卫星通信导论上课课件第6章卫星移动通信系统1.pptx
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电子科大卫星移动通信系统课件
对于采用GSO卫星的系统，路由和交换技 术与地面系统差别不大
对于采用MEO和LEO卫星的系统，分为两 种情况：
无星际链路下的路由和交换：与地面系统类似 ，信关站起到交换中心的作用；
有星际链路的路由和交换：必须具有星上处理 能力，路由算法应适应动态拓扑变化
路由和交换技术（续）
采用星际链路系统中的路由和交换技术
由于是动态拓扑，要求系统采用分组交换技术 需建立卫星和覆盖区域的对应关系
路由和交换技术（续）
一种典型的星际链路动态路由思想：
虚拓扑 拓扑快照 周期循环
解: 星座相邻轨道面的升交点经度差为 360º/3 =120º
轨道面内相邻卫星间的相位差为
360º/(9/3) = 120º 相邻轨道面相邻卫星间的相位差为
360º/9×1=40º
例子6.3 续
卫星的初始参数如下表
轨道序 号 1 2 3
卫星序号
SAT1-1 SAT1-2 SAT1-3 SAT2-1 SAT2-2 SAT2-3 SAT3-1 SAT3-2 SAT3-3
混合轨道星座
Orbcomm系统 3个倾角45º的轨道平面，每
轨道面8颗卫星，轨道高度均 为825 km 倾角70º和108º的轨道平面各 1个，每轨道面2颗卫星，轨 道高度均为780 km ，轨道面 升交点经度差180º 1个赤道轨道面，8颗卫星， 轨道高度780 km
混合轨道星座续1
180
星际链路（续3）
NGEO NGEO
NGEO
GEO
NGEO
NGEO
PSTN
（a）
（b）
NGEO ILSs
ILS NGEO
NGEO
ILISL NGEO
对于采用MEO和LEO卫星的系统，分为两 种情况：
无星际链路下的路由和交换：与地面系统类似 ，信关站起到交换中心的作用；
有星际链路的路由和交换：必须具有星上处理 能力，路由算法应适应动态拓扑变化
路由和交换技术（续）
采用星际链路系统中的路由和交换技术
由于是动态拓扑，要求系统采用分组交换技术 需建立卫星和覆盖区域的对应关系
路由和交换技术（续）
一种典型的星际链路动态路由思想：
虚拓扑 拓扑快照 周期循环
解: 星座相邻轨道面的升交点经度差为 360º/3 =120º
轨道面内相邻卫星间的相位差为
360º/(9/3) = 120º 相邻轨道面相邻卫星间的相位差为
360º/9×1=40º
例子6.3 续
卫星的初始参数如下表
轨道序 号 1 2 3
卫星序号
SAT1-1 SAT1-2 SAT1-3 SAT2-1 SAT2-2 SAT2-3 SAT3-1 SAT3-2 SAT3-3
混合轨道星座
Orbcomm系统 3个倾角45º的轨道平面，每
轨道面8颗卫星，轨道高度均 为825 km 倾角70º和108º的轨道平面各 1个，每轨道面2颗卫星，轨 道高度均为780 km ，轨道面 升交点经度差180º 1个赤道轨道面，8颗卫星， 轨道高度780 km
混合轨道星座续1
180
星际链路（续3）
NGEO NGEO
NGEO
GEO
NGEO
NGEO
PSTN
（a）
（b）
NGEO ILSs
ILS NGEO
NGEO
ILISL NGEO
卫星通信导论上课课件第6章卫星移动通信系统1
35
卫星移动通信系统频率规划 续3
■ WRC-95考虑了C、Ku和Ka多个频段。并对Ka频段的 卫星移动通信馈送链路频段和NGEO的FSS（固定卫 星业务）频段进行了分配
■ 若干大LEO和MEO系统的用户业务和馈送链路频段 如下表
Iridium Globalstar New ICO Constellation Ellipso
► 可以将网络控制中心、卫星控制中心和用户信息管理系统
