【航天科普】通信卫星知识知多少

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一

什么是卫星通信

卫星通信，简单的说，就是地球上的无线电通信 站之间利用人造卫星作为中继站转发无线电波进 行的通信。



二

卫星功能是什么

接收信号；2.改变信号的频率 ；3.放大信号 ；4.转发信号。

三

卫星通信示意图



卫星通信示意图
卫星通信就是地球上无线电通信台站利用人造卫星作为中继站而 进行的通信。



四

卫星的运动轨道

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，地球卫星的轨道有以下三种：A. 赤道轨道（i=0º） B.极轨道 （i=90º） C.倾斜轨道（0º＜i＜90º）



五

卫星的分类

按照轨道高度不同可分为：

– 静止轨道卫星（GEO）卫星在接近36000km的赤道平面上；

– 低轨道卫星（LEO）卫星高度在700～5000km ；

– 中轨道卫星（MEO）卫星高度在5000～20000km ；

– 高轨道卫星（HEO）卫星高度>20000km；





六

卫星通信系统的分类

按卫星制式分：静止卫星通信系统、随机卫星通信系统、相 位卫星通信系统；

按通信覆盖区的范围分：国际卫星通信系统、国内卫星通信 系统、区域卫星通信系统 ；

按用户性质分：公用（商用）卫星通信系统、专用卫星通信 系统、军用卫星通信系统 ；

按多址方式分：频分多址卫星通信系统、时分多址、空分多 址、码分多址等；

按基带信号体制分：数字制、模拟制；

按所用频段分：特高频、超高频、极高频等 按承载业务分为：固定业务卫星通信系、移动业务卫星通信 系统、广播业务卫星通信 系统、科学试验卫星通信系统。



七

静止轨道卫星(GEO)



同步卫星特点：

1）卫星轨道在地球赤道面上；

2） 轨道半径约 42,164 km （卫 星距地面高度为35786公里）；

3）与地球旋转方向和周期相同；

4）用三颗等间隔静止卫星就可 以实现全球通信。

注：在地球表面观察卫星则是静止的，固定的天线可始终对准卫星，窄波束天线需要跟踪系统。



八

同步轨道卫星分布



目前，全球同步轨道商用通信卫星总数已超过290颗。



九

卫星通信使用频率

1） 电波应能穿过电离层，传输损耗和外部附加噪声应尽可能小；

2）有较宽的可用频带，尽可能增大通信容量；

3） 较合理的使用无线电频谱，防止各宇宙通信业务之间 及与其它地面通信业务之间产 生相互干扰 ；

4） 通信采用微波频段（300MHz-300GHz）；

注：由于空间通信是超越国界的，频谱分配是在ITU主管下进行的， 1979年世界无线 电行政大会（WRAC)分配给卫星通信的频带包含 17个业务分类，并将全球分为三个 地理区域：Ⅰ区、Ⅱ区、Ⅲ区， 我国位于第Ⅲ区。详细的频率分配可查阅到。



十

卫星常用工作频段

频段 上行频率 下行频率 简称

C-band 5.85-6.65GHz 3.4-4.2GHz 6/4G

Ku-band 14.0-14.5GHz 12.25-12.75GHz 14/12G

Ka-band 27.5-31GHz 17.7-21.2GHz 30/20G

也有如下的频段划分：

UHF（特高频）：0.3-3GHz 分米波

SHF（超高频）：3-30GHz 厘米波

EHF（极高频）：30-300GHz 毫米波



十一

C波段与Ku波段的比较

C波段：1） 易受地面干扰；2） 天线口径较大；3）受天气影响较小；4）非常适合做传输。

Ku波段：1）抗地面微波干扰性好；2） 天线口径较C波段小，机动 灵活，适合做应急、车载；3） 波束窄 ；4）在浓云、密雾、暴雨等恶劣 天 气情况下，信号传输损耗较大。



