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浅谈卫星通信技术的工作原理与优缺点

2015-7-8 19:38| 发布者: 程宇| 查看: 677| 评论: 0|来自: 宇软安全学院

 卫星通信技术的原理

  卫星通信技术实际上也是一种微波通信,它以卫星作为中继站(中转站)转发微波信号,在多个地面站之间通信,卫星通信的主要目的是实现对地面的“无缝隙”覆盖,由于卫星工作于几百、几千、甚至上万公里的轨道上,因此覆盖范围远大于一般的移动通信系统。但卫星通信技术要求地面设备具有较大的发射功率。


  卫星通信技术由卫星、地面站、用户设备三部分组成。静止通信卫星是目前全球卫星通信系统中最常用的星体,是将通信卫星发射到赤道上空 35860 公里的高度上,使卫星运转方向与地球自转方向一致,并使卫星的运转周期正好等于地球的自转周期( 24 小时),从而使卫星始终保持同步运行状态。故静止卫星也称为同步卫星。静止卫星天线波束最大覆盖面可以达到大于地球表面总面积的三分之一。因此,在静止轨道上,只要等间隔地放置三颗通信卫星,其天线波束就能基本上覆盖整个地球(除两极地区外),实现全球范围的通信。目前使用的国际通信卫星系统,就是按照上述原理建立起来的,三颗卫星分别位于大西洋、太平洋和印度洋上空。卫星在空中起中转信号的作用,即把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站,卫星星体又包括两大子系统:星载设备和卫星母体。地面站则是卫星系统与地面公众网的接口,地面用户也可以通过地面站出入卫星系统形成链路,地面站还包括地面卫星控制中心,及其跟踪、遥测和指令站。用户设备即是各种用户终端,包括收发器、显示器、电子地图等。

  在微波频带,整个通信卫星的工作频带约有500MHz宽度,为了便于放大和发射及减少变调干扰,一般在星上设置若干个转发器。每个转发器被分配一定的工作频带。目前的卫星通信多采用频分多址技术,不同的地球站占用不同的频率,即采用不同的载波。比较适用于点对点大容量的通信。近年来,时分多址技术也在卫星通信中得到了较多的应用,即多个地球站占用同一频带,但占用不同的时间间隙。与频分多址方式相比,时分多址技术不会产生互调干扰、不需用上下变频把各地球站信号分开、适合数字通信、可根据业务量的变化按需分配传输带宽,使实际容量大幅度增加。另一种多址技术是码分多址(CDMA),即不同的地球站占用同一频率和同一时间,但利用不同的随机码对信息进行编码来区分不同的地址。CDMA采用了扩展频谱通信技术,具有抗干扰能力强、有较好的保密通信能力、可灵活调度传输资源等优点。它比较适合于容量小、分布广、有一定保密要求的系统使用。

  卫星通信技术的优缺点

  与其它通信手段相比,卫星通信技术具有许多优点:

  一是电波覆盖面积大,通信距离远,可实现多址通信。在卫星波束覆盖区内一跳的通信距离最远为 18000 公里。覆盖区内的用户都可通过通信卫星实现多址联接,进行即时通信。

  二是传输频带宽,通信容量大。卫星通信一般使用 1~10 千兆赫的微波波段,有很宽的频率范围,可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路,提供每秒几十兆比特甚至每秒一百多兆比特的中高速数据通道,还可传输好几路电视。

  三是通信稳定性好、质量高。卫星链路大部分是在大气层以上的宇宙空间,属恒参信道,传输损耗小,电波传播稳定,不受通信两点间的各种自然环境和人为因素的影响,即便是在发生磁爆或核爆的情况下,也能维持正常通信。

  卫星通信技术的主要缺点是:

  (1)传输时延大。在打卫星电话时不能立刻听到对方回话,需要间隔一段时间才能听到。其主要原因是无线电波虽在自由空间的传播速度等于光速,但当它从地球站发往同步卫星,又从同步卫星发回接收地球站,这“一上一下”就需要走 8 万多公里。打电话时,一问一答无线电波就要往返近 16 万公里,需传输 0.6 秒钟的时间。也就是说,在发话人说完 0.6 秒钟以后才能听到对方的回音,这种现象称为“延迟效应”。由于“延迟效应”现象的存在,使得打卫星电话往往不象打地面长途电话那样自如方便。

  (2)回声效应。在卫星通信中,由于电波来回转播需0.54s,因此产生了讲话之后的“回声效应”。为了消除这一干扰,卫星电话通信系统中增加了一些设备,专门用于消除或抑制回声干扰。

  (3)存在通信盲区。把地球同步卫星作为通信卫星时,由于地球两极附近区域“看不见”卫星,因此不能利用地球同步卫星实现对地球两极的通信。

  (4)存在日凌中断、星蚀和雨衰现象。

  卫星通信技术,已经成为了很多发达国家的军用通信方法,这样的方法即可保障安全,也可保障不被泄露,因为卫星通信技术在这方面的应用将会越来越多。
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