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卫星通信

(专业术语)

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2013年6月20日上午10时许,全中国的中、小学生“享受”了一场中国女航天员王亚平的太空授课。当时新闻报道标题是“太空授课教具上天花费35万 外媒再提中国威胁论”。虽然国外的媒体有点儿“神经过敏”。但40分钟高质量的天地通话,确实表明我国的卫星通信技术有了长足的进步!
卫星通信简单地说就是地球上(包括地面和低层大气中)的无线电通信站间利用卫星作为中继而进行的通信。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。卫星通信的特点是:通信范围大;只要在卫星发射的电波所覆盖的范围内,从任何两点之间都可进行通信;不易受陆地灾害的影响(可靠性高);只要设置地球站电路即可开通(开通电路迅速);同时可在多处接收,能经济地实现广播、多址通信(多址特点);电路设置非常灵活,可随时分散过于集中的话务量;同一信道可用于不同方向或不同区间(多址联接)。
中文名
卫星通信
外文名
Satellite Communication
覆盖范围
静止地球轨道卫星、移动卫星通信
多址联接方式
频分、时分、码分、空分多址联接
特    点
通信范围大

卫星通信定义及简介

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卫星通信:利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波,从而实现两个或多个地球站之间的通信。
人造地球卫星根据对无线电信号放大的有无、转发功能,有有源人造地球卫星和无源人造地球卫星之分。由于无源人造地球卫星反射下来的信号太弱无实用价值,于是人们致力于研究具有放大、变频转发功能的有源人造地球卫星——通信卫星来实现卫星通信。其中绕地球赤道运行的周期与地球自转周期相等的同步卫星具有优越性能,利用同步卫星的通信已成为主要的卫星通信方式。不在地球同步轨道上运行的低轨卫星多在卫星移动通信中应用。
同步卫星通信是在地球赤道上空约36000km的太空中围绕地球的圆形轨道上运行的通信卫星,其绕地球运行周期为1恒星日,与地球自转同步,因而与地球之间处于相对静止状态,故称为静止卫星、固定卫星或同步卫星,其运行轨道称为地球同步轨道(GEO)。
在地面上用微波接力通通信系统进行的通信,因系视距传播,平均每2500km假设参考电路要经过每跨距约为46km的54次接力转接。如利用通信卫星进行中继,地面距离长达1万多公里的通信,经通信卫星1跳即可连通(由地至星,再由星至地为1跳,含两次中继),而电波传输的中继距离约为4万公里,见图1。
图1  同步卫星与地球的相对关系图 图1 同步卫星与地球的相对关系图

卫星通信简史

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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。

卫星通信覆盖范围

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卫星通信静止地球轨道(GEO)卫星

全球覆盖的固定卫星通信业务静止地球轨道(GEO)卫星,轨道高度大约为36 000km,成圆形轨道,只要三颗相隔120°的均匀分布卫星,就可以覆盖全球。国际卫星通信组织的Intelsat I-IX代卫星。是全球覆盖的最好例子,已发展到第九代。
卫星在空中起中继站的作用,即把地球站发上来的电磁波放大后再反送回另一地球站。地球站则是卫星系统形成的链路。由于静止卫星在赤道上空36000千米,它绕地球一周时间恰好与地球自转一周(23小时56分4秒)一致,从地面看上去如同静止不动一样。三颗相距120度的卫星就能覆盖整个赤道圆周。故卫星通信易于实现越洋和洲际通信。最适合卫星通信的频率是1一10GHz频段,即微波频段、为了满足越来越多的需求,已开始研究应用新的频段,如12GHz,14GHz,20GHz及30GHz。
图2  卫星通信示意图 图2 卫星通信示意图

