衛(wèi)星通信地面站詳解
                            任何一條衛(wèi)星通信線路都包括發(fā)端和收端地面站、上行和下行線路以及通信衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器?？梢?，地面站是衛(wèi)星通信系統(tǒng)中的一個重要組成部分。

地面站的分類

地面站的基本作用是向衛(wèi)星發(fā)射信號，同時接收由其它地面站經(jīng)衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)來的信號。根據(jù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)的性質(zhì)和用途的不同，可有不同形式的地面站。如：按站址的固定與否、G/T值的大小、用途、天線口徑以及傳輸信號的特征等多種方法來分類。

1） 按站址特征分類：可分為固定站、移動站（如艦載站、機載站和車載站等）、可拆卸站（短時間能拆卸轉(zhuǎn)移地點的站）。在固定站中又可分為大型標準站和小型非標準站，前者多用于國際通信和國內(nèi)大城市間的通信，而后者多用于國內(nèi)中、小城市或軍事通信；移動式地面站特別是車載站，由于它機動靈活，在軍事通信中有廣泛的應(yīng)用。

2） 按G/T值分類：地面站性能指數(shù)G/T值是反映地面站接收系統(tǒng)的一項重要技術(shù)性能指標。其中G為接收天線增益，T為表示接收系統(tǒng)噪聲性能的等效噪聲溫度。G/T值越大，說明地面站接收系統(tǒng)的性能越好。

3） 按用途分類：可分為民用、軍用、廣播、航海、實驗等地面站。

4） 按天線口徑分類：可分為1米站、5米站、10米站以及30米站等等。

5） 按傳輸信號的特征分類：可分為模擬通信站和數(shù)字通信站。

對地面站電氣性能的基本要求

1、工作頻率范圍

這是指地面站的射頻工作范圍。如：工作在6/4GHz的衛(wèi)星地面站，在FDMA（頻分多址）系統(tǒng)中，應(yīng)在5.925～6.425GHz的上行頻率范圍內(nèi)，按系統(tǒng)的分配選取其中一個或若干個頻率作為本站的上行發(fā)射頻率；而在3.700～4.200的上地頻率范圍內(nèi)，根據(jù)通信需要，接收衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)的一個或若干個射頻信號。此外，還應(yīng)考慮必要時載頻的更換。用于TDMA（時分多址）的地面站，因所有站的射頻相同，只需滿足通信信道的頻帶要求（取決于系統(tǒng)的信號傳輸速率）即可。

2、性能指數(shù)G/T值

衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的功率由于受到各種因素的限制還不能任意加大的情況下，對地面站的G/T值就要求比較高了。為此一方面要使地面天線有足夠大的增益G，另一方面要求整個接收系統(tǒng)引入的噪聲（通常以系統(tǒng)的噪聲溫度T表示）應(yīng)盡可能地小。G/T值代表了接收地面站的性能，故稱為地面站性能指數(shù)。

3、有效全向輻射功率（EIRP）及其穩(wěn)定度

地面站天線的增益與饋入功率之乘積稱為有效全向輻射功率。其含義是：為了保持同一接收點的接收電平不變，用無方向性天線代替原有方向性天線時所應(yīng)饋入的等效功率。EIRP是表征地面站發(fā)射能力的一項重要指標。這一指標數(shù)值越大，樗著地面站的發(fā)射能力越強。對于地面站來說，還要求其發(fā)射功率非常穩(wěn)定，即EIRP不能有大幅度變動，否則影響系統(tǒng)的通信質(zhì)量。為此要求EIRP  額定值的變化量不超過＋/－0.5dB。

5、射頻能量的擴散

當傳輸電話信號時，要求輕負荷時的射頻能量不超過規(guī)定值，以減小交調(diào)噪聲干擾。

6、干擾波輻射

由地面站產(chǎn)生的干擾波，會對其它地面站和地面微波通信系統(tǒng)造成干擾。因此，對于多載波工作所的引起的交調(diào)分量應(yīng)瀕于2dBW/4KHz，總的帶外輻射應(yīng)小于4dBW/4KHz。

