卫星通信基础知识简介.pptx

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-北京星空年代通信技术有限公司卫星通信基础知识简介范晓晴5November20151卫星通信11、卫星通信概述、卫星通信概述22、卫星通信特点、卫星通信特点33、卫星轨道及频段、卫星轨道及频段55、卫星通信系统的组成、卫星通信系统的组成66、卫星信道多址接入方式、卫星信道多址接入方式77、卫星网络组成及结构、卫星网络组成及结构88、VSATVSAT44、通信卫星的组成、通信卫星的组成2卫星通信概述卫星通信是指地球上的两个或多个无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站而进行的通信。

从技术上讲，卫星通信是在地面微波中继通信和空间技术基础上发展起来的一种特殊形式的微波中继通信，它相当于将微波中继通信的中继站搬到卫星上。

5November2015范晓晴卫星地球站B本地应用如：

数据、话音、视频本地应用如：

数据、话音、视频地面链路地球站A地面链路范晓晴5November20153卫星通信概述4优点：

覆盖面积大，除了地球南、北极地区，三颗卫星即可覆盖地球通信费用与通信距离无关星际通信组网灵活，建设周期短（经济活跃时，优势明显）非对称信道GEO5November2015范晓晴卫星通信特点5同步轨道卫星：

通信时延大（0.27秒）通信端站体积大设备价格高操作复杂中、低轨道卫星：

系统复杂，使用费用高政策、通信安全方面易受恶意干扰和攻击5November2015范晓晴缺点：

卫星通信特点6星蚀与日凌5November2015范晓晴卫星通信特点7GEO：

同步静止轨道，35,863Km，24小时静止可见覆盖广、静止易跟踪、广播和多点应用时延长和信号弱不利点对点、极地覆盖困难LEO：

低地球轨道，500-1,500Km，15-20分钟可见时延短且信号强适合点对点多星组网费用大、多普勒、大气阻力-轨道恶化MEO：

中地球轨道，8,000-18,000Km，2-8小时可见很少几颗卫星可组网，远少于LEO时延和信号不如LEO，但比GEO好MolniyaOrbit：

闪电轨道（大椭圆轨道）俄罗斯已使用10年，高纬度和极地地区，倾角60相对静止可见8小时，3闪电轨道卫星可当1GEOHAPs：

高空平台（卫星），20Km一个飞艇或飞机，覆盖范围小，信号强易布置，但需要很多个才能组网5November2015范晓晴卫星轨道及频段85November2015范晓晴各类轨道优缺点比较LEO/MEOHEOGEO优点可覆盖全球传输延时短频率可多次复用卫星和地面设备简单搞摧毁性好适合个人通信可覆盖高纬地区地球站可工作在大仰角上，减少大气影响发射成本低开发早发展星上多点波束技术，可简化地面设备适用于低纬度地区缺点连续工作需要多颗卫星复杂的网络设计要使用星上处理及星间通信等光电技术较大的多普勒移需要频率补偿功能从一颗星向另一颗星切换时，需要电路中继保护措施地球站必须从一颗星跟踪到另一颗星，所以系统至少需要两副天线和一套跟踪设备需要2-3颗卫星保障连续通信业务从一颗星向另一颗星切换时，需要电路中继保护措施需要多普勒移频率补偿功能地球站必须从一颗星跟踪到另一颗星，所以系统至少需要两副天线和一套跟踪设备地面设备比较大，成本高卫星天线必须有波束定位控制系统对高纬度地区通信覆盖效果差地面设备大，成本高，机动性差要用星上处理技术和大功率发射及大口径天线9卫星通信频段及应用用于MSS（移动业务）用于MSS和深空研究用于FSS（固定业务）用于FSS和陆地成像LBand：

12GHz，S-Band：

24GHz，C-Band：

48GHz，X-Band：

812.5GHz，如：

军用和气象卫星Ku-Band：

12.518GHz，K-Band：

1826.5GHz，Ka-Band：

26.540GHz，用于FSS和BSS（DBS）用于FSS和BSS用于FSSBSS（DBS）：

广播（直播）卫星不同卫星使用不同的频段范晓晴5November201510卫星传输段分段定义5November2015范晓晴t1方位角=180+=180极化角=111卫星通信要素：

