计算机网络原理 卫星通信系统 .pdfVIP

计算机网络原理卫星通信系统

卫星通信是航天技术和电子技术相结合而产生的一种重要通信方式。它是在19世纪60

年代迅速发展起来的。通常卫星通信是以空间轨道中运行的人造卫星作为中继站，地球站作

为终端站，来实现两个或者多个地球站之间的长距离大容量的区域性通信及至全球通信。

1．卫星通信

通常，我们把用作通信的卫星叫通信卫星，这种卫星在地球赤道上空约36000公里的轨

道上从西向东转动，方向和速度恰好与地球自转同步，在地面上看来是静止不动的，所以又

称同步静止卫星。它为军事、政府、私人和商业用户等消费者提供通信服务，图12-8所示

就为一个典型的卫星微波系统。

卫星发射应答机

22000英里

地球

地面站地面站

图12-8典型的卫星微波系统

其实，通信卫星就是太空中的一个微波中继器，它可以在两个或多个地球站之间中继信

号，卫星使用的频率实质上与微波系统相同。卫星中继器称为发射机应答器，一个卫星可以

有许多发射机应答器。一个卫星系统包括一个或多个卫星空间飞行器、地面控制站，以及为

传输、接收和处理通过该卫星系统的陆地通信量而提供的地面站用户网络。进出卫星的传输

被分为总线或有效负载。总线包括支持有效负载操作的控制机制。有效负载是实际的用户信

息。

虽然卫星系统的类型很多，但是最流行的系统是用于通信、监视、天气和导航的系统。

通信系统由政府、军队和商业通信公司广泛应用于在全世界各地的用户之间传输语音、数据

和视频信息。天气和监视卫星主要由政府和军事机构使用，而导航卫星则几乎是每个人都会

用到的，这包括政府、军队、市民和商业公司。

卫星通信系统按照卫星高度一般分为低轨道（LEO）、MEO（中轨道）或地球同步轨道（GEO）

卫星。大多数LEO卫星的工作频率范围是1.0GHz至2.5GHz。如Motolora公司的基于卫星的

移动电话系统Iridium就是一个LEO系统，它使用67个卫星星座在地球表面上大约480英里

的轨道上运行。MEO卫星在1.2GHz至1.67GHz的频段内工作。如美国国防部的基于卫星的

全球定位系统NAVSTAR就是一个MEO系统，其星座包括在地球表面上大约9500英里的轨

道上运行的21个工作卫星和6个或更多的备用卫星。GEO是高空地球轨道卫星，其工作频

率范围是2GHz至18GHz，运行轨道在地球表面以上的22300英里处。

另外，卫星通信系统按照其使用的空间轨道位置，还可以分为对地静止轨道（GEO）和

非对地静止轨道（Non-GEO）；按照其业务提供的范围可以分为全球卫星通信系统和区域卫

星通信系统，。

与其他通信系统相比，卫星通信具有传输距离远、覆盖区域大、传送的业务类型多、通

信机制灵活、可靠、不受地理环境条件限制等独特优点。如拿其覆盖面积来讲，一颗通信卫

星可覆盖地球面积的三分之一多；若在地球赤道上等距离放上三颗卫星，就可以覆盖整个地

球。但卫星通信在技术上也带来了一些新的问题，如：需要先进的空间和电子技术；需要解

决信号传播时延带来的影响；要完全实现多地址连接，需要解决多址技术问题；需要保证卫

星高稳定和可靠地工作。

以静止卫星通信系统为例，一个卫星通信系统是由空间分系统、通信地球站、跟踪遥测

及指令分系统和监控管理分系统等四部分组成。空间分系统也就是通信卫星，由温控、能源、

控制、通信、天线、跟踪、遥测、遥控等系统组成，其中天线和通信称为卫星的有效载荷，

其余组成部分合起来称为卫星公共舱，为维持有效载荷在空中正常工作起保障作用。通信地

球站是卫星通信系统的重要组成部分，由天线、馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端

设备、电源设备以及监控设备组成。跟踪遥测及指令分系统的功能是对卫星进行跟踪测量，

控制其准确进入静止轨道上的指定位置，待卫星正常运行后，要定期对卫星进行轨道修正和

位置保持。监控管理分系统的功能是对定点的卫星在业务开通前、后进行通信性能的监测和

控制。

在卫星通信中，工作频段的选择是很重要的，它直接影响到整个卫星通信系统的通信容

量、质量、可靠性设备的复杂程度和成本的高低，还可能影响到与其他通信系统的协调。卫

星通信工