地面站的組成和各分系統(tǒng)簡介

在各種衛(wèi)星通信系統(tǒng)中所用的地面站是多種多樣的，而一個典型的雙工地面站設(shè)備應(yīng)當包括信道終端分系統(tǒng)、大功率發(fā)射分系統(tǒng)、高靈敏度接收分系統(tǒng)、天線饋電分系統(tǒng)、伺服跟蹤分系統(tǒng)、電源分系統(tǒng)以及監(jiān)控分系統(tǒng)等部分。

1、  信道終端分系統(tǒng)

信道終端分系統(tǒng)中發(fā)端設(shè)備的作用是對基帶信號進行惹事處理，并對中頻（如70MHz）進行調(diào)制；收端設(shè)備的作用與上述過程相反。

信道終端設(shè)備，按其處理信號開工的不同可分為模擬制信道終端設(shè)備和數(shù)字式信道終端設(shè)備；按通信業(yè)務(wù)可分為電視、電話、數(shù)據(jù)等信道終端設(shè)備。



各單元功能如下：電話基帶處理單元的作用是將發(fā)終端送來的頻分復用基帶信號進行處理，即進行予加重、自動增益控制、峰值限幅、加入能量擴散信號和加入導頻信號等；頻率調(diào)制器單元的作用是用基帶處理單元輸出的信號對70MHz的中頻調(diào)頻信號；中頻放大單元的作用是放大中頻調(diào)頻信號，并對幅頻特性和群時延特性進行一定的均衡。

2、發(fā)射分系統(tǒng)

在標準地面站中，需要向衛(wèi)星發(fā)射幾百瓦以至十幾千瓦的大功率微波信號。為了實現(xiàn)多址通信，還常常向其它地面站同時發(fā)射數(shù)個載波。因此，地面站應(yīng)能在高電壓、大功率、寬頻帶和多載波的情況下工作。此系統(tǒng)包括上變頻器、自動功率控制器、發(fā)射波合成器、激勵器和大功率放大器等部分。

從發(fā)終端送來的中頻寬帶調(diào)頻信號經(jīng)上變頻器（一般采用參量變頻器）變換成微波信號。上變頻器的所用的本機振蕩頻率由本振（又叫泵源）產(chǎn)生，本振一般采用晶振鎖相倍頻的方法，以產(chǎn)生頻率穩(wěn)定度很高的微波振蕩頻率。  

衛(wèi)星通信工作頻段及電波傳播特點

工作頻段選擇

衛(wèi)星通信選用的工作頻段會直接影響系統(tǒng)的傳輸容量，影響地面站和轉(zhuǎn)發(fā)器的發(fā)射功率、天線尺寸以及通信質(zhì)量。選擇工作頻段的主要原則是：1）電波傳輸損耗要小2）天線系統(tǒng)接收的外部噪聲要小3）有較寬的頻帶以滿足通信容量需求4）與其它通信、雷達等電子系統(tǒng)間的干擾要小5）能充分利用現(xiàn)有的通信技術(shù)。

目前大多數(shù)衛(wèi)星通信系統(tǒng)選擇在下列頻段工作：

UHF  波段――――400、200MHz

L     波段――――1.6/1.5GHz

C     波段――――6.0/4.0GHz

X     波段――――8.0/7.0GHz

K     波段――――14.0/12.0;14.0/11.0;30/20GHz

傳播損耗：無線電波在自由空間傳播時，不會產(chǎn)生反射、折射、散射和吸收等現(xiàn)象，其總能量并不會被損耗。但是，電波在自由空間傳播，其能量密度會因擴散而衰減，這衰減稱為自由空間傳播損耗，用符號Ls表示。

通信衛(wèi)星主要由天線系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、遙測指令系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和電源系統(tǒng)五大部分組成。通信系統(tǒng)的基本任務(wù)是傳輸和交換含有信息的信號。衛(wèi)星通信由于具有廣播和大面積覆蓋的特點，因此特別適用于多個站之間的同時通信，即多址通信。多址通信是指衛(wèi)星天線波束覆蓋區(qū)內(nèi)的任何地面站可以通過共同的衛(wèi)星進行雙邊或多邊通信聯(lián)接，即“多址聯(lián)接”。

信道的多路復用和多址聯(lián)接方式都是利用一條信道同時傳輸多個信號，但兩種信道復用的不同點在于：多路復用是群頻（即基帶）信道的復用；而多址通信則是射頻信道的復用。