卫星通信移动卫星通信

全球覆盖的移动卫星通信海事卫星通信系统Inmarsat是全球覆盖的移动卫星通信,工作的为第三代海事通信卫星,它们分布在大西洋东区和西区、印度洋区和太平洋区,第四代Inmarsat一4卫星,已于2005年3月发射了第一颗卫星,另一颗卫星亦准备发射,它们分别定点在64。E和53。W,具有一个全球波束,l9个宽点波束,228个窄点波束,采用数字信号处理器。有信道选择和波束成形功能。
全球覆盖的低轨道移动通信卫星有“铱星”(Iridium)和全球星(Globalstar),“铱星”系统有66颗星,分成6个轨道,每个轨道有11颗卫星,轨道高度为765km,卫星之间、卫星与网关和系统控制中心之间的链路采用ka波段,卫星与用户间链路采用L波段。2005年6月底铱星用户达12.7万户,在卡特里娜飓风灾害时”铱星”业务流量增加30倍,卫星电话通信量增加5倍。
全球星(Globalstar)有48颗卫星组成,分布在8个圆形倾斜轨道平面内,轨道高度为1 389km,倾角为52度。用户数逐年稳定增长,成本下降,2005年比2004年话音用户增长。

卫星通信多址联接方式

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多址联接的意思是同一个卫星转发器可以联接多个地球站,多址技术是根据信号的特征来分割信号和识别信号,信号通常具有频率时间空间等特征。卫星通信常用的多址联接方式有频分多址联接(FDMA)、时分多址联接(TDMA)、码分多址联接(CDMA)和空分多址联接(SDMA),另外频率再用技术亦是一种多址方式。
微波频带,整个通信卫星的工作频带约有500MHz宽度,为了便于放大和发射及减少变调干扰,一般在卫星上设置若干个转发器。每个转发器的工作频带宽度为36MHz或72MHz的卫星通信多采用频分多址技术,不同的地球站占用不同的频率,即采用不同的载波。它对于点对点大容量的通信比较适合。已逐渐采用时分多址技术,即每一地球站占用同一频带,但占用不同的时隙,它比频分多址有一系列优点,如不会产生互调干扰,不需用上下变频把各地球站信号分开,适合数字通信,可根据业务量的变化按需分配,可采用数字话音插空等新技术,使容量增加5倍。另一种多址技术使码分多址(CDMA),即不同的地球站占用同一频率和同一时间,但有不同的随机码来区分不同的地址。它采用了扩展频谱通信技术,具有抗干扰能力强,有较好的保密通信能力,可灵活调度话路等优点。其缺点使频谱利用率较低。它比较适合于容量小,分布广,有一定保密要求的系统使用。

卫星通信卫星通信系统的组成

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卫星通信系统包括通信和保障通信的全部设备。一般由空间分系统、通信地球站、跟踪遥测及指令分系统和监控管理分系统等四部分组成,如图
1.跟踪遥测及指令分系统
  
图3  卫星通信系统的基本组成 图3 卫星通信系统的基本组成
跟踪遥测及指令分系统负责对卫星进行跟踪测量,控制其准确进入静止轨道上的指定位置。待卫星正常运行后,要定期对卫星进行轨道位置修正和姿态保持。
2.监控管理分系统
监控管理分系统负责对定点的卫星在业务开通前、后进行通信性能的检测和控制,例如卫星转发器功率、卫星天线增益以及各地球站发射的功率、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。
3.空间分系统(通信卫星)
通信卫星主要包括通信系统、遥测指令装置、控制系统和电源装置(包括太阳能电池和蓄电池)等几个部分。
通信系统是通信卫星上的主体,它主要包括一个或多个转发器,每个转发器能同时接收和转发多个地球站的信号,从而起到中继站的作用。
4.通信地球站
通信地球站是微波无线电收、发信站,用户通过它接入卫星线路,进行通信。

