卫星通信系统的发展趋势

1. 卫星通信系统的发展趋势

未来卫星通信系统主要有以下的发展趋势：4.1、地球同步轨道通信卫星向多波束、大容量、智能化发展；4.2、低轨卫星群与蜂窝通信技术相结合、实现全球个人通信；4.3、小型卫星通信地面站将得到广泛应用；4.4、通过卫星通信系统承载数字视频直播(DvB)和数字音频广播(DAB)；4.5、卫星通信系统将与IP技术结合，用于提供多媒体通信和因特网接入，即包括用于国际、国内的骨干网络，也包括用于提供用户直接接入；4.6、微小卫星和纳卫星将广泛应用于数据存储转发通信以及星间组网通信。

2. 卫星通信技术的发展趋势

是：充分利用卫星轨道和频率资源，开辟新的工作频段，各种数字务综合传输，发展移动卫星通信系统。卫星星体向多功能、大容量发展，卫星通信地球站日益小型化，卫星通信系统的保密性能和抗毁能力进一步提高。卫星通信就是先将信号转换成微波发射到地球同步卫星，而后通过地球同步卫星发射到转发信号，从而将信号覆盖面扩大,达到信号的传输目的。什么是卫星通信？卫星通信是地球上(包括陆地、水面和低层大气中)无线电通信站之间利用人造卫星作为中继站而进行的空间微波通信，卫星通信是地面微波接力通信的继承和发展。我们知道微波信号是直接传播的，因此，可以把卫星通信看作是微波中继通信的一种特例，它只是把中继站放置在空间轨道上。

3. 卫星通信系统的发展趋势

未来卫星通信系统主要有以下的发展趋势：
4.1、地球同步轨道通信卫星向多波束、大容量、智能化发展；
4.2、低轨卫星群与蜂窝通信技术相结合、实现全球个人通信；
4.3、小型卫星通信地面站将得到广泛应用；
4.4、通过卫星通信系统承载数字视频直播(DvB)和数字音频广播(DAB)；
4.5、卫星通信系统将与IP技术结合，用于提供多媒体通信和因特网接入，即包括用于国际、国内的骨干网络，也包括用于提供用户直接接入；
4.6、微小卫星和纳卫星将广泛应用于数据存储转发通信以及星间组网通信。

