卫星通信基础知识简介
卫星通信基础知识ppt课件
静止卫星发生星 蚀和日凌中断的原理
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
影响静止卫星通信的因素
圆形倾斜轨道同步卫星视在位置的日漂移
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
地球卫星的轨道
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
卫星通信的特点
1、通信范围大，三颗同步卫星即可覆盖全球（除两极外）。只要 在卫星发射的电波所覆盖的范围内，从任何两点之间都可进行通 信。
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
卫星通信的基本原理
什么是卫星通信? 卫星通信，简单地说，就是地球上（包括地面、水面 和低层大气中）无线电通信站之间利用人造卫星作中 继站而进行的通信，它覆盖面积大、不受地理条件的 限制、通信频带宽、容量大、机动灵活，因而在国际 和国内通信领域中，成为不可缺少的通信手段。
卫星通信系统的分类
按业务分
固定业务卫星通信系统 移动业务卫星通信系统 广播业务卫星通信系统 科学实验卫星通信系统
按多址方式分
频分多址卫星通信系统 时分多址卫星通信系统 空分多址卫星通信系统 码分多址卫星通信系统
混合多址卫星通信系统
经营者提供商品或者服务有欺诈行为 的，应 当按照 消费者 的要求 增加赔 偿其受 到的损 失，增 加赔偿 的金额 为消费 者购买 商品的 价款或 接受服 务的费 用
卫星通信基础知识.doc
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。
卫星通信系统基础知识及设备操作使用与维护管理
卫星通信系统基础知识及设备操作使用与维护管理卫星通信系统是利用卫星作为中间传输媒介的通信方式。
卫星通信通过将信号传输到地球上的接收站，实现了全球范围内的通信。
它具有全天候、全天时、全球覆盖、无距离限制等优点，被广泛应用于军事、民用、航空、航天等领域。
1.设备操作使用：-在操作卫星通信系统设备之前，需要仔细阅读设备的使用说明书和操作手册，了解设备的工作原理、操作流程以及安全注意事项。
-进行设备操作时，需要按照操作流程的指导进行操作，遵循正确的操作步骤，避免操作错误导致设备损坏或故障。
-在设备操作过程中，应注意设备的状态和指示灯的变化，及时处理设备异常情况，避免出现故障。
2.设备使用：-卫星通信设备通常需要安装在固定的位置上，以保证信号传输的稳定性。
因此，在安装设备时，需要选择合适的位置，并按照设备说明书进行正确的安装和固定。
-设备使用过程中，需要注意设备的环境要求，如温度、湿度、电源供应等。
避免设备在恶劣的环境条件下工作，导致设备故障或损坏。
-使用设备时，应遵循设备的操作规程，合理调节设备参数，保证设备的正常运行。
3.设备维护管理：-定期检查卫星通信设备的硬件和软件状态，检测设备是否正常工作，并及时处理设备异常情况。
例如，设备的散热情况、电源供应是否正常等。
-对设备进行定期的清洁和维护，保持设备的良好状态。
同时，定期对设备进行保养，如更换电池、更新软件等。
-设备的安全保护措施也是重要的一环。
例如，设备需要定期备份数据，以防止数据丢失或损坏。
同时，设备的接入口需要设置密码保护，避免未经授权的人员操作设备。
总结起来，卫星通信系统的设备操作使用与维护管理需要关注设备的正确操作、合理使用和定期维护。
通过正确操作和及时维护，可以确保卫星通信系统的稳定运行，提高通信的可靠性和效率。
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
卫星通信介绍 - 同步通信卫星
三颗卫星覆盖全球 离地面3万6千公里 在赤道上方，与地球自转同步 卫星间的距离从地面看应保持2度 左右。 “一跳”电波延时在240--270ms之 间
