【文章內(nèi)容簡介】 . 在L和S頻段為移動衛(wèi)星業(yè)務(wù)劃分了頻段。3. 對20GHZ以上頻率劃分經(jīng)行了修改。4. 在Ku頻段為衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)增加了上行鏈路頻段劃分。在Ku頻段的衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)上、下行鏈路存在不平衡的情況，上行鏈路帶寬小于下行鏈路帶寬。大會確定在全球范圍，~14GHZ頻段，以主用業(yè)務(wù)劃分給衛(wèi)星固定業(yè)務(wù)（上行），與無線電定位（主用）、衛(wèi)星標(biāo)頻和時間信號（次用）、空間研究（次用）共用。5. 為衛(wèi)星聲音廣播[BBS]及其地面補充系統(tǒng)劃分了頻段。6. 為衛(wèi)星高清晰度電視（HDTV）劃分了頻段，還對其下行鏈路的頻段按區(qū)域劃分。 衛(wèi)星通信工作頻段的選擇，通常要從以下幾個方面來綜合考慮：天線系統(tǒng)接受的外界噪聲要??；電波傳播損耗及其它損耗要??；設(shè)備重量要輕，耗電要??；可用頻帶要寬，以滿足通信容量的要求；與其他地面無線電系統(tǒng)之間的相互干擾要盡量??；能充分利用現(xiàn)有技術(shù)設(shè)備，并便于與現(xiàn)有通信設(shè)備配合使用等。 當(dāng)電波在地球站與衛(wèi)星之間傳播時，必須穿過地球周圍的大氣層，因此要受到電離層中自由電子和離子的吸收，受到對流層中的氧分子、水蒸氣分子和雨、霧、云、雪和冰雹等的吸收和散射，從而形成損耗。這種損耗與電流的頻率、波束的仰角以及氣候條件有密切的關(guān)系。我們通過大量的分析和實測可以得到一些規(guī)律。經(jīng)理論和統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)衛(wèi)星通信工作頻段選擇在1GHZ~10GHZ范圍最為適宜，而最理想的頻率在6/4GHZ附近。該頻段帶寬較寬，便于利用成熟的微波中繼通信技術(shù)，而且由于工作頻段較高，天線尺寸也較小。從信道可用帶寬和系統(tǒng)容量來考慮，則頻率的選擇越高越好。從1GHZ~10GHZ這個最佳頻段已不能滿足衛(wèi)星信道的發(fā)展對通信容量的需求。由于C頻段開發(fā)、應(yīng)用早，大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)仍工作在C頻段，目前已顯得十分擁擠，它與地面微波中繼通信系統(tǒng)的相互干擾的矛盾也十分突出。隨著微波器件水平的不斷提高和發(fā)展，Ku頻段的衛(wèi)星通信已于80年代初進(jìn)入實用化階段。目前已進(jìn)入Ka頻段。與C頻段相比，Ku頻段的優(yōu)點是：由于不同于地面中繼線路所用頻段，因此不存在與地面網(wǎng)干擾問題。地球站天線可設(shè)在城市中心建筑物頂上，將收到的信息直接傳到用戶，因此比較簡單，費用較低。衛(wèi)星的發(fā)射功率也可不受限制。若地球站及衛(wèi)星的天線尺寸一定11/14GHZ波束寬度比/6GHZ的一半還窄。這意味著用11/14GHZ頻段的靜止衛(wèi)星，在赤道上要比用4/6GHZ的多放一倍從而緩和了赤道軌道衛(wèi)星的擁擠問題。另一方面衛(wèi)星也便于多波束工作 。相同尺寸的衛(wèi)星天線，其增益，接收時是4/。這一改善可用于彌補增加的傳輸損耗以及壞天氣時增加的吸收損耗和噪聲，或把地球站天線作小些和使用低成本衛(wèi)星。使用4/6GHZ時，下行線衛(wèi)星的輻射功率受到限制，而對11/14GHZ無此類限制。然而，使用11/14GHZ也有缺點，這就是在暴雨、濃云、密霧的壞天氣情況下，接收系統(tǒng)的[C/T]之下降很大（接收到的信號功率急劇下降而噪聲急劇增加）。30度仰角時，惡劣天氣所增加的噪聲和吸收損耗，大體上與增加的天線增益的影響相抵消。因此，11/14 GHZ衛(wèi)星通信網(wǎng)中的地球站，必須避免低仰角。