CH1+Introduction

1、1Introduction to Satellite Communicationsu衛(wèi)星通信發(fā)展歷史衛(wèi)星通信發(fā)展歷史u衛(wèi)星通信特點(diǎn)衛(wèi)星通信特點(diǎn)u衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成u衛(wèi)星分類衛(wèi)星分類u衛(wèi)星應(yīng)用衛(wèi)星應(yīng)用2n微波中繼通信微波中繼通信理想平原，兩站天線架理想平原，兩站天線架設(shè)高度分別為設(shè)高度分別為 和和 時，最大通信距離時，最大通信距離123.57()dhh123.57()dhh1h2hd3微波通信的特點(diǎn)：微波通信的特點(diǎn)：（1) 1) 頻帶寬頻帶寬, , 能傳輸?shù)男畔⑷萘看蟆Ｄ軅鬏數(shù)男畔⑷萘看?。?) 2) 天電、工業(yè)噪聲干擾及太陽黑子變化對短波及頻率天電、工業(yè)噪聲干擾及太陽黑子變化對短

2、波及頻率較低的無線電波段影響很大，而微波頻段較低的無線電波段影響很大，而微波頻段(GHz)(GHz)頻率高頻率高, , 不易受這些外界干擾的影響。因此，通信相對穩(wěn)定、可靠。不易受這些外界干擾的影響。因此，通信相對穩(wěn)定、可靠。（3) 3) 由于波長短由于波長短, , 天線的尺寸就可以做得很小。天線的尺寸就可以做得很小。（4) 4) 由于是直線傳播，微波通信必須采用中繼接力的方由于是直線傳播，微波通信必須采用中繼接力的方式。式。4什么是衛(wèi)星通信？什么是衛(wèi)星通信？ 衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站衛(wèi)星通信是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)或或反射反射無線電信號，在兩個或多個地球站之間進(jìn)行的通信

3、。衛(wèi)星無線電信號，在兩個或多個地球站之間進(jìn)行的通信。衛(wèi)星通信工作在微波頻段。通信工作在微波頻段。5簡史簡史n19451945年，英國年，英國Extra-Terrestrial RelaysExtra-Terrestrial Relays一文中提出利一文中提出利用用3 3顆靜止衛(wèi)星覆蓋全球的設(shè)想。顆靜止衛(wèi)星覆蓋全球的設(shè)想。 n19451945年到年到19641964年間，曾經(jīng)先后利用月球、氣球、銅針偶極子年間，曾經(jīng)先后利用月球、氣球、銅針偶極子帶作為中繼，進(jìn)行電話電視傳輸試驗(yàn)帶作為中繼，進(jìn)行電話電視傳輸試驗(yàn)n19571957年，前蘇聯(lián)發(fā)射了第年，前蘇聯(lián)發(fā)射了第1 1顆顆LEOLEO衛(wèi)星衛(wèi)星Spu

4、tnicSputnic（美蘇太空（美蘇太空競賽的導(dǎo)火索）競賽的導(dǎo)火索）n19621962年，美國第年，美國第1 1次發(fā)射了次發(fā)射了真正實(shí)用通信衛(wèi)星真正實(shí)用通信衛(wèi)星（Telstar/MEOTelstar/MEO）n19651965年，第年，第1 1顆商業(yè)通信衛(wèi)星（顆商業(yè)通信衛(wèi)星（INTELSAT-1INTELSAT-1）進(jìn)入靜止軌道）進(jìn)入靜止軌道n1990-20001990-2000年，引入衛(wèi)星直接廣播語言（年，引入衛(wèi)星直接廣播語言（DABDAB）業(yè)務(wù)）業(yè)務(wù)n2000-20052000-2005年，引入寬帶個人通信；年，引入寬帶個人通信；KaKa頻段系統(tǒng)得到迅速；頻段系統(tǒng)得到迅速；多個多個LEO

5、LEO和和MEOMEO衛(wèi)星系統(tǒng)投入運(yùn)行衛(wèi)星系統(tǒng)投入運(yùn)行6簡史簡史 （我國）（我國）n19701970年，我國發(fā)射成功第一顆人造地球衛(wèi)星年，我國發(fā)射成功第一顆人造地球衛(wèi)星“東方紅東方紅1 1號號”n19721972年，北京、上海建設(shè)年，北京、上海建設(shè)4 4座大型地球站座大型地球站n19751975年，第一個試驗(yàn)性衛(wèi)星通信工程開始全面實(shí)施。年，第一個試驗(yàn)性衛(wèi)星通信工程開始全面實(shí)施。n19841984年，成功發(fā)射第一顆試驗(yàn)通信衛(wèi)星年，成功發(fā)射第一顆試驗(yàn)通信衛(wèi)星 （靜止衛(wèi)星，（靜止衛(wèi)星，E125E125 ）n19861986年第一顆實(shí)用通信衛(wèi)星發(fā)射成功年第一顆實(shí)用通信衛(wèi)星發(fā)射成功(E103(E103

