卫星通信系统_图文

10.7 卫星移动通信

深圳大学信息工程学院

主要内容
卫星通信的基本概念、系统组成、分类、特点 卫星通信的起源与发展

卫星通信在通信网中的位置
国际卫星通信组织 卫星通信中的多址方式 同步卫星通信系统 移动卫星通信系统 卫星通信的发展趋势 低轨道卫星系统 卫星通信在中国

卫星通信的基本概念及其系统组成

所谓卫星通信是指人们利用人造地球卫星作为中 继站,转发地球上任意两个或多个地球站之间用 于进行通信的无线电波。 卫星通信又是宇宙无线电通信形式之一,而宇宙 通信是指以宇宙飞行体为对象的无线电通信,它 有三种形式:?
(1)宇宙站与地球站之间的通信; (2)宇宙站之间的通信;? (3)通过宇宙站转发或反射而进行的地球站间的通信。

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通信卫星的作用相当于高地面很高的中继站。利用卫星进行通信的过程,可用上图说明。例如图中A、B、 C······等分别表示进行通信的各地球站。只有两个地球站都能同时“看’到卫星时,才能经卫星转发 无线电信号,进行通信。当卫星的运行轨道属于低轨道,并且只利用一颗卫星进行通信时,那么相距较远的两 个地球站便不能同时“看”到卫星了。这时,如果要进行远距离实时通信,必须利用多颗低轨道卫星,这种系 统就是通常所说的低轨道移动卫星通信系统;这种系统则称为延迟转发式卫星通信系统;当卫星运行轨道较高 时,相距较远的两个地球站便可同时“看”到卫星,并且可将一个地球站发出的信号,经卫星处理后,立即转 发给另一地球站。因此,这种系统称为立即转发式卫星通信系统。

通信卫星的分类

通信卫星的分类

卫星通信频段及业务

二、 卫星通信系统的组成
利用卫星进行通信,除应有通信卫星和地球站以外, 为了保证通信的正常进行,还需要对卫星进行跟踪测 量并对卫星在轨道上的位置及姿态进行监视和控制, 完成这一功能的就是跟踪遥测和指令系统。而且为了 对卫星的通信性能及参数进行通信业务开通前和开通 后的监测与管理,还需要监控管理系统。所以,通常 卫星通信系统是由地球站、通信卫星、跟踪遥测及指 令系统和监控管理系统4大部分组成的,如下图所示。

卫星系统各部分的功能
1. 空间分系统是指包括通信装置在内的通信卫星主体 以及星体的遥测指令、控制系统和能源装置等。实现 信号的接收、处理与转发。 2. 地球站包括中央站和若干个普通地球站。普通地球 站具有接收、发信功能;中央站除具有普通地球站的 功能外,还具有业务调度与管理功能和对普通地球站 进行检测控制功能。 3. 跟踪遥测及指令分系统的功能主要是完成卫星跟踪 测量和控制,使其准确进入静止卫星轨道上的指定位 置,并对卫星定期进行轨道修正和位置保持。 4. 监控管理分系统的功能主要是在业务开通后对定点 卫星进行通信性能检测和控制。

卫星通信在通信网中的位置

卫星通信系统的起源
1667年,牛顿在开普勒三定律的基础上,总结 出万有引力定律。卫星和地球也服从万有引力 定律,该定律成为卫星诞生的理论基础。 1945年10月,英国空军雷达军官阿瑟克拉克 (Arthur C.Clark)在《无线电世界》杂志上发表 关于“地球外的中继站”(Extra-Terrestrial Relays)学术性文章,克拉克提出在赤道轨道 上空35786km处配置三颗卫星,用太阳能做动力, 可实现全球通信。这是人类在理论基础上,第 一次确切的提出了关于卫星的构想。

卫星通信系统的发展
最简单的通信卫星是一个能将信号从一个地方反射到 另一个地方的无源反射器。无源卫星只是把信号反 射到地球,由于没有功率放大器及检测装置,因此 无法对收到的信号进行放大和整形处理。月球就是 地球的天然卫星,1954年美国海军通过中继方式 (地球-月球-地球)第一次成功地传送了电报。 1956年又开通了从华盛顿到夏威夷的月球中继业务, 直到1962年,仍然依靠月球提供可靠的远距离通信。 但这些业务受到月球可用性的限制。经过一段时间 的使用得出结论,由于月球相对地球的位置经常变 化,而且只有一半的时间在地平线上,利用月亮作 为通信卫星既不方便也不可靠。

