第4章微波与卫星通信

1、LOGOLOGO1第第4章章 微波与卫星通信微波与卫星通信2022年4月30日星期六2本章内容：本章内容： 无线通信基础无线通信基础 微波通信概述微波通信概述 卫星通信概述卫星通信概述本章重点：本章重点： 无线电波各波段特点无线电波各波段特点 微波通信的特点及应用微波通信的特点及应用 卫星通信的特点及应用卫星通信的特点及应用本章学习目的及要求本章学习目的及要求 掌握无线通信个波段特点掌握无线通信个波段特点 掌握微波和卫星通信特点掌握微波和卫星通信特点 知道无线通信的应用知道无线通信的应用 认识几种典型的无线通信系统认识几种典型的无线通信系统4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述4.2 4.2

2、 微波与卫星通信微波与卫星通信通信工程通信工程20122012级级计算机与通信工程学院计算机与通信工程学院 通信工程系通信工程系第第4章章 微波与卫星通信微波与卫星通信一、无线通信简史一、无线通信简史u18371837年年莫尔斯莫尔斯发明了发明了电报电报 。u18641864年英国人年英国人麦克斯韦麦克斯韦提出了完整的提出了完整的电磁波理论电磁波理论，成为无线电通信，成为无线电通信的报春人。的报春人。u18761876年美国人年美国人贝尔贝尔发明了发明了电话电话u18871887年德国人年德国人赫兹赫兹第一次人工产生了第一次人工产生了电磁波电磁波。u18961896年，俄国人年，俄国人波波夫波

3、波夫和意大利人和意大利人 马可尼马可尼，在电磁波理论和实践，在电磁波理论和实践的台阶上，分别成功地进行了的台阶上，分别成功地进行了无线电通信的实验无线电通信的实验，在电气通信史上，在电气通信史上写了光辉的一页。写了光辉的一页。4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述u 19011901年，无线电信号年，无线电信号跨越了大西洋跨越了大西洋。u 19061906年，世界上第一次年，世界上第一次广播广播在美国的一个实验室里进行，广播在美国的一个实验室里进行，广播的内容是节日前夕的庆祝节目，听的内容是节日前夕的庆祝节目，听“众众”只有一艘船上的几名只有一艘船上的几名报务员。报务员。 u电子器件电子器件

4、的发展，对无线电通信技术起着举足轻重的作用。电的发展，对无线电通信技术起着举足轻重的作用。电子器件经历了从电子管到半导体器件，再到集成电路的演变过子器件经历了从电子管到半导体器件，再到集成电路的演变过程；具有功能组件化、遥控、自动调整特点的器件的出现，使程；具有功能组件化、遥控、自动调整特点的器件的出现，使无线电通信面貌大为改观。无线电通信面貌大为改观。u 19631963年，第一颗年，第一颗同步卫星同步卫星进入轨道，无线电通信发生了上天入进入轨道，无线电通信发生了上天入地的变化。地的变化。 4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述二、无线通信基础知识二、无线通信基础知识1.无线通信无线通信u

5、 指利用指利用无线电波作为载无线电波作为载波进行的通信。波进行的通信。u 无线电波是指在无线电波是指在自由空间自由空间（包括空气和真空）传播的（包括空气和真空）传播的射频频段射频频段的电的电磁波。（磁波。（自由空间：自由空间：指真空，通常把满足一定条件的空间也看做自指真空，通常把满足一定条件的空间也看做自由空间。）由空间。）u 电磁波是在空间传播的电磁波是在空间传播的交变的电磁场交变的电磁场。 4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述传播速度为常数传播速度为常数C=3C=310E810E8米米/ /秒秒(30(30万公里万公里/ /秒秒) )2.2.电磁波的波长和频率电磁波的波长和频率4.1

6、4.1 无线通信概述无线通信概述无线电波105红外线1010可见光紫外线1015X射线1020宇宙射线1025f/Hz/m3103310 2(3.87.8)10 7310 7310 12310 17u任何信号都具有一定的频率或波长。任何信号都具有一定的频率或波长。u无线电波只是一种波长比较长的电磁波无线电波只是一种波长比较长的电磁波, , 占据的频率范围很广。占据的频率范围很广。 在自在自由空间中由空间中, , 波长与频率存在以下关系波长与频率存在以下关系: : c c = = f f * *= =无线电波传播速度（无线电波传播速度（300000300000公里公里/ /秒）秒）高频信号高频信

