3.卫星通信的技术原理
在上行发射站方面。首先，经过视频处理电路处理后的视频信号与经过伴音处理电路处理的伴音信号相加混合成基带信号，然后对中频载波进行调制，将输入的基带信号变为70MHz的中频调谐波。中频信号再经过上变频，变为指定的发射频率后，送到高频功率放大器进行放大，再由发射天线发射给卫星。上行发射站可向卫星传送一路或多路信号，通常采用主瓣波束较窄的大口径发射天线发射，以提高上行站的抗干扰能力。
通信上行站-信号发射
视频信号处理过程首先表现在预加重技术。调制信号在接收端解调时，白噪声电平随频率的升高呈线性增长，这种变化规律称为调制波的三角噪声特性，它使图像信号的高频成分容易受到噪声的影响。为了提高图像信号高频端的信噪比，改善三角噪声特性，减少传输信号的微分增益和微分相位失真，在视频信道中对图像信号进行预加重处理。所谓预加重就是在发送端将图像信号先送入预加重网络，由于预加重网络具有高端增益高、低端增益低的特性，使得图像信号的高频成分得到增强。
数字化视频信号的流程
其次是能量扩散技术。在带有行、场同步信号的视频信号中，大多数时间里信号电平都处于黑白电平上；而中间电平的时间较短。用这种视频信号对载波进行频率调制，就会造成频谱能量在两侧过于集中，分布不均匀，致使与它共用频段的某些地面通信受到较大干扰。为了减少这种干扰，在发射功率受到限制的同时，也应对信号频谱能量加以扩散。为此，人为将一个频率大约为30Hz的三角波加入基带信号中，组成复合信号。用此复合信号对载波进行调频，便可使信号频谱能量扩散，使其均匀分布。
伴音信号处理过程表现在伴音信号的模拟传输方式和伴音信号的数字传输方式。伴音信号的模拟传输方式首先将伴音信号中高于视频信号的上限频率的伴音副载波进行频率调制，然后与经过预加重和能量扩散处理的图像信号，按照频分复用的方式进行相加混合成基带信号，再对中频载波进行调频。伴音信号的模拟传输采用两次调频的传输方式。伴音信号的数字传输过程首先将伴音信号进行模/数转换，即将伴音信号经过取样、量化、编码的一系列过程，将模拟的声音信号变为数字码流，并将多路数字化后的伴音信号按时分复用方式合成为一路数字信号，然后经过信号压缩、前向纠错编码及加扰码等一系列处理后，再对高于图像最高频率的伴音副载波进行相位调制。如此得到的伴音调制信号再与经过处理的图像信号合成为基带信号，最后一起对中频载波进行调制。
星载转发器由高灵敏度的宽带低噪声放大器、变频器、C、Ku波段功率放大器等组成，对于卫星电视广播质量起到了一种关键性作用。在电视广播卫星上有C、Ku波段转发系统，它接收来自上行发射站的信号，并且向卫星电视广播地面接收站转发下行信号，从本质上来说，它是一个安装在赤道上空的中继站，其工作原理类似于地面差转机。
星载转发器在电路结构上大概有两种方式存在：一是直接变频式，它将上行的微波频率经过一次变频，变为下行微波频率。
一次变频单通道差转机框图
另一种为二次变频式，它将上行的微波频率变化为中频，经放大后再变频为下行频率。直接变频式电路简单，因为工作频率高，所以对元器件要求比较高。二次变频式电路工作于中频，对元器件要求并不怎么高，比较容易实现高增益和AGC控制。
地面站数据接收站
另外，卫星电视接收站由天馈部分、高频头、卫星接收机等部分组成。天线接收来自卫星的信号，通过高频头将微弱的电磁波信号进行低噪声放大，并将它变换为频率为950～1450MHz的第一中频信号。中频信号经过电缆送到卫星接收机进行解调。选台器从950～1450MHz的输入信号中选出所要接收的某一电视频道的频率，并将它变换为固定的第二中频频率（通常为479.5MHz），经中频放大和解调后得到包含视频和伴音信号在内的复合基带信号。视频信号送到视频恢复电路先经过去加重处理。
卫星电视地面接收站示意图
所谓的去加重处理，事实上是让视频信号通过一个频率响应特性与预加重频响特性相反的无源二端口网络，因此用来抵消预加重网络对信号产生的频谱畸变，恢复原本信号。因为在发射端对信号进行了能量扩散处理，所以在视频信号中加入了30Hz的三角波扩散信号。因此必须在接收端进行能量去扩散处理，去除叠加在视频信号上的三角波信号，恢复视频信号的原来特性，得到正常的视频信号。伴音信号送到伴音解调器经过放大、副载波解调，去加重后得到正常的伴音信号。
