第4章1 卫星通信系统
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卫星通信第四章
C EIRP G / T L 228 .6 n0
载波功率与等效噪声温度之比C/T： C/N=C/T+228.6-B(dB)
C EIRP G /T L T
基本链路分析
总载噪比计算：
设卫星上接收到的载噪比为(C/N)u，它被通信卫星 转发，重新发回地球。由卫星天线转发后的EIRP为 EIRPs，载噪比为：C/N=(C/N)u，噪声功率为 ：
伴随的下行噪声功率：
N Pr EIRPs Gr C 1
(C / N )u
L N u
下行附加噪声功率:Nd=kTB
在接收地球站，总的噪声功率为：
N
EIRPs
Gr
C
1
kTB
L N u
基本链路分析
总载噪比计算：
整个卫星线路的载噪比：
C
EIRPs Gr / L
N EIRPs G (C / N )u1 / L kTB
基本链路分析
例：
工作在C波段（6/4GHz）波段的卫星系统，它以FDMA方式工作，
采用QPSK调制，系统参量如下：根据这些参数，计算载噪比。 载波调制参数：
比特率：64kbps 噪声带宽：40kHz 比特持续时间带宽积:0.625
卫星参数：
天线增益噪声温度比：-7dB/K；卫星饱和EIRP：36dBw TWTA输入回退量：11dB；TWTA输出回退量：6dB 载波数：200；转发器饱和功率通量密度：-80dBw/m2
基本链路分析
总载噪比计算： C
卫星线路的基本方程：N
C N
1 u
C N
1
1
d
如果(C/N)u>>(C/N)d，则C/N≈(C/N)d，卫星线路是下
载波功率与等效噪声温度之比C/T： C/N=C/T+228.6-B(dB)
C EIRP G /T L T
基本链路分析
总载噪比计算：
设卫星上接收到的载噪比为(C/N)u，它被通信卫星 转发，重新发回地球。由卫星天线转发后的EIRP为 EIRPs，载噪比为：C/N=(C/N)u，噪声功率为 ：
伴随的下行噪声功率：
N Pr EIRPs Gr C 1
(C / N )u
L N u
下行附加噪声功率:Nd=kTB
在接收地球站，总的噪声功率为：
N
EIRPs
Gr
C
1
kTB
L N u
基本链路分析
总载噪比计算：
整个卫星线路的载噪比：
C
EIRPs Gr / L
N EIRPs G (C / N )u1 / L kTB
基本链路分析
例：
工作在C波段（6/4GHz）波段的卫星系统，它以FDMA方式工作，
采用QPSK调制，系统参量如下：根据这些参数，计算载噪比。 载波调制参数：
比特率：64kbps 噪声带宽：40kHz 比特持续时间带宽积:0.625
卫星参数：
天线增益噪声温度比：-7dB/K；卫星饱和EIRP：36dBw TWTA输入回退量：11dB；TWTA输出回退量：6dB 载波数：200；转发器饱和功率通量密度：-80dBw/m2
基本链路分析
总载噪比计算： C
卫星线路的基本方程：N
C N
1 u
C N
1
1
d
如果(C/N)u>>(C/N)d，则C/N≈(C/N)d，卫星线路是下
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
卫星通信工作原理
卫星通信工作原理卫星通信是通过人造卫星的中继，实现地球任意两点之间的通信。
它已经成为现代通信领域中不可或缺的一部分。
在这篇文章中，我将详细介绍卫星通信的工作原理。
第一部分：卫星通信的基本原理在卫星通信系统中，主要有三个关键的要素：地面站，卫星和用户终端。
地面站用于与用户终端进行通信，并将信息传输到卫星上。
卫星则起到中继信号的作用，将信号从一个地方传输到另一个地方。
用户终端则负责接收和发送信息。
第二部分：卫星通信的具体过程卫星通信的具体过程可以分为以下几个步骤：1. 用户终端发起通信请求。
用户终端向地面站发送通信请求，包括要发送的信息以及目标地点。
2. 地面站与用户终端建立连接。
地面站收到用户终端的请求后，会进行身份验证，并建立与用户终端的通信连接。
3. 地面站将信息传输到卫星上。
一旦与用户终端建立了连接，地面站会将要发送的信息转换成合适的信号，并通过天线将信号发送到卫星上。
4. 卫星接收并中继信号。
卫星接收到从地面站发送的信号后，会对信号进行处理和放大，并通过天线将信号传输到另一地点。
5. 目标地的卫星接收信号。
目标地的卫星接收到信号后，会再次进行处理和放大，并通过天线将信号发送到地面站。
6. 地面站将信号传送给用户终端。
地面站接收到来自卫星的信号后，会将信号转换成用户终端可读的信息，并将其发送给用户终端。
第三部分：卫星通信的优势和应用范围卫星通信相比于其他通信方式，具有以下几个优势：1. 覆盖范围广。
卫星通信可以覆盖地球上的任何一个角落，不受地理位置的限制。
2. 传输距离远。
卫星通信可以实现地球上两点之间的远距离通信，无需进行中继。
3. 抗干扰能力强。
由于卫星通信的信号经过空间传输，相对于地面通信更加稳定，可以抵抗干扰。
卫星通信在许多领域中都有广泛的应用，例如：1. 电视和广播。
卫星通信可以将电视和广播信号传输到全球各地，实现全球范围内的节目传输。
2. 移动通信。
卫星通信可以实现移动电话和卫星电话之间的通信，特别适用于偏远地区或灾区。
通信原理第四章ppt课件
通信原理第四章
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