4. 卫星通信的特点

卫星通信与其他通信方式相比较，有以下几个方面的特点：① 通信距离远，且费用与通信距离无关。从图16.2中可见，利用静止卫星，最大的通信距离达18100km左右。而且建站费用和运行费用不因通信站之间的距离远近、两通信站之间地面上的自然条件恶劣程度而变化。这在远距离通信上，比微波接力、电缆、光缆、短波通信有明显的优势。② 广播方式工作，可以进行多址通信。通常，其他类型的通信手段只能实现点对点通信，而卫星是以广播方式进行工作的，在卫星天线波束覆盖的整个区域内的任何一点都可以设置地球站，这些地球站可共用一颗通信卫星来实现双边或多边通信，即进行多址通信。另外，一颗在轨卫星，相当于在一定区域内铺设了可以到达任何一点的无数条无形电路，它为通信网络的组成，提供了高效率和灵活性。③ 通信容量大，适用多种业务传输。卫星通信使用微波频段，可以使用的频带很宽。一般C和Ku频段的卫星带宽可达500～800MHz，而Ka频段可达几个GHz。④ 可以自发自收进行监测。一般，发信端地球站同样可以接收到自己发出的信号，从而可以监视本站所发消息是否正确，以及传输质量的优劣。⑤ 无缝覆盖能力。利用卫星移动通信，可以不受地理环境、气候条件和时间的限制，建立覆盖全球性的海、陆、空一体化通信系统。⑥ 广域复杂网络拓扑构成能力。卫星通信的高功率密度与灵活的多点波束能力加上星上交换处理技术，可按优良的价格性能比提供宽广地域范围的点对点与多点对多点的复杂的网络拓扑构成能力。⑦ 安全可靠性。事实证明，在面对抗震救灾或国际海底/光缆的故障时，卫星通信是一种无可比拟的重要通信手段。即使将来有较完善的自愈备份或路由迂回的陆地光缆及海底光缆网络，明智的网络规划者与设计师还是能够理解卫星通信作为传输介质应急备份与信息高速公路混合网基本环节的重要性与必要性。 卫星通信的主要优点概述如下：1、通信距离远：在卫星波束覆盖区域内，通信距离最远为13000公里；2、不受通信两点间任何复杂地理条件的限制；3、不受通信两点间任何自然灾害和人为事件的影响；4、通信质量高，系统可靠性高，常用于海缆修复期的支撑系统；5、通信距离越远，相对成本越低；6、可在大面积范围内实现电视节目、广播节目和新闻的传输和数据交互；7、机动性大，可实现卫星移动通信和应急通信；8、信号配置灵活，可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路和中高速的数据通道9、易于实现多地址传输；10、易于实现多种业务功能。 讲了卫星通信的这么多优点，卫星通信也有不少缺点呢!1、传输时延大：500毫秒~800毫秒的时延；2、高纬度地区难以实现卫星通信；3、为了避免各卫星通信系统之间的相互干扰，同步轨道的星位是有一点限度的，不能无限制地增加卫星数量；4、太空中的日凌现象和星食现象会中断和影响卫星通信；5、卫星发射的成功率为80%，卫星的寿命为几年到十几年；发展卫星通信需要长远规划和承担发射失败的风险。 主要优点是：①通信距离远，在卫星波束覆盖区内一跳的通信距离最远约13×103km（用全球波束，地球站对卫星的仰角在5°以上）；②不受通信两点间任何复杂地理条件的限制；③不受通信两点间的任何自然灾害和人为亊件的影响；④只经过卫星一跳即可到达对方，因而通信质量高，系统可靠性高，常作为海缆修复期的支撑系统；⑤通信距离越远，成本越低；⑥可在大面积范围内实现电视节目、广播节目和新闻的传输，以及直达用户办公楼的交互数据传输甚至话音传输，因而适用于广播型和用户型业务；⑦机动性大，可实现卫星移动通信和应急通信；⑧灵活性大，可在两点间提供几百、几千甚至上万条话路，提供几十兆比（Mbit/s）甚至120Mbit/s的中高速数据通道，也可提供至少一条话路或1.2kbit/s、2-4kbit/s的数据通道；⑨易于实现多址传输；⑩有传输多种业务的功能。主要缺点是：①传输时延大。卫星地球站通过赤道上空约36000km的通信卫星的转发进行通信，视地球站纬度高低，其一跳的单程空间距离为72000～80000km。以300000km/s的速度传播的电波，要经过240ms～260ms的空间传输延时才能到达对方地球站，加上终端设备对数字信号的处理时间等，延时还要增加。根据国际电报电话咨询委员会建议（Rec.114），单程传输不要超过400ms。对通话来说，发话方听到对方立即的回话，也要经过500ms～800ms，这是可以被通话用户接受和习惯的。但由通话双方的二/四线混合线圈不平衡而造成的泄漏，将出现不可忍受的回音，因而必须无例外地加装回音消除器。②在南纬75。以上和北纬75°以上的高纬度地区，由于同步卫星的仰角低于5°，难以实现卫星通信，一般来说，纬度在70°以下的地面、80°以下的飞机，均可经同步卫星建立通信。③同步轨道的位置有限，不能无限度地增加卫星数量和减小星间间隔。④每年有不可避免的日凌中断和须采取措施度过的星食发生。⑤需对卫星部署有长远规划。卫星寿命一般为几年至十几年，而卫星的设计和生产周期长，需及早安排后继卫星，但卫星发射成功率平均为80%左右，故要承担一定的风险。

5. 卫星通信的特点

卫星通信能带来的一系列优势和技术本身隐含的一些不足都是由于卫星位于太空这一独特性引起的。当卫星围绕地球运行的轨道位于赤道上空且达到离地面36000km 左右时，卫星绕地球飞行的角速度可以被控制到同地球自转的角速度一致，这样从地面上看这颗卫星时就像是静止在太空。这时的卫星叫做地球同步轨道卫星或定点卫星，我们这里讨论的卫星通信问题均是指利用这种定点卫星实现。
卫星通信正是实现了咱们的一句谚语——“站得高、看得远”，站在高高的36000km高度上，卫星信号的覆盖范围可以达到三分之一的地球面积。在卫星覆盖范围内的任意两点间均可通过卫星一次中继转发实现通信连接（图3-1，图3-2）。可见卫星通信的特点及优缺点有如下几方面。

