信息科學(xué)與電子工程專業(yè)英語lecture7衛(wèi)星通信概論

1、1,衛(wèi)星通信系統(tǒng),衛(wèi)星通信系統(tǒng)簡(jiǎn)單地說就是利用人造地球衛(wèi)星作為中繼站，溝通地面與地面之間的各種通信，它利用其通信距離遠(yuǎn)、覆蓋面積大的特點(diǎn)，完成大范圍通信任務(wù)；并作為光纖通信的一種補(bǔ)充和備用手段。,2,,衛(wèi)星通信概論,一、衛(wèi)星通信的基本概況二、衛(wèi)星通信發(fā)展的歷史三、我國衛(wèi)星通信發(fā)展史四、衛(wèi)星通信—主要特點(diǎn)五、衛(wèi)星通信—主要難點(diǎn)六、衛(wèi)星通信—應(yīng)用范圍,3,一、衛(wèi)星通信概述,１、衛(wèi)星通信－概念２、衛(wèi)星通信－可行性３、衛(wèi)星通信－組

2、成衛(wèi)星空間部分衛(wèi)星地球站地面測(cè)控站,通信技術(shù)在人類歷史中的作用,通信：在兩個(gè)或多個(gè)位置實(shí)現(xiàn)信息的傳輸、接收和處理。 通信是人類社會(huì)的基本需求，每一次通信技術(shù)的變革都會(huì)對(duì)整個(gè)社會(huì)以及每一個(gè)人帶來極大的影響。古代： 烽火臺(tái)、鼓、鳴“金”、書信等近代： 電報(bào)、電話等現(xiàn)代 有線通信：光纖、電纜。 無線通信：短波/超短波通信、微波中繼通信、地面移動(dòng)通信、衛(wèi)星通信。,4,通信技術(shù)的目標(biāo)及限制,終極目標(biāo)：任意時(shí)

3、間、任意地點(diǎn)、任意多的節(jié)點(diǎn)完成任意大數(shù)據(jù)的交換。 通信技術(shù)的發(fā)展總是向著這一理想目標(biāo)靠近，在實(shí)現(xiàn)過程中要進(jìn)行實(shí)時(shí)性、傳輸距離、傳輸帶寬等各方面的權(quán)衡。 無線通信是現(xiàn)代通信技術(shù)的一個(gè)代表，相對(duì)于有線通信網(wǎng)來說，具有使用地點(diǎn)靈活，架設(shè)簡(jiǎn)單，建設(shè)成本低等各方面的優(yōu)點(diǎn)。 無線通信最大的約束：地球是圓的。,5,A點(diǎn)與B點(diǎn)位置足夠遠(yuǎn)時(shí)，地球?qū)⒆钃鯚o線信號(hào)的直接傳輸。,通過C點(diǎn)的信號(hào)中繼，A點(diǎn)與B點(diǎn)可以完成信號(hào)的間接傳輸。C點(diǎn)

4、信號(hào)中繼的作用范圍取決于C點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)器距離地面的高度。C點(diǎn)轉(zhuǎn)發(fā)器的高度越高，覆蓋范圍越大。,人類目前能實(shí)現(xiàn)的最高轉(zhuǎn)發(fā)器：衛(wèi)星,6,7,8,理論上，三顆同步軌道通信衛(wèi)星就能覆蓋全球。,9,衛(wèi)星通信原理示意圖,10,1、衛(wèi)星通信概念的提出,概念的產(chǎn)生：時(shí)間——1945年10月；人物——英國物理學(xué)家、空軍雷達(dá)軍官克拉克；克拉克設(shè)想：把中繼站用火箭發(fā)射到赤道上空的靜止軌道上，每隔120度設(shè)一個(gè)靜止衛(wèi)星這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，甚至能夠?qū)崿F(xiàn)全

5、球通信。,,,,,,,克拉克設(shè)想，把中繼站用火箭發(fā)射到赤道上空的靜止軌道上，每隔120度設(shè)一個(gè)靜止衛(wèi)星，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，而且還能夠?qū)崿F(xiàn)全球通信。,12,,他十分精確的預(yù)言，在1969年6月前后，人類將完成登月之壯舉。他還預(yù)言了電視電話的誕生。這些幻想和預(yù)言，今天都一一實(shí)現(xiàn)了。,“空間通信之父”,13,阿波羅登月計(jì)劃,起因與時(shí)間：前蘇聯(lián)宇航員加加林進(jìn)入太空。時(shí)間：1961年4月12日乘東方一號(hào)宇宙飛船。 人類登月成功：

6、“阿波羅”11號(hào)飛船于1969年7月 20-21日首次 實(shí)現(xiàn)人登上月球 的理想。此后，美國又相繼6次 發(fā)射“阿波羅”號(hào)飛船，其中5次 成功。總共有12名航天員登上月球。,加加林,阿姆斯特朗,14,阿波羅登月計(jì)劃,對(duì)登月計(jì)劃的質(zhì)疑：代表人物：著名物理學(xué)教授哈姆雷特。 質(zhì)疑內(nèi)容：1、阿波羅登月照片純屬偽造2、阿波羅登月錄像帶在地球上攝制 3、月球表面干燥腳印卻非常清晰 4、阿波羅計(jì)劃進(jìn)展速度可疑 5、對(duì)土星

