卫星通信技术综述

卫星通信技术综述
一、卫星通信技术的内涵
卫星通信是地球上多个地球站（包括陆地、水面和大气层）利用空中人造通信卫星作为中继站而进行的无线电通信。

卫星通信系统是由通信卫星、地球站和跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统。

通信卫星由若干个转发器、数副天线与位置和姿态控制、遥测和指令、电源分系统组成，其主要作用是转发各地球站信号。

地球站由天线、发射、接受、终端分系统及电源、监控和地面设备组成，主要作用是发射和接受用户信号。

跟踪遥测指令站是用来接收卫星发来的信标和各种数据，然后经过分析处理，再向卫星发出指令去控制卫星的位置、姿态及各部分工作状态。

监控管理分系统对在轨卫星的通信性能及参数进行业务开道前的监测和业务开通后的例行监测与控制，以便保证通信卫星的正常运行和工作。

二、卫星通信技术的特点
卫星通信技术的具有明显的有点和缺点：
优点：
(1)卫星通信覆盖区域大，通信距离远。

因为卫星距离地面很远，一颗地球同步卫星便可覆盖地球表面的1/3，因此，利用3颗适当分布的地球同步卫星即可实现除两极以外的全球通信。

卫星通信是目前远距离越洋电话和电视广播的主要手段。

(2)卫星通信具有多址联接功能。

卫星所覆盖区域内的所有地球站都能利用同一卫星进行相互间的通信，即多址联接。

(3)卫星通信频段宽，容量大。

卫星通信采用微波频段，每个卫星上可设置多个转发器，故通信容量很大。

(4)卫星通信机动灵活。

地球站的建立不受地理条件的限制，可建在边远地区、岛屿、汽车、飞机和舰艇上。

(5)卫星通信质量好，可靠性高。

卫星通信的电波主要在自由空间传播，噪声小，通信质量好。

就可靠性而言，卫星通信的正常运转率达99.8%以上。

(6)卫星通信的成本与距离无关。

地面微波中继系统或电缆载波系统的建设投资和维护费用都随距离的增加而增加，而卫星通信的地球站至卫星转发器之间并不需要线路投资，因此，其成本与距离无关。

缺点：
(1)传输时延大。

在地球同步卫星通信系统中，通信站到同步卫星的距离最大可达40000km，电磁波以光速（3×108m/s）传输，这样，路经地球站
→卫星→地球站（称为一个单跳）的传播时间约需0.27s。

如果利用卫星通
信打电话的话，由于两个站的用户都要经过卫星，因此，打电话者要听到对方的回答必须额外等待0.54s。

(2)回声效应。

在卫星通信中，由于电波来回转播需0.54s，因此产生了讲话之后的“回声效应”。

为了消除这一干扰，卫星电话通信系统中增加了一些设备，专门用于消除或抑制回声干扰。

(3)存在通信盲区。

把地球同步卫星作为通信卫星时，由于地球两极附
近区域“看不见”卫星，因此不能利用地球同步卫星实现对地球两极的通信。

(4)存在日凌中断、星蚀和雨衰现象。

三、卫星通信技术的应用
（1）宽带卫星通信系统
宽带卫星通信是指利用通信卫星作为中继站在地面站之间转发高速率通
信业务，是宽带业务需求与现代卫星通信技术相结合的产物，也是当前卫星通信的主要发展方向之一。

宽带卫星通信系统是与互联网技术相联系的，运行TCP/IP协议族的卫星通信系统。

它是数字多媒体、卫星广播、互联网的
有机结合，为一系列新的应用提供了统一的服务平台，是卫星通信宽带化的一个方向。

宽带卫星通信网络结构是地面宽带IP技术在通信领域内的演变
和应用，是适应卫星分组业务和降低系统复杂性的一种尝试，目的在于廉价地提供用户满意的大流量分组数据业务，而无须ATM的干预。

它以卫星系统为基础，以IP为网络服务平台，以Internet应用为服务对象。

宽带是通信的发展方向，卫星通信在卫星产业中占主导地位，因此，宽带卫星通信对卫星应用产业来讲可为举足轻重。

目前正在使用的宽带通信卫星，包括泰国的PSTAR、美国的Wildblue－1和SpaceWay－3，加拿大的Anikf2/3，欧洲的
宽带多媒体卫星通信系统Amerhis等。

（2）卫星固定通信系统
固定通信作为卫星通信的传统业务，主要用于电信服务、广播电视、内
部专网、数据采集等领域。

近年来。

各类卫星宽带业务发展较快，尤其是基于IP的业务，如电视会议、远程教育、远程医疗、流媒体等。

大部分静止
轨道卫星通信系统都能提供固定通信业务，比较著名的系统有国际通信卫星（Intelsat）系统、欧洲通信卫星公司（Eutelsat）、俄罗斯联邦国际卫星
组织（Intersputnik）、美国泛美卫星（PanAmsat）、新天空卫星（NewSkies）等。

