卫星通信概况Word文档格式.docx
《卫星通信概况Word文档格式.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《卫星通信概况Word文档格式.docx（12页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
距离远会引起很大的信号衰减和传播时延。
低轨道卫星（LEO）：
高度为700~1500km，周期大约2h，克服了GEO很大信号衰减和时延。
为了覆盖整个地球，需要大量的卫星（几十颗，如铱系统66颗，全球星48克），系统比较复杂。
中轨道卫星（MEO）：
高度大约10000km左右。
为了避免GEO很大的信号衰减和时延，又不使系统太复杂。
10颗卫星。
三、主要应用领域
国际和国内长途电话。
面临海底光缆的激烈竞争，提供备份业务或传送峰值业务。
无线电和电视广播。
向广阔的地区提供直播到家的语音和电视广播。
海上、地面和空中的移动通信。
卫星通信可以提供全球覆盖的移动通信业务，对边远地区的用户和旅游者最吸引人。
Internet业务。
对终端用户，可以下载节目。
对Internet业务提供商，利用卫星将节目送到Internet骨干网上。
如校校通工程中，农村地区学校的联网。
用于固定通信网络中。
如VSAT卫星网络。
未来的多媒体通信和宽带广域网。
四、卫星通信的发展
早在1945年10月，英国空军雷达军官阿瑟•克拉克在《无线电世界》杂志上发表论文《地球外的中继站》，最先对利用静止卫星进行通信提出了科学的设想，大约20年之后，这一设想变成了现实。
卫星通信的发展大致经历了两个阶段：
（1）卫星通信试验阶段（1954~1964年）
无源卫星通信试验：
从1954年到1964年，美国先后利用月球、无源气球卫星等作为中继站，进行电话、电视传输试验。
由于种种原因，接收信号质量不高，实用价值不大。
有源卫星通信试验：
主要有：
低轨道延迟式试验通信卫星：
1958年12月，美国用阿特拉斯火箭将“斯柯尔”卫星射入椭圆轨道。
星上发射机输出功率8瓦，频率150MHz。
为使远离的甲乙两站通信，卫星飞到甲站上空时先将甲站发出的信息录音，待卫星飞到乙站上空时，再将录音信息转发。
此外也试验了实时通信。
中、高轨道试验通信卫星：
1962年6月，美国航空宇航局用德尔它火箭把“电星”卫星送入1060~4500公里的椭圆轨道；
1963年又发射了另一颗，输出功率3瓦，上行频率6GHz，下行频率4GHz。
同步轨道试验通信卫星：
1963年7月和1964年8月，美国宇航局先后发射“新康姆”卫星。
第一颗未能进入预定轨道；
第二颗则送入周期为24小时的倾斜轨道，进行了通信试验；
最后一颗射入圆形的静止同步轨道，成为世界上第一颗试验性静止通信卫星。
利用它成功地进行了电话、电视和传真的传输试验，并于1964年秋向美国转播了在日本东京举行的奥运会。
（2）卫星通信的实用与提高阶段（1965~）
1965年4月，“国际卫星通信组织”把第一代“国际通信卫星”（Intelsat-Ⅰ，简记为IS-Ⅰ，原名“晨鸟”）射入静止同步轨道，正式担任国际通信业务。
两周后，前苏联发射第一颗非同步通信卫星“闪电”-1，进入倾角为65度，远地点为40,000公里、近地点为500公里的准同步轨道，对其北方、西伯利亚、中亚地区提供电视、广播、传真和一些电话业务。
这标志着卫星通信开始进入实用与提高、发展的新阶段。
二十多年来，在国际通信、国内通信、国防通信、移动通信、广播电视等领域内，卫星通信迅速发展。
1965年，西方国家成立“国际通信卫星组织”，并先后实施了第一代至第七代国际通信卫星。
