卫星通信基础知识讲义
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卫星通信基础知识第一节电磁波常识一、电磁波振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。
由收音机收到的无线电广播信号，由电视机收到的高频电视信号, 医院里物理治疗用的红外线，消毒和杀菌用的紫外线，透视照相用的X射线，以及各种可见光，都属于电磁波。
二、电磁波的频率、波长人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。
频率是指在单位时间内电场强度矢量E （或磁场强度矢量H）进行完全振动的次数，通常用f表示。
波长是指在波的传播方向上相邻两个振动完全相同点之间的距离，通常用入表示。
波速是指电磁波在单位时间内传播的距离，通常用v表示。
频率f,波长入，和波速v 之间满足如下关系：v=Xf如果一电磁波在一秒内振动一次，该电磁波的频率就是1Hz , 在国际单位制中，波速的单位是m/s（米/秒），波长的单位是m（米）, 频率的单位是Hz.对于无线电信号，它属于电磁波，它的传播速度为光速，即每秒约前进30万公里。
例如：对于一个频率为98MHz的调频广播节目，其波长为300,000,000 米除98,000,000Hz,等于3.06 米。
不同的频率的（或不同波长）电磁波具有不同的性质用途。
人们按照其频率或波长的不同把电磁波分为不同的种类，频率在300GHz（lGHz=109Hz）以下的波称为无线电波，主要用于广播，电视或其他通讯。
频率在3 X1011HZ-4X 1014Hz之间的波称为红外线, 它的显著特点是给人以“热”的感觉，常用于医学上的物理治疗或红外线加热，探测等，频率在3.84X 1014HZ-7.69X 1014Hz之间的波为1417可见光，它能引起人们的视觉，频率在8X10Hz-3X10Hz 之间的波称为紫外线，具有较强的杀菌能力，常用于杀菌，消毒，频率在3X1017 Hz-5X 1019Hz之间的波称为X射线（或伦琴射线）它的穿透能力很强，常用于金属探测，人体透视等，在原子核物理中还有频率为1018Hz-1022Hz以上的射线，其穿透能力就更强了。
卫星通信基础知识
1.2 通信卫星的轨道
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，地球卫星的轨道有赤道轨道 （i=0º）、极轨道（i=90º）、倾斜轨 道（0º<i<90º）之分。
利用静止卫星建立全球通信示意图
1.4 卫星通信的开展概况
1945年五月英国人阿瑟克拉克提出关于静止卫星的设想。1954-1964 卫星 通信试验，1957年10月4日苏联发射了第一颗人造卫星，1963年7月 发射 了第一颗地球同步卫星，他们都进行了卫星通信试验。1965年国际通信卫星 组织的IS-1（国际通信卫星）1.8.1卫星通信使用频率 1、C频段（3.4-6.65GHz） 2、Ku频段(10.95-18GHz) 3、Ka频段(18-40GHz) 4、L频段(1.12-2.6GHz) 5、其他频段(UHF,S,X,Q,V)
1.8.2 C波段与Ku波段比较
C波段
资源较丰富 易受地面干扰 天线口径较大 不受天气影响
国际通信方面我国运营15座国际通信卫星地球站，开通了约1 万3千条双向电路（占国际长途电路的26%）。中国通信播送 卫星公司等具有国际点对点业务许可的单位开通了150~200条 国际双向VSAT电路。公众通信约使用50个转发器 。
我国已有中央电视台的12套节目，中央人民播送电台和国际 台的32路声音播送节目，以及31个省、自治区、直辖市的播送 电视节目均通过通信卫星向全国传送。目前我国播送电视节目 共使用了11颗通信卫星（亚太1A、亚洲2号、亚洲3S、鑫诺1 号、亚太2R、泛美3R号、泛美8号、泛美9号、泛美3R号、泛 美10号、银河3R和热鸟3号）的32个转发器。
卫星通信基础讲义
1）位置与姿态控制系统
卫星漂移：
从理论上讲，静止卫星的位置相对于地球说是静止不 动的；
当太阳、月亮的辐射压力发生强烈变化时，由于他们 所产生的对卫星的干扰，也往往会破坏卫星对地球的 相对位置；
控制卫星姿态
