衛(wèi)星通信基本概念及其系統(tǒng)組成.ppt

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第１章衛(wèi)星通信概述,第４章衛(wèi)星通信網(wǎng),第２章衛(wèi)星通信基本技術(shù),第５章移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng),第３章衛(wèi)星通信鏈路設(shè)計(jì),第1章衛(wèi)星通信概述,1.1衛(wèi)星通信的基本概念和特點(diǎn)1.2衛(wèi)星通信地球站1.3通信衛(wèi)星（組成、軌道及星座設(shè)計(jì)）1.4衛(wèi)星通信工作頻段的選擇及電波傳輸?shù)奶攸c(diǎn)1.5衛(wèi)星通信的發(fā)展,通信：有線通信和無線通信有線通信：光纖、電纜、明線無線通信：短波通信、微波中繼通信、地面蜂窩移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信、無線局域網(wǎng)等衛(wèi)星通信是個(gè)人通信網(wǎng)的組成部分，是地面通信網(wǎng)的補(bǔ)充。,基本概念,通信：信息的傳遞（傳遞含有信息的消息）。,,,消息：以某種形式對(duì)主、客觀事物運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的具體描述。,,語音、文字、圖像、數(shù)據(jù)等,,在通信中可以認(rèn)為是通信傳輸?shù)木唧w對(duì)象,信息：消息中所包含的對(duì)收信者有用的內(nèi)容，或者說是收信者感興趣的那部分內(nèi)容。,,1.1.1衛(wèi)星通信的基本概念衛(wèi)星是指在圍繞行星的軌道上運(yùn)行的天然天體或人造天體，如月球是地球的衛(wèi)星。,1.1衛(wèi)星通信的基本概念和特點(diǎn),衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電波，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信。其無線電波頻率使用微波頻段(300MHz～300GHz，即波段1m～1mm)。衛(wèi)星通信系統(tǒng)指利用人造地球衛(wèi)星在地球站之間進(jìn)行通信的通信系統(tǒng)。通信衛(wèi)星指用于實(shí)現(xiàn)通信目的的人造衛(wèi)星。衛(wèi)星通信是地面微波中繼通信的繼承和發(fā)展，是微波接力向太空的延伸。,,圖1-1衛(wèi)星通信過程示意圖,通常以空間飛行器或通信轉(zhuǎn)發(fā)體為對(duì)象的無線電通信稱為空間通信(宇宙通信)，它包括三種形式：(1)地球站與空間站之間的通信；(2)各空間站之間的通信；(3)通過空間站的轉(zhuǎn)發(fā)或反射進(jìn)行的各地球站之間的通信。把第三種形式的空間通信稱為衛(wèi)星通信，這里說的地球站是指設(shè)在地球表面(包括地面、海洋或大氣層)的通信站。,2、對(duì)地靜止衛(wèi)星：相對(duì)于地球表面上的任一點(diǎn)，衛(wèi)星的位置保持固定不變。,,1、對(duì)地非靜止衛(wèi)星：相對(duì)于地球表面上的任一點(diǎn)，衛(wèi)星的位置不斷地變化。又稱運(yùn)動(dòng)衛(wèi)星。,幾個(gè)概念,靜止軌道必須具備以下三個(gè)條件：,衛(wèi)星繞地球公轉(zhuǎn)的方向和周期與地球自轉(zhuǎn)的方向和周期相同(T=23:56:4.09)；軌道面與赤道面重合；軌道是圓軌道。,注意：靜止衛(wèi)星與同步衛(wèi)星的區(qū)別,（自然靜止軌道：以地心為圓心，半徑為42164.6公里，運(yùn)行方向與地球自轉(zhuǎn)方向一致）,,在理想情況下，衛(wèi)星入軌后，無需再為克服地心引力而消耗能量，故稱之為“自然的”。（地球半徑為6378公里，則衛(wèi)星距離地面的高度為35786公里）,其軌道稱為對(duì)地靜止軌道，對(duì)地靜止軌道有自然的和人工的兩種。,近年來，為了克服衛(wèi)星通信傳輸時(shí)延長(zhǎng)的缺點(diǎn)，有人提出了低高度的人工對(duì)地靜止通信衛(wèi)星的設(shè)想，在地面上不斷地向衛(wèi)星發(fā)射激光或微波能量，以供給衛(wèi)星用以克服地心的引力，保持衛(wèi)星正常運(yùn)轉(zhuǎn)。,,,,,3、上行鏈路：從地球站發(fā)射信號(hào)到通信衛(wèi)星所經(jīng)過的通信路徑。4、下行鏈路指通信衛(wèi)星將信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)到其它地球站的通信路徑。,當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行軌道較高時(shí)，相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)地球站可同時(shí)“看”到衛(wèi)星，這樣就可采用立即轉(zhuǎn)發(fā)方式。,只用一顆衛(wèi)星就能實(shí)現(xiàn)立即轉(zhuǎn)發(fā)通信，這種系統(tǒng)稱為立即轉(zhuǎn)發(fā)式衛(wèi)星通信系統(tǒng)。