淺談衛星通信的應用發展現狀

黃華山

摘 要：如今，衛星通信早已成為信息傳輸和通信的主力支柱，深深的融入到了人們的日常生活中。該文根據衛星通信技術的發展，總結了其在無線定位業務以及相關的包括衛星固定通信業務和衛星移動通信業務商業應用等方面的應用發展狀況。

關鍵詞：衛星通信 發展現狀 應用 通信業務 發射

中圖分類號：TN927 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）09（a）-0081-02

衛星通信從20世紀50年代正式實用至今已有半個多世紀的歷程，無論是在理論研究領域，還是在應用領域，都已經取得了極大的進展，被大規模的用于包括民用、商業和軍事專用等范圍中，如地球資源探索、天氣預報、搜索和營救、定位以及個人通信等。隨著21世紀的到來，科學技術發展迅速，因此更加推進力衛星通信在技術方面的發展。該文結合衛生通信的特征，系統闡明衛生通信的應用發展現狀。

1 衛星通信介紹

1.1 衛星通信相關知識

衛星通信是指憑借衛星信道為傳輸媒介，傳輸各種數據信息的一種通信方式。其主要由通信衛星、地面基站等有機組成，其中通信衛星具有通信功能，通常置放在距離地面數萬公里的太空中，用來作為地面發射出去的信號的中繼站，能夠對在空中傳輸的信號進行接收、放大和再發射，一般說來，通信衛星對地球而言可以分為兩種，同步定點通信衛星和相對固定的靜止衛星，通信衛星上能夠裝載幾個到幾十個的轉發器，可以按照衛星的功率，具有多種通信容量，一般彩色電視可達12路以上，還可開通幾個到幾十萬路的話路，并且能夠提供數據傳輸及其他多種通信方式使用；地面基站又稱為地球站，其主要功能是用來發射、接收衛星信號，地面基站使用衛星天線對于通信衛星跟蹤非常方便，設備裝置也比較經濟，通常對于指定的目標區域，使用基站對準衛星的天線波束非常容易，可以連續24小時通訊。

衛星通信和計算機發展是相輔相成的，利用衛星在計算機各站點之間進行通信，甚至在許多用戶使用衛星發射機的全部頻帶的情況下進行多路訪問，更能顯示衛星通信的優勢。地面站使用上行通道的某一波段的頻率多路訪問通信衛星，而通信衛星則使用下行通道的另一波段的頻率對地面站進行廣播，地面站由發射裝置、接收裝置、地面天線、控制系統等設備組成，將現代化電子計算機技術和通信技術有機的結合，共同融為一體，可按通信協議通過衛星信道、接收裝置接收網內其他地面站發來的數據信息，同時也可以可按通信協議通過發射裝置、衛星信道向網內其他地面站發送數據信息，非常的實用。

1.2 衛星通信的特點

衛星通信具有以下特點。

（1）衛星通信覆蓋范圍廣，面積大，能夠在很長的距離內以極快的速度發送大量的數據信息，并且具有組網靈活，見效快和多址通信能力。

（2）衛星通信可以提供廉價、穩定可靠的信道，并且能夠克服惡劣的地理環境等自然條件的限制。

（3）衛星通信使用地面基站和通信衛星有機組成，與其他通信裝置相比，起維護也很方便，無論通信距離的遠近，跨地域維護所需費用相同，更適合人口比較分散地區使用，對于各洲之間、世界各個國家地區間和國內各城市之間的數據通信和信息傳遞，都能夠滿足準確化和快速化的需要，其應用領域非常的廣泛。

由其特點我們可以發現，衛星通信是一種非常理想的長途通信方式，在實際應用中具有極大的優勢和潛在的價值。

2 衛星通信的應用發展

2.1 衛星通信的應用發展歷程

英國著名科學家阿瑟·克拉克于1945年10月發表論文，其在文章中提出在進行全球無線電通信的時可以利用同步衛星科學設想，經過眾多科學家的不懈努力，通過不斷研究和試驗，人們終于在20年后將這一偉大的設想變成現實，美國在1964年8月發射的第三顆“新康姆”衛星定位在東經155 °的赤道上空，通過它順利地開展了傳真、電話和電視的傳輸試驗，并在同年依靠它向美國轉播了東京奧運會的盛況。到那時，衛星通信的早期試驗時期正式完畢。

20世紀60年代中期，衛星通信開始邁進實用時期。西方發達國家財團所成立的“國際衛星通信組織”在1965年4月把第一代“國際通信衛星”發射到地處大西洋上空的西經35 °的靜止同步軌道上，該衛星從此正式承接歐洲和美洲之間的一般通信和商務通信業務。半個月后，前蘇聯順利發射了首顆“閃電-1”非同步通信衛星進入遠地點4萬 km、近地點500 km的傾角為65 °準同步軌道（運行周期為12 h），該衛星可以為前蘇聯的西伯利亞、北方、中亞地區提供傳真、電視、廣播和電話通信業務，這預示著衛星通信的應用成果—— 世界通信業務開始了。