7、号低频信号低频信号波长波长4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述u对频率或波长进行对频率或波长进行分段分段, , 分别称为频段或波段。不同频段信号的产生、分别称为频段或波段。不同频段信号的产生、放大和接收的方法不同放大和接收的方法不同, , 传播的能力和方式也不同传播的能力和方式也不同, , 因而它们的分析方因而它们的分析方法和应用范围也不同。法和应用范围也不同。u通常无线电波所指的是从极低频通常无线电波所指的是从极低频10KHz10KHz到极超高频的顶点到极超高频的顶点300GHz300GHz（Giga HertzGiga Hertz）。通常划分成八个区域，参看下表：）。通常划分成八个区域

8、，参看下表： 无线电波波段划分无线电波波段划分9波段波段波长波长频率频率传播传播方式方式主要用途主要用途长波长波30000m30000m3000m3000m10kHz10kHz100kHz100kHz地波地波超远程无线电通信超远程无线电通信和导航和导航中波中波3000m3000m200m200m100kHz100kHz1500kHz1500kHz地波和天地波和天波波调幅（调幅（AMAM）无线电）无线电广播、电报、通信广播、电报、通信中短波中短波200m200m50m50m1500kHz1500kHz6000kHz6000kHz短波短波50m50m10m10m6MHz6MHz30MHz30MHz

9、天波天波微微波波米波米波(VHF)(VHF)10m10m1m1m30MHz30MHz300MHz300MHz近似直线近似直线传播传播调频（调频（FMFM）无线电）无线电广播、电视、导航广播、电视、导航分米波分米波(UHF)(UHF)1m1m0.1m0.1m300MHz300MHz3000MHz3000MHz直线传播直线传播电视、雷达、导航电视、雷达、导航厘米波厘米波10cm10cm1cm1cm3000MHz3000MHz30000MHz30000MHz毫米波毫米波10mm10mm1mm1mm30000MHz30000MHz300000MHz300000MHz4.1 4.1 无线通信概述无线通信

10、概述3.无线电波的传播无线电波的传播4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述u无线电波在无线电波在均匀媒质均匀媒质中以中以恒定的速度沿直线传播恒定的速度沿直线传播，由于能量的扩散，由于能量的扩散和媒质的吸收，离开波源越远强度越小和媒质的吸收，离开波源越远强度越小u在在非均匀媒质非均匀媒质中传播时，不但速度发生变化而且会产生中传播时，不但速度发生变化而且会产生u反射反射u折射折射u绕射绕射u散射散射电波传播的多样性电波传播的多样性衍射衍射干涉干涉衍射衍射4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述相位叠加相位叠加11+224.1 4.1 无线通信概述无线通信概述4.无线电波的传播方式无线电波的传播方

11、式u无线电波的传播方式是指无线电波从发射点到接收点的传播路径无线电波的传播方式是指无线电波从发射点到接收点的传播路径u根据无线电波在传播过程所发生的现象根据无线电波在传播过程所发生的现象, , 电波的传播方式主要有电波的传播方式主要有：u直射（视距）传播（超短波、微波）直射（视距）传播（超短波、微波）u绕射（地波）传播（超长波、长波、中波）绕射（地波）传播（超长波、长波、中波）u反射（天波）传播（中波、短波）反射（天波）传播（中波、短波）u散射传播（超短波）散射传播（超短波）u决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。决定传播方式和传播特点的关键因素是无线电信号的频率。4.1 4.1

12、 无线通信概述无线通信概述(a)射线(b)(c)电离层(d)对流层（a） 直射传播直射传播; （b） 地波传播地波传播; （c） 天波传播天波传播; （d） 散射传播散射传播4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述电离层电离层u 距地面距地面50300公里处公里处的空气分子由于受到阳光、字宙射线等作用发生的空气分子由于受到阳光、字宙射线等作用发生电离而形成的，这些电离层特别是其中自由电子的密度，是影响无线电电离而形成的，这些电离层特别是其中自由电子的密度，是影响无线电波传播的主要因素。波传播的主要因素。u 电离层的厚度和高度随昼夜及季节的不同而变化。电磁波长不同，电离电离层的厚度和高度随昼夜及

