《卫星通信系统》PPT课件.ppt

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1、第七章第七章卫星通信系统卫星通信系统 教学重点教学重点1掌握卫星通信系统的组成和各组成部分的作用。掌握卫星通信系统的组成和各组成部分的作用。2理解通信卫星、地面站的组成和工作原理。理解通信卫星、地面站的组成和工作原理。3理解地面站的多址接入方式。理解地面站的多址接入方式。4了解卫星通信的工作频段。了解卫星通信的工作频段。5了了解解VSAT卫卫星星通通信信系系统统的的特特点点，低低轨轨道道移移动动卫卫星星通通信系统的组成和特点。信系统的组成和特点。掌握卫星通信系统的组成和各组成部分的作用。掌握卫星通信系统的组成和各组成部分的作用。序号序号 内内 容容学时学时1 7.1概述概述 12 7.2通信卫

2、星的组成通信卫星的组成 13 7.3卫星地面站的组成卫星地面站的组成14 7.4卫星通信应用举例卫星通信应用举例 15 习题和小结习题和小结 6 本章总学时本章总学时 4学时分配学时分配教学难点教学难点第七章卫星通信系统第七章卫星通信系统 7.17.1概述概述7.2 7.2 通信卫星的组成通信卫星的组成 7.3 7.3 卫星地面站的组成卫星地面站的组成7.4 7.4 卫星通信应用举例卫星通信应用举例 本章小结本章小结 7.17.1概述概述一、卫星通信系统的组成一、卫星通信系统的组成 二、卫星通信的工作频率和特点二、卫星通信的工作频率和特点 三、卫星通信的多址连接方式三、卫星通信的多址连接方式

3、卫卫星星通通信信是是无无线线通通信信的的一一种种，与与平平常常无无线线通通信信的的不不同同之之处是中继器位于地球上空的处是中继器位于地球上空的人造卫星人造卫星上。上。卫星通信的设想：卫星通信的设想：一、卫星通信系统的组成一、卫星通信系统的组成 1945年年，英英国国人人克克拉拉克克曾曾设设想想：如如果果发发射射三三颗颗同同步步轨轨道道卫卫星星到到地地球球的的赤赤道道上上空空，卫卫星星和和地地球球中中心心连连线线的的间间隔隔角角度度为为120度度，离离地地球球表表面面的的高高度度为为35800km，卫卫星星天天线线的的波波束束宽宽度度为为17度度，如如图图7.1所所示示，这这样样就就可可构构成成

4、全全球球性性的的卫卫星星通通信信网网。这种设想今天已成现实。这种设想今天已成现实。图图 7.1 利用同步卫星建立全球通信（长度单位利用同步卫星建立全球通信（长度单位Km）同同步步卫卫星星是是指指卫卫星星绕绕地地球球转转动动一一周周的的时时间间等等于于地地球球自自转转的周期，因而从地表面上看起来好象卫星停在高空不动。的周期，因而从地表面上看起来好象卫星停在高空不动。发发射射到到空空间间的的同同步步通通信信卫卫星星装装有有微微波波频频段段的的中中继继器器，它它能能把把地地面面站站发发来来的的电电波波加加以以放放大大，然然后后再再转转发发回回地地面面，从从而而完成了通信过程。完成了通信过程。卫卫星星

5、通通信信系系统统由由地地面面站站和和通通信信卫卫星星组组成成，如如图图7.2所所示示，从从地地面面站站发发出出的的电电波波在在通通信信卫卫星星上上进进行行中中继继，用用其其它它的的地地面面站站接接收收，从从地地球球站站到到卫卫星星的的传传输输线线路路称称之之为为上上行行，从从卫卫星星到到地球站的线路称为地球站的线路称为下行下行。图图 7.2 卫星卫星通信通信系统系统的组的组成和成和工作工作过程过程 1地球站地球站 地地球球站站可可以以有有多多个个，为为了了进进行行双双向向通通信信，每每个个地地球球站站均均有有接接收收和和发发射射设设备备，图图7.2中中画画出出了了A、B两两个个地地面面站站。由

6、由于于收收、发发设设备备共共用用一一副副天天线线，所所以以采采用用了了双双工工器器以以便便把把收收、发发信号分开。信号分开。转转发发器器就就是是安安装装在在卫卫星星上上的的收收发发设设备备，用用来来接接收收从从各各地地球站发来的信号，经频率变换和放大后，再发给各地球站。球站发来的信号，经频率变换和放大后，再发给各地球站。2 2转发器转发器 转发器由天线、收发设备和双工器组成。转发器由天线、收发设备和双工器组成。3 3卫星通信系统的工作过程卫星通信系统的工作过程 如如果果位位于于A处处的的用用户户要要与与B处处的的用用户户通通话话，那那么么A处处用用户户的的电电话话信信号号经经过过市市内内电电话

