现代无线通信技术 邬正义 chap5.ppt

第5章卫星通信
概述
1945年,英国军官克拉克在《无线电世界》上发表了论文《地球外的中继站》,最早提出了利用卫星进行通信的设想。
1963年,美国宇航局发射成功第一颗试验性静止同步通信卫星“辛康姆”,并成功地用它进行了1964年东京奥运会的实况转播。
1965年,国际通信卫星组织(INTELSAT)把第一颗商用通信卫星“晨鸟”送入地球静止同步轨道。
第5章卫星通信
概述
卫星通信实际上是将通信卫星作为空中中继站,将地球上某一地面站发射来的微波无线电信号转发到另一个地面站,从而实现的两个或多个地域之间的微波通信。
卫星通信是在微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术。
卫星通信系统
卫星与卫星轨道
卫星和地球也服从万有引力定律,而且,由于地球质量远远大于卫星质量,我们可以忽略卫星对地球的影响,把卫星绕地球的运动看作是受地球中心引力作用的质点运动。
卫星围绕地球作无动力飞行的运动遵循开普勒定律,其运行轨道具有如下特性:
卫星通信系统
卫星与卫星轨道
(1)卫星运行轨道是一个椭圆形轨道,地球位于椭圆的一个焦点。
在极坐标系中,卫星运动方程可写成
式中,p为二次曲线的参数,e为偏心率,它们均由卫星入轨时的初始状态所决定,θ为中心角,当e满足0<e<1时,轨道为椭圆形,仅当e=0时为圆形轨道。
卫星通信系统
卫星与卫星轨道
(2)卫星在轨道上运动的过程中,单位时间内地心与卫星S的连线扫过的面积(以轨道弧线为界)相等。
(3)卫星运行周期的平方与它到地心距离的平均值的立方成正比,即
式中,Ps为卫星运行周期,单位min;h为卫星离地面的平均高度,单位km;Re为地球半径,约6378km。
卫星通信系统
卫星与卫星轨道
卫星轨道与开普勒三定律
卫星通信系统
卫星通信系统的分类
根据通信卫星距离地面的高度可分为:
(1)高地球轨道卫星系统(GEO)。卫星距地面高度超过20000km以上。
(2)中地球轨道卫星系统(MEO)。卫星距地面高度5000∽20000km。
(3)低地球轨道卫星(LEO)。卫星距地面高度500∽5000km。
卫星通信系统
卫星通信系统的分类
按卫星的运行周期以及卫星与地球上任一点的相对位置关系不同,可分为:
(1)同步卫星系统。通信卫星运转周期与地球自转周期相同,其运行轨道称为同步轨道。卫星沿赤道上空35800km高的圆形轨道与地球自转同向运行,卫星在运行过程中与地球保持相对静止,这种卫星称为同步卫星或静止同步卫星。
(2)非同步卫星系统。通信卫星运转周期不等于(通常是小于)地球自转周期。其轨道倾角、高度、形状(圆形或椭圆形)因需要而不同。站在地球的立场上看,这种卫星是以一定的速度在移动的,故又可以称为移动卫星或运动卫星。
卫星通信系统
卫星通信系统的分类
目前,卫星通信系统大部分是同步卫星系统。因为同步静止卫星距地面高达35800km,一颗卫星对地球表面的可通信覆盖区可达到40%左右,地球上最远跨距达到18000km,从理论上讲,只需要3颗这样的同步卫星,就可以实现全球范围(除两极地区之外)的通信。
卫星通信系统
卫星通信系统的分类
静止通信卫星覆盖地球示意图