卫星通信系统的发展(续)
1957年前苏联发射成功了第一颗有源人造地球卫星,命名为 Sputnik I,它能够在地面站之间接收、放大和转发信息。这颗卫星 共发送了21天的遥测数据。 1958年,美国发射了第一课卫星,第一次通过卫星实现了话音通信。 1962年,美国电话电报公司(AT&T)发射了“电星”(Telsat,可 进行电话、电视、传真和数据的传输。 1963年美国发射成功地球同步卫星(实验卫星),并于1965年4月6 日美国发射成功实用的地球同步卫星,定名为辰鸟( Early bird ), 首先在大西洋地区开始进行商用国际通信业务,并由“国际电信卫 星组织” INTELSAT (The International Telecommunications Satellite Organization)定名为 INTELSAT-1, 简称为IS-1。这标志着第1代实用 的国际卫星已开始应用。 1968年,美国军方发射了“林肯“试验卫星(IES-6). 1969年,美国军方发射了第一代战术通信卫星(TACSAT-1),能转 发10000条话音信号。

卫星通信系统的发展(续)
1975年,第一次通过卫星从美国到印度成功实现了直接广播试验, 广播卫星业务(BSS)开始。 1976年,第一代移动通信卫星发射(3颗静止卫星MARISAT),移 动卫星业务(MSS)开始。 1979年国际海事卫星组织INMARSAT宣告成立,是一个提供全球范 围内移动卫星通信的政府间合作机构。 1982年,第一个直接到家庭(DTH)系统在日本进入运行。 1990年,INMARSAT启用了第一个商用航空地球站航空系统,从此 开始利用INMARSAT卫星服务于全球。 1995年,商用卫星系统(ORBCOM)第一次传送低速率数据试验 成功。 1998年,”铱“星系统投入使用,引入了手机通信业务。 2000年至2005年,引入了宽带个人通信。 至今,全球发射了数千颗卫星,我国共发射了70多颗卫星。

卫星通信系统的发展(续)
我国于1970年4月24日成功发射了东方红一号卫星( DFH-1)。并于1972年租用第四代国际 卫星( IS-IV),引进国外设备在上海建立一座30m直径天线的大型地球站;在北京建立三 座同样的地球站,开展了国际性商业卫星通信业务。 1976年我国参加了国际卫星通信组织,并租用 IS-V 卫星进行各种卫星通信业务。 1984年4月8日,我国成功地发射了实验性的静止轨道卫星,定名为 STW-1,定点于125°E (东经)。是中国国内用于远距离电视传输的主要卫星,使中国成为世界上第5个独立研 制和发射静止轨道卫星的国家。 1986年2月1日,我国发射了实用的静止轨道卫星,定名为东方红二号( DFH-2), 定点于 103°E。

1988年3月7日,我国又发射了东方红二号甲-1( DFH-2A-1),定点于87.5°E。同年12月22 日,再发射了东方红二号甲-2( DFH-2A-2)卫星,定点于110.5°E。两颗卫星各有四个转 发器,均工作在 C 波段(6/4 GHz)。
1990年2月4日我国发射了东方红甲-3号( DFH-2A-3),定点于98°E。

1997年5月12日,我国发射了东方红三号( DFH-3)卫星,定点于125°E。

国际重要的卫星通信组织
国际卫星通信系统(INETELSAT) 国际海事卫星通信系统(INMARSAT)

国际卫星通信系统

国际海事卫星通信系统
成立于1976年,现拥有81个成员国(2010) 最初业务为海事通信,现为全球提供海 上、空中、陆地、救险、定位等业务 现有11颗在轨运行和备用卫星 现已更名为国际卫星移动组织

卫星通信的特点
(1)通信距离远(卫星单跳最大通信距离达 1800km ),且费用与距离无关 (2)覆盖面积大(1颗卫星覆盖地球表面42%) 可进行多址通信 (3)通信频带宽,传输容量大 (4)通信线路稳定可靠(畅通率在99.8%以 上 ),经济效益高 (5)系统容量大,可提供多种通信业务,从而 使通信业务向多样化和综合化方向发展,实现 区域及全球个人移动通信 (6)在使用静止轨道的同时,也可使用中、低 轨道卫星,使业务性能更优良。