20世紀70年代初，衛星通信逐步滲透到國家內部的通信領域。加拿大在1972年順利發射了國內通信衛星“ANIK”，完成了國內首個衛星通信業務，取得了可觀的經濟效益和社會效益。在這期間，地球站也陸續使用10 m、18 m、21 m等較小口徑的天線，使用常溫參量放大器接收機和幾百瓦級行波管發射級等使地球站呈現小型化的發展態勢，成本得到了極大地削減。與此同時，還產生了海事衛星通信系統，依靠大型岸上地球站轉接，為海洋運輸船舶提供可靠的通信服務。

20世紀80年代，VSAT（極小口徑終端）衛星通信系統的成功問世，標志著衛星通信邁向了極速飛躍的發展時期。VSAT集計算機通信和技術于一身，智能化和固態化的小型號無人值守地球站。20世紀90年代，中、低軌道移動衛星通信的出現為國際個人通信創造了便利條件，加快了世界信息化的步伐。

進入21世紀，衛星通信無論是在理論研究領域或者是再應用領域，比如GPS，都取得了更加顯著的成果。中國衛星的研究和使用開始于20世紀70年代初，1972年，我國利用引進的國外設備，并且租用國際第四代通信衛星，在我國最發達的城市北京和上海建立了四座大型地球站。我國于1984年4月8日成功地發射了第一顆試驗通信衛星，位于東經125度的赤道上空，從第一顆實驗衛星的發射迄今為止，我國已經發射了數十顆衛星以供軍事和商業使用，目前，全國已有數百個市縣可以通過衛星與世界上許多國家和地區進行國際通信，我國今后還將發射具有更多轉發器的衛星，以便使衛星通信水平獲得跨越式發展。endprint

2.2 衛星通信業務的應用發展現況

無線定位業務發展的現況

如今，國際上存在兩類衛星定位系統：俄羅斯的世界軌道衛星導航系統GLONASS和美國的全球定位系統GPS。GLONASS系統包含24顆衛星，其中，備用的衛星有3顆，勻稱地布局在相隔為120 °的三個軌道平面上，每一個軌道平面同赤道平面呈64.8 °的夾角。衛星朝地面傳輸兩個不同頻段的擴譜信號，依靠衛星信道完成衛星的區分。

GPS起初被廣泛應用在美國航空、航海及國防軍事等諸多領域，并通過美國軍方負責機構開展必要地操作、維護和監督。因GPS擁有導航、測量、測繪等優勢特征，所以，在民用領域依然有著較廣闊的發展潛力和前景。GPS系統可以為世界24 h供應快速、持續、實時和高精確度的三維坐標，并能提供精密的時間定位信息，有著較好的保密性和抗干擾性。GPS系統目前共有24顆衛星，平均分布在6個軌道平面，其中21顆基本星為主用，3顆為主軌的備用星，衛星距離地面20200 km，以12 h繞行軌道一周的速度運行，這些軌道為均勻分布在與赤道夾角55 °的近圓形，任意軌道平面間夾角為60 °。每個衛星以兩個頻率發送電碼，電碼有兩種，分別為軍用電碼與民用電碼，軍方搜索目標的誤差僅1 m，民用搜索目標保持100 m的誤差。盡管雷達系統及測向機技術等傳統意義上的定位方法也能達到偵查測試地形方位的目的，然而，主要運用在軍事領域，且開支浩大，假若能同GPS系統加以密切結合，會顯著地削減成本。GPS系統能夠極大地運用在地質勘查探測、海上搜索救援、探測大氣層、沙漠方向引導、汽車定位、森林消防、飛機導航等諸多方面，在經濟和社會發展中扮演重要角色。

近年來，在我國科學家的不斷努力之下，已成功自主研發了通信導航定位衛星—— 北斗導航衛星，其技術也處于世界領先水平。我國于2011年4月和7月分別發射了第八顆和第九顆北斗衛星，完成了北斗導航試驗系統（第一代系統）的建設，具備在中國及其周邊地區范圍內的定位、授時、報文和GPS廣域差分功能，并已在測繪、電信、水利、交通運輸、漁業、勘探、森林防火和國家安全等諸多領域逐步發揮重要作用。

