方面考慮，衛(wèi)星通信的工作頻率一般選在從上述三方面考慮，衛(wèi)星通信的工作頻率一般選在1-10GHz1-10GHz范圍內(nèi)較為適宜，而且范圍內(nèi)較為適宜，而且最理想最理想的頻段是在

4、的頻段是在4-6GHz4-6GHz附近。附近。 除上述三個方面以外，還應(yīng)考慮如下因素：除上述三個方面以外，還應(yīng)考慮如下因素：（4 4）有）有較寬的可用頻帶較寬的可用頻帶，以滿足信息傳輸?shù)囊?；，以滿足信息傳輸?shù)囊螅唬? 5）與地面微波通信、雷達等其他無線系統(tǒng)間的）與地面微波通信、雷達等其他無線系統(tǒng)間的相互干相互干 擾要小擾要小；（6 6）能充分）能充分利用現(xiàn)有通信技術(shù)利用現(xiàn)有通信技術(shù)，并便于與現(xiàn)有地面通信，并便于與現(xiàn)有地面通信 設(shè)備配合使用；設(shè)備配合使用；（7 7）設(shè)備）設(shè)備尺寸要小尺寸要小。段號段號頻段名稱頻段名稱頻段范圍頻段范圍1 1極低頻極低頻(ELF)(ELF)330330赫赫(Hz

5、)(Hz)2 2超低頻超低頻(SLF)(SLF)3030030300赫赫(Hz)(Hz)3 3特低頻特低頻(ULF)(ULF)30030003003000赫赫(Hz)(Hz)4 4甚低頻甚低頻(VLF)(VLF)330330千赫千赫(KHz)(KHz)5 5低頻低頻(LF)(LF)3030030300千赫千赫(KHz)(KHz)6 6中頻中頻(MF)(MF)30030003003000千赫千赫(KHz)(KHz)7 7高頻高頻(HF)(HF)330330兆赫兆赫(MHz)(MHz)8 8甚高頻甚高頻(VHF)(VHF)3030030300兆赫兆赫(MHz)(MHz)9 9特高頻特高頻(UHF)

6、(UHF)30030003003000兆赫兆赫(MHz)(MHz)1010超高頻超高頻(SHF)(SHF)330330吉赫吉赫(GHz)(GHz)1111極高頻極高頻(EHF)(EHF)3030030300吉赫吉赫(GHz)(GHz)1212至高頻至高頻(THF)(THF)30030003003000吉赫吉赫(GHz)(GHz)頻率劃分: 綜合上述要求，應(yīng)將衛(wèi)星的工作頻段選在微波頻段或特高頻。具體地說，目前大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)是選擇在以下頻段工作： L 頻段： 1.6/1.5 GHz S頻段： 4/2 GHz C 頻段： 6/4 GHz X 頻段： 8/7 GHz Ku 頻段： 14/12 GH

7、z Ka 頻段： 30/20 GHz VHF 頻段：0.10.3 GHz 用于移動、導(dǎo)航業(yè)務(wù)。 UHF 頻段：0.31.0 GHz 用于移動、導(dǎo)航業(yè)務(wù)。 更高頻段：Q 頻段：3646 GHz， V 頻段：4656 GHz。 太赫茲頻段：0.110THz。 K波段波段(1827GHz), Ku波段的頻波段的頻率受國際有關(guān)法律保護，率受國際有關(guān)法律保護，1218GHz頻段。頻段。Ku波段衛(wèi)星單轉(zhuǎn)發(fā)器功率一般波段衛(wèi)星單轉(zhuǎn)發(fā)器功率一般比較大，多采用賦形波束覆蓋，衛(wèi)星比較大，多采用賦形波束覆蓋，衛(wèi)星EIRP較大，加上較大，加上Ku波段接收天線效波段接收天線效率高于率高于C波段接收天線，因此接收波段接收天