20/30GHZ頻段也已開始使用，~31GHZ，~。，為4/6GHZ時500MHZ的7倍，因此有很大的吸引力，但降雨的影響相當(dāng)嚴(yán)重。 無線電波的傳輸損耗衛(wèi)星通信鏈路的損耗包括自由空間損耗、大氣吸收損耗、天線指向誤差、極化損耗和降雨損耗等。其中主要是自由空間傳播損耗。這是由于衛(wèi)星通信中顛簸主要是在大氣層以外的自由空間傳播，所以研究傳播損耗時，應(yīng)首先研究自由空間的損耗這部分損耗在整個傳輸損耗中占絕大部分。至于其它因素引起的損耗，可以在考慮自由空間損耗的基礎(chǔ)上加以修正。 無線電波在自由空間傳播的損耗當(dāng)電波在自由空間傳播時，設(shè)在波束中心軸向相距d的地方，用增益為Gr的天線接收，則接收信號功率可由下式表示： 式中，Pt為天線發(fā)射功率，Gt為天線發(fā)射增益，Ar為接收天線開口面積（D為天線直徑），因子 即為自由空間傳播損耗（Lp）。通常用分貝表成如下的式子： [Lp] =+20lgd(km)+20lgf(GHZ)或 [Lp]=+20lgd(km)+20lgf(MHZ)前者表示電波在自由空間以球面形式傳播，電磁場能量擴散，接收機只能接受到其中一小部分所形成的一種損耗。地球站至靜止衛(wèi)星的距離因地球站只是衛(wèi)星的仰角不同而不同。計算時一般取d=40 000km。 大氣對電波傳播的影響通常把地球周圍的大氣層分為對流層，同溫層和電離層。電離層的高度可達(dá)2000~3000千米的高空。在空間通信業(yè)務(wù)中，無線電波穿過大氣層時，除路徑損耗外，還會產(chǎn)生其它影響。對流層內(nèi)對電波傳播的影響取決以下因素：大氣的溫度、濕度及壓力這樣一些物理性質(zhì)；大氣在該層的水平和豎直方向的運動；運動中水氣的冷凝、云、雨、霧、雪的形成；空氣有規(guī)則的氣流運動及強度不等的運動等。他們對電波的影響是通過對流層的電氣參量起作用的，對流層中的混合氣體每一種都有各自的介電常數(shù)和電導(dǎo)率。同時通過折射和散射等起作用。電離層中濃度的不均勻性，造成了穿越其中的電波的散射，使得電磁能量在時空中重新分布，造成電波信號的幅度、相位、到達(dá)角、計劃狀態(tài)等發(fā)生短期不規(guī)則變化。電離層閃爍發(fā)生的頻率和強度與時間、地區(qū)、太陽活動等有關(guān)，衰落強度還與工作頻率有關(guān)。當(dāng)頻率高于1GHZ時影響一般大大減輕，衛(wèi)星移動通信系統(tǒng)的工作頻率一般較低，電離閃爍效應(yīng)必須考慮，即使是工作在C頻段的系統(tǒng)，在地磁低緯度地區(qū)也會發(fā)現(xiàn)電離層閃爍的影響。電離層閃爍影響的頻率和地域都較寬，不易通過頻率分集、極化分集、擴展頻譜等方法解決。對閃爍程度大的地區(qū)，用編碼、交織、重發(fā)等技術(shù)，來克服衰落，減少電離層閃爍的影響；其它地區(qū)可通過適當(dāng)增加儲備余量的方法克服電離層閃爍的影響。此外，還受其它傳播的影響，如多徑衰落和陰影遮避效應(yīng)，多普勒頻移、電波傳播延遲等。同時，電波傳輸過程中也會引入各種噪聲，在此就不再討論。4 衛(wèi)星通信組網(wǎng)技術(shù)衛(wèi)星通信組網(wǎng)技術(shù)主要包括：衛(wèi)星發(fā)射與測控、網(wǎng)絡(luò)建立與入網(wǎng)驗證、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與管理以及地面接口技術(shù)。本章還將簡要介紹VSAT衛(wèi)星通信網(wǎng)。 衛(wèi)星發(fā)射與測控 發(fā)射衛(wèi)星的運載工具有兩種：運載火箭和航天飛機。前者只能一次性使用，而后者能反復(fù)多次使用。當(dāng)前，美國、俄國、西歐、中國、和日本等國家和地區(qū)都具有運載火箭發(fā)射衛(wèi)星的能力，并且美國還用航天飛機發(fā)射衛(wèi)星發(fā)。當(dāng)前利用火箭發(fā)射衛(wèi)星時，首先將衛(wèi)星和遠(yuǎn)地點發(fā)動機的聯(lián)合體送入轉(zhuǎn)移軌道（橢圓形軌道）然后遠(yuǎn)地點發(fā)動機點火時衛(wèi)星進(jìn)入地球靜止軌道。