卫星通信存在的问题
1. 电波传播的时延较大并存在回波干扰。 2. 存在日凌现象。卫星处在太阳和地球之间的 一条线上,地面接收器对准太阳,受到太阳的 强辐射,会出现短暂的通信中断。 3. 星蚀现象。当地球处在太阳和卫星之间的一 条线上时,由于地球对卫星的遮蔽,卫星处在 地球的阴影下而产生星蚀现象,对同步卫星来 说,太阳能电池无法使用,此时,必须由卫星 自带的电能供电。 4. 地球高纬度地区的通信效果较差,并且两极 地区为通信盲区。 5. 存在多普勒效应。

多普勒效应
1. 多普勒效应产生的原因 ?如果无线收发终端之间存在相对运动,那么就 会使接收端所接收到的信号频率与原发送端的 发送信号频率不同,这种现象便被称之为多普 勒效应。而由此所产生的附加频率变化量(频移) 被称为多普勒频移。 在卫星移动通信系统中,由于卫星总是相对于 地球做高速运动,即使是GEO卫星也存在摄动 和漂移现象,因而多普勒频移普遍存在于任何 两个处于相对运动的、需进行无线通信的收发 终端之间。

GEO卫星的摄动
对于静止卫星来说,由于宇宙射线、太 阳、月亮和地球结构的不均匀等因素的 影响,通信卫星的轨道参数将随时发生 变化,变化的结果使得卫星的运动发生 “漂移”,不断偏离开普勒法则的理想 轨道,这种现象称为卫星的摄动。

引起摄动的原因
1. 太阳和月亮对卫星的影响:太阳和月亮对于 静止卫星的引力分别为地球对卫星引力的1/37 和1/6800,正是由于这些引力的存在,使卫星 轨道位置矢量每天都发生微小的摆动,轨道倾 角会发生积累性的变化; 2. 地球引力场不均匀的影响:地球是个扁平的 椭球体,表面起伏不平,分布有山脉和海洋, 地球周围的引力场分布不均匀; 3. 地球大气阻力的影响:大气阻力对高轨道卫 星的影响可忽略不计,但对于低轨道卫星,由 于大气阻力的影响,使得卫星运行轨道会日趋 降低。

多普勒频移公式
多普勒频移的大小是由两收发终端之间的相对 运动速度和工作频率决定,具体关系如下:
fd ? f0 UD ( Hz) c

式中:f0为工作频率;fd为多普勒频移;UD为收 发终端之间的相对速度;c为光速。从式中可 看出,两收发终端的相对运动速度越高,工作 频率越高,则所产生的多普勒频移也越大

卫星通信中的多址技术
所谓多址技术是指在卫星覆盖区内的多个地球站,通 过同一颗卫星的中继建立两址和多址之间的通信技术。 在卫星移动通信系统中,各关口站和卫星移动终端均 向处于外层空间的通信卫星发射信号,因而要求卫星 能够同时接收这些信号,并及时地完成各种处理任务 和不同波束之间的交换任务,以便随后向地球的某个 地区或某些地区进行转发。此间关键的问题是以何种 信号方式才能便于卫星识别与区分各关口站和卫星移 动通信终端的信号,同时各关口站和卫星移动通信终 端又能从卫星转发的信号中识别出应接收的信号。多 址技术可解决此问题。

一、 多址方式? 目前,已经使用的多址方式有频分多址 (FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址 (CDMA)和空分多址(SDMA)。

1. 频分多址方式?
2. 时分多址方式 3. 码分多址方式 4. 空分多址方式

1. 频分多址
(Frequency Division Multiple Access)

按频率来排列各地球站发射的信号,即按频率 来区分各地球站的地址。 是讲转发器的带宽细分成若干个小的频带,每 个地球站用一个或多个这种细分的带宽来传输 信号,为了各载波之间不造成相互干扰,它们 的中心频率之间要有足够的间隔。 优点:可沿用地面微波通信的成熟技术和设备; 设备比较简单,不需要网同步。 缺点:不能充分利用卫星功率和频带。

2. 时分多址
(Time Division Multiple Access)

按时间来传输各地球站发射的信号,即各地球站 的载波信号只有在规定的时隙内通过转发器,任 何一个时间内只有一个地球站的信号通过转发器。 每个地球站只能在给定的时隙内使用同一载波频 率向通信卫星发送信号,通信卫星按时间顺序讲 不同时隙进入转发器的信号进行排列,彼此互不 重叠,排列信号在卫星转发器中经过放大处理后, 被重新发回地面。 需要精确网同步。