2009年发射的Intelsat－14卫星，携带了思科公司为美国国防部研制的太空路由器（IRIS）有效载荷，将地面基于IP的路由器搬上了太空。

固定通信系统地面设备中VSAT小站作为一种体积小、重量轻、组网灵活方便的站型，在信息广播分发、采集与远程监视、因特网接入、村村通工程等领域有着广泛的应用。

（3）卫星移动通信系统
卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户与移动用户或固定用户间相互通信的方式。

利用静止轨道提供全球覆盖的卫星移动通信系统的有Inmarsat 系统；提供区域覆盖的有MSAT系统ACeS系统、Thuraya系统。

通过非静止轨道卫星提供全球覆盖的卫星移动通信系统有Globalstar、Orbcomm和Iridium 系统等。

Inmarsat系统的第四代业务BGAN系统可通过手持终端向全球同时提供话音和宽带数据业务，兼容3G系统，可以为全球任何地方的用户提供最高达492kb/s的网络数据传输、移动视频、视频会议、传真、电子邮件、局域网接入等多种业务。

Thuraya系统是个区域性静止卫星移动通信系统，覆盖全球1/3的区域，系统终端整合了卫星、GSM、GPS三种功能。

可以向用户提供语音、短信、数据、传真、GPS定位等业务。

2009年7月，最新一代静止轨道移动通信卫星——“TerreStar－1”发射升空。

该星携带的S频段有效载荷天线展开直径达18m，星上利用地面波束成型技术产生点波束数量超过500个。

另外，该星通过与“辅助地面组件”（ATC）相结合，融合了地面网络与卫星网络各自的优势，真正实现了移动通信的无缝覆盖。

四、卫星通信技术的发展状况
（1）卫星通信产业增长的主要驱动力来自面向大众消费市场的卫星多媒体广播（DMB）业务的快速发展。

从卫星音频广播（DAB）到卫星视频广播（DVB），再到DMB，通过卫星广播的数据量越来越大。

目前，DMB发展趋势最好的是欧美、日本和韩国。

（2）卫星电视直播成为卫星应用的支柱产业。

随着各国数字电视进程的加快、卫星高清晰度电视（HDTV）的推广应用以及大型体育和媒体盛事的催
化，付费卫星电视平台得以迅速增加和发展。

在美国，卫星直播电视用户已达到2160万户，欧洲是3500万户，日本也达到了1200万户。

目前卫星直播产业是唯一能与地面有线电视网络进行竞争，并拥有一定优势的产业。

（3）宽带多媒体卫星通信正在成为信息基础设施的一个重要组成部分。

宽带多媒体卫星通信是上世纪90年代中期发展起来的一种新型卫星通信，是商用卫星通信业务的主要发展方向。

随着卫星终端设备费用的不断下降，以及用户对高速因特网接入需求的迅速增长，宽带卫星通信用户数量不断增长。

（4）移动卫星通信仍然是目前卫星通信发展较快的业务之一。

（5）卫星通信在军事通信、环境数据采集和监测、国家应急救援和救灾通信等政府、军用业务领域中的重要作用在不断加强。

五、卫星通信技术的发展趋势
（1）开发新频段，提高现有频段的频谱利用率。

使用频率向高端发展，使用Ku、Ka、V(40/50GHz)波段。

（2）开展卫星通信网与其它异构网的互通、互联、网络同步与交换技术，完成卫通网与异构网协议变换，信令呼叫接口技术等；
（3）移动卫星通信网将积极发展与同步轨道移动卫星通信系统相关的技术，如同步卫星上的大天线的制造与展开、折收技术；小型多模卫星通信手持机技术；星上多波束切换技术和信关站技术，在中低轨道移动卫星系统中的星上交换、星上处理、星间链路技术、越区切换技术和信关站有关的技术；
（4）网络管理和控制及网络动态分配处理的自动化技术；
（5）卫星通信网的网络安全、保密技术；
（6）与我国卫星通信设备产业化发展有关的生产、工艺加工技术等等。

展望未来，卫星通信将获得重大发展。

各种新技术，如光信息处理、智能化星上网控、超导、新发射工具和新轨道技术的实现，将使卫星通信产生革命性的变化。

卫星通信将对我国的国民经济发展，对产业信息化产生巨大的促进作用。

参考资料：
1、卫星通信技术—百度百科：/view/297238.htm
2、《国内外卫星通信产业技术应用现状和发展趋势》肖跃秦红祥卫星与网络2010年第07期。