13、季节的不同而变化。电磁波长不同，电离层对它的反射和吸收也不同。一般而言，层对它的反射和吸收也不同。一般而言，波长愈长愈容易产生反射，但波长愈长愈容易产生反射，但电离层对其能量吸收也愈大，反之，波长愈短愈不容易产生反射，然而电离层对其能量吸收也愈大，反之，波长愈短愈不容易产生反射，然而电离层对其能量吸收也愈小电离层对其能量吸收也愈小。 4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述（1）多径效应：）多径效应： 大量传播路径的存在就产生了所谓的多径现象大量传播路径的存在就产生了所谓的多径现象4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述5.媒体空间对无线电波传播的影响媒体空间对无线电波传播的影响（2）阴影效应

14、）阴影效应u高大建筑、山峰和丛林都会阻碍电波传播，高大建筑、山峰和丛林都会阻碍电波传播， 所以接收信号强度随空间所以接收信号强度随空间变化变化 u路径损耗大小比较路径损耗大小比较: :市区市区 郊区郊区 农村农村 （3）空间效应）空间效应u当无线电波在空气中传播时，大气会吸收一些无线电波的能量，接收当无线电波在空气中传播时，大气会吸收一些无线电波的能量，接收信号的强度与传播距离和无线电波频率有关，距离越远，频率越高，信号的强度与传播距离和无线电波频率有关，距离越远，频率越高，衰耗越大，即为空间效应。衰耗越大，即为空间效应。4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述u多径合成波的幅度和相位随移动台

15、的运动产生很大的起伏变化，这就是多径合成波的幅度和相位随移动台的运动产生很大的起伏变化，这就是所谓的所谓的快衰落或多径衰落快衰落或多径衰落。 u合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大合成波的振幅和相位随移动台的运动起伏变化很大 ，衰落的振幅、相位、，衰落的振幅、相位、角度随机。角度随机。（5）快衰落和慢衰落）快衰落和慢衰落快衰落快衰落4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述u移动台接收的信号除瞬时出现移动台接收的信号除瞬时出现快衰落快衰落外，其场强中值随着地区位置改变外，其场强中值随着地区位置改变出现较慢的变化，这就是所谓的出现较慢的变化，这就是所谓的慢衰落慢衰落或阴影衰落，慢衰落的场强

16、中值服或阴影衰落，慢衰落的场强中值服从对数正态分布。从对数正态分布。u电波传播路径上遇有高大建筑物、树林、地形起伏等障碍物的阻挡，就电波传播路径上遇有高大建筑物、树林、地形起伏等障碍物的阻挡，就会产生电磁场的阴影。衰落深度与与位置会产生电磁场的阴影。衰落深度与与位置/ /地点相关，衰落的速度取决于移地点相关，衰落的速度取决于移动台移动的速度。动台移动的速度。4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述距离距离(m)接收功率接收功率(dBm)102030-20-40-60慢衰落慢衰落快衰落快衰落4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述发送信号接收信号0dB发送信号-25dB接收信号0 + 发送信号接

17、收信号0 2 3 + 发送信号接收信号4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述u无线环境中的无线环境中的信号衰减分成三部分信号衰减分成三部分u路径损耗：幅度衰减较大路径损耗：幅度衰减较大u大尺度变化：伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特大尺度变化：伴随中等幅度衰减的具有对数正态分布特性的慢变化成分（慢衰落）性的慢变化成分（慢衰落）u小尺度衰落：衰减幅度较小的快变化成分（快衰落）小尺度衰落：衰减幅度较小的快变化成分（快衰落）u快衰落包络分布的描述方法快衰落包络分布的描述方法u瑞利分布：非视距传播瑞利分布：非视距传播u莱斯分布：视距传播莱斯分布：视距传播4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述20

