34
三、频率分配

卫星通信频段：目前常用频段有L，S，C，X，Ku，Ka。 L频段：1～2GHZ，一般记为1.6/1.5G(上行/ 下行) ，用于MSS，GEO卫星测控。 S频段：2～4GHz，用于MSS，GEO卫星测控。 C频段：4～7GHz，用于FSS和MSS的馈电链路。 Ku频段：12～18GHz，用于FSS，BSS。 Ka频段：20～40GHz, 用于FSS，MSS。 此外，VHF、UHF用于低轨小卫星通信。 VHF频段：0.1~0.3GHz，用于移动、导航业务 UHF频段：0.3~1.0GHz，用于移动、导航业务 更高频段 Q频段：36.0~46.0GHz， V频段：46.0~56.0GHz
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系统的组成
信关站天线
网络控制中心 韩国城南，地面中心
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系统的组成
• 用户信息管理系统CIMS 负责维护信关站配臵信息，完成系统记帐 和计费，实现详细通话记录
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系统的组成
• 用户段
手持终端 掌上型终端 车/舰/机载终端 便携式终端 固定终端
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三、频率分配
• 两个权威组织
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1.1 卫星轨道
• 典型卫星通信系统的轨道高度、卫星速度和轨道 周期如下表
卫星系统 轨道高度 (km) 在轨速度 (km/s) 轨道周期（时/分/秒 ）
Intelsat (GEO)
NewICO (MEO) SkyBridge (LEO) Iridium (LEO)
35786
10355 1469 780
– 国际电联ITU International Telecommunication Union – 美国联邦通信委员会FCC Federal Communications Committee
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三、频率分配
• ITU划分的频率区域划分
区域1：欧洲，非洲，前苏联地理区域，蒙古和西亚半岛 区域2：南北美洲和格陵兰岛 区域3：亚洲（除区域1部分），澳洲和西南太平洋

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卫星通信在中国的特殊地位
• • • • 幅员辽阔 人口众多 地区发展不平衡 中国有60％左右的地区是地面网盲区，如 海洋、高山、沙漠和草原等，通信的困难 甚至成为人们生存的障碍
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• 由于卫星通信相对于地面通信网的综合 造价成本高，终端贵，因此，卫星通信 的市场定位应该是地面通信网的延伸和 补充，主要服务于地面通信网不能覆盖 的区域及有特殊通信需求的人群
内范伦带： 1500～5000 km 外范伦带: 13000～20000km
LEO
MEO
GEO
Spaceway，Astrolink，Inmarsat，Intelsat
20
scale
0
10,000 Km
1.1 卫星轨道
21
1.1 卫星轨道
• GEO/GSO的主要优势
– 对地（球）位臵相对固定 – 几乎恒定的传输延时 – 广阔的覆盖区域（单星覆盖面积约占地球表面1/3）
P r 1 e cos
b e 1 a
2
P a(1 e )
2
图1 椭圆轨道的示意图
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开普勒第二定律：卫星与地心的连线在相同时 间内扫过的面积相等。
2 1 V u( ) r a
(km/s)
V为卫星在轨道上的瞬时速度。其中a为椭圆轨道的半 长轴，r为卫星到地心的距离。u为开普勒常数，u值为 398601.58*109m3/s2
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卫星通信的概念
卫星通信是指利用通信卫星转发器实现地 球站（或手持终端）之间、或者地球站与 航天器之间的无线电通信。
主要包括： 卫星固定通信 卫星移动通信 卫星直接广播 卫星中继通信
卫星通信是个人通信网的组成部分，是地面 通信网的补充。
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7
8
9
第一章 卫星通信系统概述
一、卫星轨道 二、卫星通信系统的组成 三、频率分配 四、卫星通信的特点 五、卫星通信的业务类型 六、卫星通信的发展
卫星通信
通信：在两个或多个位臵实现信息的传输、接 收和处理。 有线通信：光纤、电缆、明线 无线通信：短波/超短波通信、微波中 继通信、地面移动通信、卫 星通信
4
卫星通信起源
1946年，美国科学家用雷达把电波发射 到月球，并第一次接收到它的回波。这证明 了携带信号的电波可以穿过大气层，并可以 从大气层以外的星球上反射回地球。此后， 人类发射了用来通信的人造卫星，它能够把 地球上发来的电波信号经过放大处理后，再 发回地球，这样就实现了远距离国际卫星通 信。
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1.1 卫星轨道
• HEO的主要优势
– 高纬度地区的仰角大 – 单星覆盖范围大 – 对地相对运动速度较慢（在服务时 间内）
Pentriad (Molnya HEO)
• HEO的主要缺点
– 传输延时和衰减大 – 穿越范· 艾伦带，卫星寿命较短 – 大的多普勒频移
Teledesic Skybridge Globalstar Iridium Orbcomm
• GEO/GSO的主要缺点
– – – – – 大的传输延时和衰减 仰角随着纬度的增高而降低（GEO） 不能覆盖极地地区（GEO） 轨位资源缺乏 发射费用高
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1.1 卫星轨道
• LEO的主要优势
– 低传输延时和衰减（利于使用手持终端） – 灵活的系统设计 – （单星）发射费用低
• LEO的主要缺点
GPS GLONASS Outer Van Allen Belt ICO, Spaceway NGSO Concordian of Ellipso Borealis of Ellipso Inner Van Allen Belt
LEO
MEO
GEO
Spaceway，Astrolink，Inmarsat，Intelsat
卫星通信
通向无缝覆盖全球移动通信系统之路
1
课程概况
课程简介 课程名称：卫星通信 课程学时：36 课程性质：专业选修