8、線，因此接收Ku波段衛(wèi)星節(jié)目的天線口徑遠小于波段衛(wèi)星節(jié)目的天線口徑遠小于C波波段，從而可有效地降低接收成本，方段，從而可有效地降低接收成本，方便個體接收。便個體接收。 主要應(yīng)用：中繼、衛(wèi)星通信、主要應(yīng)用：中繼、衛(wèi)星通信、雷達等。雷達等。 現(xiàn)在廣泛使用的藍牙、現(xiàn)在廣泛使用的藍牙、ZigBee、無線路由、無線鼠標等、無線路由、無線鼠標等也使用這個范圍的頻率。也使用這個范圍的頻率。 據(jù)據(jù)IEEE 521-2002標準，標準，X波段波段是指頻率在是指頻率在812 GHz的無線電波波的無線電波波段。而在某些場合中，段。而在某些場合中，X波段的頻率波段的頻率范圍則為范圍則為711.2 GHz。X波段中的波

9、段中的X即英語中的即英語中的“extended”，表示，表示“擴擴展的展的” 。 X波段通常的下行頻率為波段通常的下行頻率為7.25 7.75 GHz，上行頻率為，上行頻率為7.98.4 GHz，也常被稱為也常被稱為7/8 GHz波段。據(jù)波段。據(jù)ITU無無線電規(guī)則第線電規(guī)則第8條，條，X頻段在空間應(yīng)用頻段在空間應(yīng)用方面有：空間研究、廣播衛(wèi)星、固定方面有：空間研究、廣播衛(wèi)星、固定通訊業(yè)務(wù)衛(wèi)星、地球探測衛(wèi)星、氣象通訊業(yè)務(wù)衛(wèi)星、地球探測衛(wèi)星、氣象衛(wèi)星等用途。衛(wèi)星等用途。 根據(jù)根據(jù)IEEE 521-2002標準，標準，L波段是指頻率在波段是指頻率在12 GHz的無線的無線電波波段?？杀挥糜陔姴úǘ??？?/p>

10、被用于DAB、衛(wèi)星、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)等。導(dǎo)航系統(tǒng)等。 C波段，是頻率波段，是頻率48GHz的一段的一段頻帶，在衛(wèi)星電視廣播和各類小型頻帶，在衛(wèi)星電視廣播和各類小型衛(wèi)星地面站應(yīng)用中，該頻段首先被衛(wèi)星地面站應(yīng)用中，該頻段首先被采用，且一直被廣泛使用。采用，且一直被廣泛使用。 Ka波段的頻率范圍為波段的頻率范圍為2740GHz。Ka代表著代表著K的正上方的正上方(K-above)，換，換句話說，該波段直接高于句話說，該波段直接高于K波段。波段。Ka波段也被稱作波段也被稱作30/20 GHz波段，波段，通常用于衛(wèi)星通信。通常用于衛(wèi)星通信。 甚高頻甚高頻(VHF)是指頻帶是指頻帶30MHz300MHz的頻段

11、。多數(shù)的頻段。多數(shù)是用作電臺及電視臺廣播，同是用作電臺及電視臺廣播，同時又是航空和航海的溝通頻道。時又是航空和航海的溝通頻道。和高頻（和高頻（HF）不同的是，電離）不同的是，電離層通常不會反射層通常不會反射VHF的信號。的信號。 特高頻（特高頻（UHF）是指波長范圍）是指波長范圍為為1m1dm，頻率為，頻率為3003000MHz的無線電波，常用于移動通信和廣播的無線電波，常用于移動通信和廣播電視領(lǐng)域。特高頻主要用于短途通信，電視領(lǐng)域。特高頻主要用于短途通信，可以用小而短的天線作收發(fā)，適合移可以用小而短的天線作收發(fā)，適合移動通信。動通信。衛(wèi)星通信與其他通信手段相比，具有以下一些特點：衛(wèi)星通信與其