18、22年4月30日星期六24Rayleigh fading channel4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述三、无线通信系统三、无线通信系统1.无线通信系统框图无线通信系统框图4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述(1)(1)由由高频振荡器高频振荡器产生产生高频振荡电流高频振荡电流(2)(2)把要传递的声音和图像信号变成电流信号把要传递的声音和图像信号变成电流信号( (电信号电信号) ) (3)(3)将振荡器产生的高频振荡电流和声音、图像的信号电流一同输入到将振荡器产生的高频振荡电流和声音、图像的信号电流一同输入到调制器调制器中，再把调制的高频振荡电流送到发射天线，发射的电磁波中，再把调

19、制的高频振荡电流送到发射天线，发射的电磁波就带有要传递的声音图像信号了就带有要传递的声音图像信号了. .即所谓的将要传递的信号即所谓的将要传递的信号“加加”到电磁波上到电磁波上. .把带有信号的电磁波发射出去把带有信号的电磁波发射出去. .无线电波的发射无线电波的发射(1)(1)用用天线天线接收电磁波接收电磁波. .(2)(2)用调谐器即收音机或电视机中选台的电路选出所需要的电信号用调谐器即收音机或电视机中选台的电路选出所需要的电信号(3)(3)让高频振荡电流经过让高频振荡电流经过检波器检波器，就能将要传递的声音信号和图像信号从，就能将要传递的声音信号和图像信号从高频振荡电流中高频振荡电流中“

20、检检”出出. .把声音信号和图象信号分别送到扬声器和把声音信号和图象信号分别送到扬声器和电视机，就能听到声音和看到图像电视机，就能听到声音和看到图像. . 无线电波的接收无线电波的接收2 2、无线通信系统的类型、无线通信系统的类型 按照无线通信系统中关键部分的不同特性分类按照无线通信系统中关键部分的不同特性分类: : 按照工作频段或传输手段分类按照工作频段或传输手段分类, , 有有中波通信、中波通信、 短波通信、短波通信、 超短波通信超短波通信、 微波通信和卫星通信微波通信和卫星通信等。等。 所谓工作频率所谓工作频率, , 主要指发射与接收的射频主要指发射与接收的射频（RFRF）频率。）频率。

21、 射频实际上就是射频实际上就是“高频高频”的广义词的广义词, , 它是指适合无线电它是指适合无线电发射和传播的频率。发射和传播的频率。 无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段。无线通信的一个发展方向就是开辟更高的频段。 按照通信方式来分类按照通信方式来分类, , 主要有主要有（全）双工、（全）双工、 半双工和单工方式半双工和单工方式。按照调制方式的不同来划分按照调制方式的不同来划分, , 有有调幅、调幅、 调频、调频、 调相以及混合调制调相以及混合调制等。等。 4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述四、无线通信系统的研究内容四、无线通信系统的研究内容u信道编码信道编码/解码的研究（纠错编码

22、）解码的研究（纠错编码）uBCH码，卷积码，码，卷积码，turbo码，码，LDPC码码u调制调制/解调技术的研究解调技术的研究uBPSK，QAM，OFDMu天线与传输技术的研究天线与传输技术的研究u天线发射天线发射/接收，方向性天线，智能天线，多天线技术接收，方向性天线，智能天线，多天线技术u无线通信系统的硬件实现无线通信系统的硬件实现u给出解决方案，进行硬件实现给出解决方案，进行硬件实现4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述五、系统性能评估五、系统性能评估 u通常的方法是使用在一定噪声条件下误码率（通常的方法是使用在一定噪声条件下误码率（Bit Error Rate ,BERBit Err

23、or Rate ,BER）。）。4.1 4.1 无线通信概述无线通信概述六、无线通信面临的挑战六、无线通信面临的挑战u随时随地连接网络随时随地连接网络u多种业务多种设备的集合多种业务多种设备的集合u语音，数字，音频，视频语音，数字，音频，视频u电话，电视，照相机，计算机电话，电视，照相机，计算机u产品的小型化、低功耗、低成本产品的小型化、低功耗、低成本现有常用的无线通信系统现有常用的无线通信系统n移动蜂窝网系统移动蜂窝网系统n第二代（第二代（GSM, IS-95)GSM, IS-95)n第三代（第三代（CDMA2000,WCDMA,TD-SCDMACDMA2000,WCDMA,TD-SCDMA

