卫星通信基本原理

1、简述卫星通信的原理简述卫星通信的原理 第三小组第三小组 演讲者：曹兰兰 董泽敏 主要内容主要内容 卫星通信原理 典型卫星通信系统简介 卫星通信定义卫星通信定义 卫星通信，简单的说就是地球上（包括地面、 水面和低层大气中）的无线电通信站之间利用 人造卫星作为中继站转发或反射无线电波，以 此来实现两个或多个地球站之间通信的一种通 信方式 无线通信方式 可以承载多种通信业务 是当今社会重要的通信手段之一 卫星通信是在地面微波中继通信和空间技术的 基础上发展起来的。微波中继通信是一种“视距”通信， 即只有在“看得见”的范围内才能通信。而通信卫星的作 用相当于离地面很高的微波中继站。由于作为中继的 卫星

2、离地面很高，因此经过一次中继转接之后即可进 行长距离的通信。图1.1是一种简单的卫星通信系统示 意图，它是由一颗通信卫星和多个地面通信站组成的。 卫星通信卫星通信基本概念基本概念 卫星通信示意图卫星通信示意图 A B C DE 地球 地球 A B R 0 he 卫星 图1.1 卫星通信示意图 由图1.1可见，离地面高度为he的卫星中继站， 看到地面的两个极端点是A和B点，即S长度将是以卫星 为中继站所能达到的最大通信距离。其计算公式为 式中，R0为地球半径， R0 =6378km；为AB所对应 的圆心角（弧度）；he为通信卫星到地面的高度，单位 为km。上式说明， he越高，地面上最大通信距离

3、越大。 0 0 0 (2arccos)() o e R SRRkm Rh （1） he =500km时，由公式求得S=4892km； （2） he =35800km时，S=18100km。 由于卫星处于外层空间，即在电离层之外，地 面上发射的电磁波必须能穿透电离层才能到达卫星；同 样，从卫星到地面上的电磁波也必须穿透电离层，而在 无线电频段中只有微波频段恰好具备这一条件，因此卫 星通信使用微波频段。 目前大多数卫星通信系统选择在下列频段工作： (1) UHF波段（400/200MHz）； (2) L波段（1.6/1.5GHz）； (3) C波段（6.0/4.0GHz）； (4) X波段（8.0

4、/7.0GHz）； (5) K波段（14.0/12.0；14.0/11.0； 30/20GHz）。 由于C波段的频段较宽，又便于利用成熟的微 波中继通信技术，且天线尺寸也较小，因此，卫星通信 最常用的是C波段。 通信卫星的轨道通信卫星的轨道 卫星运行的轨迹和趋势称为卫星运行轨道；其 轨道近似于椭圆或圆形，地心就处在椭圆的一 个焦点或圆心上 按照轨道平面与赤道平面的夹角i（轨道倾角） 的不同，地球卫星的轨道有赤道轨道（i=0）、 极轨道（i=90）、倾斜轨道（0i90）之分 通信卫星的轨道通信卫星的轨道 卫星通信的特点卫星通信的特点 覆盖区域大，通信距离远，通信成本与通信距离无 关 以广播方式工

5、作，便于实现多址联接，组网方式灵 活 通信容量较大，能应用的业务种类多 可自发自收进行监测 机动灵活 设备复杂，有时延 要解决星蚀及空间干扰问题 卫星通信的应用范围卫星通信的应用范围 长途电话、传真 电视广播、娱乐 计算机联网 电视会议、电话会议 交互型远程教育 医疗数据 应急业务、新闻广播 交通信息、船舶、飞机的 航行数据及军事通信等 卫星通信系统的基本组成卫星通信系统的基本组成 测控管理分系统 跟踪遥测指令分系统 通信地球站系统 空间分系统 卫星通信系统的基本组成卫星通信系统的基本组成 空间分系统 即通信卫星，起无线电中继站作用，主体是通信装置，包括一个或多 个转发器（微波收、发信机）和天

6、线，保障部分星体上的遥测指令、 控制系统和能源装置等 监控管理分系统 对定点的卫星在业务开通前、后进行通信性能的监测和控制（如对转 发器功率、卫星天线增益、各地球站发射功率、带宽等参数进行监控） 跟踪遥测指令分系统 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；定期 对卫星进行轨道修正和位置保持 卫星通信系统的基本组成卫星通信系统的基本组成 地球站 是微波无线电收、发信台（站），用户通过他们接入卫星线路 典型的地球站示意图： 天线、馈源设备 接收设备 发射设备 电源设备 跟踪伺服设备 信道 终端 设备 电源设备 卫星通信网络的结构卫星通信网络的结构 各卫星通信系统都有一定的网络结构，如星形、网 格形或混合形 中心站 星形 网格形 系统工作过程系统工作过程 基带入 B D U MF U C H P A B D U L N A D C F D E M 基带出 处理器 发基带 调制器 中频滤波器 上行变频器 功率放大器 放大器 低噪声 下行变频器 中频滤波器 解调器 处理器 收基带 射频线路 中频