总体发展趋势：
卫星容量增大，地球站尺寸减小。
中国在1970年发射了第一颗卫星—“东方红1号”，1984年4月发射第一颗静止轨道通信卫星，向乌鲁木齐、昆明、拉萨等提供数字语音服务，并将中央电视台的节目传送至边远地区。
1986年2月、1988年3月和12月又发射了3颗实用通信卫星，初步建成了国家公用、各部门专用卫星通信网。
五、卫星通信的特点和技术问题
卫星通信的特点：
通信距离远，建站成本与通信距离无关。
以广播方式工作，便于实现多址连接。
通信容量大，传输的业务类型多。
可以自发自收进行监测。
技术问题：
需要先进的空间和电子技术。
要解决信号传播时延带来的影响。
要圆满实现多址连接。
要保证卫星能高度稳定、可靠地工作。
1.2卫星通信使用的频带
1.要求：
电波应能穿过电离层，传播损耗和外部附加噪声应尽可能地小。
应具有较宽的可用频带，尽可能增大通信容量。
较合理地使用无线电频谱，防止各种宇宙通信业务之间以及与其它通信业务之间产生相互干扰。
电子技术与器件的进展情况以及现有通信技术设备的利用与相互配合。
1963年特别无线电行政会议（EARC）和1971年有关空间通信的世界无线电行政会议（WARC），分配过空间使用的频率。
2.固定卫星业务主要频段
C波段：
6/4GHz（4~8GHz），上行5.925~6.425GHz，下行3.7~4.2GHz。
带宽500MHz，分为多个转发器，额定带宽为36MHz、54MHz、72MHz。
X波段：
8/7GHz（8~12.5GHz），用于军事通信：
上行7.9~8.4GHz，下行7.25~7.75GHz。
Ku波段：
14/11GHz,14/12GHz（12.5~18GHz），上行12.75~14.8GHz，下行10.7~12.2GHz和12.5~12.75GHz。
Ka波段：
30/20GHz（26.5~40GHz），上行27.5~31GHz，下行17.7~21.2GHz。
3.移动卫星业务主要频段
UHF波段：
400/200MHz，用于小LEO。
L波段：
1.6/1.5GHz（1~2GHz），大LEO，上行1.61~1.6265GHz，下行2.4835~2.5GHz。
静止轨道移动卫星（GEO）：
上行1.6265~1.6605GHz，下行1.525~1.559GHz。
S-UMTS系统：
上行1.98~2.01GHz，下行：
2.17~2.2GHz。
1.3卫星通信系统的组成
一般由空间段、控制段和地面段三部分组成。
上行链路、下行链路和星间链路。
一、空间段
空间段主要包含一颗或几颗卫星，在空中对发来的信号起中继放大作用。
卫星可以当作空间的一个大中继站，它接收系统中所有地球站发来的射频载波，然后进行放大和变频，再用下行频率发送到接收地球站，功率增益一般为100~130dB左右。
下行频率和上行频率使用不同的频谱，以增大接收输入信号和发送输出信号的隔离度，避免相互干扰。
最早使用C波段，后来发展到Ku和Ka波段。
由于星上高功放的功率受限制，通常又将它划分成多个子频段，每个子频段的带宽为36MHz、54MHz和72MHz。
为了节约宝贵的频谱资源，现代卫星通信广泛采用频率复用技术，以增加转发器数目。
频率复用技术可以通过电磁波的正交极化来实现，也可以通过其他方法来实现。
地球只有一条静止轨道，轨道位置的竞争越来越紧张。
为了在静止轨道中放更多的卫星，ITU将发送相同频率信号的、邻近卫星之间的最小间隔，从原先的4°
减小到1.5~2°
，以避免邻近卫星系统之间的干扰。
但是静止轨道的轨道位置仍然不能满足目前发展的要求。
二、地面段
地面段由多个业务地球站组成。