7、话线线路路到到达达地地球球站站A。地地球球站站A的的多多路路复复用用设设备备对对此此电电话话信信号号进进行行复复用用，成成为为多多路路电电话话信信号号即即基基带带信信号号。然然后后送送入入调调制制器器，用用70MHz或或其其它它频频率率的的载载波波进进行行调调制制，成成为为中中频频已已调调波波信信号号。接接着着，再再送送入入上上变变频频器器，变变换换成成频频率率为为f1的的微微波波信信号号，例例如如6GHz。最最后后送送入入微微波波大大功率放大器放大，并通过双工器由天线发射出去。功率放大器放大，并通过双工器由天线发射出去。从从地地球球站站A发发射射到到卫卫星星转转发发器器频频率率为为f1的的信

8、信号号，经经过过大大气气层层和和宇宇宙宙空空间间组组成成的的上上行行线线路路到到达达卫卫星星转转发发器器。卫卫星星转转发发器器中中的的接接收收设设备备先先把把f1频频率率的的微微波波信信号号变变换换成成频频率率较较低低的的中中频频信信号号，放放大大后后再再变变换换成成频频率率为为f2的的下下行行微微波波信信号号，例例如如4GHz。然然后后经经发发射射设设备备的的输输出出功功率率放放大大器器放放大大，再再经经天天线线发射到地球站。发射到地球站。地地球球站站高高增增益益天天线线接接收收到到f2微微波波信信号号经经双双工工器器，低低噪噪声声放放大大器器放放大大，下下变变频频器器变变频频成成中中频频信

9、信号号，再再送送到到解解调调器器恢恢复复成成基基带带信信号号。然然后后经经多多路路分分解解设设备备分分路路，经经地地面面上上的的微微波波中中继线路和市内通信线路，接通继线路和市内通信线路，接通B处用户。处用户。二、卫星通信的工作频率和特点二、卫星通信的工作频率和特点 卫卫星星通通信信的的工工作作频频率率被被分分配配在在300MHz到到300GHz的的超超高高频频和和极极高高频频波波段段范范围围内内。这这个个范范围围又又分分成成许许多多较较小小的的频频段段，如表如表7.1所示。所示。1卫星通信的工作频率卫星通信的工作频率 频段频段 范围（范围（GHz）频段频段 范围（范围（GHz）L 12Ku1

10、2.518S 24K1826.5C 48Ka26.540X 812.5毫米波毫米波40300 当当工工作作频频率率低低于于1GHz时时，宇宇宙宙噪噪声声会会迅迅速速增增加加。因因此此，卫卫星星通通信信频频率率一一般般采采用用称称为为“电电波波窗窗口口”的的110GHz频频段段，其中最常用的是其中最常用的是C波段波段。卫卫星星通通信信具具有有服服务务地地域域宽宽，通通信信容容量量大大，可可以以进进行行多多址址通通信，信，性能稳定性能稳定可靠抗灾害能力强等优点。可靠抗灾害能力强等优点。2卫星通信的特点卫星通信的特点 卫卫星星通通信信的的不不足足之之处处是是由由于于距距离离遥遥远远，所所以以传传输输

11、延延迟迟时时间间长长。所所以以在在电电视视卫卫星星中中继继时时主主持持人人和和特特派派记记者者等等的的交交谈谈给给人人以不协调的感觉，这都是延迟时间过长造成的影响。以不协调的感觉，这都是延迟时间过长造成的影响。多多址址连连接接方方式式是是指指许许多多个个地地面面站站通通过过共共同同的的通通信信卫卫星星，实实现现覆覆盖盖区区域域内内的的相相互互连连接接，同同时时建建立立各各自自的的信信道道，而而无无需需中间连接。中间连接。多多址址连连接接技技术术与与多多路路复复用用技技术术的的不不同同点点是是：多多址址连连接接技技术术是是多多个个地地面面站站的的射射频频信信号号在在射射频频信信道道中中的的复复用

12、用；多多路路复复用用技技术是一个通信站的多路信号在术是一个通信站的多路信号在中频信道中频信道上的复用。上的复用。三、卫星通信的多址连接方式三、卫星通信的多址连接方式 多多址址连连接接方方式式有有频频分分多多址址(FDMA)、时时分分多多址址(TDMA)、空空分多址分多址(SDMA)和和码分多址码分多址(CDMA)。图图中中各各地地面面站站发发射射的的载载波波频频率率为为fA、fB、fF,图图中中画画出出了了A地地面面站站利利用用fA的的上上行行频频率率，经经过过卫卫星星转转发发器器后后利利用用fF的下行频率和的下行频率和B地面站进行通信的情况。地面站进行通信的情况。频频分分多多址址是是根根据据

13、各各个个地地面面站站发发射射的的信信号号频频率率不不同同，按按照照不不同同的的信信号号频频率率来来区区分分是是哪哪个个地地面面站站发发出出的的信信号号，如如图图所所7.3所示。所示。1频分多址方式（频分多址方式（FDMAFDMA）频频分分多多址址根根据据多多路路复复用用和和调调制制方方式式的的不不同同，分分成成以以下下几种方式：几种方式：图图7.3 频分多地址方式的示意图频分多地址方式的示意图 SCPC方方式式叫叫做做单单路路单单载载波波传传输输，每每路路电电话话单单独独调调制制到到卫卫星星发发射射的的一一个个射射频频载载波波上上去去。这这种种方方式式可可以以利利用用话话音音作作开开关关，称称

