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第 2 章

卫星连接

卫星通信正日益成为推动实现泛在连接的重要技术之一。目前有超过 2000 颗通信卫星绕地运行，服务于电视和无线电广播、导航、遥测、成像和遥感等应用。通信卫星通常会进入以下三类轨道之一：地球静止轨道 (GEO)、中地球轨道 (MEO) 和近地球轨道 (LEO)。

使用 LEO 卫星星座进行无线连接是一种新兴趋势。这类系统的轨道高度距地球表面 160 至 1000 公里，可以为全球各处的人们提供高速的网络连接。

这种高速卫星通信链路的设计本身就存在诸多挑战。

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场景建模

这类设计的重要需求之一是进行卫星轨道设计、分析和可视化。与 GEO 卫星不同，对于地球上某个固定点而言，MEO 和 LEO 卫星在天空中并不始终可见，因此要实现连续通信，就要有快速移动的大型卫星星座。这种方法要求多个卫星“接力”，将地面站链路传递给地平线上可见的卫星。通常需要在多个卫星之间进行多次跳跃，才能将两个地面站连接起来。

多跳时变通信链路分析 (5:59)
卫星连接场景建模
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轨道推演和可视化

为了研究卫星的运行，拥有准确的轨道推演器也很重要。最简单的轨道推演器是开普勒二体推演器，它基于相对二体模型，将地球视为一个球形重力场。为了获得准确的轨道推演，可以使用多个推演器，包括简化普适摄动 (Simplified General Perturbations, SGP4) 推演器。它使用一个简单的拖曳模型，对由于地球扁率导致的轨道变化、太阳和月球引力效应以及轨道衰变等各种不同效应进行建模。

比较轨道推演器
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链路预算分析

远距离传输需要计算发送和接收功率以及必要的余量，同时需考虑链路遭遇的各种损耗。这些计算通常需要使用复杂的传播损耗模型和信道模型。其中一个传播损耗模型是国际电信联盟 (ITU) P.618 模型，该模型用于地球空间通信系统设计。

卫星链路预算分析器
链路预算分析
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移动性和多普勒分析

由于 LEO 卫星移动迅速且与地球相距甚远，还必须研究延迟和多普勒失真对传输信号的影响。

卫星场景中的延迟和多普勒
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波形生成和链路级仿真

为补偿卫星链路中的明显延迟和多普勒频移，波形、发射机和接收机的设计也很重要。卫星通信标准包括 DVB-S、DVB-S2X、CCSDS 和 GPS。最新卫星链路标准是由 3GPP 标准组织开发的 5G NR 非陆地网络 (NTN) 规范。要想研究这些系统的性能，必须能够轻松获取波形、特定卫星的信道模型（包括陆地移动信道模型）以及参考接收机设计。

端到端 DVB-S2X 仿真

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