卫星通信频段同步卫星通信业务简介

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频段同步卫星通信业务有卫星固定通信业务(FSS)和星移动通信业务(MSS)之分,它们所分配的频段也不同。FSS使用C频段和Ku频段。MSS使用L频段(见同步卫星移动通信),工作在Ku频段的Ku转发器原来大多是点波束的,90年代开始国际通信卫星组织(INTELSAT,简作IS)的Ku星叫ISK,提供较广的区域波束以适应需求。FSS的C、Ku频段的频率划分如下(上行为地球站对卫星所用频率,下行为卫星对地球站所用频率)。
①C频段(MHz)
上行5925~6425 带宽500MHz
下行3700~4200 带宽500MHz
为扩展FSS用的频谱,自1984年1月1日开始调整为:
上行:第1区5725~7075 带宽1350MHz
第2、3区5850~7075 带宽1225MHz
3400~4200 带宽共
下行:第1、2、3区
4500~4800 l100MHz
②Ku频段(GHz)
上行:第1、2、3区 14.0~14.25 带宽250MHz
14.25~14.5 带宽250MHz
下行:第1、2、3区 10.95~11.20 带宽250MHz
11.45~11.7 带宽250MHz
第2区 11.7~11.95 带宽250MHz
11.95~12.2 带宽250MHz
第3区 12.2~12.5 带宽300MHz
第1、3区 12.5~12.75 带宽250MHz
根据1992年国际无线电行政大会(WARC—92)的频率分配,国际通信卫星组织于2000年1月1日可启用新分配的13.75~14.0GHz(上行),带宽250MHz,以适应发展的需要。
C频段的传输比较稳定,设备技术也成熟,但容易和同频段的地面微波系统相互干扰。卫星通信的上行链路干扰6GHz微波系统,下行链路受4GHz微波系统的干扰,这需预先协调并采取相应的屏蔽措施加以解决(见卫星通信系统干扰协调),Ku频段传输受雨雾衰减较大,不如C频段稳定,尤其雨量大的地区更是如此。如在上、下行链路的计算中留有足够余量,配备上行功率调节功能,亦可获得满意效果。Ku频段频谱资源较丰富,与地面微波系统的相互干扰小,其应用很有前途。
20世纪末或21世纪初,C和Ku频段将出现拥挤,FSS将在20GHz~30GHz的Ka频段开发业务,其频率为:
上行(GHz) 29.5~30 带宽500MHz
下行(GHz) 19.7~20.2 带宽500MHz

卫星通信卫星通信方式

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卫星通信方式卫星通信系统传输或分配信息时所采用的工作方式称为卫星通信方式。
国际卫星通信已由以模拟频分方式为主,转向以数字时分方式为主。数字卫星通信方式有120Mbit/s的数字话音插空(DSI)的时分多址(TDMA/DSI),或不加话音插空(DNI)的时分多址,以及星上交换时分多址(SS-TDMA);还有大量的以2.048Mbit/s、1.544Mbit/s为主的卫星数字信道(IDR)方式,加数字电路复用设备(DCME)一般可扩大容量3~4倍,最多达5倍。2Mbit/s的IDR其承载电路为30路,较小容量的IDR有1.024Mbit/s(16路)和512kbit/s(8路)。专用通信用的数字专线业务(IBS)业务发展很快,Ku频段达到ISDN质量水平的叫超级数字专线业务(su-perIBS)。稀路由(VISTA)业务方式仍有市场,其中有按需分配多址(DAMA)功能的方式称超级稀路由(su-perVISTA)方式。非中心控制的稀路由的斯佩德(SPADE)方式因设备复杂已被淘汰。国际卫星通信的极化方式为双圆极化。
国内卫星通信方式大体仿效国际卫星通信用C频段和Ku频段,也有用Ka频段的。一般的TDMA方式为60Mbit/s以下速率,还有SS-TDMA和转发器跳频的TDMA方式,有加数字电路复用设备的卫星数字信道(IDR/DCME)方式,也有自适差分脉冲编码的卫星数字信道(IDR/ADPCM)方式。因模拟的频分多址(FDMA)方式技术成熟,仍有使用。国内范围的以通话为主的稀路由(VISTA)方式用得较多,有单载波单信道/音节压扩频率调制/按需分配多址(SCPC/CFM/DAMA)方式和单载波单信道/4相移相键控/按需分配多址(SCPC/QPSK/DAMA)方式以及较低速率的TDMA方式。甚小天线地球站系统的市场很大,它是以数据传输为主兼有话音传输的星状网,其制式和速率有多种,可供用户选用。国内卫星通信的极化方式一般为线极化,个别也有用圆极化的。
国际和国内的卫星电视传输都采用模拟调频制。国际间的电视节目交换使用全球波束转发器和A标准地球站,其接收质量较好,一个转发器可传两路20MHz带宽的电视节目。国内和区域卫星电视传输采用一个国内或区域波束转发器只开一路电视,取转发器全功率,以利大量的小型电视单收地球站易于接收。
复合模拟分量(MAC)制亦在使用。一个载波传两路电视的双路电视制,作为定点电视节目传输方式,可节省空间段费用,故亦有采用。髙质量的卫星数字电视传输和高淸晰度卫星电视传输正在试验。一个转发器传多路压缩编码的数字电视传输方式即将出现。
卫星电视电话会议业务以2Mbit/l.5Mbit为主,n×384kbi的已经问世,预计m×64kbit的亦有其优越性。
安装在专用车辆上、易于搬运的,小型C/Ku地球站,在国内和国际的各种场合的应用很广,可用来传电视、电话、传真、电报和数据等,多用于应急场合。