14、为为话话音音激激活活。即即有有话话音音时时发发射射载载波波，而而没没有有话话音音时时则则关关闭闭所所用用的的载载波波。从从而而把把转转发发器器的的容容量量提提高高了了2.5倍倍。适适合合通通信信业务量小业务量小的地球站。的地球站。FDM表表示示该该方方式式的的多多路路复复用用部部分分是是按按频频率率划划分分的的，即即频频分分多多路路；FM表表示示调调制制方方式式为为调调频频；FDMA表表示示通通信信卫卫星星和和不不同同地地面面站站的的联联系系是是按按频频率率来来区区分分的的，即即频频分分多多址址连连接接。适适合通信合通信业务量大业务量大的地球站。的地球站。(1)FDM/FM/FDMA(1)FD

15、M/FM/FDMA方式：方式：（2 2）SCPCSCPC方式：方式：频频分分多多址址接接入入方方式式的的优优点点是是建建立立通通信信线线路路方方便便；缺缺点点是是易形成交调干扰。易形成交调干扰。图图7.4是是时时分分多多址址系系统统的的简简化化方方框框图图。为为了了保保证证各各站站信信号号按按指指定定的的时时隙隙进进入入转转发发器器，必必须须规规定定一一个个站站作作为为基基准准站站，基基准准站站周周期期性性地地发发射射脉脉冲冲射射频频信信号号，作作为为系系统统内内其其它它各各站站的的共共同同时间基准时间基准。时时分分多多址址是是指指各各地地球球站站发发射射的的信信号号，在在进进入入转转发发器器

16、时时是是按按时时间间排排列列的的，即即各各站站信信号号所所占占时时间间空空隙隙（简简称称时时隙隙）是是互互不重叠的。不重叠的。2 2时分多址方式（时分多址方式（TDMATDMA）在在时时分分多多址址系系统统中中，所所有有地地球球站站的的信信号号在在卫卫星星转转发发器器中中所所占占时时隙隙之之和和叫叫做做一一帧帧，而而各各地地球球站站所所占占用用的的时时隙隙叫叫做做分分帧帧。通通常常，卫卫星星通通信信系系统统中中的的帧帧长长取取为为125us(相相当当于于抽抽样样频频率率为为8KHZ)或或125us的整倍数的整倍数。图图7.4 时分多址系统的简化方框图时分多址系统的简化方框图 PCM/TDM/P

17、SK/TDMA系系统统是是时时分分多多址址方方式式中中的的一一种种，模模拟拟信信号号经经过过PCM编编码码，再再经经过过时时分分多多路路复复用用(TDM)，调调制制是是采采用用移移相相键键控控调调制制(PSK)，地地面面站站采采用用时时分分多多址址(TDMA)的的接入方式。接入方式。时时分分多多址址接接入入方方式式的的特特点点是是传传输输速速率率较较高高，由由于于不不同同的的地地面面站站接接入入在在信信道道的的不不同同时时隙隙中中，所所以以要要求求各各个个系系统统必必须须有有精确的精确的系统同步、帧同步和位同步系统同步、帧同步和位同步等。等。空空分分多多址址方方式式是是指指在在卫卫星星上上安安

18、装装多多个个天天线线，这这些些天天线线的的波波束束分分别别指指向向地地球球上上不不同同的的区区域域，不不同同区区域域的的地地面面站站所所发发射射的的电电波波在在空空间间不不会会互互相相重重叠叠，即即使使在在同同一一时时间间，不不同同区区域域的的地地面面站站使使用用相相同同的的频频率率工工作作，它它们们之之间间也也不不会会形形成成干干扰扰。空空分分多多址址实实质质上上是是频频率率的的地地域域复复用用，使使同同一一频频率率能能够够被被再再利利用用，从而容纳更多的用户。从而容纳更多的用户。3 3空分多址方式（空分多址方式（SDMASDMA）空空分分多多址址的的特特点点是是要要求求卫卫星星上上天天线线

19、的的方方向向性性相相当当准准确确，由由于于天天线线的的波波束束很很窄窄，卫卫星星的的发发射射功功率率集集中中，从从而而节节省省了了卫卫星的发射功率。星的发射功率。码码分分多多址址方方式式是是按按照照信信号号码码型型的的不不同同来来区区分分不不同同的的地地面面站站。各各地地面面站站发发射射的的频频率率和和时时间间可可以以重重叠叠，但但由由于于编编码码方方式式不不同同，各各地地面面站站的的编编码码信信号号自自相相关关性性强强，互互相相关关性性弱弱。各各地地面站发出的信号只能用与它对应的接收机才能检测出来。面站发出的信号只能用与它对应的接收机才能检测出来。4 4码分多址方式（码分多址方式（CDMAC