,當(dāng)衛(wèi)星運(yùn)行軌道較低時(shí)，相距較遠(yuǎn)的兩個(gè)地球站不能同時(shí)“看”到同一顆通信衛(wèi)星，若采用立即轉(zhuǎn)發(fā)方式，就必須利用多顆衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)，才能進(jìn)行遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)通信，其通信鏈路會(huì)增加同軌道通信衛(wèi)星的星間鏈路(InterSatelliteLinks，ISL)或不同軌道通信衛(wèi)星的星際鏈路(Inter-OrbitLinks，IOL)，這種系統(tǒng)就是通常所說的低軌道移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)。否則，就只能采用延遲轉(zhuǎn)發(fā)方式進(jìn)行通信，這種系統(tǒng)則稱為延遲式衛(wèi)星通信系統(tǒng)。,1.1.2衛(wèi)星通信的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：（1）通信距離遠(yuǎn)，且費(fèi)用與通信距離無關(guān)。（2）覆蓋面積大，可進(jìn)行多址通信。（3）通信頻帶寬，傳輸容量大。（4）機(jī)動(dòng)靈活。（5）通信鏈路穩(wěn)定可靠，傳輸質(zhì)量高。,局限性：（1）通信衛(wèi)星使用壽命較短。*部件故障導(dǎo)致的不可修復(fù)*推進(jìn)劑攜帶量有限控制衛(wèi)星入軌推進(jìn)劑的應(yīng)用軌道位置保持姿態(tài)保持（2）存在日凌中斷和星蝕現(xiàn)象。,圖1-4靜止衛(wèi)星的日凌中斷和星蝕現(xiàn)象,,,,,,,,,,,,,,,,,,,靜止衛(wèi)星的星蝕,衛(wèi)星、地球、太陽共處在一條直線上，且地球擋住了陽光,靜止衛(wèi)星處于地球的陰影區(qū)，導(dǎo)致衛(wèi)星上的太陽能電池?zé)o法正常工作。,,星蝕現(xiàn)象發(fā)生在每年春分和秋分前后各23天，每天當(dāng)衛(wèi)星星下點(diǎn)進(jìn)入當(dāng)?shù)貢r(shí)間午夜前后。,,,,,,,,,,,,,,,,春分,秋分,,,,,,,,,,靜止衛(wèi)星的日凌中斷,衛(wèi)星處在太陽與地球之間，地球站的天線對(duì)準(zhǔn)衛(wèi)星的同時(shí)，也對(duì)準(zhǔn)了太陽，這樣大量的太陽噪聲進(jìn)入地球站接收設(shè)備，導(dǎo)致通信中斷。,,,,,,,,,,,,,,,,,,春分,秋分,,,,,,,日凌中斷現(xiàn)象發(fā)生在每年春分和秋分前后，當(dāng)衛(wèi)星星下點(diǎn)進(jìn)入當(dāng)?shù)貢r(shí)間中午前后。,（3）電波的傳播時(shí)延較大且存在回波干擾。（4）衛(wèi)星通信系統(tǒng)技術(shù)復(fù)雜。（5）靜止衛(wèi)星通信在地球高緯度地區(qū)通信效果不好，并且兩極地區(qū)為通信盲區(qū)。,1.1.3衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成和分類1.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成衛(wèi)星通信系統(tǒng)通常由通信衛(wèi)星、通信地球站分系統(tǒng)、跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)，以及監(jiān)控管理分系統(tǒng)四部分組成。,圖1-5衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成,(1)通信衛(wèi)星：由一顆或多顆通信衛(wèi)星組成，在空中對(duì)發(fā)來的信號(hào)起中繼放大和轉(zhuǎn)發(fā)作用。每顆通信衛(wèi)星均包括收發(fā)天線、通信轉(zhuǎn)發(fā)器、跟蹤遙測(cè)指令、控制和電源等分系統(tǒng)。(2)通信地球站分系統(tǒng)：包括地球站和通信業(yè)務(wù)控制中心，其中有天饋設(shè)備、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)、信道終端、跟蹤與伺服系統(tǒng)等。(3)跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)：其作用是對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測(cè)量，控制衛(wèi)星準(zhǔn)確地進(jìn)入靜止軌道上的指定位置，并對(duì)衛(wèi)星的軌道、位置、姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和校正。(4)監(jiān)控管理分系統(tǒng)：其作用是對(duì)在軌道上的衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前的監(jiān)測(cè)和業(yè)務(wù)開通后的例行監(jiān)測(cè)與控制，其中包括轉(zhuǎn)發(fā)器功率、天線增益、地球發(fā)射功率、射頻頻率和帶寬等，以保證通信衛(wèi)星正常運(yùn)行和工作。