卫星通信系统概述PPT

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1、通信工程教研室主讲人：葛延良卫星通信通信：在两个或多个位置实现信息的传输、接收和处理。有线通信：光纤、电缆、明线无线通信：短波/超短波通信、微波中继通信、卫星通信第1章卫星通信系统概述卫星通信的概念卫星通信：是指利用通信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（或手持终端）之间或者地球站与航天器之间通信的一种通信形式。换言之，卫星通信是在地球站上，包括地面、水面和大气层中的无线电通信站之间，利用人造卫星作为中继站进行的通信。卫星通信是个人通信网的组成部分，是地面通信网的补充。1.1卫星轨道假设地球是质量均匀分布的圆球体，忽略太阳、月球和其它行星的引

2、力作用，卫星运动服从开普勒(Kepler)三大定律。开普勒定律开普勒第一定律：卫星以地心为一个焦点做椭圆运动。其轨道平面的极坐标为：图1椭圆轨道的示意图开普勒第二定律：卫星与地心的连线在相同时间内扫过的面积相等。V为卫星在轨道上的瞬时速度。其中a为椭圆轨道的半长轴，r为卫星到地心的距离。u为开普勒常数，u值为398601.58km3/s2开普勒第三定律：卫星运转周期的平方与轨道半长轴的3次方成正比。u为开普勒常数，u值为398601.58km3/s2。1.2卫星通信系统的组成空间段主要是卫星本身。星体包括两大子系统：星载设备和卫星母体。地面段典型的地面段即地球站，包括

3、地面卫星控制中心（SCC,Satellitecontrolcenter）及其跟踪、遥测和指令站（TT&C,Tracking,telemetryandcommandstation）。用户段各种用户终端。选择工作频段时，应考虑的重要因素：（1）电波传播衰减及其它衰减要小；（图1-14）在0.3-10GHz频段，大气吸收衰减最小，称为“无线电窗口”。另外，在30GHz附近也有一个衰减的低谷，称为“半透明无线电窗口”。（2）天线接收的外界噪声要小；（图1-15）从降低接收系统噪声的角度来考虑，工作频段最好选在1-10GHz之间工作。（3）大气层中雨、雾、云的影响；（图1-16

4、）1.3卫星通信的工作频段从上述三方面考虑，卫星通信的工作频率一般选在1-10GHz范围内较为适宜，而且最理想的频段是在4-6GHz附近。除上述三个方面以外，还应考虑如下因素：（4）有较宽的可用频带，以满足信息传输的要求；（5）与地面微波通信、雷达等其他无线系统间的相互干扰要小；（6）能充分利用现有通信技术，并便于与现有地面通信设备配合使用；（7）设备尺寸要小。1.3卫星通信的工作频段段号频段名称频段范围1极低频(ELF)3~30赫(Hz)2超低频(SLF)30~300赫(Hz)3特低频(ULF)300~3000赫(Hz)4甚低频(VLF)3~30千赫(KHz)5低频

5、(LF)30~300千赫(KHz)6中频(MF)300~3000千赫(KHz)7高频(HF)3~30兆赫(MHz)8甚高频(VHF)30~300兆赫(MHz)9特高频(UHF)300~3000兆赫(MHz)10超高频(SHF)3~30吉赫(GHz)11极高频(EHF)30~300吉赫(GHz)12至高频(THF)300~3000吉赫(GHz)频率划分:综合上述要求，应将卫星的工作频段选在微波频段或特高频。具体地说，目前大多数卫星通信系统是选择在以下频段工作：<1>L频段：1.6/1.5GHz用于MSS，GEO卫星测控。<2>S频段：4/2GHz用于MSS，GEO卫星测

6、控。<2>C频段：6/4GHz用于MSS，GEO卫星测控。<3>X频段：8/7GHz<4>Ku频段：14/12GHz用于FSS，BSS。<5>Ka频段：30/20GHz用于FSS，BSS。此外，VHF、UHF用于低轨小卫星通信。<6>VHF频段：0.1～0.3GHz用于移动、导航业务。<7>UHF频段：0.3～1.0GHz用于移动、导航业务。更高频段：Q频段：36～46GHz，V频段：46～56GHz。太赫兹频段：0.1～10THz。1.3卫星通信的工作频段K波段(18~27GHz),Ku波段的频率受国际有关法律保护，12~18GHz频段。Ku波段卫星单转发器功率一般

7、比较大，多采用赋形波束覆盖，卫星EIRP较大，加上Ku波段接收天线效率高于C波段接收天线，因此接收Ku波段卫星节目的天线口径远小于C波段，从而可有效地降低接收成本，方便个体接收。主要应用：中继、卫星通信、雷达等。现在广泛使用的蓝牙、ZigBee、无线路由、无线鼠标等也使用这个范围的频率。据IEEE521-2002标准，X波段是指频率在8~12GHz的无线电波波段。而在某些场合中，X波段的频率范围则为7~11.2GHz。X波段中的X即英语中的“extended”，表示“扩展的”。X波段通常的下行频率为7.25~7.75GHz，上行频率为7.9~8.4G