但是，航天飛機不能將衛(wèi)星直接送入轉(zhuǎn)移軌道，而是先把近地點發(fā)動機、遠(yuǎn)地點發(fā)動機和衛(wèi)星的組合體送到一個停泊軌道上，在使用近地點發(fā)動機產(chǎn)生的推力將組合體送入轉(zhuǎn)移軌道，然后遠(yuǎn)地點發(fā)動機點火，將衛(wèi)星送入地球靜止軌道。在衛(wèi)星發(fā)射期間，對飛行器和衛(wèi)星的測控主要有發(fā)射指揮中心、衛(wèi)星控制中心以及由跟蹤遙測指令站所組成的跟蹤網(wǎng)實施。 運載火箭發(fā)射衛(wèi)星的過程通常使用多級火箭發(fā)射衛(wèi)星。一個三級火箭時衛(wèi)星進(jìn)入地球靜止軌道的過程可分為三個階段，即發(fā)射階段、轉(zhuǎn)移階段和定位階段。1. 發(fā)射階段：火箭起飛到將衛(wèi)星送入轉(zhuǎn)移軌道的過程。當(dāng)衛(wèi)星發(fā)射時，方向朝東并盡量靠近赤道以便最大限度地利用地球的旋轉(zhuǎn)速度。為使大氣阻力最小，衛(wèi)星要垂直發(fā)射。在飛行期間，火箭在其制導(dǎo)系統(tǒng)的控制下逐漸傾斜，在入射點要傾斜90度。在火箭發(fā)射后幾分鐘，第一級火箭被燒毀并被拋下，接著第二級火箭開始點火。當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)初始停泊軌道（通常距地面185~250千米）時，第二級點火停止。衛(wèi)星與所剩的第二級火箭在停泊軌道上漂動。在衛(wèi)星快到赤道上空前不久，第二級火箭重新點火。此后第二級和第三級火箭相繼燒毀。這樣便將衛(wèi)星攝入橢圓轉(zhuǎn)移軌道。此時星箭分離。在此期間，對飛行器的控制是由發(fā)射場的飛行指揮中心實施的。當(dāng)衛(wèi)星與火箭分離進(jìn)入轉(zhuǎn)移軌道后，全部控制任務(wù)轉(zhuǎn)移給衛(wèi)星控制中心實施。2. 轉(zhuǎn)移階段：從進(jìn)入轉(zhuǎn)移軌道開始到衛(wèi)星處于地球靜止軌道結(jié)束。當(dāng)衛(wèi)星處于轉(zhuǎn)移軌道時，其主要的子系統(tǒng)還未完全工作，特別是天線不能朝向正確的方向，太陽能電池也未工作。這時，衛(wèi)星使用電池電源和專用的全方向天線來建立與地面跟蹤站的通信聯(lián)系。跟蹤遙測指令站根據(jù)衛(wèi)星發(fā)送的無線電信號對衛(wèi)星經(jīng)行定位。當(dāng)對衛(wèi)星經(jīng)行定位后，此聯(lián)路就用于對衛(wèi)星的監(jiān)視，并通過此鏈路發(fā)出一系列的控制命令，以便使衛(wèi)星啟動各個子系統(tǒng)。在此期間，對衛(wèi)星的監(jiān)控主要包括：監(jiān)視衛(wèi)星的軌跡、測量衛(wèi)星的姿態(tài)、保證衛(wèi)星的正確朝向。此時，對衛(wèi)星姿態(tài)的控制是通過自旋或三軸穩(wěn)定來實現(xiàn)的。3. 定位階段：從衛(wèi)星在赤道平面上運行軌道成圓形開始到將衛(wèi)星定位在其靜止軌道的標(biāo)稱位置上結(jié)束。在轉(zhuǎn)移軌道的遠(yuǎn)地點，衛(wèi)星上的遠(yuǎn)地點反沖發(fā)動機點火將轉(zhuǎn)移軌道改變成近似圓形的地球同步軌道。 航天飛機發(fā)射衛(wèi)星的過程航天飛機是一種新型的運載工具，是一種有人駕駛的空間飛行器。它兼有航天和航空兩種本領(lǐng)，既能像火箭一樣垂直起飛，像飛船一樣沿軌道運行；又能像飛機一樣水平著陸。它由軌道器、助推器和外燃料箱（又稱外掛箱）三部分組成。軌道器：形狀像大型的三角翼飛機，尾部裝有三臺液體火箭發(fā)動機，前端是駕駛艙，中部為貨艙?？芍貜?fù)使用100次以上。助推器：由兩臺平行安裝的固體燃料火箭發(fā)動機組成，位于軌道器的雙翼下，外燃料箱的兩側(cè)的每臺發(fā)動機可提供1300噸的推力，以幫助航天飛機垂直起飛。