合在一起称为控制段
28
卫星移动通信系统网络结构 续8
■ 系统地面段——信关站
► 信关站通过本地交换提供系统卫星网络（空间段）到地面
现有核心网络（如公用电话交换网PSTN和公用地面移动网络 PLMN）的固定接入点
► 卫星移动通信系统与地面移动网络（如GSM和CDMA网络）
有效载荷相关的特殊呼叫控制功能也能够由卫星控制中心来 完成，按照功能又可以划分为卫星控制功能组和呼叫控制功 能组
► 卫星控制功能组的主要任务包括：产生和分发星历；产生
和传送对卫星有效载荷和公用舱的命令；接收和处理遥测信 息；传输波束指向命令；产生和传送变轨操作命令；执行距 离校正
► 呼叫控制功能组完成移动用户到移动用户呼叫的实时交换
概况；系统资源管理和网络同步；运行和维护（OAM）功能； 站内信令链路管理；拥塞控制；提供对用户终端试运行的支 持
► 呼叫控制功能组的主要任务包括 ：公共信道信令功能 ；移
动呼叫发起端的信关站选择；定义信关站的配置
30
卫星移动通信系统网络结构 续10
■ 系统地面段——卫星控制中心
► 负责监视卫星星座的性能，控制卫星的轨道位置。与卫星
15），可以确定卫星i对j的地心角距离Rij（即卫星间的地心角
卫星移动通信系统频率规划 续3
■ WRC-95考虑了C、Ku和Ka多个频段。并对Ka频段的 卫星移动通信馈送链路频段和NGEO的FSS（固定卫 星业务）频段进行了分配
■ 若干大LEO和MEO系统的用户业务和馈送链路频段 如下表
Iridium Globalstar New ICO Constellation Ellipso
► 可以将网络控制中心、卫星控制中心和用户信息管理系统
合在一起称为控制段
28
卫星移动通信系统网络结构 续8
■ 系统地面段——信关站
► 信关站通过本地交换提供系统卫星网络（空间段）到地面
现有核心网络（如公用电话交换网PSTN和公用地面移动网络 PLMN）的固定接入点
► 卫星移动通信系统与地面移动网络（如GSM和CDMA网络）
有效载荷相关的特殊呼叫控制功能也能够由卫星控制中心来 完成，按照功能又可以划分为卫星控制功能组和呼叫控制功 能组
► 卫星控制功能组的主要任务包括：产生和分发星历；产生
和传送对卫星有效载荷和公用舱的命令；接收和处理遥测信 息；传输波束指向命令；产生和传送变轨操作命令；执行距 离校正
► 呼叫控制功能组完成移动用户到移动用户呼叫的实时交换
概况；系统资源管理和网络同步；运行和维护（OAM）功能； 站内信令链路管理；拥塞控制；提供对用户终端试运行的支 持
► 呼叫控制功能组的主要任务包括 ：公共信道信令功能 ；移
动呼叫发起端的信关站选择；定义信关站的配置
30
卫星移动通信系统网络结构 续10
■ 系统地面段——卫星控制中心
► 负责监视卫星星座的性能，控制卫星的轨道位置。与卫星
15），可以确定卫星i对j的地心角距离Rij（即卫星间的地心角
《卫星通信系统》课件
导弹制导：卫星通信系统可用于导弹的制导和控制系统，提高导弹的命中精度和作战 效能。
战略侦察：卫星通信系统能够传输大量的侦察数据和情报信息，为军事决策提供重要 支持。
战场指挥：卫星通信系统可实现战场各部队之间的实时通信和信息共享，提高指挥效 率和协同作战能力。
民用领域应用
移动通信：卫星 通信系统提供全 球范围内的移动 通信服务，包括 海上、空中和陆 地上的通信
广播和电视：卫 星通信系统用于 传输广播电视信 号，覆盖范围广， 不受地域限制
互联网接入：卫 星通信系统提供 互联网接入服务， 包括家庭和企业 用户的宽带接入
应急通信：在自 然灾害等紧急情 况下，卫星通信 系统可以提供可 靠的应急通信服 务，保障救援工 作的顺利进行
商业领域应用
商业通信：卫星通信系统为商业 领域提供高效、可靠的通信服务， 支持语音、数据、视频等多种通 信方式。
