卫星通信系统发展简史和未来展望

卫星通信系统发展简史和未来展望

作者：张关兵

班级：通信081

学号：200810404110

摘要：

本文主要介绍卫星通信系统的发展简史和未来发展方向。主要内容有：什么是卫星通信、卫星通信中的主要技术、卫星通信在国际上和我国的发展历程、卫星通信的发展趋势和我国卫星通信发展展望。

关键字：

卫星通信北斗导航发展简史未来展望

1、卫星通信概述

卫星通信是指利用人造地球卫星作为中继站转发无线电波，在两个或多个地球站之间进行的通信。它是微波通信和航天技术基础上发展起来的一门新兴的无线通信技术，所使用的无线电波频率为微波频段(300MHz～300GHz，即波段lm～

1min)。这种利用人造地球卫星在地球站之间进行通信的通信系统，则称为卫星通信系统，而把用于现实通信目的的人造卫星称为通信卫星，其作用相当于离地面很高的中继站，因此，可以认为卫星通信是地面微波中继通信的继承和发展，是微波接力通向太空的延伸。卫星通信是空间通信的一种形式，它主要包括卫星固定通信、卫星移动通信和卫星直接广播三大领域。由于卫星通信具有覆盖面大、频带宽、容量大、适用于多种业务、性能稳定可靠、机动灵活、不受地理条件限制、成本与通信距离无关等优点。多年来，它在国际通信、国内通信、军事通信、移动通信和广播电视等领域得到了广泛应用。下面我们就从卫星通信的发展简史、现状、趋势等方面对卫星通信进行概括和综述。

2. 卫星通信中的主要技术

2.1 CDMA技术

CDMA(码分多址)系统通过采用话音激活技术、前向纠错（FEC）技术、功率控制技术、频率复用技术、扇区技术等技术手段，可使CDMA系统容量大幅扩大，同时，它还具有抗多径干扰能力、更好的话音质量和更低的功耗以及软区切换等优点。CDMA以其本身所具有的特点及优越性而广泛应用于数字卫星通信系统中。特别是近年来，小卫星技术的发展为实现全球移动通信和卫星通信提供了条件，利用分布在中、低轨道的许多小卫星实现全球个人通信，已在国际上逐渐形成完善的体系。

CDMA移动卫星通信系统根据导频信号的幅度实现功率控制, 减少用户对星

上功率的要求从而增加系统的容量，减少多址干扰；CDMA移动卫星通信系统可

利用多个卫星分集接收，大大降低多径衰落的影响，改善传输的可靠性。此外，由于CDMA多址方式具有优越的抗干扰性能、很好的保密性和隐蔽性、连接灵活方便所等特点，决定了它在军事卫星通信上具有重要的意义。

2.2 抗干扰技术

现代军事斗争中，敌我双方对卫星通信干扰与抗干扰技术对抗越来越激烈。未来战争中电磁环境将变得越来越复杂，卫星通信因其固有的特点而面临极大的威胁。由于通信卫星始终暴露在太空中，且信道是开放的，易于受对方攻击。因此，军事卫星通信中干扰和抗干扰是斗争双方关注的焦点，研究在复杂电磁环境下卫星通信抗干扰技术体制已成为提高军事通信装备生存能力、确保军事指挥顺畅的关键。

卫星通信抗干扰主要通过传输链路抗干扰、软硬件设备抗干扰以及建立综合智能抗干扰体系等措施实现。

传输链路抗干扰主要有DS/FH混合扩频、自适应选频、自适应频域滤波、猝发通信、时域适应干扰消除、基于多用户检测的抗干扰、跳时(TH)、自适应信号功率管理、自适应调零天线、多波束天线、星上SmartAGC、分集抗干扰、变换域干扰消除、纠错编码和交织编码抗干扰技术等。软硬件设备抗干扰主要有光电隔离、硬件滤波、屏蔽、数字滤波、指令冗余、程序运行监视等技术。建立综合智能抗干扰体系可以通过建立软件化抗干扰硬件平台、建立智能化抗干扰软件应用系统，如：智能抗干扰系统、网络监测控制系统、专家策略支持系统等措施实现。

