一文带你深入了解“卫星通信”

2019-11-15 06:42:00

一、定义及简介

卫星是指在围绕一颗行星轨道并按闭合轨道做周期性运行的天然天体，人造卫星、月亮等都属于地球的卫星。

卫星

卫星通信就是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。卫星通信系统由卫星和地球站两部分组成。

卫星通信

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。

卫星通信通常使用的频率是1GHz至10GHz，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以及30GHz等。

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）。

同步卫星通信

二、卫星通信系统的组成

卫星通信系统一般由空间分系统、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：

卫星通信系统组成

①　跟踪遥测及指令分系统
　 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。

三、卫星通信的现状和展望

从1964年美国成立国际卫星通信组织（Intelsat），并于次年发射第一颗商用通信卫星（“Early Bird”）以来，卫星通信技术蓬勃发展，卫星通信作为地面通信的一种补充通信方式取得巨大的成功，卫星通信已经成为了人们生活中不可或缺的一部分。

从20世纪80年代开始，各国相继发展以中、低轨道的卫星星座系统为空中转接平台的卫星移动通信系统。截止2017年底，全球在轨通信卫星数量805颗，占在轨卫星总数的45%。

著名的卫星通信系统主要包括：Iridium系统、Globalstar系统、0rbcomm系统、OneWeb系统等。

铱星系统（Iridium）

已经发展到第五代的国际海事卫星（Inmarsat）系统采用Ka频段，实现了从移动通信向大容量、高带宽方向的发展，对于60cm口径地面终端可提供50Mbps接收、5Mbps发送。

典型的低轨通信卫星星座，如铱星系统（Iridium），1987年由美国摩托罗拉公司提出，1998年完成由72颗低轨通信卫星组网的第一代系统建设，主要为手持移动电话用户提供全球个人通信服务，目前正在部署的下一代系统（Iridium Next），提供通信、气候变化监视、多光谱对地成像等综合业务。

铱星系统卫星电话

我国卫星通信系统经过几十年独立自主发展，已形成一定建设规模。目前正在发展以固定业务为主的高通量卫星通信系统和以移动业务为主的卫星移动通信系统，低轨通信卫星也进入试验阶段。

从卫星通信的发展历程来看，目前分立的卫星通信系统逐步向着天地异构网络互联互通、天地一体的方向发展。

• 一方面，需求和市场牵引天基网络走向泛在，天基、地面网络优势结合互补，各类应用渗透到陆海空天各个角落和人们生活的方方面面。

• 另一方面，在科学技术创新驱动下，天基网络的容量快速增大、速率显著提高、服务不断拓展、成本明显降低，正在颠覆传统的电信行业概念，引领产业创新和商业模式创新。

四、卫星通信优缺点

卫星通信是现代通信技术的重要成果，与电缆通信、微波中继通信、光纤通信、移动通信等通信方式相比，卫星通信具有下列优点：

1、卫星通信覆盖区域大，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；

1、卫星通信具有多址联接功能；

2、卫星通信频段宽，容量大；

3、 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；

4、卫星通信质量好，可靠性高，常用于海缆修复期的支撑系统；卫星通信的成本与距离无关。

但卫星通信也有不足之处，主要表现在：

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；

2、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；

3、卫星发射的成功率为80%，发射成本高，需要承担发射失败的风险；

4、存在日凌中断、星蚀和雨衰现象。

未来卫星通信系统主要有以下的发展趋势：

1、地球同步轨道通信卫星向多波束、大容量、智能化发展；

2、低轨卫星群与蜂窝通信技术相结合，实现全球个人通信；

3、小型卫星通信地面站将得到广泛应用；

4、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。

五、结束语

卫星通信在未来信息通信系统中的发挥着关键的作用，卫星通信的无缝覆盖和大容量的优势将产生巨大的经济价值和社会效益，其发展前景非常具有吸引力。

同时，卫星通信也面临着很大的挑战。例如，卫星轨道和频谱资源正越来越紧缺、卫星干扰越来越频繁、通信网络融合中高效切换技术和频谱分配策略需要进一步的完善、卫星宽带通信中的带宽管理和服务质量控制等。卫星通信网络也需要重新考虑如何增强交互性、动态性、情景感知以及网络融合效率等方面问题。