与地球站的服务类型相关，这些站的大小可能很不一样，大的天线直径可达几十米，小的只有几十厘米。
三种类型的地球站。
用户站。
如手机、便携设备、移动站和VSAT等，可以将用户直接连接到空间段。
接口站。
又称关口站，它将空间段与地面网络互连。
服务站，如枢纽站，它通过空间段，从用户处收集或向用户分发信息。
地球站是地面段的主要设备，它将要发射的信号传送到卫星，又从卫星接收信号。
基带处理（信源编码、信道编码等），调制，变频，放大，发送。
三、控制段
控制段由所有地面控制和管理设施组成，它既包括用于监测和控制（跟踪、遥测和指令系统）这些卫星的地球站，又包括用于业务和星上资源管理的地球站。
1.4编码、复接、调制和多址联接
编码：
信源编码和信道编码
复接：
PDH和SDH
调制：
常用PSK调制
多址联接的概念
与其他传输方式相比，卫星通信有一个突出优点，它能够同时连接广大地区众多地球站，进行一点对多点的通信。
一个卫星转发器可以接通很多地球站，因而需要采用某些技术将转发器容量分配给各站。
各地球站要按一定的规律接入分配给它们的信道，这就是多址联接，实际上就是各地球站采用什么方式共享信道。
多址联接和多路复用的区别：
多路复用是针对基带信号，如E1，而多址联接是针对频带信号。
频分多址（FDMA）：
把卫星占有的频带按频率高低划分给各地面站的联接方式。
各地球站就在被分配的频带内发射各自的信号。
而在接收端，则利用带通滤波器从接收信号中只取出与本站有关的信号。
各频带间有少量保护间隔，以免邻近载波间发生相互干扰。
简单，古老
时分多址（TDMA）：
按规定时隙分配给各地球站的多址通信方式。
在这种多址方式中，共用卫星转发器的各地球站使用同一载波，在规定的时隙内断续地发射本站信号。
在接收端，根据信号的时间位置或包含在信号中的站址识别发射地球站，并取出与本站有关的时隙内的信号。
信道利用率高于FDMA，但复杂。
码分多址（CDMA）：
在这种多址方式中，分别给各地球站分配一个特殊的地址编码以扩展频谱带宽，使网内的各地球站可以同时占用转发器的全部频带发送信号，而没有发射时间和频率的限制。
在接收端，只能用与发射信号相匹配的接收机才能检出与发射地址码相符的信号。
空分多址（SDMA）：
在卫星上装有多副窄波束天线，把这些指向不同区域的天线波束分配给各对应区域内的地球站，通信卫星上的路径选择功能向各自的目的地发射信号。
由各波束覆盖区域内的地球站所发出的信号在空间上互不重叠，即使各地球站在同时间内使用相同的频率工作，也不会相互干扰，因而起到频率再用的目的。
随机多址：
适合于广域地区、数据通信突发业务用户通信的需要。
用户竞争信道使用权，如果出现碰撞，则重发，如RA/TDMA。
1.5正交极化频率复用
无线电波由随时间变化的电场和磁场组成，电场和磁场相互依存，相互转化，形成统一的时变电磁场体系。
时变电磁场以波动的形式在空间存在和运动，因此称为电磁波或无线电波。
一、电磁波的极化
1.极化的定义
无线电波具有一定的极化特性。
极化的定义：
迎着电磁波的传播方向，观察瞬间电场矢量端点所描绘的轨迹曲线。
三种不同的极化形式：
线极化。
指电场矢量
的端点随时间
的变化轨迹保持在一条直线上。
若这条直线与地面平行，则称为水平极化；
若与地面垂直，称为垂直极化，水平极化和垂直极化是彼此相互正交的两个函数。
圆极化。
的变化轨迹为一个圆。
左旋圆极化：
电场矢量
的旋转变化方向为顺时针；
右旋圆极化。
左旋圆极化和右旋圆极化是两个彼此正交的函数。
椭圆极化。
是极化波的一般形式。
直线极化波和圆极化波都可以看作是椭圆极化波的特殊形式。
由数学分析知，当两个函数正交时，两函数的相关系数为零，因此，在微波通信中常采用不同的极化方式来扩充系统容量或消除同频信号间的干扰。
