卫星通信系统
卫星通信的组成
卫星通信的组成
卫星通信系统由卫星端、地面端、用户端三部分组成。
1. 卫星端：卫星通信的重要组成部分，包括通信卫星、跟踪遥测指令系统和控制系统等。
通信卫星上装有天线分系统、转发器分系统、电源分系统、跟踪遥测指令分系统和控制分系统。
2. 地面端：地面端通常包括地面卫星控制中心和地面卫星测控站。
地面卫星控制中心对在轨卫星进行跟踪、遥测、遥控，根据业务需要对卫星进行灵活有效的操作，包括轨道控制、位置保持、启用和关闭转发器等。
3. 用户端：用户端包括各类用户终端设备，如手持终端、车载终端、机载终端、固定终端等。
这些终端设备通过与卫星或地面站进行通信，实现语音、数据、图像等信息的传输。
在卫星通信系统中，卫星作为中继站，在地面站之间转发信号，实现远距离的通信。
地面端负责对卫星进行控制和管理，并与用户端进行通信。
用户端则通过各种终端设备接收和发送信息。
随着技术的不断发展，现代卫星通信系统还包括了星间链路、多星组网等技术，以提高通信的可靠性、覆盖范围和容量。
同时，卫星通信也与其他通信技术相结合，形成了更加多样化和高效的通信方式。
简述卫星通信系统的组成及其特点
简述卫星通信系统的组成及其特点一、卫星通信系统的组成卫星通信系统是由地球上的用户终端、地面站、卫星和控制中心等多个组成部分组成的。
1. 用户终端：用户终端是卫星通信系统中的最终用户设备，可以是个人电脑、手机、电视等，用于接收和发送通信信号。
2. 地面站：地面站是连接用户终端和卫星的中间节点，负责将用户终端发送的信号转换成卫星可以传输的信号，并将从卫星接收到的信号转发给用户终端。
地面站一般由天线、发射接收设备、信号处理设备和控制系统等组成。
3. 卫星：卫星是卫星通信系统中的核心部分，它位于地球同步轨道或其他轨道上，可以接收地面站发送的信号，并将信号转发给其他地面站。
卫星具有较大的覆盖范围和较高的传输能力，可以实现全球通信覆盖。
4. 控制中心：控制中心是卫星通信系统的管理和控制核心，负责卫星的轨道控制、通信链路管理、资源分配和故障监测等工作。
控制中心通过与地面站和卫星的通信，对卫星通信系统进行实时监控和管理。
二、卫星通信系统的特点卫星通信系统相对于其他通信系统具有以下几个特点：1. 广域覆盖：卫星通信系统可以实现全球范围的通信覆盖，不受地理条件的限制。
无论是在陆地、海洋还是空中，只要能够接收到卫星的信号，就可以实现通信。
2. 高速传输：卫星通信系统的传输速度较快，可以满足大容量数据的传输需求。
由于卫星处于高空轨道上，信号传输的距离相对较短，因此传输延迟较小。
3. 通信稳定：卫星通信系统可以实现稳定的通信连接，不受地面基础设施的限制。
即使在灾害或战争等极端情况下，卫星通信系统仍能保持通信畅通。
4. 弹性扩展：卫星通信系统具有较好的扩展性，可以根据通信需求灵活调整卫星的数量和覆盖范围。
当用户数量增加或通信需求变化时，可以通过增加卫星数量或调整卫星位置来满足需求。
5. 多业务支持：卫星通信系统可以支持多种业务，包括电话通信、数据传输、广播电视、互联网接入等。
不同的业务可以通过卫星通信系统进行集成传输，提高资源利用效率。
卫星通信系统概述课件
02
卫星通信系统的工作原 理
卫星通信系统的信号传输原理
无线电信号传输
卫星通信系统利用无线电波进 行信号传输，将信息编码为无 线电信号，并通过天线发送到
空间中。
信号反射和折射
卫星通信系统利用地球表面或高度 大气的反射和折射实现信号传输， 使得远离地球的区域也能够接收到 信号。
非静止轨道卫星通信系统
总结词
具有灵活性和机动性，适用于应急通信和军事通信等特殊应用场景。
详细描述
非静止轨道卫星通信系统是指卫星在地球的非静止轨道上运行，与地球保持相对运动，从而实现与地球表面进行 通信的卫星通信系统。这种系统的优点是灵活性好，可以随时调整卫星的位置和姿态，适用于应急通信和军事通 信等特殊应用场景。但是，由于卫星轨道资源的限制，建设成本较高。
信号传输频段
卫星通信系统工作在特定的频段， 包括微波、毫米波和激光等，这些 频段具有较宽的带宽和较高的传输 速率。
卫星通信系统的调制解调原理
