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1、第第1章卫星通信原理章卫星通信原理现在学习的是第1页，共52页第第1章章 卫星通信原理卫星通信原理现在学习的是第2页，共52页本章主要内容本章主要内容l无线电波；无线电波；l开普勒定律开普勒定律；l对地静止轨道对地静止轨道；l卫星通信系统卫星通信系统；l卫星电视接收卫星电视接收；现在学习的是第3页，共52页卫星业务的开始卫星业务的开始v自从1957年前苏联发射第一颗人造地球卫星以来，人造卫星即被广泛应用于通信，广播，电视等领域。1965年第一颗商用国际通信卫星被送入大西洋上空同步轨道，开始了利用静止卫星的商业通信。现在学习的是第4页，共52页卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成卫星卫星空中中继
2、站的作用，即把地球站发上来的电磁波放大后再返送回另一地球站地球站地球站卫星系统与地面公众网的接口，地面用户通过地球站出入卫星系统形成链路现在学习的是第5页，共52页卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成-卫星卫星卫星卫星现在学习的是第6页，共52页卫星通信系统的组成卫星通信系统的组成-地球站地球站地球站地球站现在学习的是第7页，共52页卫星通信的主要优点卫星通信的主要优点（）通信范围大，只要卫星发射的波束覆盖的范围均可进行通信。（）不易受陆地灾害影响。（）建设速度快。（）易于实现广播和多址通信。（）电路和话务量可灵活调整。（）同一信道可用于不同方向和不同区域。现在学习的是第8页，共52页卫星通信
3、的主要缺点卫星通信的主要缺点（）由于两地球站向电磁波传播距离有72000KM，信号到达有延迟。（）10GHZ以上频带受降雨雪的影响。（）天线受太阳噪声的影响。现在学习的是第9页，共52页卫星业务的频率分配（区域）卫星业务的频率分配（区域）区域1：欧洲、非洲、前苏联和蒙古区域2：南北美洲和格陵兰岛区域3：亚洲（除区域1中的地区之外）、澳大利亚和西南太平洋现在学习的是第10页，共52页卫星业务的频率分配（业务）卫星业务的频率分配（业务）卫星固定业务（FSS）卫星广播业务（BSS）卫星移动业务卫星导航业务卫星气象业务 现在学习的是第11页，共52页电磁波电磁波现在学习的是第12页，共52页卫星常用频
4、段卫星常用频段频段频段频率范围（频率范围（GHz）VHF0.10.3UHF0.31.0L1.02.0S2.04.0C4.08.0X8.012.0现在学习的是第13页，共52页卫星常用频段卫星常用频段Ku12.018.0K18.027.0Ka27.040.0V40.075W75110mm110300mm 3003000现在学习的是第14页，共52页ITU ITU 频率表示法频率表示法表示符号表示符号频率范围频率范围米制划分米制划分VLF330kHz万米波万米波LF30300kHz千米波千米波MF3003000kHz百米波百米波HF330MHz十米波十米波VHF30300MHz米波米波UHF300
5、3000MHz分米波分米波SHF330GHz厘米波厘米波EHF30300GHz毫米波毫米波3003000GHz丝米波丝米波c=现在学习的是第15页，共52页地球大气层的分层地球大气层的分层90100200300400500600近似高度（km）自由空间电离层对流层地球表面冰晶层降雨现在学习的是第16页，共52页卫星通信系统中的传输损耗卫星通信系统中的传输损耗传输损耗传输损耗物理原因物理原因主要影响对象主要影响对象衰减和太空噪声的增加衰减和太空噪声的增加大气层中的大气、云、雨大气层中的大气、云、雨大约大约10GHz10GHz以上的频率以上的频率信号去极化信号去极化降雨、冰晶降雨、冰晶C C和和K
6、uKu频段的双极化系统（与系统频段的双极化系统（与系统配置有关）配置有关）折射、大气层的多径折射、大气层的多径大气层中的大气大气层中的大气低仰角时的通信和跟踪低仰角时的通信和跟踪信号闪烁信号闪烁对流层和电离层的折射率起伏对流层和电离层的折射率起伏对流层：对流层：10GHz10GHz以上的频率和低仰以上的频率和低仰角；角；电离层：电离层：10GHz10GHz以下的频率以下的频率反射多径、阻挡反射多径、阻挡地表面、地球表面上的物体地表面、地球表面上的物体卫星移动业务卫星移动业务传播时延、变化传播时延、变化对流层、电离层对流层、电离层精确定时和定位系统，时分复用多精确定时和定位系统，时分复用多址接入