24、）n3G 4G3G 4Gn局域网系统局域网系统n无线局域网（无线局域网（WLANWLAN）n无线广域网（无线广域网（WMAXWMAX）n广播电视系统广播电视系统n卫星通信系统卫星通信系统n近距无线通信网络近距无线通信网络n无线个域网（无线个域网（WPANWPAN）n无线传感器网络（无线传感器网络（WSNWSN）n无线宽带（无线宽带（WiFiWiFi，Wireless FidelityWireless Fidelity）n无线射频识别（无线射频识别（RFIDRFID）2013年10月15日星期二324.1 4.1 无线通信概述无线通信概述4.2 4.2 微波与卫星通信微波与卫星通信第第4章章 微

25、波与卫星通信微波与卫星通信4.2.1 微波通信微波通信v一、微波通信概述一、微波通信概述v二、数字微波通信系统二、数字微波通信系统v三、三、数字微波通信的特点数字微波通信的特点 34v 微波：微波： 是一是一种种具有具有极极高频率高频率（通常为通常为 300MHz300MHz-300GHz)300GHz)，波，波长长很短，通常为很短，通常为1m1m-1mm1mm的电磁波的电磁波。一、一、微波微波通信概述通信概述v 微波通信：微波通信： 利用利用微波做微波做载波载波进行进行的通信，叫微波通信。它往往是的通信，叫微波通信。它往往是长长途途、大容量通信的大容量通信的无线传输无线传输工具。工具。 目前

26、目前使用的范围只有使用的范围只有1GHz-40GHz1GHz-40GHz。各各国国的通信的通信设备设备已已使用到使用到2 2、4 4、5 5、6 6、7 7、8 8、1111、1515、20GHz20GHz等各频段。等各频段。v 传播方式：传播方式： 在微波频段，由在微波频段，由于于频率很高，电波的频率很高，电波的绕绕射能力弱，所以射能力弱，所以信信号号的的传输传输主要是利用微波在主要是利用微波在视线视线距距离内离内的直的直线传播线传播，又又称视称视距距传播传播。 优点：优点： 传传播播较稳较稳定，受外界干定，受外界干扰小（与短波比）扰小（与短波比） 缺点：缺点： 受到地形，地物及受到地形，地

27、物及气气候候状况状况的影的影响响而引起反射，折射，散而引起反射，折射，散射和吸收射和吸收现现象，象，产产生生传传播衰落和播衰落和传传播失真播失真。一、一、微波微波通信概述通信概述36二、数字微波通信系统二、数字微波通信系统p 数字微波通信数字微波通信 是指利用微波携带数字信息，通过电波空间，同时传送若干相互无关是指利用微波携带数字信息，通过电波空间，同时传送若干相互无关信息，并进行再生中继的通信方式。信息，并进行再生中继的通信方式。 数字信号用微波信道进行传输的通信方式，兼有数字通信和微波通信数字信号用微波信道进行传输的通信方式，兼有数字通信和微波通信的特点。的特点。 地面微波接力通信系统工作

28、在地面微波接力通信系统工作在4 4 6GHz6GHz，它通过地面多座中继站在两地，它通过地面多座中继站在两地之间建立通信链路，之间建立通信链路，相邻中继站的距离为视距（约相邻中继站的距离为视距（约50Km50Km）。）。37p中继传输方式中继传输方式微波中继接力线路微波中继接力线路微波中继接力线路微波中继接力线路二、数字微波通信系统二、数字微波通信系统38p地面微波接力v 两个地面站之间传送v 距离：50 -100 km；频率：2G -40GHzv 依赖于天气和频率v 应用：长距离传输话音和电视信号；大厦之间LAN互连地面站之间的直视线路 微波传送塔地球二、数字微波通信系统二、数字微波通信系统

29、39v 数字微波系统组成数字微波系统组成市内电话局用户终端市内电话局用户终端微波中继站微波收发信设备调制解调设备时分复用设备调制解调设备时分复用设备甲地乙地微波收发信设备二、数字微波通信系统二、数字微波通信系统40三、数字微波通信的特点三、数字微波通信的特点 1.1.频带宽干扰小频带宽干扰小2.2.中继传输组网灵活中继传输组网灵活3.3.抗干扰性强抗干扰性强4.4.保密性好保密性好5.5.便于组成数字通信网便于组成数字通信网 4.2.2 卫星通信卫星通信利用人造地球卫星作为中继站在多个地球站之间进行转发无线电信号的微波通信。 什么是什么是卫星通信卫星通信? ?卫星通信，简单地说，就是地球上（包