01
02
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调制技术
卫星通信系统采用数字调 制技术，将信息编码为数 字信号，并通过调制技术 将其加载到载波上。
解调技术
接收端对接收到的信号进 行解调，提取出原始信息 ，并将其解码为原始信号 。
卫星通信系统概述课 件
目录
• 卫星通信系统简介 • 卫星通信系统的工作原理 • 卫星通信系统的种类与特点 • 卫星通信系统的优势与局限 • 卫星通信系统的发展现状与趋势 • 卫星通信系统的实际应用案例
01
卫星通信系统简介
卫星通信系统的定义
卫星通信系统是一种利用人造卫星作为中继站，在地球上（ 包括地面和空中）的通信站之间进行信息传输的无线电通信 系统。
卫星通信系统
发展趋势
未来卫星通信系统主要有以下的发展趋势： 4.1、地球同步轨道通信卫星向多波束、大容量、智能化发展； 4.2、低轨卫星群与蜂窝通信技术相结合、实现全球个人通信； 4.3、小型卫星通信地面站将得到广泛应用； 4.4、通过卫星通信系统承载数字视频直播(DvB)和数字音频广播(DAB)； 4.5、卫星通信系统将与IP技术结合，用于提供多媒体通信和因特接入，即包括用于国际、国内的骨干络， 也包括用于提供用户直接接入； 4.6、微小卫星和纳卫星将广泛应用于数据存储转发通信以及星间组通信。
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3.4、络建设速度快、成本低：除建地面站外，无需地面施工。运行维护费用低；
3.5、信号传输时延大：高轨道卫星的双向传输时延达到秒级，用于话音业务时会有非常明显的中断；
3.6、控制复杂：由于卫星通信系统中所有链路均是无线链路，而且卫星的位置还可能处于不断变化中，因 此控制系统也较为复杂。控制方式有星间协商和地面集中控制两种。
卫星通信系统
微波通信
01 简介
03 系统特点 05 成功案例
目录ห้องสมุดไป่ตู้
02 分类 04 发展趋势
卫星通信系统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。
铱星系统
铱星系统属于低轨道卫星移动通信系统，由Motorola提出并主导建设，由分布在6个轨道平面上的66颗卫星 组成，这些卫星均匀的分布在6个轨道面上，轨道高度为780 km。主要为个人用户提供全球范围内的移动通信， 采用地面集中控制方式，具有星际链路、星上处理和星上交换功能。铱星系统除了提供业务外，还提供传真、全 球定位(GPS)、无线电定位以及全球寻呼业务。从技术上来说，这一系统是极为先进的，但从商业上来说，它是 极为失败的，存在着目标用户不明确、成本高昂等缺点。目前该系统基本上已复活，由新的铱星公司代替旧铱星 公司，重新定位，再次引领卫星通信的新时代。
卫星通信系统概述
卫星通信系统概述
卫星通信系统是指利用卫星进行通信的一种系统。
卫星通信系统利用
地球上的通信站与卫星进行通信，再通过卫星之间的通信连接实现全球范
围内的通信。
它具有广泛的覆盖范围、高可靠性和持续连接的特点，是现
代通信领域的重要组成部分。
卫星通信系统由地面控制站、卫星及通信设备组成。
地面控制站负责
管理整个系统，并通过射频系统与卫星进行通信。
卫星作为通信中继器，
负责接收、放大和转发信号。
通信设备包括地球站、航天器和卫星地面站，用于连接用户和卫星。
1.广域覆盖能力：卫星通信系统通过卫星之间的通信连接，可以实现
全球范围内的通信覆盖，即使在边远地区也能进行通信。
2.高可靠性：由于卫星通信系统具有多点接入的特点，即使一些通信
节点故障，通信仍然可以通过其他节点进行。
3.持续连接：卫星通信系统可以提供持续的通信连接，不受地理位置
和时间的限制，方便用户进行长时间的通信。
4.大容量传输：卫星通信系统具有较大的带宽和传输速率，可以同时
传输多个通道和大量的数据。
5.灵活性：卫星通信系统可以根据需求进行调整和扩展，适用于不同
规模和需求的通信应用。
然而，卫星通信系统也存在一些挑战和限制：
