第1章卫星通信原理

1、卫星电视与视频会议系统 l无线电波；无线电波； l开普勒定律开普勒定律 ； l对地静止轨道对地静止轨道 ； l卫星通信系统卫星通信系统 ； l卫星电视接收卫星电视接收 ； v自从1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星以 来，人造卫星即被广泛应用于通信，广播，电 视等领域。1965年第一颗商用国际通信卫星被 送入大西洋上空同步轨道，开始了利用静止卫 星的商业通信。 卫星卫星 空中中继站的作用，即把地球站发上来的电磁波放大后再返 送回另一地球站 地球站地球站 卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫 星系统形成链路 （）通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均 可进行通信。 （）不易

2、受陆地灾害影响。 （）建设速度快。 （）易于实现广播和多址通信。 （）电路和话务量可灵活调整。 （）同一信道可用于不同方向和不同区域。 （）由于两地球站向电磁波传播距离有 72000KM，信号到达有延迟。 （）10GHZ以上频带受降雨雪的影响。 （）天线受太阳噪声的影响。 区域1：欧洲、非洲、前苏联和蒙古 区域2：南北美洲和格陵兰岛 区域3：亚洲（除区域1中的地区之外）、澳大 利亚和西南太平洋 卫星固定业务（FSS） 卫星广播业务（BSS） 卫星移动业务 卫星导航业务 卫星气象业务 频段频段频率范围（频率范围（GHz） VHF0.10.3 UHF0.31.0 L1.02.0 S2.04.0 C

3、4.08.0 X8.012.0 Ku12.018.0 K18.027.0 Ka27.040.0 V40.075 W75110 mm110300 mm 3003000 表示符号表示符号频率范围频率范围米制划分米制划分 VLF330kHz万米波万米波 LF30300kHz千米波千米波 MF3003000kHz百米波百米波 HF330MHz十米波十米波 VHF30300MHz米波米波 UHF3003000MHz分米波分米波 SHF330GHz厘米波厘米波 EHF30300GHz毫米波毫米波 3003000GHz丝米波丝米波 c = 90 100 200 300 400 500 600 近似高度（km

4、） 自由空间 电离层 对流层 地球表面 冰晶层降雨 传输损耗传输损耗物理原因物理原因主要影响对象主要影响对象 衰减和太空噪声的增加衰减和太空噪声的增加大气层中的大气、云、雨大气层中的大气、云、雨大约大约10GHz10GHz以上的频率以上的频率 信号去极化信号去极化降雨、冰晶降雨、冰晶C C和和KuKu频段的双极化系统（与系统频段的双极化系统（与系统 配置有关）配置有关） 折射、大气层的多径折射、大气层的多径大气层中的大气大气层中的大气低仰角时的通信和跟踪低仰角时的通信和跟踪 信号闪烁信号闪烁对流层和电离层的折射率起对流层和电离层的折射率起 伏伏 对流层：对流层：10GHz10GHz以上的频率和

5、低仰以上的频率和低仰 角；角； 电离层：电离层：10GHz10GHz以下的频率以下的频率 反射多径、阻挡反射多径、阻挡地表面、地球表面上的物体地表面、地球表面上的物体卫星移动业务卫星移动业务 传播时延、变化传播时延、变化对流层、电离层对流层、电离层精确定时和定位系统，时分复用精确定时和定位系统，时分复用 多址接入（多址接入（TDMATDMA）系统）系统 系统间干扰系统间干扰风管、散射、衍射风管、散射、衍射目前主要是目前主要是C C频段；降雨散射可能频段；降雨散射可能 会影响更高频率会影响更高频率 卫星运行路线椭圆 质心始终在其中一个焦点上 相同时间扫过相同面积 离地球越远，穿越给定距离所需 时

6、间越长 轨道周期的平方正比于两个球体 之间平均距离的立方 a = / n 远地点离地球最远的点。 近地点离地球最近的点。 拱线穿过地球中心连接远地点和近地点的连线。 升交点轨道从南向北穿过赤道面的点。 降交点轨道从北向南穿过赤道面的点。 交点线穿过地球中心连接升交点和降交点的连线。 倾角轨道面和地球赤道面之间的夹角。 星下点地球上处于卫星垂直下方的点。 近地点幅角在地球中心处卫星轨道面内卫星运动方向上测得的从升 交点到近地点的角度。 平均近点角卫星相对于近地点的角位置的平均值。 长半轴 偏心率 平均近点角 近地点幅角 倾角 升交点的右旋升交点赤经 低高度卫星：H5000km，T4h； 中高度卫

