卫星通信基本概念及其系统组成课件.ppt

1、第章卫星通信概述第章卫星通信概述第章卫星通信网第章卫星通信网第章卫星通信基本技术第章卫星通信基本技术第章移动卫星通信系统第章移动卫星通信系统第章卫星通信链路设计第章卫星通信链路设计第1章 卫星通信概述 1.1 1.1 卫星通信的基本概念和特点卫星通信的基本概念和特点 1.2 1.2 卫星通信地球站卫星通信地球站 1.3 1.3 通信卫星（组成、轨道及星座设计）通信卫星（组成、轨道及星座设计） 1.4 1.4 卫星通信工作频段的选择及电波传输卫星通信工作频段的选择及电波传输的特点的特点 1.5 1.5 卫星通信的发展卫星通信的发展 通信：有线通信和无线通信通信：有线通信和无线通信 有线通信：光纤

2、、电缆、明线有线通信：光纤、电缆、明线 无线通信：短波通信、微波中继通信、无线通信：短波通信、微波中继通信、 地面蜂窝移动通信、卫星通地面蜂窝移动通信、卫星通 信、无线局域网等信、无线局域网等 卫星通信是个人通信网的组成部分，是地面通信卫星通信是个人通信网的组成部分，是地面通信网的补充。网的补充。基本概念基本概念 通信通信：信息的传递（传递含有信息的消息）。：信息的传递（传递含有信息的消息）。 消息消息：以某种形式对主、客观事物运动状态：以某种形式对主、客观事物运动状态 的具体描述。的具体描述。语音、文字、图像、数据等语音、文字、图像、数据等在通信中可以认为是通信传输的具体对象在通信中可以认为

3、是通信传输的具体对象信息信息：消息中所包含的对收信者有用的内容，：消息中所包含的对收信者有用的内容， 或者说是收信者感兴趣的那部分或者说是收信者感兴趣的那部分内容。内容。1.1.1 1.1.1 卫星通信的基本概念卫星通信的基本概念卫星卫星是指在是指在围绕行星围绕行星的轨道上运行的的轨道上运行的天然天体天然天体或或人造人造天体天体，如月球是地球的卫星。，如月球是地球的卫星。1.1 1.1 卫星通信的基本概念和特点卫星通信的基本概念和特点卫星通信卫星通信是指是指利用人造地球卫星作为中继站利用人造地球卫星作为中继站转发无线电转发无线电波，在两个或多个波，在两个或多个地球站之间地球站之间进行的通信。其

4、无线电波频率进行的通信。其无线电波频率使用微波频段使用微波频段(300 MHz(300 MHz300 GHz300 GHz，即波段，即波段1 m1 m1 mm)1 mm)。 卫星通信系统指卫星通信系统指利用人造地球卫星在地球站之间进行通利用人造地球卫星在地球站之间进行通信的通信系统。信的通信系统。 通信卫星通信卫星指用于实现通信目的的人造卫星。指用于实现通信目的的人造卫星。 卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接力向太空的延伸。力向太空的延伸。 图1-1 卫星通信过程示意图通常以空间飞行器或通信转发体为对象的无线通常以空间飞行器或通信转

5、发体为对象的无线电通信称为电通信称为空间通信空间通信( (宇宙通信宇宙通信) )，它包括三种形式：，它包括三种形式：(1)(1)地球站与空间站之间的通信；地球站与空间站之间的通信；(2)(2)各空间站之间的通信；各空间站之间的通信；(3)(3)通过空间站的转发或反射进行的各地球站之通过空间站的转发或反射进行的各地球站之间的通信。间的通信。把第三种形式的空间通信称为卫星通信，这里把第三种形式的空间通信称为卫星通信，这里说的地球站是指设在地球表面说的地球站是指设在地球表面( (包括地面、海洋或大包括地面、海洋或大气层气层) )的通信站。的通信站。2 2、对地静止卫星、对地静止卫星： 相对于地球表面

6、上的任一点，卫星的位相对于地球表面上的任一点，卫星的位置保持固定不变。置保持固定不变。1 1、对地非静止卫星、对地非静止卫星： 相对于地球表面上的任一点，卫星的位相对于地球表面上的任一点，卫星的位置不断地变化。又称运动卫星。置不断地变化。又称运动卫星。几个概念几个概念 静止轨道必须具备以下三个条件：静止轨道必须具备以下三个条件：q 卫星绕地球公转的方向和周期与地球自转的方卫星绕地球公转的方向和周期与地球自转的方向和周期相同向和周期相同(T=23:56:4.09)(T=23:56:4.09)；q 轨道面与赤道面重合；轨道面与赤道面重合；q 轨道是圆轨道。轨道是圆轨道。注意：静止卫星与同步卫星的区