,系統(tǒng)組成另一種說法衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成還可以分為空間段、地面段和用戶段三部分。,空間段主要是衛(wèi)星本身。星體包括兩大子系統(tǒng)：有效載荷——天線分系統(tǒng)、通信分系統(tǒng)(轉(zhuǎn)發(fā)器)空間平臺(tái)——遙測(cè)指令分系統(tǒng)、控制分系統(tǒng)和電源分系統(tǒng)等地面段(地球站群)典型的地面段即地球站，通信地球站由天線饋線設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、信道終端設(shè)備等組成。還包括監(jiān)控中心：地面衛(wèi)星控制中心（SCC,Satellitecontrolcenter）及其跟蹤、遙測(cè)和指令站（TT&C,Tracking,telemetryandcommandstation）。用戶段：各種用戶終端,監(jiān)控中心監(jiān)控管理分系統(tǒng)——對(duì)在軌衛(wèi)星的通信性能及參數(shù)進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前的監(jiān)測(cè)和業(yè)務(wù)開通后的例行監(jiān)測(cè)和控制，以保證通信衛(wèi)星的正常運(yùn)行和工作；跟蹤遙測(cè)及指令分系統(tǒng)——對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤測(cè)量，控制其準(zhǔn)確進(jìn)入靜止軌道上的指定位置，并對(duì)在軌衛(wèi)星的軌道、位置及姿態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和校正。,(3)控制段：由所有地面控制和管理設(shè)施組成，它既包括用于監(jiān)測(cè)和控制(跟蹤遙測(cè)及指令系統(tǒng))這些衛(wèi)星的地球站，又包括用于業(yè)務(wù)與星上資源管理的地球站。,(1)空間段：包括通信系統(tǒng)中所有的處在地球外層空間的衛(wèi)星，其作用是在空中對(duì)地面或其它衛(wèi)星發(fā)來的信號(hào)起中繼放大和轉(zhuǎn)發(fā)作用。(2)地面段：主要由多個(gè)承擔(dān)不同業(yè)務(wù)的地球站組成，它們按照業(yè)務(wù)類型，大致分為用戶站(如手機(jī)、便攜設(shè)備、移動(dòng)站和小口徑終端VSAT，可以直接連接到空間段)、接口站(又稱關(guān)口站，它將空間段與地面網(wǎng)絡(luò)互連)和服務(wù)站(如樞紐站和饋送站，它通過空間段從用戶處收集信息或向用戶分發(fā)信息)。,衛(wèi)星通信系統(tǒng)組成,空間段：轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號(hào)，要求放大，且盡量無失真，無噪聲；地面段：放大、發(fā)射、接收信號(hào)等；監(jiān)控中心：保證通信衛(wèi)星正常運(yùn)轉(zhuǎn)，通信網(wǎng)絡(luò)正常工作，對(duì)地球站的方向圖、功率和頻率進(jìn)行監(jiān)測(cè)。,空間段,地面段,用戶段,,補(bǔ)充：衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作方式,單跳工作方式(只經(jīng)衛(wèi)星一次轉(zhuǎn)發(fā))雙跳工作方式及示意圖(經(jīng)衛(wèi)星兩次轉(zhuǎn)發(fā))雙星雙跳單星雙跳,衛(wèi)星通信系統(tǒng)工作方式,A:用于國際通信，兩個(gè)地球站看不到同一顆衛(wèi)星，傳輸時(shí)延大；B:用于星形網(wǎng)，平時(shí)不通信，需要時(shí)進(jìn)行通信，不允許國內(nèi)話音通信，用于數(shù)據(jù)通信。,2.衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類歸納起來可以從不同角度進(jìn)行分類：(1)按照衛(wèi)星制式，分為隨機(jī)、相位和靜止3類衛(wèi)星通信系統(tǒng)；(2)按通信覆蓋區(qū)的范圍，分為國際、國內(nèi)和區(qū)域3類衛(wèi)星通信系統(tǒng)；(3)按用戶性質(zhì)，分為公用(商用)、專用和軍用3類衛(wèi)星通信系統(tǒng)；(4)按業(yè)務(wù)分為固定業(yè)務(wù)(FSS)、移動(dòng)業(yè)務(wù)(MSS)、廣播業(yè)務(wù)(BSS)、科學(xué)實(shí)驗(yàn)及其它業(yè)務(wù)(如教學(xué)、氣象、軍事等)衛(wèi)星通信系統(tǒng)；,(5)按多址方式，分為頻分多址、時(shí)分多址、碼分多址、空分多址和混合多址5類衛(wèi)星通信系統(tǒng)；(6)按基帶信號(hào)體制，分為數(shù)字式和模擬式兩類衛(wèi)星通信系統(tǒng)；(7)按所用頻段，分為特高頻(UHF)、超高頻(SHF)、極高頻(EHF)和激光4類衛(wèi)星通信系統(tǒng)。,