7、五號(hào)火箭和登月艙的質(zhì)疑 6、溫度對(duì)攝影器材的影響,15,背景1：短波通信,短波通信：當(dāng)時(shí)遠(yuǎn)距離通信尤其是移動(dòng)通信，主要采用短波，短波通信是利用電離層的反射來實(shí)現(xiàn)信息的傳輸。缺點(diǎn)１：由于電離層的高度和反射率隨季節(jié)、晝夜而變化，因而短波通信信號(hào)不穩(wěn)定。要求使用者具有豐富的經(jīng)驗(yàn)才能正常使用。缺點(diǎn)２：可用頻段有限，不足30MHz，且全球共用。,16,短 波 通 信 示 意 圖,17,,,背景2：微波中繼接力通信,微波通信由于微波是

8、直線傳輸?shù)?，地面?duì)微波吸收很嚴(yán)重，因此每隔50到80公里，需要架設(shè)很高的鐵塔（80～100米）來建造中繼站，進(jìn)行逐段接力通信，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信。優(yōu)缺點(diǎn)：微波通信較穩(wěn)定、通信容量較大，但隨著遠(yuǎn)距的增加費(fèi)用也成倍加大并且通信效果變差，遠(yuǎn)距離通信困難很多。,18,微波中繼通信,19,衛(wèi)星通信,20,2、衛(wèi)星通信的可行性,重要性克拉克的設(shè)想發(fā)表后，受到了各國科學(xué)家的重視，尤其是二戰(zhàn)后火箭技術(shù)已經(jīng)達(dá)到了一定的水平，紛紛開展了衛(wèi)星技術(shù)的研究。

9、可行性1957年10月，前蘇聯(lián)成功地發(fā)射了世界上第一顆人造地球衛(wèi)星，證實(shí)了上述理論的可行性。,21,2、衛(wèi)星通信的可行性,二戰(zhàn)后期的V-2火箭設(shè)計(jì)者：德國科學(xué)家馮.布勞恩性能指標(biāo)：長(zhǎng)13.5米，重13噸， 載荷1噸，射程322千米。投入使用：1944年9月，目標(biāo)倫敦。馮.布勞恩 美國第一顆衛(wèi)星的發(fā)射成功，以及第一艘載人登月飛船“阿波羅11號(hào)”登上月球作出突出貢獻(xiàn)，而航天飛機(jī)的研制也是自他手中開始。,22

10、,2、衛(wèi)星通信的可行性,實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星通信的兩個(gè)條件1、運(yùn)載工具具有足夠推力和精度的多級(jí)火箭。2、人造衛(wèi)星 集電子、機(jī)械、控制等多學(xué)科綜合能力。3、具備能力的國家 前蘇聯(lián)、美國、法國、日本、中國、印度（英國、 以色列、伊朗）朝鮮？,23,監(jiān)控管理 分系統(tǒng),,遙測(cè)跟蹤指令分系統(tǒng),,,,地球站,,,,,,,,,,,,,,,通信地球站分系統(tǒng),,,,,,通信,測(cè)控,３、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的組成,,,,,,控制管理分系統(tǒng),衛(wèi)星

11、分系統(tǒng),24,1）通信衛(wèi)星（衛(wèi)星分系統(tǒng)）,位置和姿態(tài)控制系統(tǒng)天線系統(tǒng)空間轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng)遙測(cè)指令系統(tǒng)電源系統(tǒng)溫控系統(tǒng)入軌和推進(jìn)系統(tǒng),25,,,轉(zhuǎn)發(fā)器系統(tǒng),,位置與姿態(tài) 控制系統(tǒng),,遙測(cè)指令 系統(tǒng),,入軌和推進(jìn) 系統(tǒng),,電源系統(tǒng),,溫控系統(tǒng),天線系統(tǒng),,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,通信衛(wèi)星的基本組成,,26,位置和姿態(tài)控制系統(tǒng),功能：它是衛(wèi)星的“平衡器官”，用于保持和控

12、制衛(wèi)星在軌道上的正確位置和姿態(tài)。,27,星上天線系統(tǒng),天線的作用它是衛(wèi)星的“耳目”，收發(fā) 無線電信號(hào)的出入口。天線分類：根據(jù)通信需要，天線有全球 波束天線、區(qū)域波束天線、 國內(nèi)波束天線和點(diǎn)波束天線等多種。,1、天線分系統(tǒng)發(fā)送和接收通信及測(cè)控信號(hào)。用于遙控、遙測(cè)和信標(biāo)信號(hào)的全向天線，接收地面的指令及向地面發(fā)送遙測(cè)數(shù)據(jù)。用于通信的微波定向天線。可分為全球波束天線、點(diǎn)波束天線和區(qū)域波束天線三類。,28,衛(wèi)星天線系統(tǒng)示意

13、圖,29,30,空間轉(zhuǎn)發(fā)器,轉(zhuǎn)發(fā)器功能它是衛(wèi)星的主體，用于放大、 變頻進(jìn)而轉(zhuǎn)發(fā)天線收到的無 線電信號(hào)。轉(zhuǎn)發(fā)系統(tǒng)一顆通信衛(wèi)星上有幾個(gè)到幾十個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器，每個(gè)轉(zhuǎn)發(fā)器能同時(shí)接收和轉(zhuǎn)發(fā)多個(gè)地球站的信號(hào)。,31,遙測(cè)指令系統(tǒng),報(bào)告衛(wèi)星狀態(tài)用于將衛(wèi)星工作情況及時(shí) 通知地面測(cè)控站。接收控制指令地面測(cè)控站發(fā)出的指令信號(hào)， 使星上設(shè)備按指令動(dòng)作。,跟蹤、遙測(cè)、指令分系統(tǒng)（TT&C）跟蹤部分用來為地球站跟蹤衛(wèi)星發(fā)送信標(biāo)。遙測(cè)