7、别注意：静止卫星与同步卫星的区别自然静止轨道自然静止轨道人工静止轨道人工静止轨道（自然静止轨道：以地心为圆心，半径为（自然静止轨道：以地心为圆心，半径为42164.642164.6公公里，运行方向与地球自转方向一致）里，运行方向与地球自转方向一致） 在理想情况下，卫星入轨后，无需再为克在理想情况下，卫星入轨后，无需再为克服地心引力而消耗能量，故称之为服地心引力而消耗能量，故称之为“自然的自然的”。（地球半径为（地球半径为63786378公里，则卫星距离地面的高度为公里，则卫星距离地面的高度为3578635786公里）公里） 其轨道称为对地静止轨道，对地静止轨其轨道称为对地静止轨道，对地静止轨道

8、有自然的和人工的两种。道有自然的和人工的两种。人工静止轨道人工静止轨道自然静止轨道自然静止轨道 近年来，为了克服卫星通信传输时延长的缺点，近年来，为了克服卫星通信传输时延长的缺点，有人提出了低高度的人工对地静止通信卫星的设想，有人提出了低高度的人工对地静止通信卫星的设想，在地面上不断地向卫星发射激光或微波能量，以供在地面上不断地向卫星发射激光或微波能量，以供给卫星用以克服地心的引力，保持卫星正常运转。给卫星用以克服地心的引力，保持卫星正常运转。 3 3、上行链路：上行链路：从地球站发射信号到通信卫星所从地球站发射信号到通信卫星所经过的通信路径。经过的通信路径。 4 4、下行链路下行链路指指通信

9、卫星将信号转发到其它地球通信卫星将信号转发到其它地球站的通信路径。站的通信路径。 当卫星运行轨道较高时，相距较远的两个地球站可同时当卫星运行轨道较高时，相距较远的两个地球站可同时“看看”到卫到卫星，这样就可采用星，这样就可采用立即转发方式立即转发方式。 只用一颗卫星就能实现立即转发通信，这种系统称为只用一颗卫星就能实现立即转发通信，这种系统称为立即转发式立即转发式卫星通信系统。卫星通信系统。当卫星运行轨道较低时，相距较远的两个地球站不能同当卫星运行轨道较低时，相距较远的两个地球站不能同时时“看看”到同一颗通信卫星，若采用立即转发方式，就必须到同一颗通信卫星，若采用立即转发方式，就必须利用多颗卫

10、星转发，才能进行远距离实时通信，其通信链路利用多颗卫星转发，才能进行远距离实时通信，其通信链路会增加同轨道通信卫星的会增加同轨道通信卫星的星间链路星间链路(Inter Satellite Links(Inter Satellite Links，ISL)ISL)或不同轨道通信卫星的或不同轨道通信卫星的星际链路星际链路(Inter-Or bitLinks(Inter-Or bitLinks，IOL)IOL)，这种系统就是通常所说的，这种系统就是通常所说的低轨道移动卫星通信系统低轨道移动卫星通信系统。否则，就只能采用延迟转发方式进行通信，这种系统则称为否则，就只能采用延迟转发方式进行通信，这种系统则

11、称为延迟式卫星通信系统延迟式卫星通信系统。 1.1.2 1.1.2 卫星通信的特点卫星通信的特点优点：优点：（1 1）通信距离远，且费用与通信距离无关。）通信距离远，且费用与通信距离无关。 （2 2）覆盖面积大，可进行多址通信。）覆盖面积大，可进行多址通信。 （3 3）通信频带宽，传输容量大。）通信频带宽，传输容量大。 （4 4）机动灵活。）机动灵活。 （5 5）通信链路稳定可靠，传输质量高。）通信链路稳定可靠，传输质量高。 局限性：局限性：（1 1）通信卫星使用寿命较短。）通信卫星使用寿命较短。 * *部件故障导致的不可修复部件故障导致的不可修复 * *推进剂携带量有限推进剂携带量有限 控制

