[工学]第一章《卫星通信》绪论.pptVIP

任课老师 温洪明电子与电气工程系通信教研室 卫星通信 第一章绪论 1 1概述 通信的目的 交换不同地点的信息 通信的类别 有线通信和无线通信 无线电通信 利用电磁波作为通信信道进行信息传输的通信方式 微波中继通信 优点是提高了通信容量 解决了远距离的无问题 卫星通信覆盖说 三颗成120 的卫星可以覆盖全球 卫星通信 利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波 在两个或者多个地球站进行通信 1 1 1卫星通信的基本知识 卫星通信示意图 教学 宇宙通信的三种形式 地球站与宇宙站通信 宇宙站之间通信 通过宇宙站转发或者反射进行的地球站之间的通信 利用卫星构成的通信的系统 陆地站海上站空中站 静止卫星与地球的相对位置 1 1 2卫星通信使用的频段 卫星工作频段通常选择的频段卫星通信在现有微波技术的基础上 频率选择在1 10GHz范围内最佳 根据无线电波穿越大气层时电波衰减情况 最理想的频段在6 4GHz 上行 下行 附近 在这个频段 可用带宽约在500MHz左右 在波段可用带宽内 又可以被分成很多个卫星转发器带宽 通信卫星的工作频段 主要是根据电波传播特点和合理利用无线电频率资源等因素确定的 但由于技术条件的限制 迄今实际应用的频段还十分有限 目前卫星通信常用的工作频段有 UHF频段 400 200MHz 频段 1 6 1 5GHz C频段 6 4GHz X频段 8 7GHz Ku频段 14 11GHz Ka频段 30 20GHz 1 1 2卫星通信使用的频段 1 1 3卫星通信的分类 卫星通信系统的分类按卫星制式划分 随机 相位 静止 按通信覆盖区的范围划分 国际 国内 区域 按用户性质划分 公用 专用 军用 按业务划分 固定 移动 广播 科学实验 按多址方式划分 FDMA TDMA SDMA CDMA 混合多址 1 1 4卫星通信系统的组成 静止卫星 也称同步卫星 通信系统 中继作用 变频 放大 交换 相位均衡等 跟踪遥测和指令系统 对卫星跟踪测量 监视与控制卫星在轨道的位置 姿态 卫星通信系统的组成 通信卫星 地球站 跟踪遥测及指令系统 监控管理 卫星通信线路 发端地球站 上行线路 通信卫星转发器 下行线路和收端口地球站 图1 4卫星通信系统的组成 卫星通信线路构成示意图 1 1 5卫星通信系统的特点 卫星通信的优点通信距离远 建站成本与通信距离无关 通信容量大 575MHz 组网灵活 便于多址联接 通信线路质量稳定可靠 机动性能好 车载 船载 小型终端等 静止卫星通信系统的缺点两极地区为通信盲区 在高纬度时 通信效果较差 卫星的发射 测控技术复杂 运营成本高 存在日凌中断和星蚀现象 电波的传播时延较大和存在回波干扰 抗干扰能力差 保密性能差 1 1 5卫星通信系统的特点 1 2卫星通信技术的应用和发展 1 2 1卫星通信技术的应用 1 卫星通信的发展 2 利用静止通信卫星可以构成多种制式的卫星通信网络 主要有 卫星电视输送卫星电视广播国际电话通信互联网服务 3 低轨道卫星通信系统 LEO 5个任何 美国的铱星卫星通信系统低轨道卫星通信系统与静止 同步 卫星通信系统比较有如下一些优点 由于卫星高度较低 卫星通信特有的通信传输时延大大降低 低轨道卫星通信系统电波传播衰减小 1 2 1卫星通信技术的应用 因为低轨道卫星通信系统可以将卫星均匀地排布在整个地球的周围 即使是在地球的南北极 也能使用低轨道卫星进行通信 而这正是静止卫星通信的盲区 由于低轨道卫星通信系统包括的卫星数量多 使用的轨道低 卫星本身的寿命较短 所以在实际运用中要有几颗备份卫星放在空中 随时接替有故障的卫星 以保证整个卫星通信系统的正常运行 另外低轨道卫星通信系统有一套较为复杂的卫星测量及控制系统 1 铱星电话在建筑物内无法接收信号2 铱星电话过于笨重 使用不方便3 转换成本较大4 语音质量和传输速度不理想 4 中轨道卫星通信系统 MEO QDYSSEY系统国际海事卫星通信系统组织推出的方案 5 高轨道卫星通信系统 GEO 6 VSAT卫星通信系统 1 3卫星通信的基本技术参数 1 3 1有效全向辐射功率 EIRP EIRP也称等效全向辐射功率 它定义为发射机发出的功率PT与天线增益GT的乘积 EIRP PTGT或EIRP PT GTEIRP的物理意义为了要保持同意接收点点收信电平不变 用全向天线代替原天线时所对应馈入的等效功率 1 3 2噪声系数和噪声温度 噪声系数NF 收信机的输入信噪比与输出信噪比的比值 噪声温度 噪声功率与绝对温度成正比 这样可用噪声温度来衡量噪声的大小 PN m kTBn噪声系数NF和噪声温度Te存在的关系Te NF 1 T0 1 3 3地球站的品质因素 地球站的品质因素是地球站天线的接收增益与馈源输入端的系统等效噪声温度的比值 或者是在接收系统的某个介面处的有效天线增益与接收系统的等效噪声温度之比 通常用GT表示 地球站接收品质因素GT是卫星通信系统的一个重要参数 也是INTELSAT组织对地球站进行分类的主要依据之一 因此 对GT值的计算必须准确 以真正反映地球站的性能 1 3 4卫星转发器饱和通量 卫星转发器饱和通量密度W表示了卫星转发器的灵敏度 它的基本含意是 为使卫星转发器单载波饱和工作 在其接收天线的单位有效面积上应输入的功率 1 3 5载波噪声功率 卫星通信线路中的载波功率与噪声功率之比简称载噪比 它是决定卫星通信线路性能最基本的参数之一 卫星通信系统中的已调信号 对模拟系统通常是频率调制的 而对数字系统通常是恒包络的数字键控信号 调频波各频率分量功率的总和等于未调载波的功率 数字键控信号的平均功率也等于其未调波的功率 因此 用载波功率来表示信号的功率 就具有一般意义 可以不管具体调制制度如何 从而确定卫星通信系统的质量 1 3 6天线增益和波束宽度 定向天线增益G的定义G 定向天线辐射时接收点接收到的最大功率 无方向性天线辐射时接收点接收到的功率卫星通信中使用的喇叭天线 抛物面天线等的增益 1 3 7互调噪声和输入输出补偿 互调噪声多载波输入时 各载波因为相互调制产生新的频率 当频率落入信号频带内 形成互调噪声 落在信号频带外时 可能形成临近频道的形成干扰输入补偿 Boi 单载波输入使转发器饱和工作的输入功率与所选择工作点所队形的输入功率之差输出补偿 Boo 单载波输出使转发器饱和工作的输出功率与所选择工作点所队形的输入功率之