30、括地面、水面卫星通信，简单地说，就是地球上（包括地面、水面和低层大气中）无线电通信站之间利用人造卫星作中和低层大气中）无线电通信站之间利用人造卫星作中继站而进行的通信，它覆盖面积大、不受地理条件的继站而进行的通信，它覆盖面积大、不受地理条件的限制、通信频带宽、容量大、机动灵活，因而在国际限制、通信频带宽、容量大、机动灵活，因而在国际和国内通信领域中，成为不可缺少的通信手段。和国内通信领域中，成为不可缺少的通信手段。 v 卫星通信的发展过程，大致经历了两个阶段：卫星通信的发展过程，大致经历了两个阶段：1.1.卫星通信的实验阶段卫星通信的实验阶段(1954(19541964): 1964): 2.

31、2.卫星通信的实用与提高阶段卫星通信的实用与提高阶段(1965-).(1965-).v 利用卫星进行通信的科学设想，是在1945年由英国的克拉克首先提出的，在无线电杂志上发表了地球外的中继站一文。但直至1957年，前苏联发射了世界上第一颗人造地球卫星，人们才真正看到实现卫星通信的希望。v 1962年，美国成功地发射了第一颗通信卫星,试验了横跨大西洋的电话传输。于是，经过二十多年的探索和试验，卫星通信终于跨入了实用阶段，渐渐走近我们的生活。静止卫星：静止卫星：如果卫星的轨道是圆如果卫星的轨道是圆形且在赤道轨道上，卫星离地面形且在赤道轨道上，卫星离地面约约35860km35860km时，其飞行的方

32、向与时，其飞行的方向与地球自转的方向相同，则从地面地球自转的方向相同，则从地面上任何一点看去，卫星都是上任何一点看去，卫星都是“静静止止”不动的，这种对地静止的不动的，这种对地静止的同步卫星简称为静止卫星。同步卫星简称为静止卫星。 利用静止卫星作为中继站利用静止卫星作为中继站的通信系统，称为的通信系统，称为静止卫星通静止卫星通信系统信系统。地球卫星的轨道赤道赤道赤道轨道倾斜轨道极轨道北极同步卫星同步卫星极通信卫星1地球通信卫星2通信卫星3静止轨道 1 1、通信范围大通信范围大，三颗同步卫星即可覆盖全球（除两极外）。只要在卫，三颗同步卫星即可覆盖全球（除两极外）。只要在卫星发射的电波所覆盖的范围

33、内，从任何两点之间都可进行通信。星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通信。 2 2、不易受陆地灾害的影响，、不易受陆地灾害的影响，可靠性高可靠性高。 3 3、只要设置地球站，电路即可开通，、只要设置地球站，电路即可开通，开通电路迅速开通电路迅速。 4 4、同时可在多处接收同时可在多处接收，能经济地实现广播、多址通信（多址特点）。，能经济地实现广播、多址通信（多址特点）。 5 5、电路设置非常灵活电路设置非常灵活，可随时分散过于集中的话务量。，可随时分散过于集中的话务量。 6 6、同一信道可用于不同方向或不同区间，、同一信道可用于不同方向或不同区间，多址联接多址联接。 v 一是由于

34、通信卫星的一次投资费用较高，在运行中难以进行检修，故要一是由于通信卫星的一次投资费用较高，在运行中难以进行检修，故要求通信卫星具备高可靠性和较长的使用寿命；求通信卫星具备高可靠性和较长的使用寿命；v 二是卫星上能源有限，卫星的发射功率只能达到几十至几百瓦，因此要二是卫星上能源有限，卫星的发射功率只能达到几十至几百瓦，因此要求地面站要有大功率发射机、低噪声接收机和高增益天线，这使得地面求地面站要有大功率发射机、低噪声接收机和高增益天线，这使得地面站比较庞大；站比较庞大；v 三是由于卫星通信传输距离很长，使信号传输的时延较大，其单程距离三是由于卫星通信传输距离很长，使信号传输的时延较大，其单程距离

