第三章：衛(wèi)星通信技術3.1基本概念衛(wèi)星：人造地球衛(wèi)星。衛(wèi)星通信：以衛(wèi)星為中繼站的通信方式。原理：3.2衛(wèi)星通信的特點1、通信范圍大。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。

2、不易受陸地災害的影響（可靠性高）。

3、只要設置地球站電路即可開通（開通電路迅速）。

4、同時可在多處接收，能經濟地實現(xiàn)廣播、多址通信（多址特點）。5、電路設置非常靈活，可隨時分散過于集中的話務量。

6、同一信道可用于不同方向或不同區(qū)間（多址聯(lián)接）。3.3衛(wèi)星通信的發(fā)展第一階段(1945-1964)1945年，A.C克拉克的英國人發(fā)表了一篇論文，《地球外的中繼》。他提出了人類有可能利用人造地球衛(wèi)星來作為地面通信的中繼站。還精確地預言，在1969年前后，人類將登上月球。1957年10月4日，原蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆人造地球衛(wèi)星-SPUTNIK。1960年8月12日，美國發(fā)射了一顆通信實驗氣球衛(wèi)星--“回聲1號”-ECHO-1。由于這顆衛(wèi)星上沒有電源，故稱之為“無源衛(wèi)星”。1962年12月13日美國AT&T發(fā)射的通信衛(wèi)星叫“中繼1號”-TELSTAR-1,能將從地面?zhèn)鱽淼男盘柗糯蠛筠D發(fā)的。這顆衛(wèi)星，在次年11月23日進行美、日兩國間電視轉播試驗時，及時地播放了肯尼迪遇刺的重大新聞，因而給人們留下了極為深刻的印象。第二階段(1965-1973)1965年4月6日世界上第一顆半試驗、半實用的衛(wèi)星“晨鳥號”-EARLYBIRD-1(INTELSAT)的發(fā)射標志著衛(wèi)星通信時代的開始。第三階段(1973-1982)INTELSAT、INMARSAT等為用戶在陸?？罩刑峁┕潭ā⒁苿拥葮I(yè)務。第四階段(1983-1990)數(shù)據(jù)、話音、視頻等業(yè)務。廣播電視、VSAT等。第五階段(1990-)LEO、MEOTCP/IP業(yè)務3.4我國衛(wèi)星通信的現(xiàn)狀與發(fā)展1970年4月24日21時35分在甘肅酒泉東方紅一號衛(wèi)星發(fā)射成功，使中國成為繼蘇、美、法、日之后世界上第五個獨立研制并發(fā)射人造地球衛(wèi)星的國家。東方紅一號衛(wèi)星采用自旋穩(wěn)定方式。電子樂音發(fā)生器是全星的核心部分，它通過20MHz短波發(fā)射系統(tǒng)反復向地面播送“東方紅”樂曲的前八小節(jié)。我國衛(wèi)星通信的現(xiàn)狀1984年4月8日發(fā)射第一顆地球靜止軌道通信衛(wèi)星后，又分別在1986年2月1日，1988年3月7日，1988年12月22日，1990年2月4日發(fā)射了實用通信衛(wèi)星-東方紅二號衛(wèi)星。1990年4月7日，用“長征三號”運載火箭，把“亞洲一號”通信衛(wèi)星送入預定的軌道。中央電視臺在4月7日現(xiàn)場直播發(fā)射盛況，現(xiàn)場實況信息先匯集到位于西昌衛(wèi)星發(fā)射中心的電視臺轉播車上，然后由當?shù)匦l(wèi)星通信站把信號發(fā)射到我國1988年12月發(fā)射的、定點在東經110．5°赤道上空的東方紅二號乙衛(wèi)星上，由這顆衛(wèi)星把信號傳送到北京衛(wèi)星通信地面站，再傳給中央電視臺，經過編導，把信號發(fā)射到我國1988年3月發(fā)射的另一顆、定點在東經87．5°赤道上空的東方紅二號甲上，并向全國播放。這還是中國歷史上的第一次。東方紅二號我國衛(wèi)星通信的現(xiàn)狀我國現(xiàn)階段經營衛(wèi)星轉發(fā)器業(yè)務的公司有：中國通信廣播衛(wèi)星公司、中國鑫諾衛(wèi)星公司、中國東方衛(wèi)星公司以及注冊在香港的中國亞洲衛(wèi)星公司和中國亞太衛(wèi)星公司等五家公司。這五家公司現(xiàn)有10顆靜止通信衛(wèi)星在軌運行，共有370個轉發(fā)器單元，其中C頻段237個，Ku頻段133個。即將發(fā)射的亞星4號，定點在東經122度，具有C頻段轉發(fā)器28個，Ku頻段轉發(fā)器20個，其中含有4個直播廣播衛(wèi)星轉發(fā)器。此外，有關單位還租用了國外系統(tǒng)通信衛(wèi)星轉發(fā)器。據(jù)不完全統(tǒng)計，截止到2002年底，全國批準建立的衛(wèi)星通信網有150多個，其中金融、證券、水利、電力、石油、鐵路、交通、民航、氣象、公安、教育、新聞等部門和企業(yè)集團公司建立的專用通信網80多個。各類雙向地球站1萬多座，單收站4萬多個。我國衛(wèi)星通信的發(fā)展東方紅三號衛(wèi)星是中國新一代通信衛(wèi)星，主要用于電視傳輸、電話、電報、傳真、廣播和數(shù)據(jù)傳輸?shù)葮I(yè)務。衛(wèi)星本體為2.22m×1.72m×2.2m的箱體結構，起飛重量約為2260kg，衛(wèi)星裝有大型可展開太陽電池陣和直徑達2m的通信天線，衛(wèi)星發(fā)射時處于折疊狀態(tài)，入軌后先后展開，這時衛(wèi)星的翼展達18.1m，高度為5.7m。衛(wèi)星工作壽命8年，采用全三軸穩(wěn)定的控制方式。攜帶東方紅三號通信衛(wèi)星的長征三號