1.高成本：卫星通信系统的建设和运营成本较高，包括卫星的制造和
发射、地面控制站的建设和维护等。
2.延迟问题：由于信号需要经过地面站、卫星和地面站的传输，卫星通信系统存在一定的信号传输延迟，不适用于实时性要求较高的应用。
3.天气影响：卫星通信系统受天气条件的影响较大，特别是在恶劣天气下，如暴风雨或大雪，信号传输可能会受到干扰或中断。
卫星通信系统
低地球轨道
卫星高度较低，适用于对地观测、短报文通 信等应用。
高椭圆轨道
卫星运行轨道呈高度椭圆状，适用于侦察、 导弹预警等应用。
通信链路
射频链路
负责传输信号，包括上行链路（地面站到卫星）和下行链路（卫星到地面站） 。
信令链路
负责控制和管理信号传输，确保通信过程的正常进行。
固定安装在地面上，提供稳定 的通信服务。
移动地面站
安装在车辆、船舶或飞机上， 实现移动通信。
个人地面站
便携式地面站，便于个人随身 携带和使用。
网关地面站
负责将卫星信号接入传统通信 网络，实现卫星与地面网络的
互联互通。
空间段
地球同步轨道
卫星运行与地球自转同步，覆盖范围广，适 用于通信、气象等应用。
中地球轨道
卫星定位服务
利用卫星信号提供定位服务，广泛应用于导航、物流等领域。
互联网接入
卫星宽带
通过卫星为偏远地区和海洋区域提供 互联网接入服务，满足用户上网需求 。
卫星数据中继
为飞机、船舶等移动平台提供数据中 继服务，保障实时通信。
军事通信
战略通信
为军事战略指挥提供可靠的通信保障，确保信息传递的准确性和及时性。
星上处理与星间通信
要点一
总结词
未来的卫星通信系统将更加依赖星上处理和星间通信技术 ，以提高系统的灵活性和可靠性。
要点二
详细描述
星上处理技术将数据处理的任务从地面站转移到了卫星上 ，使得卫星能够实时处理和转发数据，减少了地面站的压 力。星间通信技术则通过卫星之间的直接通信，实现了更 加灵活的路由和更高的数据传输效率。
启了卫星通信的历史。
卫星通信系统概述-文档资料
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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
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卫星通信系统
•DVB-S
DVB也称数字视频广播，是欧洲ETSI(欧洲电信标准)所定 义的，它是一种基于信源编码为MPEG-2的数字广播技术。 DVB数据广播技术规范在设计上可让运营商经卫星、有线 或地面链路下载软件、经广播频道提供Internet业务（全 部链路使用IP）、提供交互式电视等等。 DVB-S是DVB标准在卫星通信方面的一个标准，目前已获 得广泛应用。 DVB与IP技术的结合也是DVB技术发展的趋势。
(3)卫星通信在中国的特殊地位
•地域辽阔 •960万平方公里 •东西北跨度达5000公里以上 •地形复杂，山区占31%，高原26%，丘陵10%，平原仅占 31% •人口众多 •15亿人口 •8亿农村人口 •15%行政村无电话
(3)卫星通信在中国的特殊地位
• 经济增长迅速 • 西部和农村经济发展尤为重要 • 特殊行业发展需求 • 卫星通信的应用机遇极其广泛，从公网至专网，从 天上至地面，从海洋, 至大漠之中, 及高山之巅，遍 及每个角落及各行各业，诸如，银行、保险、证券、 期货、石化、水利、电力、煤炭、铁路、交通、通 信、民航、航天、天文、烟草、气象、地震、工矿、 农林、教育、科研、卫生、环保、新闻、经贸、计 委、公安、安全、国防，…… 等等，乃至家庭与个 人，几乎无所不及。尤其在一些特殊行业需求更大。
•太阳干扰
由于地球绕太阳公转及地球本身自转，每年春分和秋分前 后，在静止卫星星下点进入当地中午前后的一段时间里， 卫星处于太阳与地球之间；地球站天线在对准卫星的同 时，可能也会对准太阳。这时强大的太阳噪声使通信无法 进行，这种现象通常称为日凌中断，也叫太阳干扰。 太阳干扰造成的卫星通信中断每年发生两次，每次延续约 6天，每天出现中断的最长时间与地球站天线口径、工作 频率有关。例如， 10 m天线在 4 GHz工作时，太阳干扰 期间一天中出现太阳干扰的最长时间约为 3 min。