6、) )n當(dāng)前，國家公用衛(wèi)星通信網(wǎng)和各部門的專用衛(wèi)星通信當(dāng)前，國家公用衛(wèi)星通信網(wǎng)和各部門的專用衛(wèi)星通信網(wǎng)網(wǎng) （長途電話、傳真、數(shù)據(jù)、電視等業(yè)務(wù)）（長途電話、傳真、數(shù)據(jù)、電視等業(yè)務(wù)）7衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成n衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要由空間分系統(tǒng)空間分系統(tǒng)、通信地球站分系統(tǒng)通信地球站分系統(tǒng)、跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)和和監(jiān)控管理分系統(tǒng)監(jiān)控管理分系統(tǒng)四大功能部四大功能部分組成。分組成。8主要討論靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)主要討論靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng)n空間分系統(tǒng)空間分系統(tǒng)是指是指通信衛(wèi)星通信衛(wèi)星，主要由天線分系統(tǒng)、遙測，主要由天線分系統(tǒng)、遙測與指令分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)和

7、電源分系與指令分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)組成。統(tǒng)組成。n通信地球站通信地球站由天線饋線設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、由天線饋線設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、信道終端設(shè)備等組成信道終端設(shè)備等組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成9n跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)跟蹤遙測及指令分系統(tǒng)（TT&C，tracking, telemetry and command station）對衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測量，控制其準(zhǔn)對衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上的確定位置，并對在軌衛(wèi)星的軌道、確進(jìn)入靜止軌道上的確定位置，并對在軌衛(wèi)星的軌道、位置、姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和校正。位置、姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)測和校正。n監(jiān)控管理分系統(tǒng)

8、監(jiān)控管理分系統(tǒng)(SCC, satellite control center)對在軌衛(wèi)星對在軌衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前的監(jiān)測和業(yè)務(wù)開通后的通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前的監(jiān)測和業(yè)務(wù)開通后的例行監(jiān)測和控制，以確保通信衛(wèi)星正常運(yùn)行和工作。的例行監(jiān)測和控制，以確保通信衛(wèi)星正常運(yùn)行和工作。衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成10衛(wèi)星通信的特點(diǎn)衛(wèi)星通信的特點(diǎn)靜止靜止衛(wèi)星通信與其它通信手段相比，有以下一些特點(diǎn)：衛(wèi)星通信與其它通信手段相比，有以下一些特點(diǎn)：n（1）通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離無關(guān)。）通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離無關(guān)。(最大通最大通信距離信距離18000km）n（2）覆蓋面積大，可進(jìn)行多

9、址通信。覆蓋面積大，可進(jìn)行多址通信。n（3）通信頻帶寬，傳輸容量大。）通信頻帶寬，傳輸容量大。n（4）機(jī)動靈活。）機(jī)動靈活。n（5）通信線路穩(wěn)定可靠，傳輸質(zhì)量高。）通信線路穩(wěn)定可靠，傳輸質(zhì)量高。11缺點(diǎn)和問題：缺點(diǎn)和問題：（1 1）靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜。）靜止衛(wèi)星的發(fā)射與控制技術(shù)比較復(fù)雜。（2 2）地球高緯度地區(qū)通信效果不好，并且兩極地區(qū)為通）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)。信盲區(qū)。（3 3）存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象。）存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象。（4 4）電波的傳播時延較大和）電波的傳播時延較大和 存在回波干擾。存在回波干擾。單跳時延單跳時延0.270.27秒秒衛(wèi)星

10、通信的特點(diǎn)衛(wèi)星通信的特點(diǎn)12 1、靜止軌道衛(wèi)星（靜止軌道衛(wèi)星（Geostationary Earth Orbit：GEO）：）：n與地球上某一點(diǎn)保持相對靜止與地球上某一點(diǎn)保持相對靜止n赤道延伸平面：赤道延伸平面：36000km 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：n經(jīng)濟(jì)，三顆衛(wèi)星，覆蓋全球經(jīng)濟(jì)，三顆衛(wèi)星，覆蓋全球 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：n長距離造成大信號衰減和大傳播時延（長距離造成大信號衰減和大傳播時延（500ms以上）以上）分類分類13圖圖 靜止衛(wèi)星配置的幾何關(guān)系靜止衛(wèi)星配置的幾何關(guān)系 142、中軌道衛(wèi)星（中軌道衛(wèi)星（Medium Earth Orbit：MEO）n高度在高度在500012000km左右左右n為了覆蓋整個地球需要