ViaSat Brings Your Network To Life
卫星通信介绍 - 卫星通信的特点
ViaSat Brings Your Network To Life
调制方式（续）
z
z
调制方式对系统设计时的考虑是重要的 调制方式与系统占用转发器带宽和性能有直 接影响 OQPSK，MSK和GMSK是通常用于低成本 非线性功放，但与QPSK比较： 实际占用卫星转发器带宽比QPSK大近1/3 非线性功放输出功率不可调，QPSK通常用 于线性功放，输出功率灵活可变。
- 按需分配
高效利用资源 降低通信成本 FDMA, TDMA, CDMA, SCPC 当用户需要时才分配频率和时隙 用户使用完毕后即释放资源
ViaSat Brings Your Network To Life
时分多址（TDMA）
小站在同一频率上不同时间发送信号
同一频率上两个小站不在同一时间发送信号 每个小站需轮流等待发送 需要精确同步防止碰撞
ViaSat Brings Your Network To Life
卫星资源共享方式
Frequency Division Multiple Access (FDMA) (频分多址） • Based on frequency Time Division Multiple Access (TDMA) (时分多址） • Based on time Code Division Multiple Access (CDMA) （码分多址） • Based on time, frequency, power, or combination Single Carrier Per Channel (SCPC) • Based on frequency （单路单载波）
卫星通信基础知识讲座-PPT课件
1、基本概念
1.4单跳、双跳
1、基本概念
1.5卫星通信频段
1） C波段，4／6GHZ 设备成熟，可用带宽500MHz，大部分国际卫星通信，尤其是 商业卫星通信都使用此频段，雨衰小，1－2dB C波段工作频段选择可以有以下选择：
1、基本概念
1.5卫星通信常用频段
1） C波段，4／6GHZ 扩展C特点：
1、基本概念
1.2通信卫星的类型
按高度分：
（1）低高度卫星，h<1500km； （2）中高度卫星，8000km<h<12000km； （3）高高度卫星，h＞20000km。 范艾伦高速粒子带
1、基本概念
1.2通信卫星的类型
同步卫星
1、基本概念
1.3日凌中断与星蚀
春分和秋分前后还存在星蚀（卫星进入地球的阴影区）和日凌中断（卫星 处于太阳和地球之间，受强大的太阳噪声影响而使通信中断）现象。
2、卫星通信系统
2.2 通信地球站 2.2.2 天线
主要技度
2、卫星通信系统
2.2 通信地球站 2.2.2 天线
2、卫星通信系统
2.2 通信地球站 2.2.3 功放
•行波管功放（TWTA） 微波电子管，大功率（400W以上），线性差，寿命6~10年，便宜。 •固态功放（SSPA、SSPB）
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
双 工 器 天 线
收中频
下变频
LNA
供电
卫星通信(基础理论)
卫 星 通 信 卫星基础知识
1962年7月，美国成功地发射了一个颗通信卫星（Telstar）， 试验了横跨大西洋的电视和电话传输。但是， Telstar并非 在静止轨道上运行，而是运行在椭圆轨道上，每157分钟绕 地球1周。
第一颗静止轨道卫星是在1963年2月由美国发射，它成功地 转播了1964年东京奥运会的实况，有力地显示出卫星通信的 优越性和实用价值。 经过20多年的探索和实验，到20世纪80年代，卫星通信终 于跨入了实用阶段，渐渐走近我们的生活，走向社会各个领 域。
卫星基础知识
卫 星 通 信 卫星基础知识