汇报人：PPT
Part Five
卫星通信系统 关键技术
信号传输技术
调制技术：将基 带信号转换为适 合传输的调制信 号
多路复用技术： 提高频谱利用率， 实现多路信号同 时传输
纠错编码技术： 降低误码率，保 证传输质量
天线技术：实现 信号的高效辐射 和接收
信道编码技术
信道编码的基本 概念
信道编码的原理
常见的信道编码 技术
工作原理简介
卫星通信系统概述
卫星通信系统组成
卫星通信系统工作原理
卫星通信系统特点
特点与优势
特点：覆盖范围广、不受地理条件限制、通信容量大、传输质量稳定 优势：适用于远程通信、应急通信、军事通信等领域，可提供话音、数据、图像等多种业务
Part Three
卫星通信系统 分类
战略侦察：卫星通信系统能够传输大量的侦察数据和情报信息，为军事决策提供重要 支持。
战场指挥：卫星通信系统可实现战场各部队之间的实时通信和信息共享，提高指挥效 率和协同作战能力。
民用领域应用
移动通信：卫星 通信系统提供全 球范围内的移动 通信服务，包括 海上、空中和陆 地上的通信
广播和电视：卫 星通信系统用于 传输广播电视信 号，覆盖范围广， 不受地域限制
互联网接入：卫 星通信系统提供 互联网接入服务， 包括家庭和企业 用户的宽带接入
应急通信：在自 然灾害等紧急情 况下，卫星通信 系统可以提供可 靠的应急通信服 务，保障救援工 作的顺利进行
商业领域应用
商业通信：卫星通信系统为商业 领域提供高效、可靠的通信服务， 支持语音、数据、视频等多种通 信方式。
汇报人：PPT
Part Five
卫星通信系统 关键技术
信号传输技术
调制技术：将基 带信号转换为适 合传输的调制信 号
多路复用技术： 提高频谱利用率， 实现多路信号同 时传输
纠错编码技术： 降低误码率，保 证传输质量
天线技术：实现 信号的高效辐射 和接收
信道编码技术
信道编码的基本 概念
信道编码的原理
常见的信道编码 技术
工作原理简介
卫星通信系统概述
卫星通信系统组成
卫星通信系统工作原理
卫星通信系统特点
特点与优势
特点：覆盖范围广、不受地理条件限制、通信容量大、传输质量稳定 优势：适用于远程通信、应急通信、军事通信等领域，可提供话音、数据、图像等多种业务
Part Three
卫星通信系统 分类
卫星通信导论上课课件-第6章_卫星移动通信系统
因此，在实现全球覆盖时，近极轨道星座的参数应满足方程：
21
非静止轨道卫星星座设计 续12
■ 倾斜圆轨道星座设计
Walker Delta星座
Ballard玫瑰（Rosette）星座
22
非静止轨道卫星星座设计 续13
■ 倾斜圆轨道星座的基本特性
► 多个倾角和高度相同的轨道平面 ► 各轨道平面具有相同数量的卫星 ► 各轨道平面内卫星在面内均匀分布 ► 各轨道平面的右旋升交点在参考平面内均匀分布 ► 相邻轨道相邻卫星间存在确定的相位关系
解：根据Delta星座特性，可知星座多个轨道面的右旋升交点在赤道平面内
均匀分布，每个轨道面内的卫星在面内均匀分布，再根据相位因子F 可以
确定各卫星的轨道参数：
► 相邻轨道面的升交点经度差：360º/3=120º； ► 面内卫星的相位差：360º/(9/3)=120º； ► 相邻轨道面相邻卫星的相位差：360º×1/9=40º；
轨道平面上只有一颗卫星；
► 如果协因子m为不可约分数，则一定以S为分母，表示星座
中每一个轨道平面上有S颗卫星。
33
非静止轨道卫星星座设计 续24
■ 最优玫瑰星座的优化准则
► Ballard优化策略：最坏观察点的
最大地心角最小化准则
► 任一时刻地球表面上的最坏
观察点是某3颗卫星的星下点所构成 的球面三角形的中心，该点到3颗卫 星星下点的地心角距离相同
须限制在可以接收的范围内
► 多重覆盖问题
11
非静止轨道卫星星座设计 续2
■ 极轨道星座设计方法
