卫星通信第一章

1、卫星通信主讲教师：赵红礼无线教研室，SY913电话：51687270E-mail：参考书卫星通信系统与技术，北京邮电大学出版社，陈振国，杨鸿文，郭文彬编著卫星通信系统，人民邮电出版社，中国通信学会主编卫星通信，西安电子科技大学出版社，刘国梁，荣昆璧主编第一章 概述卫星通信的概念卫星通信的工作频段卫星通信系统的组成编码、复接、调制和多址联接正交极化频率复用第一章 概述第一节：卫星通信的基本概念什么是卫星通信？通信卫星的分类卫星通信的应用卫星通信的发展卫星通信的特点和技术问题第一节：卫星通信的基本概念什么是卫星通信？利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。宇宙无线

2、通信的第三种形式。什么是卫星通信？宇宙无线通信宇宙站与地球站之间的通信宇宙站之间的通信地球站相互间通过宇宙站的转发或反射进行的通信什么是卫星通信？卫星通信的业务固定卫星业务(FSS)移动卫星业务(MSS)广播卫星业务(BSS)第一节：卫星通信的基本概念通信卫星的分类静止轨道卫星(GEO )低轨道卫星（LEO :）中轨道卫星（MEO: ）高椭圆轨道卫星（HEO：）通信卫星的分类静止轨道卫星(GEO)运行轨道在赤道平面内，高度约为35800km运行方向与地球自转方向相同周期等于地球自转的周期(24h)，从地球上看去，卫星如同静止的一样静止卫星和同步卫星的区别:赤道平面与非赤道平面通信卫星的分类静止

3、轨道卫星(GEO)35786km地球自轉方向衛星運行方向4 .1718100km赤道上靜止軌道赤道12756km重疊區盲區靜止衛星靜止衛星靜止衛星通信卫星的分类低轨道卫星（LEO）高度：7001500km周期大约2h信号衰减小、时延小需要卫星多，系统复杂通信卫星的分类中轨道卫星（MEO）高度：大约10000km避免GEO很大的信号衰减和时延，又不使系统太复杂。第一节：卫星通信的基本概念卫星通信的主要应用领域国际和国内长途电话无线电和电视广播海上、地面和空中的移动通信Internet业务用于固定通信网络中。如VSAT卫星网络、未来的多媒体通信和宽带广域网第一节：卫星通信的基本概念卫星通信的发展卫

4、星通信试验阶段（19541964年）卫星通信的实用与提高阶段（1965年以后）卫星通信的发展卫星通信试验阶段无源卫星通信试验有源卫星通信试验低轨道延迟式试验通信卫星中、高轨道试验通信卫星静止轨道试验通信卫星卫星通信的发展卫星通信的实用与提高阶段（1965年以后）1965年4月，“国际卫星通信组织”把第一代“国际通信卫星”射入静止同步轨道。两周后，前苏联发射第一颗非同步通信卫星。1965年，西方国家成立“国际通信卫星组织”，并先后实施了第一代至第七代国际通信卫星。总体发展趋势：卫星容量增大，地球站尺寸减小。 卫星通信的发展卫星通信的发展卫星通信在中国的发展1970年发射第一颗卫星“东方红1号”1

5、984年4月发射第一颗静止轨道通信卫星，向乌鲁木齐、昆明、拉萨等提供数字语音服务，并将中央电视台的节目传送至边远地区。1986年2月（东方红二号甲，E）、1988年3月（东方红二号甲，E）和12月(110E）又发射了3颗实用通信卫星，初步建成了国家公用、各部门专用卫星通信网。卫星通信的发展卫星通信在中国的发展卫星通信的发展卫星通信在中国的发展卫星通信的发展卫星通信在中国的发展卫星通信的发展酒泉卫星发射中心卫星通信在中国的发展卫星通信的发展西昌卫星发射中心卫星通信在中国的发展卫星通信的发展卫星通信的发展趋势静止通信卫星向大容量,多波束,智能化发展 低轨卫星群与蜂窝技术相结合,实现全球个人通信 小

6、型卫星通信地面站(VSAT)广泛应用 电视直播(DVB)和数字音频广播(DAB)步入家庭和个人用户 多媒体通信和因特网接入 微小卫星和纳卫星 第一节：卫星通信的基本概念卫星通信的特点通信距离远，建站成本与通信距离无关以广播方式工作，便于实现多址连接通信容量大，传输的业务类型多可以自发自收进行监测第一节：卫星通信的基本概念卫星通信的技术问题需要先进的空间和电子技术。要解决信号传播时延带来的影响。要保证卫星能高度稳定、可靠地工作。星蚀和日凌中断现象通信盲区与同频干扰第一章 概述第二节 卫星通信使用的频带频段选择原则常用频段第三节 卫星通信使用的频带频段选择原则电波应能穿过电离层，传播损耗和外部附加