信道的定义
通信系统中的信道是指发送设备到接收设备之间信号传 输的通道，是通信系统的重要组成部分
本章内容:
第4章 信道
信道分类 信道模型 恒参/随参信道特性对信号传输的影响 信道噪声 信道容量
按照传输媒介的不同
概述
信道的定义与分类
无线信道 ——自由空间或大气层 有线信道 ——明线、电缆、光纤
有线信道
信道频带在几百MHz至1GHz左右 主要应用： 长途通信干线，有线电视等
基带同轴电缆：
50Ω，多用于数字基带传输 速率可达10Mb/s 传输距离<几千米
宽带（射频）同轴电缆：
75Ω，用于传输模拟信号 多用于有线电视（CATV）系统 传输距离可达几十千米
有线信道
光纤
有线信道
按照系统模型中研究对象的不同：
编
调制信道
码 器
——研究调制/解调问题
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器
编码信道
——研究编码/译码问题 恒参信道
按照信道中冲击响 应是否随时间变化
——特性参数变化缓慢，视为恒定值 随参信道
——特性参数随时间变化
§4.1
无线信道
光作为一种特殊的电磁波， 在人造介质（光纤）中传播， 实现大容量，高可靠性的通信 主要应用：
电信网和移动网的骨干网
单模阶跃折射率光纤
光纤结构示意图
优点
缺点 应用
有线信道
§4.3
信道数学模型
按照系统模型中研究对象的不同：
调制信道 ——研究调制/解调问题 编码信道 ——研究编码/译码问题
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
信道的定义
通信系统中的信道是指发送设备到接收设备之间信号传 输的通道，是通信系统的重要组成部分
本章内容:
第4章 信道
信道分类 信道模型 恒参/随参信道特性对信号传输的影响 信道噪声 信道容量
按照传输媒介的不同
概述
信道的定义与分类
无线信道 ——自由空间或大气层 有线信道 ——明线、电缆、光纤
有线信道
信道频带在几百MHz至1GHz左右 主要应用： 长途通信干线，有线电视等
基带同轴电缆：
50Ω，多用于数字基带传输 速率可达10Mb/s 传输距离<几千米
宽带（射频）同轴电缆：
75Ω，用于传输模拟信号 多用于有线电视（CATV）系统 传输距离可达几十千米
有线信道
光纤
有线信道
按照系统模型中研究对象的不同：
编
调制信道
码 器
——研究调制/解调问题
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器
编码信道
——研究编码/译码问题 恒参信道
按照信道中冲击响 应是否随时间变化
——特性参数变化缓慢，视为恒定值 随参信道
——特性参数随时间变化
§4.1
无线信道
光作为一种特殊的电磁波， 在人造介质（光纤）中传播， 实现大容量，高可靠性的通信 主要应用：
电信网和移动网的骨干网
单模阶跃折射率光纤
光纤结构示意图
优点
缺点 应用
有线信道
§4.3
信道数学模型
按照系统模型中研究对象的不同：
调制信道 ——研究调制/解调问题 编码信道 ——研究编码/译码问题
卫星 通信
卫星通信是宇宙无线电通信的形式之一。国际电信联盟(ITU)的世界无线 电行政会议(WARC)通过的规定中，确定了有关卫星通信的术语和定义。
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4. 1卫星通信的基本概念
通常，把以宇宙飞行体为对象的无线电通信统称为宇宙通信，但按照国 际电联的规定，它正式的名称为宇宙无线电通信。共同进行宇宙无线电 通信的一组宇宙站和地球站叫作宇宙系统，这里宇宙站是指设在地球大 气层之外的宇宙飞行体(如人造通信卫星、宇宙飞船等)或其他天体(如月 球或别的行星)上的通信站。宇宙通信有3种基本形式，如图4. 2所示， 包括:
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4. 1卫星通信的基本概念
4. 1. 4静止卫星通信的特点
1.静止卫星通信系统的主要优势 (1)通信距离远，且费用与通信距离无关。由图4.4可见，利用静止卫星，
最大通信距离高达18 000 km，且建站费用和运行费用不因通信站之间 的距离远近及两站之间地面上的自然条件的恶劣程度而变化。这在远距 离通信时，比地面微波中继、电线、光缆、短波通信等有明显的优势。 除了国际通信外，在国内或区域通信中，尤其对边远的城市、农村和交 通、经济不发达的地区，卫星通信是极有效的现代通信手段。 (2)覆盖面积大，可进行多址通信。许多其他类型的通信手段，通常只能 实现点对点通信。例如，地面微波中继线路只有干线或分支线路上的中 继站方能参与通信，不在这条线上的点无法利用它进行通信。
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第十二章网络营销实施与控制
教学目标 本章知识点及技能点 导入案例 第一节 网络营销实施管理 第二节 网络营销组织机构 第三节 网络营销风险控制 .4是静止卫星与地球相对位置的示意图。从卫星向地球引两条切线， 切线夹角为17. 320，两切点间的弧线距离为18 101 km，可见在这个卫 星电波束覆盖区内的地球站均可通过卫星实现通信。
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4. 1卫星通信的基本概念