3. 码分多址
(Code Division Multiple Access) 各地球站发射信号的频率和时间可以相同,只是各地 球站所发射信号的伪随机码序列不同,这些伪随机码 序列具有准正交性,以此作为地址码来区分地址。 特点:各站使用准正交的地址码进行扩频通信;各载 波包络恒定,在时域和频域互相混合。 优点:抗干扰能力强;信号功率谱密度低,隐蔽性好; 不需要网同步。 缺点:占用频宽较宽,频带利用率低,通信容量较小; 地址码选择较难;接收时地址码的捕捉时间较长,时 延较大。

4. 空分多址
(Space Division Multiple Access)

最典型的特征是卫星上安装了多个天线,不同卫 星天线的波束指向地球表面上的区域不同,利用 波束的空间指向的差异来区分不同的地球站。 特点:可实现频率重复使用;各站发的信号只进 入该站所属通信区域的窄波束中。 优点:可以提高卫星频带利用率,增加转发器容 量。 缺点:对卫星控制技术要求严格,星上设备较复 杂,需要交换设备。

同步卫星通信系统
同步卫星通信系统是利用定位在地球同步轨道 上的静止卫星进行通信的系统,原则上只要三 颗静止卫星就可以基本覆盖地球。 所谓静止卫星就是指发射到赤道上空35800km 附近圆形轨道上的卫星,其运动方向与地球自 转方向一致,并且绕地球一周的时间恰好为 24h,与地球自转周期相同,因而从地球看过 去,如同静止一般,固而称为静止卫星。

上图是静止卫星与地球相对位置的示意图。若以120度的等间隔在静止轨道上配置三颗卫星,则 在地球表面除了两极地区未受到卫星天线波束的覆盖外,其余地区均在覆盖范围之内,而且其中 一部分区域还是两个静止卫星天线波束覆盖的重叠地区。因此,借助于重叠地区内地球站的中继, 便可以实现在不同卫星覆盖区的地球站间的通信。这样,只要用三颗等间隔配置的静止卫星就可 以实现全球通信。这一特点显然是任何其它通信手段所不具备的。目前,由国际通信卫星组织 (INTELSAT)负责建立的世界卫星通信系统就是利用静止卫星实现全球通信的。该全球通信网担 负盛大约80%的国际通信业务和全部国际电视转播业务。

目前国际卫星通信组织负责建立的国
际卫星通信系统(INTELSAT),简称IS,

就是利用静止卫星来实现全球通信的。三
颗同步卫星分别位于太平洋、印度洋和大 西洋上空,它们构成的全球通信网承担着 大约80%的国际通信业务和全部国际电视转 播业务,如下图所示。?

静止卫星的运行轨道与观察参数
1. 静止卫星的发射 要使卫星进入运行轨道,必须依靠运载火箭。 要想使卫星绕地球运转,还必须使卫星的初始 速度大于8km/s。但单级火箭的速度只能达到 2.5km/s,因此,发射静止卫星必须采用带有捆 绑技术的三级火箭。捆绑技术就是把几支小火 箭捆在大火箭的第一级上,用以提高发射的飞 行速度,卫星装在第三级火箭的前端,如下图 所示。

发 射 卫 星 的 三 级 火 箭 示 意 图

2.发射过程?
一颗自旋稳定的静止卫星的发射过程如 下图所示,全部过程大体可分为如下几 个阶段。 (1)进入初始轨道

开始发射后,依次点燃三级火箭的一、 二级火箭,把卫星送到初始轨道。

静 止 卫 星 的 发 射 过 程

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(2)进入转移轨道 卫星在初始轨道上只飞行一小段,当卫

星快要到达初始轨道与赤道平面的交点
时,要点燃第三级火箭,以使卫星脱离 初始轨道而进入转移轨道。

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(3)进入漂移轨道
卫星在转移轨道上运行了几圈,完成了上述各 项准备工作后,当再次到达远地点时,就要启 动远地点发动机,使卫星进入漂移轨道? (4)进入静止轨道 卫星在漂移轨道上运行时,离静止卫星定点位 置是很近的。

远 地 点 的 轨 道 变 换

4.静止卫星的观察参数
在地球站的调测、开通和使用过程中,都要知 道地球站天线工作时的方位角Φa和仰角Φe。此

外,为了计算自由空间的传播损耗,还必须知
道地球站与卫星之间的距离——站星距。? 下图示出了静止卫星S与地球站A的几何关系。

【例】“亚太一号”卫星的星下点s′的经 度为φ 2=138.00E(东经),北京地球站的参数 为φ 1=116.45E,?θ1=39.92°,求北京地球站 的仰角、方位角和站星距。? 解 由已知条件得知:θ1=39.92°,经度 差φ =φ 2-φ 1=138.00-116.45=21.55°? 代入公式得仰角?