1）頻分多址（FDMA）方式：是按頻率高低不同，把各地面站發(fā)射的信號，排列在衛(wèi)星工作頻帶內(nèi)的某個位置上，類似于收音機中各個電臺頻率的排列。

頻分復用：常采用單邊帶頻分復用制（SSB、FDM），把各話路的頻譜搬移到基帶的不同位置上，組成一個各話路頻帶按頻率高低排列的基帶信號。

調(diào)頻：要傳輸上述基帶信號，必須先把它調(diào)制到射頻載波上去。

多址聯(lián)接：建立頻分多址通信，可采用兩種方法：第一種方法是每個地面站向其它各地面站均分別發(fā)射一個不同頻率的載波。如果有n個地面站，則每個地面站發(fā)向衛(wèi)星的載波數(shù)為（n-1）個，n個地面站同時發(fā)向衛(wèi)星的載波數(shù)將為

n(n-1)個，因此，發(fā)射地面站和轉(zhuǎn)發(fā)器的功率放大器會因非線性而產(chǎn)生較嚴重的交調(diào)噪聲。所以，只有地面站數(shù)目不多時才會采用這種方式。另一種方法是把一個站要發(fā)送出去的所有話音信號全部經(jīng)多路復用后再調(diào)制到一個載波上。當其它各地面站接收時，則是利用帶通濾波器從解調(diào)后的群信號中只取出與本站有關(guān)的信號。這樣，一個地面站只發(fā)射一個載波，衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器的載波數(shù)目將明顯地減少。

2）時分多址方式（TDMA）：就是各地面站發(fā)射的信號在通過轉(zhuǎn)發(fā)器時是按時間排列的，即各站信號所占時隙互不重迭。由于這種方式是按時間分割信號的，因而分給每一地面站的不再是規(guī)定的載波頻率，而是一個指定的時隙。換句話說，各地站的信號只是在規(guī)定的時隙內(nèi)通過轉(zhuǎn)發(fā)器。因此，任何時間都只有一個地面站的載波通過轉(zhuǎn)發(fā)器。
多址方式：
   
頻分多址
1） 各站發(fā)射的載波所占頻帶互不重疊。

2） 名載波的包絡(luò)恒定

3） 轉(zhuǎn)發(fā)器工作于多載波
  識別方法：濾波器
  優(yōu)點：可沿用地面微波通信的成熟技術(shù)和設(shè)備；不需要網(wǎng)同步。
  缺點：有互調(diào)噪聲，不能充分利用衛(wèi)星功率和頻帶；上行頻率、功率要監(jiān)控
  適用場合：大、中、小容量線路

時分多址
1） 各站的突發(fā)信號所占時隙互不重疊。

2） 轉(zhuǎn)發(fā)器工作于單載波
識別方法：時間選通門
優(yōu)點：沒有互調(diào)問題，衛(wèi)星的功率與頻帶能充分利用；上行功率不需嚴格控制；便于大、小站兼容，站多時通信容量較大。
缺點：需要精確網(wǎng)同步，低業(yè)務(wù)量用戶需相同的EIRP。
適用場合：大、中容量線路

空分多址

1） 各站發(fā)射的信號只進入該站所屬通信區(qū)域中。

2） 可實現(xiàn)頻率多重復用。

3） 轉(zhuǎn)發(fā)器成為空中交換機。
識別方法：窄波束天線
優(yōu)點：可提高衛(wèi)星頻帶利用率，增加轉(zhuǎn)發(fā)器容量或降低對地面站的要求。
缺點：對衛(wèi)星控制技術(shù)要求嚴格，星上設(shè)備復雜，需要交換設(shè)備。
適用場合：大容量線路

碼分多址
1） 各站使用不同的地址碼進行擴展頻譜調(diào)制。

2） 各載波包絡(luò)恒定，在時域和頻域均互相混合。
識別方法：相關(guān)器
優(yōu)點：抗干擾能力強，信號功率譜密度低，隱蔽性好，不需要網(wǎng)定時，使用靈活。
缺點：頻帶利用率低，通信容量較?。坏刂反a選擇較難；接收時地址碼捕獲時間較長。
適用場合：軍事通信小容量線路。VSAT和移動衛(wèi)星通信系統(tǒng)。