通常，把以宇宙飞行体为对象的无线电通信统称为宇宙通信，但按照国 际电联的规定，它正式的名称为宇宙无线电通信。共同进行宇宙无线电 通信的一组宇宙站和地球站叫作宇宙系统，这里宇宙站是指设在地球大 气层之外的宇宙飞行体(如人造通信卫星、宇宙飞船等)或其他天体(如月 球或别的行星)上的通信站。宇宙通信有3种基本形式，如图4. 2所示， 包括:
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4. 1卫星通信的基本概念
4. 1. 4静止卫星通信的特点
1.静止卫星通信系统的主要优势 (1)通信距离远，且费用与通信距离无关。由图4.4可见，利用静止卫星，
最大通信距离高达18 000 km，且建站费用和运行费用不因通信站之间 的距离远近及两站之间地面上的自然条件的恶劣程度而变化。这在远距 离通信时，比地面微波中继、电线、光缆、短波通信等有明显的优势。 除了国际通信外，在国内或区域通信中，尤其对边远的城市、农村和交 通、经济不发达的地区，卫星通信是极有效的现代通信手段。 (2)覆盖面积大，可进行多址通信。许多其他类型的通信手段，通常只能 实现点对点通信。例如，地面微波中继线路只有干线或分支线路上的中 继站方能参与通信，不在这条线上的点无法利用它进行通信。
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第十二章网络营销实施与控制
教学目标 本章知识点及技能点 导入案例 第一节 网络营销实施管理 第二节 网络营销组织机构 第三节 网络营销风险控制 .4是静止卫星与地球相对位置的示意图。从卫星向地球引两条切线， 切线夹角为17. 320，两切点间的弧线距离为18 101 km，可见在这个卫 星电波束覆盖区内的地球站均可通过卫星实现通信。
卫星通信系统概述-文档资料
• 解决边远地区通信服务、企业专网、洲际通信、 国防通信，与地面通信网结合解决广域无缝覆盖。
15
1.4 卫星通信的特点
卫星移动通信和地面移动通信的关系： 卫星移动通信系统能扩大地面移动通信的地理
和业务覆盖范围，除提供常规的移动通信业务 外，还可向空中、海面和复杂地理结构的地面 区域的各类移动用户提供服务。 从应用来讲，地面移动通信网主要集中在高业 务量的应用环境，而卫星移动通信系统最适合 于低业务量地区、航海、航空及地面网欠发达 地区的应用环境，并且在地面网络过载或发生 故障时作为其迂回网络。
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。
2
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力作用，卫星运动 服从开普勒(Kepler)三大定律。
（8）现有卫星通信系统为适应新技术发展和系统对容量的 更大要求形成了新的演变方案，如Iridium系统将其运行 的卫星数目从66颗增加至96颗。
（9）天地网络不断融合。卫星通信与有线电视、宽带互联 网、移动互联网等融合。
（10）新技术广泛应用。如星上交换与处理、多波速天线等。
24
附录：通信卫星的分类
300~3000吉赫(GHz)
10
1.3 卫星通信的工根作据IE频EE段521-2002标准，L
<<<<1223>>>>频段综LSCX工。合作具上频 频 频 频：体述段段段段地要：：：：说求1468，，.///6247目应/1GGG前将.HHH5zzz大卫雷Z也波电导频卫采K句K通3是时和为的电是段范即展7率频比EGi0aa多星.g达使段波航带星用话常HI7用又高1无视M指。围英的代波R受段较KBz5m数的主等用是波系，地，说用KPH作是频线领aeC据频而则语”表段甚特国。大XG~波较e波卫z工要波。这指段统在面且，于电航（电域1波I~H、率在为中着也高高际，KE用用用。段d大段星作3应段个频。等卫站一z该卫u台空波。HE段现无在某7的被Km频频有多0，于于于的，波(通频EF~用，0范率可。星应直的波星1及和，特通，在线8些“称(（关采1）上MMMM8V频加段5信段~：是1围在被电用被正段通电航常高常频~广路场e作2HUH法用SSS1不.行率上卫2系选x1中频SSS1的用2视中广上直信FHz视海用频的率泛由合37律赋t-同频，，，~的G)范K星e2F统G在0G继率是频于广，泛方接。2台 的于 主下为使n、中0H）保 形/u的率GGG频HH围2单是微0d、4GD指率播该使(高波z广沟移要行3EEE0用无，zK是z护波2是~为e段。为AH转0选的波OOO)卫标频。和频用于段8d-G播通动用频,的线X0指，束aBz，7卫卫卫。XG”2发K择无频~H星的b波准带各段。K接.，频通于、率，7波蓝鼠9波H覆13电u星星星o多z器波~线在段~通无2段，0类首收波波z同道信短卫为表v段牙标长4盖离8~0测测测数的e功段电以或信0线的X小先.天段10段。和途星7示中、)等4范，G控控控一，波8M.率。波下特、频2型被线，的G广通“G的H围卫H。。。5段换段一波频高H率Hz效频~播信扩zX星。zz般，，
15
1.4 卫星通信的特点
卫星移动通信和地面移动通信的关系： 卫星移动通信系统能扩大地面移动通信的地理
和业务覆盖范围，除提供常规的移动通信业务 外，还可向空中、海面和复杂地理结构的地面 区域的各类移动用户提供服务。 从应用来讲，地面移动通信网主要集中在高业 务量的应用环境，而卫星移动通信系统最适合 于低业务量地区、航海、航空及地面网欠发达 地区的应用环境，并且在地面网络过载或发生 故障时作为其迂回网络。