卫星通信特点

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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。

卫星通信卫星通信的优点

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。

卫星通信卫星通信的缺点

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。

卫星通信同步卫星通信的特点

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。

卫星通信相关分类

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卫星通信新技术的发展层出不穷。例如甚小口径天线地球站(VSAT)系统,中低轨道的移动卫星通信系统等都受到了人们广泛的关注和应用。卫星通信也是未来全球信息高速公路的重要组成部分。它以其覆盖广、通信容量大。通信距离远、不受地理环境限制、质量优、经济效益高等优点,1972年在中国首次应用,并迅速发展,与光纤通信数字微波通信一起,成为中国当代远距离通信的支柱。
卫星通信由于它不受地理条件的限制,具有灵活的可移动性,所以仍依它的优势创新发展。但亦受到迅速发展的光纤通信的挑战,它比卫星通信的容量大,传输速率高,有很多越洋通信被海底光缆所替代,陆地干线亦有类似情况。20世纪90年代中后期卫星电视直播(DBs——Direct Broadcast Satellite或DTH——Direct To Home)、卫星声音广播、卫星移动通信以及卫星宽带多媒体通信成为新的四大发展潮流。

卫星通信固定卫星通信

国际卫星通信组织的Intelsat系列已经发展到第九代,自1996年~2004年来业务量基本稳定增长,2004年全球总收入为94亿美元,美国预计2006年用户达百万,VSAT应用约每年增长15%~20%,宽带接人及多媒体业务逐渐发展,Ka波段将成为宽带业务的主流,宽带业务领先的有加拿大的电信卫星公司(Telesat)、美国的狂蓝(Wild Blue)公司和泰国的Shin卫星公司。
在卫星性能方面以增大发射功率,提高EIRP值,增加卫星转发器数量,增加带宽,降低成本,减小地面终端设备的尺寸和费用。加拿大2004年7月18日发射的阿尼克(Anik).F2卫星共有ll4台转发器,其中50台为Ka波段,泰国2005年8月11日发射的Ipstar卫星有114台转发器,通信容量为45Gbit/s,是目前世界上最大的商用通信卫星,欧洲正在研制更大的卫星,准备安装250台转发器,预定2008年发射。
星上采用数字信号处理器,提高信号交换能力,减少地面设备,建立遥测、遥控、跟踪和监视功能以及网络管理功能的地球站,实现卫星动态控制及管理。卫星宽带通信直播高清晰度电视,连接Internet网发展网络电视等。