20、DMA）码分多址方式的特点是码分多址方式的特点是抗干扰能力强，保密性能好抗干扰能力强，保密性能好。CDMA方方式式的的接接入入方方法法适适用用于于用用户户容容量量比比较较小小的的场场合合，例例如如飞飞机机、舰舰艇艇以以及及其其它它军军事事应应用用中中，利利用用卫卫星星与与其其它它的的地地面站建立通信联系。面站建立通信联系。7.2 7.2 通信卫星的组成通信卫星的组成 一、控制系统一、控制系统 二、天线系统二、天线系统 三、通信系统三、通信系统四、遥测指令系统四、遥测指令系统五、电源系统五、电源系统 六、温控系统六、温控系统 通信卫星是卫星通信系统的核心。通信卫星是卫星通信系统的核心。一、控制系

21、统一、控制系统 控制系统包括控制系统包括位置控制位置控制系统和系统和姿态控制姿态控制两部分。两部分。卫卫星星上上除除了了必必须须具具备备完完成成转转发发任任务务的的通通信信系系统统和和天天线线系系统统外外，还还必必须须有有电电源源和和温温度度控控制制系系统统、控控制制系系统统、遥遥测测指指令令系统系统。如图。如图7.5所示。所示。图图7.5 通信通信卫星卫星各系各系统的统的组成组成方框方框图图 当当静静止止卫卫星星相相对对于于地地球球的的位位置置会会发发生生漂漂移移时时，通通信信就就不不能能正正常常进进行行。这这时时卫卫星星的的遥遥测测装装置置就就发发给给地地球球一一个个信信号号，地地球球通通

22、过过遥遥控控装装置置控控制制启启动动卫卫星星上上的的位位置置控控制制系系统统，使使卫卫星星回回到到原原定定的的位位置置。位位置置控控制制系系统统由由装装在在卫卫星星轴轴向向和和横横向向的的气气体体喷射装置组成。喷射装置组成。1 1位置控制系统位置控制系统 姿姿态态控控制制是是使使卫卫星星对对地地球球或或其其他他基基准准物物保保持持正正确确的的姿姿态态。卫卫星星姿姿态态是是否否正正确确，不不仅仅影影响响卫卫星星上上的的定定向向通通信信天天线线是是否否指指向覆盖区，还会影响太阳能电池表面是否朝向太阳。向覆盖区，还会影响太阳能电池表面是否朝向太阳。2 2姿态控制系统姿态控制系统 二、天线系统二、天线

23、系统 天天线线系系统统是是用用来来完完成成通通信信卫卫星星上上所所有有信信号号的的接接收收和和发发射射任任务务的的。通通信信卫卫星星天天线线系系统统包包括括通通信信天天线线和和遥遥测测指指令令天天线线两两种。它们的作用与地面通信设备中的天线是一样的。种。它们的作用与地面通信设备中的天线是一样的。卫星天线与地面天线不同的特点是：卫星天线与地面天线不同的特点是：2.2.天线材料耐高温和辐射。天线材料耐高温和辐射。3.3.增增益益高高，以以增增加加卫卫星星的的有有效效辐辐射射功功率率，且且天天线线波波束束永永远指向地球。远指向地球。1.1.体体积积小小、重重量量轻轻、馈馈电电容容易易，便便于于在在卫

24、卫星星上上组组装装的的结结构以及可靠性高和寿命长等。构以及可靠性高和寿命长等。三、通信系统三、通信系统 静静止止卫卫星星的的通通信信系系统统又又称称为为通通信信中中继继机机，它它是是由由几几个个信信道道转转发发器器互互相相连连接接而而组组成成，转转发发器器的的作作用用是是把把接接收收到到的的微微弱弱信信号号放放大大之之后后重重新新发发射射（转转发发）。转转发发器器的的上上、下下行行频频率率数数值值不不相相同同，以以便便减减小小上上、下下行行线线路路之之间间的的干干扰扰，所所以以转转发发器器内要进行内要进行频率变换频率变换。图图7.6是卫星转发器的简化方框图。是卫星转发器的简化方框图。图图7.6

25、 卫星转发器的简化方框图卫星转发器的简化方框图 从从天天线线来来的的6GHz信信号号依依次次经经过过前前置置放放大大器器、混混频频器器、滤滤波波器器和和放放大大器器，然然后后经经可可控控衰衰减减器器，又又通通过过滤滤波波器器后后送送到到由由56级晶体管组成的放大器，最后输出送往天线。级晶体管组成的放大器，最后输出送往天线。信号处理过程：信号处理过程：四、遥测指令系统四、遥测指令系统 遥测指令系统包括遥测和遥控指令系统两部分。遥测指令系统包括遥测和遥控指令系统两部分。遥遥测测部部分分的的作作用用是是指指在在地地球球上上测测试试卫卫星星上上各各种种设设备备的的工工作作情情况况。卫卫星星向向地地球球