► 当卫星轨道平面相对于赤道平面的倾角为90º时，轨道穿越
地球南北极上空，称这种类型的轨道为极轨道。
► 利用圆极轨道星座实现全球单重覆盖的思想最早由美
21
非静止轨道卫星星座设计 续12
■ 倾斜圆轨道星座设计
Walker Delta星座
Ballard玫瑰（Rosette）星座
22
非静止轨道卫星星座设计 续13
■ 倾斜圆轨道星座的基本特性
► 多个倾角和高度相同的轨道平面 ► 各轨道平面具有相同数量的卫星 ► 各轨道平面内卫星在面内均匀分布 ► 各轨道平面的右旋升交点在参考平面内均匀分布 ► 相邻轨道相邻卫星间存在确定的相位关系
解：根据Delta星座特性，可知星座多个轨道面的右旋升交点在赤道平面内
均匀分布，每个轨道面内的卫星在面内均匀分布，再根据相位因子F 可以
确定各卫星的轨道参数：
► 相邻轨道面的升交点经度差：360º/3=120º； ► 面内卫星的相位差：360º/(9/3)=120º； ► 相邻轨道面相邻卫星的相位差：360º×1/9=40º；
轨道平面上只有一颗卫星；
► 如果协因子m为不可约分数，则一定以S为分母，表示星座
中每一个轨道平面上有S颗卫星。
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非静止轨道卫星星座设计 续24
■ 最优玫瑰星座的优化准则
► Ballard优化策略：最坏观察点的
最大地心角最小化准则
► 任一时刻地球表面上的最坏
观察点是某3颗卫星的星下点所构成 的球面三角形的中心，该点到3颗卫 星星下点的地心角距离相同
须限制在可以接收的范围内
► 多重覆盖问题
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非静止轨道卫星星座设计 续2
■ 极轨道星座设计方法
► 当卫星轨道平面相对于赤道平面的倾角为90º时，轨道穿越
地球南北极上空，称这种类型的轨道为极轨道。
► 利用圆极轨道星座实现全球单重覆盖的思想最早由美
卫星通信导论上课课件-第6章卫星移动通信系统
00 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 1.8 2 2.2 2.4 2.6 2.8 3 3.2 3.4 3.6
卫星轨道高度（km）
x 104
8.5º
30
卫星运动规律与轨道参数 续26
单颗卫星覆盖特性计算 x 104
4
► 仰角E＝10º时，星地距离 d 随 3.5
卫星轨道高度h的变化情况如右 3
卫星在轨道面内相对于近地点的相位偏移量；p = a(1-e2)为椭 圆半焦弦。
9
卫星运动规律与轨道参数 续5
卫星的轨道速度和周期
根据机械能守恒原理可以推出： ► 椭圆轨道上卫星的瞬时速度和轨道周期
V 卫 星 ＝ （ 2 ra 1）(km /s) T 卫 星 ＝ 2 a 3 (s)
► 圆轨道上卫星的瞬时速度和轨道周期
► 通常采用右侧所示几何方法 来间接计算卫星的瞬时真近点角
► 图中，E称为偏心近点角，
θ是真近点角
卫星飞行方向
a
r
E
C
O
轨道平面 轨道平面的外接圆
18
卫星运动规律与轨道参数 续14
卫星在椭圆轨道平面内的定位
► 根据开普勒第二定理，可以推导偏心近点角E与平均近点角 M之间满足关系
MEesinE
上式通常称为开普勒方程（Kepler’s equation），在偏心率e ≠ 0时没有理论解，通常使用数值方法（如牛顿迭代法和线性迭 代法）来计算E的值
32
卫星运动规律与轨道参数 续28
非静止轨道卫星系统的轨道和高度选择
► 卫星轨道形状和高度是确定完成对指定区域覆盖所需的卫星 数量和系统特性的一个非常重要的因素 ► 卫星轨道的分类： 1）按形状：椭圆轨道和圆轨道 2）按倾角：赤道轨道、极轨道和倾斜轨道 3）按高度：低地球轨道（LEO）、中地球轨道（MEO）、静 止/同步轨道（GEO/GSO）和高椭圆轨道（HEO）