7、（址接入（TDMATDMA）系统）系统系统间干扰系统间干扰风管、散射、衍射风管、散射、衍射目前主要是目前主要是C C频段；降雨散射可能频段；降雨散射可能会影响更高频率会影响更高频率现在学习的是第17页，共52页开普勒第一定律开普勒第一定律卫星运行路线椭圆质心始终在其中一个焦点上现在学习的是第18页，共52页开普勒第二定律开普勒第二定律相同时间扫过相同面积离地球越远，穿越给定距离所需时间越长现在学习的是第19页，共52页开普勒第三定律开普勒第三定律轨道周期的平方正比于两个球体之间平均距离的立方a=/n 现在学习的是第20页，共52页嫦娥一号飞行示意图嫦娥一号飞行示意图现在学习的是第21页，共52
8、页卫星相关术语卫星相关术语l远地点离地球最远的点。l近地点离地球最近的点。l拱线穿过地球中心连接远地点和近地点的连线。l升交点轨道从南向北穿过赤道面的点。l降交点轨道从北向南穿过赤道面的点。l交点线穿过地球中心连接升交点和降交点的连线。l倾角轨道面和地球赤道面之间的夹角。l星下点地球上处于卫星垂直下方的点。l近地点幅角在地球中心处卫星轨道面内卫星运动方向上测得的从升交点到近地点的角度。l平均近点角卫星相对于近地点的角位置的平均值。现在学习的是第22页，共52页卫星轨道要素卫星轨道要素长半轴偏心率平均近点角近地点幅角倾角升交点的右旋升交点赤经现在学习的是第23页，共52页卫星按轨道分类（高度）卫
9、星按轨道分类（高度）低高度卫星：H5000km，T4h；中高度卫星：5000kmH20000km，4hT20000km，T12h。现在学习的是第24页，共52页卫星按轨道分类（倾角）卫星按轨道分类（倾角）赤道轨道卫星：i=0 ；极轨道卫星：i=90；倾斜轨道卫星：0 i 90。现在学习的是第25页，共52页卫星按轨道分类（周期）卫星按轨道分类（周期）同步卫星：T24h；准同步卫星：T24/N or 24N h；非同步卫星：T24 or 24/N or 24N h。现在学习的是第26页，共52页对地静止轨道对地静止轨道（）卫星必须以与地球旋转相同的速度向东运动；（）轨道必须是圆形的；（）轨道的倾
10、角必须为零度。现在学习的是第27页，共52页对地静止轨道对地静止轨道高度：hGSO=aGSO-aE=42164 6378=35786注：这个值经常取为36000km。现在学习的是第28页，共52页天线视角天线视角概念：天线直接指向卫星所需要的方位角和仰角。参数：三种参数确定地球站到对地静止轨道的视角。（1）地球站的纬度（2）地球站的经度（3）星下点的经度（或称为卫星经度）现在学习的是第29页，共52页全球卫星分布图全球卫星分布图现在学习的是第30页，共52页卫星的地球日蚀卫星的地球日蚀在春分点和秋分点前后，当太阳穿越赤道时，在一段时间内卫星进入地球的阴影区。日蚀从二分点（春分点或秋分点）之前2
11、3天开始，在二分点之后23天结束。持续时间开始约10分钟，逐渐增加到最大值约72分钟，然后逐渐减少为约10分钟。在日蚀期间，太阳能电池不能工作，卫星的工作必须要由电池供给。现在学习的是第31页，共52页卫星的日凌中断卫星的日凌中断在春分点和秋分点前后，当卫星处于地球和太阳之间，即太阳处于地球站天线的波束内，太阳就像一个极大的噪声源，完全淹没了卫星的信号。日凌从二分点（春分点或秋分点）之前6天开始，在二分点之后6天结束。持续时间与地球站的纬度有关，一般最大中断时间约10分钟。现在学习的是第32页，共52页卫星通信系统卫星通信系统收发地球站收发地球站现在学习的是第33页，共52页卫星通信网络的结构
12、卫星通信网络的结构星形网格形现在学习的是第34页，共52页卫星通信体制卫星通信体制1）基带信号形式模拟/数字、信源编码、信源调制、单路/多路、FDM/TDM、预加重、加密、差错控制等；2）中频（或射频）调制制度FM、PSK等；3）多址联接方式FDMA、TDMA、SDMA、CDMA等；4）通道分配与交换制度预分配（PA）、按需分配（DA）、随机分配（RA）、星上交换制度等。现在学习的是第35页，共52页双向卫星通信系统双向卫星通信系统现在学习的是第36页，共52页1、卫星转发器 卫星转发器,是这样的设备，接收地面发射站发来的14GHz或6GHz的微弱的上行电视信号，经频率变换（一次变频、二次变频
13、）为不同的下行频率12GHz或4GHz，再由技术处理放大到一定功率向地球发射，由卫星接收设备接收。每一路音视频和数据通道都是由一个卫星转发器进行接收处理然后再传输，每一个转发器所处理的信号都有一个中心频率及一个特定的带宽，目前卫星转发器主要使用L、S、C、Ku和Ka频段。卫星通信系统组成（一）卫星通信系统组成（一）现在学习的是第37页，共52页2、水平极化、垂直极化 极化通常是指与电波传播方向垂直的平面内，瞬时电场矢量的方向。在极化波中，以地平线为准，当极化方向与地面平行时，称为水平极化。当极化方向与地面垂直时，称为垂直极化。线极化：水平极化、垂直极化圆极化：左旋极化、右旋极化卫星通信系统组成