助推器工作結(jié)束后，濺落到海上回收，可重復(fù)使用20次。外燃料箱：置于軌道器的機身下面，內(nèi)裝液態(tài)氫/液態(tài)氧推進(jìn)劑，供軌道器三臺主發(fā)動機使用。它是航天飛機上唯一不回收的部件。航天飛機發(fā)射費用低，運載能力大。用它發(fā)射、回收和維修衛(wèi)星，可是衛(wèi)星本身設(shè)計簡化，工作壽命長；而且它可以像飛機那樣維修、保養(yǎng)；使用它能簡化發(fā)射程序，有利于空間活動經(jīng)常化，因此其應(yīng)用有巨大潛力。航天飛機發(fā)射順序：航天飛機垂直發(fā)射，此時助推器和三臺主發(fā)動機都點火。起飛后約兩分鐘助推器燒盡便于軌道器和外燃料箱脫離。軌道器繼續(xù)飛行到達(dá)距地面高度約290千米圓形軌道（停泊軌道）。在停泊軌道上，航天飛機將衛(wèi)星與上末級的組合體射出。此上末級可以使近地點發(fā)動機（此時衛(wèi)星內(nèi)裝有遠(yuǎn)地點發(fā)動機），也可以使近地點和遠(yuǎn)地點發(fā)動機的組合。近地點發(fā)動機提供到轉(zhuǎn)移軌道的推力。在轉(zhuǎn)移軌道的遠(yuǎn)地點，遠(yuǎn)地點發(fā)動機點火，使衛(wèi)星進(jìn)入地球靜止軌道。 網(wǎng)絡(luò)建立與入網(wǎng)驗證衛(wèi)星通信網(wǎng)是由若干地球站經(jīng)衛(wèi)星通信線路連接而成。當(dāng)?shù)厍蛘救刖W(wǎng)時，必須驗證該站在各方面是否符合必備的工作特性，以防止對網(wǎng)內(nèi)其它用戶的干擾，并確保與空間站的適當(dāng)接口，維持網(wǎng)的正常運行。入網(wǎng)驗證是按照一定的程序和規(guī)范對地球站的設(shè)備特性經(jīng)行測試和認(rèn)證的過程。只有在入網(wǎng)驗證測試中合格的地球站才能獲得進(jìn)入衛(wèi)星通信網(wǎng)投入商業(yè)運行。以下做一簡要介紹。1．新地球站入網(wǎng)運行程序。一個新地球站進(jìn)入衛(wèi)星通信網(wǎng)運行的程序大致可分為：入網(wǎng)申請與批準(zhǔn)、驗證測試與認(rèn)證及開通測試等階段。2. 地球站的必備特性。為了對通信衛(wèi)星的有效利用，一般都要規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)的地球站的必備工作特性。必備特性指衛(wèi)星進(jìn)行通信連接時所必需具有的最低性能。地球站的必備特性主要包括品質(zhì)因數(shù)、天線方向圖、地球站的極化和軸比、天線或波束的可控性、跟蹤方式、系統(tǒng)帶寬、有效全向輻射功率、載波頻率容限、射頻帶外輻射等。3. 地球站驗證測試項目。地球站有權(quán)采用自己的方法來進(jìn)行驗證和測試。許多性能可在站內(nèi)加以驗證，也可以用信標(biāo)塔或射電星，還可以利用衛(wèi)星和監(jiān)測站設(shè)施進(jìn)行測試。不過用通信衛(wèi)星進(jìn)行測試時，必須與衛(wèi)星組織的主管部門取得聯(lián)系。如果使用國內(nèi)通信衛(wèi)星，應(yīng)與國內(nèi)衛(wèi)星通信網(wǎng)的監(jiān)測管理部門聯(lián)系。如果使用國際通信衛(wèi)星，則應(yīng)與INTELSAT取得聯(lián)系，并在IOC的指導(dǎo)下并有其指定的監(jiān)測站配合進(jìn)行測試。驗證測試的典型測試項目有：品質(zhì)因數(shù)值、發(fā)射增益、發(fā)射軸比、接收軸比、發(fā)射旁瓣方向圖、接收旁瓣方向圖、有效全向輻射功率和頻率穩(wěn)定。其中，接收軸比和接收旁瓣方向圖為非強制性測試項目。 網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與管理 衛(wèi)星通信網(wǎng)的監(jiān)測、控制與管理主要是由跟蹤遙測分系統(tǒng)和監(jiān)視分系統(tǒng)以及管理組織來完成的。