卫星通信移动卫星通信

移动卫星通信它可以是全球性亦可以是区域性,全球性的采用中、低轨道卫星.区域性的采用静止轨道通信卫星,区域移动通信卫星有2000年2月12日发射的印度尼西亚的亚洲蜂窝卫星(Aees),又名格鲁达(Garula)-1,它是世界上第一颗区域性地球静止轨道个人移动通信卫星,有l40个点波束,11 000路同时通话的话路,波束覆盖占世界人口60%的亚太地区阿拉伯联合酋长国于2000年10月20日和2003年6月10日分别发射了瑟拉亚(Thuraya)_1和-2两颗卫星,每星具有13 750路同时通话的容量,它覆盖欧、亚、非106个国家。
国际移动卫星公司于2005年3月发射了第四代Inmarsat一4卫星,它具有全球波束和19个宽点波束以及228个窄点波束,用两颗卫星支持Inmarsat系统的大部分业务。它将引入宽带全球区域网(BGAN)的一系列新业务,传输速率达432kbit/s,星上采用L波段天线数字信号处理器(DSP),DSP具有信道选择和波束成形功能,能产生宽带信道匹配功率与带宽资源,DSP还能剪裁卫星覆盖范围和调正波束,以满足容量和业务种类要求,还能处理固态功放及低噪声放大器故障。宽带全球区域网将传输互联网、内部网、视频点播、视频会议、传真、电子邮件、电话及局域网等接入业务。
中、低轨道全球移动卫星通信的业务主要是话音和数据,亦可以与互联网连接,进一步发展多媒体通信。
卫星通信的发展趋势总的发展方向是大容量、大功率、高速率、宽带、低成本、高发射频率、多转发器、多点波束和赋形波束,应用星上处理技术切换信号,处理信号等,21世纪的卫星直播电视(DBS—TV)、个人移动卫星通信、多媒体卫星通信、卫星音频广播、卫星网络电视等将会得到大量发展。VSAT业务范围不断扩大,深入到国民经济的各个领域,更加显示其经济和社会效益,Ka波段的应用使设备更加小型化,当然亦带来衰减严重的缺陷。光通信在卫星通信中的应用逐渐变得成熟可取,它要求精确的卫星控制技术,在国际上还处于研发阶段,预计不久将会进入实用阶段。
中国的卫星通信事业亦在迅速发展,2005年4月12日发射了亚太一6号(Apstar一6)卫星,它有38个C波段和14个Ku波段转发器,2006年lo月发射直播卫星一鑫诺2号(Sino-2),它有22个Ku波段转发器(目前有技术故障)。卫星通信的应用领域不断扩大,除金融、证券、邮电、气象、地震等部门外,远程教育、远程医疗、应急救灾、应急通信、应急电视广播、海陆空导航、连接互联网的网络电话、电视等将会广泛应用。中国的卫星发射技术,长征系列运载火箭领先世界,大推力、无污染、无毒的环保型火箭发动机中国已试验成功,这为发展中国的大型通信卫星乃至载人航天、探月工程创造了有利条件。
中国将沿着天地一体、优势互补、军民结合的长远发展方向迈进。

卫星通信历史回顾

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早在1945年10月,阿瑟·克拉克(Arthur C.Clarke)提出静止卫星通信的设想。他在英国《无线电世界》杂志第10期发表了题为《地球外的中继——卫星能提供全球范围的无线电覆盖吗?》的文章,详细论述了卫星通信的可行性,为今后全球卫星通信奠定了理论基础。现代卫星通信的发展,证实了克拉克设想的科学性。
卫星通信的发展过程,可以分为以下两个阶段。
(1)卫星通信的试验阶段
从1954年开始,美国先后利用月球、无源气球卫星、铜针无源偶极子带作为中继站,进行了电话、电视传输等无源卫星通信试验,但事实证明并无很大实用价值。直到1957年,前苏联发射了第一颗人造卫星,才使卫星通信进入有源卫星试验阶段。
1958年12月,美国用阿特拉斯火箭将一颗重150磅的“斯柯尔”低轨道卫星射入椭圆轨道(近地点200km,远地点1 700km),星上发射机输出功率8W,频率为150MHz。卫星利用磁带录音,将甲站发出的信息(电话、电报),延迟转发到乙站。1960年10月,美国国防部又将“信使”卫星发射到高度1 000km、倾角为28.3°的轨道上,使用2GHz频率,进行了与上述类似的低轨道迟延通信试验。
1962年6月,美国航空宇航局用德尔它火箭把“电星”卫星送入1 060~4 500km的椭圆轨道;同年12月又发射了“中继“卫星,进入1 270~8 300km的椭圆轨道,在美国、欧洲、南美洲之间进行了多次电话、电视、传真数据的传输试验,并对卫星通信的频率、姿态控制、遥测跟踪、通信方式等技术问题进行了试验。
1963年以后开始进行同步卫星通信试验。1963年7月和1964年8月,美国航空宇航局先后发射了三颗SYNCOM卫星,第一颗未能进入预定轨道;第二颗进入周期为24h的倾斜轨道;最后一颗进入了似圆形的静止同步轨道,成为世界上第一颗试验性静止通信卫星。利用它成功地进行了电话、电视和传真的传输试验,并在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,卫星通信的试验阶段基本结束。
(2)卫星通信的实用阶段
在卫星通信技术发展的同时,承担卫星通信业务和管理的组织机构也逐渐完备,1964年8月20日,美国、日本等11个西方国家为了建立单一的世界性商业卫星网,在美国华盛顿成立了世界性商业卫星临时组织,并于1965年11月正式定名为国际通信卫星组织(INTELSAT,International Telecommunication Satellite Organization)。该组织在1965年4月把第一代“国际通信卫星”(INTELSAT-I,简称IS-I,原名“晨鸟”)射入了静止同步轨道,正式承担国际通信业务。这标志着卫星通信开始进入实用与发展的新阶段。