14、（二）卫星通信系统组成（二）现在学习的是第38页，共52页3、卫星天线 卫星天线的作用是收集由卫星传来的微弱信号，并尽可能去除杂讯。大多数天线通常是抛物面状的，也有一些多焦点天线是由球面和抛物面组合而成。卫星信号通过抛物面天线的反射后集中到它的焦点处。卫星天线的类型 l中心聚集天线l卡塞格伦天线：卡塞格伦天线亦称后馈式天线l偏馈天线：偏馈天线实际上是一个中心聚焦天线的一部分其焦点就是原中心聚焦天线的焦点。卫星通信系统组成（三）卫星通信系统组成（三）现在学习的是第39页，共52页天线举例天线举例卫星通信系统组成（三）卫星通信系统组成（三）现在学习的是第40页，共52页口径天线口径天线口径天线口径
15、天线波导末端的开口面可以看成是一个简单的口径天线，它能够辐射由波导承载的高频电磁能量，同时也能够接收入射到波导口径处的电磁波能量。常见的口径天线：喇叭天线、反射面天线。卫星通信系统组成（三）卫星通信系统组成（三）现在学习的是第41页，共52页喇叭天线喇叭天线喇叭天线喇叭天线作用：将波导口径平滑过渡到更大口径的天线，这样可以更有效地向空间辐射功率。例：卫星上的辐射体、标量馈源卫星通信系统组成（三）卫星通信系统组成（三）现在学习的是第42页，共52页抛物面天线抛物面天线抛物面天线抛物面天线正焦馈源偏焦馈源卫星通信系统组成（三）卫星通信系统组成（三）现在学习的是第43页，共52页双反射面天线双反射面
16、天线双反射面天线双反射面天线卡塞格伦天线格里高利天线卫星通信系统组成（三）卫星通信系统组成（三）现在学习的是第44页，共52页卫星通信系统组成（三）卫星通信系统组成（三）现在学习的是第45页，共52页4、馈源 馈源的主要功能是将天线收集的信号聚集送给高频头（LNB），馈源在接收系统中的作用是非常重要的。馈源的种类 l锥形馈源 l环形馈源 l圆锥馈源 l梯状馈源 卫星通信系统组成（四）卫星通信系统组成（四）现在学习的是第46页，共52页5、LNB高频头 高频头（Low Noise Block）即下行解频器，其功能是将由馈源传送的卫星经过放大和下变频，把Ku或C波段信号变成L波段，经同轴电缆传送给
17、卫星接收机。l单本振、双本振l单极化、双极化l单输出、双输出LO（本振频率）：5150MHz（C-Band）、11300MHz（Ku-Band）卫星通信系统组成（五）卫星通信系统组成（五）现在学习的是第47页，共52页卫星通信系统组成（五）卫星通信系统组成（五）现在学习的是第48页，共52页卫星电视接收卫星电视接收卫星电视接收参数l下行频率：12395MHzl符号率：27500l极化方向：垂直极化问题：若本振固定为问题：若本振固定为5150，能否接收上述，能否接收上述Ku波段节目？波段节目？现在学习的是第49页，共52页中星9号卫星技术参数中星9号信号模式：ABS.S中星9号属于中国直播卫星公
18、司中星9号参数：东经92.2度中星9号发射由长城工业总公司负责中星9号节目将包括国内各省卫星台+中央台节目中星9号星：由阿莱尼亚公司造转发器454MHz+1836MHz工作频率发射17.317.8 GHz接收11.712.2 GHzEIRP（峰值）49.257.5 dBWG/T（全国波束）全国大部 0.0 dB/K东部地区 5.0 dB/K（区域波束）：波束覆盖区 5 dB/K信标频率12199（左旋）11701（右旋）中星中星9 9号（一）号（一）现在学习的是第50页，共52页中星中星9 9号（二）号（二）现在学习的是第51页，共52页下行频率下行频率极化极化符号率符号率FEC频道名称频道名
19、称视频方式视频方式V-PIDA-PID卫星波束卫星波束来源来源/日期日期11840左旋圆极化左旋圆极化28800北京北京/河北河北/山东山东/辽宁辽宁/吉林吉林/山西山西/陕陕西西/河南河南/新疆新疆/内蒙古卫视等内蒙古卫视等10套套中国波束中国波束11880左旋圆极化左旋圆极化28800江苏江苏/上海上海/广东广东/广西广西/云南云南/浙江浙江/四四川川/贵州卫视等贵州卫视等10套套中国波束中国波束11920左旋圆极化左旋圆极化28800西藏西藏/陕西陕西/CETV教育教育/CCTV综合综合/经济经济/国际国际/军事军事/农业农业/英语频道等英语频道等10套套中国波束中国波束11960左旋圆极化左旋圆极化28800直播付费业务直播付费业务中国波束中国波束中星9号参考接收参数中星中星9 9号（三）号（三）现在学习的是第52页，共52页