AZ、EL俯仰角=tan1coscos1cos2cos2修正后=0.5+2+4.132（大气折射）r=+=+0=轨道半径=0.1512（静止轨道）=卫星的经度差地球站经度=地球站纬度tsin修正后=+正南为180度，南偏西大于180度，南偏东小于180度（南半球的方位角，不需要+180）sin1cos2cos2上试中m是地球站磁偏角=地球真北与磁北夹角sin面对天线反射面正面：

南偏西为负数逆时针转；南偏东为正数顺时针转。

接收水平极化LNB入口波导短边与地面平行；垂直极化LNB入口波导长边与地面平行。

h0sGReSRsMReO轨轨道赤道5November2015范晓晴12范晓晴5November2015通信卫星的组成天线分系统：

定向发射与接收无线电信号通信分系统：

接收、处理并重发信号。

（转发器）电源分系统：

为卫星提供电能，包括太阳能电池、蓄电池和配电设备。

跟踪遥测指令分系统：

跟踪部分用来为地球站跟踪卫星发送信标;遥测部分用来在星上测定并给地面的TTC站发送的有关卫星姿态、星上各部件工作状态的数据指令部分用于接收来自地面的控制指令，处理后送给控制分系统执行。

控制分系统：

用来对卫星的姿态、轨道位置、各分系统工作状态进行必要的调节与控制。

13范晓晴5November2015天线分系统遥测、指令和信标天线全向天线，以便于可靠接收指令与向地面发射遥测数据和信标。

通信天线全球波束天线点波束天线赋形波束天线14范晓晴5November2015转发器是通信卫星中直接起中继站作用的部分。

要求：

以最小的附加噪声和失真，足够的工作频带和输出功率业为各地球站有效可靠地转发无线电信号。

透明转发器对收到的信号只进行低噪声放大、变频、功率放大，对频带内的任何信号是透明的通道。

处理转发器除进行转发信号外，还具有信号处理功能。

15范晓晴5November2015转发器示意图放大器中频放大本振1主振源本振2混频合路混频功放解调、信号处理、调制处理转发器透明转发器16范晓晴5November2015卫星资源转发器卫星上的频率模块，典型的带宽是40MHz/每转发器。

（36MHz使用-2MHz保护带宽）部分Ku频段转发器带宽是54MHz或72MHz。

17卫星通信系统的组成范晓晴5November2015空间分系统地球站分系统监测管理分系统跟踪遥测指令分系统18卫星通信系统各部分的作用范晓晴5November2015组成：

通信卫星（通信装置（转发器）、遥测指令装置、控制装置、太阳能蓄电池）。

作用：

通信卫星主要是起无线电中继站的作用，是靠星上通信装置中的转发器（微波收发信机）和天线来完成的。

一、空间分系统19范晓晴5November2015组成：

天线馈线设备，发射设备，接收设备，信道终端设备，天线跟踪、伺服设备，电源设备。

作用：

是无线电收发信台，用户通过地球站接入卫星线路进行通信。

卫星通信系统各部分的作用二、地球站分系统20范晓晴5November2015对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入禁止轨道上的指定位置；待卫星正运行后，定期对卫星进行轨道修整和位置保持。

三、跟踪遥测及指令分系统卫星通信系统各部分的作用21范晓晴5November2015对定点后的卫星在业务开通前、后进行通信性能的监测和控制，例如对卫星转发器功率、卫星天线增益以及各地球站发射的功率、射频频率和带宽等基本通信参数进行监控，以确保正常通信。

卫星通信系统各部分的作用四、监测管理分系统多址联接方式的概述225November2015范晓晴卫星转发器信号设计信号识别信号设计信号识别信号设计信号识别1#站2#站3#站235November2015范晓晴一个无线电信号可以用若干个参量（指广义的参量，下同）来表征，最基本的是：

