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1、1,衛(wèi)星通信通向無縫覆蓋全球移動通信系統(tǒng)之路,2,課程簡介 課程名稱：衛(wèi)星通信 課程學時：36 周學時：3 課程性質(zhì)：專業(yè)選修 課程目的 本課程是為通信工程、計算機通信、無線電技術(shù)等專業(yè)高年級學生開設的一門專業(yè)課，其目的是使學生掌握衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成、原理和技術(shù)的基礎知識。 課程特點 通信技術(shù)、計算機技術(shù)和航空航天技術(shù)相結(jié)合的通信手段，是一門交叉學科，涵蓋的知識面相當廣泛，從物理學科的開普勒三定律到數(shù)學的幾何運算，從衛(wèi)星的發(fā)射控制技術(shù)到衛(wèi)星與地球站之間的無線通信技術(shù)。 講述衛(wèi)星通信的基礎知識，側(cè)重于基本概念和原理，而對于復雜的數(shù)學推導，則從略。,課程概況,,3,教材和參考書,朱立東等，衛(wèi)星

2、通信導論（第3版），北京：電子工業(yè)出版社，2009年11月第1次印刷（衛(wèi)星通信課程教材） Dennis Roddy. Satellite Communications. The McGraw-Hill Companies, inc., 2002 （清華大學出版社） Timothy Pratt, Charles Bostian and Jeremy Allnutt. Satellite Communications. New York: John Wily and Sons, Inc., 2003 （電子工業(yè)出版社） 張乃通等，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)(第2版），北京：電子工業(yè)出版社，2000 Eric

3、h Lutz, Markus Werner and Axel Jahn. Satellite Systems for Personal and Broad Communications. Berlin: Springer-Verlag, 2000,4,通信：在兩個或多個位置實現(xiàn)信息的傳輸、接 收和處理。 有線通信：光纖、電纜、明線 無線通信：短波/超短波通信、微波中 繼通信、地面移動通信、衛(wèi) 星通信,衛(wèi)星通信,5,1946年，美國科學家用雷達把電波發(fā)射到月球，并第一次接收到它的回波。這證明了攜帶信號的電波可以穿過大氣層，并可以從大氣層以外的星球上反射回地球。此后，人類發(fā)射

4、了用來通信的人造衛(wèi)星，它能夠把地球上發(fā)來的電波信號經(jīng)過放大處理后，再發(fā)回地球，這樣就實現(xiàn)了遠距離國際衛(wèi)星通信。,衛(wèi)星通信起源,6,衛(wèi)星通信的概念 衛(wèi)星通信是指利用通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器實現(xiàn)地球站（或手持終端）之間、或者地球站與航天器之間的無線電通信。 主要包括： 衛(wèi)星固定通信 衛(wèi)星移動通信 衛(wèi)星直接廣播 衛(wèi)星中繼通信 衛(wèi)星通信是個人通信網(wǎng)的組成部分，是地面通信網(wǎng)的補充。,7,8,9,10,,第一章 衛(wèi)星通信系統(tǒng)概述,一、衛(wèi)星軌道 二、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成 三、頻率分配 四、衛(wèi)星通信的特點 五、衛(wèi)星通信的業(yè)務類型 六、衛(wèi)星通信的發(fā)展,11,一、衛(wèi)星軌道,開普勒定律 假設地球是質(zhì)量均勻分布的圓球體，忽略太陽

5、、月球和其它行星的引力作用，衛(wèi)星運動服從開普勒三大定律。,12,開普勒（Johannes Kepler） 國籍: 德國 生卒日期: 1571.12.27 1630.11.15 主要成就: 發(fā)現(xiàn)了行星運動三定律,13,圖1 橢圓軌道的示意圖,開普勒第一定律：衛(wèi)星以地心為一個焦點做橢圓運動。其軌道平面的極坐標為：,14,開普勒第二定律：衛(wèi)星與地心的連線在相同時間內(nèi)掃過的面積相等。,V為衛(wèi)星在軌道上的瞬時速度。其中a為橢圓軌道的半長軸，r為衛(wèi)星到地心的距離。u為開普勒常數(shù)，u值為398601.58*109m3/s2,15,圓軌道衛(wèi)星具有恒定的運動速度,16,開普勒第三定律：衛(wèi)星運轉(zhuǎn)周期的平方與

6、軌道半長軸的3次方成正比。 u為開普勒常數(shù)，u值為398601.58 109m3/s2。,17,1.1 衛(wèi)星軌道,從軌道形狀進行分類 圓軌道： GEO，GSO，MEO，LEO 橢圓軌道 HEO,18,1.1 衛(wèi)星軌道,從軌道高度進行分類 低地球軌道LEO：Low Earth Orbit，700 2000 km 中地球軌道MEO：Medium Earth Orbit，10000 20000 km 同步軌道GSO：GeoSynchronous Orbit，35786 km 靜止軌道GEO：GEostationary Orbit，35786 km 高橢圓軌道HEO：Highly Elliptica