移动卫星通信系统
移动卫星通信系统是指利用卫星转接移动用户 间或移动用户与固定用户间的相互通信。陆地 移动通信系统并没有覆盖全球的的所有陆地部 分,为了实现全球个人通信的目标,必须借助 卫星通信系统的全球覆盖特点,未来的全球个 人通信系统将是地面陆地移动通信系统、卫星 移动通信系统与地面公共通信网的结合。

1. 卫星移动通信系统的分类
(1)按业务划分:海事卫星移动通信系统;航空卫
星移动通信系统;陆地卫星移动通信系统。

(2)按轨道进行划分:
静止轨道卫星移动通信系统 赤道上空35800km附近, 卫星绕地球公转与地球自转的周期和方向相同; 中轨道卫星移动通信系统 距地面10000km~15000km; 低轨道卫星移动通信系统 距地面1000km左右。

(3)按覆盖区域划分:国际卫星移动通信系统、
区域卫星移动通信系统和国内卫星移动通信系统。

2.卫星移动通信系统的结构
卫星移动通信系统通常包括空间段和地 面段两部分。空间段是指卫星星座,而 地面段是指包括卫星测控中心、网络操 作中心、关口站和卫星移动终端在内的 地面设备。

卫星移动通信系统各组成部分功能 卫星星座:为地面设备间的通信完成转接或处 理功能; 网络操作中心:管理卫星移动通信业务,如路 由表的更新、计费、各链路和节点工作状态的 监视等; 卫星测控中心:负责卫星星座的管理,即卫星 轨道修正、卫星工作状态的故障诊断等; 关口站:一方面负责为卫星移动通信系统与地 面固定网、地面移动通信网提供接口,实现彼 此间的互通;另一方面,负责卫星移动终端的 接入控制工作,保证通信的正常运行。

卫星移动通信系统的使用频段 卫星通信的电波需要穿过地球上空的对 流层和电离层。一般来说,低频电波会 收到电离层的吸收而衰减,另一方面, 10GHz以上的电波易被大气吸收,由于云、 雾、特别是降雨会引起电波的显著衰减。 频率低于100MHz时宇宙噪声将随频率的 降低而迅速增加,所以,卫星通信最低 频率应高于100MHz。

卫星移动通信技术基础
卫星移动通信系统是一个复杂的通信系统,其 中除涉及电波传播问题外,还涉及到调制解调 技术、编码技术、多址技术、信道分配技术以 及信号处理技术等。

卫星移动通信系统的电波传播 在卫星移动通信中,通信卫星位于外层空间, 其无线电传播环境相当特殊,它既兼备卫星固 定业务通信的特点,又具有移动通信的特点, 不但传输损耗大,而且还受到多径效应、多普 勒效应等方面的影响。

1.无线电波传输的链路种类
不同种类的无线电波收发终端构成不同种类的无线传 播链路;不同种类的无线链路所使用的频率和传输环 境各不相同。 无线传输链路主要包括: (1)卫星移动通信终端与卫星间的链路——移动链路 (用户链路)。 (2)地面固定设施与非GEO卫星间的链路——馈线链路。 (3)地面固定设施与GEO卫星间的链路。 (4)卫星之间的链路——星际(间)链路。

2. 克服多普勒效应的技术措施 ? (1)在进行系统设计时,应尽量选用低一些的工 作频率。? (2) 采用差分调制,并且在解调过程中不应采 取相干检测方式。? (3) 采用具有校正多普勒效应的调制解调器。

编码技术
卫星移动通信系统中所使用的编码技术包括信 源编码和信道编码两类。?