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卫星通信系统
现代社会处处离不开通信，通信系统与我们的生活紧密相关，随处可见。
例如：我们每天离不开的手机，当我们用它和亲人朋友打电话时，在使用移动通信系统；我们在使用百度地图时对用GPS定位时，使用卫星通信系统；当我们链接WiFi 在浏览器搜索时，我们使用着网络系统，这时如果发挥一下你的想象力，想象着从你所在的某个方位在你看不见的地下和空气中有着光纤和微波编织着相互交错的大网，而就是这张大网将你和世界联系在一起了，是一件多么神奇而又美妙的事情。
一、卫星通信系统的历史、现状、未来趋势
1.1卫星通信系统的历史
卫星通信自二十世纪五、六十年代以来的发展过程大致经历了以下五个阶段：
1.第一阶段1945年-1964年，1945年英国人Arthur C. Clarke最早对利用
卫星建立全球通信提出了科学设想以来，美国和前苏联先后研制出低轨道无源、有源及准同步实验卫星。
2.第二阶段1965年-1972年，国际卫星通信组织开始通过静止卫星向全球
提供商业服务。
3.第三阶段1973年-1982年，卫星系统为陆地、空中、海上用户提供固定
和移动卫星通信业务。
4.第四阶段1983年-1990年，卫星通信被逐步应用于专用数据网、数话兼
容网和卫星直播业务。
在这个时期，用户端的VSAT网络得到迅猛的发展，被广泛应用于公众服务、医疗、商业、军事和教育等领域。
5.第五阶段1990年-现在，卫星通信领域进入发展的重要时期，LED、MEO
和混合式轨道卫星通信系统开始广泛应用于全球电信网，以满足宽带和移动用户的各种需求。
1.2卫星通信系统的现状
近年来,世界上的许多国家相继建立了国内卫星通信系统,最早建立国内卫星通信系统的是加拿大。
目前美国拥有的国内卫星通信系统数量最多,日本正在发展30/ZOGHz的国内卫星通信系统,澳大利亚、巴西、墨西哥也都准备建立国内卫星通信系统。
而我国卫星通信的一个严重问题是依赖国外卫星，巨大的市场被国外卫星占领。
1.3卫星通信系统的未来趋势
未来卫星通信将沿着数字化、网络化、以及信息化方向前进，针对卫星通信的未来发展趋势而言，由于C、K波段的使用趋于饱和我们应该在现有的基础上提高频段频谱的利用率，同时将IP与ATM技术相结合去建立卫星宽带综合业务数字通信网——国家信息高速公路；要进一步去实现建立小型化、智能化、经济化未来的卫星通信网，实现移动用户间可以利用卫星进行通信，而不再需要基站；如果将卫星与 Internet 网络相连，实现卫星互联网技术，这样就可以利用宽带卫星进行双向传输，并且下载和地面网络反馈的速度也得到了大幅提升，同时也大大减轻了频谱拥挤现象以及抗干扰能力。
二、卫星通信系统模型
卫星通信系统由空间设备通信卫星、地面设备地球站、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等四大功能部分组成。
图1 卫星通信系统基本组成
1.空间设备也就是通信卫星是由若干个转发器、数副天线与位置和姿态控制、
遥测和指令、电源分系统组成，其主要作用是转发各地球站信号。
2.地球站由天线、发射、接收、终端分系统及电源、监控和地面设备组成，主
要作用是发射和接收用户信号。
3.地面的跟踪遥测及指令分系统、监控管理分系统并不直接用于通信，而是用
来保障通信的正常进行。
4.监控管理分系统对在轨卫星的通信性能及参数进行业务开道前的监测和业
务开通后的例行监测与控制。
三、卫星通信系统中关键技术的应用给其带来的变化
3.1数据压缩技术
随着科学技术的发展，数据压缩技术已经发展得很成熟，尤其是在数据处理相关领域。
数据压缩可以给通信带来很大的方便，例如节约了时间、提高了频带利用率、节约了存储空间等。
其中MPEG62设计中采用了面向对象的方法,特别注重交互性和多媒体同步、实时表现、实时交换、最终形式等方面。
目前已被多媒体卫星通信系统所采用。
3.2智能天线系统