知识卡片：
卫星电视
卫星电视广播是由设置在赤道上空的地球同步卫星，先接收地面电视台通过卫星地面站发射的电视信号，然后再把它转发到地球上指定的区域，由地面上的设备接收供电视机收看。采用这种方式实现的电视广播就叫卫星电视广播。
4.卫星通信系统介绍
其实，卫星通信相比于其他通信方式，确实有相对成功的因素在，原因在于卫星信号的已经能够覆盖到地球上面的广阔区域，因此，不妨可以将它当做是通信网络中的枢纽，而且可以将地球上相距甚远的两地用于相互连接起来。正因为拥有这一特性，当其他通信方式在地广人稀的地区无法发挥其作用的时候，卫星通信依然可以进行工作。卫星信号的覆盖范围，既不受政治界限的限制，也不受地理分界线的限制，至于卫星通信的这一特性是好是坏，得看情况进行判断，无法全部概括。
卫星通信示意图
事实上，关于卫星通信系统的组成情况，主要是由卫星端、地面端、用户端这三部分构成，星端作用是在空中起中继站，就是把地面站发上来的电磁波放大后再返送回另一地面站，而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，地面用户亦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，甚至是跟踪、遥测和指令站。用户段的意思即是各种用户终端。
在微波频带，整个通信卫星的工作频带大概具有500MHz宽度，为了便于放大和发射及减少变调干扰，一般会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。
相对于目前，卫星通信大多数会以频分多址技术为主，不同的地球站占用不同的频率，即采用不同的载波。针对于点对点大容量的通信十分适用。这几年来，时分多址技术在卫星通信中应用领域中不断扩大，即多个地球站占用同一频带，但在时隙方面却占用不同。相比于频分多址方式，时分多址技术可以杜绝产生互调干扰、无需上下变频刻意的将各地球站信号分开，特别适用于数字通信，可依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，具备抗干扰能力强、有较好的保密通信能力、可灵活调度传输资源等优点。一般适用于容量小、分布广、有一定保密要求的系统使用。
以工作轨道来进行划分的话，卫星通信系统一般分为以下3类：
一、低轨道卫星通信系统(LEO)。首先，距地面500—2000Km，传输时延和功耗都相对较小，因此每颗星在覆盖方面显小，以有Motorola的铱星系统为典型代表。其次，低轨道卫星通信系统因为所处的卫星轨道低，信号传播时延短，因而多跳通信可以被支持使用；再者，其链路损耗的程度较小，足以将卫星和用户终端的要求降低，不妨可以采用微型/小型卫星和手持用户终端。然而，相对而言，低轨道卫星系统也将担负起较大的责任和代价：由于轨道低，每颗卫星所能覆盖的范围比较小，因此，假如要想构成全球系统大概需要数十颗卫星，如铱星系统有66颗卫星、Globalstar有48颗卫星、Teledisc有288颗卫星。与此同时，由于低轨道卫星的运动速度快，针对单一用户而言，卫星从地平线升起到再次落到地平线以下的时间相对比较短暂，因此，卫星间或载波间切换频繁。所以，在低轨系统的系统构成和控制方面，比较复杂、且技术风险大、也需要很高的建设成本。
低轨道卫星通信网构造图
二、中轨道卫星通信系统(MEO)。首先，距地面2000—20000Km，传输时延要相对大于低轨道卫星，则每颗行的覆盖范围也比较大，以国际海事卫星系统为典型代表。；换一种说法，中轨道卫星通信系统可以算是同步卫星系统和低轨道卫星系统的折衷，中轨道卫星系统集中拥有两种方案的优势。于此同时仍在一定程度上，完整的克服了这两种方案所存在的缺陷。其次，中轨道卫星的链路损耗和传播时延都比较小，依旧可以采用简单的小型卫星。假如中轨道和低轨道卫星系统统统都采用星际链路时，当用户在进行远距离通信时，中轨道系统信息通过卫星星际链路子网的时延将比低轨道系统低。再者，由于其轨道比低轨道卫星系统要高出很多，因此，每颗卫星所能覆盖的范围比低轨道系统太相对比较大，当轨道运行的高度为l0000Km时，每颗卫星可以覆盖地球表面的23．5%，可以从中判断，只需要几颗卫星即可覆盖全世界。假如能有十几颗卫星方可提供对全球大部分地区的双重覆盖，如此一来便可通过分集接收来提高系统的可靠性，并且系统投资要低于低轨道系统。总而言之，可以总结为，中轨道系统大概就是建立全球或区域性卫星移动通信系统较为优越的首选方案。理所当然，假如需要为地面终端提供宽带业务，中轨道系统即将面临一定困难，而采用低轨道卫星系统作为高速的多媒体卫星通信系统的性能要优于中轨道卫星系统。
