卫星通信概述
卫星通信
卫星通信一、卫星通信概述1、卫星通信基本概念卫星通信实际上也是一种微波通信，它以卫星作为中继站转发微波信号，在多个地面站之间通信，卫星通信的主要目的是实现对地面的“无缝隙”覆盖，由于卫星工作于几百、几千、甚至上万公里的轨道上，因此覆盖范围远大于一般的移动通信系统。
但卫星通信要求地面设备具有较大的发射功率，因此不易普及使用。
卫星通信系统由卫星段、地面段、用户段三部分组成。
卫星段在空中起中继站的作用，即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站，卫星星体又包括两大子系统：星载设备和卫星母体。
地面站则是卫星系统与地面公众网的接口，地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路，地面站还包括地面卫星控制中心，及其跟踪、遥测和指令站。
用户段即是各种用户终端。
卫星通信系统的结构如下图1-1所示。
图1-1 卫星通信系统结构在微波频带，整个通信卫星的工作频带约有500MHz宽度，为了便于放大和发射及减少变调干扰，一般在星上设置若干个转发器。
每个转发器被分配一定的工作频带。
目前的卫星通信多采用频分多址技术，不同的地球站占用不同的频率，即采用不同的载波。
比较适用于点对点大容量的通信。
近年来，时分多址技术也在卫星通信中得到了较多的应用，即多个地球站占用同一频带，但占用不同的时隙。
与频分多址方式相比，时分多址技术不会产生互调干扰、不需用上下变频把各地球站信号分开、适合数字通信、可根据业务量的变化按需分配传输带宽，使实际容量大幅度增加。
另一种多址技术是码分多址（CDMA），即不同的地球站占用同一频率和同一时间，但利用不同的随机码对信息进行编码来区分不同的地址。
CDMA采用了扩展频谱通信技术，具有抗干扰能力强、有较好的保密通信能力、可灵活调度传输资源等优点。
它比较适合于容量小、分布广、有一定保密要求的系统使用。
2、卫星通信系统的分类2.1按照工作轨道区分，卫星通信系统一般分为以下3类。
（1）低轨道卫星通信系统（LEO）：距地面500-2000Km，传输时延和功耗都比较小，但每颗星的覆盖范围也比较小，典型系统有Motorola的铱星系统。
卫星通信的概念
卫星通信，就是利用通信卫星作为中继站来转发无线电波，实现两个或多个地球站之间的通信。
卫星通信是现代通信技术与航天技术相结合并由计算机实现其控制的先进通信方式卫星通信具有覆盖面积（区域）大,通信传输距离远，通信频带宽、容量大，通信线路稳定、质量好，建设成网快、机动灵活，可以广播方式工作、便于实现多址联接，通信成本与通信距离无关等诸多优点。
通信卫星是指接收和转发中继信号，用来作为通信中介的人造地球卫星。
按通信方式来分则可分为有源和无源两种。
由于无源通信卫星只是反射电波，需要大功率的发射机，大尺寸的接收天线和高灵敏的放大接收设备，对发送和接收设备的技术要求较高，费用昂贵，因而难以实用；有源通信卫星则在卫星上装备了电源和接收、放大、发送设备，使地面接收设备简化，易于实现。
目前运行的均为有源卫星。
通信卫星多采用低轨、大椭圆或地球同步轨道。
目前，通信卫星绝大部分采用地球同步轨道，在地球赤道上空约36000km外围绕地球的圆形轨道运行，绕地球转一圈的时间是24小时，刚好与地球自转同步，这样相对于地球上的某一区域就像是静止不动的一样，又叫同步卫星，也叫静止卫星，其运行轨道叫同步或静止轨道。
我们常常提到的VSAT卫星和我国相继发射的几颗通信卫星都属于同步轨道卫星。
近年来为大多数读者耳熟能详的几个全球移动卫星通信系统，国际移动通信卫星（ICO）、铱(Iridium)和全球星(Globalstar)系统都属于中轨道（MEO，5000km～15000km）、低轨道（LEO，500km～1500km）卫星通信系统。
通信卫星按工作区域可分为国际通信卫星、国内通信卫星和区域通信卫星。
按应用领域则又可分为广播电视卫星、跟踪卫星、数据中继转发卫星、国防通信卫星、航空卫星、航海卫星、战术通信卫星、舰队通信卫星和军用数据转发卫星。
频率的划分:作为无线电通信的一种，频率的划分非常重要。
卫星通信工作频段的选择和划分，直接影响卫星通信系统的通信容量、质量、可靠性、设备复杂程度和成本，也影响到与其它通信系统的协调。
卫星通信
4.2 通信卫星的组成及部分功能
通信卫星主要有两部分组成：
