卫星通信技术.doc

1、自 20 世纪 90 年代以来，卫星移动通信的迅猛发展推动了天线技术的进步。卫星通信具有覆盖范围广、通信容量大、传输质量好、组网方便迅速、便于实现全球无缝链接等众多优点，被认为是建立全球个人通信必不可少的一种重要手段。概 念卫 星 通 信 是 一 种 利 用 人 造 地 球 卫 星 作 为 中 继 站 来 转 发 无 线 电 波 而 进 行 的两 个 或 多 个 地 球 站 之 间 的 通 信 。 编 辑 本 段 卫 星 通 信 系 统是 由 通 信 卫 星 和 经 该 卫 星 连 通 的 地 球 站 两 部 分 组 成 。 静 止 通 信 卫 星 是 目前 全 球 卫 星 通 信 系 统 中

2、 最 常 用 的 星 体 ， 是 将 通 信 卫 星 发 射 到 赤 道 上 空 35860 公 里 的 高 度 上 ， 使 卫 星 运 转 方 向 与 地 球 自 转 方 向 一 致 ， 并 使 卫 星 的 运转 周 期 正 好 等 于 地 球 的 自 转 周 期 （ 24 小 时 ） ， 从 而 使 卫 星 始 终 保 持 同 步运 行 状 态 。 故 静 止 卫 星 也 称 为 同 步 卫 星 。 静 止 卫 星 天 线 波 束 最 大 覆 盖 面 可以 达 到 大 于 地 球 表 面 总 面 积 的 三 分 之 一 。 因 此 ， 在 静 止 轨 道 上 ， 只 要 等 间 隔地 放

3、置 三 颗 通 信 卫 星 ， 其 天 线 波 束 就 能 基 本 上 覆 盖 整 个 地 球 （ 除 两 极 地 区 外 ）， 实 现 全 球 范 围 的 通 信 。 目 前 使 用 的 国 际 通 信 卫 星 系 统 ， 就 是 按 照 上 述 原 理建 立 起 来 的 ， 三 颗 卫 星 分 别 位 于 大 西 洋 、 太 平 洋 和 印 度 洋 上 空 。 与 其 它 通 信 手 段 相 比 ， 卫 星 通 信 具 有 许 多 优 点 ： 一 是 电 波 覆 盖 面 积 大 ， 通 信 距 离 远 ， 可 实 现 多 址 通 信 。 在 卫 星 波 束 覆 盖区 内 一 跳 的 通 信

4、 距 离 最 远 为 18000 公 里 。 覆 盖 区 内 的 用 户 都 可 通 过 通 信 卫星 实 现 多 址 联 接 ， 进 行 即 时 通 信 。 二 是 传 输 频 带 宽 ， 通 信 容 量 大 。 卫 星 通 信 一 般 使 用 110 千 兆 赫 的 微波 波 段 ， 有 很 宽 的 频 率 范 围 ， 可 在 两 点 间 提 供 几 百 、 几 千 甚 至 上 万 条 话 路 ，提 供 每 秒 几 十 兆 比 特 甚 至 每 秒 一 百 多 兆 比 特 的 中 高 速 数 据 通 道 ， 还 可 传 输 好几 路 电 视 。 三 是 通 信 稳 定 性 好 、 质 量 高

5、 。 卫 星 链 路 大 部 分 是 在 大 气 层 以 上 的 宇 宙 空间 ， 属 恒 参 信 道 ， 传 输 损 耗 小 ， 电 波 传 播 稳 定 ， 不 受 通 信 两 点 间 的 各 种 自 然环 境 和 人 为 因 素 的 影 响 ， 即 便 是 在 发 生 磁 爆 或 核 爆 的 情 况 下 ， 也 能 维 持 正 常通 信 。 卫 星 传 输 的 主 要 缺 点 是 传 输 时 延 大 。 在 打 卫 星 电 话 时 不 能 立 刻 听 到 对方 回 话 ， 需 要 间 隔 一 段 时 间 才 能 听 到 。 其 主 要 原 因 是 无 线 电 波 虽 在 自 由 空 间的

6、传 播 速 度 等 于 光 速 （ 每 秒 30 万 公 里 ） ， 但 当 它 从 地 球 站 发 往 同 步 卫 星 ，又 从 同 步 卫 星 发 回 接 收 地 球 站 ， 这 “一 上 一 下 ”就 需 要 走 8 万 多 公 里 。 打电 话 时 ， 一 问 一 答 无 线 电 波 就 要 往 返 近 16 万 公 里 ， 需 传 输 0.6 秒 钟 的时 间 。 也 就 是 说 ， 在 发 话 人 说 完 0.6 秒 钟 以 后 才 能 听 到 对 方 的 回 音 ， 这 种现 象 称 为 “延 迟 效 应 ”。 由 于 “延 迟 效 应 ”现 象 的 存 在 ， 使 得 打 卫

