电力系统卫星通信
卫星通信是在微波中继通信的基础上发展起来的。它是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波,从而进行两个或多个地面站之间的通信。卫星通信具有传输距离远、覆盖面积大、通信容量大、用途广、通信质量好、抗破坏能力强等优点。一颗通信卫星总通信容量可实现上万路双向电话和十几路彩色电视的传输。卫星通信工作在微波波段,与地面的微波接力通信类似,卫星通信则利用高空卫星进行接力通信。
轨道通信卫星是运行在赤道上空约36000km的同步卫星。位于印度洋、大西洋、太平洋上空的三颗同步卫星,基本可覆盖全球。但因卫星的高度太高,故要求地面站发射机有强大的发射功率,接收灵敏度要高,天线增益要高。低轨道通信卫星是运行在500~1500km上空的非同步卫星,一般采用多颗小型卫星组成一个星形网。若能做到在世界任何地方的上空都能看到其中一颗卫星,则通过星际通信可覆盖全球。低轨道通信卫星主要用于移动通信和全球定位系统。
卫星通信是现代通信技术、航空航天技术、计算机技术结合的重要成果。近年来,卫星通信在国际通信、国内通信、国防、移动通信以及广播电视等领域,得到了广泛应用。卫星通信之所以成为强有力的现代通信手段之一,是因为它具有频带宽、容量大、适于多种业务、覆盖能力强、性能稳定、不受地理条件限制、成本与通信距离无关等特点。
(一)卫星通信的特点
1.通信距离远,通信成本与距离无关
由于卫星在离地面几百、几千、几万千米的高度,因此在卫星能覆盖到的范围内,通信成本与距离无关。以地球静止卫星来看,卫星离地约36000km,1颗卫星几乎覆盖地球的1/3,利用它可以实现最大通信距离约为18000km,地球站的建设成本与距离无关。如果采用地球静止卫星,只要3颗就可以基本实现全球的覆盖。
2.以广播方式工作,便于实现多址连接
卫星通信系统类似于一个多发射台的广播系统,每个有发射机的地球站都可以发射信号,在卫星覆盖区内可以收到所有广播信号。因此只要同时具有收发信机,就可以在几个地球站之间建立通信连接,提供了灵活的组网方式。
3.通信容量大,传送的业务种类多
由于卫星采用的射频频率在微波波段,可供使用的频带宽,加上太阳能技术和卫星转发器功率越来越大,随着新体制、新技术的不断发展,卫星通信容量越来越大,传输的业务类型越来越多。
(二)卫星通信系统的基本组成
卫星通信系统包括以下几个部分。
1.控制与管理系统
它是保证卫星通信系统正常运行的重要组成部分。它的任务是对卫星进行跟踪测量,控制其准确进入轨道上的指定位置,卫星正常运行后,需定期对卫星进行轨道修正和位置保持。在卫星业务开通前、后进行通信性能的监测和控制,例如对卫星转发器功率、卫星天线增益以及地球站发射功率、射频频率和带宽等基本通信参数进行监控,以保证正常通信。
2.星上系统
通信卫星内的主体是通信装置,其保障部分则有星体上的遥测指令、控制系统和能源装置等。通信卫星的主要作用是无线电中继,星上通信装置包括转发器和天线。1个通信卫星可以包括1个或多个转发器,每个转发器能同时接收和转发多个地球站的信号。
3.地球站
地球站是卫星通信的地面部分,用户通过它们接入卫星线路,进行通信。地球站一般包括天线、馈线设备、发射设备、接收设备、信道终端设备、天线跟踪伺服设备、电源设备。
(三)同步卫星通信系统
同步卫星通信系统是利用定位在地球同步轨道上的卫星进行通信的卫星通信系统,原则上只要3颗同步卫星就可以基本覆盖地球。
同步卫星通信系统的组成包括同步卫星、地球站和控制中心。其中同步卫星的组成包括卫星天线分系统、控制分系统、卫星转发器、电源分系统、跟踪遥测指令分系统。
1.卫星天线分系统
卫星天线有两类:遥测指令天线和通信天线。遥测指令天线通常采用全向天线;通信天线按其波束覆盖区大小可分为全球波束天线、点波束天线、区域(赋形)波束天线。
2.卫星通信分系统
卫星通信分系统是通信卫星的核心部分。它包括各种转发器。转发器的功能是将接收到的地球站的信号放大,然后通过下行变频发射出去。转发器按照变频的方式和传输信号形式的不同可分为三种,即单变频转发器、双变频转发器和星上处理转发器。
(1)单变频转发器
这种转发器将接收到的信号直接放大,然后变频为下行频率,最后经功放输出到天线发射给地球站。这种转发器适用于载波数多、通信容量大的多址连接系统。
(2)双变频转发器
双变频转发器先将接收到的信号变换到中频,经限幅后,再变换为下行频率,最后经功放由天线发给地球站。双变频方式的优点是转发增益高,电路工作稳定;缺点是中频带宽窄,不适合于多载波工作。它适用于通信容量不大、所需带宽较窄的通信系统。
(3)星上处理转发器
星上处理包括两类,一类是对数字信号进行解调再生,消除噪声积累;另一类是进行其他更高级的信号变换和处理,如上行频分多址变为下行时分多址等。
3.卫星电源分系统
为了保证卫星的工作时间必须有充足的能源,卫星上的能源主要来源有两部分:太阳能和蓄电池。当有光照时使用太阳能,并对蓄电池进行充电;当光照不到时采用蓄电池。卫星电源分系统必须提供给其他分系统稳定可靠的电源使用,并且保持不间断供电。
4.跟踪遥测指令分系统
该系统包括遥测和指令两大部分,此外还有应用于卫星跟踪的信标发射设备。遥测设备用各种传感器不断测得有关卫星的姿态及星内各部分工作状态的数据,并将这些信息发给地面的控制中心。控制中心根据接收到的卫星的遥测信息进行分析和处理,然后发给卫星相应的控制指令。卫星接收到指令后,先存储然后通过遥测设备发回控制中心校对,当收到指令无误后,才将存储的指令发送到控制分系统执行。
5.控制分系统
控制分系统由一系列机械或电子的可控调整装置构成,完成对卫星的姿态、轨道、工作状态的调整。