7、噪声应尽可能地小应具有较宽的可用频带，尽可能增大通信容量较合理地使用无线电频谱，防止各种宇宙通信业务之间以及与其它通信业务之间产生相互干扰电子技术与器件的进展情况以及现有通信技术设备的利用与相互配合卫星通信使用的频带常用频段1963年特别无线电行政会议(EARC)和1971年有关空间通信的世界无线电行政会议(WARC)，分配过空间使用的频率。常用频段固定卫星业务主要频段C波段：6/4GHz(48GHz)，上行5.9256.425GHz，下行3.74.2GHz。带宽500MHz，分为多个转发器，额定带宽为36MHz、54MHz、72MHz。X波段：8/7GHz(812.5GHz)，用于军事通信：

8、上行7.98.4GHz，下行7.257.75GHz。Ku波段：14/11GHz,14/12GHz(12.518GHz)，上行12.7514.5GHz，下行10.712.2GHz和12.512.75GHz。Ka波段：30/20GHz(26.540GHz)，上行27.531GHz，下行17.721.2GHz。思考：卫星通信中上行频率高，而地面蜂窝移动通信系统中下行频率高，为什么？常用频段移动卫星业务使用的频段UHF波段：400/200MHz，用于小LEO。L波段：1.6/1.5GHz(12GHz)，大LEO，上行1.611.6265GHz，下行2.48352.5GHz。静止轨道移动卫星(GEO)：

9、上行1.62651.6605GHz，下行1.5251.559GHz。S-UMTS系统：上行1.982.01GHz，下行：2.172.2GHz。 常用频段频段名称 频段范围(GHz) 使用情况(GHz、上行/下行) UHF 0.33 0.4/0.2 L 1.02.0 1.6/1.5 S2.04.02.0/2.2C4.08.0 6/4X8.012.5 8/7Ku12.518.0 14/11，14/12Ka18.040 30/20第一章 概述第三节 卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成空间段主要包含一颗或几颗卫星，起中继放大作用，功率增益一般为100130dB左右。现代卫星通信广泛采用频率复用技术，

10、以增加转发器数目为了在静止轨道中放更多的卫星，ITU将发送相同频率信号的、邻近卫星之间的最小间隔，从原先的4减小到1.52，以避免邻近卫星系统之间的干扰卫星通信系统的组成 地面段多个业务地球站组成。天线直径从几十米到几十厘米。用户站。如手机、便携设备、移动站和VSAT等接口站。又称关口站服务站，如枢纽站，它通过空间段，从用户处收集或向用户分发信息卫星通信系统的组成控制段由所有地面控制和管理设施组成，它既包括用于监测和控制（跟踪、遥测和指令系统）这些卫星的地球站，又包括用于业务和星上资源管理的地球站 第一章 概述第四节：编码、复接、调制和多址联接多址联接多路复用编码、复接、调制和多址联接多址联接

11、频分多址(FDMA)时分多址(TDMA)码分多址(CDMA)FrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFrequencyTimePowerFDMATDMACDMA编码、复接、调制和多址联接多址联接空分多址(SDMA)随机多址：如RA/TDMA第一章 概述第五节 正交极化频率复用电磁波的极化极化的数学表达式正交极化鉴别度正交极化频率复用电磁波的极化极化的定义：迎着电磁波的传播方向，观察瞬间电场矢量端点所描绘的轨迹曲线线极化水平极化垂直极化圆极化左旋圆极化右旋圆极化正交极化频率复用E EE EE E垂直极化水平极化圆极化椭圆极化E E(a)线极化(b) 圆极化和椭圆极

12、化 极化特性电磁波的极化正交极化频率复用电磁波的极化电磁波的极化椭圆极化左旋椭圆极化右旋椭圆极化正交极化频率复用极化的数学表达式一个椭圆极化波沿着+Z方向传播，瞬时电场可以表示为：当E1、E2具有相同相位，即=0，为线极化波E2=0为水平极化波E1=0为垂直极化波)cos(cos)()()(21tEatEatEatEatEyxyyxxtEatExcos)(1tEatEycos)(2正交极化频率复用极化的数学表达式当E1=E2、=90时为圆极化波=-90，左旋圆极化=+90，右旋圆极化波E1E2、为任意时为椭圆极化波极化的数学表达式电磁波的极化参量轴比：AR=Emax/Emin Emax和Emi

13、n分别表示椭圆极化波的长轴和短轴 线极化波，AR趋向无穷大 圆极化波，AR=1倾角：椭圆极化波长轴相对于参考轴（水平轴）的夹角正交极化频率复用正交极化鉴别度双极化系统正交极化干扰正交极化频率复用正交极化鉴别度传输时可能出现的去极化情况，记作XPD，XPD值越大，表示一种极化状态经传输后变成正交极化状态的能量越少)(lg10dBPPXPDxc正交极化频率复用正交极化鉴别度通常用极化不匹配因子p来表示电磁波与天线极化端口之间的耦合情况，p在01之间变化当两者的极化状态相同时，p=1当两者的极化状态正交时，p=0一般椭圆极化波的极化不匹配因子：2221212222122111cos11)(rrrrrrp正交极化频率复用正交极化鉴别度相同方向的线极化波 ：1=2， P=1水平和垂直线极化波 ： P=0 左旋和右旋圆极化波：r1=r2