特别值得一提的一种抗干扰、抗搜索、抗截获的技术是跳频通信技术，它是在现代信息对抗日益激烈的形势下迅速发展起来的。各国军方对这一先进技术的发展和应用十分重视，不断加强对跳频抗干扰通信的研究和推广应用。目前，跳频技术装备正朝着宽频带、高速率、数字化、低功耗的方向快速发展，其信息战潜力巨大。

3、卫星通信的发展简史

3.1卫星通信的理论提出和早期试验

1945年1O月，英国科学家阿瑟·克拉克发表文章，提出利用同步卫星进行全球无线电通信的科学设想。20年后这一设想才变成了现实。通过不断研究和试验，1964年8月美国发射的第三颗”新康姆”卫星定位于东经155°的赤道上空，通过它成功地进行了电话、电视和传真的传输试验，并于1964 年秋用它向美国转播了在日本东京举行的奥林匹克运动会实况。至此，卫星通信的早期试验阶段基本结束。

3.2 第一代卫星通信--模拟信号阶段

1976年，由3颗静止卫星构成的MARISAT系统成为第1个提供海事移动通信服务的卫星系统（舰载地球站40W发射功率，天线直径1.2米）

1982年，Inmarsat-A成为第1个海事卫星移动电话系统

20世纪60年代中期，卫星通信进入实用阶段。1965年4月，西方国家财团组成的”国际卫星通信组织”将第1代”国际通信卫星”(IN—TELSAT—I，简记IS —I，原名晨鸟)射入西经35°w的大西洋上空的静止同步轨道，正式承担欧美大陆之间商业通信和国际通信业务。两周后，原苏联也成功地发射了第一颗非同步通信卫星”闪电一1”进入倾角为65°、远地点为40000km、近地点为500km的准同步轨道(运行周期12h)，对其北方、西伯利亚、中亚地区提供电视、广播、传真和一些电话业务。这标志着卫星通信开始了国际通信业务。20世纪7O年代初期，卫星通信进入国内通信。1972年，加拿大首次发射了国内通信卫星”ANIK”，率先开展了国内卫星通信业务，获得了明显的规模经济效益。地球站开始采用21m、18m、10m等较小口径天线，用几百瓦级行波管发射级、常温参量放大器接收机等使地球站向小型化迈进，成本也大为下降。此间还出现了海事卫星通信系统，通过大型岸上地球站转接，为海运船只提供通信服务。

3.3 第二代卫星通信--数字信号阶段

1988年，Inmarsat-C成为第1个陆地卫星移动数据通信系统

1993年，Inmarsat-M和澳大利亚的Mobilesat成为第1个数字陆地卫星移动电话系统支持公文包大小的终端

1996年，Inmarsat-3可支持便携式的膝上型电话终端

20世纪80年代，VSAT(Very Small Aperture Terminal，甚小口径终端)卫星通信系统问世，卫星通信进入突破性的发展阶段。VSAT是集通信、电子计算机技术为一体的固态化、智能化的小型无人值守地球站。VSAT技术的发展，为大量专业卫星通信网的发展创造了条件，开拓了卫星通信应用发展的新局面。20世纪90年代，中、低轨道移动卫星通信的出现和发展开辟了全球个人通信的新纪元，大大加速了社会信息化的进程。

3.4 第三代卫星通信--手持终端

1998年，铱（Iridium）系统成为首个支持手持终端的全球低轨卫星移动通信系统

2003年以后，集成了卫星通信子系统的全球移动通信系统（UMTS/IMT-2000）

4.我国的卫星通信发展历程

我国卫星的研究和使用始于20世纪70年代初。1972年我国租用国际第4代卫星(IS—IV)，引进国外设备，在北京和上海建立了4座大型地球站，首次开展了商业性的国际卫星通信业务。1984年4月8日，我国成功地发射了第一颗试验通信卫星(STW一1)，它定点于东经125。赤道上空。1988年3月7日和12月22日，我国又相继成功发射了2颗经过改进的实用通信卫星，分别定点于东经87.5°、110.50°赤道上空。1990年2月4日，我国成功地发射了第5颗卫星，定点于东经98°赤道