12、他通信手段相比，具有以下一些特點：優(yōu)點優(yōu)點： 1 1、衛(wèi)星通信系統(tǒng)能以較低的成本提供較寬范圍的無、衛(wèi)星通信系統(tǒng)能以較低的成本提供較寬范圍的無 縫覆蓋，縫覆蓋，圖圖 1-2) 2 2、可利用頻帶寬，傳輸容量大，可進行多址通信；、可利用頻帶寬，傳輸容量大，可進行多址通信； 3 3、 4 4、且費用與通信距離無關(guān)；且費用與通信距離無關(guān)； 5 5、衛(wèi)星通信具有靈活性和普遍性；、衛(wèi)星通信具有靈活性和普遍性； 6 6、統(tǒng)一的業(yè)務(wù)提供商有助于系統(tǒng)的、統(tǒng)一的業(yè)務(wù)提供商有助于系統(tǒng)的1.4 衛(wèi)星通信的特點衛(wèi)星通信的特點缺點缺點： 1 1、靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制比較復(fù)雜；、靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制比較復(fù)雜； 2 2、對于

13、靜止衛(wèi)星，地球高緯度地區(qū)通信效果不好，、對于靜止衛(wèi)星，地球高緯度地區(qū)通信效果不好， 并且兩極地區(qū)為通信盲區(qū)；并且兩極地區(qū)為通信盲區(qū)； 3 3、存在、存在日凌中斷日凌中斷和和星蝕現(xiàn)象星蝕現(xiàn)象； 4 4、電波的、電波的傳播時延較大傳播時延較大，且存在，且存在回波干擾回波干擾。1.4 衛(wèi)星通信的特點衛(wèi)星通信的特點 由于衛(wèi)星通信相對于地面通信網(wǎng)的綜合造價成本高，終端貴，因此，衛(wèi)星通信的市場定位應(yīng)該是地面通信網(wǎng)的延伸和補充，主要服務(wù)于地面通信網(wǎng)不能覆蓋的區(qū)域及有特殊通信需求的人群。 衛(wèi)星覆蓋區(qū)域廣，可以較經(jīng)濟地為地面蜂窩網(wǎng)覆蓋范圍以外的用戶-“唯星用戶”提供移動通信業(yè)務(wù)。 解決邊遠地區(qū)通信服務(wù)、企業(yè)專網(wǎng)

14、、洲際通信、國防通信，與地面通信網(wǎng)結(jié)合解決廣域無縫覆蓋。1.4 衛(wèi)星通信的特點衛(wèi)星通信的特點衛(wèi)星移動通信和地面移動通信的關(guān)系：l 衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)能擴大地面移動通信的地理和業(yè)務(wù)覆蓋范圍，除提供常規(guī)的移動通信業(yè)務(wù)外，還可向空中、海面和復(fù)雜地理結(jié)構(gòu)的地面區(qū)域的各類移動用戶提供服務(wù)。 l 從應(yīng)用來講，地面移動通信網(wǎng)主要集中在高業(yè)務(wù)量的應(yīng)用環(huán)境，而衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)最適合于低業(yè)務(wù)量地區(qū)、航海、航空及地面網(wǎng)欠發(fā)達地區(qū)的應(yīng)用環(huán)境，并且在地面網(wǎng)絡(luò)過載或發(fā)生故障時作為其迂回網(wǎng)絡(luò)。1.4 衛(wèi)星通信的特點衛(wèi)星通信的特點衛(wèi)星通信在中國的特殊地位： 幅員遼闊； 人口眾多； 地區(qū)發(fā)展不平衡； 中國有60左右的地區(qū)是地面網(wǎng)