衛(wèi)星通信廣播覆蓋全國。衛(wèi)星固定通信業(yè)務至２００６年底，已建設使用的廣播電視上行站３４座，收轉站超過１５００萬個，使用了１０顆衛(wèi)星上的５３個轉發(fā)器，傳輸２４２套電視和１９９套音頻廣播節(jié)目，其中，４顆衛(wèi)星上的６個轉發(fā)器向全球傳送廣播業(yè)務。中國主要人造衛(wèi)星系列返回式遙感衛(wèi)星系列

返回式遙感衛(wèi)星系列包括三種不同類型的近地軌道返回式衛(wèi)星，至今發(fā)射和回收了17顆衛(wèi)星，分別在軌道上運行了3～15天。并基本形成了返回式衛(wèi)星公用平臺。利用返回式衛(wèi)星獲得了大量有價值的衛(wèi)星遙感資料，已經應用于資源調查、地圖測繪、地質調查、鐵路選線和考古研究等方面，取得了豐碩的成果。從1987年第9顆返回式衛(wèi)星開始進行衛(wèi)星搭載科學實驗，已為國內外用戶進行了100多項在微重力和空間環(huán)境條件下的材料、生命科學實驗。利用返回式衛(wèi)星還進行了農作物種子搭載試驗。“東方紅”通信廣播衛(wèi)星系列