卫星通信课件第6章(xsy)
• 借助VSAT用户数据终端可直接利用卫星信道与远 端的计算机进行联网，完成数据传递、文件交换或 远程处理，从而摆脱了本地区的地面中继问题，这 在 地面网络不发达、通信线路质量不好或难于传输 高速数据的边远地区，使用VSAT 作为数据传输手 段是一种很好的选择。目前，广泛应用于银行、饭 店、新闻、保险、运输、旅游等部门。由众多甚小 天线地球站组成的卫星通信网，叫做“VSAT网”。 • 就传输来讲，VSAT好比人类交通中的小轿车， 而大型地球站好比公共汽车或火车。 •
•
• •
与传统卫星通信网相比，VSAT卫星通信网的特点： 1、面向用户而不是面向网络，VSAT与用户设备直 接通信而不是如传统卫星通信网中那样中间经过地面电 信网络后再与用户设备进行通信（见上页图）； 2、小口径天线，天线口径一般小于2.4m，某些环 境下可达到0.5m； 3、智能化（包括操作智能化、接口智能化、支持 业务智能化、信道管理智能化等）功能强，可无人操作； 4、安装方便，只需简单的安装工具和一般的地基 （如普通水泥地面、楼顶、墙壁等）； 5、低功率的发射机，一般几瓦以下；
• 的，而VSAT网能非常经济、方便地解决地面 通信网很难处理的这种点对多点寻址；加上当 时的VSAT已综合了许多新的技术（如分组传 输与交换技术、高效的多址接续技术、微处理 器技术、协议的标准化、地球站射频技术、天 线的小型化及高功率的卫星等），使得VSAT 基本具备了前一节所述的主要优点。因此， VSAT从80年代开始得到了迅速的发展，成为 卫星通信中发展最快的一个领域。
VSAT卫星通信网特点（一）
• • • • 与地面网通信网相比，VSAT卫星通信网具有以下 特点： 1、覆盖范围大，通信成本与距离无关； 2、可对所有地点提供相同的业务种类和服务质量； 3、灵活性好（多种业务可在一个网内并存，对一 个站来说支持业务种类、分配的频带和服务质量等级等 可动态调整）； 4、可扩容性好，扩容成本低，开辟一个新通信地 点所需时间短；
第6章卫星通信系统-PPT课件
《现代通信概论》第1章 通信的基本理论现代通信概论》 第7章 移
2019/2/28
8
卫星通信的基本概念
下行频：指卫星向地面发射信号所使用的频率， 不同的转发器所使用的下行频不同，在使用卫 星接收机时所设置的参数也就不同，如果设置 不正确，将不能接收相应的节目内容。例如： 我国鑫诺一号卫星用于教育部远教数据广播使 用6a转发器的下行频为12620MHz， 而甘肃教 育数据广播所使用7b转发器的下行频为 12660MHZ。 一颗卫星上有多个转发器，所以会 有多个下行频。
2019/2/28
軌道現有約700~800枚衛星
《现代通信概论》第1章 通信的基本理论现代通信概论》 第7章 移
4
衛星應用分類
就應用方面來說，衛星約可分成下列幾類：
偵察衛星(Surveillance Satellites) 預警衛星(Early Warning
Satellites)
氣象衛星(Weather Satellite)
人造衛星是指按照一定軌道環繞地球運行的人造
物體。
避免大氣的摩擦，衛星高度都遠超過大氣層頂。
人造衛星的設計不像飛機需考慮外形是否流線，
再加上太陽電池板，因此人造衛星的外形大都是千 奇百怪。
2019/2/28 《现代通信概论》第1章 通信的基本理论现代通信概论》 第7章 移 3
6.1.1 卫星的概念
10
6.1 .2 卫星通信的基本概念
卫星通信的分类
低軌道(LEO): 300
按軌道高度劃分：
to 1,500 km
to 12,000 km 36,000 km
中軌道(MEO): 8,000
同步軌道(GEO): approx.