14、部分用來在星上測(cè)定并給地面的TT&C (Tracking Telemetry &Command)站發(fā)送有關(guān)衛(wèi)星姿態(tài)及衛(wèi)星各部件工作狀態(tài)的數(shù)據(jù)。指令部分用于接收來自地面的控制命令，處理后送給控制分系統(tǒng)執(zhí)行。,32,33,星上電源系統(tǒng),主要功能：　它是衛(wèi)星的“心臟”，用于 提供星上設(shè)備工作所需的電能。電源系統(tǒng)有太陽能電池陣、蓄電池組等。,34,電源分系統(tǒng)為衛(wèi)星提供電能。星上電源分系統(tǒng)由一次能源(太陽能)，二次

15、能源(蓄電池)，以及供配電設(shè)備組成。,電源系統(tǒng)重要作用,衛(wèi)星電源系統(tǒng)是衛(wèi)星的關(guān)鍵分系統(tǒng)之一，它擔(dān)負(fù)著為衛(wèi)星的其它分系統(tǒng)和有效載荷供電的重要任務(wù)。電源分系統(tǒng)供電質(zhì)量的優(yōu)劣直接影響衛(wèi)星整星的工作狀態(tài)。通常衛(wèi)星的電源系統(tǒng)由太陽能電池、蓄電池以及供配電設(shè)備組成。光照區(qū)太陽能為蓄電池充電，陰影區(qū)由蓄電池供電。 若衛(wèi)星中只有蓄電池（出現(xiàn)在早期的試驗(yàn)衛(wèi)星以及一些短期航天任務(wù)中），則蓄電池耗盡就意味著衛(wèi)星壽命的結(jié)束，如“斯科爾號(hào)”。

16、若衛(wèi)星中只有太陽能電池，則整星必須在光射區(qū)才能保持工作。,35,電源系統(tǒng)的效率,太陽能電池的轉(zhuǎn)換效率 太陽能電池帆板對(duì)太陽的跟蹤 太陽能電池的總功率與其面積相關(guān)，目前衛(wèi)星上一般采用展開式的太陽能電池帆板，以提高整星的能源供應(yīng)。但太陽能電池帆板對(duì)太陽光角度的跟蹤將直接影響太陽能電池的輸出功率。 太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率 太陽能電池的光電轉(zhuǎn)換效率與太陽能電池的材料、工藝等相關(guān)。目前效率最高的是多

17、結(jié)砷化鎵電池，效率在33%以上.普通的硅太陽能電池效率在8--16%之間.,36,電源系統(tǒng)的重量考慮,作為在軌衛(wèi)星的重要子系統(tǒng)，重量總是越小越好。要減小能源系統(tǒng)的重量主要通過以下幾方面入手：太陽能電池的選型：通過選擇輕質(zhì)的材料以降低太陽能電池的重量。對(duì)帆板的展開及跟蹤機(jī)構(gòu)采用輕量的設(shè)計(jì)。選用比能量更高的蓄電池，如鋰電池，以降低蓄電池組的重量。,37,38,星上溫控系統(tǒng),主要功能：　它象衛(wèi)星的“保姆”， 用于保證衛(wèi)星表面溫

18、度在正常范圍之內(nèi)。,39,溫控分系統(tǒng)溫控分系統(tǒng)的作用就是控制衛(wèi)星各部分的溫度，保證星上各種儀器設(shè)備正常工作。通?？煞譃楸粍?dòng)溫度控制和主動(dòng)溫度控制兩種形式。,40,入軌和推進(jìn)系統(tǒng),主要功能：　它有點(diǎn)象衛(wèi)星的“拐棍”，用來保證衛(wèi)星在太空中的正確姿態(tài)。在地面測(cè)控站的指揮下，星上軸向和橫向兩個(gè)噴射推進(jìn)器來控制衛(wèi)星的姿態(tài)。,通信衛(wèi)星舉例——鑫諾三號(hào),鑫諾衛(wèi)星通信有限公司的“鑫諾3號(hào)”衛(wèi)星是一顆專門為我國滿足中央臺(tái)、各省會(huì)城市、各直轄市衛(wèi)星

19、廣播電視傳輸需要的廣播電視傳送衛(wèi)星 。,41,目前我國首顆直播通信衛(wèi)星。,42,鑫諾三號(hào)衛(wèi)星性能參數(shù),43,,2）衛(wèi)星地球站,,天線與人,44,衛(wèi)星地球站,地球站組成：它一般由天線、饋線設(shè)備、發(fā)射設(shè)備、接收設(shè)備、信道終端設(shè)備、電源設(shè)備、自動(dòng)跟蹤設(shè)備以及臨近設(shè)備等組成。衛(wèi)星天線：拋物面天線，這種天線的拋物面反射器有把無線電波集中成窄窄的一束的本事，即有很強(qiáng)的方向性。,45,衛(wèi)星地球站（續(xù)）,天線的作用：它可以減小無線電波在空間傳播