图3-1 地面任意两点间通过卫星实现通信


图3-2

1）卫星通信独有的一些特点：①一般不受地面自然灾害的影响；②目的点和源地点的安全；③建设费用与通信距离无关；④运行费用与通信距离无关；⑤建设特别方便、快捷；⑥ 技术成熟，设备可靠。
2）卫星通信的优势：①传输距离远；②覆盖面积大且在覆盖区内可实现面状多点通信；③机动、灵活性好。
3）卫星通信最适合的应用；①其他通信手段（主要是地面线路通信）难以到达的地点（如深山、岛屿等）：②需要快速建立临时通信站的地方（可应用移动站/载车/船载/机载等多方式）；③需要为有线通信提供备份链路的需求。
4）卫星通信的一些缺点：①可用资源有限，运行费用较高；②会受到自然环境的影响（如日凌、雨雾天气等）；③卫星信号在空间传输带来的信号延时。

6. 卫星通信的简史

利用地球同步轨道上的人造地球卫星作为中继站进行地球上通信的设想是1945年英国物理学家A.C.克拉克（ArtherC.Clarke）在《无线电世界》杂志上发表“地球外的中继”一文中提出的，并在60年代成为现实。同步卫星问世以前，曾用各种低轨道卫星进行了科学试验及通信。世界上第一颗人造卫星“卫星1号”由苏联于1957年10月4曰发射成功，并绕地球运行，地球上首次收到从人造卫星发来的电波。美国于1960年8月把覆有铝膜的直径30m的气球卫星“回声1号”发射到约1600km高度的圆轨道上进行通信试验。这是世界上最早的不使用放大器的所谓无源中继试验。美国于1962年I2月13日发射了低轨道卫星“中继1号。1963年11月23日该星首次实现了横跨太平洋的日美间的电视转播。此时恰逢美国总统J.F.肯尼迪被刺，此消息经卫星传至日本在电视新闻上播出，卫星的远距离实时传输给人们留下深刻印象，使人造卫星在通信中的地位大为提高。世界上第一颗同步通信卫星是1963年7月美国宇航局发射的“同步2号”卫星，它与赤道平面有30°的倾角，相对于地面作8字形移动，因而尚不能叫静止卫星，在大西洋上首次用于通信业务。1964年8月发射的“同步3号”卫星，定点于太平洋赤道上空国际日期变更线附近，为世界上第一颗静止卫星。1964年10月经该星转播了（东京）奥林匹克运动会的实况。至此，卫星通信尚处于试验阶段。1965年4月6日发射了最初的半试验、半实用的静止卫星“晨鸟”，用于欧美间的商用卫星通信，从此卫星通信进入了实用阶段。

7. 通信卫星的定义

通信卫星：作为无线电通信中继站的人造地球卫星。通信卫星通过转发无线电信号，实现卫星通信地球站之间或地球站与航天器之间的无线电通信。通信卫星可以传输电话、电报、传真、数据和电视等信息。对于整个卫星通信系统而言，我们把通信卫星和它的测控站称为通信系统的空间段。这个定义大家很容易理解。就是出现了一个新术语——中继站。给大家解释一下，中继站就是一部负责接收并转发无线电信号的“电台”。大家可以把中继站想象为无线电信号的“长途汽车站”。无线电信号可以在中继站“加加油或者换乘其它车次”，这样“跑”得更远。通信卫星如图1所示。图1 通信卫星中文名：通信卫星外文名：Communication Satellite别称：无应用学科：信息通信、卫星通信特点：无线电通信、中继站、人造地球卫星

8. 国际通信卫星的现状

国际通信卫星V号系列共有9颗卫星 ，截至1984年3月已发射了8颗。前6颗均由宇宙神-半人马座号火箭发射，后2颗由阿里安号运载火箭发射 。其中3颗卫星上还装有1.6/1.5吉赫频段的专供海上船舶通信用的海事通信转发器，并采用重量轻、效率高的新型镍氢蓄电池代替镉镍蓄电池。