2.3 衛星固定通信的發展現況

到21世紀初，國際經營衛星固定通信業務的企業大致有30余家，在軌靜止衛星總共200余顆。其中，國際通信衛星企業有28顆、SES全球公司存在37顆、泛美衛星公司存在24顆和歐洲通信衛星公司具有22顆，這些企業所具有的衛星數目，占世界衛星數的一半以上。上述衛星中最具典型的先進衛星包含iPSTAR衛星與阿尼克-F2。iPSTAR衛星由泰國企業—— Shin于2005年8月發射成功，是目前擁有全球最大通信容量的商務類寬帶衛星，總共擁有114臺轉發器，其Ku頻段用戶鏈路包含84個點波束、7個賦形廣播波束和3個賦形通信波束，Ka頻段的饋線鏈路存在18個點波束，通信的總容量高達45 Gbit/s，大致與超過1000個常規36 MHz帶寬轉發設備的容量相當，整星功率為15kW，衛星的重量高達6300 kg。阿尼克-F2衛星由加拿大電信衛星公司—— Telesat在2004年7月發射成功的全球首顆面向大眾的商務類寬帶衛星，擁有94臺轉發儀器，包含Ku頻段32臺、Ka頻段38臺、C頻段24臺，Ka頻段擁有38個點波束，個別部位的轉發設備可以實現星上處理，整星的功率為16 kW，衛星的重量高達5950 kg。

2.4 衛星移動通信的發展現況

衛星移動通信將通信衛星充當中繼站，以便實現在移動用戶之間或移動用戶和固定用戶之間完成彼此通信。該技術形式是傳統意義上的衛星固定通信與地面移動通信相銜接的代表。就表現方式而言，它不但是一個將衛星充當中繼站的移動通信系統，也是一個供應有效移動業務的通信系統，不僅能運用對地靜止的軌道衛星，也能運用非靜止的軌道衛星。近些年來，衛星移動通信時所采用的衛星系統包含全球海事衛星系統、亞洲蜂窩衛星系統、瑟拉亞衛星系統和移動衛星-2系統等，其中，亞洲蜂窩衛星系統與全球移動衛星系統的波束均能成功覆蓋到我國。

全球海事衛星系統是由世界移動衛星企業直接運營的世界衛星通信系統，該衛星已邁向第4代。Inm arsat-4F1發射于2005年春，衛星總重量達5959 kg，該衛生運用一臺具備波束成形和選用信道功能的透明彎曲管式數字信號處理設備與一副可以生成較多波束的直徑為9 m的L頻段天線，包含寬點波束19個、世界波束1個和窄點波束200個，其點波束供應用戶終端的衛星等效全向輻射功率的強度為67 dBW，其運用極大地促使用戶終端的小型態化，并能實現用戶終端通信的手持化，提高了通信數據的運行速率，使視頻直播通信走向高清晰化，Inm arsat-4F1衛星能夠支持全部的Inm arsat業務及寬帶國際區域網業務，還包括因特網接入業務。

亞洲蜂窩衛星系統由印尼等國聯合研發、并于2000年2月發射成功的區域衛星通信系統。該衛生功率達14 kW，衛星的重量高達4500 kg，服務范圍覆蓋到亞洲全境。星上設有兩副直徑為12 m的L頻段接收-發送天線，擁有140個點波束，其中，有45個點波束覆蓋到我國，其等效全向的輻射功率強度為73 dBW，該衛星能實現對200萬用戶和20000條話音信道的支持。地面用戶終端包含移動式、穩固式、便攜式與手持式，可向用戶供應雙模的傳真、話音、速率較低的數據及地區漫游等各種通信業務。

低軌道衛星移動通信中，有全球星系統、銥系統和軌道通信系統等。全球星系統1999年開始商業運營，其由48顆低軌衛星有機組成，衛星運用透明轉發設備，多波束天線，饋線鏈路與用戶鏈路同是VHF頻段，為廣大用戶供應尋呼、傳真及短數據等業務。用戶終端主要包含車載、手機、船載、機載等多種移動終端，還包含固定和半固定終端。銥系統由66顆低軌道衛星組成的國際衛星通信系統，2001年成立新的銥衛星企業，并再度承接新的通信業務，該系統在全世界的覆蓋范圍包含北極和南極，星上的轉發設備運用前沿的交換技術，多點波束天線，擁有星際鏈路，堪稱最前沿的低軌道衛星通信系統，其用戶鏈路是L頻段，饋線鏈路和星際鏈路是Ka頻段，并能供應傳真、數據、尋呼和電話等多項業務，用戶終端包含單模、雙模及三模手機，固定終端與車載設備。軌道通信系統正式投入運營始于1997年，該系統由37-48顆低軌道衛星組成的國際衛星通信系統，每個衛星均運用單波束天線、轉發處理設備，終端為單模手機和尋呼機。

3 結語

總之，隨著科技的高速發展，衛星通信事業日新月異，小到人類生產生活都已經深深的感受到了其便利，大到一個國家和整個世界都能深刻的體會到衛星通信的有利之處，隨著其他學科先進技術的問世和應用，如光開關、超導體技術、光信息處理、智能星上網絡監控、新型發射設備及新型軌道技術的應用，將會促使衛星通信產生重大的發展變化，也會對未來生活產生巨大的促進作用。

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