20、時(shí)的損失，保證通信衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器和地球站設(shè)備接收正常的信號(hào)。自動(dòng)跟蹤設(shè)備：能根據(jù)衛(wèi)星遙測(cè)系統(tǒng)發(fā)出的信號(hào)，迅速判斷天線偏離衛(wèi)星的位置，然后轉(zhuǎn)動(dòng)天線使它對(duì)準(zhǔn)九宵云外的衛(wèi)星。,46,衛(wèi)星地球站（續(xù)）,發(fā)射和接收設(shè)備：高功率放大器、低噪聲放大器、合路器、分配器、上變頻器、下變頻器、調(diào)制器、解調(diào)器基帶設(shè)備。,,用 戶,,長(zhǎng)途電話局,,基帶設(shè)備,,調(diào)制解調(diào),,變 頻,,功率放大,,天線,,,,,,,47,3) 地面遙測(cè)和監(jiān)

21、控站 （控制管理分系統(tǒng) ）,測(cè)控內(nèi)涵：跟蹤、遙測(cè)、指令和監(jiān)測(cè)的簡(jiǎn)稱。測(cè)控站任務(wù)：準(zhǔn)確可靠地跟蹤、測(cè)量衛(wèi)星，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行軌道修正、位置和姿態(tài)保持等控制。測(cè)控站與衛(wèi)星：一個(gè)測(cè)控站可以測(cè)控多顆衛(wèi)星，但一顆衛(wèi)星在同一時(shí)間只能由一個(gè)特定的測(cè)控站測(cè)控。,48,二、衛(wèi)星通信發(fā)展簡(jiǎn)史,１、試驗(yàn)階段（1954～1964年）２、國際通信（1964～1974年)３、國內(nèi)通信（1975～1980年）４、VSAT階段（80年代以后）５、移動(dòng)通信（

22、90年代以后）,49,,1、試驗(yàn)階段—無源衛(wèi)星通信,通信試驗(yàn)：1954年至1964年，美國曾先后利用月球、無源氣球作為中繼站，進(jìn)行了電話、電視傳輸實(shí)驗(yàn)。通信效果：無源中繼不能對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大，地面接收到的信號(hào)質(zhì)量不高，實(shí)用價(jià)值不大。,50,,1、試驗(yàn)階段—早期衛(wèi)星通信,前蘇聯(lián)1957年成功發(fā)射衛(wèi)星，衛(wèi)星通信的希望即將成為現(xiàn)實(shí)。美國宇航局在1958年12月發(fā)射斯科爾廣播實(shí)驗(yàn)衛(wèi)星，進(jìn)行了磁帶錄音信號(hào)的傳輸。1960年8月美國發(fā)射“回

23、聲”（ECHO）衛(wèi)星，首次完成了有源延遲中繼通信。1962年7月美國AT&T公司發(fā)射了“電星一號(hào)”低軌道通信衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了電話、電視和數(shù)據(jù)的傳輸。1962年11月美國無線電公司發(fā)射了“中繼一號(hào)”低軌道衛(wèi)星，實(shí)現(xiàn)了跨洋的電視轉(zhuǎn)播。,51,1、試驗(yàn)階段—同步衛(wèi)星通信,同步軌道衛(wèi)星1963年7月與1964年8月，美國先后發(fā)射三顆“辛康姆”衛(wèi)星，最后一顆被射入近似圓形的靜止通信衛(wèi)星。利用它成功地進(jìn)行了電話、電視和傳真的傳輸試驗(yàn)，并

24、于1964年秋用它向美國轉(zhuǎn)播了在日本東京舉行的奧林匹克運(yùn)動(dòng)會(huì)實(shí)況。,52,2、國際通信—實(shí)用通信衛(wèi)星,商業(yè)通信衛(wèi)星1965年4月，“國際衛(wèi)星通信組織”發(fā)射“晨鳥”同步軌道靜止通信衛(wèi)星。兩周后，前蘇聯(lián)也成功地發(fā)射了準(zhǔn)同步通信衛(wèi)星“閃電-1” 。國際通信業(yè)務(wù)僅以國際衛(wèi)星組織為例，在160個(gè)國家和地區(qū)之間提供了4萬條話路，并承擔(dān)了幾乎全部國際電視業(yè)務(wù)的傳輸。,53,3、衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展,海事衛(wèi)星組織（INMARSAT）利用同步衛(wèi)星進(jìn)行

25、海上移動(dòng)通信的衛(wèi)星通信網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)了以全球海上船只為主要服務(wù)對(duì)象的同步衛(wèi)星移動(dòng)通信。國內(nèi)通信：七十年代，地面通信衛(wèi)星的天線是非常大，直徑為10～30米，主要用于固定通信，大型艦船的移動(dòng)通信。從國際通信逐漸擴(kuò)展到國內(nèi)。,54,4、VSTA通信—概念,基本概念：VSTA (Very Small Aperture Terminal)指終端天線口徑小于2.5米的衛(wèi)星通信系統(tǒng)。創(chuàng)新企業(yè)：80年代初最初由美國赤道通信公司抓住了這一技術(shù)方

26、向，推出了C100、C120 VSAT衛(wèi)星單向數(shù)據(jù)廣播系統(tǒng)。80年代中期，又推出了C200衛(wèi)星雙向交互通信系統(tǒng)。,55,4、VSAT通信——發(fā)展,大公司介入80年代中期，紛紛投入人力和財(cái)力從事VSAT系統(tǒng)的研制和開發(fā)，如美國的休斯、哈里斯、高通，日本的NEC公司。計(jì)算機(jī)聯(lián)網(wǎng)：遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)大大推動(dòng)了VSAT的發(fā)展。VSAT意義：VSAT確定了衛(wèi)星通信向小型化、多功能、智能化發(fā)展方向。,56,4、VSAT通信——應(yīng)用,廣播式分發(fā)業(yè)務(wù)