26、传传送送的的信信号号主主要要有有表表示示有有关关部部分分的的电电流流、电电压压、温温度度等等工工作作状状态态的的信信号号，来来自自各各传传感感器器的的信信息，指令证实信号以及作控制用的气体压力等等。息，指令证实信号以及作控制用的气体压力等等。1 1遥测部分遥测部分 遥遥测测的的各各种种数数据据，都都要要随随时时通通过过遥遥测测系系统统送送往往地地面面监监测测中中心心。这这些些数数据据传传送送的的方方法法与与通通信信过过程程相相似似，即即先先通通过过多路复用、放大和编码等处理后再进行调制。多路复用、放大和编码等处理后再进行调制。对对卫卫星星进进行行姿姿态态和和位位置置控控制制所所用用的的喷喷射射

27、推推进进装装置置的的点点火火；行行波波管管高高压压电电源源的的开开、关关；发发生生故故障障的的部部件件与与备备用用部部件件的的转转换换，以以及及地地球球对对卫卫星星内内部部各各种种设设备备的的控控制制等等等等，都都是是由由遥遥控控指令系统指令系统来完成的。来完成的。2 2遥控指令系统遥控指令系统 指指令令信信号号由由地地球球的的控控制制站站发发出出，在在卫卫星星转转发发器器内内被被分分离离出出来来，经经检检波波、解解码码后后送送至至控控制制设设备备，控控制制各各种种执执行行机机构构实实施指令。施指令。五、电源系统五、电源系统 通信卫星用的电源有通信卫星用的电源有太阳能电池太阳能电池和和化学电池

28、化学电池。太太阳阳能能电电池池是是通通信信卫卫星星的的基基本本电电源源，由由光光电电器器件件组组成成。从从太太阳阳能能电电池池直直接接输输出出的的电电压压是是不不稳稳定定的的，必必须须经经电电压压调调整整后才能供给负载。后才能供给负载。在在通通信信卫卫星星上上装装有有可可以以充充、放放电电的的化化学学电电池池与与太太阳阳能能电电池池并并用用。在在没没有有日日蚀蚀期期间间，由由太太阳阳能能电电池池给给化化学学电电池池充充电电。在日蚀期间，则由化学电池供电。在日蚀期间，则由化学电池供电。1 1太阳能电池太阳能电池 2化学电池化学电池六、温控系统六、温控系统 卫卫星星受受到到太太阳阳能能辐辐射射时时

29、和和环环绕绕地地球球转转到到背背向向太太阳阳一一面面时时的的温温度度差差别别很很大大，而而且且变变化化频频繁繁，同同时时卫卫星星内内因因行行波波管管功功率率放放大大器器及及电电源源系系统统等等产产生生热热而而升升温温。而而星星内内的的电电子子设设备备如如本本振振等等，必必须须温温度度稳稳定定，否否则则影影响响通通信信质质量量。所所以以，卫卫星星内必须装有温度控制系统。内必须装有温度控制系统。7.3 7.3 卫星地面站的组成卫星地面站的组成 一、天线馈电系统一、天线馈电系统 二、地面站发射系统的组成二、地面站发射系统的组成 三、地面站接收系统的组成三、地面站接收系统的组成 地地面面站站是是卫卫星

30、星通通信信系系统统的的重重要要组组成成部部分分。它它的的作作用用有有两两个个，一一是是向向卫卫星星发发射射信信号号；二二是是接接收收经经卫卫星星转转发发的的，来来自自其其它地面站的信号。它地面站的信号。按按照照安安装装方方式式及及规规模模不不同同，地地面面站站可可分分为为固固定定站站、移移动动站站和和可可拆拆卸卸站站。按按照照用用途途不不同同，地地面面站站又又可可按按使使用用不不同同的的天天线直径，分为线直径，分为30m站、站、10m站、站、5m站、站、3m站、站、1m站等。站等。一一个个标标准准的的地地面面站站如如图图7.7所所示示，由由天天线线系系统统、发发射射系系统统、接接收收系系统统、

31、通通信信控控制制系系统统、终终端端系系统统和和电电源源系系统统等等六六部部分分组组成。成。图图7.7 地面站系统的总体组成方框图地面站系统的总体组成方框图 信号流程：信号流程：1.1.市市内内的的电电话话和和电电视视信信号号经经微微波波线线路路或或电电缆缆送送到到地地面面站站的终端接口设备。的终端接口设备。2.2.发发送送系系统统将将来来自自终终端端的的基基带带信信号号（多多路路复复用用信信号号）进进行高频调制且放大到足够的功率后送至天线；行高频调制且放大到足够的功率后送至天线；3.3.从从天天线线上上接接收收到到的的卫卫星星转转发发来来的的信信号号通通过过馈馈电电设设备备分分给给接接收收系系

32、统统，完完成成解解调调、放放大大和和滤滤除除干干扰扰的的任任务务，输输出出基基带带复用信号至终端系统。复用信号至终端系统。4.4.终终端端系系统统将将各各路路电电话话信信号号、电电视视信信号号以以及及数数据据等等分分离离，再分别送至用户。再分别送至用户。一、天线馈电系统一、天线馈电系统 地地面面站站的的天天线线馈馈电电系系统统是是决决定定地地面面站站容容量量和和通通信信质质量量的的关键设备之一。关键设备之一。天线系统的建设费用约占整个地面站的天线系统的建设费用约占整个地面站的三分之一三分之一。在在馈馈电电系系统统中中，应应该该尽尽量量使使接接收收和和发发射射信信号号很很好好地地分分离离，以便收