星上定向天线的波束必须永远指向地球 中心或覆盖区的中心；
定向波束只有十几度或更窄，波束指向 受卫星姿态变化的影响相当大；
3）转发器系统
空间转发器系统是卫星的主体。 实际上是一部高灵敏度的宽带收发信机。
其智能就是以最小的附加噪声和失真以 及尽可能高的放大量来转发无线信号。
4）遥测指令系统
主要任务是把卫星上的设备工作情况原 原本本地告诉地面上的卫星测控站；
忠实地接收并执行地面测控站发来的指 令信号。
5）电源系统
现代卫星的电源同时采用太阳能电池和 化学电池；
要求电源系统体积小、重量轻、效率高、 寿命长。
6）温控系统
使卫星内部和表面温度保持在允许的范 围内，否则将影响星上的电子设备的性 能和寿命，甚至会发生故障。
在卫星壳体或天线上温差过大的时候， 往往产生变形，对天线的指向以及传感 器精度以及喷嘴的方向性等都会带来不 良影响。
万八千余公里。在这个覆盖区内的任意两点都 可以通过卫星进行通信， 微波通信一般是50公里左右设一个中继站，一 颗同步通信卫星的覆盖距离相当于三百多个微 波中继站。
卫星通信优点（续）
多：指通信路数多、容量大。 一颗现代通信卫星，可携带几个到几十
个转发器，可提供几路电视和成千上万 路电话。
卫星通信优点（续）
我国的卫星通信发展
1、1970年4月，我国成功发射了第一颗卫星； 2、1984年4月，我国成功发射第一颗试验用“同步通
《卫星通信基础》PPT模板课件
2 卫星通信的电波传播和工作频段
3、卫星提供的业务。 1）卫星固定业务（FSS）。 2）卫星广播业务（BSS）。 3）卫星移动业务（MSS）。 4）卫星导航业务。 5）卫星气象业务。 6）卫星间业务。
4、卫星通信目前使用的频段 1）VHF(0.1-0.3GHz) 2）UHF(0.3-1GHz) 3）L波段(1.0-2.0GHz) 4）S波段(2.0-4.0GHz) 5）C波段(4.0-8.0GHz,4/6GHz) 7)X波段(8.0-12GHz) 8)Ku波段(12-18GHz,11/14GHz,12/14GHz) 9)K波段(18-27GHz)
2、预分配方式（PA） 1）固定预分配（FPA）。 2）按时预分配（TPA）。
3、按申请分配方式（DA） 1）收端固定—发端可变（FR-VT） 2）发端固定—收端可变（FT-VR） 3）全可变（VT-VR）
4、动态/随机分配方式 5、FDMA需要考虑的问题
1）邻道干扰 2）保护频带 3）互调 4）回退的影响
4、多址接入与多路复用是两个不同的概念
5 多址接入
卫星
固定 站
固定 站
…
固定 站
固定 站
…
f1 f2 f3 f4
fn
频分多址
卫星
固定 站
固定 站
…
固定 站
固定 站
…
T1
T2 T3
T4
Tn
时分多址
卫星
…
固定 站
固定 站
固定 站
固定 站
…
1
2
3
4
5
码分多址
地址码
5 多址接入
5、2多址分配制度
1、基本概念 为了充分利用卫星转发器的功率和频率资源而进行的卫星通道的分 配方式。这里的通信对应着FDMA的频带、TDMA的时隙、CDMA的码型 SDMA的窄波束。
卫星通信基础知识讲座
收中频
下变频
LNA
供电
天线驱动 伺服
2、卫星通信系统
2.2 通信地球站 2.2.1 波导
•微波传输线
•口大频率低，口小频率高
2、卫星通信系统
2.2 通信地球站 2.2.2 天线
卡塞格伦天线
主反射面
馈源Βιβλιοθήκη 副反射面2、卫星通信系统
2.2 通信地球站 2.2.2 天线
偏馈天线
反射面
馈源
2、卫星通信系统
2.1 通信卫星
电源分系统
通信转发器
遥测与指令分系统
天线分系统
2、卫星通信系统
2.1 通信卫星
通信转发器 •透明转发器： 地面发来的信号仅进行低噪声放大、变频和功率放大后发 回地面，对信号不作任何其他处理的转发器，即单纯完成 转发任务的转发器。 •处理转发器：
指除了信号转发外，还具有信号处理功能的转发器。
按分配给各站的射频载波频率不同区分站址的方式称为频分多址方式。
f
3、卫星通信技术
3.5 多址联接方式 3.5.2 多址联接方式分类 1）频分多址（FDMA） 特点：
•技术成熟、设备简单，不需要网同步； •存在互调和交调干扰；功放必须工作于甲类 •各载波之间要留有足够宽的保护频带 •各站发射功率必须严格控制，存在强信号抑制弱信号的现象。