卫星通信系统课件
THANKS
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安全保密问题
卫星通信系统面临被窃听、干扰等安全保密问题 ，需要采取有效的加密和防护措施。
发展前景
5G融合发展
随着5G技术的不断发展，卫星通信系统将与5G技术融合，实现更高 效、更智能的通信服务。
物联网应用
卫星通信系统在物联网领域具有广泛的应用前景，为物联网设备提供 全球覆盖的通信服务。
低成本小型化
可靠性高
卫星通信系统不受地形、地 貌等因素影响，具有较强的 抗灾、抗干扰能力，保证通 信的可靠性。
挑战
传输延迟
卫星通信系统的传输距离较长，导致信号传输存 在一定的延迟，影响实时通信效果。
信号衰减
卫星通信过程中，信号经过长距离传输和大气层 时会产生衰减，影响通信质量。
ABCD
设备成本高
卫星通信系统的设备和运营成本较高，限制了其 在某些领域的应用。
优势
覆盖范围广
卫星通信系统可以覆盖地球 的各个角落，特别是在海洋 、荒漠等偏远地区，提供可 靠的通信服务。
通信容量大
卫星通信系统具有较大的通 信容量，可以同时传输语音 、数据和视频等多种信息， 满足各种通信需求。
灵活性强
卫星通信系统具有灵活的组 网方式，可以根据实际需求 快速构建大范围的通信网络 。
特点
覆盖范围广、通信容量大、传输 质量稳定、组网灵活等。
工作原理
01
02
03
信号传输
卫星接收来自地球站的信 号，进行变频和放大处理 后，再发向地面或其他地 球站。
频谱配置
卫星通信系统使用微波频 段，通常为C或Ku波段。
调制解调方式
采用数字调制解调方式， 如QPSK、QAM等。
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5
卫星星际链路 续2
星际链路的仰角和距离计算
► 根据右图所示的几何关系容易推出
仰角：EA EB / 2
卫星A EA
星间距离：Ds 2 (h Re) sin( / 2)
最大地心角： max
2
arccos
HP Re h Re
EB
卫星B
星际链路
h
余隙
Re O
最大星间距离：Ds max 2 (h Re)2 (H P Re)2
sin2 (Ri j ) cos4 (i / 2) sin2[( j i ) / 2 / 2] 2 sin2 (i / 2) cos2 (i / 2) sin2[( j i ) / 2] sin4 (i / 2) sin2[( j i ) / 2 / 2] 2 sin2 (i / 2) cos2 (i / 2) sin2 ( / 2) cos(2 j i )
6
卫星星际链路 续3
已知卫星位置时的仰角计算
► 如果两颗卫星的瞬时经纬度位置已知，分别以（λs1，φs1） 和（λs2，φs2）表示，则卫星所夹的地心角为
arccossin(s1) sin(s2 ) cos(s1) cos(s2 ) cos(s1 s2 )
根据前页的式子可以确定卫星间的仰角和距离
第6章 卫星移动通信系统
1
卫星移动通信系统概述
卫星移动通信系统发展过程
第一代卫星移动通信系统：模拟信号技术
·1976年，由3颗静止卫星构成的MARISAT系统成为第1个提供海事移动通信服务的 卫星系统（舰载地球站40W发射功率，天线直径1.2米）
·1982年，Inmarsat-A成为第1个海事卫星移动电话系统
7
卫星星际链路 续4
例6.6某一星座采用的轨道高度为1414km。某一时刻，卫星A 的位置为（0ºE，20ºN），卫星B的位置为（50ºE，15ºS），问 在最小余隙为50km时，卫星A和B间能否建立星际链路？如果 能，此时星际链路的仰角是多少？
解：根据已知条件可以计算该星座卫星能够建立星际链路时对应的最大地
第二代卫星移动通信系统：数字传输技术
·1988年，Inmarsat-C成为第1个陆地卫星移动数据通信系统 ·1993年，Inmarsat-M和澳大利亚的Mobilesat成为第1个数字陆地卫星移动电话系统 支持公文包大小的终端 ·1996年，Inmarsat-3可支持便携式的膝上型电话终端
第三代卫星移动通信系统：手持终端
因为α<αmax，所以卫星间可以建立星际链路，此时星际链路的仰角和距离 为：
EA EB / 2 30.17
Ds 2 (1414 6378.137) sin(60.34 / 2) 7831.6(km)
8
卫星星际链路 续5
已知卫星轨道参数时的仰角计算
► 对于星座系统而言，更多时候给出的是卫星的轨道参数 （包括轨道高度、仰角、升交点赤经和初始幅角等） ► 根据Ballard的卫星位置以及相互关系表征方法（图6-15）， 可以确定卫星i对j的地心角距离Rij（即卫星间的地心角α）：