1. 跟蹤遙測指令分系統(tǒng)又稱衛(wèi)星軌道測控系統(tǒng)，用來對衛(wèi)星通信網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)護(hù)與保障。主要由跟蹤遙測指令分站、技術(shù)控制中心、工程勤務(wù)傳輸線路以及星上遙測指令分系統(tǒng)組成。跟蹤遙測指令站的任務(wù)是跟蹤衛(wèi)星、發(fā)送指令控制衛(wèi)星。這些任務(wù)包括：測量衛(wèi)星的位置（方位角、仰角和距離），接收衛(wèi)星發(fā)出的遙測信號，并向衛(wèi)星發(fā)送軌道和姿態(tài)控制的指令。同時還把送往衛(wèi)星的遙測數(shù)據(jù)、地球站的跟蹤數(shù)據(jù)以及信標(biāo)參數(shù)等幾種和格式化并發(fā)往衛(wèi)星控制中心。衛(wèi)星控制中心是衛(wèi)星技術(shù)控制網(wǎng)的心臟，功能是使衛(wèi)星由轉(zhuǎn)移軌道進(jìn)入同步軌道并在同步軌道上保持其規(guī)范的性能。這些功能包括：控制衛(wèi)星進(jìn)入軌道、保持衛(wèi)星軌道參數(shù)、對衛(wèi)星的軌道姿態(tài)進(jìn)行控制、預(yù)報跟蹤指令數(shù)據(jù)、控制衛(wèi)星返回地面。衛(wèi)星控制中心的主要設(shè)備有：控制設(shè)備、分析顯示設(shè)備、計算機設(shè)備等。此外，衛(wèi)星控制中心還要與飛行指揮中心之間建立雙向話音及衛(wèi)星技術(shù)控制中心的單向遙測數(shù)據(jù)的傳輸。2. 監(jiān)控分系統(tǒng) 在衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)開通前后整個業(yè)務(wù)的主要參數(shù)及運轉(zhuǎn)性能的測試和控制是由監(jiān)控分系統(tǒng)完成的。監(jiān)控分系統(tǒng)可分成兩部分：業(yè)務(wù)開通前的監(jiān)控和業(yè)務(wù)開通后的例行監(jiān)控。兩部分所含主要設(shè)備相同，其中包括：天線，接收機與發(fā)射機的射頻群路部分，射頻、中頻測量支路，參考源，標(biāo)準(zhǔn)源，計算機及接口設(shè)備。監(jiān)控分系統(tǒng)的任務(wù)是對軌道定點上的衛(wèi)星進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前后的監(jiān)測和控制。既要對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的參數(shù)及性能進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)測試和控制。監(jiān)控站首先對衛(wèi)星通信的各分系統(tǒng)的性能和參數(shù)進(jìn)行測試，并將測試結(jié)果經(jīng)傳輸線路送往監(jiān)控管理中心進(jìn)行分析、處理和判斷并產(chǎn)生若干指令。指令有監(jiān)控管理中心下達(dá)給各個監(jiān)控站，由監(jiān)控站執(zhí)行指令，調(diào)整衛(wèi)星通信各個分系統(tǒng)的參數(shù)和性能。監(jiān)控站是衛(wèi)星通信網(wǎng)的重要組成部分，監(jiān)控分系統(tǒng)對衛(wèi)星通信系統(tǒng)的具體監(jiān)控任務(wù)主要由它來完成。監(jiān)控站的任務(wù)是對在軌的衛(wèi)星進(jìn)行業(yè)務(wù)開通前的監(jiān)測和業(yè)務(wù)開通后的例行監(jiān)測；負(fù)責(zé)將測得的數(shù)據(jù)通過勤務(wù)線路送往監(jiān)管中心；接收并執(zhí)行監(jiān)管中心下達(dá)的指令，以保證整個網(wǎng)絡(luò)按照設(shè)計性能正常運轉(zhuǎn)。 地面接口技術(shù) 概述主要有兩類接口