27、 播發(fā)氣象、股票、債券、 商品等各種數(shù)據(jù)；播發(fā) 音樂、電視、新聞等各 種信號(hào)。數(shù)據(jù)采集和監(jiān)控對(duì)工業(yè)流程如輸油、地質(zhì)氣象等實(shí)施數(shù)據(jù)采集和傳輸。雙向交互業(yè)務(wù) 傳輸數(shù)據(jù)以提供信用卡確認(rèn)、銀行事務(wù)、預(yù)定 業(yè)務(wù)和數(shù)據(jù)庫服務(wù)等。,57,5、移動(dòng)衛(wèi)星通信,海事移動(dòng)衛(wèi)星通信系統(tǒng)MOTOROLA“銥”星系統(tǒng)ICO全球通信系統(tǒng)全球星（Globalstar）系統(tǒng)Teledesic全球通信系統(tǒng),58,通信衛(wèi)星的

28、軌道分類*,高軌道衛(wèi)星 GEO 距地面 35800公里（同步衛(wèi)星）中軌道衛(wèi)星 MEO 距地面 5000—20000公里低軌道衛(wèi)星 LEO 距地面 500 —5000公里,59,通信衛(wèi)星的軌道分類*,高軌道衛(wèi)星優(yōu)點(diǎn) a)衛(wèi)星壽命長(zhǎng) b)應(yīng)用相對(duì)簡(jiǎn)單 c)覆蓋面積大高軌道衛(wèi)星缺點(diǎn) a)通信天線直徑大 b)遠(yuǎn)距離傳輸造成時(shí)延 c)軌道資源緊張,60,通信衛(wèi)星的軌道分類*,低軌道衛(wèi)星優(yōu)點(diǎn) a)

29、傳輸時(shí)間短 b)多衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)全球覆蓋 c)易實(shí)現(xiàn)個(gè)人手機(jī)通信低軌道衛(wèi)星缺點(diǎn) a)衛(wèi)星壽命短 b)發(fā)射投資高 c)設(shè)備技術(shù)復(fù)雜,61,通信衛(wèi)星的軌道分類*,中軌道衛(wèi)星兼顧了低軌道衛(wèi) 星和高軌道衛(wèi)星的特點(diǎn)。,62,（1）海事移動(dòng)衛(wèi)星通信,最早的GEO衛(wèi)星移動(dòng)通信系統(tǒng)（美國通信衛(wèi)星公司COMSAT的軍用系統(tǒng)）20世紀(jì)70年代應(yīng)用于海上船只的安全保障1985年決定把航空通信納入業(yè)務(wù)范圍之內(nèi),63,（1）海事移動(dòng)

30、衛(wèi)星通信,移動(dòng)汽車電話1995年8月,INMARSAT研制并成功運(yùn)行了世界上第一個(gè)全球汽車電話系統(tǒng),該系統(tǒng)的用戶駕駛汽車可在任何地方實(shí)現(xiàn)全球通信。系統(tǒng)使用了4顆GEO衛(wèi)星；12顆MEO衛(wèi)星系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供14種服務(wù)項(xiàng)目，初期提供語音、傳真及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，通話費(fèi)為每分鐘4.6美元。,64,海事衛(wèi)星地面終端示意圖,65,（2）“銥”星系統(tǒng),該系統(tǒng)值得介紹的內(nèi)容較多，既有 美好的初衷，又有悲壯的失敗。,66,（3）ICO全球通信系統(tǒng),名　稱

31、：中圓軌道系統(tǒng) Intermediate Circular Orbit投資者：國際海事衛(wèi)星組織經(jīng)國務(wù)院批準(zhǔn)1979年交通部代表我國加入該組織1993年通過了ICO衛(wèi)星通信系統(tǒng)方案20世紀(jì)90年代后期開始運(yùn)行,67,（3）ICO全球通信系統(tǒng),技術(shù)特點(diǎn)：它屬于中軌道衛(wèi)星通信系統(tǒng)，因而只需衛(wèi)星12顆；該系統(tǒng)有12顆衛(wèi)星分別在兩個(gè)正交的圓形地球軌道面上運(yùn)行，每個(gè)軌道面上有6顆衛(wèi)星，其中一顆為備用。衛(wèi)星離地球表面高度為10350km，

32、運(yùn)行周期近6h。,68,（3）ICO全球通信系統(tǒng),市場(chǎng)定位：ICO將服務(wù)的目光從商務(wù)旅行者身上擴(kuò)散到更廣泛的人群中，它甚至特別強(qiáng)調(diào)為發(fā)展中國家服務(wù)。ICO的用戶終端：手持機(jī)及車載、機(jī)載、船載和半固定。通信業(yè)務(wù)：話音、2400bps雙工數(shù)據(jù)通信業(yè)務(wù)；準(zhǔn)實(shí)時(shí)三類傳真、定位業(yè)務(wù)、尋呼業(yè)務(wù)。,69,（4）GlobalStar系統(tǒng),全球星系統(tǒng)：由美國勞拉公司和高通公司倡導(dǎo)和發(fā)起的；合作伙伴：世界上主要電信業(yè)務(wù)提供商和制造商投資