引言： 利用卫星进行通信的科学设想，是在1945年10月由英 国空军雷达专家阿瑟· 克拉克首先提出的，他在《无线 电世界》杂志上发表的一篇题为《地球外的中继站》的 文章中，提出了在静止轨道上放置3颗卫星来实现全球 通信的设想。 直到1957年10月4日，前苏联发射了世界上第一颗人造 地球卫星，人们才真正看到实现卫星通信的希望。
卫星通信的优势
1、广播功能
一点发送卫星接收 卫星转发多点接收
卫 星 通 信 卫星基础知识
卫星通信的优势
2、覆盖面广
三颗卫星覆盖整个地球 覆盖面内均可通信
卫 星 通 信 卫星基础知识
卫星通信的优势
3、通信与地面距离无关
通信费用与地面距离无关 通信不受地形地貌的影响
35800+35800
×
A B
卫 星 通 信 卫星基础知识
卫 星 通 信 卫星基础知识
卫星转发器
卫星转发器是通信卫星中最重要的组成部分，它能起到 卫星通信中继站的作用，其性能直接影响到卫星通信系统的工 作质量。
电源系统
通信卫星的电源要求体积小、重量轻和寿命长。常用的 电源有太阳能电池和化学能电池。平时主要使用太阳能电池 ，当卫星进入地球的阴影区（即星蚀）时，则使用化学能电 池。
卫星通信知识点
第1章1．卫星通信：利用人造地球卫星作为中继站转发无线电破，在两个或多个地球站之间进行通信。
它是宇宙通信形式之一。
2．卫星通信的特点：①覆盖面积大, 通信距离远。
一颗静止卫星可最大覆盖地球表面三分之一, 三颗同步卫星可覆盖除两极外的全球表面, 从而实现全球通信。
②设站灵活, 容易实现多址通信。
③通信容量大, 传送的业务类型多。
④卫星通信一般为恒参信道, 信道特性稳定。
⑤电路使用费用与通信距离无关。
⑥建站快, 投资省。
3．卫星通信的缺点：①卫星要求严格,要求有高可靠性、长寿命。
②通信地球站设备较复杂、庞大。
③存在日凌和星蚀现象。
④卫星传输信号有延迟4．非同步卫星系统按轨道分：1）低轨道卫星通信系统(LEO)，如极轨道卫星, 当卫星通过赤道上空时卫星间的距离最大, 此时须多开放一些小区; 当卫星通过两极时, 卫星间的距离变小, 这时会出现小区重叠, 在切换时要关闭一些小区。
2）中轨道卫星通信系统(MEO)3）同步（静止）卫星通信系统(GEO)：当卫星的运行轨道在赤道平面内，其高度大约为35800 km 时，它的运行方向与地球自转的方向相同．5．地球卫星轨道分为：赤道轨道，极轨道，倾斜轨道。
6．卫星通信系统的组成：通信卫星，地球站，跟走遥测及指令系统和监控管理系统。
7．地球站的组成：天馈设备，收信机，发信机，终端设备，天线跟踪设备，以及电源设备。
8．基本工作原理：当甲地一些用户要与乙地的某些用户通话时, 甲地首先要把本站的信号组成基带信号, 经过调制器变换为中频信号(70 MHz), 再经上变频变为微波信号, 经高功放放大后, 由天线发向卫星(上行线)。
卫星收到地面站的上行信号，经放大处理, 变换为下行的微波信号。
9．影响同步卫星通信的因素：1）摄动：在空中运行的卫星, 受到来自地球、太阳、月亮的引力以及地球形状不均匀, 太阳辐射压力等影响, 使卫星运行轨道偏离预定理想轨道, 这种现象称为摄动。
2）轨道平面倾斜效应3）星蚀与日凌中断4）卫星姿态的保持与控制10．同步卫星通信卫星的组成：控制分系统，通信分系统，遥测指令分系统，电源分系统，温控分系统。
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S
轨道
修正后 ������������ = 0.5 ������ + ������2 + 4.132 （大气折射） r = ������������ + ������������ = ������������ + ℎ0 =轨道半径
范晓晴
5 November 2015
20
卫星通信系统各部分的作用
四、监测管理分系统
对定点后的卫星在业务开通前、后进行通信性能的监 测和控制，例如对卫星转发器功率、卫星天线增益以及各 地球站发射的功率、射频频率和带宽等基本通信参数进行 监控，以确保正常通信。
范晓晴
5 November 2015