11、為了覆蓋整個地球需要10顆左右衛(wèi)星顆左右衛(wèi)星 GPS：為美國空軍系統(tǒng)運(yùn)作，用作全球定位。：為美國空軍系統(tǒng)運(yùn)作，用作全球定位。n早期為早期為12個衛(wèi)星星座，在個衛(wèi)星星座，在19781985年間發(fā)射年間發(fā)射;n新的新的GPS系統(tǒng)，在系統(tǒng)，在19891994年間發(fā)射；為年間發(fā)射；為24顆小衛(wèi)顆小衛(wèi)星星座系統(tǒng)星星座系統(tǒng),分分6個軌道平面覆蓋全球個軌道平面覆蓋全球分類（續(xù)）分類（續(xù)）15 3、低軌道衛(wèi)星（、低軌道衛(wèi)星（Low Earth Orbit：LEO）n高度在高度在500900kmn提供全球移動電話和數(shù)據(jù)服務(wù)；也可用于地面攝影和偵提供全球移動電話和數(shù)據(jù)服務(wù)；也可用于地面攝影和偵察察 優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：n信

12、號衰減小，時延小信號衰減小，時延小n衛(wèi)星重量輕，結(jié)構(gòu)簡單衛(wèi)星重量輕，結(jié)構(gòu)簡單 缺點(diǎn)缺點(diǎn)：n為了覆蓋整個地球需要大量衛(wèi)星，系統(tǒng)復(fù)雜！為了覆蓋整個地球需要大量衛(wèi)星，系統(tǒng)復(fù)雜！分類（續(xù)）分類（續(xù)）16赤道軌道衛(wèi)星赤道軌道衛(wèi)星極軌道衛(wèi)星極軌道衛(wèi)星傾斜軌道衛(wèi)星傾斜軌道衛(wèi)星按軌道傾角分，可分按軌道傾角分，可分3類：類：171717250ms250ms100ms100ms15ms15ms傳送延遲來傳送延遲來回時間回時間傳輸延遲大傳輸延遲大衛(wèi)星成本較高衛(wèi)星成本較高軌道位置有限軌道位置有限衛(wèi)星體系復(fù)雜衛(wèi)星體系復(fù)雜有多普勒效應(yīng)有多普勒效應(yīng)生命周期短生命周期短衛(wèi)星體系復(fù)雜衛(wèi)星體系復(fù)雜有多普勒效應(yīng)有多普勒效應(yīng)缺點(diǎn)缺點(diǎn)

13、地表覆蓋率地表覆蓋率42.2%42.2%無多普勒效應(yīng)無多普勒效應(yīng)中度成本中度成本傳輸延遲低傳輸延遲低低成本低成本傳輸延遲低傳輸延遲低訊號衰減低訊號衰減低優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)24hrs24hrs2-4hrs2-4hrs15min15min可用時間可用時間36000 km36000 km8000-12000 km8000-12000 km300-1500 km300-1500 km高度高度同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星GEOGEO中軌衛(wèi)星中軌衛(wèi)星MEOMEO低軌衛(wèi)星低軌衛(wèi)星 LEOLEO型態(tài)型態(tài)1818地球靜止步軌道上的通信衛(wèi)星地球靜止步軌道上的通信衛(wèi)星寬帶衛(wèi)星92顆其他衛(wèi)星147顆239顆1919n就應(yīng)用方面來說，衛(wèi)星約

14、可分成下列幾類：就應(yīng)用方面來說，衛(wèi)星約可分成下列幾類：n偵察衛(wèi)星 (Surveillance Satellites) n預(yù)警衛(wèi)星 (Early Warning Satellites) n氣象衛(wèi)星 (Weather Satellite)n天文衛(wèi)星 (Astronomical Satellite)n導(dǎo)航衛(wèi)星 (Navigational Satellite)n探測衛(wèi)星 (Remote Sensor Satellite)n殺手衛(wèi)星 (Killer Satellite) n通信衛(wèi)星 (Communication Satellite) 20 n氣象衛(wèi)星：氣象衛(wèi)星： 2121 衛(wèi)星等級衛(wèi)星等級英文名稱質(zhì)量質(zhì)