“東方紅”通信廣播衛(wèi)星系列包括三種不同類型的靜止軌道通信衛(wèi)星，即“東方紅二號”試驗通信衛(wèi)星、“東方紅二號甲”試驗通信衛(wèi)星和“東方紅三號”通信廣播衛(wèi)星，至今共發(fā)射了10顆。1984年4月“東方紅二號”靜止軌道通信衛(wèi)星成功發(fā)射和定點成功。在此基礎上研制和發(fā)射了4顆“東方紅二號甲”實用通信衛(wèi)星。3顆衛(wèi)星的實際工作壽命均超過5年，為我國通信、廣播、水利、交通、教育等部門提供了各種服務。1997年5月發(fā)射的“東方紅三號”通信廣播衛(wèi)星比“東方紅二號甲”衛(wèi)星有了很大改進，采用三輪穩(wěn)定自控方式，基本形成了“東方紅三號”衛(wèi)星公用平臺，裝有24路C頻段轉發(fā)器，設計工作壽命8年，至今正常工作。“風云”氣象衛(wèi)星系列風云一號系列為我國第一代極軌氣象衛(wèi)星，分為兩個批次，為兩顆試驗衛(wèi)星（風云一號A星、B星）和兩顆業(yè)務衛(wèi)星（風云一號C星、D星）。風云二號為我國第一代靜止氣象衛(wèi)星，原先計劃也為兩個批次，即兩顆試驗衛(wèi)星（風云二號A星、B星）和兩顆業(yè)務衛(wèi)星（風云二號C星、D星）。由于使用情況較好，風云二號業(yè)務衛(wèi)星將增加一個批次，業(yè)務衛(wèi)星批次的衛(wèi)星數(shù)將會增加。風云三號和四號為我國第二代極軌和靜止衛(wèi)星，它們在探測能力上將比第一代有很大提高。每個型號系列衛(wèi)星在發(fā)射前按照01、02、03……編號，發(fā)射成功后，確定編號按A、B、C……執(zhí)行。風云三號衛(wèi)星是中國新一代極軌太陽同步軌道氣象衛(wèi)星。質量為2298.5千克，將采用三軸穩(wěn)定姿態(tài)控制方式。它技術含量高、系統(tǒng)復雜，是國內目前投資最大、功能最強的對地觀測衛(wèi)星。風云三號衛(wèi)星裝載有掃描輻射計、紅外分光計、微波溫度計、微波濕度計、中分辨率光譜成像儀、微波成像儀、紫外臭氧總量探測儀、紫外臭氧垂直探測儀、地球輻射探測儀、太陽輻射監(jiān)測儀和空間環(huán)境監(jiān)測儀等11臺有效載荷。2008年5月27日發(fā)射成功?！皩嵺`”科學探測與技術試驗衛(wèi)星系列“實踐”科學探測與技術試驗衛(wèi)星系列形成時間較長，共包括6顆衛(wèi)星。1971年3月，我國發(fā)射了“實踐一號”科學實驗衛(wèi)星，在太空正常運行8年多，遠遠超過原設計壽命。1981年9月我國用一枚運載火箭同時發(fā)射了三顆“實踐二號”、“實踐二號甲”和“實踐二號乙”科學實驗衛(wèi)星。1994年2月發(fā)射了“實踐四號”衛(wèi)星，獲取了大量空間探測數(shù)據(jù)。1999年5月發(fā)射的“實踐五號”小衛(wèi)星是該系列最新的一顆衛(wèi)星，采用了先進的小衛(wèi)星平臺，主要用于空間環(huán)境輻射探測、單粒子效應實驗、空間流體科學試驗以及衛(wèi)星工程星技術試驗，取得圓滿成功?！百Y源”地球資源衛(wèi)星系列1999年10月，中國-巴西聯(lián)合研制的“資源一號”衛(wèi)星發(fā)射成功，星上裝有5譜段CCD相機、4譜段紅外多光譜掃描儀、2譜段寬視場成像儀等設備，近2年來運行正常，接收到近9萬多景衛(wèi)星圖像資料，廣泛應用于農業(yè)、林業(yè)、水利、礦產、能源、測繪、環(huán)保等眾多部門。2000年9月我國自行研制的“資源二號”衛(wèi)星發(fā)射成功，其分辨率比“資源一號”衛(wèi)星更高。這兩顆“資源”衛(wèi)星的主要技術指標均已達到20世紀90年代初的國際水平，它們的研制和發(fā)射成功標志著我國傳輸型遙感衛(wèi)星研制取得了突破性進展，研制水平又上了一個新臺階。3.5衛(wèi)星通信的基本概念軌道：