33、：在1991年，耗資30多億美元,70,（4）GlobalStar系統(tǒng),衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)：48顆衛(wèi)星，軌道高度1414公里,共有8個(gè)軌道平面。手持機(jī)價(jià)格約為1000美元，通話費(fèi)為0.3～0.5美元/分鐘。,71,（4）GlobalStar系統(tǒng),設(shè)計(jì)特點(diǎn)：Globalstar系統(tǒng)不是一個(gè)獨(dú)立的通信網(wǎng)，而是對(duì)現(xiàn)有的公用、專用、市話、長(zhǎng)途網(wǎng)，地面蜂窩移動(dòng)通信網(wǎng)以及各種特殊通信網(wǎng)的延伸和補(bǔ)充。設(shè)計(jì)構(gòu)思以LEO新技術(shù)和包括采用碼分多址技術(shù)的

34、移動(dòng)電話技術(shù)為基礎(chǔ)。為簡(jiǎn)化網(wǎng)路結(jié)構(gòu)，不采用星際鏈路交換信息的技術(shù)。,72,（5）Teledesic全球通信系統(tǒng),投資者：比爾·蓋茨和克雷格.麥考，于1994年提出“滿天星”計(jì)劃。系統(tǒng)組成：把924（1/10備用）顆衛(wèi)星發(fā)射到690公里的軌道上，形成覆蓋地球的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)?；鞠敕ǎ菏澜绱蟛糠值胤降耐ㄐ攀聵I(yè)并不發(fā)達(dá)，因此利用衛(wèi)星進(jìn)行高速因特網(wǎng)接入則是一條捷徑。,73,Teledesic性能指標(biāo),旋轉(zhuǎn)周期：小于100min。

35、通信業(yè)務(wù)：話音、數(shù)據(jù)、視像、交互式多媒體及廣域網(wǎng)絡(luò)信息。接口速率：一般用戶16k～2Mbps；大容量用戶為155M～1.2Gbps；用戶天線：直徑小于25cm,74,三、我國衛(wèi)星通信發(fā)展歷程,我國的第一顆人造地球衛(wèi)星 時(shí)間：1970年4月24日 意義：打破壟斷 振奮人心 人物：孫家棟院士 運(yùn)載火箭、衛(wèi)星技術(shù) 專家,東方紅1號(hào),75,三、我國衛(wèi)星通信發(fā)展歷程,1、引進(jìn)地球站，開展衛(wèi)星業(yè)務(wù)2、研

36、制地球站，建衛(wèi)星試驗(yàn)站3、實(shí)現(xiàn)租星建網(wǎng)和發(fā)星建網(wǎng)4、衛(wèi)星通信網(wǎng)現(xiàn)狀,76,1、開展國際衛(wèi)星通信業(yè)務(wù),第一：在1971年，我國就引進(jìn)10M車載站和30M標(biāo)準(zhǔn)地球站，首次利用通信衛(wèi)星成功地進(jìn)行國際通信。第二：1972年，美國總統(tǒng)尼克松首次訪華，有關(guān)部門優(yōu)選衛(wèi)星通信作為主要通信手段，出色地完成了這次重要的國際通信任務(wù)。,77,1972年2月21日，尼克松一行抵達(dá)北京，對(duì)中國進(jìn)行為期七天的歷史性訪問。,歷史的瞬間,78,2、研制和建立

37、通信試驗(yàn)站,通信試驗(yàn)：70年代末期，我國先后利用德國和法國聯(lián)合研制的“交響樂”以及國際衛(wèi)星通信組織的IS IV-A、IS V等通信衛(wèi)星進(jìn)行通信和廣播試驗(yàn)。國內(nèi)衛(wèi)星網(wǎng)：在80年代初期，建立了北京、烏魯木齊、拉薩和昆明4座衛(wèi)星通信地球站。,79,3、實(shí)現(xiàn)租星和發(fā)星建網(wǎng),1984年發(fā)射了第一顆試驗(yàn)同步通信衛(wèi)星。1986年又發(fā)射了實(shí)用通信廣播衛(wèi)星。1986年7月以北京為主站，烏魯木齊、呼和浩特、拉薩和廣州為區(qū)域中心站的國家公用衛(wèi)

38、星通信網(wǎng)建成，轉(zhuǎn)發(fā)器為國際通信衛(wèi)星IS V。1988年3月7日和12月22日，我國又分別發(fā)射了兩顆實(shí)用通信衛(wèi)星。,80,3、實(shí)現(xiàn)租星和發(fā)星建網(wǎng),1990年2月，我國又發(fā)射第5顆通信衛(wèi)星。1993年初，原郵電部向美國GTE公司購買在軌通信衛(wèi)星，以“中星5號(hào)”命名加入國家公用衛(wèi)星通信網(wǎng)。該星擁有24部C波段和6部Ku波段轉(zhuǎn)發(fā)器，傳輸中央和地方的8套電視節(jié)目，同時(shí)還提供5200路雙向電話業(yè)務(wù)，并為若干個(gè)VSAT系統(tǒng)提供專用網(wǎng)。,8

39、1,3、實(shí)現(xiàn)租星和發(fā)星建網(wǎng),1994年11月30日：東方紅3號(hào)發(fā)射升空，由于太陽能電池泄漏，該星未能送入同步軌道。1997年5月12日：我國采用“長(zhǎng)征3號(hào)甲”運(yùn)載火箭再次發(fā)射具有24部C波段轉(zhuǎn)發(fā)器的“東方紅3號(hào)B”新型通信衛(wèi)星，于5月20日成功定點(diǎn)于東經(jīng)125度的赤道上空，并以“中星6號(hào)”命名正式進(jìn)入我國國家通信網(wǎng)通信衛(wèi)星序列。,82,航天最新成就,神州五號(hào) 2003年10月15日北京時(shí)間9時(shí)，楊利偉乘由長(zhǎng)征二號(hào)F火箭