三、高轨道卫星通信系统(GEO)。首先，距地面35800km，即所谓的同步静止轨道。从理论上来讲，只需要用三颗高轨道卫星便可以达到实现全世界覆盖。最为成熟的技术是传统的同步轨道卫星通信系统。自从通信业务运用在同步卫星之后，利用同步卫星来建立全球卫星通信系统已经成为了建立卫星通信系统的传统模式。然而，同步卫星还存在一个无法克服的缺陷，即较长的传播时延和较大的链路损耗，在某些通信领域中不仅起不到推动作用，而且还严重影响应用。尤其是在卫星移动通信方面的应用。
卫星通信系统结构
这种系统本来在支持手持机直接通过卫星进行通信方面存在困难，需要采用l2m以上的星载天线(L波段)，这个时候，就应该针对卫星星载通信有效载荷提出了更高的标准，小卫星技术在移动通信中的使用也不太利于。再加上链路距离长，传播延时大，单跳的传播时延就会达到数百毫秒，加上语音编码器等的处理时间则单跳时延将进一步增加，当移动用户通过卫星进行双跳通信时，时延甚至将达到秒级，这是用户、尤其是话音通信用户他们很难顺利接受的。为了防止这种双跳通信，务必要慎重选择星上处理，让卫星拥有具备交换功能，这从一定程度来看，这样的需求必然会导致增加卫星的复杂度，非但会增加系统成本，而且在技术方面也同样存在着一定的风险系数。当前，同步轨道卫星通信系统在VSAT系统、电视信号转发等方面得到广泛应用，个人通信比较少涉及。
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频分多址
FDMA （Frequency Division Multiple Access／Address），有许多不同技术可以用来实现信道共享。把信道频带分割为若干更窄的互不相交的频带（称为子频带），把每个子频带分给一个用户专用（称为地址）。这种技术被称为“频分多址”技术。频分复用（FDM）是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种技术。频分复用技术下，多个用户可以共享一个物理通信信道，该过程即为频分多址复用（FDMA）。FDMA 模拟传输是效率最低的网络，这主要体现在模拟信道每次只能供一个用户使用，使得带宽得不到充分利用。
地球同步轨道
地球同步轨道（geosynchronousorbit），又称24小时轨道，卫星的轨道周期等于地球在惯性空间中的自转周期（23小时56分4秒），且方向亦与之一致，卫星在每天同一时间的星下点轨迹相同,当轨道与赤道平面重合时叫做地球静止轨道，即卫星与地面的位置相对保持不变。
5.卫星覆盖与星座设计
卫星移动通信的出现，已经顺势成为了一种能够实现移动用户以及边远地区通信的一种解决之道。在卫星移动通信系统设计与实现方面，确实有太多问题急需面对，但是，最为关键的两个问题是卫星星座设计以及星座中卫星之间的星间链路设计。
国际上卫星星座的设计追溯其历史根源的话，可以追溯到本世纪的六十年代。现在，我们来初步了解下关于国际上的卫星设计内容和理念。
国际上的卫星星座设计所使用的轨道大致有极轨道、倾斜圆轨道、赤道轨道、椭圆轨道和地球同步轨道；设计思想方面，涉及到全球覆盖、地带性覆盖和区域性覆盖这三种设计。全球覆盖的设计方法早已经推算出最优化算法；地带性覆盖方法相比之下会显出优化，然而却并未同时考虑到同轨道间卫星的相位关系。针对于区域性覆盖的卫星星座由于所覆盖的区域形状、位置和大小的不同，并没有出现较为成型的方法，本文所提出的最优化的地带性覆盖星星座设计方法并给出了具体的算法。与区域性覆盖和全球性覆盖星座设计结果的对比表明，对于持续性覆盖中国的设计要求，该星座设计方法的设计结果为最优，星座由8颗卫星构成，覆盖区域内的电仰角在23°以上，在一定程度上已经符合了卫星移动通信系统的链路要求，为卫星移动通信系统的设计巩固了平稳的基础
星间链路转发器和数据单元顶层功能描述