7、星：5000kmH20000km， 4hT20000km，T12h。 赤道轨道卫星：i = 0 ； 极轨道卫星： i = 90 ； 倾斜轨道卫星： 0 i 90 。 同步卫星：T24h； 准同步卫星：T24/N or 24N h； 非同步卫星：T24 or 24/N or 24N h。 （）卫星必须以与地球旋转相同的速度 向东运动； （）轨道必须是圆形的； （）轨道的倾角必须为零度。 高度： hGSO = aGSO - aE = 42164 6378 = 35786 注：这个值经常取为36000km。 概念：天线直接指向卫星所需要的方位角和仰角。 参数：三种参数确定地球站到对地静止轨道的视 角

8、。 （1）地球站的纬度 （2）地球站的经度 （3）星下点的经度（或称为卫星经度） 在春分点和秋分点前后，当太阳穿越赤道时，在 一段时间内卫星进入地球的阴影区。 日蚀从二分点（春分点或秋分点）之前23天开始， 在二分点之后23天结束。 持续时间开始约10分钟，逐渐增加到最大值约72 分钟，然后逐渐减少为约10分钟。 在日蚀期间，太阳能电池不能工作，卫星的工作 必须要由电池供给。 在春分点和秋分点前后，当卫星处于地球和太阳 之间，即太阳处于地球站天线的波束内，太阳就像一 个极大的噪声源，完全淹没了卫星的信号。 日凌从二分点（春分点或秋分点）之前6天开始， 在二分点之后6天结束。 持续时间与地球站的

9、纬度有关，一般最大中断时 间约10分钟。 收发地球站收发地球站 星形 网格形 1）基带信号形式 模拟/数字、信源编码、信源调制、单路/多路、 FDM/TDM、预加重、加密、差错控制等； 2）中频（或射频）调制制度 FM、PSK等； 3）多址联接方式 FDMA、TDMA、SDMA、CDMA等； 4）通道分配与交换制度 预分配（PA）、按需分配（DA）、随机分配 （RA）、星上交换制度等。 1、卫星转发器 卫星转发器,是这样的设备，接收地面发射站发来的14GHz或6GHz 的微弱的上行电视信号，经频率变换（一次变频、二次变频）为 不同的下行频率12GHz或4GHz，再由技术处理放大到一定功率向 地

10、球发射，由卫星接收设备接收。 每一路音视频和数据通道都是由一个卫星转发器进行接收处理然 后再传输，每一个转发器所处理的信号都有一个中心频率及一个 特定的带宽，目前卫星转发器主要使用L、S、C、Ku和Ka频段。 2、水平极化、垂直极化 极化通常是指与电波传播方向垂直的平面内，瞬时电场矢量的方 向。在极化波中，以地平线为准，当极化方向与地面平行时，称 为水平极化。当极化方向与地面垂直时，称为垂直极化。 线极化：水平极化、垂直极化 圆极化：左旋极化、右旋极化 3、卫星天线 卫星天线的作用是收集由卫星传来的微弱信号，并尽可能去除 杂讯。大多数天线通常是抛物面状的，也有一些多焦点天线是 由球面和抛物面组

11、合而成。卫星信号通过抛物面天线的反射后 集中到它的焦点处。 卫星天线的类型 l中心聚集天线 l卡塞格伦天线：卡塞格伦天线亦称后馈式天线 l偏馈天线：偏馈天线实际上是一个中心聚焦天线的一部分其 焦点就是原中心聚焦天线的焦点。 波导末端的开口面可以看成是一个简单的口径天 线，它能够辐射由波导承载的高频电磁能量，同时也 能够接收入射到波导口径处的电磁波能量。 常见的口径天线：喇叭天线、反射面天线。 作用：将波导口径平滑过渡到更大口径的天线，这样可 以更有效地向空间辐射功率。 例：卫星上的辐射体、标量馈源 正焦馈源偏焦馈源 卡塞格伦天线格里高利天线 4、馈源 馈源的主要功能是将天线收集的信号聚集送给高频头（LNB）， 馈源在接收系统中的作用是非常重要的。 馈源的种类 l锥形馈源 l环形馈源 l圆锥馈源 l梯状馈源 卫星电视接收参数 l下行频率：12395MHz l符号率：27500 l极化方向：垂直极化 问题：若本振固定为问题：若本振固定为5150，能否接收上述，能否接收上述Ku波段节目？波段节目？ 中星9号卫星技术参数 中星9号信号模式：ABS.S 中星9号属于中国直播卫星公司 中星9号参数：东经92.2度 中星9号发射由长城工业总公司负责 中星9号节目将包括