通过下标位置互换可以获得计算j对i的方位角ψji的公式
10
卫星星际链路 续7
星际链路性能随轨道高度的变化
11
卫星星际链路 续8
星际链路性能随轨道高度的变化
► 方位角的变化周期与卫星轨道周期相同；仰角和 星间距离的变化周期为卫星轨道周期的一半 ► 在其他轨道参数不变的情况下，增加轨道高度将 降低方位角和仰角的变化速度，可以改善星载天线的 捕获、锁定和跟踪性能；但同时会导致星间距离增大， 将会提高对发射功率的要求。
·1998年，铱（Iridium）系统成为首个支持手持终端的全球低轨卫星移动通信系统 ·2003年以后，集成了卫星通信子系统的全球移动通信系统（UMTS/IMT-2000） 2
卫星移动通信系统概述 续1
卫星与地面移动通信系统的比较
卫星移动通信系统
地面移动通信系统
易于快速实现大范围的完全覆盖
覆盖范围随地面基础设施的建设 而持续增长
心角：
max
2
arccos
HP Re h Re
2
arccos
50 6378.137 1414 6378.137
68.83
在已知两颗卫星瞬时经纬度坐标位置时，可计算星间的地心角：
arccossin(15) sin(20) cos(15) cos(20) cos(50 0) 60.34
星际链路的特性的描述 ► 仰角的时变特性 天线的动态指向特性 ► 方位角的时变特性 天线的动态指向特性 ► 星间距离的时变特性 功率的动态控制特性
4
卫星星际链路 续平面内的轨内星际链路（Intra-Orbit ISL）：同一 轨道面内的两颗卫星能够基本保持不变的相对位置，轨内星 际链路的星间距离、方位角和仰角变化很小，建立相对容易 ► 不同轨道平面之间的轨间星际链路（Inter-Orbit ISL）：由 于不同轨道面内两颗卫星存在着相对运动，轨间星际链路的 方位角、仰角和星间距离一般随时间而变化，建立相对比较 困难
全球通用
多标准，难以全球通用
频率利用率低
频率利用率高（蜂窝小区小）
遮蔽效应使得通信链路恶化
适合于低人口密度、有限业务量的 农村环境
提供足够的链路余量以补偿信号衰落
适用于该人口密度、大业务量的城市
环境
3
卫星星际链路
在卫星之间建立星际通信链路（激光链路或毫米波链路）， 每颗卫星将成为空间网的一个节点，使通信信号能不依赖于 地面通信网络进行传输，提高传输的效率和系统的独立性， 对于组建全球性通信网将是十分方便和灵活的。
9
卫星星际链路 续6
星际链路的方位角计算
► 方位角的度量以卫星运动方向为基准，沿顺时针方向旋转 到卫星连线方向。
► 根据Ballard的卫星位置以及相互关系表征方法（图6-15）， t时刻卫星i对j的方位角ψij由下式确定
ij arctan{[sin i sin() cos( j ) sin(2i) sin2 ( / 2) sin( j )] / [sin2 i sin2 ( / 2) sin(2 j i ) cos i sin() cos( j i ) (cos2 ( / 2) cos2 i sin2 ( / 2)) sin( j i )]}
卫星星际链路 续2
星际链路的仰角和距离计算
► 根据右图所示的几何关系容易推出
仰角：EA EB / 2
卫星A EA
星间距离：Ds 2 (h Re) sin( / 2)
最大地心角： max
2
arccos
HP Re h Re
EB
卫星B
星际链路
h
余隙
Re O
最大星间距离：Ds max 2 (h Re)2 (H P Re)2
sin2 (Ri j ) cos4 (i / 2) sin2[( j i ) / 2 / 2] 2 sin2 (i / 2) cos2 (i / 2) sin2[( j i ) / 2] sin4 (i / 2) sin2[( j i ) / 2 / 2] 2 sin2 (i / 2) cos2 (i / 2) sin2 ( / 2) cos(2 j i )
6
卫星星际链路 续3
已知卫星位置时的仰角计算
► 如果两颗卫星的瞬时经纬度位置已知，分别以（λs1，φs1） 和（λs2，φs2）表示，则卫星所夹的地心角为
arccossin(s1) sin(s2 ) cos(s1) cos(s2 ) cos(s1 s2 )
根据前页的式子可以确定卫星间的仰角和距离
第6章 卫星移动通信系统
1
卫星移动通信系统概述
卫星移动通信系统发展过程
第一代卫星移动通信系统：模拟信号技术
·1976年，由3颗静止卫星构成的MARISAT系统成为第1个提供海事移动通信服务的 卫星系统（舰载地球站40W发射功率，天线直径1.2米）
·1982年，Inmarsat-A成为第1个海事卫星移动电话系统
7
卫星星际链路 续4