35、（地面站（地面站AA卫星转发卫星转发地面站地面站B B）长达）长达80000km80000km，需要时间约，需要时间约270ms270ms；双；双向通信往返约向通信往返约160000km160000km，延时约，延时约540ms540ms，所以，在通过卫星打电话时，所以，在通过卫星打电话时，通信双方会感到很不习惯。通信双方会感到很不习惯。 v 适用于宇宙通信的频段为适用于宇宙通信的频段为1GHZ -10GHZ1GHZ -10GHZ，这频段一般称，这频段一般称为无线电窗口。为无线电窗口。v 根据无线电规则分配的频率，目前大多数卫星固定业务根据无线电规则分配的频率，目前大多数卫星固定业务使用使用6

36、/4GHZ6/4GHZ频段（频段（C C频段）。同时，因采用了相应的降雨频段）。同时，因采用了相应的降雨补偿措施，补偿措施，14/12GHZ14/12GHZ频段频段(Ku(Ku频段频段) )也开始使用。目前，也开始使用。目前，一些国家和国际组织也在加紧一些国家和国际组织也在加紧KaKa频段（频段（30/20GHZ30/20GHZ）的开）的开发与利用。发与利用。 C C频段频段 ：上行频率：上行频率：5925- 6425MHZ5925- 6425MHZ下行频率：下行频率：3700 - 4200MHZ3700 - 4200MHZ， 带带 宽：宽：500M500MKuKu频段：频段：上行频率：上行频

37、率：14.0 - 14.5GHZ 14.0 - 14.5GHZ 下行频率：下行频率：10.95 - 11.20GHZ10.95 - 11.20GHZ 11.45 - 11.70GHZ 11.45 - 11.70GHZ 带带 宽：宽：500M500Mv 摄动：摄动：在地球卫星轨道上运行的卫星除了受到地球的引力在地球卫星轨道上运行的卫星除了受到地球的引力，还受到其他一些次要因素的影响，使卫星实际的运行轨，还受到其他一些次要因素的影响，使卫星实际的运行轨道逐渐偏离确定的理想运行轨道，这就是所谓的摄动。道逐渐偏离确定的理想运行轨道，这就是所谓的摄动。v 其他原因：其他原因：如地球引力的不均匀，地球大气

38、层的阻力和太如地球引力的不均匀，地球大气层的阻力和太阳辐射压力等阳辐射压力等。星蚀：星蚀：在每年的春分和秋分前后各在每年的春分和秋分前后各2323天天中，静止卫星和地心的连线在地球中，静止卫星和地心的连线在地球表面的交点表面的交点( (称为星下点称为星下点) )进入当地进入当地的午夜时间前后，太阳、地球和卫的午夜时间前后，太阳、地球和卫星处在一条直线上，此时卫星进入星处在一条直线上，此时卫星进入地球的阴影区，即地球挡住了照射地球的阴影区，即地球挡住了照射到太阳上的阳光，发生了卫星的日到太阳上的阳光，发生了卫星的日蚀，这就是星蚀。蚀，这就是星蚀。静止卫星发生星蚀和日凌中断的原理日凌中断：日凌中断

39、：地球站天线在对准卫星的同时也会对准太阳，这时强地球站天线在对准卫星的同时也会对准太阳，这时强大的太阳噪声使通信无法进行，这种现象通常称为日凌中断。大的太阳噪声使通信无法进行，这种现象通常称为日凌中断。 圆形倾斜轨道同步卫星视在位置的日漂移影响静止卫星通信的因素影响静止卫星通信的因素v轨道平面的倾斜效应和位置控制轨道平面的倾斜效应和位置控制 当静止卫星因某种原因发生相对于赤道平面向上或向下当静止卫星因某种原因发生相对于赤道平面向上或向下一个固定的偏离值时，必然形成卫星轨道的倾角不为一个固定的偏离值时，必然形成卫星轨道的倾角不为0 0，于是卫星的视在位置或星下点就不再固定，这就是所谓于是卫星的视

