衛(wèi)星通信技術(shù)(已修改)
2025-01-07 07:30 本頁面
【正文】 第 18章 衛(wèi)星通信技術(shù) ? 衛(wèi)星通信的基本概念 ? 通信衛(wèi)星的種類 ? 衛(wèi)星通信系統(tǒng)分類 ? 衛(wèi)星通信的特點 ? 衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成及工作原理 ? 空分多址（ SDMA） ? 衛(wèi)星通信新技術(shù) 衛(wèi)星通信的基本概念 ? 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 ， 在兩個或多個地面站之間進(jìn)行的通信過程或方式 。 衛(wèi)星通信屬于宇宙無線電通信的一種形式 ， 工作在微波頻段 。 ? 宇宙通信是以宇宙飛行體或通信轉(zhuǎn)發(fā)體作為對象的無線電通信 。 它可分為三種形式： ? （ 1） 地球站與宇宙站間的通信； ? （ 2） 宇宙站之間的通信； ? （ 3） 通過宇宙站的轉(zhuǎn)發(fā)或反射進(jìn)行的地球站之間的通信 。 ? 人們常把第三種形式稱為衛(wèi)星通信 。 宇宙站是指地球大氣層以外的宇宙飛行體 （ 如人造衛(wèi)星和宇宙飛船等 ） 或其它星球上的通信站 。 地球站是指設(shè)在地面 、 海洋或大氣層中的通信站 ， 習(xí)慣上統(tǒng)稱為地面站 。 ? 衛(wèi)星通信是在地面微波中繼通信和空間技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的 。 微波中繼通信是一種 “ 視距 ” 通信 ， 即只有在 “ 看得見 ” 的范圍內(nèi)才能通信 。 而通信衛(wèi)星的作用相當(dāng)于離地面很高的微波中繼站 。 由于作為中繼的衛(wèi)星離地面很高 ， 因此經(jīng)過一次中繼轉(zhuǎn)接之后即可進(jìn)行長距離的通信 。 圖 18― 1是一種簡單的衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖 ， 它是由一顆通信衛(wèi)星和多個地面通信站組成的 。 圖 18―1 衛(wèi)星通信示意圖 ABCDE地球地球?ABR0he衛(wèi)星? 由圖 18― 1可見 ， 離地面高度為he的衛(wèi)星中繼站 ， 看到地面的兩個極端點是 A和 B點 ， 即 S長度將是以衛(wèi)星為中繼站所能達(dá)到的最大通信距離 。 其計算公式為 000( 2 a r c c o s ) ( )oeRS R R k mRh??? ? 式中 ， R0為地球半徑 ， R0 =6378km； θ為 AB所對應(yīng)的圓心角 （ 弧度 ） ； he為通信衛(wèi)星到地面的高度 ， 單位為 km。 上式說明 ， he越高 ， 地面上最大通信距離越大 。 ? （ 1） he =500km時 ， 由公式求得S=4892km； ? （ 2 ） h e = 3 5 8 0 0 km時 ，S=18100km。 ? 由于衛(wèi)星處于外層空間 ， 即在電離層之外 ， 地面上發(fā)射的電磁波必須能穿透電離層才能到達(dá)衛(wèi)星；同樣 ， 從衛(wèi)星到地面上的電磁波也必須穿透電離層 ，而在無線電頻段中只有微波頻段恰好具備這一條件 ， 因此衛(wèi)星通信使用微波頻段 。 ? 目前大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇在下列頻段工作： ? (1) UHF波段 （ 400/200MHz） ； ? (2) L波段 （ ） ； ? (3) C波段 （ ） ； ? (4) X波段 （ ） ； ? (5) K波段 （ ； ；30/20GHz） 。 ? 