例6.6某一星座采用的轨道高度为1414km。某一时刻，卫星A 的位置为（0ºE，20ºN），卫星B的位置为（50ºE，15ºS），问 在最小余隙为50km时，卫星A和B间能否建立星际链路？如果 能，此时星际链路的仰角是多少？
解：根据已知条件可以计算该星座卫星能够建立星际链路时对应的最大地
第二代卫星移动通信系统：数字传输技术
·1988年，Inmarsat-C成为第1个陆地卫星移动数据通信系统 ·1993年，Inmarsat-M和澳大利亚的Mobilesat成为第1个数字陆地卫星移动电话系统 支持公文包大小的终端 ·1996年，Inmarsat-3可支持便携式的膝上型电话终端
第三代卫星移动通信系统：手持终端
因为α<αmax，所以卫星间可以建立星际链路，此时星际链路的仰角和距离 为：
EA EB / 2 30.17
Ds 2 (1414 6378.137) sin(60.34 / 2) 7831.6(km)
8
卫星星际链路 续5
已知卫星轨道参数时的仰角计算
► 对于星座系统而言，更多时候给出的是卫星的轨道参数 （包括轨道高度、仰角、升交点赤经和初始幅角等） ► 根据Ballard的卫星位置以及相互关系表征方法（图6-15）， 可以确定卫星i对j的地心角距离Rij（即卫星间的地心角α）：
通过下标位置互换可以获得计算j对i的方位角ψji的公式
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卫星星际链路 续7
星际链路性能随轨道高度的变化
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卫星星际链路 续8
星际链路性能随轨道高度的变化
► 方位角的变化周期与卫星轨道周期相同；仰角和 星间距离的变化周期为卫星轨道周期的一半 ► 在其他轨道参数不变的情况下，增加轨道高度将 降低方位角和仰角的变化速度，可以改善星载天线的 捕获、锁定和跟踪性能；但同时会导致星间距离增大， 将会提高对发射功率的要求。
·1998年，铱（Iridium）系统成为首个支持手持终端的全球低轨卫星移动通信系统 ·2003年以后，集成了卫星通信子系统的全球移动通信系统（UMTS/IMT-2000） 2
卫星移动通信系统概述 续1
卫星与地面移动通信系统的比较
卫星移动通信系统
地面移动通信系统
易于快速实现大范围的完全覆盖
覆盖范围随地面基础设施的建设 而持续增长
心角：
max
2
arccos
HP Re h Re
2
arccos
50 6378.137 1414 6378.137
68.83
在已知两颗卫星瞬时经纬度坐标位置时，可计算星间的地心角：
arccossin(15) sin(20) cos(15) cos(20) cos(50 0) 60.34
星际链路的特性的描述 ► 仰角的时变特性 天线的动态指向特性 ► 方位角的时变特性 天线的动态指向特性 ► 星间距离的时变特性 功率的动态控制特性
4
卫星星际链路 续平面内的轨内星际链路（Intra-Orbit ISL）：同一 轨道面内的两颗卫星能够基本保持不变的相对位置，轨内星 际链路的星间距离、方位角和仰角变化很小，建立相对容易 ► 不同轨道平面之间的轨间星际链路（Inter-Orbit ISL）：由 于不同轨道面内两颗卫星存在着相对运动，轨间星际链路的 方位角、仰角和星间距离一般随时间而变化，建立相对比较 困难
全球通用
多标准，难以全球通用
频率利用率低
频率利用率高（蜂窝小区小）
遮蔽效应使得通信链路恶化
适合于低人口密度、有限业务量的 农村环境
提供足够的链路余量以补偿信号衰落
适用于该人口密度、大业务量的城市
环境
3
卫星星际链路
在卫星之间建立星际通信链路（激光链路或毫米波链路）， 每颗卫星将成为空间网的一个节点，使通信信号能不依赖于 地面通信网络进行传输，提高传输的效率和系统的独立性， 对于组建全球性通信网将是十分方便和灵活的。
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卫星星际链路 续6
星际链路的方位角计算
► 方位角的度量以卫星运动方向为基准，沿顺时针方向旋转 到卫星连线方向。
► 根据Ballard的卫星位置以及相互关系表征方法（图6-15）， t时刻卫星i对j的方位角ψij由下式确定
ij arctan{[sin i sin() cos( j ) sin(2i) sin2 ( / 2) sin( j )] / [sin2 i sin2 ( / 2) sin(2 j i ) cos i sin() cos( j i ) (cos2 ( / 2) cos2 i sin2 ( / 2)) sin( j i )]}