2.极化的数学表达式
一个椭圆极化波沿着+Z方向传播，瞬时电场可以表示为：
和
是x和y轴方向的单位矢量，E1、E2和θ分别是x和y轴方向分量的幅度和相位差。
当E1、E2具有相同相位，即θ=0°
，为线极化波。
E2=0，则
，则为水平极化波；
E1=0，则
，则为垂直极化波；
水平和垂直极化波是两个正交的线极化波。
当E1=E2、θ=±
90°
时为圆极化波。
θ=-90°
时为左旋圆极化波；
θ=+90°
时为右旋圆极化波。
左旋和右旋圆极化波是两个正交的圆极化波。
当E1≠E2、θ为任意时为椭圆极化波。
在工程实际中，通常在天线馈源上用一种微波传输线（如波导）来发送或接收一定方向的极化波。
天线发射电磁波进入空间时由极化器确定极化方式。
极化器是天线馈源系统的一部分，它使天线能够发射和接收带有极化的信号。
线极化波在空间传播时，它的电场矢量相对于水平轴或垂直轴以固定的角度取向。
当电场矢量平行于水平轴时，波是水平极化波；
而当电场矢量为垂直方向，则波是垂直极化波。
3.电磁波的极化参量
电磁波的极化参量一般用椭圆极化波来表示，线极化波和圆极化波都是椭圆极化波的特例。
轴比：
AR=Emax/Emin
Emax和Emin分别表示椭圆极化波的长轴和短轴。
线极化波，AR趋向无穷大；
圆极化波，AR=1。
倾角τ：
椭圆极化波长轴相对于参考轴（水平轴）的夹角。
二、正交极化鉴别度
理论上讲，以正交极化方式可以将两个极化波完全隔离开，使得每个极化波可以作为一个独立的电磁波发送或接收，利用这种特性的系统称为双极化系统。
这时两个信道的传输频率相同，因此带宽利用率会加倍。
但实际上天线不可能对每种极化都完全匹配，总有某些能量要耦合到正交端口。
耦合过去的正交极化能量为系统的内部干扰。
因此需要十分仔细地调整，以使得出现在双极化系统天线中的正交极化耦合量最小。
双极化天线用同极化辐射图和正交极化辐射图来表示天线检测射频能量进入到正交极化端口的特性，术语上称为正交极化鉴别度。
对于椭圆极化波，正交极化波具有相反旋转方向、轴比相同，而且一种极化的倾角与另一种极化波相差90°
。
1．正交极化鉴别度的定义
正交极化鉴别度为传输时可能出现的去极化情况，记作XPD，以电平值表示成：
其中：
为收端某波道接收的与发端相同极化的信号功率。
为该波道收到的交叉极化干扰信号。
XPD值越大，表示一种极化状态经传输后变成正交极化状态的能量越少，这样就可以采用相同频率的水平和垂直极化波来传输信息，从而提高了频谱利用率。
理论上，正交极化波之间的鉴别度可以为无穷大，即两个信号使用相同频率，但方向彼此正交，不会互相干扰。
但实际上由于天线反射面机械结构的不对称或校对不当，传播过程中不同极化波有不同的衰减或相移，因而导致一种极化波的方向有所改变，从而干扰另一种极化波。
一般要求XPD为30~35dB以上。
2．正交极化鉴别度的计算
为了计算XPD，需要知道椭圆极化波的一些参量：
AR、τ。
通常用极化不匹配因子p来表示电磁波与天线极化端口之间的耦合情况，p在0~1之间变化。
当两者的极化状态相同时，p=1；
当两者的极化状态正交时，p=0。
一般椭圆极化波的极化不匹配因子为：
式中，正号表示送来的圆极化波和使用端口是相同旋转方向，负号表示相反旋转方向。
对线极化波，使用公式时总取正号。
对水平和垂直线极化波，
，
，则p=0；
对两个相同方向的线极化波
，p=1。
对左旋和右旋圆极化波，
，p（+）=1，p（-）=0。
正交极化鉴别度也可以定义在天线的同极化端口测得的极化不匹配因子，与正交极化端口测得的极化不匹配因子的比值。
升级会员 