12、卫星入轨控制卫星入轨 推进剂的应用推进剂的应用 轨道位置保持轨道位置保持 姿态姿态保持保持（2 2）存在日凌中断和）存在日凌中断和 星蚀现象。星蚀现象。图图1-4 1-4 静止卫星的日凌中断和星蚀现象静止卫星的日凌中断和星蚀现象 静止卫星的星蚀静止卫星的星蚀 卫星、地球、太阳共处在一条直线上，且地球挡住了阳光卫星、地球、太阳共处在一条直线上，且地球挡住了阳光, , 静止卫星处于地球的阴影区，导致卫星上的太阳能电池无法静止卫星处于地球的阴影区，导致卫星上的太阳能电池无法正常工作。正常工作。THANK YOUSUCCESS2022-3-17可编辑 星蚀现象发生在每年春分和秋分前后各星蚀现象发生在每

13、年春分和秋分前后各2323天，每天当卫星星下点进入当地时间午夜前后。天，每天当卫星星下点进入当地时间午夜前后。春分春分秋分秋分静止卫星的日凌中断静止卫星的日凌中断 卫星处在太阳与地球之间，地球站的天线对准卫卫星处在太阳与地球之间，地球站的天线对准卫星的同时，也对准了太阳，这样大量的太阳噪声进入星的同时，也对准了太阳，这样大量的太阳噪声进入地球站接收设备，导致通信中断。地球站接收设备，导致通信中断。春分春分秋分秋分 日凌中断现象发生在每年春分和秋分日凌中断现象发生在每年春分和秋分前后，当卫星星下点进入当地时间中午前后。前后，当卫星星下点进入当地时间中午前后。（3 3）电波的传播时延较大且存在回波

14、干扰。）电波的传播时延较大且存在回波干扰。（4 4）卫星通信系统技术复杂。）卫星通信系统技术复杂。（5 5）静止卫星通信在地球高纬度地区通信效）静止卫星通信在地球高纬度地区通信效果不好，并且两极地区为通信盲区。果不好，并且两极地区为通信盲区。1.1.3 1.1.3 卫星通信系统的组成和分类卫星通信系统的组成和分类1.1.卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成卫星通信系统通常由通信卫星、通信地球站分卫星通信系统通常由通信卫星、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统，以及监控管理分系系统、跟踪遥测及指令分系统，以及监控管理分系统四部分组成。统四部分组成。图图1-5 1-5 卫卫星通信系星通信系统的组

15、成统的组成由一颗或多颗通信卫星组成，在空中对由一颗或多颗通信卫星组成，在空中对发来的信号起中继放大和转发作用。每发来的信号起中继放大和转发作用。每颗通信卫星均包括收发天线、通信转发颗通信卫星均包括收发天线、通信转发器、跟踪遥测指令、控制和电源等分系器、跟踪遥测指令、控制和电源等分系统。统。其作用是对卫星进行跟踪测量，其作用是对卫星进行跟踪测量，控制卫星准确地进入静止轨道控制卫星准确地进入静止轨道上的指定位置，并对卫星的轨上的指定位置，并对卫星的轨道、位置、姿态进行监视和校道、位置、姿态进行监视和校正正包括地球站和通信业务控制中包括地球站和通信业务控制中心，其中有天馈设备、发射机、心，其中有天馈

16、设备、发射机、接收机、信道终端、跟踪与伺接收机、信道终端、跟踪与伺服系统等。服系统等。其作用是对在轨道上的卫星的通信性能其作用是对在轨道上的卫星的通信性能及参数进行业务开通前的监测和业务开及参数进行业务开通前的监测和业务开通后的例行监测与控制，其中包括转发通后的例行监测与控制，其中包括转发器功率、天线增益、地球发射功率、射器功率、天线增益、地球发射功率、射频频率和带宽等，以保证通信卫星正常频频率和带宽等，以保证通信卫星正常运行和工作。运行和工作。(1)通信卫星：由一颗或多颗通信卫星组成，在空中对发来的信号起中继放大和转发作用。每颗通信卫星均包括收发天线、通信转发器、跟踪遥测指令、控制和电源等分

17、系统。(2)通信地球站分系统：包括地球站和通信业务控制中心，其中有天馈设备、发射机、接收机、信道终端、跟踪与伺服系统等。 (3)跟踪遥测及指令分系统：其作用是对卫星进行跟踪测量，控制卫星准确地进入静止轨道上的指定位置，并对卫星的轨道、位置、姿态进行监视和校正。 (4)监控管理分系统：其作用是对在轨道上的卫星的通信性能及参数进行业务开通前的监测和业务开通后的例行监测与控制，其中包括转发器功率、天线增益、地球发射功率、射频频率和带宽等，以保证通信卫星正常运行和工作。系统组成另一种说法系统组成另一种说法 卫星通信系统的组成还可以分为空间段、地面段和用户段卫星通信系统的组成还可以分为空间段、地面段和用

