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1、1,衛(wèi)星通信通向無縫覆蓋全球移動通信系統(tǒng)之路,2,課程簡介 課程名稱：衛(wèi)星通信 課程學時：36 周學時：3 課程性質：專業(yè)選修 課程目的 本課程是為通信工程、計算機通信、無線電技術等專業(yè)高年級學生開設的一門專業(yè)課，其目的是使學生掌握衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成、原理和技術的基礎知識。 課程特點 通信技術、計算機技術和航空航天技術相結合的通信手段，是一門交叉學科，涵蓋的知識面相當廣泛，從物理學科的開普勒三定律到數學的幾何運算，從衛(wèi)星的發(fā)射控制技術到衛(wèi)星與地球站之間的無線通信技術。 講述衛(wèi)星通信的基礎知識，側重于基本概念和原理，而對于復雜的數學推導，則從略。,課程概況,,3,教材和參考書,朱立東等，衛(wèi)星
2、通信導論（第3版），北京：電子工業(yè)出版社，2009年11月第1次印刷（衛(wèi)星通信課程教材） Dennis Roddy. Satellite Communications. The McGraw-Hill Companies, inc., 2002 （清華大學出版社） Timothy Pratt, Charles Bostian and Jeremy Allnutt. Satellite Communications. New York: John Wily and Sons, Inc., 2003 （電子工業(yè)出版社） 張乃通等，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)(第2版），北京：電子工業(yè)出版社，2000 Eric
3、h Lutz, Markus Werner and Axel Jahn. Satellite Systems for Personal and Broad Communications. Berlin: Springer-Verlag, 2000,4,通信：在兩個或多個位置實現信息的傳輸、接 收和處理。 有線通信：光纖、電纜、明線 無線通信：短波/超短波通信、微波中 繼通信、地面移動通信、衛(wèi) 星通信,衛(wèi)星通信,5,1946年，美國科學家用雷達把電波發(fā)射到月球，并第一次接收到它的回波。這證明了攜帶信號的電波可以穿過大氣層，并可以從大氣層以外的星球上反射回地球。此后，人類發(fā)射
4、了用來通信的人造衛(wèi)星，它能夠把地球上發(fā)來的電波信號經過放大處理后，再發(fā)回地球，這樣就實現了遠距離國際衛(wèi)星通信。,衛(wèi)星通信起源,6,衛(wèi)星通信的概念 衛(wèi)星通信是指利用通信衛(wèi)星轉發(fā)器實現地球站（或手持終端）之間、或者地球站與航天器之間的無線電通信。 主要包括： 衛(wèi)星固定通信 衛(wèi)星移動通信 衛(wèi)星直接廣播 衛(wèi)星中繼通信 衛(wèi)星通信是個人通信網的組成部分，是地面通信網的補充。,7,8,9,10,,第一章 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述,一、衛(wèi)星軌道 二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成 三、頻率分配 四、衛(wèi)星通信的特點 五、衛(wèi)星通信的業(yè)務類型 六、衛(wèi)星通信的發(fā)展,11,一、衛(wèi)星軌道,開普勒定律 假設地球是質量均勻分布的圓球體，忽略太陽
5、、月球和其它行星的引力作用，衛(wèi)星運動服從開普勒三大定律。,12,開普勒（Johannes Kepler） 國籍: 德國 生卒日期: 1571.12.27 1630.11.15 主要成就: 發(fā)現了行星運動三定律,13,圖1 橢圓軌道的示意圖,開普勒第一定律：衛(wèi)星以地心為一個焦點做橢圓運動。其軌道平面的極坐標為：,14,開普勒第二定律：衛(wèi)星與地心的連線在相同時間內掃過的面積相等。,V為衛(wèi)星在軌道上的瞬時速度。其中a為橢圓軌道的半長軸，r為衛(wèi)星到地心的距離。u為開普勒常數，u值為398601.58*109m3/s2,15,圓軌道衛(wèi)星具有恒定的運動速度,16,開普勒第三定律：衛(wèi)星運轉周期的平方與