赤道軌道（同步、靜止）傾斜軌道極地軌道

LEO（＜1500KM）MEO（8000＜H＜12000KM＞）HEO（H＞

20000KM）3.6靜止通信衛(wèi)星的組成組成：天線分系統(tǒng)：天線類型遙測指令分系統(tǒng)：測量、控制控制分系統(tǒng)：位置、姿態(tài)電源分系統(tǒng)：太陽能電池、蓄電池、核能通信分系統(tǒng)：轉發(fā)器；基帶、中頻、射頻。波束類型：覆球波束、區(qū)域波束、點波束。亞洲3S(105.5°E)C頻段波束參考圖EIRP(dBW)主要指標：EIRP-有效全向輻射功率；G/T值、極化方式。亞洲3S(105.5°E)KU頻段波束參考圖EIRP(dBW)3.7衛(wèi)星通信的主要技術信道復用技術FDMA：TDMACDMA：SDMA：信道分配技術PA：DA：差錯控制技術FECARQFEC+ARQ調制技術PSK：QPSK、BPSK語音編碼技術波形編碼：PCM、ADPCM參量編碼：LPC混合編碼：RPE-LTP、CELP其他技術ALOHA：隨機多址方式DSI：數(shù)字話音內插比特交織：瞬時壓縮編碼：動態(tài)壓擴技術：應用舉例：SCPC-單路單載波ADPCM/QPSK/Viterbi/SCPC/FDMA/DA3.8衛(wèi)星應用系統(tǒng)衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)2000年10月31日和12月21日我國相繼成功發(fā)射第一顆和第二顆導航定位試驗衛(wèi)星，報道稱我國將自行建立第一代衛(wèi)星導航定位系統(tǒng)——“北斗導航系統(tǒng)”。“北斗”由兩個經度上相距60度的地球靜止衛(wèi)星（GEO）對用戶雙向測距,由一個配有電子高程圖的地面中心站定位,另有幾十個分布全國的參考標校站和大量用戶機。它的定位原理是：以兩顆衛(wèi)星的已知坐標為圓心，各以測定的本星至用戶機距離為半徑，形成兩個球面，用戶機必然位于這兩個球面交線的圓弧上，電子高程地圖提供的是一個以地心為球心，以球心至地球表面高度為半徑的非均勻球面，求解圓弧線與地球表面交點即可獲得用戶位置。DVB直播廣播衛(wèi)星2000年世界無線電通信大會上對原衛(wèi)星廣播業(yè)務規(guī)劃進行了修改，對廣播衛(wèi)星軌位和頻率重新進行了規(guī)劃。我國在重新規(guī)劃中得到了四個軌位（東經62度、92.2度、122度和134度）、8個下行波束，96個模擬頻道。香港、澳門特別行政區(qū)一個軌位122°E，一個獨立波束、12個模擬頻道。技術方式：DVB-S，DVB-C（有線電視）、DVB-T（無線廣播）。

一般DVB-S的應用圖示衛(wèi)星移動通信全球衛(wèi)星移動個人通信系統(tǒng)(GMPCS)。提供電話業(yè)務的GMPCS系統(tǒng)主要有銥系統(tǒng)(IRIDIUM)、全球星系統(tǒng)(GLOBALSTAR)、奧德賽系統(tǒng)(ODYSSEY)系統(tǒng)等。銥系統(tǒng)是美國摩托羅拉公司于1987年開始研究并于1990年提出的低軌全球衛(wèi)星移動個人通信系統(tǒng),它與現(xiàn)有通信網結合,可實現(xiàn)全球數(shù)字化個人通信。該系統(tǒng)設計為66顆衛(wèi)星圍繞6個極地圓軌道運行，極地圓軌道高度約765ｋｍ，每個軌道平面分布11顆在軌運行衛(wèi)星及1顆備用衛(wèi)星，每顆衛(wèi)星重386kg．銥系統(tǒng)地面段由系統(tǒng)控制中心和關口站以及各類用戶終端組成，可向全球用戶提供傳統(tǒng)的電話、傳真、尋呼以及基于GSM的補充和承載業(yè)務。