有效载荷：装载于卫星上用于完成通信任务的仪器设备的总称。
卫星公用舱：用于安装固定有效载荷的服务系统。
二、卫星公用舱的组成——五个分系统组成。
Ⅰ姿态和轨道控制系统——Aocs（Attitude and orbit control subsystem）
重叠区设置中继站，可实现全球通卫星通信。
第二阶段：实用阶段
1964年，美国人成功发射了“辛康姆”卫星——事件标志着卫星通信进入实 用阶段，标志性体现在：
1、成功的进行了电话和电视的传输试验。 2、向美国国内传播在日本东京举行的奥运会。 第三阶段：商用阶段
由于卫星通信带来的巨大经济效益。卫星通信商用化逐渐提上了议事日程。
第四章 卫星通信系统的组成
4.1 卫星通信系统的组成 一个完整的卫星通信系统由空间段、地面段和用户段三部分组成：
一、空间段：也称空间分系统，通常是指通信卫星，研究的重点
二、地面段：一般包括地球站群，测控系统和监控中心
1、地球站群：包括一个中央地球站和若干个普通地球站，中央站和普通站之
间采用高度集中的星形网络结构
的“闪电”号卫星及实现全球通信三颗同步卫星）
2、国内卫星通信系统——为本国提供卫星业务的系统 3、区域卫星通信系统——低轨卫星。（用于特殊服务，地质勘测，海洋勘探等）
二、按卫星业务分类 1、卫星固定业务：向现有的电话网（PSTN）和有线电视网（CATV） 提供卫星链路，用来传输语音信号和电视信号。
S
Sun
Earth Satellite
E
E
Td=2d/c=0.27s
为消除0.27s的时间延迟，必须增加回波抵消器，大大增加了星上设备的复杂
概论05：卫星通信概论
气象卫星
观测地球气象状况，为 气象预报和灾害监测提
供数据。
科学实验卫星
进行空间科学实验，研 究宇宙和地球科学。
地面站
01
02
03
固定地面站
固定安装的大型地面设施， 用于与卫星进行通信。
移动地面站
如车载、便携式地面站， 用于移动用户与卫星通信。
个人地面站
小型便携式设备，如手持 终端，用于个人用户与卫 星通信。
战术通信
卫星为战场上的部队提供移动通信服务，保障实时指挥和协同作战。
04
卫星通信的挑战与前景
技术挑战
高技术门槛
卫星通信技术涉及多个领 域，如航天技术、无线通 信技术等，需要较高的技 术门槛。
信号传输损耗
卫星通信过程中，信号需 要穿越大气层和太空，会 面临较大的传输损耗。
同步与定位精度
卫星的位置和时间需要高 度精确的同步，以确保通 信的稳定性和可靠性。
概论05：卫星通信概论
• 卫星通信概述 • 卫星通信系统组成 • 卫星通信的应用 • 卫星通信的挑战与前景 • 案例研究Байду номын сангаас
01
卫星通信概述
定义与特点
定义
卫星通信是指利用人造地球卫星 作为中继站转发无线电信号，在 两个或多个地球站之间进行通信 的一种无线通信方式。
特点
覆盖范围广、容量大、传输质量 稳定、可靠性高、灵活性强等。
中国北斗卫星导航系统
区域特色
中国北斗卫星导航系统具有区域覆盖优势，提供定位、导航、授时和短报文通信服务。该系统不仅用 于民用领域，还广泛应用于军事和应急响应等场景。
THANKS
感谢观看
04
1970年代
随着低成本、高性能的微电子技术和 集成电路的广泛应用，卫星通信技术 取得了重大突破。
卫星通信 第1章
3
图1-1 卫星通信过程示意图
4
利用卫星进行通信的过程如图1-1所示，图中A、B、C 等分别表示进行通信的各地球站，例如地球站A通过定向天 线向通信卫星发射无线电信号，先被通信卫星天线接收，再 经转发器放大和变换，由卫星天线转发到地球站B，当地球 站B接收到信号后，就完成了从A站到B站的信息传递过程。
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⑤按照卫星轨道与赤道平面的夹角(即卫星倾角i)，通信 卫星可分为赤道轨道卫星(i＝0°)、倾斜轨道卫星 (0°<i<90°，顺行；90°<i<180°，逆行)和极地轨道卫星(i ＝90°)。 (2)通信地球站分系统：包括地球站和通信业务控制中 心，其中有天馈设备、发射机、接收机、信道终端、跟踪与 伺服系统等。 (3)跟踪遥测及指令分系统：其作用是对卫星进行跟踪 测量，控制卫星准确地进入静止轨道上的指定位置，并对卫
纽站和馈送站，它通过空间段从用户处收集信息或向用户分
发信息)。