周学时：3
课程目的 本课程是为通信工程、计算机通信、无线电技术等专业高年级 学生开设的一门专业课，其目的是使学生掌握卫星通信系统的 组成、原理和技术的基础知识。 课程特点 通信技术、计算机技术和航空航天技术相结合的通信手段，是 一门交叉学科，涵盖的知识面相当广泛，从物理学科的开普勒 三定律到数学的几何运算，从卫星的发射控制技术到卫星与地 球站之间的无线通信技术。 讲述卫星通信的基础知识，侧重于基本概念和原理，而对于复 2 杂的数学推导，则从略。
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一、卫星轨道

开普勒定律 假设地球是质量均匀分布的圆球体，忽略太阳、 月球和其它行星的引力作用，卫星运动服从开 普勒三大定律。
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开普勒（Johannes Kepler） 国籍: 德国 生卒日期:
1571.12.27 － 1630.11.15
主要成就: 发现了行星运动三定律
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开普勒第一定律：卫星以地心为一个焦点做椭 圆运动。其轨道平面的极坐标为：
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五、卫星通信的业务类型
• 移动卫星服务MSS：Mobile Satellite Service – 陆地移动卫星服务LMSS：Land MSS – 海事移动卫星服务MMSS：Maritime MSS – 航空移动卫星服务AMSS：Aeronautical MSS • 固定卫星服务FSS：Fixed Satellite Service • 广播卫星服务BSS：Broadcast Satellite Service • 无线定位服务RDSS：Radio Determination Satellite Service

教材和参考书
• 朱立东等，《卫星通信导论》（第 3 版），北 京：电子工业出版社， 2009 年 11 月第 1 次印刷 （卫星通信课程教材） • Dennis Roddy. Satellite Communications. The McGraw-Hill Companies, inc., 2002 （清华大学 出版社） • Timothy Pratt, Charles Bostian and Jeremy Allnutt. Satellite Communications. New York: John Wily and Sons, Inc., 2003 （电子工业出版社） • 张乃通等，《卫星移动通信系统》(第2版）， 北京：电子工业出版社，2000 • Erich Lutz, Markus Werner and Axel Jahn. Satellite Systems for Personal and Broad Communications. Berlin: Springer-Verlag, 2000 3
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• 圆轨道卫星具有恒定的运动速度
V＝

a
( km / s )
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开普勒第三定律：卫星运转周期的平方与轨道 半长轴的3次方成正比。
a3 Ts 2 u
u为开普勒常数，u值为398601.58 109m3/s2。
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1.1 卫星轨道
• 从轨道形状进行分类
– 圆轨道： GEO，GSO，MEO，LEO – 椭圆轨道 HEO
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五、卫星通信的业务类型
ITU (International Telecommunication Union)定义三种 业务类型：

固定卫星业务FSS (Fixed satellite service) 移动卫星业务MSS (Mobile satellite service) 广播卫星业务BSS (Broadcasting satellite service)
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1.1 卫星轨道
• 从轨道高度进行分类
– 低地球轨道LEO：Low Earth Orbit，700 ~ 2000 km – 中地球轨道MEO：Medium Earth Orbit，10000 ~ 20000 km – 同步轨道GSO：GeoSynchronous Orbit，35786 km – 静止轨道GEO：GEostationary Orbit，35786 km – 高椭圆轨道HEO：Highly Elliptical Orbits，最高点 可达40000km