砷化镓场效应管，中小功率，线性好，寿命10年以上，贵。
2、卫星通信系统
2.2 通信地球站 2.2.4 低噪声放大器（LNA、LNB）
•微波信号低噪声放大 •带下变频（LNB）或不带（LNA） •带10MHz参考输入或不带 主要指标： •工作频率
•噪声温度
•增益 •本振稳定性
卫星通讯知识点归纳总结
卫星通讯知识点归纳总结一、卫星通讯基础知识1.卫星通讯的概念卫星通讯是利用卫星作为信号中继站，进行远距离通讯的一种通讯方式。
通过卫星，可以实现全球范围内的通讯覆盖，能够跨越地面的地理障碍，适用于广域通信、广播、电视等多种通讯应用。
2.卫星通讯的原理卫星通讯是通过地面站发射信号到卫星，再由卫星转发信号到目标地点的过程。
具体而言，地面站发射的信号经过天线传输到卫星上，再由卫星的转发器转发到另一地面站或用户终端，实现通讯目的。
3.卫星通讯的组成卫星通讯系统包括地面站、卫星和用户终端三部分。
地面站通过地面设备和天线发射信号到卫星，卫星通过天线接收地面信号并转发到另一地面站或用户终端。
二、卫星通讯技术1.卫星通讯的频段卫星通讯利用的频段主要包括C波段、Ku波段和Ka波段等。
C波段通讯距离远，穿透能力强，适用于卫星广播、远程通讯等；Ku波段通讯带宽大，传输速率快，适用于高速数据传输、互联网接入等；Ka波段通讯频率高，传输速率更快，适用于高清视频传输、卫星移动通信等。
2.卫星通讯的调制技术卫星通讯采用的调制技术主要包括AM、FM、PM等模拟调制技术，以及BPSK、QPSK、8PSK等数字调制技术。
调制技术可以提高信号的抗干扰能力、增加传输速率、提高频谱利用率等。
3.卫星通讯的编码技术卫星通讯采用的编码技术主要包括差分编码、卷积编码、交织编码、纠错编码等。
编码技术可以提高信号的可靠性，减小误码率，提高通讯质量。
4.卫星通讯的多址技术卫星通讯中的多址技术包括FDMA、TDMA、CDMA等。
FDMA将频段分成不同的信道，每个信道分配给不同的用户；TDMA将时间分成不同的时隙，不同用户在不同的时隙传输；CDMA利用不同码型区分用户，提高频谱利用率。
5.卫星通讯的跟踪技术卫星通讯中的跟踪技术包括天线跟踪、频率跟踪、星上时钟跟踪等。
跟踪技术可以确保地面站和卫星之间的通讯连续性，减小信号衰减和误差。
6.卫星通讯的天线技术卫星通讯中的天线技术主要包括馈源天线、反射天线、相控阵天线等。
卫星通信(基础理论)讲解
卫星通信的缺陷：
星上处理时间：50 — 70ms
1、 固定时延(250 — 270ms/跳)
电磁波速率为300,000km/s 卫星距地球赤道35,800km
100ms 100ms
A
B
卫星卫基星础通知识信
卫星通信的缺陷：
2、 水衰
雨衰 雪衰 解决办法
加大天线 加大功放
卫星卫基星础通知识信
卫星通信的缺陷：
通信卫星组成框图
卫卫星星基础通知信识
控制系统
它的任务是根据地面指令信号来控制卫星姿态和位置 等。通信卫星的控制系统包括位置控制和姿态控制两部分。 1. 位置控制
由于太阳和月球的引力以及太阳的辐射压力等原因，会 破坏卫星对地球的相对位置，使卫星发生缓慢移动，漂出轨 道，影响正常通行。位置控制是利用装在卫星上的气体喷射 装置由地面控制站发出指令进行工作，以进行位置控制。
卫卫星星基础通知信识
电源 部分 太阳 能
电池
蓄电 池
电源 控 制电 路
控制 部分
执行 机构
自旋
传感 器
姿态 控制
天线 控制
轨道 控制
遥测 指令部分
通信部分( 转发器)
遥测 编码 器
遥控 发射 机
指令 译码 器
指令 接收 机
双工 器
本机 振荡 器 变频 器
发射机 接收机
双工 器
遥测 指令天线
通信 天线
卫卫星星基础通知信识
2. 姿态控制 卫星仅仅能保持在轨道上的指定位置还不够，还必须
使它在这个位置上有一个正确的姿态。对通信卫星而言， 为了保证正常通信，要求卫星天线波束始终指向地球中心 或覆盖中心区域；同时，要求卫星上太阳能电池板始终朝 向太阳。这就要对卫星的姿态进行控制。
卫星基础培训13.11
3.设备组成
TES卫星通信网络由6.2M卡塞格伦天线、室内单元IDU （标准机箱+CU板或高密机箱+RFM机箱）和室外单元ODU（40W VITACOM高功放、变频器）组成。 （咸阳TES站室内单元共两个机