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(3)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(跟踪遥测及指令系统)这些卫星的地球站， 又包括用于业务与星上资源管理的地球站。
括信源、发送设备、传输媒质、接收设备和信宿等部分。
2
卫星通信是指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。它是在微波通信 和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术。其 无线电波频率使用微波频段(300 MHz～300 GHz，即波段1 m～1 mm)。这种利用人造地球卫星在地球站之间进行通信 的通信系统，则称为卫星通信系统，而把用于实现通信目的 的人造卫星称为通信卫星，其作用相当于离地面很高的中继 站。因此，可以认为卫星通信是地面微波中继通信的继承和 发展，是微波接力向太空的延伸。
卫星通信
卫星通信:指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或者多个地球站之间进行的通信。
卫星通信特点:1）通信距离远，且费用与通信距离无关；2)覆盖面积大，可进行多址通信；3）通信频带宽，传输容量大；4）机动灵活；5）通信链路稳定可靠，传输质量高。
卫星通信系统的组成：通信卫星、通信地球站分系统、跟踪遥测及指令分系统，以及监控管理分系统四部分组成。
卫星通信系统的分类：1）按照卫星制式，分为随机、相位和静止3类卫星通信系统；2）按通信覆盖区的范围，分为国际、国内和区域3类卫星通信系统；3）按用户性质，分为公用、专用和军用3类卫星通信系统；4）按业务分为固定业务、移动业务、广播业务、科学实验及其它业务卫星通信系统；5）按多址方式，分为频分多址、时分多址、码分多址、空分多址和混合多址5类卫星通信系统；6）按基带信号体制，分为数字式和模拟式两类卫星通行系统；7）按所用频段，分为特高频、超高频、极高频和激光4类卫星通信系统。
地球站的分类：（1)按安装方法及设备规模，地球站可分为固定站、移动站(船载站、车载站、机载站等)和可搬动站(在短时间内可拆卸转移)。
(2)按天线反射面口径大小，地球站可分为20m、15m、10m、7m、5m、3m和1m等类型。
(3)按传输信号的特征，地球站可分为模拟站和数字站。
(4)按用途，地球站可分为民用、军用、广播、航空、航海、气象以及实验等地球站。
(5)按业务性质，地球站可分为遥控、遥测跟踪站，通信参数测量站和通信业务站。
地球站的组成：一般包括天馈设备、发射机、接收机、信道终端设备、天线跟踪设备以及电源设备。
天馈设备的主要作用是将发射机送来的射频信号经天线向卫星方向辐射，同时它又接收卫星转发的信号送往接收机。
发射机主要由上变频器和功率放大器组成，其主要作用是将已调制的中频信号，经上变频器变换为射频信号，并放大到一定的电平，经馈线送至天线向卫星发射。
对于上变频器这一频率变换设备，主要有一次变频和二次变频两种方式。
卫星通信的基本概念和分类
卫星通信的基本概念和分类一、卫星通信的定义卫星通信是指利用人造卫星作为中继站来转发无线电波，在两个或多个地面站之间所进行的通信。
卫星通信系统由卫星转发器和地球站组成，其中卫星转发器负责接收来自地球站的信号，并将其放大、变频后再转发回地球站，从而实现远距离通信。
二、卫星通信的分类1.按卫星轨道位置：可分为静止卫星通信和中低轨道卫星通信。
静止卫星通信利用位于地球赤道上空的卫星，实现全球覆盖和通信。
中低轨道卫星通信则利用位于地球中低轨道的卫星，实现区域覆盖和通信。
2.按通信频段：可分为L频段（1-2GHz）、S频段（2-4GHz）、C频段（4-8GHz）、Ku频段（10-15GHz）和Ka频段（20-30GHz）等。
不同频段的无线电波具有不同的传播特性和抗干扰能力。
3.按卫星通信系统的结构：可分为单星型、双星型和多星型。
单星型系统只有一个卫星转发器，实现简单的点对点通信。
双星型系统有两个卫星转发器，可实现具有一定覆盖范围的区域通信。
多星型系统则由多个卫星转发器组成，可实现全球覆盖和通信。
三、卫星通信的优点1.覆盖范围广：卫星通信不受地理条件的限制，可实现全球覆盖和通信。
2.通信容量大：卫星通信系统可以利用多个频段和多颗卫星，实现高速数据传输和大容量通信。