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。
2
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力作用，卫星运动 服从开普勒(Kepler)三大定律。
（8）现有卫星通信系统为适应新技术发展和系统对容量的 更大要求形成了新的演变方案，如Iridium系统将其运行 的卫星数目从66颗增加至96颗。
（9）天地网络不断融合。卫星通信与有线电视、宽带互联 网、移动互联网等融合。
（10）新技术广泛应用。如星上交换与处理、多波速天线等。
24
附录：通信卫星的分类
300~3000吉赫(GHz)
10
1.3 卫星通信的工根作据IE频EE段521-2002标准，L
<<<<1223>>>>频段综LSCX工。合作具上频 频 频 频：体述段段段段地要：：：：说求1468，，.///6247目应/1GGG前将.HHH5zzz大卫雷Z也波电导频卫采K句K通3是时和为的电是段范即展7率频比EGi0aa多星.g达使段波航带星用话常HI7用又高1无视M指。围英的代波R受段较KBz5m数的主等用是波系，地，说用KPH作是频线领aeC据频而则语”表段甚特国。大XG~波较e波卫z工要波。这指段统在面且，于电航（电域1波I~H、率在为中着也高高际，KE用用用。段d大段星作3应段个频。等卫站一z该卫u台空波。HE段现无在某7的被Km频频有多0，于于于的，波(通频EF~用，0范率可。星应直的波星1及和，特通，在线8些“称(（关采1）上MMMM8V频加段5信段~：是1围在被电用被正段通电航常高常频~广路场e作2HUH法用SSS1不.行率上卫2系选x1中频SSS1的用2视中广上直信FHz视海用频的率泛由合37律赋t-同频，，，~的G)范K星e2F统G在0G继率是频于广，泛方接。2台 的于 主下为使n、中0H）保 形/u的率GGG频HH围2单是微0d、4GD指率播该使(高波z广沟移要行3EEE0用无，zK是z护波2是~为e段。为AH转0选的波OOO)卫标频。和频用于段8d-G播通动用频,的线X0指，束aBz，7卫卫卫。XG”2发K择无频~H星的b波准带各段。K接.，频通于、率，7波蓝鼠9波H覆13电u星星星o多z器波~线在段~通无2段，0类首收波波z同道信短卫为表v段牙标长4盖离8~0测测测数的e功段电以或信0线的X小先.天段10段。和途星7示中、)等4范，G控控控一，波8M.率。波下特、频2型被线，的G广通“G的H围卫H。。。5段换段一波频高H率Hz效频~播信扩zX星。zz般，，
卫星通信 chapter4_2011_链路预算_更新
Page 3
概述 天线增益 信道衰落与接收信号功率 噪声与干扰 链路预算
Wireless Signal Processing & Network Lab (WSPN), BUPT
Page 2
概述
LEO和MEO的制约因素
与GEO的类似
需要更多的卫星覆盖 服务区
移动卫星终端使用低 增益全向天线
Wireless Signal Processing & Network Lab (WSPN), BUPT
Page 20
dBi（分贝增益）：描述与全方向性天线相对增益的单位。
dBd（分贝增益）：描述与偶极子天线相对增益的单位。
一般认为，表示同一个增益时，用dBi表示比用dBd表示要大 2.15。
即： 0dBd=2.15 dBi 例如： GSM900天线增益可以为13dBd（15dBi），GSM1800天线增益可 以为15dBd（17dBi）。
总尺寸： • 受运载工具的制约 • 天线孔径最大不超过3.5m
频段： 6/4 GHz; 14/11GHz; 30/20GHz 大气传播:降雨产生的衰减 多址技术、调制、编码的选择
Wireless Signal Processing & Network Lab (WSPN), BUPT
Wireless Signal Processing & Network Lab (WSPN), BUPT
d (m)
Page 18
与dB相关的单位
dB（分贝）：描述（功率）相对比值的单位。 dB=10lg(功率比) dB是相对单位，不能表示功率的绝对电平值。
dBm（分贝毫瓦）：
dBw（分贝瓦）：
卫星通信基本概念及其系统组成
(1)地球站与空间站之间的通信； (2)各空间站之间的通信； (3)通过空间站的转发或反射进行的各地球站之 间的通信。 把第三种形式的空间通信称为卫星通信，这里 说的地球站是指设在地球表面(包括地面、海洋或大 气层)的通信站。
几个概念
1、对地非静止卫星： 相对于地球表面上的任一点，卫星的位置不
断地变化。又称运动卫星。
1.1 卫星通信的基本概念和特点
1.1.1 卫星通信的基本概念 卫星是指在围绕行星的轨道上运行的天然天体或人造
天体，如月球是地球的卫星。
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。其无线电波频率 使用微波频段(300 MHz～300 GHz，即波段1 m～1 mm)。
•双跳工作方式及示意图(经卫星两次转发) 双星双跳 单星双跳
卫星通信系统工作方式
A: 用于国际通 信，两个地球 站看不到同一 颗卫星，传输 时延大；
