卫星通信基础知识

卫星通信基础知识1.1卫星通信定义1.2通信卫星的轨道1.3同步静止轨道卫星1.4卫星通信的发展概况1.5卫星通信的特点1.6卫星通信的应用范围1.7卫星通信系统的基本组成1.8卫星通信使用频率1.9星蚀、日凌中断及传输时延1.1卫星通信定义卫星通信，简单的说就是地球上（包括地面、水面和低层大气中）的无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站转发或反射无线电波，以此来实现两个或多个地球站之间通信的一种通信方式。它是一种无线通信方式，可以承载多种通信业务，是当今社会重要的通信手段之一。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（0ºi90º）之分。1.3同步静止轨道卫星卫星运行轨道处于地球赤道平面内，运行方向与地球自转方向一致，饶地球一圈的时间与地球自转一周的时间相同（24小时）的卫星称为同步静止轨道卫星（此时卫星距地面高度为35785.6公里）。从地面看卫星是“静止”不动的，即地面上各点与卫星之间的相对位置不变，因此称之为静止轨道卫星。利用静止卫星建立全球通信示意图1.4卫星通信的发展概况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月美国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）发射，卫星通信进入实用阶段。我国于1970年4月24日，成功地发射了自行研制的东方红一号卫星，1984年4月发射了我国第一颗同步通信卫星东方红二号，1997年5月12日月发射了我国第一颗三轴稳定的同步通信卫星东方红三号。我国自1972年开始运行卫星通信业务，目前全球共有地球同步静止轨道卫星约210颗。中国的卫星通信经过近三十年的发展，从无到有，已经初具规模，但是发展速度仍比较缓慢。注册的卫星运营公司已有中国通信广播卫星公司、中国东方通信卫星有限责任公司、鑫诺卫星通信有限公司、亚洲卫星通信有限公司、亚太卫星控股有限公司五家（在大陆注册三家），共拥有10颗卫星,342个转发器单元（C波段236个、Ku波段106个，均已折合至每转发器36MHz带宽）。其业务已覆盖到亚洲大部分地区和欧洲部分地区。1.5卫星通信的特点卫星通信的优点•覆盖区域大，通信距离远，通信成本与通信距离无关•以广播方式工作，便于实现多址联接，组网方式灵活•通信容量较大，能应用的业务种类多•可自发自收进行监测•机动灵活卫星通信的缺点•设备复杂，存在时延•需要解决星蚀及空间干扰问题1.6卫星通信的应用范围卫星通信的应用范围很广，涉及长途电话、传真、电视广播、娱乐、计算机联网、电视会议、电话会议、交互型远程教育、医疗数据、应急业务、新闻广播、交通信息、船舶、飞机的航行数据及军事通信等。目前国内公众卫星通信网的干线已有37个大型C波段地球站，运行着3万5千条双向电路（占国内长途电路的5~6‰），另有4个试验地球站和约30台移动卫星通信车载站工作在Ku波段。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%）。中国通信广播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，中央人民广播电台和国际台的32路声音广播节目，以及31个省、自治区、直辖市的广播电视节目均通过通信卫星向全国传送。目前我国广播电视节目共使用了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。我国已建成的广播电视卫星地球站共31座，地面卫星收转台站52万多座。与1985年上卫星时相比，我国广播电视人口覆盖率已由68.3%和68.4%上升为2001年底的92.9%和94.1%。至2001年底国内VSAT经营者有43家。双向VSAT站7000多个，单向VSAT站近17000个。目前，经营性和专用性VSAT卫星通信网约达120个左右。专网通信约使用14个转发器，经营性VSAT通信用了约14个转发器1.7卫星通信系统的基本组成1.7.1空间分系统空间分系统即通信卫星，起无线电中继站作用，主体是通信装置，包括一个或多个转发器（微波收、发信机）和天线，保障部分星体上的遥测指令、控制系统和能源装置等1.7.2监控管理分系统监控管理分系统主要负责对定点的卫星在业务开通前、后进行通信性能的监测和控制（如对转发器功率、卫星天线增益、各地球站发射功率、带宽等参数进行监控）1.7.3跟踪遥测指令分系统跟踪遥测指令分系统负责对卫星进行跟踪测量，控制其准确进入静止轨道上的指定位置；定期对卫星进行轨道修正和位置保持1.7.4地球站地球站是微波无线电收、发信台（站），用户通过他们接入卫星线路。主要包括：天线、发射设备、功率放大器、接收设备、信道终端设备、跟踪/伺服设备以及电源设备等等。1.8卫星通信使用频率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)该系统设备工作在L频段，空间链路（BUC以上射频部分）采用Ku波段1.8.2C波段与Ku波段比较C波段Ku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资源较为紧张不易受到干扰天线口径较小在地球站和天线一定时波束较窄在浓云、密雾、暴雨等恶劣天气情况下，信号损耗较大1.9星蚀、日凌中断及传输时延1.9.1星蚀所有静止卫星在每年春分和秋分前后各23天中，当星下点（卫星与地心连线同地球表面的交点）进入当地时间午夜前后，卫星、地球和太阳共处在一条直线上，卫星进入地球阴影区而造成星蚀；此时一般靠星载蓄电池来供给能源。卫星位置西移1º，星蚀开始时间可推迟4分钟，东移1º则可提前4分钟。1.9.2日凌中断在每年春分秋分前后，当卫星星下点进入当地中午前后时，卫星处在太阳和地球中间，天线在对准卫星的同时也会对准太阳，会因接收到强大的太阳热噪声而使通信无法进行，称为日凌中断（每次延续约6天）；月亮也会引起类似问题，但其噪声比太阳小的多，不会造成中断。每天出现中断的最长时间与天线口径、工作频率有关。1.9.3传输时延一条单跳的卫星通信线路，由发送端到接收端的单程传输时延为：t=上行下行空间传输路径距离和/C（其中：C为电波在自由空间的传播速度）当卫星为静止卫星时，空间传输距离和最小为35786.6公里，最大为41679.4公里，一般取40000公里的约值单程时延一般取0.27秒，双程取0.54秒