卫星通信技术28089

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1、第18章卫星通信技术18.1卫星通信的基本概念18.2通信卫星的种类18.3卫星通信系统分类18.4卫星通信的特点18.5卫星通信系统的组成及工作原理18.6空分多址（SDMA）18.7卫星通信新技术18.1卫星通信的基本概念卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号，在两个或多个地面站之间进行的通信过程或方式。卫星通信属于宇宙无线电通信的一种形式，工作在微波频段。宇宙通信是以宇宙飞行体或通信转发体作为对象的无线电通信。它可分为三种形式：（1）地球站与宇宙站间的通信；（2）宇宙站之间的通信；（3）通过宇宙站的转发或反射进行的地

2、球站之间的通信。人们常把第三种形式称为卫星通信。宇宙站是指地球大气层以外的宇宙飞行体（如人造卫星和宇宙飞船等）或其它星球上的通信站。地球站是指设在地面、海洋或大气层中的通信站，习惯上统称为地面站。卫星通信是在地面微波中继通信和空间技术的基础上发展起来的。微波中继通信是一种“视距”通信，即只有在“看得见”的范围内才能通信。而通信卫星的作用相当于离地面很高的微波中继站。由于作为中继的卫星离地面很高，因此经过一次中继转接之后即可进行长距离的通信。图18―1是一种简单的卫星通信系统示意图，它是由一颗通信卫星和多个地面通信站组成的。图18―1卫星

3、通信示意图由图18―1可见，离地面高度为he的卫星中继站，看到地面的两个极端点是A和B点，即S长度将是以卫星为中继站所能达到的最大通信距离。其计算公式为式中，R0为地球半径，R0=6378km；θ为AB所对应的圆心角（弧度）；he为通信卫星到地面的高度，单位为km。上式说明，he越高，地面上最大通信距离越大。（1）he=500km时，由公式求得S=4892km；（2）he=35800km时，S=18100km。由于卫星处于外层空间，即在电离层之外，地面上发射的电磁波必须能穿透电离层才能到达卫星；同样，从卫星到地面上的电磁波也必须穿透电离

4、层，而在无线电频段中只有微波频段恰好具备这一条件，因此卫星通信使用微波频段。目前大多数卫星通信系统选择在下列频段工作：(1)UHF波段（400/200MHz）；(2)L波段（1.6/1.5GHz）；(3)C波段（6.0/4.0GHz）；(4)X波段（8.0/7.0GHz）；(5)K波段（14.0/12.0；14.0/11.0；30/20GHz）。由于C波段的频段较宽，又便于利用成熟的微波中继通信技术，且天线尺寸也较小，因此，卫星通信最常用的是C波段。18.2通信卫星的种类目前，通信卫星的种类繁多，按不同的标准有不同的分类。下面我们给出几

5、种常用的卫星种类。(1)按卫星的结构可分为：无源卫星和有源卫星两类。无源卫星是运行在特定轨道上的球形或其它形状的反射体，没有任何电子设备，它是靠其金属表面对无线电波进行反射来完成信号中继任务的。在20世纪50~60年代进行卫星通信试验时，曾利用过这种卫星。目前，几乎所有的通信卫星都是有源卫星，一般多采用太阳能电池和化学能电池作为能源。这种卫星装有收、发信机等电子设备，能将地面站发来的信号进行接收、放大、频率变换等其它处理，然后再发回地球。这种卫星可以部分地补偿在空间传输所造成的信号损耗。图18―2通信卫星轨道示意图(2)按通信卫星的运行

6、轨道可分为：①赤道轨道卫星（指轨道平面与赤道平面夹角φ=0°）；②极轨道卫星（φ=90°）；③倾斜轨道卫星（0°<φ<90°）。所谓轨道就是卫星在空间运行的路线。见图18―2。(3)按卫星离地面最大高度h的不同可分为：①低高度卫星h<5000km；②中高度卫星5000km20000km。(4)按卫星与地球上任一点的相对位置的不同可分为：同步卫星和非同步卫星。同步卫星是指在赤道上空约35800km高的圆形轨道上与地球自转同向运行的卫星。由于其运行方向和周期与地球自转方向和周期均相同，因此从地面上任何

7、一点看上去，卫星都是“静止”不动的，所以把这种对地球相对静止的卫星简称为同步（静止）卫星，其运行轨道称为同步轨道。非同步卫星的运行周期不等于（通常小于）地球自转周期，其轨道倾角、轨道高度、轨道形状（圆形或椭圆形）可因需要而不同。从地球上看，这种卫星以一定的速度在运动，故又称为移动卫星或运动卫星。不同类型的卫星有不同的特点和用途。在卫星通信中，同步卫星使用得最为广泛，其主要原因是：第一，同步卫星距地面高达35800km，一颗卫星的覆盖区（从卫星上能“看到”的地球区域）可达地球总面积的40%左右，地面最大跨距可达18000km。因此只需三颗

8、卫星适当配置，就可建立除两极地区（南极和北极）以外的全球性通信。如图18―3所示。图18―3全球卫星通信系统示意图图中，每两颗相邻卫星都有一定的重叠覆盖区，但南、北两极地区则为盲区。目前正在使用的国际通信卫