6、軌道半長軸的3次方成正比。 u為開普勒常數，u值為398601.58 109m3/s2。,17,1.1 衛(wèi)星軌道,從軌道形狀進行分類 圓軌道： GEO，GSO，MEO，LEO 橢圓軌道 HEO,18,1.1 衛(wèi)星軌道,從軌道高度進行分類 低地球軌道LEO：Low Earth Orbit，700 2000 km 中地球軌道MEO：Medium Earth Orbit，10000 20000 km 同步軌道GSO：GeoSynchronous Orbit，35786 km 靜止軌道GEO：GEostationary Orbit，35786 km 高橢圓軌道HEO：Highly Elliptica
7、l Orbits，最高點可達40000km,19,1.1 衛(wèi)星軌道,典型衛(wèi)星通信系統(tǒng)的軌道高度、衛(wèi)星速度和軌道周期如下表,20,1.1 衛(wèi)星軌道,內范倫帶： 15005000 km 外范倫帶: 1300020000km,21,1.1 衛(wèi)星軌道,22,1.1 衛(wèi)星軌道,GEO/GSO的主要優(yōu)勢 對地（球）位置相對固定 幾乎恒定的傳輸延時 廣闊的覆蓋區(qū)域（單星覆蓋面積約占地球表面1/3） GEO/GSO的主要缺點 大的傳輸延時和衰減 仰角隨著緯度的增高而降低（GEO） 不能覆蓋極地地區(qū)（GEO） 軌位資源缺乏 發(fā)射費用高,23,1.1 衛(wèi)星軌道,LEO的主要優(yōu)勢 低傳輸延時和衰減（利于使用手持終端
8、） 靈活的系統(tǒng)設計 （單星）發(fā)射費用低 LEO的主要缺點 對地的快速相對移動，大多普勒頻移 單星覆蓋面積?。ㄒ虼诵枰獛资缴习兕w衛(wèi)星實現全球覆蓋） LEO星座的延時抖動大 LEO星座的管理復雜性高,24,1.1 衛(wèi)星軌道,MEO：GEO和LEO的折中 單星的中等覆蓋面積（需要幾顆到十幾顆衛(wèi)星實現全球覆蓋） 中等的傳輸延時和衰減 中等的對地移動速度（即中等的多普勒頻移） 中等的星座延時抖動 中等的星座管理復雜度,25,1.1 衛(wèi)星軌道,HEO的主要優(yōu)勢 高緯度地區(qū)的仰角大 單星覆蓋范圍大 對地相對運動速度較慢（在服務時間內） HEO的主要缺點 傳輸延時和衰減大 穿越范艾倫帶，衛(wèi)星壽命較短 大的多
9、普勒頻移,26,二、 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成,空間段 主要是衛(wèi)星本身。星體包括兩大子系統(tǒng)：星載設備和衛(wèi)星母體。 地面段 典型的地面段即地球站，包括地面衛(wèi)星控制中心（SCC, Satellite control center）及其跟蹤、遙測和指令站（TT一根光纖的潛在帶寬可達20THz。采用這樣的帶寬，只需一秒鐘左右，即可將人類古今中外全部文字資料傳送完畢。目前400Gbit/s系統(tǒng)已經投入商業(yè)使用。光纖的損耗極低，在光波長為1.55m附近，石英光纖損耗可低于0.2dB/km，這比目前任何傳輸媒質的損耗都低。因此，無中繼傳輸距離可達幾十、甚至上百公里。 (2)信號串擾小、保密性能好; (3)抗電磁干
10、擾、傳輸質量佳,電通信不能解決各種電磁干擾問題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。 (4)光纖尺寸小、重量輕,便于敷設和運輸; (5)材料來源豐富,環(huán)境保護好，有利于節(jié)約有色金屬銅。 (6)無輻射,難于竊聽,因為光纖傳輸的光波不能跑出光纖以外。 (7)光纜適應性強,壽命長。 缺點: (1)質地脆，機械強度差。 (2)光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具、設備和技術。 (3)分路、耦合不靈活。 (4)光纖光纜的彎曲半徑不能過?。?0cm） (5)有供電困難問題。,64,衛(wèi)星通信的特點,優(yōu)點: (1)通信范圍大; (2)只要在衛(wèi)星發(fā)射的電波所覆蓋的范圍內,從任何兩點之間都可進行通信; (3)不易受陸地災害的影響(可靠性高); (4)只要設置地球站電路即可開通(開通電路迅速); (5)同時可在多處接收,能經濟地實現廣播、多址通信(多址特點); (6)電路設置非常靈活,可隨時分散過于集中的話務量; (7)同一信道可用于不同方向或不同區(qū)間(多址聯(lián)接)。 缺點: (1)通信資費標準高于常用的電纜通信、微波通信，是其資費標準的十倍乃至幾十倍; (2)在大型建筑內或山體等物體遮蓋住設備本身時通信信號無或閃爍不定; (3)在通話過程中有延時現象，導致接續(xù)不暢。,
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