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卫星通信系统

            卫星通信是在地面微波通信和空间技术的基础上发展起来的一种全新的通信方式, 是现代通信技术的重要成果。它已在国际通信、国内通信、移动通信以及广播电视等领域得到广泛应用。卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电信号来实现两个或多个地球站之间信息传输的一种通信方式。卫星通信系统是由地球站、通信卫星和地面遥测站等组成。地球站是指设在地球表面 ( 包括地面、霉洋和大气中) 上的无线电通信站。而用于实现中继通信目的的这种人造卫星就称为通信卫星。地面遥测站则对通信卫星进行最瘵测量, 以保证通信卫星在确定轨道和正常位置上运行。通信卫星按其运转轨道可分为运动卫星 ( 非同步卫星) 和静止卫星 ( 同步卫星) 两种, 目前应用最广泛的是静止卫星。
1)静止卫星通信系统
            所谓静止卫星就是发射到赤道上空 35860km 处园形轨道上的卫星。它运动的方向与地球自转的方向相同, 绕地球旋转一周的时间约是 24 小时 ( 严格地说是 23 小时 56 分 04 秒), 和地球的自转周期相等, 所以从地球上看去, 卫星如同静止一般。所以静止卫星并不是说卫星是静止不动的, 而是与地球同步运行。由静止卫星做中继站组成的通信系统称为静止卫星通信系统, 或称为同步卫星通信系统。静止卫星与地球的相对位置如图 2.11 所示。
静止卫星配置与地球的位置
            如图 2.11 所示, 若在赤道轨道上空以 120˚等间隔的配置三颗卫星, 则地球表面除了两极区未被卫星电波覆盖外, 其它地区都在卫星电波覆盖之内, 而且其中部分区域为两个静止卫星电波的重叠区, 因此借助于在重叠区内地球站的中继 ( 称为跳跃), 可以实现在不同卫星覆盖区内地球站之间的通信, 因此只要用三颗等间隔配置的静止卫星就可以实现全球通信。静止卫星所处的位置多数在太平洋、印度洋和大西洋上空。我国的东方红卫星也是静止通信卫星。卫星通信中使用的频率通常有 1.6/1.5GHz、6/4GHz、8/7GHz 和 14/11GHz 等。每组频率的斜线上方的数值为上行频率 ( 即从地球站向卫星发送的频率), 斜线下面的频率为下行频率 (即从卫星向地球站发送的频率)。
2)低轨道移动卫星通信系统
            低轨道 (LEО) 移动卫星通信系统是 80 年代后期提出的一种新设想, 其基本构想是利用数十颗低轨道卫星构成星座, 使人们可以在较大的范围内通过手持式通信终端进行通信。目前利用 LEО 系统能够实现迄今认为难以达到的卫星终端小型化的目的。小型卫星及其发射成本低, 其收费与地面通信中的汽车电话、便否式电话收费差不多。利用卫星能把ft岳地区和人口密度小的地区覆盖起来, 构成范围宽广的服务区域。下面就以美国莫托罗拉公司研制的依系统为例对 LEО 系统作简要介绍。
a)依系统的组成及分布
            依系统是一种新型的全球性的号字化个人卫星通信系统。通过依系统, 用户使用小型便否式终端就可以在世界上任何地方接、打电话和收、发号据。依系统由卫星星座、地球站和终端设备等三部分组成。按最初设想, 依系统的主体将由 77  颗在低轨道上运行的小型智能卫星组成( 由于卫星号正好与依原子的外层电子号相同, 故称为依系统), 星群沿着 7 条环形轨道运行 ( 现改为 66 颗卫星、沿 6 条环形轨道运行), 每个轨道上均匀地分布着 11 颗卫星。轨道高度为 765km, 卫星直径为 1m、高约 2m、重340kg, 寿命一般为 5~6 年, 也有的可延长至 8 年。
b)依系统的通信原理
            依系统采用.倒置" 的蜂窝区结构, 系统的基础结构和基站处理均在星上, 蜂窝区随地球自转而扫过地球表面, 相对于卫星的运行速度, 地面移动用户(包括飞机上的用户) 可看作是相对静止的。与地面移动通信系统一样, 当一个用户单元在使用时, 小区之间会进行越区切换。但两者的小区切换方式不同, 依系统是小区跨越用户, 而地面移动通信系统是用户跨越小区。根据依系统的星座设计, 每颗卫星能投射 37 个波束到地球表面,形成 37 个蜂窝区,每个蜂窝区的直径为 667km,全球共有 1600 个工作蜂窝区, 该系统采用七个小区复用可达 200 多次, 每个用户对每颗卫星的最大可视时间为 9 分钟。依系统与公共电话交换网 ( PSTN ) 之间的接口是地球站, 它实现依系统用户终端与公共电话交换网中的任何类型终端 ( 电话、传真和号据终端等) 之间的通信。依系统的终端设备包括手持机、车台和机载台等, 可以通过上空卫星进行通信。