40、在位置或星下点就不再固定，这就是所谓的倾斜效应。的倾斜效应。v由于倾斜效应的存在，同步卫星的视在位置和星下点的由于倾斜效应的存在，同步卫星的视在位置和星下点的每日漂移轨迹就成为一个两圈高、宽不等的每日漂移轨迹就成为一个两圈高、宽不等的“8”8”字形。字形。v 时延：指信号在传输过程中所产生的时间延迟。时延：指信号在传输过程中所产生的时间延迟。v 单跳：任意两个在同一卫星覆盖区域内的地球站经静止卫单跳：任意两个在同一卫星覆盖区域内的地球站经静止卫星一次转接的通信为单跳。传输时间为星一次转接的通信为单跳。传输时间为0.54s 0.54s v 卫星通信的缺点之一是：传输时延大。传输时延大会产生卫星通

41、信的缺点之一是：传输时延大。传输时延大会产生2 2个问题：个问题：1 1、传输电话信号时，会使双方通话重叠而使通、传输电话信号时，会使双方通话重叠而使通话者觉得很不习惯；话者觉得很不习惯；2 2、会出现回波干扰。、会出现回波干扰。v 回波的抑制和抵消：回波抑制器回波的抑制和抵消：回波抑制器 回波抵消器回波抵消器59通信卫星组成通信卫星组成Company Logo60遥测指令系统遥测指令系统 Company Logo6162卫星转发器（通信系统）卫星转发器（通信系统） 在通信卫星的各组成系统中，真正起到卫星通信中继站作用的是通信系统，也叫转发器。 前放变频器中放限幅器变频器高放倍频器倍频器本振

42、双变频转发器63电源系统电源系统 通信卫星的电源一般同时采用太阳能电池和化学电池。 通常太阳能电池作为常用电源使用，当卫星进入地球阴影区(或者说卫星日蚀)时，使用化学电池供电。 64卫星地面站卫星地面站 65地面站的组成地面站的组成 发射系统接收系统控制系统终端系统电源系统馈电设备跟踪设备天线系统市内电话 66地面站发射系统的组成地面站发射系统的组成 调制器中频放大器上变频器自动功率控制发射波合成行波管放大激励器大功率放大器传输波导基带信号67地面站接收系统的组成地面站接收系统的组成 馈电设备低噪声放大器传输放大器晶体管放大器接收波分离下变频器中频放大器基带转换装置解调器椭圆波导68馈线馈线

43、69地面站电源系统地面站电源系统 70电源机柜与蓄电池电源机柜与蓄电池71卫星通信的新技术卫星通信的新技术 pVSAT系统p低轨道卫星系统 72VSATVSAT系统系统 PCPC计算中心PCPC市话局用户小站 用户小站 卫星 中心站 73VSATVSAT系统的发展系统的发展 目前，VSAT系统主要正在以下几个方面进行改进： 降低成本和安装费用扩大业务范围 完成多种连接开发新的网络系统 74LEOLEO系统系统 低轨道卫星通信系统，简称LEO，由距地面高度5001500Km左右的众多卫星组成，运行在多个轨道上，与地球自转不能保持同步，所以也叫非同步卫星通信系统。 衰耗小时延短 通信质量好 容量大

44、 发射成本低 移动终端小型化 75LEOLEO系统的原理系统的原理 LEO系统与地面蜂窝移动通信系统的基本原理相似，都采用划分小区和重复使用频率的方法进行通信。不同的是LEO系统相当于把基站安装在天空上，一个卫星就相当于一个基站。由于天线和中继器等都安装在卫星上，所以随着卫星的移动，基站、天线等都是不停地移动着的。76典型商用卫星通信系统典型商用卫星通信系统 铱系统 全球星系统 海事卫星通信系统77铱系统铱系统 由美国摩托罗拉公司在1988年提出的覆盖全球的LEO系统，1998年投入使用。原计划采用77颗卫星，与铱原子的电子数相等，故名。 后来铱系统实际采用66颗卫星，环绕6条均匀分布的近极圆轨道运行。相邻轨道平面上的卫星按相反方向运行。轨道高度约为780 km，每个轨道平面分布11颗卫星及1颗备用卫星。78全球星系统全球星系统 美国劳拉公司和高通公司发起。有48颗卫星，另加8颗备用卫星，分布在8个倾角为520的圆轨道上。轨道高度为1414Km,每个轨道分布6颗卫星和1颗备用卫星。