3.可靠性高：卫星通信系统具有较高的可靠性和稳定性，适用于各种重要场合和应急通信。
4.灵活性好：卫星通信系统具有较好的灵活性和适应性，可根据不同需求进行定制和优化。
四、卫星通信的应用案例1.含例1：国际卫星通信。
国际卫星通信是利用卫星转发器实现跨国或跨洲的语音、数据和视频传输。
例如，通过国际卫星电话进行远程医疗、灾害救援等紧急通信。
2.含例2：区域卫星通信。
区域卫星通信是利用中低轨道卫星实现一定区域内的通信和信息传输。
例如，通过移动卫星车或便携式卫星电话为野外作业提供实时通信支持。
3.含例3：国内卫星通信。
国内卫星通信是利用静止卫星或中低轨道卫星实现国内范围内的通信和信息传输。
卫星通信简介..
2、国外卫星通信的发展
按轨道高度的划分：
低轨(LEO)卫星移动系统：～1000km~ 中轨(MEO)卫星通信系统：5000～15000km 同步轨道(GEO)卫星通信系统：35786.6km 高椭圆轨道 (HEO) 卫星通信系统：远地点＞ 40000km
距离地球 1500km~5000km 和 13000km~20000km 有两个强 辐射带，对电器器件的破坏力极大，卫星轨道应避开此区 域。此区域被称为范艾伦辐射带。
1、卫星通信的基本概念
卫星通信的优点：
（1）通信距离远（卫星单跳最大通信距离达1800km ），且费
用与距离无关 （2）覆盖面积大（1颗卫星覆盖地球表面42%）三颗同步卫星 即可覆盖全球，可进行多址通信 （3）通信频带宽，传输容量大 （4）通信线路稳定可靠（畅通率在99.8%以上 ），经济效益高 （5）系统容量大，可提供多种通信业务，从而使通信业务向多 样化和综合化方向发展，实现区域及全球个人移动通信 （6）在使用静止轨道的同时，也可使用中、低轨道卫星，使业 务性能更优良。
• 2.0-4.0，S，移动业务、指令传输；
• 4.0-8.0(4/6)，C，固定业务；
• 8..0-12.0，X；
• 12.0-18.0(12/14)，Ku，固定、DSS业务； • 18.0-24.0，K ；24.0-30.0，Ka； • 33.0-50.0，Q ； 50.0-75.0，V。
1、卫星通信的基本概念
全球星系统
2、国外卫星通信的发展
目前,运行于地球低轨道( 1000 km 以下
) 的人造地球卫星,包括成像侦察卫星、 电子侦察卫星、海洋监视卫星和商业 遥感卫星,有很多都直接或间接用于军 事目的。随着卫星在现代战争中的作 用日益增强,了解和认识当前的低轨道 卫星十分必要。
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有源卫星不无源卫星
有源卫星是指卫星上装载电子设备，能将接收到的来自地球站发射的信号 进行放大，频率变换和其它处理，再发回地球，它是一种有增益的可以部分地 补偿传输损耗的中继。目前，几乎所有的通信卫星都是有源卫星。 在五、六十年代进行卫星通信试验时，曾利用过无源。这种无源卫星是靠 星体的金属表面对无线电波进行反射作为中继的。可以想像到，由于自由空间 的传输损耗，卫星表面的吸收损耗和反射的无规则性，通信质量是很差的。
宇宙（空间）无线电有三种形式：
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 或反射而进行的通信
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宇宙无线电通信业务
（1）卫星通信属于宇宙无线电通信的第三种形式，即地球站
相互间通过宇宙站的转发或反射而进行的通信；通信卫 星就是离地球最近的宇宙站。固定、移动和广播等卫星
业务是宇宙通离无关。 以广播方式工作，便于实现多址联接。 通信容量大，能传递的业务类型多。 可以自发自收进行监测。 卫星相对静止，跟踪设备简单，多普勒频移小。
3
4 5
（二）卫星通信存在的问题
1
需要先进的空间和电子技术。
（二）卫星通信存在的问题
1 2
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。
（二）卫星通信存在的问题
所有静止卫星，每年在春分和秋分前后各23天，当星下点（卫 星不地心连线同地球表面的交点）进入当地时间午夜前后，卫星、 地球和太阳将共处在一条直线上。地球挡住了阳光，卫星进入地球 的阴影区，造成了卫星的日蚀，我们称之为
星蚀。