21
多址联接方式的概述
同步卫星 重叠地区 盲区
同步卫星
5 November 2015
5
卫星通信特点
星蚀与日凌
范晓晴
5 November 2015
6
卫星轨道及频段
GEO：同步静止轨道，35,863Km，24小时静止可见
– – 覆盖广、静止易跟踪、广播和多点应用 时延长和信号弱不利点对点、极地覆盖困难 时延短且信号强适合点对点 多星组网费用大、多普勒、大气阻力->轨道恶化 很少几颗卫星可组网，远少于LEO 时延和信号不如LEO，但比GEO好 俄罗斯已使用10年，高纬度和极地地区，倾角>60° 相对静止可见8小时，3 闪电轨道卫星可当1 GEO
25
B
卫星转发器 f1 fK fK
f1
频分多 路复用
调 频
发射机 f2 f3
发射机
调 频
频分多 路复用
站K
频分多 路复用 站2
调 频
发射机
5 November 2015 7
范晓晴
各类轨道优缺点比较
LEO/MEO HEO GEO
优 点
可覆盖全球 传输延时短 频率可多次复用 卫星和地面设备简单 搞摧毁性好 适合个人通信
可覆盖高纬地区 开发早 地球站可工作在大仰角上， 发展星上多点波 减少大气影响 束技术，可简化 发射成本低 地面设备 适用于低纬度地 区
范晓晴
5 November 2015
12
天线分系统
遥测、指令和信标天线 全向天线，以便于可靠接收指令与向地面发射遥测数据 和信标。 通信天线 全球波束天线 点波束天线 赋形波束天线
范晓晴
5 November 2015
13
转发器
是通信卫星中直接起中继站作用的部分。 要求：以最小的附加噪声和失真，足够的工作频带和输出功率业为 各地球站有效可靠地转发无线电信号。 透明转发器 对收到的信号只进行低噪声放大、变频、功率放大，对频带内 的任何信号是透明的通道。 处理转发器 除进行转发信号外，还具有信号处理功能。
sin ∆ ������������������������������
Re
极化角∅������ = ������������−1
– –
面对天线反射面正面：南偏西为负数@逆时针转；南偏东为正数@顺时针转。 接收水平极化 @ LNB入口波导短边与地面平行；垂直极化@ LNB入口波导长边与地面平行。
5 November 2015 11
卫星通信基础知识简介
---北京星空年代通信技术有限公司
卫星通信
1、卫星通信概述 2、卫星通信特点 3、卫星轨道及频段 4、通信卫星的组成 5、卫星通信系统的组成 6、卫星信道多址接入方式 7、卫星网络组成及结构 8、 VSAT
范晓晴 5 November 2015 1
卫星通信概述
卫星通信是指地球上的两个或多个无线电通信
3940 12
3980 14
4020 16
4060 18
4100 20
4140 22
4180 24
Tx (MHz) Tran. H
5945 1
5985 3
6025 5
6065 7
6105 9
6145 11
6185 13
6225 15
6265 17
6305 19
6345 21
6385 23
Tx (MHz) Tran. V
70MHz或140MHz 下变 频器 调制/ 解调器 基带 单元
RF－RF段 IF－IF段 BB－BB段 RF－RF段：射频至射频段 IF－IF段：中频至中频段 BB－BB段：基带至基带段
范晓晴
5 November 2015
10
卫星通信要素：AZ、EL
俯仰角 ������ = tan−1
– – – –
范晓晴
通信卫星的组成
天线分系统：定向发射与接收无线电信号
通信分系统：接收、处理并重发信号。（转发器）
电源分系统：为卫星提供电能，包括太阳能电池、蓄电池和配电设备。 跟踪遥测指令分系统：跟踪部分用来为地球站跟踪卫星发送信标; 遥测 部分用来在星上测定并给地面的TTC站发送的有关卫星姿态、 星上各部件工作状态的数据指令部分用于接收来自地面的 控制指令，处理后送给控制分系统执行。 控制分系统：用来对卫星的姿态、轨道位置、各分系统工作状态进行必 要的调节与控制。