一、 信源编码的概念? 所谓信源编码是指首先将话音、图像等模拟信 号转换成为数字信号,然后再根据传输信息的 性质,采用适当的编码方法,实现话音或图像 信号的频带压缩传输,这样可以降低系统的传 输速率,提高通信系统效率。

1. 卫星移动通信对语音编码的要求
尽量使用速率低的编码以提高频率利用率; 在一定编码速率下,尽可能提高话音质量; 应对编解码耗时进行严格控制,要求限制在几 十毫秒之内; 由于信号传输环境恶劣,要求信源编码的算法 本身具有较好的抗误码性能; 不同的压缩编码方式所采用的基本算法不同, 程序实现的复杂程度也不相同,应选用复杂程 度适中的算法和程序,便于电路的集成化。

2. 信源编码方式
波形编码:直接将时域信号变为数字代码的一 种编码方式。例如:PCM,△M 等。 参数编码:以发音机制模型作为基础,用一套 模拟信号声带频谱特性的滤波器参数和若干声 源参数来描述这个模型,并将其变换为数字代 码的一种编码方式。 混和编码:吸取波形编码和参数编码的优点, 使编码数字语音中既包括语音特征参量,又包 括部分波形编码信息。

二、 信道编码的概念
信道编码是指在数据发送之前,在信息码中每 隔一定的比特增加一些冗余比特以此来作为监 测码元或检验码元,这样当出现误码时,可供 接收端进行纠错或检出信息,以克服传输中由 于干扰衰落、噪声等因素造成的影响。

1. 差错控制方式
差错控制技术可分为三大类:前向差错控制(FEC)、 检错重发(ARQ)以及使用FEC和ARQ技术的混合方式 (HEC)。 FEC:在检测端检测到所接收到的信息出现误码信息下, 可按一定的算法,自动确定发生误码的位置,并自动 予以纠正。 ARQ:在接收端检测到接收信息出现差错之后,通过 反馈信道要求发送端对发生差错的信息进行重发,直 到接收端得到正确信息为止。 HEC:当接收端检测到所接收的信息存在差错时,只对 其中少量的错误自动进行纠错,而超过纠正能力的差 错仍通过反向信道发回信息要求重发此分组。

调制与解调技术

一个通信系统的质量在很大程度上取决 于系统中所采用的调制方式。不同的调 制方式,信号特征与信道特性相匹配的 程度不同,因此调制方式的选择是由系 统的信道特性决定的。不同类型的信道 特性应采用不同类型的调制方式。

卫星移动通信系统对调制方式的要求
在卫星移动通信系统中,要求数字调制具有如下特点: ? (1)要求调制后的波形具有等幅包络结构,故此一般不 主张采用数字调幅技术。? (2)选择尽可能少地占用射频频带,而又能高效利用有 限频带资源,抗衰落和干扰性能强的调制技术。? (3)为减少相邻通道之间干扰所采用的调制信号的旁瓣 应较小。 ? 多数厂家的卫星移动通信系统多采用QPSK调制方式。 DQPSK调制解调器具有多普勒频移校正功能。

中、低轨卫星移动通信系统
GEO卫星轨道高,链路损耗大,不利于卫星与手持机直 接通信。中、低轨道卫星移动通信系统能一定程度上弥 补这些缺点。 中、低轨道卫星高度低,卫星运行速度快,多普勒频移 的影响更严重。 在中、低轨卫星移动通信系统中,卫星星座是由按一定 规律排列的、多颗对地非静止的卫星构成,它们围绕地 球以圆形或椭圆形轨道高速运动,轨道的高度与地球周 围的环境有关。

卫星轨道高度的选择
距离地球1500km~5000km和13000km~20000km有两个 强辐射带,对电器器件的破坏力大,卫星轨道应避开 此区域。 中、低轨道卫星的轨道范围:? 低轨(LEO)卫星移动系统:~1000km~;? 中轨(MEO)卫星通信系统:5000~15000km;? 同步轨道(GEO)卫星通信系统:35786.6km;? 高椭圆轨道(HEO)卫星通信系统:远地点>40000km

中、低轨道移动通信系统的结构

与GEO卫星移动通信系统的结构基本相同, 中、低轨道移动通信系统也是由空间段 和地面段两部分构成。空间段主要指卫 星星座,是由相对于地球高速运动的非 静止卫星希组成,地面段包含卫星移动 终端、关口站和系统控制中心。

中、低轨道移动通信系统的卫星星座

中、低轨道卫星高度较低,速度更快, 要保持卫星对 一个地区的覆盖,需多颗 卫星按一定排列规律组成卫星星座。 中、低轨卫星移动通信系统多采用多波 束覆盖方式,存在星间切换的同时,也 存在波束之间的切换。 系统设备复杂程度高;系统容量大。

中低轨卫星移动通信系统的切换

中、低轨卫星移动通信系统中,地面卫 星终端不同时刻是由卫星星座中的不同 卫星为其提供服务的,对于已经建立起 来的通信链路来说,有可能使其链路终 端;要求在中断原有卫星服务信道的同 时,在新的卫星中重新分配信道以保证 此呼叫链路的连续性,该过程称为切换。