（二）卫星通信存在的问题
每年春分和秋分前后，在静止卫星下点进入当地中午前后的一 段时间里，卫星处于太阳不地球之间。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 称为
地球卫星的轨道有赤道轨道（I=0度）、极轨道（I=90度）、
倾斜轨道（大于0度小于90度）之分。
4
静止轨道不静止卫星通信系统
静止轨道又称同步轨道,是赤道轨道的特例，轨道距地面高度 35786.6km, 卫星运行方向与地球自转方向相同,绕地球一周的时间为24小时,与地球的自转 周期相等。
利用静止卫星作为中继的通信系统，称为静止卫星通信系统。
1 2
通信距离远，建立成本不通信距离无关。 以广播方式工作，便于实现多址联接。 通信容量大，能传递的业务类型多。
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（一）卫星通信的主要优点
1 2
通信距离远，建立成本不通信距离无关。 以广播方式工作，便于实现多址联接。 通信容量大，能传递的业务类型多。 可以自发自收进行监测。
3
4
（一）卫星通信的主要优点
微波接力站
微波接力站
微波接力站
微波接力站 微波接力站
2
卫星通信的概念
卫星通信，简单地说，就是指地球上（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中继站而进行的通信。
卫星通信是微波接力通信的一种特殊形式。
3
地球卫星的轨道
地球卫星的轨道是指地球卫星绕地球运行所经历的路线。
（2）卫星通信必须遵守国际上为宇宙通信制定的有关规则， 工作频率必须在分配的频段中选 取，以便和其它宇宙系
统保持协调。
（一）卫星通信的主要优点
1
通信距离远，建立成本不通信距离无关。
（一）卫星通信的主要优点
1 2
通信距离远，建立成本不通信距离无关。 以广播方式工作，便于实现多址联接。
（一）卫星通信的主要优点
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卫星通信的频率
卫星通信的频率使用微波频段，即 300MHZ∽300GHZ。
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宇宙站、地球站及宇宙通信系统
宇宙站是指设在地球大气层之外的宇宙飞行体或其它天体上的通信站。 地球站是指设在地球表面（包括陆地、水上和大气层中）的通信站。 共同进行一定的宇宙无线电通信业务的一组地球站和宇宙站，叫做宇宙通 信系统，简称为宇宙系统。
3
按业务分：固定业务、移动业务、广播业务、科学实验；
4
按多址方式分：频分多址、时分多址、空分多址、码分多址、混合多址；
5
按基带信号体制分：数字制、模拟制；
日凌中断。
（二）卫星通信存在的问题
1 2
需要先进的空间和电子技术。 有较大的传播时延和回波干扰。
3
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通信安全性丌是很高，容易受到干扰和攻击。
要保证卫星高度能稳定、可靠地工作。 存在星蚀和日凌中断等问题。 地球两极存在盲区。
1
按通信覆盖区的范围分：国际、国内、区域；
2
按用户性质分：公用（商用）、与用、军用；
（二）卫星通信存在的问题
1 2
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。 要圆满实现“多址联接”。
3
（二）卫星通信存在的问题
1 2
需要先进的空间和电子技术。 有较大的传播时延和回波干扰。
3
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通信安全性丌是很高，容易受到干扰和攻击。
要保证卫星高度能稳定、可靠地工作。 存在星蚀和日凌中断等问题。
教学课目：卫星通信概述 教学目的：通过学习，使同志们掌握卫星通信的基础知识、基 本术语，熟悉卫星通信名词的基本概念，了解卫星通信的优缺 点，增强热爱从事卫星工作的事业心。 教学方法：理论讲解
教学内容： 一、卫星通信的基本知识 二、卫星通信的特点 三、卫星通信系统的分类
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微波接力通信
微波接力通信是一种“视距”通信，即只在“看得见”的范围内才能通信。