第五章 卫星通信网(课件）-高二《通信技术》同步教学（人民邮电版）

第五章 卫星通信网 5.1 卫星通信 卫星通信和其他远距离通信方式相比，具有通信距离远、覆盖面积大、性能可靠稳定、通信频带很宽、信道容量大等许多优点，因此卫星通信能够传输高质量的电视、多路电话以及其他各种类型的信号。 5.1.1卫星通信的基本概念 所谓卫星通信，是指地球站之间利用人造地球卫星转发信号实现的无线电通信，如图所示。这里，地球站是指设在地球上（包括陆地、水上和大气层中）的无线电通信站。用于转发各地球站信号的人造地球卫星称为通信卫星。 由图可以看出，在一颗通信卫星天线的波束所覆盖的地球表面区域内的各个地球站，都可以通过卫星中继、转发信号来进行通信。卫星通信是在微波接力通信技术和航天技术的基础上发展起来的一门新兴的通信技术，通信卫星是设置在太空中的无人值守的微波中继站，各地球站之间的通信都是通过它的转发实现的。 5.1.2 卫星通信系统 1．卫星通信系统的组成 图5.4所示为卫星通信系统的基本组成框图。卫星通信系统主要由通信卫星和地球站两部分组成；整个卫星传输线路由地球站至卫星的上行链路和卫星至地球站的下行链路组成。 （1）通信卫星 通信卫星起中继作用，它将发自某一地球站的电波接收并放大再返送到另一地球站。卫星上通常设置若干个转发器来处理信号的接收、变频、放大和发送。另外，通信卫星必须配备控制分系统、遥控指令分系统、电源分系统、温控分系统和天线分系统来保证通信卫星的正常工作。 （2）地球站 地球站实际是卫星系统和地面通信网的接口，地面用户通过地球站出入卫星系统，形成连接系统。地球站的主要作用有两个：一是向卫星发射信号；二是接收经卫星转发的，来自其他地球站的信号。 2．卫星通信工作频段的选择 （1）电波传播过程中的衰耗尽可能小； （2）天线系统接收的外部噪声尽可能小； （3）与其他通信或雷达等微波设备之间的干扰尽可能小； （4）频带尽可能宽以满足所传输信息的要求； （5）尽可能利用现有的通信技术和设备。 3．系统的主要技术参数 （1）有效全向辐射功率（EIRP） 卫星通信中，常常用有效全向辐射功率EIRP来代表地球站或通信卫星发射系统的发射能力，它表明了定向天线在最大辐射方向实际所辐射的功率。 （2）等效噪声温度Te 等效噪声温度Te是将噪声系数折合为电阻元件在相当于某温度下的热噪声，这里的温度以绝对温度计算。 （3）接收系统性能因数G/T 接收天线的增益与接收系统的等效噪声温度之比为接收系统性能因数或品质因数，并简称G/T值。它反映了接收系统的实际接收质量，G/T值越大，地球站或通信卫星接收性能越好，卫星通信系统的通信能力越强。 5.2 卫星通信组网技术 1．频分多址方式（FDMA） 在FDMA中，将卫星通信使用的频带分割成若干互不重叠的部分，再将它们分别分配给各地球站。各地球站按所分配的频带发送信号，接收端的地球站根据频带识别发信站，并从接收到的信号中提取发给本站的信号。如图为频分多址示意图，图中f1、f2……fk为各地球站发射的载波频率。 2．时分多址方式（TDMA） 在TDMA中，将卫星转发器的工作时间分割成若干互不重叠的时隙，分配给各地球站，各地球站可以使用相同的载波频率在所分配的时隙内发送信号。接收端地球站根据接收信号的时隙位置、信号中所含的站别，提取出发给本站的信号。如图是时分多址的示意图，图中△T1、△T2、……、△TK是各地球站在卫星转发器中所占时隙，叫做分帧。所有分帧的和叫做帧，帧长TS=△T1+△T2+……+△TK。 3．空分多址方式（SDMA） 空分多址方式是指在卫星上安装多个天线，这些天线的波束分别指向地球表面上的不同区域。不同区域的地球站所发射的电波在空间不会互相重叠；即使在同一时间，不同区域的地球站使用相同的频率来工作，它们之间也会形成干扰。这种方式要求天线波束的指向应非常准确。 4．码分多址方式（CDMA） 码分多址方式是将不同的地球站占用同一频率和同一时间段，当各站被分配不同的伪随机码（相当于识别码），接收端以这种识别码作为区分和选择信号的依据。由于在原发送信号中叠加了类似噪声的伪随机码 ，使信号频谱大大展宽，因此CDMA方式干扰性能优越，适用于要求保密性强的卫星通信系统。 $