十二

卫星通信的特点

1. 路径时延长 ；2. 广播特性 ；3. 覆盖区域大；4. 通信容量大 ；5. 建站成本及通信费用与距离无关 ；6. 很少受地理条件的限制 ；7. 抗自然灾害能力强；8. 机动灵活 ；9. 可自发自收进行监测 ；10.有日凌中断和星蚀现象，存在空间干扰问题。

路径时延长(RTD)

1）信号以光速到卫星并返回，轨道海拔高度是36000 公里, 从地面达 到卫星需要 较长时间，并在地 面不同的地点由于到卫星的距离不同 ，延时略有差别。

2）长时延将影响话音质量。

3）长时延将影响TCP/IP数据传输 。



广播特性

大范围直接广播功能是卫星通信主要特点之一。

这一特点是其他通信方式不能代替的。

建立在此特性基础上的通信业务有：数字卫星电视直播——DVB/MPEG-2 宽带Internet接入——DVB-RCS

覆盖范围域大

一个卫星可以覆盖1/3地球表面积；三 颗卫星可以覆盖全球



通信容量大

1）除光纤外通信容量最大的通信系统；

2）工作于C、Ku频段，目前又向Ka频段发展；

3）C、Ku频段一般可用带宽为500MHz， Ka频段可用带宽为 3.5GHz。

目的：在有限的空间、频率、功率等资源下，达到 最大的通信容量。

几方面：1） 轨道位置密集、一个轨位多颗星等；2） 卫星向多频段、高功率、大天线、多波束发展；3） 卫星轨位及姿态的控制精度要求；4） 地面设备信道利用率的要求（本着节省频率及功 率资源，但 保证通信质量）；5）天线的极化隔离度及旁瓣的要求。



十三

卫星通信发展概况

一、设想

1945年10月英国空军雷达军官阿瑟·克拉克提出关于 静止卫星的设想。

二、实验

实验阶段(1954—1964)

1957年10月4日,前苏联发射成功人类历史上的第一 颗人造地球卫星,开创了 人类走向太空的新纪元,同 时为实施克拉克的设想迈出了坚实的一步。1962年,美国发射了一颗名为Telstar-I的椭圆轨道有 源通信卫星,首次穿过大 西洋对电视信号和电话进 行了转播。

1963年7月到1964年8月19日,美国宇航局先后发射三颗〝辛康姆〞 (SYNCOM)卫星.第一颗未能进入 预定轨道;第二颗则送入周期24小 时的倾斜轨道,进行了通信实验;而最后一颗被射入似圆形的静止 同 步轨道,成为世界上第一颗实验静止通信卫星.利用它成功地进 行了电话,电视和传真的传输实验。



实用阶段

1965年国际通信卫 星组织的INTELSAT-I,原名“晨鸟” 发射，卫星通信进入实用阶段。

东方红一号卫星：1970-04-24，由 此开创了中国航天史的新纪元，使 中国成为继苏、 美、法、日之后世 界上第五个独立研制并发射人造地 球卫星的国家 (173Kg,运行28天)。

1984年4月发射了我国第一颗同步通信卫星东方红二号。

1997年5月12日发射了我国第一颗三轴稳定的同步通信卫 星东方红三号，该星承担了我 国公网省际干线通信。



十四

卫星通信的应用范围

1）长途电话、传真；2） 电视广播、娱乐 3）计算机联网 4）电视会议、电话会议 5）交互型远程教育 6）医疗数据 7）应急业务、新闻广播 8）交通信息、船舶、飞机的航行数据及军事通信等；



通信分系统组成



十五

通信卫星-通信分系统设备功能

1）天线：1、将接收到电磁波变换成电信号；2、将电信号变换成电磁波辐射出去；2）接收机：将卫星天线收到的微弱电信号滤波并放大；3）变频器：将接收机放大后的电信号变换频率；4）带通滤波器：只通过某一段频率的信号，滤除其他频段的信号， 工作在不同频段的带通滤波器把500MHz频段分成若干个通道。5）发射机：将变换频率后的电信号高倍数放大；6）转发器：通常是指带通滤波器和发射机组成的单元，讲到转发器技术指标时，还包括 天线、接收机、变更器等卫星有效载荷其他单元指标。




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