B: 用于星形网， 平时不通信， 需要时进行通 信，不允许国 内话音通信， 用于数据通信。
2.卫星通信系统的分类
归纳起来可以从不同角度进行分类： (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(商用)、专用和军用 3类卫星通信系统； (4)按业务分为固定业务(FSS)、移动业务 (MSS)、广播业务(BSS)、科学实验及其它业务(如教 学、气象、军事等)卫星通信系统；
星蚀现象发生在每年春分和秋分前后各23天， 每天当卫星星下点进入当地时间午夜前后。
春分
秋分
静止卫星的日凌中断
卫星处在太阳与地球之间，地球站的天线对准卫 星的同时，也对准了太阳，这样大量的太阳噪声进入 地球站接收设备，导致通信中断。
几个概念
1、对地非静止卫星： 相对于地球表面上的任一点，卫星的位置不
断地变化。又称运动卫星。
1.1 卫星通信的基本概念和特点
1.1.1 卫星通信的基本概念 卫星是指在围绕行星的轨道上运行的天然天体或人造
天体，如月球是地球的卫星。
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。其无线电波频率 使用微波频段(300 MHz～300 GHz，即波段1 m～1 mm)。
•双跳工作方式及示意图(经卫星两次转发) 双星双跳 单星双跳
卫星通信系统工作方式
A: 用于国际通 信，两个地球 站看不到同一 颗卫星，传输 时延大；
B: 用于星形网， 平时不通信， 需要时进行通 信，不允许国 内话音通信， 用于数据通信。
2.卫星通信系统的分类
归纳起来可以从不同角度进行分类： (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(商用)、专用和军用 3类卫星通信系统； (4)按业务分为固定业务(FSS)、移动业务 (MSS)、广播业务(BSS)、科学实验及其它业务(如教 学、气象、军事等)卫星通信系统；
星蚀现象发生在每年春分和秋分前后各23天， 每天当卫星星下点进入当地时间午夜前后。
春分
秋分
静止卫星的日凌中断
卫星处在太阳与地球之间，地球站的天线对准卫 星的同时，也对准了太阳，这样大量的太阳噪声进入 地球站接收设备，导致通信中断。
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41
地面反射形成的多径传播
42
6、系统热噪声 • 热噪声，又称白噪声。只要传导媒质不处于 绝对零度 （-273C），其中的带电粒子就 存在随机运动，产生对信号形成干扰的噪声， 称为热噪声。 • 热噪声是由导体中电子的热震动引起的，它 是温度变化的结果，但不受频率变化的影响。 热噪声是在所有频谱中以相同的形态分布， 它是不能够消除的。
按频段分类
•0.1-0.3（GHz），VHF，移动、导航业务； •0.3-1.0，UHF，移动、导航业务； •1.0-2.0，L，移动业务、指令传输；
•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，固定业务； •18.0-24.0，K ；24.0-30.0，Ka； •33.0-50.0，Q ； 50.0-75.0，V。
2
4 2 2 10 lg 10 lg d 10 lg f c 4 3.14 20 lg 20 lg d 20 lg f 8 3 10 92.44 20 lg d 20 lg f
自由空间损耗与传播路径长度的关系
28
例：卫星和地面站之间的距离为40,000km。 计算6GHz时的自由空间损耗。 解： L 92.44 20 lg d 20 lg f f
30
O2
H2O
大气吸收附加损耗与频率的关系
31
• 如图，总体上看，大气吸收损耗随频率的 增加而加大。由于在22GHz和60GHz处有 较大的损耗峰存在，这些频率不宜用于星地链路，但可用于星间链路。在0.3-l0GHz 的频段，大气损耗小，适合于电波传播， 这一频段是当前应用最多的频段。30GHz 附近也有一个低损耗区，正式Ka频段的 “无线电窗口”。
A•也称为天线的有效接收面积Ae。
12
(2) 等效全向辐射功率（EIRP）
定义：地球站或卫星的天线发射的功率P与该天 线增益G的乘积。表明了定向天线 在最大辐射 方向实际所辐射的功率。可表示为 EIRP=P· G 或 [EIRP](dBW)= [P](dBW)+[G](dB) 上行链路功率辐射能力通常用等效全向辐射功 率（EIRP）来衡量。
2
（二）自由空间传播损耗
(4 d )
2
Lf
2
4 2 2 d f c
2
式中，f为电波频率；c为电波传播速度，约为3×108 m/s 。
（二）自由空间传播损耗
用分贝表示自由空间电波传播损耗时，Lf为
L f 10 lg
(4 d )
2
2
2
4 2 2 10 lg d f c
23
自由空间传播损耗计算
于是，若接收机与辐射源（发射机）相隔的距离为d，接
收天线的有效面积为A，则所接收的信号载波功率pr为（假定 辐射源是定向辐射，其天线增益为Gt）
pr pr A Gt Gr Pt 2 (4 d )
2 '
2 A Gr 4
pt Gt pr 2 4 d
'
通信卫星的分类
按轨道分：赤道轨道，极轨道，倾斜轨道，同步 卫星，移动卫星，GEO，MEO，LEO； 按通信范围分类：国际通信卫星，区域性通信卫 星，国内通信卫星； 按用途分类：综合业务通信卫星，军事通信卫星， 海事通信卫星，电视直播卫星，气象卫星等； 按转发能力分类：无星上处理能力，有星上处理 能力；