上空，同年春又将亚洲一号卫星(24个转发器)送入了预定轨道。1997年5月12日，中国成功发射了第3代通信卫星”东方红三号(DFH一3)”卫星，主要用于电视传输、电话、电报、传真、广播和数据传输等业务[4]。目前，全国已有近400个市、县通过卫星可与180多个国家和地区进行远地通信。每个省级电视台都有1～2套卫星电视节目。今后还将发射具有更多转发器的卫星，以使我国卫星通信的水平进入一个新的阶段。

5卫星通信的发展趋势

在目前的通信卫星中，已采用许多代表当今世界通信卫星的先进技术，如氙粒子发动机、高能太阳电池和蓄电池、大天线和多点波束（如：THURYU、ASES、TORSS、GALILEO等卫星天线）、卫星星上处理器（如：窄带信道化器、数字波束成形网络和BUTLER矩阵放大器）以及射频功率动态按需分配等技术，这些技术的发展，对通信卫星和卫星通信的发展产生了深刻的影响。

5.1通信卫星向大、小两极发展

现代卫星通信的发展趋势之一就是卫星星体本身正在向大型化和微型化两个方向发展。一方面，各国为了提高卫星的灵敏度和星上处理能力，以及实现卫星的一星多能，把卫星星体造得越来越大，重量也越来越重。卫星大了也有弱点，易受电磁干扰和敌方反卫星武器的破坏，而小卫星、微小卫星却能克服这种弱点。如果用多颗小卫星组网来代替单颗大卫星，就可以提高卫星系统的生存能力。

5.2 卫星通信向卫星移动通信方向演进

卫星移动通信是指利用卫星实现移动用户间或移动用户与固定用户间的相互通信。随着技术的发展，卫星的功能逐渐增强，许多原来由地球站执行的功能被转移到卫星上去完成，从而使地面设备变得越来越简单，天线尺寸也随之大幅度减小。随着频谱扩展、数字无线接入、智能网络技术的不断发展，卫星移动通信在向卫星个人通信方向演进，用手持机可实现在任何地点、任何时间与世界任何地方接入卫星移动通信网的用户进行双向通信。

5.3 卫星通信与互联网技术相结合

由于卫星通信和计算机技术的飞速发展，产生了卫星互联网技术。目前卫星互联网的连接方式主要有两种：一种是利用宽带卫星的双向传输；另一种则是利用卫星的高速下载和地面网络反馈的外交互通信方式，即将卫星链路作为下行数

据链路，而将电话拨号、局域网等其他通信链路作为上行数据链路，这种方式是基于当前互联网信息流量的非对称性提出来的，它是卫星通信的一个热点。

5.4 卫星通信宽带化

为了满足卫星通信系统用户对带宽的需求，卫星通信技术已向Ka、Q等波段发展。一些国家卫星系统已拓展直EHF频段。采用EHF频段有很多现有其他频段无可比拟的优点，一是扩大EHF频段的容量，大大减轻现有频谱拥挤现象；二是EHF的波束窄，可减少受核爆炸影响出现的信号闪烁和衰落，抗干扰和抗截收能力强。三是EHF 频段系统使用的部件尺寸和重量都可大大缩小和减轻。

5.5 卫星光通信

卫星光通信就是用激光进行卫星间通信，使卫星间通信容量大为增加，而卫星通信设备的体积和重量却大大减小，同时也增加了卫星通信的保密性。卫星光通信系统主要由以下几个子系统组成：光源子系统，发射、接收子系统以及瞄准、捕获、跟踪子系统，此外还包括伺服系统、控制系统等。

