【正文】 第 2章 衛(wèi)星通信 第 2章 衛(wèi)星通信 衛(wèi)星通信概述 通信衛(wèi)星 衛(wèi)星通信概述 衛(wèi)星通信的概念 1． 衛(wèi)星通信的定義 衛(wèi)星通信是指利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站轉(zhuǎn)發(fā)無線電信號(hào)，在兩個(gè)或多個(gè)地球站之間進(jìn)行的通信，如圖。 圖 衛(wèi)星通信示意圖 圖 球表面區(qū)域內(nèi)的各種地球站 ， 都可以通過衛(wèi)星中繼轉(zhuǎn)發(fā)信號(hào)來進(jìn)行通信 。 因此可以說 ， 衛(wèi)星通信是地面微波中繼通信的發(fā)展 ， 是微波中繼通信的一種特殊方式 。 1979年世界無線電行政會(huì)議 （ WARC） 規(guī)定 宇宙無線電通信有三種基本形式 ： （ 1） 宇宙站與地球站之間的通信； （ 2） 宇宙站之間的通信； （ 3） 通過宇宙站的轉(zhuǎn)發(fā)或反射而進(jìn)行的地球站之間的通信 。 衛(wèi)星通信屬于宇宙無線電通信中的第三種方式 。這里，宇宙無線電通信是指以宇宙飛行體或通信轉(zhuǎn)發(fā)體為對(duì)象的無線電通信。宇宙站是指設(shè)在地球的大氣層以外的宇宙飛行體或其他行星、月球等天體上的通信站。 地球站是指設(shè)在地球表面的通信站，包括陸地上、水面上、大氣低層中移動(dòng)的或固定的地球站。 2． 地球衛(wèi)星的軌道 地球衛(wèi)星的軌道有 圓形 和 橢圓形 兩種形狀，地心處在圓形軌道的圓心位置或橢圓軌道的一個(gè)焦點(diǎn)上。如果設(shè)衛(wèi)星的軌道平面與地球的赤道平面之間的夾角為 i，則 當(dāng) i =0176。 時(shí)，地球衛(wèi)星的軌道叫做 赤道軌道 ，如圖。 圖 衛(wèi)星軌道 當(dāng) i =90176。 時(shí) ， 衛(wèi)星的軌道為 極軌道 。 當(dāng) i為0176。 ～ 90176。 之間時(shí) ， 衛(wèi)星的軌道叫做 傾斜軌道 。 如果衛(wèi)星的軌道是圓形的 ， 而且軌道平面與地球赤道平面重合 ， 即 i=0176。 時(shí) ， 衛(wèi)星離地球表面的高度為， 衛(wèi)星的飛行方向又與地球的自轉(zhuǎn)方向相同 。 這時(shí) ， 衛(wèi)星繞地球一周的時(shí)間恰好為 24h，如果從地球表面任何一點(diǎn)看衛(wèi)星 ， 衛(wèi)星都是 “ 靜止 ”不動(dòng)的 。 這種相對(duì)地球表面靜止的衛(wèi)星稱為 靜止衛(wèi)星 或 同步衛(wèi)星 ， 利用這種衛(wèi)星來進(jìn)行通信的系統(tǒng)稱為 靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng) 。 3． 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的分類 衛(wèi)星通信系統(tǒng)按不同的角度分 ， 可以分成以下幾類： （ 1） 按衛(wèi)星運(yùn)動(dòng)方式分 ???統(tǒng)低軌道移動(dòng)衛(wèi)星通信系靜止衛(wèi)星通信系統(tǒng) 國際衛(wèi)星通信系統(tǒng) （ 2）按通信覆蓋區(qū)域分 國內(nèi)衛(wèi)星通信系統(tǒng) 區(qū)域衛(wèi)星通信系統(tǒng) （ 3） 按用戶分 ???專用衛(wèi)星通信系統(tǒng)公用衛(wèi)星通信系統(tǒng) 固定地球站衛(wèi)星通信系統(tǒng) （ 4）按通信業(yè)務(wù)分 移動(dòng)地球站衛(wèi)星通信系統(tǒng) 廣播業(yè)務(wù)衛(wèi)星通信系統(tǒng) 科學(xué)實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星通信系統(tǒng) （氣象、軍事等） 頻分多址衛(wèi)星通信系統(tǒng) 時(shí)分多址衛(wèi)星通信系統(tǒng) （ 5）按多址方式分 空分多址衛(wèi)星通信系統(tǒng) 碼分多址衛(wèi)星通信系統(tǒng) 混合多址衛(wèi)星通信系統(tǒng) （ 6） 按基帶信號(hào)分 ???數(shù)字衛(wèi)星通信系統(tǒng)模擬衛(wèi)星通信系統(tǒng) 4． 衛(wèi)星通信的發(fā)展與應(yīng)用 利用人造地球衛(wèi)星進(jìn)行通信的設(shè)想是 20世紀(jì) 40年代中期提出的 ， 歷經(jīng)了 20年的探索 、 試驗(yàn)后 ， 終于在 20世紀(jì) 60年代中期投入實(shí)用 ， 并在應(yīng)用與發(fā)展上取得了舉世矚目的偉大成就 。 