7、星 电 话 往往 不 象 打 地 面 长 途 电 话 那 样 自 如 方 便 。 卫 星 通 信 是 军 事 通 信 的 重 要 组 成 部 分 。 目 前 ， 一 些 发 达 国 家 和 军 事 集 团利 用 卫 星 通 信 系 统 完 成 的 信 息 传 递 ， 约 占 其 军 事 通 信 总 量 的 80% 。 编 辑 本 段 卫 星 通 信 的 主 要 发 展 趋 势是 ： 充 分 利 用 卫 星 轨 道 和 频 率 资 源 ， 开 辟 新 的 工 作 频 段 ， 各 种 数 字 务 综合 传 输 ， 发 展 移 动 卫 星 通 信 系 统 。 卫 星 星 体 向 多 功 能 、 大

8、容 量 发 展 ， 卫 星 通信 地 球 站 日 益 小 型 化 ， 卫 星 通 信 系 统 的 保 密 性 能 和 抗 毁 能 力 进 一 步 提 高 。 卫 星 通 信 就 是 先 将 信 号 转 换 成 微 波 发 射 到 地 球 同 步 卫 星 ， 而 后 通 过 地 球同 步 卫 星 发 射 到 转 发 信 号 ， 从 而 将 信 号 覆 盖 面 扩 大 ,达 到 信 号 的 传 输 . 一 )什 么 是 卫 星 通 信 卫 星 通 信 是 地 球 上 (包 括 陆 地 、 水 面 和 低 层 大 气 中 )无线 电 通 信 站 之 间 利 用 人 造 卫 星 作 为 中 继 站 而

9、 进 行 的 空 间 微 波 通 信 ， 卫 星 通 信是 地 面 微 波 接 力 通 信 的 继 承 和 发 展 。 我 们 知 道 微 波 信 号 是 直 接 传 播 的 ， 因 此 ，可 以 把 卫 星 通 信 看 作 是 微 波 中 继 通 信 的 一 种 特 例 ， 它 只 是 把 中 继 站 放 置 在 空间 轨 道 上 。 编 辑 本 段 卫 星 通 信 的 特 点卫 星 通 信 是 现 代 通 信 技 术 的 重 要 成 果 ， 它 是 在 地 面 微 波 通 信 和 空 间 技 术的 基 础 上 发 展 起 来 的 。 与 电 缆 通 信 、 微 波 中 继 通 信 、 光

10、纤 通 信 、 移 动 通 信 等通 信 方 式 相 比 ， 卫 星 通 信 具 有 下 列 特 点 ： ( 1)卫 星 通 信 覆 盖 区 域 大 ， 通 信 距 离 远 。 因 为 卫 星 距 离 地 面 很 远 ， 一 颗地 球 同 步 卫 星 便 可 覆 盖 地 球 表 面 的 1/3， 因 此 ， 利 用 3 颗 适 当 分 布 的 地 球同 步 卫 星 即 可 实 现 除 两 极 以 外 的 全 球 通 信 。 卫 星 通 信 是 目 前 远 距 离 越 洋 电 话和 电 视 广 播 的 主 要 手 段 。 (2)卫 星 通 信 具 有 多 址 联 接 功 能 。 卫 星 所 覆

11、盖 区 域 内 的 所 有 地 球 站 都 能利 用 同 一 卫 星 进 行 相 互 间 的 通 信 ， 即 多 址 联 接 。 (3)卫 星 通 信 频 段 宽 ， 容 量 大 。 卫 星 通 信 采 用 微 波 频 段 ， 每 个 卫 星 上 可设 置 多 个 转 发 器 ， 故 通 信 容 量 很 大 。 (4)卫 星 通 信 机 动 灵 活 。 地 球 站 的 建立 不 受 地 理 条 件 的 限 制 ， 可 建 在 边 远 地 区 、 岛 屿 、 汽 车 、 飞 机 和 舰 艇 上 。 (5)卫 星 通 信 质 量 好 ， 可 靠 性 高 。 卫 星 通 信 的 电 波 主 要 在