卫星通信我国卫星通信的现状和展望

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(1)固定业务
1972年,我国开始建设第一个卫星通信地球站,1984年成功地发射了第一颗试验通信卫星,1985年先后建设了北京、拉萨、乌鲁木齐、呼和浩特、广州等5个公用网地球站,正式传送中央电视台节目。此后又建成了北京、上海、广州国际出口站,开通了约2.5万条国际卫星直达线路;建设了以北京为中心,以拉萨、乌鲁木齐、呼和浩特、广州、西安、成都、青岛等为各区域中心的多个地球站,国内线路达10 000条以上。
专用网建设发展非常迅速,人民银行、新华社、交通、石油天然气、经贸、铁道、电力、水利、民航、中核总公司、国家地震局、气象局、云南烟草、深圳股票公司以及国防、公安等部门已建立了20多个卫星通信网,卫星通信地球站(特别是VSAT)已达万座。
(2)卫星电视广播业务
1984年,“东方红”卫星发射成功,开创了我国利用卫星传送广播电视节目的新纪元。截止2015年,中央电视台4套、教育台、新疆、西藏、云南、贵州、四川、浙江、山东、湖南、河南、广东、广西、河北等十几个省级台的电视节目和40多种语言广播节目已上卫星传送,已有卫星电视地面收转站十万个,电视专收站(TVRO)约30万个。很多系统采用了比较先进的数字压缩技术。
(3)卫星移动通信业务
卫星移动通信主要解决陆地、海上和空中各类目标相互之间及与地面公用网的通信任务。我国作为INMARSAT成员国,北京建有岸站,可为太平洋、印度洋和亚太地区提供通信服务。另外,我国逐步开展机载卫星移动通信服务。石油、地质、新闻、水利、外交、海关、体育、抢险救灾、银行、安全、军事和国防等部门均配备了相应业务终端。现我国已进入INMARSAT的M站和C站,有近5000部机载、船载和陆地终端。
(4)未来展望
随着我国现代化建设和以多媒体为代表的信息高速公路的发展,今后10年我国卫星通信将有一个更大的发展,并将以我国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。若以每年递增15%~17%计算,到2002年,卫星通信公用网开通的线路将是1996年的2.7~3倍,大、中城市将建立起大、中型卫星通信地球站约50~60座,中、小型地球站约200~300座(不包括VSAT站)。到2005年,卫星通信公用网线路将发展到数十万条。
我国今后卫星通信技术发展趋势为:
① 开发新频段,提高现有频段的频谱利用率。从现有单一的C频段发展到Ku、Ka、UHF、L、S、X等频段。
② 公用干线通信网向高速、数字、宽带发展,速率将达60Mbit/s、120Mbit/s和1000Mbit/s,并利用SDH和ATM,建立国家信息高速公路——天基宽带综合业务数字通信网。
③ 进一步发展小型化、智能化VSAT专用卫星通信网。业务也将从单一的数据或话音为主,发展为话音、数据、图文、电视兼容的综合业务。
④ 卫星移动通信系统将大力发展新技术,如星上大天线技术、多波束技术、星上交换、星上处理和星间链路技术、越区切换技术等。
⑤ 开展卫星通信网与其他异构网的互通、互联,完成异构网协议变换,网络同步与交换技术及信令呼叫接口技术等。
⑥ 网络管理和控制及网络动态分配处理的自动化技术。
⑦ 卫星通信网的网络安全、保密技术。
⑧ 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21世纪,卫星通信将获得重大发展,尤其是世界上新技术,如光开关、光信息处理、智能化星上网控、超导、新的发射工具和新的轨道技术的实现,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。