（二）自由空间传播损耗
自由空间传播损耗
在不考虑发射与接收天线增益的情况下（即Gt、Gr都为1） 发射功率与接收功率之比定义为自由空间传播损耗，记作Lf。 于是有
pt Lf pr
Gt Gr Pt 2 (4 d )
2
pt
(4 d )
2
2
4 2 2 d f c
外逸层500 - 64,374 km
中间层50 - 80 km 平流层
16 - 50 km
对流层
7- 16 km
10
卫星通信系统的主要技术参数
11
(1)天线增益G
• 卫星通信中所使用的喇叭天线、抛物面天线 等面天线的增益可按下式计算：
G
4A
2
其中，A为天线口面面积，为波长，为天 线效率，现代卡塞格伦天线的可达 0.75(f=4GHz)或0.65(f=6GHz)左右。
• 概述
• 星地链路传播特性 • 卫星通信全链路质量
8
概述
• 星际链路：
– 只考虑自由空间传播损耗。
• 星-地链路：
– 由自由空间传播损耗和近地大气层的各种影响所 确定；
– 卫星通信的电波要经过对流层（含云层和雨层）、 平流层、电离层和外层空间，跨越距离大，影响 电波传播的因素很多。
9
热层（电离层） 80 - 500 km
92.44 20 lg 40000 20 lg 6 200.05 (dB)
29
2 链路附加损耗和噪声
• 卫星通信系统涉及空间段和地面段，存在各 种各样的噪声和干扰。信号传播过程中除自 由空间传播损耗外，还有其它一些附加损耗。 1、 大气吸收损耗 • 在大气各种气体中，水蒸汽、氧气对电波的 吸收衰减起主要作用，称为大气吸收损耗。
按重量分类
大型卫星，Large，>1000kg，>1亿美元；
小卫星，Small，500-1000kg，0.5-1亿美元； 微卫星，Micro，10-100kg，200-300万美元； 纳卫星，Nano，<10kg，<100万美元； 皮卫星，Pico ，<1kg。
微小卫星，Mini，100-500kg，500-2000万美元；
L (dB) 92.44 20 lg d 20 lg f
f
其中，d为传播距离，单位为km f为工作频率，单位为GHz 传播距离d越远，自由空间路径损耗Lf越 大，当传播距离d加大一倍时，自由空间 路径损耗Lf就增加6dB。 电波频率f 越高，自由空间路径损耗Lf就 越大，当电波频率f 提高一倍时，自由空 间传播损耗Lf就增加6 dB。
20
1 自由空间传播损耗
• 自由空间传播，是指天线周围为无限大真空 时的电波传播，它是理想传播条件。 电波在 自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所 吸收，也不会产生反射或散射。 • 自由空间电波传播是无线电波最基本、最简 单的传播方式。自由空间是一个理想化的概 念，为人们研究电波传播提供了一个简化的 计算环境。
32
2、 雨衰和云雾雪的影响 • 由降雨引起的电波传播损耗的增加则称为 雨衰。雨衰是雨滴对微波能量的吸收和散 射产生的，并随着频率的增高而加大。通 常在Ku波段及其以上波段，雨衰的影响不 容忽视。 • 雨衰的大小与雨量大小，以及电波穿过雨 区的有效传输距离有关。 • 为保证可靠通信，在进行链路设计时，通 常先以晴天为基础进行计算，然后留有一 定余量，以保证降雨、下雪等情况仍然满 足通信质量要求，这个余量叫降雨余量。
N n0 B kTB
其中，k为波耳兹曼常数，1.38×10-23J/K； T为噪声源的噪声温度，单位为K。B为系 统带宽为B，单位Hz。
16
• 在实际卫星通信中，其内部总是会产生热噪 声或其他噪声。为了链路分析和设计的方便， 把这些噪声统统等效成热噪声来处理，因而 引入等效噪声温度Te的概念。 • 假设网络内部产生噪声为N，如果一个输入 匹配电阻在温度Te时产生的噪声功率刚好等 于N，则Te即为该网络的等效噪声温度。
下图是静止卫星与地球相对位置的示意图。由此可见， 只需三颗等间隔配置静止卫星就可以实现全球通信。
卫星系统的结构
卫星的主要设备包括下列 七大系统
位置与姿态控制系统 ；
天线系统 ；
转发器系统 ；
遥测指令系统 ；
电源系统 ； 温控系统 ； 入轨和推进系统。
推进系统的自旋控制
链路传输工程
21
• 虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不 产生反射、折射、绕射、散射和吸收，但 是，当电波经过一段路径传播之后，能量 仍会受到衰减，这是由辐射能量的扩散而 引起的。 • 电波在传播过程中，能量将随传输距离的 增大而扩散，由此引起的传播损耗称为链 路的自由空间传播损耗。
22
• 经电磁场理论推导，自由空产生折射
37
4、电离层、对流层闪烁的影响
• 闪烁的概念：地球站与卫星间的无线电波 通过电离层和对流层时，由于该层媒质小 范围折射率不规则的起伏变化，使地面接 收到的信号振幅与相位发生快速的起伏现 象，这种起伏变化称为闪烁。
38
电离层闪烁形成多径传播
39
• 电离层闪烁：由电离层内电子密度的随机不 均匀性，可使信号产生折射。主要对较低频 段(1GHz以下)的电波产生明显的散射和折射， 引起信号衰落。 • 对流层闪烁：由于对流层的温度、湿度的逆 变或湍流运动，引起折射指数的不均匀性， 对电波产生散射。主要影响低仰角和10GHz以 上频率，强度随电波频率的升高而增大 。 • 对闪烁深度大的地区，用编码、交织、重发 等技术来克服衰落，减少闪烁的影响；其它 地区可用适当增加储备余量的方法克服闪烁 的影响。