由于传送多媒体信息的需要,通常要求通信系统的带宽在2 500MHz以上,多媒体通信系统因此选择了Ku甚至Q和V波段，但K以上波段雨衰相当严重，而且卫星本身也存在各种限制和随机错误，这就需要通过智能天线的多波束来覆盖到更广的区域，例如，可以采用多波束快速跳变系统；同时在低轨道系统中采用蜂窝式天线来实现跟踪和同频复用功能；星上和同步轨道系统要想构成蜂窝式覆盖
图就必须要采用相控阵列天线。
3.3多址接入技术
针对接入方式，ATM/TDMA 多址接入方式比 FDMA 和CDMA 更适合星上处理卫星对多址接入的要求，因为此种方式有较好的信息传输角度、网络应用灵活性好等特点。
但是，TDMA 方式对速率和发射功率要求很高，这在无形中就增加了解调器的实现难度，同时也增加了载波功率与噪声功率密度的比值的要求。
为了克服上述问题，该领域专家提出了一种新的方式，采用多频质的 TDMA，即 MF-TDMA (MultipleFrequency-TDMA)多址接入技术，它是将 FDMA 于 TDMA 相结合，这样可以降低每个 TDMA 链路的接入速率和调制解调器的工作速率，同时对上行链路的值C/N0(C/N0=E/N0*Rb)的要求也减弱了。
3.4卫星激光通信技术
目前,卫星通信的载波是微波,虽然在Ku波段,数据传输率可达到100Mbit/s 以上,但体积较大的微波天线无法安装在通信卫星上。
而未来的卫星通信数据率却要求工作在数百或数千Mbit/s,因此,只能由激光通信来实现。
卫星通信采用激光可以提升卫星的通信量和保密性，减轻了卫星的重量和大小；在大气层外，没有大气的干扰，通信更加准确，同时也降低了误码率；运用激光可以提升数据的传输速率以及系统的可靠性；同时卫星通信也互不干扰。
它们的发光技术简便,不受接收器信号相位影响,且工作寿命长、可靠性高,其综合性能优于其他激光器。
据专家预测，激光技术运用到卫星通信中将对通信行业的发展起到不可替代的作用。
四、MIMO传输技术在卫星通信系统中的应用
4.1MIMO传输技术的研究现状
MIMO技术最早是由Marconi于1908年提出的主要思想是在带宽和发射功率一定的前提下，依靠开发空间资源，使用若干天线多发多收的目的，达到成倍提高信道容量的目的。
也可以提高信道传输可靠性，大幅降低误码率等。
美国贝尔实验室在随后对MIMO技术进行了长期的研究，主要成果是证明了在白高斯信道下，多天线可以有效提高信道容量，并由此发展处分层空时编码技术，将信号源数据划分为一系列的子数据，子数据独立编码和调制，可以达到40bps/Hz的频谱效率，但是该技术不适合移动通信环境在透明转发器的应用场景下,星上只是将接收信号放大并通过多天线发送出去, MIMO技术的实现难点和复杂的信号接收可以全部转移到地面上处理,大大降低了MIMO技术在卫星通信领域中实现的难度和风险。
4.2 卫星MIMO传输技术分类
根据卫星采用的载荷方式的不同,卫星MIMO技术可具体分为:针对星上处理再生载荷MIMO技术的研究和针对星上透明载荷MIMO技术的研究。
1.星上处理再生载荷的MIMO技术
如果卫星是处理再生载荷,那么卫星的上下行都可以视为独立的端到端链路,针对上下行分别运用MI-MO技术可以获得两个不同的信道容量,相对较小的容量则限制了整个系统的容量。
因此必须将上下行链路结合起来进行系统容量的优化。
2.星上透明载荷的MIMO技术
这种情况下,卫星是一个信号中继器,对信号只起了一个相位偏移和功率放大
的作用,卫星的上下行视为一个链路。
这时的MIMO技术研究主要针对地面N副发射天线、星上M副接收天线和M副发射天线、地面Z副接收天线这样的情况下进行研究。
4.3对MIMO传输技术在卫星通信系统中的应用的概括
目前卫星MIMO传输可分为:多极化方式、多个地面站和多颗卫星三种构建方式。
其中由多极化方式构建的MIMO传输最为简单,但是获得的传输有效性和可靠性也最为有限;由单颗卫星多个地面站构建的MIMO传输相对于第一种构建方式要复杂一些,但是可以获得较高的传输有效性和可靠性,拥有比较广阔的应用前景;由多颗卫星构建的MIMO传输可以获得的传输有效性和可靠性最高,但是其实现代价也最高。