40、運(yùn)載的神舟五號(hào)飛船首次進(jìn)入太空，是中華人民共和國第一位進(jìn)入太空的太空人。 神州六號(hào) 2005年10月12日上午9:00在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心發(fā)射升空， 費(fèi)俊龍和聶海勝兩名中國航天員被送入太空。是中國第一艘執(zhí)行“多人多天”任務(wù)的載人飛船。 神州八號(hào) 2011年11月1日清晨5:58成功發(fā)射成功，預(yù)計(jì)在2-3日與天宮一號(hào)對(duì)接。,83,4、衛(wèi)星通信網(wǎng)現(xiàn)狀,國際網(wǎng)：上海、北京建成4座大型地球站，2000多條線路。國內(nèi)網(wǎng)：北京、廣州

41、、拉薩、烏魯木齊、成都、呼和浩特等30多個(gè)大站及數(shù)十個(gè)小站，擁有20000多條單向電路。VSAT總數(shù)：1996年底，4000多個(gè)衛(wèi)星單收站，9000多個(gè)收發(fā)站。,84,四、衛(wèi)星通信系統(tǒng)的特點(diǎn),1、通信距離遠(yuǎn)，覆蓋范圍寬2、不受地理等條件限制3、多址通信和廣播通信4、通信容量大5、大范圍移動(dòng)通信,85,1、通信距離遠(yuǎn)覆蓋范圍寬,通信距離：一顆同步衛(wèi)星18000公里左右。覆蓋范圍：衛(wèi)星視區(qū)可達(dá)到全球表面積的42.4%。其

42、它特點(diǎn)：建站成本與通信距離無關(guān)，這一點(diǎn)對(duì)國際通信來說尤其重要。,86,2、不受地理等條件的限制,對(duì)于衛(wèi)星通信來說，只要通信雙方的設(shè)備正常，就可以實(shí)現(xiàn)通信，不會(huì)因?yàn)橐韵聨追N條件的限制：,不受地理?xiàng)l件的限制不受自然災(zāi)害人為事件的影響。,87,3、廣播通信和多址通信,廣播通信在覆蓋范圍內(nèi)，無論什么地方，都可以收到所有的廣播。多址通信既然地球站有發(fā)射機(jī)，也裝有接收機(jī)，只要架設(shè)起來，相互之間都可以同時(shí)通信，這種能同時(shí)實(shí)現(xiàn)多方向、多

43、地點(diǎn)通信的能力，稱為“多址聯(lián)接”。,88,衛(wèi)星廣域網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)示意圖,衛(wèi)星,VSAT終端,VSAT終端,局域網(wǎng),89,4、通信容量大,提高容量的措施：微波波段，轉(zhuǎn)發(fā)器功率和新體制、新技術(shù)的不斷發(fā)展，衛(wèi)星通信容量越來越大，傳輸?shù)臉I(yè)務(wù)類型越來越多樣化?，F(xiàn)代衛(wèi)星容量：一顆衛(wèi)星其通信容量就可超過33000條話路，即6萬多人可同時(shí)打電話。,90,5、通信靈活、機(jī)動(dòng),小型地球站：2.4／3.6m天線；機(jī)動(dòng)地球站：1.2或1.8m天線海事衛(wèi)星

44、：隨身攜帶； 轉(zhuǎn)播車：傳送電視節(jié)目的車載地球站。手持終端：低軌道手持式衛(wèi)星通信終端。,91,四、技術(shù)上的難點(diǎn),1、空間電子技術(shù)2、信號(hào)傳播時(shí)延3、多址聯(lián)接技術(shù)4、高度可靠性,92,1、先進(jìn)的空間和電子技術(shù),空間技術(shù)由于距地面相數(shù)萬公里，電磁波傳播損耗很大，空間環(huán)境復(fù)雜多變，要把衛(wèi)星發(fā)射到靜止軌道上精確定點(diǎn)，并經(jīng)常保持較小的漂移，難度是很高的。電子技術(shù)就通信來說，為了保證質(zhì)量，需要采用高增益的天線、大功率發(fā)射機(jī)、

45、低噪聲接收設(shè)備和高靈敏度的調(diào)制解調(diào)器等一系列技術(shù)。正是這種需要，促進(jìn)了微波、信號(hào)檢測(cè)等理論與技術(shù)的迅速發(fā)展。,93,2、解決傳播時(shí)延帶來的影響,傳播時(shí)延電磁波傳播速度約等于光速，地球站→衛(wèi)星→地球站距離8萬公里，時(shí)間約為0.27秒?；夭ㄐ?yīng)即發(fā)話者在0.54秒后會(huì)聽到反射回來的本人講話的回聲，成為一種干擾。解決方法為了消除或抑制回波干擾，地球站要增加一些設(shè)備。,94,3、實(shí)現(xiàn)多址聯(lián)接,多址聯(lián)接通信衛(wèi)星的廣播式工作，為“多址聯(lián)