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卫星通信中国作者图书

版权信息
书名:卫星通信
作 者:夏克文甘仲民
出版时间:2008年12月
ISBN: 9787560621401
开本:16开
定价:21.00 元
内容简介
《卫星通信》主要内容包括卫星通信概述、卫星通信基本技术、卫星通信链路设计、卫星通信网和移动卫星通信系统等。全书内容精练,系统性强,结构严谨,条理清晰;简化了理论推导,精简了通用
图书《卫星通信》 图书《卫星通信》
技术的篇幅,突出应用性知识,并且介绍了最新的卫星通信技术成果;习题丰富且具有启发性。
《卫星通信》是采用全国招标的形式,通过西安电子科技大学出版社高等学校电子与通信类专业“十一五”规划教材专家评审会评审选定的,可作为通信工程、电子信息、计算机等专业本科生的专业课教材,也可供相关专业的研究生和工程技术人员参考使用。
图书目录
第1章 卫星通信概述
第2章 卫星通信基本技术
第3章 卫星通信链路设计
第4章 卫星通信网
第5章 移动卫星通信系统
参考文献
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卫星通信美籍作者图书

书名:卫星通信
作 者:[美]普拉特等著
出版时间:2003-11-1
字 数:778000
页 数:536
I S B N :9787505392274
定价:54.00
编辑推荐
本书是普通高等教育“十五”国家级规划教材之一。本教材的主要对象是通信工程、计算机通信以及信息工程等专业的本科高年级
图书《卫星通信》 图书《卫星通信》
学生,也可作为跨专业学生和工程技术人员的参考书。
本书是一本介绍卫星通信原理、技术和系统的基础性教材,包括卫星移动通信的内容,同时对卫星通信系统中的因特网业务及宽带综合业务的特殊问题和技术进行了讨论。书中还 列举了当前正在运行的一些典型的卫星通信系统
内容简介
本书是关于卫星通信的一本最新且权威的著作。全书共分为11章,4个附录,内容涉及轨道力学与发射台、人造卫星、人造卫星链路设计、卫星链路的调制与多路技术、多路存取、数字卫星链路误差控制、传播效果及其对卫星地球链路的影响、VSAT系统、低地球轨道与非同步卫星系统、直接广播卫星电视与无线电通信、卫星导航与全球定位系统等。
全书内容结构合理,反映了卫星通信的前沿技术。可作为大专院校电气工程专业学生的教材,也可作为相关研究人员及工程技术人员的参考书。
作者简介
Timothy Pratt:弗吉尼亚技术学院电气与计算机工程系教授。他在英国伯明翰大学获得电气工程硕士与博士学位,并在英国及美国教授通信课程。其研究领域包括卫星通信、定位以及航空电子设备等;此外,他也是IEEE高级会员及IEE(London)的会员。
图书目录
第1章简介
第2章 轨道力学与发射台
第3章卫星
第4章 卫星链路设计
第5章卫星链路的调制与多路技术
第6章 多路存取
第7章数字卫星链路误差控制
第8章 传播效果及其对卫星地球链路的影响
第9章VSAT系统
第10章 低地球轨道与非同步卫星系统
第11章直接广播卫星电视与无线电通信
第12章 卫星导航与全球定位系统
附录A 通信工程中的分贝
附录B 模拟电话传输
附录C 误差函数erfc(x)和函数Q(z)
附录D 简单衰减模型
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索引
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