切换的种类
卫星移动终端与卫星星座之间的切换 关口站与卫星星座间的切换 系统控制中心与卫星星座的切换 卫星移动终端与关口站的切换 各卫星之间的切换

卫星通信的发展趋势
同步通信卫星向大容量、多波束、智能化发展 低轨道卫星群与蜂窝技术结合,实现全球个人通 信 小型卫星通信地面站(VSAT)广泛应用 电视直播(DVB)和数字广播(DAB)步入家庭 多媒体通信和因特网接入 微小卫星和纳卫星

大型同步通信卫星的发展

铱星系统
铱系统(Iridium)是美国摩托罗拉公司 (Motorola)于1987年提出的低轨全球个人卫星 移动通信系统,它与现有通信网结合,可实现 全球数字化个人通信。该系统原设计为77颗小 型卫星,分别围绕7个极地圆轨道运行,因卫 星数与铱原子的电子数相同而得名。后来改为 66颗卫星围绕6个极地圆轨道运行,但仍用原名 称。极地圆轨道高度约780km,每个轨道平面 分布11颗在轨运行卫星及1颗备用卫星,每颗卫 星约重700kg 。计划投资50亿美元,实际投资57 亿美元。

铱星系统组成
空间段: 低轨卫星数:66+6(备用); 轨道高度:733-785km; 圆形轨道平面:6; 每轨道平面卫星数: 11+1(备 用); 轨道平面倾角:86.4°; 轨道周期:100min28sec; 卫星重量:700kg; 卫星寿命:7-9年; 卫 星 供 应 商 : 美 国 Lockheed - Martin公司。 地面段: 系统控制中心(SCS):一主 一备; 关口站 ( Gateway ): 全球共 有15个,在中国建1个(北 京); 地面段设备供应商:美国 Motorola公司。 用户段: 手持:双模、单模; 用户终端供应商:美国 Motorola公司,日本京瓷公 司

铱星系统的市场定位
铱系统市场主要定位于商务旅行者、海 事用户、航空用户、紧急援助、边远地 区。铱系统设计的漫游方案除了解决卫 星网与地面蜂窝网的漫游外,还解决地 面蜂窝网间的跨协议漫游,这是铱系统 有别于其它卫星移动通信系统的又一特 点。铱系统除了提供话音业务外,还提 供传真、数据、定位、寻呼等业务。

铱星系统的卫星发射
铱系统卫星由美国、俄罗斯、中国的火箭 发射。自 1997年5月5日美国Delta 2火箭首发 成功以来,至1998年5月,已经全部成功发 射完毕72颗卫星,其中有5颗星有问题,但 在轨运行所需的66颗星已毫无问题。中国长 征二号丙进行了三次共6颗星的发射 。

铱星=流星?
1. 1998年11月1日开通运营,2000年3月17日因无 法承受沉重的债务负担而宣告破产。 2.有功之臣:99年台湾大地震中,普通手机中 断,是铱系统及时向外界传递了灾情,我国赴 南极科考过程中也得益于铱星手机的相助。 3.弗吉尼亚的LLC公司于2000年12月花费2500万 美元购得全套铱星系统,并于2001年3月30日重 新提供服务,可运行到2010年。

铱星“陨落”的原因
-技术专家无视经济规律

一、铱星电话在建筑物内无法接收信号 二、语音质量和传输速率不理想,速率仅为2.4bps 三、铱星公司最初对未来市场的分析、预测与实际 情况相去甚远,又始终未能顺应形势进行变通; 四、技术先进却不完美,加大了风险 ; 五、铱星手机价格及话费是参照成本制定的,没有 考虑用户的接受程度 ;且过于笨重,使用不方便; 六、忽视了市场的培育期,对用户的增长速度过于 乐观。

其他低轨道卫星移动系统
全球星:8个轨道,48颗卫星,2000年投 入使用; 白羊(Aries)系统,48颗卫星; 柯斯卡(coscon)系统:4个轨道,32颗 卫星; 卫星通信网络(Teledesic)系统:21个轨 道,最初为840颗卫星,后改为288颗,最 近又改为120颗