架，11个标准机箱。）
标准机箱
高密机箱
RFM机箱
ODU：提供上下行链路的频率变换和功率放大。目 前西北地区TES卫星站使用的ODU有EF-DATA、 V2、VITACOM三个类型。
止卫星就可以实现全球通信。
3.卫星通信与其它通信手段相比，具有以下一些特点：
(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)通信线路稳定可靠，传输质量高。
4.卫星通信系统的工作过程
卫星通信系统的组成是复杂的。就通信传输部分而言，一 条卫星通信线路是由发端地球站、上行线路、卫星转发器、下 行线路和收端地球站组成。其中的上行线路和下行线路就是无 线电波的传播路径。从地球站到卫星转发器的传播路径称为上 行线路，反之则为下行线路。为了进行双向通信，每一地球站 均应包括发射和接收系统。卫星转发器的作用是接收地面站发 来的信号，并经变频、放大后再转发给其它地球站。
7.VSAT卫星通信网络的组成
同一般的卫星通信系统一样，典型的VSAT卫星通信网络由中央站 （包括网络管理系统），许多VSAT站和通信卫星三部分组成。典型的 VSAT卫星通信网络组成结构如下图所示。
第二章 中国民航C波段卫星通信网络
1.中国民航C波段卫星通信网络的发展
“八五”期间我们在全国民航机场建成了以北京为主站， 广州为备用网控站，全国97个卫星地球站的全国民航TES话音 专用通信网和PES数据专用通信网络，构成了中国民航C波段 卫星通信网络。
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卫星接收技术
一、卫星通信基础知识
1．无线电通信基本知识
１.１电磁波的概念
振动的电场和磁场在空间的传播叫做电磁波。
由收音机收到的无线电广播信号，由电视机收到的高频电视信号,医院里物理治疗用的红外线,消毒和杀菌用的紫外线,透视照相用的X射线，以及各种可见光，都属于电磁波。
1.2 电磁波的物理量
人们用频率、波长和波速来描述电磁波的性质。
频率是指在单位时间内电场强度矢量E（或磁场强度矢量H)进行完全振动的次数，通常用f表示。
波长是指在波的传播方向上相邻两个振动完全相同点之间的距离,通常用λ表示。
波速是指电磁波在单位时间内传播的距离,通常用ｖ表示。
频率f,波长λ，和波速v之间满足如下关系:
v＝λｆ
如果一电磁波在一秒内振动一次，该电磁波的频率就是１Hz ，即发f=１/T
在国际单位制中,波速的单位是m／ｓ(米/秒) ,波长的单位是m(米) ,频率的单位是Hz.
对于无线电信号,它属于电磁波，它的传播速度为光速，即每秒约前进30万公里。
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图１－1 电磁波图
例如：对于一个频率为１０2ＭＨz的调频广播节目，其波长为３０0,00０,000米除1０2,０00，０00Hz,等于2.94米。
１.3 电磁波的种类
不同频率的（或不同波长)电磁波具有不同的性质用途。
人们按照其频率或波长的不同把电磁波分为不同的种类,频率在３０0ＧHz（１GHz=109Hz)以下的波称为无线电波,主要用于广播,电视或其他通讯。
频率在３×1011Hz-４×101４Hｚ之间的波称为红外线，它的显著特点是给人以“热”的感觉，常用于医学上的物理治疗或红外线加热，探测等，频率在3.8４×1014ＨZ-7．69×1０１４Hｚ之间的波为可见光，它能引起人们的视觉,频率在8×1０１４Hz-3×１０１７Ｈz之间的波称为紫外线,具有较强的杀菌能力,常用于杀菌,消毒,频率在3×1017Ｈｚ-5×1０１9Hｚ之间的波称为Ｘ射线（或伦琴射线）它的穿透能力很强，常用于金属探测，人体透视等,在原子核物理中还有频率为1０１８Hz－1022Hｚ以上的射线，其穿透能力就更强了。
1.４波段与频道的概念
由于利用频率可以计算出波长,一个频率范围将对应一个波长范围，所以频段与波段具有同样的意思。
两个叫法是对应的，也是通用的,在电视广播领域中,更多使用波段。
频道是指传送一个信号源节目所使用的频率（或波长)范围。
通常一个频段（或波段)能够再分成多个频道。
1.５波段的划分
按照波长和用途不同，人们把无线电波又分成许多波段,如表1.1所示。