由于 C波段的頻段較寬 ， 又便于利用成熟的微波中繼通信技術(shù) ， 且天線尺寸也較小 ， 因此 ， 衛(wèi)星通信最常用的是 C波段 。 ? 通信衛(wèi)星的種類 ? 目前 ， 通信衛(wèi)星的種類繁多 ， 按不同的標(biāo)準(zhǔn)有不同的分類 。 下面我們給出幾種常用的衛(wèi)星種類 。 ? (1)按衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)可分為：無源衛(wèi)星和有源衛(wèi)星兩類 。 ? 無源衛(wèi)星是運行在特定軌道上的球形或其它形狀的反射體 ， 沒有任何電子設(shè)備 ， 它是靠其金屬表面對無線電波進(jìn)行反射來完成信號中繼任務(wù)的 。 在 20世紀(jì)50~60年代進(jìn)行衛(wèi)星通信試驗時 ， 曾利用過這種衛(wèi)星 。 ? 目前 ， 幾乎所有的通信衛(wèi)星都是有源衛(wèi)星 ， 一般多采用太陽能電池和化學(xué)能電池作為能源 。 ? 這種衛(wèi)星裝有收 、 發(fā)信機(jī)等電子設(shè)備 ， 能將地面站發(fā)來的信號進(jìn)行接收 、放大 、 頻率變換等其它處理 ， 然后再發(fā)回地球 。 這種衛(wèi)星可以部分地補(bǔ)償在空間傳輸所造成的信號損耗 。 圖 18―2 通信衛(wèi)星軌道示意圖 赤道赤道赤道軌道傾斜軌道極軌道北極? (2)按通信衛(wèi)星的運行軌道可分為： ? ① 赤道軌道衛(wèi)星 （ 指軌道平面與赤道平面夾角 φ=0176。 ） ； ? ② 極軌道衛(wèi)星 （ φ=90176。 ） ； ? ③ 傾斜軌道衛(wèi)星 （ 0176。 φ90176。 ） 。 ? 所謂軌道就是衛(wèi)星在空間運行的路線。見圖 18―2 。 ? (3)按衛(wèi)星離地面最大高度 h的不同可分為： ? ① 低高度衛(wèi)星 h5000km； ? ② 中高度衛(wèi)星 5000kmh20230km ? ③ 高高度衛(wèi)星 h20230km。 ? (4) 按衛(wèi)星與地球上任一點的相對位置的不同可分為：同步衛(wèi)星和非同步衛(wèi)星 。 同步衛(wèi)星是指在赤道上空約35800km高的圓形軌道上與地球自轉(zhuǎn)同向運行的衛(wèi)星 。 由于其運行方向和周期與地球自轉(zhuǎn)方向和周期均相同 ， 因此從地面上任何一點看上去 ， 衛(wèi)星都是 “ 靜止 ” 不動的 ， 所以把這種對地球相對靜止的衛(wèi)星簡稱為同步 （ 靜止 ） 衛(wèi)星 ， 其運行軌道稱為同步軌道 。 ? 非同步衛(wèi)星的運行周期不等于（ 通常小于 ） 地球自轉(zhuǎn)周期 ， 其軌道傾角 、 軌道高度 、 軌道形狀 （ 圓形或橢圓形 ） 可因需要而不同 。 從地球上看 ， 這種衛(wèi)星以一定的速度在運動 ， 故又稱為移動衛(wèi)星或運動衛(wèi)星 。 ? 不同類型的衛(wèi)星有不同的特點和用途 。 在衛(wèi)星通信中 ， 同步衛(wèi)星使用得最為廣泛 ， 其主要原因是：第一 ， 同步衛(wèi)星距地面高達(dá) 35800km， 一顆衛(wèi)星的覆蓋區(qū) （ 從衛(wèi)星上能 “ 看到 ” 的地球區(qū)域 ） 可達(dá)地球總面積的 40%左右 ， 地面最大跨距可達(dá) 18000km。 因此只需三顆衛(wèi)星適當(dāng)配置 ， 就可建立除兩極地區(qū)（ 南極和北極 ） 以外的全球性通信 。 如圖 18― 3所示 。 圖 18―3 全球衛(wèi)星通信系統(tǒng)示意圖 極通信衛(wèi)星 1地球通信衛(wèi)星 2通信
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