15、量大衛(wèi)星大衛(wèi)星Large Satellite一千公斤以上一千公斤以上小衛(wèi)星小衛(wèi)星Small Satellite五百公斤至一千公斤五百公斤至一千公斤迷你衛(wèi)星迷你衛(wèi)星Mini-Satellite一百公斤至五百公斤一百公斤至五百公斤微衛(wèi)星微衛(wèi)星Micro-Satellite十公斤至一百公斤十公斤至一百公斤微小衛(wèi)星微小衛(wèi)星( (奈米級衛(wèi)星奈米級衛(wèi)星) )Nano-Satellite一公斤至十公斤一公斤至十公斤微微衛(wèi)星微微衛(wèi)星( (皮米級衛(wèi)星皮米級衛(wèi)星) )Pico-Satellite一公斤以內(nèi)一公斤以內(nèi)22主要應(yīng)用領(lǐng)域主要應(yīng)用領(lǐng)域n國際電信鏈路（國際電信鏈路（International Telecom

16、munication）n電視節(jié)目傳送（電視節(jié)目傳送（TV program Distribution）n企業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)（企業(yè)專用網(wǎng)絡(luò)（VSATs）n軍事通信（軍事通信（Military Communication）n移動通信服務(wù)（移動通信服務(wù)（Mobile satellite services）n緊急救難服務(wù)（緊急救難服務(wù)（Emergency Communication）n等等。等等。 23大氣中自由電子、離子、氧和水氣分子對電波的吸收衰減大氣中自由電子、離子、氧和水氣分子對電波的吸收衰減衛(wèi)星通信使用的頻段衛(wèi)星通信使用的頻段（1）0.3-10GHz（2）30GHZ附近附近24衛(wèi)星通信使用的頻段衛(wèi)星

17、通信使用的頻段25nL頻段頻段1-2 GHz（移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)、地面微波、廣電、（移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)、地面微波、廣電、蜂窩）蜂窩）nS頻段頻段2-4 GHz（移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)、數(shù)字音頻廣播、（移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)、數(shù)字音頻廣播、NASANASA研究）研究）nC頻段頻段4-8 GHz （固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)、地面微波）（固定衛(wèi)星業(yè)務(wù)、地面微波）nX頻段頻段8-12.5 GHz（衛(wèi)星軍事通信、地球觀測衛(wèi)星）衛(wèi)星軍事通信、地球觀測衛(wèi)星）nKu頻段頻段12.5-18 GHz（固定衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、地面微（固定衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、地面微波）波）nK頻段頻段18-26.5 GHz（固定衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、（固定衛(wèi)星、廣播衛(wèi)星、 LMDS ）nK

18、a頻段頻段26.5-40 GHz（固定衛(wèi)星、星際鏈路、衛(wèi)星成（固定衛(wèi)星、星際鏈路、衛(wèi)星成像像、LMDS）衛(wèi)星通信使用的頻段衛(wèi)星通信使用的頻段262626n為避免上、為避免上、下鏈路于傳輸空間相互干擾下鏈路于傳輸空間相互干擾，需將上、，需將上、下鏈路下鏈路之頻帶錯開之頻帶錯開。n因應(yīng)衛(wèi)星酬載重量與壽命限制，上鏈?zhǔn)褂幂^高頻率。因應(yīng)衛(wèi)星酬載重量與壽命限制，上鏈?zhǔn)褂幂^高頻率。n目前衛(wèi)星通信常用頻帶：目前衛(wèi)星通信常用頻帶：降雨衰減嚴(yán)重降雨衰減嚴(yán)重射頻裝備成本高射頻裝備成本高使用帶寬很大使用帶寬很大30 (27.5-30.5)30 (27.5-30.5)20 (17.7-21.7)20 (17.7-21.7)KaKa降雨衰減較大降雨衰減較大地面微波干擾地面微波干擾14 (14.0-14.5)14 (14.0-14.5)11 ( 11.7-12.2)11 ( 11.7-12.2)KuKu地面微波干擾地面微波干擾6 (5.925-6.425)6 (5.925-6.425)4 (3.7-4.2)4 (3.7-4.2)C C備注備注上鏈頻率上鏈頻率(GHz)(GHz)下鏈頻率下鏈頻率(GHz)(GHz)頻帶頻帶27n全球覆蓋全球覆蓋：衛(wèi)星天線照射地球表面最大面積衛(wèi)星天線照射地球表面最大面積，約約17.417.4度度n區(qū)域覆蓋區(qū)域覆蓋：典型的區(qū)域覆蓋天線波束寬度典型的區(qū)域覆蓋天線波束