46、接”提供了可能性，但是，要將可能性變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，必須解決“多址技術(shù)”的問題，即接收站如何識(shí)別和選出發(fā)給自己的信號(hào)。多址技術(shù)這要求發(fā)射站發(fā)射的信號(hào)或傳輸手段必須具有區(qū)別于其它站的某種特征。,95,4、高度穩(wěn)定、可靠地工作,重要性靜止衛(wèi)星處于離地球數(shù)萬公里之外，作為中繼站，既無人值守，更無人維修。衛(wèi)星上組裝有成千上萬個(gè)電子和機(jī)械元器件，若其中一個(gè)發(fā)生故障或損壞，就可能引起通信衛(wèi)星的失效，導(dǎo)致整個(gè)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的癱瘓。解決方法在衛(wèi)星上使用

47、的都是經(jīng)過精選的可靠性高、壽命長(zhǎng)的元、器件。它們需要進(jìn)行大量的壽命與可靠性試驗(yàn)。,96,五、衛(wèi)星通信的應(yīng)用范圍,1、國際、國內(nèi)長(zhǎng)途通信2、廣播、電視節(jié)目傳輸3、新聞?dòng)浾?、石油勘探、海洋石油、森林防護(hù)、緊急救援等4、航空、航海、交通等移動(dòng)通信5、金融部門遠(yuǎn)程聯(lián)網(wǎng)、發(fā)布信息6、用于軍事通信、偵察,未來通信衛(wèi)星的發(fā)展趨勢(shì),,97,寬帶業(yè)務(wù)的需求,寬帶衛(wèi)星通信業(yè)務(wù)將在未來幾年中得到快速發(fā)展。轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星有效載荷設(shè)計(jì)將以傳統(tǒng)的轉(zhuǎn)發(fā)器為基礎(chǔ)，

48、星上交換和處理有效載荷設(shè)計(jì)將利用寬帶衛(wèi)星和頻率資源。衛(wèi)星可以有效彌補(bǔ)地面通信網(wǎng)之不足，但必須是提供通過太空傳輸所能提供的效果更好的服務(wù)。未來衛(wèi)星系統(tǒng)面臨的市場(chǎng)需求將與地面通信面臨的一樣，即帶寬更寬，功能更強(qiáng)，價(jià)格更低。通信容量最大和終端最簡(jiǎn)便的寬帶系統(tǒng)將有市場(chǎng)優(yōu)勢(shì)。但是，寬帶衛(wèi)星業(yè)務(wù)的靈活性已具有自身的優(yōu)勢(shì)。用戶將把始終在線的高速數(shù)據(jù)連接作為日常生活的一部分。但是，地面寬帶鏈路的有效距離，無論有線還是無線，一般都小于它們將要替代的話音系

49、統(tǒng)的有效距離。這就有可能在城市中產(chǎn)生許多寬帶“孤島”，在人煙稀少的地區(qū)情況會(huì)更加嚴(yán)重，而且沉重的系統(tǒng)費(fèi)用會(huì)使專用的地面系統(tǒng)非常不經(jīng)濟(jì)。在這些地區(qū)，衛(wèi)星自然成為應(yīng)該選擇的寬帶通信手段。,98,通信衛(wèi)星星上路由需求,目前的寬帶衛(wèi)星一般被看作是接入技術(shù)，也就是專門在用戶和Internet之間通過傳統(tǒng)轉(zhuǎn)發(fā)衛(wèi)星或彎管式衛(wèi)星提供寬帶連接，與用調(diào)制解調(diào)器通過地面線路提供連接很相似。無論那種連接方式，每條線路每次都是接納一個(gè)用戶，而且數(shù)據(jù)的傳送路由選擇

50、都是在中央設(shè)備中進(jìn)行的。隨著寬帶業(yè)務(wù)的增加需要將通信路由功能從地面中央設(shè)備轉(zhuǎn)移到空間衛(wèi)星上，系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員可以將來自許多猝發(fā)用戶的通信量在到達(dá)衛(wèi)星下行鏈路發(fā)射機(jī)之前進(jìn)行組合，從而大大提高了效率并圍，使系統(tǒng)每年產(chǎn)生更多的收益。,99,微小衛(wèi)星的發(fā)展需求,革命性的新技術(shù)將大幅度地增強(qiáng)衛(wèi)星的功能，并大大地降低衛(wèi)星的成本。這些年以來，衛(wèi)星體積越來越大，功率越來越高，通信容量越來越大。然而，在今后二十年中，低地球軌道（LEO）和中地球軌道（MEO）

51、的衛(wèi)星卻可能會(huì)向另外一個(gè)方向發(fā)展，即小型化，從而使衛(wèi)星發(fā)展回歸到起點(diǎn)。每顆衛(wèi)星都擁有強(qiáng)大的計(jì)算能力，并與幾十顆、甚至幾百顆相似的衛(wèi)星互聯(lián)，對(duì)地球進(jìn)行不間斷的地毯式覆蓋。這些衛(wèi)星可以是通信衛(wèi)星、情報(bào)監(jiān)視衛(wèi)星或科學(xué)觀察衛(wèi)星。,100,作業(yè),分別調(diào)研國內(nèi)、國外太陽能電池光到電的轉(zhuǎn)換效率能夠達(dá)到的最大值。對(duì)于一顆通信衛(wèi)星，除電源系統(tǒng)外整星（包括轉(zhuǎn)發(fā)器）要消耗的功率如果是300W，假設(shè)電源系統(tǒng)自身消耗功率為其輸出功率的15%，則太陽能電池面積最小