銥系統(tǒng)衛(wèi)星星系共耗資345億美元，若把銥系統(tǒng)有限責任公司運營該系統(tǒng)的費用計算在內，則共需近50億美元，目前已倒閉。另外：全球星（Globalstar）系統(tǒng)，它采用8軌道48顆星，衛(wèi)星高度約1400km；奧德賽（Odessey）系統(tǒng)，采用3軌道12顆星的萊克爾星座，中軌、高度為10000km；白羊（Aries）系統(tǒng)，采用4軌道48顆星的星狀星座，高度約1000km；以及俄羅斯的4軌道32顆星的COSCON系統(tǒng)。氣象衛(wèi)星

“風云”氣象衛(wèi)星系列包括兩類氣象衛(wèi)星，即‘風云一號”太陽同步軌道氣象衛(wèi)星（又稱極軌氣象衛(wèi)星）和“風云二號”地球靜止軌道氣象衛(wèi)星。我國于1988、1990和1999年分別發(fā)射了三顆風云一號系列極軌氣象衛(wèi)星。風云一號應用系統(tǒng)包括三個分別位于北京、廣州和烏魯木齊的氣象衛(wèi)星地面接收站以及一個位于北京的國家衛(wèi)星氣象中心數(shù)據(jù)處理中心（DPC）。前2顆“風云一號”衛(wèi)星裝有5通道的可見光和紅外掃描輻射計，第三顆“風云一號”衛(wèi)星的探測通道數(shù)增加到10個，增加了對云層、陸地和海洋的多光譜探測能力。FY-3系列是我國第二代極軌氣象衛(wèi)星，“風云二號”衛(wèi)星裝有3通道的可見光、紅外和水汽掃描輻射計，具有很強的數(shù)據(jù)收集和轉發(fā)功能。中國是世界氣象衛(wèi)星協(xié)調組織（CGMS）的重要成員國。中國FY-3氣象衛(wèi)星加入世界極軌氣象衛(wèi)星星座。中國氣象衛(wèi)星已成為全球氣象衛(wèi)星網絡中的重要組成部分。寬帶衛(wèi)星通信技術

1.衛(wèi)星ATM

把LEO衛(wèi)星作為ATM節(jié)點，我們便可以在空中建立一個完整的ATM網絡，應用類似于ATM的算法。特別地，在移動衛(wèi)星系統(tǒng)中應用VPC和VCC的概念可以利用ATM尋址和傳輸方案的優(yōu)點，而移動衛(wèi)星網絡接入陸地ATM網絡也變得更為簡便。

2.星上處理（OBP）技術

OBP有很多種形式用于ATM衛(wèi)星通信，其主要目的是為VSAT地球站提供單跳連接?；鶐BP的目的是提高鏈路的性能及有效性，降低費用或增加容量，增加容量已是現(xiàn)階段的發(fā)展趨勢。OBP不但能做到對干擾調零，還可進行動態(tài)波束形成。也可實現(xiàn)天線增益和覆蓋范圍的動態(tài)按需分配，從而對衛(wèi)星的EIRP進行靈活分配。

3.衛(wèi)星IP

基于衛(wèi)星的Internet架構如下圖：

小衛(wèi)星

現(xiàn)代小衛(wèi)星的概念20世紀80年代中期開始，世界航天界開始發(fā)展小衛(wèi)星。劃分大衛(wèi)星、小衛(wèi)星僅以重量來劃分，而隨著小衛(wèi)星的功能的不斷增強，引入“功能密度”的概念。功能密度是指衛(wèi)星每千克重量所能提供的功能。按照功能密度劃分，小衛(wèi)星可劃分簡單小衛(wèi)星和現(xiàn)代小衛(wèi)星兩種。小衛(wèi)星發(fā)射方式靈活，采用成熟、先進的技術，生存能力強、能適應未來的戰(zhàn)術作戰(zhàn)的需