14
(4) 传输损耗(L)
– 卫星通信中，电波在上行或下行链路中传输 时，会受到各种因素的影响而产生损耗。最 主要的是自由空间传播损耗，此外，还应考 虑大气损耗、天线跟踪误差、极化方向误差 等所产生的损耗。 – 通常用dB为单位。
15
(5) 等效噪声温度（Te）和噪声系数(NF)
• 噪声温度是通信接收机中的一个重要概念， 利用它可以衡量接收系统中产生的热噪声 大小。 • 噪声功率为
Equivalent Isotropic Radiated Power
地面反射形成的多径传播
42
6、系统热噪声 • 热噪声，又称白噪声。只要传导媒质不处于 绝对零度 （-273C），其中的带电粒子就 存在随机运动，产生对信号形成干扰的噪声， 称为热噪声。 • 热噪声是由导体中电子的热震动引起的，它 是温度变化的结果，但不受频率变化的影响。 热噪声是在所有频谱中以相同的形态分布， 它是不能够消除的。
按频段分类
•0.1-0.3（GHz），VHF，移动、导航业务； •0.3-1.0，UHF，移动、导航业务； •1.0-2.0，L，移动业务、指令传输；
•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，固定业务； •18.0-24.0，K ；24.0-30.0，Ka； •33.0-50.0，Q ； 50.0-75.0，V。
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4 2 2 10 lg 10 lg d 10 lg f c 4 3.14 20 lg 20 lg d 20 lg f 8 3 10 92.44 20 lg d 20 lg f
自由空间损耗与传播路径长度的关系
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例：卫星和地面站之间的距离为40,000km。 计算6GHz时的自由空间损耗。 解： L 92.44 20 lg d 20 lg f f
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O2
H2O
大气吸收附加损耗与频率的关系
31
• 如图，总体上看，大气吸收损耗随频率的 增加而加大。由于在22GHz和60GHz处有 较大的损耗峰存在，这些频率不宜用于星地链路，但可用于星间链路。在0.3-l0GHz 的频段，大气损耗小，适合于电波传播， 这一频段是当前应用最多的频段。30GHz 附近也有一个低损耗区，正式Ka频段的 “无线电窗口”。
A•也称为天线的有效接收面积Ae。
12
(2) 等效全向辐射功率（EIRP）
定义：地球站或卫星的天线发射的功率P与该天 线增益G的乘积。表明了定向天线 在最大辐射 方向实际所辐射的功率。可表示为 EIRP=P· G 或 [EIRP](dBW)= [P](dBW)+[G](dB) 上行链路功率辐射能力通常用等效全向辐射功 率（EIRP）来衡量。
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（二）自由空间传播损耗
(4 d )
2
Lf
2
4 2 2 d f c
2
式中，f为电波频率；c为电波传播速度，约为3×108 m/s 。
（二）自由空间传播损耗
用分贝表示自由空间电波传播损耗时，Lf为
L f 10 lg
(4 d )
2
2
2
4 2 2 10 lg d f c
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自由空间传播损耗计算
于是，若接收机与辐射源（发射机）相隔的距离为d，接
收天线的有效面积为A，则所接收的信号载波功率pr为（假定 辐射源是定向辐射，其天线增益为Gt）
pr pr A Gt Gr Pt 2 (4 d )
2 '
2 A Gr 4
pt Gt pr 2 4 d
'
通信卫星的分类
按轨道分：赤道轨道，极轨道，倾斜轨道，同步 卫星，移动卫星，GEO，MEO，LEO； 按通信范围分类：国际通信卫星，区域性通信卫 星，国内通信卫星； 按用途分类：综合业务通信卫星，军事通信卫星， 海事通信卫星，电视直播卫星，气象卫星等； 按转发能力分类：无星上处理能力，有星上处理 能力；
（二）自由空间传播损耗
自由空间传播损耗
在不考虑发射与接收天线增益的情况下（即Gt、Gr都为1） 发射功率与接收功率之比定义为自由空间传播损耗，记作Lf。 于是有
pt Lf pr
Gt Gr Pt 2 (4 d )
2
pt
(4 d )
2
2
4 2 2 d f c
外逸层500 - 64,374 km
中间层50 - 80 km 平流层
16 - 50 km
对流层
7- 16 km
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卫星通信系统的主要技术参数
11
(1)天线增益G
• 卫星通信中所使用的喇叭天线、抛物面天线 等面天线的增益可按下式计算：
G
4A
2
其中，A为天线口面面积，为波长，为天 线效率，现代卡塞格伦天线的可达 0.75(f=4GHz)或0.65(f=6GHz)左右。
• 概述
• 星地链路传播特性 • 卫星通信全链路质量
8
概述
• 星际链路：