33、发共用一部天线。以便收发共用一部天线。对对天天线线系系统统的的主主要要技技术术要要求求是是高高增增益益、低低噪噪声声、频频带带宽宽，以及，以及方向性要好方向性要好。天天线线馈馈电电系系统统由由天天线线、馈馈电电和和天天线线方方向向跟跟踪踪控控制制二二部部分组成。分组成。1天线天线 地地球球站站的的天天线线大大多多采采用用抛抛物物面面天天线线，这这种种天天线线的的原原理理如如图图7.8所所示示。它它由由初初级级辐辐射射器器、副副反反射射器器和和主主反反射射器器组组成成。副副反反射射器器是是双双曲曲面面形形的的，主主反反射射器器是是抛抛物物面面形形的的。初初级级辐辐射射器器的等效辐射中心与副反身器

34、的共轭焦点的等效辐射中心与副反身器的共轭焦点O2重合。重合。电电磁磁波波从从初初级级辐辐射射器器辐辐射射出出来来，先先照照射射到到副副反反射射器器上上，副副反反射射器器把把电电磁磁波波反反射射到到主主反反射射器器上上，主主反反射射器器把把电电磁磁波波变变成成平平行行波波束束发发射射，从从而而提提高高了了波波束束的的方方向向性性。接接收收时时，电电磁磁波的路径与上述过程相反。波的路径与上述过程相反。工作原理：工作原理：图图7.8 抛物面天线抛物面天线2馈电和天线方向跟踪控制馈电和天线方向跟踪控制 馈馈电电设设备备接接在在天天线线与与发发射射机机和和接接收收机机之之间间。它它的的作作用用的的把把发

35、发射射机机输输出出的的射射频频信信号号馈馈送送给给天天线线，同同时时将将天天线线接接收收到到的的电电磁磁波波送送给给接接收收机机，即即起起着着传传输输能能量量和和分分离离收收、发发电电波波的的作作用。用。馈馈电电部部分分由由馈馈源源喇喇叭叭（即即一一次次幅幅射射器器）、波波导导元元件件（包包括括定定向向耦耦合合器器、极极化化变变换换器器和和极极化化分分离离器器）和和馈馈线线组组成成，如如图图7.97.9所示。馈电设备的损耗必须足够小。所示。馈电设备的损耗必须足够小。图图7.9 馈线系统的组成方框图馈线系统的组成方框图 从从发发射射机机来来的的线线极极化化波波通通过过极极化化变变换换器器，变变成

36、成（例例如如右右旋旋园园）极极化化波波送送到到天天线线发发射射出出去去。接接收收时时，天天线线收收到到的的则则应应与与发发射射时时极极化化方方向向不不同同的的波波（例例如如左左旋旋圆圆极极化化波波），仍通过极化变换器，变成线极化波再送入接收机。仍通过极化变换器，变成线极化波再送入接收机。工作原理：工作原理：图图中中的的极极化化分分离离器器即即双双工工器器，是是分分开开发发射射波波和和接接收收波波用用的的。图图中中的的跟跟踪踪信信号号和和跟跟踪踪信信号号是是为为操操纵纵天天线线自自动动跟跟踪踪卫卫星星所所需需要要的的。为为了了使使天天线线能能转转动动，系系统统装装有有方方位位、俯俯仰转动装置。仰

37、转动装置。二、地面站发射系统的组成二、地面站发射系统的组成 地面站大功率发射系统的组成如图地面站大功率发射系统的组成如图7.10所示。所示。从从模模拟拟电电话话信信号号和和电电视视终终端端设设备备来来的的多多路路电电话话、电电视视或或数数据据基基带带信信号号，以以及及外外加加的的导导频频信信号号，经经过过基基带带转转换换后后都都加加到到调调制制器器上上。对对模模拟拟信信号号一一般般通通过过宽宽带带调调频频器器变变成成70MHZ的的FM信信号号；对对数数字字信信号号一一般般经经过过PSK调调制制器器变变成成70MHZ的的PSK信信号号。紧紧接接着着在在中中频频放放大大器器和和中中频频滤滤波波器器

38、中中对对它它们们进进行行放放大大并并滤滤除除干干扰扰，然然后后在在上上变变频频器器中中变变换换成成微微波波频段的射频信号（在频分多址方式中）。频段的射频信号（在频分多址方式中）。工作原理：工作原理：图图7.10 地面站大功率发射系统的组成地面站大功率发射系统的组成 三、地面站接收系统的组成三、地面站接收系统的组成 地面站高灵敏接收系统组成方框图如图地面站高灵敏接收系统组成方框图如图7.11所示。所示。卫卫星星地地面面站站接接收收系系统统的的作作用用是是从从噪噪声声中中接接收收来来自自卫卫星星转转发发器器的的微微弱弱信信号号。由由于于卫卫星星转转发发下下来来的的信信号号，经经远远距距离离传传输输