全球星星座

小型卫星通信地面站

卫星通信在中国的意义

中国通信卫星的发展
我国于1970年4月24日成功发射了东方红一号卫星( DFH-1) 1976年我国参加了国际卫星通信组织,并租用 IS-V 卫星进行各种卫星通 信业务。 1984年4月8日,我国成功地发射了实验性的静止轨道卫星,定名为 STW-1, 定点于125°E (东经)。 1986年2月1日,我国发射了实用的静止轨道卫星,定名为东方红二号 ( DFH-2), 定点于103°E。 1988年3月7日,我国又发射了东方红二号甲-1( DFH-2A-1),定点于 87.5°E。同年12月22日,再发射了东方红二号甲-2( DFH-2A-2)卫星, 定点于110.5°E。1990年2月4日我国发射了东方红甲-3号( DFH-2A-3), 定点于98°E。 1997年5月12日,我国发射了东方红三号( DFH-3)卫星,定点于125°E。

2010年共发射15颗卫星(总数年度第一),2010年底在轨卫星67枚。

东方红一号

东方红二号甲

东方红三号

我国广播电视卫星情况

我国近期卫星计划

北斗卫星的发展步骤

北斗卫星的发展步骤

北斗卫星的发展步骤

北斗卫星导航系统的最新进展
已于2010年用北斗导航卫星接替了北斗导航试 验卫星 至今已发射8颗北斗导航卫星 系统将于2011年10月完成全面测试,具备向我 国大部分地区提供初始服务的条件

全球四大卫星定位系统
美国的全球卫星导航定位系统GPS 俄罗斯的格罗纳斯GLONASS系统 中国的北斗卫星导航系统 欧洲在建的“伽利略”系统

广播电视直播卫星
所谓广播电视直播卫星,就是电视信号 可以直接传送到户,而不必再经电视台 转送。此前,鑫诺2号原本有望成为中国 首颗直播卫星,它是代表了中国民用通 信卫星最高水平的东方红4号平台的首发 星,由中国航天科技集团制造,但鑫诺2 号在2006年10月的发射出现技术故障,最 终报废成为太空垃圾。

中星九号广播电视直播卫星
北京时间2008年 六月九日晚八时 十五分,中国在 西昌用“长征三 号乙”运载火箭, 将“中星九号” 直播卫星发射升 空。这是中国 “长征”系列运 载火箭第一百零 七次发射。

中星九号
“中星九号”卫星,是中国卫星通信集团公司于2005年4 月向法国泰雷兹阿莱尼亚宇航公司订购的一颗广播电视 直播卫星。价值1亿欧元。设计寿命15年。于2008年5月5 日运抵西昌卫星发射中心。 “中星9号”将采取不加密方式传输节目,居民只要安装 卫星地面接收设施就可收看。中国将进入直播卫星时代。 “中星9号” 主要针对偏远的、看不到电视、听不到广 播的农村地区,而对于其在城市是否免费目前还不好说。 “中星9号”,除了替代2006年10月发射失败的“鑫诺2 号”执行直播卫星的职责外,由于其超大的功率和带宽 可以在紧急的时刻承担起拍摄高清卫星照片的责任。

直播卫星
“中星9号”装载22个Ku频段转发器,采用广播电 视直播卫星业务专用频段,将定点于东经92.2度 轨道位置,卫星波束覆盖中国全部国土。它与计 划于2009年发射的“鑫诺4号”直播卫星一起, 将构建中国第一代广播电视卫星直播空间段系统, 具有150至200套标准清晰度和高清晰度电视节目 的传输能力。 直播卫星与以往的转播卫星相比具有更强的功率, 以往在地面接收卫视节目,都需要直径在3-5米的 ‘大锅’和其它地面接收设备,而对于通过直播 卫星传送的卫视节目,电视观众则可以使用直径 在0.45-0.6米的‘小锅’就可以直接接收。

直播卫星公司的“七星计划”
2007年12月25日,中国卫通集团和中国航天科技 集团公司各占50%股份的直播卫星公司正式揭牌, 其总资产达70亿元,是中国境内唯一一家经营卫 星资源的卫星运营商。 目前拥有中卫1号、鑫诺1号、鑫诺3号、中星6B 、 “中星9号”(于08年6月9日发射成功)、 “鑫 诺6号”(2010年9月5日在西昌卫星发射中心发射 成功)等6颗在轨卫星。再加上 “鑫诺4号”(原 计划08年底发射,至今未发射)即所谓的“7星 计划”。

首次卫星相撞
2009年2月10日美国东部时间11.55分,美 国铱星公司的“铱33”(97年发射)通信 卫星与俄罗斯已报废的“宇宙2251”(93 年发射)军用通信卫星在距地面790公里 处相撞。


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