– 只考虑自由空间传播损耗。
• 星-地链路：
– 由自由空间传播损耗和近地大气层的各种影响所 确定；
– 卫星通信的电波要经过对流层（含云层和雨层）、 平流层、电离层和外层空间，跨越距离大，影响 电波传播的因素很多。
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热层（电离层） 80 - 500 km
92.44 20 lg 40000 20 lg 6 200.05 (dB)
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2 链路附加损耗和噪声
• 卫星通信系统涉及空间段和地面段，存在各 种各样的噪声和干扰。信号传播过程中除自 由空间传播损耗外，还有其它一些附加损耗。 1、 大气吸收损耗 • 在大气各种气体中，水蒸汽、氧气对电波的 吸收衰减起主要作用，称为大气吸收损耗。
按重量分类
大型卫星，Large，>1000kg，>1亿美元；
小卫星，Small，500-1000kg，0.5-1亿美元； 微卫星，Micro，10-100kg，200-300万美元； 纳卫星，Nano，<10kg，<100万美元； 皮卫星，Pico ，<1kg。
微小卫星，Mini，100-500kg，500-2000万美元；
L (dB) 92.44 20 lg d 20 lg f
f
其中，d为传播距离，单位为km f为工作频率，单位为GHz 传播距离d越远，自由空间路径损耗Lf越 大，当传播距离d加大一倍时，自由空间 路径损耗Lf就增加6dB。 电波频率f 越高，自由空间路径损耗Lf就 越大，当电波频率f 提高一倍时，自由空 间传播损耗Lf就增加6 dB。
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1 自由空间传播损耗
• 自由空间传播，是指天线周围为无限大真空 时的电波传播，它是理想传播条件。 电波在 自由空间传播时，其能量既不会被障碍物所 吸收，也不会产生反射或散射。 • 自由空间电波传播是无线电波最基本、最简 单的传播方式。自由空间是一个理想化的概 念，为人们研究电波传播提供了一个简化的 计算环境。
32
2、 雨衰和云雾雪的影响 • 由降雨引起的电波传播损耗的增加则称为 雨衰。雨衰是雨滴对微波能量的吸收和散 射产生的，并随着频率的增高而加大。通 常在Ku波段及其以上波段，雨衰的影响不 容忽视。 • 雨衰的大小与雨量大小，以及电波穿过雨 区的有效传输距离有关。 • 为保证可靠通信，在进行链路设计时，通 常先以晴天为基础进行计算，然后留有一 定余量，以保证降雨、下雪等情况仍然满 足通信质量要求，这个余量叫降雨余量。
N n0 B kTB
其中，k为波耳兹曼常数，1.38×10-23J/K； T为噪声源的噪声温度，单位为K。B为系 统带宽为B，单位Hz。
16
• 在实际卫星通信中，其内部总是会产生热噪 声或其他噪声。为了链路分析和设计的方便， 把这些噪声统统等效成热噪声来处理，因而 引入等效噪声温度Te的概念。 • 假设网络内部产生噪声为N，如果一个输入 匹配电阻在温度Te时产生的噪声功率刚好等 于N，则Te即为该网络的等效噪声温度。
下图是静止卫星与地球相对位置的示意图。由此可见， 只需三颗等间隔配置静止卫星就可以实现全球通信。
卫星系统的结构
卫星的主要设备包括下列 七大系统
位置与姿态控制系统 ；
天线系统 ；
转发器系统 ；
遥测指令系统 ；
电源系统 ； 温控系统 ； 入轨和推进系统。
推进系统的自旋控制
链路传输工程
21
• 虽然电波在自由空间里传播不受阻挡，不 产生反射、折射、绕射、散射和吸收，但 是，当电波经过一段路径传播之后，能量 仍会受到衰减，这是由辐射能量的扩散而 引起的。 • 电波在传播过程中，能量将随传输距离的 增大而扩散，由此引起的传播损耗称为链 路的自由空间传播损耗。
22
• 经电磁场理论推导，自由空产生折射
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4、电离层、对流层闪烁的影响
• 闪烁的概念：地球站与卫星间的无线电波 通过电离层和对流层时，由于该层媒质小 范围折射率不规则的起伏变化，使地面接 收到的信号振幅与相位发生快速的起伏现 象，这种起伏变化称为闪烁。
38
电离层闪烁形成多径传播
39
• 电离层闪烁：由电离层内电子密度的随机不 均匀性，可使信号产生折射。主要对较低频 段(1GHz以下)的电波产生明显的散射和折射， 引起信号衰落。 • 对流层闪烁：由于对流层的温度、湿度的逆 变或湍流运动，引起折射指数的不均匀性， 对电波产生散射。主要影响低仰角和10GHz以 上频率，强度随电波频率的升高而增大 。 • 对闪烁深度大的地区，用编码、交织、重发 等技术来克服衰落，减少闪烁的影响；其它 地区可用适当增加储备余量的方法克服闪烁 的影响。
14
(4) 传输损耗(L)
– 卫星通信中，电波在上行或下行链路中传输 时，会受到各种因素的影响而产生损耗。最 主要的是自由空间传播损耗，此外，还应考 虑大气损耗、天线跟踪误差、极化方向误差 等所产生的损耗。 – 通常用dB为单位。
15
(5) 等效噪声温度（Te）和噪声系数(NF)
• 噪声温度是通信接收机中的一个重要概念， 利用它可以衡量接收系统中产生的热噪声 大小。 • 噪声功率为
Equivalent Isotropic Radiated Power