39、后后，衰衰减减相相当当大大。所所以以地地面面站站接接收收系系统统的的灵灵敏敏度度必必须须很高。很高。工作原理：工作原理：由由地地面面站站接接收收天天线线接接收收来来自自卫卫星星转转发发器器的的微微弱弱信信号号，经经过过馈馈电电设设备备，加加到到低低噪噪声声放放大大器器进进行行放放大大。因因为为信信号号微微弱，所以要求低噪声放大器要有一定的增益和低噪声温度。弱，所以要求低噪声放大器要有一定的增益和低噪声温度。图图7.11 地面站高灵敏接收系统组成方框图地面站高灵敏接收系统组成方框图 下下变变频频器器把把接接收收载载波波变变成成中中频频信信号号。经经过过中中频频放放大大和和滤滤波波后后，加加到到解

40、解调调器器。对对于于PSK数数字字信信号号，一一般般采采用用相相干干解解调调器器。从从低低噪噪声声放放大大器器输输出出的的信信号号，在在传传输输放放大大器器中中进进一一步步放放大大后后，经经过过椭椭圆圆波波导导传传输输给给接接收收系系统统下下变变频频器器（也也叫叫混混频频器器）。多级晶体管放大器用来补偿波导传输损耗。多级晶体管放大器用来补偿波导传输损耗。解解调调后后的的基基带带信信号号，送送到到基基带带转转换换装装置置中中，同同时时取取出出导导频信号和基带信号。频信号和基带信号。7.4 7.4 卫星通信应用举例卫星通信应用举例 一、小天线地面站的一、小天线地面站的VSATVSAT系统系统 二、

41、低轨道卫星移动通信系统二、低轨道卫星移动通信系统 一、小天线地面站的一、小天线地面站的VSATVSAT系统系统 VSAT是是“小小天天线线地地球球站站卫卫星星通通信信系系统统”的的英英文文缩缩写写。它它是是由由天天线线尺尺寸寸小小于于2.4m、设设备备紧紧凑凑，全全固固态态化化、功功率率小小、价价格格低低廉廉的的卫卫星星用用户户小小站站和和一一个个枢枢纽纽站站组组成成的的通通信信网网，主主要要用用来进行来进行2Mbit/s以下低速率的双向数字通信。以下低速率的双向数字通信。VSAT系系统统中中的的用用户户小小站站对对环环境境条条件件要要求求不不高高，不不需需要要设设在在远远郊郊，可可以以直直接

42、接安安装装在在用用户户屋屋顶顶，不不必必汇汇接接中中转转，可可由由用用户户直直接接控控制制电电路路，安安装装组组网网方方便便灵灵活活。因因此此VSAT系系统统非非常迅速地发展起来。常迅速地发展起来。VSAT系系统统采采用用时时分分多多址址方方式式，系系统统中中的的各各个个小小型型地地面面站站，可可以以随随机机地地发发射射时时分分多多址址载载波波，通通过过卫卫星星进进入入枢枢纽纽站。调制方式大多采用站。调制方式大多采用QPSK方式。方式。VSAT系系统统工工作作在在14/11GHz的的Ku频频段段以以及及C频频段段。系系统统中中综综合合了了分分组组信信息息传传输输与与交交换换、多多址址协协议议、

43、频频谱谱扩扩展展等等多多种种先先进进技技术术，可可以以进进行行数数据据、语语言言、视视频频图图像像、传传真真、计计算算机机信信息息等等多多种种信信息息的的传传输输。从从而而构构成成卫卫星星电电视视接接收收，卫星数据接收等专门类型的通信。卫星数据接收等专门类型的通信。二、低轨道卫星移动通信系统二、低轨道卫星移动通信系统 全全球球个个人人通通信信是是指指任任何何人人、在在任任何何地地点点、任任何何时时间间都都能能利利用用手手持持式式通通信信终终端端，与与在在任任何何地地方方的的另另一一个个人人进进行行通通信信。实实现现全全球球个个人人通通信信的的一一个个方方案案就就是是利利用用低低轨轨道道卫卫星星

44、移移动动通通信系统信系统。美美国国摩摩托托罗罗拉拉公公司司在在1991年年提提出出用用77颗颗卫卫星星，覆覆盖盖全全球球的的移移动动电电话话系系统统。由由于于铱铱原原子子外外围围包包含含77个个电电子子，所所以以这个系统叫做这个系统叫做“铱系统铱系统”。因因为为这这种种系系统统中中的的卫卫星星离离地地球球表表面面高高度度较较低低，约约为为765km，所以叫做，所以叫做低轨道卫星低轨道卫星。这这77颗颗卫卫星星分分成成7个个组组，每每组组11颗颗，分分布布围围绕绕在在地地球球上上空空、经经度度上上距距离离相相等等的的7个个平平面面内内的的低低轨轨道道上上，从从而而使使卫卫星星天天线线的的波波束束