15、盲區(qū)，如海洋、高山、沙漠和草原等，通信的困難甚至成為人們生存的障礙。1.4 衛(wèi)星通信的特點衛(wèi)星通信的特點1.5 衛(wèi)星衛(wèi)星通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型的業(yè)務(wù)類型衛(wèi)星衛(wèi)星通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型有的業(yè)務(wù)類型有1.5 衛(wèi)星衛(wèi)星通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型的業(yè)務(wù)類型4個階段個階段衛(wèi)星衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常用于支持通信系統(tǒng)通常用于支持1、衛(wèi)星視頻廣播業(yè)務(wù)2、衛(wèi)星電話等交互式業(yè)務(wù)3、數(shù)據(jù)通信和Internet業(yè)務(wù)4、衛(wèi)星移動通信業(yè)務(wù)1.5 衛(wèi)星衛(wèi)星通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型的業(yè)務(wù)類型衛(wèi)星通信的其它應(yīng)用：衛(wèi)星通信的其它應(yīng)用： 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

16、和電子偵察）、預(yù)警 支持載人航天 遠程教育、遠程醫(yī)療1.5 衛(wèi)星衛(wèi)星通信系統(tǒng)通信系統(tǒng)的業(yè)務(wù)類型的業(yè)務(wù)類型1.6 衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢（1）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)。同步衛(wèi)星向大容量、多波束、智能化方向發(fā)展。Ka頻段靜止軌道衛(wèi)星系統(tǒng)已逐步走向?qū)嵱没?，衛(wèi)星通信網(wǎng)從窄帶向?qū)拵н^渡，如覆蓋美洲的EchoStar-Ka、PAS和ASTROLINK等。（2）微小衛(wèi)星、納衛(wèi)星和皮衛(wèi)星的快速發(fā)展，小衛(wèi)星通信地面站廣泛應(yīng)用。小型低軌衛(wèi)星系統(tǒng)已陸續(xù)投入運行，用于低

17、速數(shù)據(jù)傳輸，如E-Sat、GE American和 GEMnet等系統(tǒng)。 （3）對地靜止軌道資源非常有限，因此ITU鼓勵采用中低軌道、高傾斜橢圓軌道以及IGSO軌道。（4）隨著1997年9月26日美國FCC頻率申請計劃新周期的開始， Q、V段新系統(tǒng)紛紛推出，各公司開始申請Q和V頻段新系 統(tǒng)。（5）不斷發(fā)展新業(yè)務(wù)，如無線Internet、組播和交互式TV、移 動語音、數(shù)據(jù)通信、數(shù)字視頻廣播(DVB)和數(shù)字音頻廣播 (DAB)步入家庭和個人用戶、多媒體通信和Internet接入等。（6）地面終端的發(fā)展呈現(xiàn)小型化、綜合化和智能化。終端可工作在多個頻段，支持綜合業(yè)務(wù)，適應(yīng)多種多址接入方式、調(diào)制方式、編

18、碼方式，傳輸速率可改變。1.6 衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢（7）寬帶低軌道系統(tǒng)正在加緊開發(fā)之中，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)計為10年左右。（8）現(xiàn)有衛(wèi)星通信系統(tǒng)為適應(yīng)新技術(shù)發(fā)展和系統(tǒng)對容量的更大要求形成了新的演變方案，如Iridium系統(tǒng)將其運行的衛(wèi)星數(shù)目從66顆增加至96顆。（9）天地網(wǎng)絡(luò)不斷融合。衛(wèi)星通信與有線電視、寬帶互聯(lián)網(wǎng)、移動互聯(lián)網(wǎng)等融合。（10）新技術(shù)廣泛應(yīng)用。如星上交換與處理、多波速天線等。1.6 衛(wèi)星通信的發(fā)展趨勢附錄：通信衛(wèi)星的分類附錄：通信衛(wèi)星的分類 按軌道分：GEO， HEO，MEO，LEO。 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宇宙噪聲(冷空)宇宙噪聲(熱空)大氣噪聲 當當“太陽太陽衛(wèi)星衛(wèi)星地地球球”走成一線時，將發(fā)生走成一線時，將發(fā)生“日凌日凌”，此時，衛(wèi)星處，此時，衛(wèi)星處于光照最強的位置，受到于光照最強的位置，受到太陽輻射的干擾，由太陽太陽輻射的干擾，由太陽引起的強大噪聲從天線