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第9章卫星通信系统.pdf

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信息与通信工程学院通信技术研究所 1 第九章第九章卫星通信系统卫星通信系统 本章主要内容 卫星通信系统的组成及工作原理 各部分功能及组成 卫星通信系统工作过程 2 卫星通信系统的组成及工作原理卫星通信系统的组成及工作原理 卫星转发器发射机频率变换接收机 双工器 多调发发调多 路制射射制路 复器机机器复 用用 双双 工工 器器 多多 路路 调接天线馈电设备接解 分制收收调分 离器机机器离 3 其中上行线路和下行线路就是无线电波传播的路径。为 了进行双向通信，每一地面站均应包括发射系统和接收系 统。由于收、发系统一般是共用一副天线，因此需要使用 双工器以便将收、发信号分开。 地面站收、发系统的终端，通常都是与长途电信局或微 波线路连接。地面站的规模大小则由通信系统的用途而定 。 卫星转发器的作用是接收地面站发来的信号，经变频、 放大后，再转发给其它地面站。卫星转发器由天线、接收 设备、变频器、发射设备和双工器等部分组成。 4 卫星通信系统的组成 通信卫星（空间分系统）、卫星通信地球站、跟踪遥测指令分 系统、监控管理分系统、地面传输线路 5 各部分功能及组成各部分功能及组成 1、通信卫星（空间分系统） 功能--设在空中的微波中继站 组成 天线分系统 通信分系统(卫星转发器) 电源分系统 跟踪遥测指令分系统通信卫星的有效载荷： 控制分系统全部通信转发器和天线 6 通信卫星的设备组成 7 天线分系统 遥测、指令和信标天线 全向天线，以便在任意卫星姿态可靠的接收指令和向地面 发射遥测数据及信标； 若遥测、遥控信号和通信采用同一频段，则不需另设遥测、 遥控天线。 通信天线 通信用微波定向天线，用来接收和辐射用户信号；根据波 束宽度可分为覆球波束天线、点波束天线、赋形波束天线。 8 覆球波束天线全球波束天线，其波束恰好能覆盖卫星对 地球的整个视区(40%)，波束半功率宽度为17.4度。 点波束天线覆盖面积小，波束半功率宽度只有几度，波 束较窄，天线增益高，能把辐射的能量集中于比覆球波束 小的多的区域。 赋形波束天线覆盖区域不规则，视通信服务区而定的天 线。覆盖某一国家版图的国内波束天线、区域波束天线、 半球波束天线、多波束天线。可以灵活覆盖特定区域，有 效抗干扰。 9 通信分系统（转发器） 功能 宽频带的收、发信机，转发各地球站的信号。 要求 附加噪声和失真小，要有足够的工作频带，要有足够大 的输出功率和总增益，频率稳定度和可靠性尽量高。 分类 透明转发器、处理转发器。 10 透明转发器 收到地面发来的信号后仅进行低噪声放大、变频和功率放 大后发回地面，对信号不进行任何加工和处理，即单纯完 成转发任务的转发器； 对工作频带内的任何信号都是“透明”的通路； 按其变频次数分为一次变频和二次变频两种。 11 发射天线 低噪声放大混频高功放 本振 （a）一次变频方案 适用于载波数量多、通信容量大的系统，射频带宽500MHz； 转发器的输入、输出特性是线性的，允许多载波工作，适于 多址连接。 12 接收天线 发射天线 中频 放大器混频分路器合路器混频功放 放大 本振 本振I主振源 II （b）二次变频方案 中频增益高，转发器增益达80~100dB，电路工作稳定； 中频带宽窄，不适于多载波工作； 容量不大、所需带宽较窄的系统宜采用二次变频。 13 处理转发器 除了信号转发外，还具有信号处理功能（星上处理）。 接收天线 信号处理单 放大器变频解调调制功放 元 本振主振源本振变频 14 (1)信息处理转发器 对信号本身加工处理，将接收信号变成基带信号，进行再生、编码识别、 帧结构重新排列等处理，再用下行频率发射回去； 可以消除噪声积累，在保证同样通信质量的情况下，减少转发器发射功率。 (2)空间交换(路由)转发器 信号处理单元是微波开关矩阵，实现不同天线波束之间的信号交换，起空 间交换机的作用，根据地面指令把转发器的不同输入信号切换到适当的下 行信道，也可用预先编制的切换程序提供切换。 上行和下行线路可分别选用不同的调制方式，得到最佳传输。 (3)在处理器中对基带信号进行其它更高级的处理 如上行频分多址、下行时分多址，解扩、解跳等抗干扰处理，以满足不同 的需要，相对于前两种方案要复杂一些。 15 控制分系统 作用：在地面遥控指令站的指令控制下，对卫星进行位置 控制、姿态控制、温度控制、各设备工作状态控制以及主 备用设备的切换等。 组成：由一系列机械或电子可控调整装置组成，如各种喷 气推进器、各种驱动装置和转换开关等。 工作过程：根据星上跟踪遥测指令分系统接收