45、覆覆盖盖全全球球表表面面。这这样样在在地地球球表表面面上上任任何何地地点点、任任何何时时间间，总总有有一一颗颗卫卫星星在在视视线线范范围围内内，以以此此来来实实现现全全球球个个人人通信。通信。低低轨轨道道卫卫星星不不是是地地球球的的同同步步卫卫星星，低低轨轨道道卫卫星星绕绕地地球球运运转转一一周周的的时时间间约约为为1h40min。因因此此，卫卫星星天天线线波波束束所所形形成成的的地地面面覆覆盖盖小小区区，在在地地球球表表面面上上是是飞飞速速地地移移动动的的，一一个个用用户户能能看见每颗卫星的时间为看见每颗卫星的时间为9min。当当小小区区经经过过移移动动电电话话用用户户时时，也也存存在在“越

46、越区区切切换换”的的问问题题，这这点点与与地地面面蜂蜂窝窝式式移移动动电电话话系系统统相相似似。与与地地面面蜂蜂窝窝式式移移动动电电话话系系统统不不同同的的是是：在在地地面面蜂蜂窝窝式式移移动动电电话话系系统统中中是是移移动动电电话话用用户户移移动动通通过过小小区区，而而在在低低轨轨道道卫卫星星移移动动通通信信系系统统中中，则是小区移动通过用户。则是小区移动通过用户。在在低低轨轨道道卫卫星星移移动动通通信信网网内内，分分配配给给低低轨轨道道卫卫星星使使用用的的频频率率范范围围分分为为L和和K两两个个频频带带。其其中中，L频频带带是是卫卫星星直直接接与与移移动动电电话话用用户户设设备备进进行行连

47、连接接的的频频段段，具具体体采采用用的的频频率率为为1.61.7GHz。由由于于这这个个频频率率是是电电波波窗窗口口范范围围中中最最低低的的，所所以以传传播播损损耗耗较较小小。而而K频频带带则则用用于于卫卫星星之之间间直直接接连连接接的的通通路路工工作作频频率率，以以及及卫卫星星与与地地球球上上的的出出口口局局、入入口口局局、汇汇接接局局等等之之间间的的连连接接通通路路工工作作频频率率，具具体体的的频频率率范范围围为为1830GHz之之间间的某个频段。的某个频段。L频频带带的的波波束束是是用用相相控控阵阵天天线线发发出出的的，可可以以形形成成48个个互互不不重重叠叠的的点点波波束束，即即在在地

48、地面面上上形形成成48个个覆覆盖盖小小区区。整整个个卫卫星星移移动动通通信信系系统统共共占占用用了了14MHZ的的频频带带宽宽度度，可可以以提提供供283000个个信信道道。可可见见，频频带带的的利利用用率率是是很很高高的的，这这是是因因为为采采用用了了频频率率地域重复使用技术地域重复使用技术的缘故。的缘故。但但是是低低轨轨道道的的卫卫星星移移动动通通信信系系统统由由于于要要发发射射的的卫卫星星数数量量多多，成成本本高高。同同时时手手机机价价格格昂昂贵贵，因因此此它它不不能能代代替替地地面面蜂蜂窝窝移移动动电话系统。电话系统。本章小结本章小结一、卫星通信一、卫星通信 二、卫星通信系统的组成二、

49、卫星通信系统的组成 三、通信卫星三、通信卫星 四、地面站四、地面站 五、五、VSATVSAT系统系统 二、卫星通信系统的组成二、卫星通信系统的组成卫卫星星通通信信是是无无线线电电通通信信的的一一种种方方式式，卫卫星星作作为为无无线线电电通通信信的的中中继继站站，相相当当于于把把天天线线架架到到了了地地球球的的外外层层空空间间。所所以以它它具具有有服服务务地地域域宽宽，容容量量大大，传传输输稳稳定定，但但传传播播时时延延大大的的特特点点，有三颗同步卫星即可组成全球通信。有三颗同步卫星即可组成全球通信。卫卫星星通通信信系系统统主主要要由由地地面面站站和和卫卫星星转转发发器器两两部部分分组组成成。卫

50、卫星星转转发发器器主主要要起起无无线线电电中中继继站站的的作作用用，地地面面站站是是无无线线电电接接收收和和发发射射站站。通通过过地地面面站站多多址址接接入入技技术术可可以以保保证证卫卫星星和和地地面面站通信双方的沟通。站通信双方的沟通。一、卫星通信一、卫星通信三、通信卫星三、通信卫星 通通信信卫卫星星起起无无线线电电中中继继站站的的作作用用，除除了了用用以以通通信信的的发发射射和和接接收收部部分分外外，还还应应包包含含电电源源部部分分、控控制制部部分分、遥遥测测指指令令部部分和温度控制部分。以确保通信卫星准确可靠安全地工作。分和温度控制部分。以确保通信卫星准确可靠安全地工作。地地面面站站连连