12、自 由 空 间 传 播 ，噪 声 小 ， 通 信 质 量 好 。 就 可 靠 性 而 言 ， 卫 星 通 信 的 正 常 运 转 率 达 99.8%以上 。 (6)卫 星 通 信 的 成 本 与 距 离 无 关 。 地 面 微 波 中 继 系 统 或 电 缆 载 波 系 统 的建 设 投 资 和 维 护 费 用 都 随 距 离 的 增 加 而 增 加 ， 而 卫 星 通 信 的 地 球 站 至 卫 星 转发 器 之 间 并 不 需 要 线 路 投 资 ， 因 此 ， 其 成 本 与 距 离 无 关 。 但 卫 星 通 信 也 有 不 足 之 处 ， 主 要 表 现 在 ： (1)传 输 时 延

13、 大 。 在 地 球 同 步 卫 星 通 信 系 统 中 ， 通 信 站 到 同 步 卫 星 的 距离 最 大 可 达 40000km， 电 磁 波 以 光 速 （ 3108m/s） 传 输 ， 这 样 ， 路 经 地 球站 卫 星 地 球 站 （ 称 为 一 个 单 跳 ） 的 传 播 时 间 约 需 0.27s。 如 果 利 用 卫星 通 信 打 电 话 的 话 ， 由 于 两 个 站 的 用 户 都 要 经 过 卫 星 ， 因 此 ， 打 电 话 者 要 听到 对 方 的 回 答 必 须 额 外 等 待 0.54s。 (2)回 声 效 应 。 在 卫 星 通 信 中 ， 由 于 电 波

14、来 回 转 播 需 0.54s， 因 此 产 生了 讲 话 之 后 的 “回 声 效 应 ”。 为 了 消 除 这 一 干 扰 ， 卫 星 电 话 通 信 系 统 中 增 加了 一 些 设 备 ， 专 门 用 于 消 除 或 抑 制 回 声 干 扰 。 (3)存 在 通 信 盲 区 。 把 地 球 同 步 卫 星 作 为 通 信 卫 星 时 ， 由 于 地 球 两 极 附近 区 域 “看 不 见 ”卫 星 ， 因 此 不 能 利 用 地 球 同 步 卫 星 实 现 对 地 球 两 极 的 通 信 。(4)存 在 日 凌 中 断 、 星 蚀 和 雨 衰 现 象 。 卫星通信简单地说就是地球上(包

15、括地面和低层大气中)的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点是:通信范围大;只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内,从任何两点之间都可进行通信;不易受陆地灾害的影响(可靠性高 );只要设置地球站电路即可开通( 开通电路迅速);同时可在多处接收,能经济地实现广播、多址通信(多址特点);电路设置非常灵活,可随时分散过于集中的话务量 ;同一信道可用于不同方向或不同区间( 多址联接) 。卫星在空中起中继站的作用,即把地球站发上来的电磁波放大后再反送回另一地球站。地球站则是卫星系统形成的链路。由于静止卫星在赤道上空 3600 千米,它绕地球一周时间恰

16、好与地球自转一周(23 小时 56 分 4 秒)一致,从地面看上去如同静止不动一样。三颗相距 120 度的卫星就能覆盖整个赤道圆周。故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。最适合卫星通信的频率是 1 一 10GHz 频段,即微波频段、为了满足越来越多的需求,已开始研究应用新的频段,如12GHz,14GHz,20GHz 及 30GHz。在微波频带,整个通信卫星的工作频带约有 50OMHz 宽度,为了便于放大和发射及减少变调干扰,一般在卫星上设置若干个转发器。每个转发器的工作频带宽度为 36MHz 或 72MHL 目前的卫星通信多采用频分多址技术,不同的地球站占用不同的频率,即采用不同的载波。它对于点对

17、点大容量的通信比较适合。近年来,已逐渐采用时分多址技术,即每一地球站占用同一频带,但占用不同的时隙,它比频分多址有一系列优点,如不会产生互调干扰,不需用上下变频把各地球站信号分开,适合数字通信,可根据业务量的变化按需分配,可采用数字话音插空等新技术,使容量增加 5 倍。另一种多址技术使码分多址(CDMA),即不同的地球站占用同一频率和同一时间,但有不同的随机码来区分不同的地址。它采用了扩展频谱通信技术,具有抗干扰能力强,有较好的保密通信能力,可灵活调度话路等优点。其缺点使频谱利用率较低。它比较适合于容量小,分布广,有一定保密要求的系统使用。近年来卫星通信新技术的发展层出不穷。例如甚小口径天线地球站(VSAT)系统,中低轨道的移动卫星通信系统等都受到了人们广泛的关注和应用。卫星通信也是未来全球信息高速公路的重要组成部分。它以其覆盖广、通信容量大。通信距离远、不受地理环境限制、质量优、经济效益高等优点,1972 年在我国首次应用,并迅速发展,与光纤通信、数字微波通信一起,成为我国当代远距离通信的支柱。