18、户段三部分。三部分。有效载荷有效载荷天线分系统、通信分系统天线分系统、通信分系统( (转发器转发器) ) 空间平台空间平台遥测指令分系统、控制分系统和电源分系统等遥测指令分系统、控制分系统和电源分系统等通信地球站由天线馈线设备、发通信地球站由天线馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端设备等组成。射设备、接收设备、信道终端设备等组成。监控中心 监控管理分系统对在轨卫星的通信性能及参数进行业务开通前的监测和业务开通后的例行监测和控制，以保证通信卫星的正常运行和工作； 跟踪遥测及指令分系统对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置，并对在轨卫星的轨道、位置及姿态进行监视和校正。(3)控制

19、段：由所有地面控制和管理设施组成，它既包括用于监测和控制(跟踪遥测及指令系统)这些卫星的地球站，又包括用于业务与星上资源管理的地球站。(1)空间段：包括通信系统中所有的处在地球外层空间的卫星，其作用是在空中对地面或其它卫星发来的信号起中继放大和转发作用。(2)地面段：主要由多个承担不同业务的地球站组成，它们按照业务类型，大致分为用户站(如手机、便携设备、移动站和小口径终端VSAT，可以直接连接到空间段)、接口站(又称关口站，它将空间段与地面网络互连)和服务站(如枢纽站和馈送站，它通过空间段从用户处收集信息或向用户分发信息)。卫星通信系统组成卫星通信系统组成空间段：转发无线空间段：转发无线电信号

20、，要求放大，电信号，要求放大，且尽量无失真，无且尽量无失真，无噪声；噪声；地面段：放大、发地面段：放大、发射、接收信号等；射、接收信号等；监控中心：保证通监控中心：保证通信卫星正常运转，信卫星正常运转，通信网络正常工作，通信网络正常工作，对地球站的方向图、对地球站的方向图、功率和频率进行监功率和频率进行监测。测。补充：补充：卫星通信系统工作方式卫星通信系统工作方式单跳工作方式单跳工作方式( (只经卫星一次转发只经卫星一次转发) ) 双跳工作方式及示意图双跳工作方式及示意图( (经卫星两次转发经卫星两次转发) ) 双星双跳双星双跳 单星双跳单星双跳卫星通信系统工作方式卫星通信系统工作方式A: A

21、: 用于国际通用于国际通信，两个地球信，两个地球站看不到同一站看不到同一颗卫星，传输颗卫星，传输时延大；时延大；B: B: 用于星形网，用于星形网，平时不通信，平时不通信，需要时进行通需要时进行通信，不允许国信，不允许国内话音通信，内话音通信，用于数据通信。用于数据通信。2.2.卫星通信系统的分类卫星通信系统的分类归纳起来可以从不同角度进行分类：归纳起来可以从不同角度进行分类：(1)(1)按照卫星制式，分为随机、相位和静止按照卫星制式，分为随机、相位和静止3 3类类卫星通信系统；卫星通信系统；(2)(2)按通信覆盖区的范围，分为国际、国内和区按通信覆盖区的范围，分为国际、国内和区域域3 3类卫

22、星通信系统；类卫星通信系统；(3)(3)按用户性质，分为公用按用户性质，分为公用( (商用商用) )、专用和军、专用和军用用3 3类卫星通信系统；类卫星通信系统； (4)(4)按业务分为固定业务按业务分为固定业务(FSS)(FSS)、移动业务、移动业务(MSS)(MSS)、广播业务、广播业务(BSS)(BSS)、科学实验及其它业务、科学实验及其它业务( (如如教学、气象、军事等教学、气象、军事等) )卫星通信系统；卫星通信系统； (5) (5)按多址方式，分为频分多址、时分多址、按多址方式，分为频分多址、时分多址、码分多址、空分多址和混合多址码分多址、空分多址和混合多址5 5类卫星通信系统；类卫星通信系统；(6)(6)按基带信号体制，分为数字式和模拟式两类按基带信号体制，分为数字式和模拟式两类卫星通信系统；卫星通信系统；(7)(7)按所用频段，分为特高频按所用频段，分为特高频(UHF)(UHF)、超高频、超高频(SHF)(SHF)、极高频、极高频(EHF)(EHF)和激光和激光4 4类卫星通信系统。类卫星通信系统。THANK YOUSUCCESS2022-3-17可编辑