6 我国卫星通信发展展望

卫星通信在国防现代化建设、社会经济发展以及我国参与全球经济一体化活动等方面都占有重要地位。我国只有紧紧抓住这一有利时机，真正把发展卫星通信事业摆在重要地位，及时跟踪、赶超国外卫星通信的先进技术，才能使我国在新一轮的国际竞争中占据有利地位。

随着Internet、地面移动网快速发展，卫星通信将会迎来一个更大的发展，我国将以自主的、大容量通信卫星为主体，建立起完善、长期稳定运行的卫星通信系统。同时，我国将积极对外开放，广泛进行国际合作，利用国际的先进卫星通信技术来发展我国的卫星通信。

我国卫星通信技术的发展应注意开发新频段，提高现有频段频谱的利用率，公用干线通信网应进一步向宽带化方向发展，利用IP、ATM建立卫星宽带综合业务数字通信网——国家信息高速公路。

对于专用卫星通信网应进一步向小型化、智能化、经济化方向发展。发展移动卫星通信系统的信关站技术和其他各类高增益、高跟踪精度的轻型移动天线、伺服、跟踪技术。发展网络管理、控制及网络动态分配处理技术，发展网同步技术，发展适应卫星信道特点的卫星IP、卫星ATM与异构网互联的路由器技术。通信卫星向大功率、大容量、长寿命、高可靠大卫星平台发展，向星上交换、星上处理、星上抗干扰技术发展，中低轨道移动通信卫星向现代“小卫星”技术发展。

我国为适应新世纪的经济、国防需求，投资100亿元，拟在1994年-2020年建立继美国的全球定位系统（GPS）、俄罗斯的格洛纳斯（GLONASS）定位系统之后世界第三个成熟的卫星导航系统---北斗卫星导航定位系统，北斗卫星导航定位系统是由中国自行研发的区域性有源三维卫星定位与通信系统（CNSS）

该系统分为“北斗一代”和“北斗二代”，分别由4颗（两颗工作卫星、两颗备用卫星）和35颗北斗定位卫星、地面控制中心为主的地面部份、北斗用户终端三部分组成。北斗定位系统可向用户提供全天候、二十四小时的即时定位服务，定位精度可达数十纳秒(ns)的同步精度，其精度与GPS相当。中国在2000年至2007年先后发射了四颗“北斗一号”卫星，这种区域性(中国境内)的卫星导航定位系统，正在为中国陆地交通、航海、森林防火等领域提供着良好服务。

北斗一号导航定位卫星由中国空间技术研究院研究制造,四颗导航定位卫星的发射时间分别为：

日期火箭卫星轨道

2000年10月31日长征三号甲北斗-1A 地球静止轨道 140°E

2000年12月21日长征三号甲北斗-1BGEO 80°E

2003年05月25日长征三号甲北斗-1C GEO 110.5°E 第三颗是备用卫星

2007年02月03日长征三号甲北斗-1D GEO 86°E 第四颗是备用卫星

2007年04月14日长征三号甲北斗-2A 中地球轨道(21500KM) 北斗二代首颗卫

星

在Internet、卫星宽带多媒体业务、卫星IP传输业务、卫星ATM和地面蜂窝业务发展的推动下，卫星通信将获得更大发展。尤其是光开关、光交换、光信息处理、智能化星上网控、超导、新的发射运载工具和新的轨道技术等各种新技术、新工艺的实现，将使卫星通信产生革命性的变化。卫星通信作为全球信息化网络设施的重要组成部分，将对我国和世界经济、社会、军事的发展产生重大的促进作用。

参考文献：

[1]朱军王培国《卫星通信技术及其发展趋势》

[2]王秉钧王少勇田宝玉《现代卫星通信系统》电子工业出版社

[3] 王丽娜王兵《卫星通信系统》国防工业出版社

[4] “天极网”2004年12月

[5] 百度文库