地球站 A
范晓晴 5 November 2015
地球站 B
3
卫星通信特点
优点：
– 覆盖面积大，除了地球南、 北极地区，三颗卫星即可覆 盖地球 – 通信费用与通信距离无关
– 星际通信 – 组网灵活，建设周期短（经济 活跃时，优势明显） – 非对称信道
GEO
范晓晴
5 November 2015
4
卫星通信特点
24
目前卫星通信系统主要多址方式
一、频分多址方式（FDMA）
FDMA的基本特征是，把卫星转发器的可用射频频带分割 成
若干互不重叠的部分，分配给各地球站所要发送的各载波使用。
因此，FDMA方式中，各载波的射频频率不同。发送的时间虽然可 以重合，但各载波占用的频带是彼此严格分开的。
范晓晴
5 November 2015
5 November 2015 8
缺 点
连续工作需要多颗卫星 复杂的网络设计 要使用星上处理及星间通信 等光电技术 较大的多普勒移需要频率补 偿功能 从一颗星向另一颗星切换时 ，需要电路中继保护措施 地球站必须从一颗星跟踪到 另一颗星，所以系统至少需 要两副天线和一套跟踪设备
卫星转发器
信 号 设 计
信 号 识 别
信 号 设 计
信 号 识 别
信 号 设 计
信 号 识 别
1#站
范晓晴
2#站
5 November 2015
3#站
22
一个无线电信号可以用若干个参量（指广义的参量， 下同）来表征，最基本的是：信号的射频频率，信号出现 的时间以及信号所处的空间
范晓晴
5 November 2015
缺点：
–同步轨道卫星： 通信时延大（0.27秒） 通信端站体积大 设备价格高 操作复杂 –中、低轨道卫星： 系统复杂，使用费用高 –政策、通信安全方面 –易受恶意干扰和攻击
范晓晴
同步卫星 17.4° 卫星飞行方向 地球自旋方向
18100km
（赤道上）
同步轨道
3
m .5k 85 7 5
12756km
Rx (MHz) 3720 Tran. 1 V 3760 3 3800 5 3840 7 3880 9 3920 11 3960 13 4000 15 4040 17 4080 19 4120 21 4160 23
Rx (MHz) 3740 Tran. 2 H
3780 4
3820 6
3860 8
3900 10
地球站 分系统
17
卫星通信系统各部分的作用
一、空间分系统
组成：通信卫星(通信装置(转发器)、遥测指令装置、控制
装置、太阳能蓄电池)。
作用：通信卫星主要是起无线电中继站的作用，是靠星上通 信装置中的转发器（微波收发信机）和天线 来完成的。
范晓晴
5 November 2015
18
卫星通信系统各部分的作用
– – – –
= 180 − t������−1
t������ ∆ sin ������������������
修正后 ������������ = ������������ + ∆������ 正南为180度，南偏西大于180度，南偏东小于180度 上试中m是地球站磁偏角=地球真北与磁北夹角 （南半球的方位角，不需要+180）
范晓晴
卫星通信频段及应用
– – – – L–Band：1 ~ 2 GHz， S-Band： 2 ~ 4 GHz， C-Band：4 ~ 8 GHz， X-Band：8 ~ 12.5 GHz， 如：军用和气象卫星 用于 MSS （移动业务） 用于 MSS 和深空研究 用于 FSS （固定业务） 用于 FSS 和陆地成像 用于 FSS 和 BSS (DBS) 用于 FSS 和 BSS 用于 FSS
������������ ������ = 0.1512 （静止轨道）
∆= 卫星的经度差 − 地球站经度 ������������������ = 地球站纬度
− sin ∆ 1−cos2 ������������������ cos2 ∆
h0
αs Rs M θ G γ Re O 赤道
方位角 ������������= 180 +
范晓晴
5 November 2015