7、l Orbits，最高點可達40000km,19,1.1 衛(wèi)星軌道,典型衛(wèi)星通信系統(tǒng)的軌道高度、衛(wèi)星速度和軌道周期如下表,20,1.1 衛(wèi)星軌道,內(nèi)范倫帶： 15005000 km 外范倫帶: 1300020000km,21,1.1 衛(wèi)星軌道,22,1.1 衛(wèi)星軌道,GEO/GSO的主要優(yōu)勢 對地（球）位置相對固定 幾乎恒定的傳輸延時 廣闊的覆蓋區(qū)域（單星覆蓋面積約占地球表面1/3） GEO/GSO的主要缺點 大的傳輸延時和衰減 仰角隨著緯度的增高而降低（GEO） 不能覆蓋極地地區(qū)（GEO） 軌位資源缺乏 發(fā)射費用高,23,1.1 衛(wèi)星軌道,LEO的主要優(yōu)勢 低傳輸延時和衰減（利于使用手持終端

8、） 靈活的系統(tǒng)設計 （單星）發(fā)射費用低 LEO的主要缺點 對地的快速相對移動，大多普勒頻移 單星覆蓋面積?。ㄒ虼诵枰獛资缴习兕w衛(wèi)星實現(xiàn)全球覆蓋） LEO星座的延時抖動大 LEO星座的管理復雜性高,24,1.1 衛(wèi)星軌道,MEO：GEO和LEO的折中 單星的中等覆蓋面積（需要幾顆到十幾顆衛(wèi)星實現(xiàn)全球覆蓋） 中等的傳輸延時和衰減 中等的對地移動速度（即中等的多普勒頻移） 中等的星座延時抖動 中等的星座管理復雜度,25,1.1 衛(wèi)星軌道,HEO的主要優(yōu)勢 高緯度地區(qū)的仰角大 單星覆蓋范圍大 對地相對運動速度較慢（在服務時間內(nèi)） HEO的主要缺點 傳輸延時和衰減大 穿越范艾倫帶，衛(wèi)星壽命較短 大的多

9、普勒頻移,26,二、 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成,空間段 主要是衛(wèi)星本身。星體包括兩大子系統(tǒng)：星載設備和衛(wèi)星母體。 地面段 典型的地面段即地球站，包括地面衛(wèi)星控制中心（SCC, Satellite control center）及其跟蹤、遙測和指令站（TT一根光纖的潛在帶寬可達20THz。采用這樣的帶寬，只需一秒鐘左右，即可將人類古今中外全部文字資料傳送完畢。目前400Gbit/s系統(tǒng)已經(jīng)投入商業(yè)使用。光纖的損耗極低，在光波長為1.55m附近，石英光纖損耗可低于0.2dB/km，這比目前任何傳輸媒質(zhì)的損耗都低。因此，無中繼傳輸距離可達幾十、甚至上百公里。 (2)信號串擾小、保密性能好; (3)抗電磁干

10、擾、傳輸質(zhì)量佳,電通信不能解決各種電磁干擾問題，唯有光纖通信不受各種電磁干擾。 (4)光纖尺寸小、重量輕,便于敷設和運輸; (5)材料來源豐富,環(huán)境保護好，有利于節(jié)約有色金屬銅。 (6)無輻射,難于竊聽,因為光纖傳輸?shù)墓獠ú荒芘艹龉饫w以外。 (7)光纜適應性強,壽命長。 缺點: (1)質(zhì)地脆，機械強度差。 (2)光纖的切斷和接續(xù)需要一定的工具、設備和技術(shù)。 (3)分路、耦合不靈活。 (4)光纖光纜的彎曲半徑不能過小（20cm） (5)有供電困難問題。,64,衛(wèi)星通信的特點,優(yōu)點: (1)通信范圍大; (2)只要在衛(wèi)星發(fā)射的電波所覆蓋的范圍內(nèi),從任何兩點之間都可進行通信; (3)不易受陸地災害的影響(可靠性高); (4)只要設置地球站電路即可開通(開通電路迅速); (5)同時可在多處接收,能經(jīng)濟地實現(xiàn)廣播、多址通信(多址特點); (6)電路設置非常靈活,可隨時分散過于集中的話務量; (7)同一信道可用于不同方向或不同區(qū)間(多址聯(lián)接)。 缺點: (1)通信資費標準高于常用的電纜通信、微波通信，是其資費標準的十倍乃至幾十倍; (2)在大型建筑內(nèi)或山體等物體遮蓋住設備本身時通信信號無或閃爍不定; (3)在通話過程中有延時現(xiàn)象，導致接續(xù)不暢。,