通信小识|卫星通信系统的发展历程

卫星通信系统的发展里程

说起卫星通信，想必大家都非常的熟悉，但真正了解它的人估计也很少，下面直接进入正题，那就先带大家了解一下卫星通信的发展史吧。

1.卫星通信发展史

从国际方面来看：1945年5月英国人阿瑟克拉克首先提出关于静止卫星的设想；1957年10月4 日苏联发射了第一颗人造卫星；1963年7月美国发射了第一颗地球同步卫星；1965年4月，国际卫星通信组织发射了第一代 “国际通信卫星” (INTELSAT-1), 正式承担国际通信业务，这同时也标志着卫星通信时代的到来。

从国内方面来看，中国于1970年4月24日发射了第一颗卫星东方红一号；1984年4月发射了第一颗同步通信卫星东方红二号；1997年5月12日月发射了我国第一颗三轴稳定的同步通信卫 星东方红三号；我国自1972年开始运行卫星通信业务。中国的卫星通信经过三十多年的发展，从无到有，已经初具规模，但是发展速度仍比较缓慢。注册的卫星运营公司已有中国通信广播卫星公司、中国东方通信卫星有限责任公司、鑫诺卫星通信有限公司(合为中国直播卫星有限公司)、亚洲卫星通信有限公司、亚太卫星控股有限公司三家，共拥有11颗民用通信卫星，其业务已覆盖到亚洲大部分地区和欧洲部分地区。

2.卫星通信基本知识点

什么是卫星通信?——利用人造卫星作为中继站转发无线电信号，在两个或多个地球站之间的通信。

2 . 1什么是“同步卫星”?

人造卫星绕地球的周期和地球的自转同步称为同步卫星(Geostationary Satellite),它的优点是使用者只要对准人造卫星就可进行沟通而不必再追踪卫星的轨迹。

对地静止轨道三个特点：

• 卫星必须与地球同步向东旋转
• 轨道为圆
• 轨道倾角为零度

2 .2地球站”与“地面站”

地球站：指在地球表面附近的无线电通信站

地面站：地方站、中心站、通信枢纽、陆上移动站、便携站等。

机载站：空中移动站

船(舰)载站：海军舰艇站、远洋轮船站

卫星通信系统的组成：由空间分系统、跟踪遥测以及指令分系统、监控管理分系统、通信地球站分系统等组成。

2 .3卫星通信的组网形式

卫星的组网形式分为点对点结构、星状结构、网状结构等三大形式。

2 .4卫星通信的多址方式

卫星通信的多址方式主要分为频分多址、时分多址、码分多址、空分多址、空分多址等四种多址方式。

2 .5下面详细说一下多址方式：

频分多址(FDMA)

将卫星转发器的可用射频频带分割成若干互不重叠的部分，再分配给各地球站所要发送的各载波使用。

时分多址(TDMA)

将卫星转发器的工作时间分割成周期性的互不重叠的时隙(每个时隙也称为分帧，一个周期称为一帧 ) , 再分配给各站使用。任何时候都只有一个站发出的信号通过转发器，转发器始终处于单载波工作状态。

码分多址(CDMA)

所要发送的各载波采用扩频调制技术，将要发送的信号与PN (伪随机码)相乘，即扩频，在接收端用完全相同的PN 解扩，不受发送时间和频率的限制。

空分多址(SDMA)

卫星天线有多个窄波束(又称点波束),分别指向不同区域的地球站，利用波束在空间指向上的差异来区分不同的地球站。

2 . 6卫星通信系统的常用工作频段

卫星通信常用的频段为L、S、C、X、Ku、Ka波段；其中C 和 Ku 波段最为常用。

频带下行频率(GHZ)  上行频率(GHZ)特点
C	4(3.7-4.2)	6(5.925-6.425)	地面微波千扰严重，雨衰小线增益低、波束相对宽
Ku	12(11.7-12.2)	14(14.0-14.5)	降雨衰减较大，地面微波干扰较小；   天线增益高、波束相对窄，同等条件下可选用较小口径天线和功放。
Ka	20(17.7-21.7)	30  (27.5-30.5)	降雨衰减严重，射频设备成本高，但可使用的频宽很大

2 . 7卫星通信的优点

1. 覆盖范围大，无缝覆盖

2. 通信距离远，通信成本与距离无关；

3. 通信线路稳定可靠，中间环节少；

4. 组网灵活，受地理环境和地面资源的限制小；

5. 带宽灵活分配，可根据用户需要设定对称/非对称电路；

6. 工程施工周期短；

2 .8卫星通信的缺点

1. 两极地区为通信盲区，高纬度地区通信效果不好(同步卫星);

2. 卫星发射和控制技术比较复杂；

3 .存在日凌和星蚀现象；

4 . 有较大的信号传播延迟和回波干扰，500毫秒~800毫秒的时延；

5. 在某些频段下，雨衰影响较大。

6. 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；

下面简单了解 一 下什么是“日凌”与“星蚀”,雨衰，传输时延日凌”与“星蚀”:同步卫星在春分和秋分前后，存在着星蚀(卫星进入地球的阴影区)和日凌中断(卫星处于太阳和地球之间，受强大的太阳噪声影响而使通信中断)现象。

雨衰：电磁波在雨区中传播时，会有 一 部分能量被吸收或者散射，产生衰减，从而产生通信过程中的雨衰现象。

相关因素：降雨率、降雨层高度、电磁波的频率、极化方式、接收天线的仰角。

传输时延

·L1为上行链路电磁波传输距离，当卫星为同步卫星时，最小为35786 . 6公里，最大为41679 .4公里，一般取40000公里的约值；

·L2 为下行链路电磁波传输距离，取值方法同L1;

·C 为电波在自由空间的传播速度，一般取3×10^8;

- 通常取值：单跳时延一般取0 . 27s, 双跳取0 .54s

3 . 总结

以上就是卫星通信的基本知识点，其实卫星通信比我们想象的复杂的多，比如说轨道空间，太空看上去很大，但是近地轨道的位置是很有限的，12000颗卫星，打上去容易，如何保证不会和其它卫星相互干扰?如何保证失败或寿命到期后不会成为太空垃圾?还有就是频率问题，如果提供全球覆盖，意味着要和全球所有国家进行频率申请，你申请就能给？估计不太可能。卫星通信主要的存在价值，还是对现有移动通信网络的补充，而非取代。在6G 时代，有可能实现卫星通信等天地融合全覆盖，可打造一个集地面通信、卫星通信、海洋通信于一体的全连接通信世界，实现全球无缝覆盖，沙漠、无人区、海洋等均有望实现信号覆盖，让我们拭目以待吧！

END

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