信号的射频频率，信号出现的时间以及信号所处的空间245November2015范晓晴CDMACDMASDMASDMATDMATDMAFDMAFDMA按按射射频频多多址址联联接接分分类类按信道的使用和分配方式分类按信道的使用和分配方式分类频分多址频分多址时分多址时分多址空分多址空分多址码分多址码分多址预分配预分配按需分配按需分配CDMASDMATDMAFDMA随机接入随机接入目前卫星通信系统主要多址255November2015范晓晴一、频分多址方式（FDMA）FDMA的基本特征是，把卫星转发器的可用射频频带分割成若干互不重叠的部分，分配给各地球站所要发送的各载波使用。

因此，FDMA方式中，各载波的射频频率不同。

发送的时间虽然可以重合，但各载波占用的频带是彼此严格分开的。

目前卫星通信系统主要多址方式265November2015范晓晴频分多址方式FDMA卫星转发器卫星转发器发射机发射机调调频频频分多频分多路复用路复用发射机发射机调调频频频分多频分多路复用路复用Bf1fK发射机发射机调调频频频分多频分多路复用路复用发射机发射机调调频频频分多频分多路复用路复用站站2站站3站站Kf1f2f3fK275November2015范晓晴频分多址方式-FDMA285November2015范晓晴频分多址方式是微波中继通信系统所用方式的引伸。

优点:

技术成熟，设备较简单，在大容量线路工作时效率较高。

缺点：

多个载波信号同时通过转发器时，会发生转发器有效输出功率降低、和生互调噪专用和可懂串话、强信号对弱信号的抑制等现象，因而有效容量将随载波增多而急剧降低，并且大、小站难以兼容，各站发射功率必须保持稳定（起伏值一般要求小于正负0.5DB）；不灵活，要重新分配频率比较困难。

295November2015范晓晴二、时分多址TDMA目前卫星通信系统主要多址方式TDMA的基本特征是，把卫星转发器的工作时间分割成周期性的互不重叠的时隙（每个时隙也称为分帧，一个周期则称为一帧），分配给各站使用。

典型的制式是TDM-PSK-TDMA，每个站的群路被时分复用成多路信号，然后对其信号进行相移键控，转发器按时分实现多址联接，各分帧含保护时隙。

305November2015范晓晴时分多址TDMA卫星转发器卫星转发器发射机发射机移相移相键控键控时分多时分多路复用路复用发射机发射机移相移相键控键控时分时分多多路复用路复用1帧发射机发射机移相移相键控键控时分多时分多路复用路复用发射机发射机移相移相键控键控时分时分多多路复用路复用站站1站站2站站3站站KT1T2T3TKT1T2TK315November2015范晓晴TDMA方式优点:

充分利用卫星功率且无互调；充分利用转发器的频带；不会产生弱信号受抑制问题，上行功率不需要精确控制；各站所发分帧的码速率可以不同，便于大、小站兼空。

TDMA方式在中、小容量的线路工作时，也可以得到相当高的效率。

它的容量随站数增加而下降的速度比FDMA的缓慢得多。

TDMA方式缺点:

要有精确的同步，以保证各突发到达转发器的时间不发生重叠，并且保证接收站能正确识别站址和迅速建立载波、位定时的同步，而这是比较复杂、困难的技术。

325November2015范晓晴三、码分多址CDMA目前卫星通信系统主要多址方式CDMA是基于扩频通信中的一种多址方式，很多CDMA信号共用一个频谱，每个信号有不同的PN序列组成，它对载波进行调制扩展其频谱。

CDMA的基本特征是各站所发的信号在结构上各不相同并且相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间、空间上都可能重叠。

采用这种方式时，各站所发射的载波大都受到两种调制，一种是基带信号（一般是数字的）的调制，一种是地址码的调制；接收时，对于某一地址码，只有与之相应的接收机才能检测出信号，而其它接收机检测出的却呈现为类似高斯过程的宽带噪声。

335November2015范晓晴信道1信道2信道3信道K时间频率编码发射机发射机扩频扩频调制调制数据数据调制调制接收机接收机扩频扩频解调解调数据数据解调解调扩频码扩频码产生器产生器双工器双工器扩频码扩频码产生器产生器码同步器码同步器数据数据码分多址CDMA345November2015范晓晴CDMA系统特