今天 ， 衛(wèi)星通信已成為人們普遍使用的重要通信手段 ， 并且它以信道穩(wěn)定可靠 、 通信覆蓋面積大 、 有多址通信能力 、 建設(shè)方便 、組網(wǎng)靈活 、 見效快等優(yōu)勢 ， 深受廣大用戶青睞 。 （ 1） 20世紀(jì) 40年代提出構(gòu)想及探索 1945年 10月 ， 英國科學(xué)家阿瑟 克拉克發(fā)表文章 ， 提出利用同步衛(wèi)星進(jìn)行全球無線電通信的科學(xué)設(shè)想 。 最初利用月球反射進(jìn)行探索試驗(yàn) ， 證明可以進(jìn)行通信 。 但由于回波信號(hào)太弱 、時(shí)延長 、 提供通信時(shí)間短 、 帶寬窄 、 失真大等缺點(diǎn) ， 因此沒有發(fā)展前途 。 （ 2） 20世紀(jì) 50年代進(jìn)入試驗(yàn)階段 1957年 10月 ， 第一顆人造地球衛(wèi)星上天后 ， 衛(wèi)星通信的試驗(yàn)很快就轉(zhuǎn)入利用人造地球衛(wèi)星試驗(yàn)階段 。 主要試驗(yàn)項(xiàng)目是有源無源衛(wèi)星試驗(yàn)和各種不同軌道衛(wèi)星試驗(yàn) 。 試驗(yàn)證明： ① 無源衛(wèi)星不可取 。 主要缺點(diǎn)是要求地面大功率發(fā)射和高靈敏接收 ， 通信質(zhì)量差 ， 不宜寬帶通信 ， 衛(wèi)星反射體面積要大 ， 且受流星撞擊干擾 ， 衛(wèi)星只能是低軌道等 。 1964年后 ， 無源衛(wèi)星試驗(yàn)宣告終止 。 ② 通過對(duì)各種軌道高度的有源通信衛(wèi)星的試驗(yàn) ， 證明了高軌道特別是同步定點(diǎn)軌道對(duì)于遠(yuǎn)距離 、 大容量 、 高質(zhì)量的通信最有利 。 所以 ， 試驗(yàn)及試用逐步集中到同步定點(diǎn)衛(wèi)星方面 。 （ 3） 20世紀(jì) 60年代中期 ， 衛(wèi)星通信進(jìn)入實(shí)用階段 1965年成立了國際通信衛(wèi)星組織 INTELSAT， 相繼發(fā)射了ISⅠ 、 ISⅡ 、 ISⅢ 通信衛(wèi)星 。 一些國家建立了一批地球站 ， 初步構(gòu)成了國際衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò) ， 開拓了國際衛(wèi)星通信業(yè)務(wù) 。 限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)條件 ， 地球站設(shè)備十分龐大 ， 采用 30m口徑的大型天線 、幾千瓦速調(diào)管發(fā)射機(jī) 、 致冷參量放大器接收機(jī) ， 建設(shè)一座地球站耗資巨大 。 （ 4） 20世紀(jì) 70年代初期 ， 衛(wèi)星通信進(jìn)入國內(nèi)通信階段 1972年加拿大首次發(fā)射了國內(nèi)通信衛(wèi)星 “ ANIK” ， 率先開展了國內(nèi)衛(wèi)星通信業(yè)務(wù) ， 取得了明顯的規(guī)模經(jīng)濟(jì)效益 。 地球站開始采用 21m、 18m、 10m等較小口徑的天線 ， 用幾百瓦級(jí)行波管發(fā)射機(jī) 、 常溫參量放大器接收機(jī) ， 使地球站向小型化邁進(jìn)一大步 ，成本也大為下降 。 （ 5） 20世紀(jì) 80年代 ， VSAT（ Very Small Aperture Terminal） 衛(wèi)星通信系統(tǒng)問世 ， 衛(wèi)星通信進(jìn)入了一個(gè)突破性的發(fā)展階段 。 VSAT是集通信 、 電子 、 計(jì)算機(jī)技術(shù)于一體的 、 固態(tài)化 、 智能化的小型無人值守地球站 。 一般 C頻段VSAT站的天線口徑約 3m， Ku頻段為 、 更小 。 可以把這種小站建在用戶的樓頂上或就近地方直接為用戶服務(wù) 。 VSAT技術(shù)的發(fā)展 ， 為大量專業(yè)衛(wèi)星通信網(wǎng)的發(fā)展創(chuàng)造了條件 ， 開創(chuàng)了衛(wèi)星通信應(yīng)用發(fā)展的新局面 。 展望未來 ， 衛(wèi)星通信的發(fā)展方興未艾 ， 20世紀(jì) 90年代 ， VSAT衛(wèi)星通信更加普及；移動(dòng)衛(wèi)星通信發(fā)展迅速 ， 隨著 21世紀(jì)信息時(shí)代的到來 ， 人們對(duì)信息傳輸?shù)目煽啃?、 有效性及靈活性的要求越來越高 ， 衛(wèi)星通信將以它獨(dú)特的優(yōu)勢具備廣闊的發(fā)展前景 。 圖